Гидролиз хлорид аммония уравнение реакции

УЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИ

ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ СРЕДНИХ ШКОЛ,
СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ И ШКОЛЬНИКОВ 9–10 КЛАССОВ,
РЕШИВШИХ ПОСВЯТИТЬ СЕБЯ ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ

УЧЕБНИКЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ

Продолжение. См. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22,23,
24, 25-26, 27-28, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 46, 47/2003;
1, 2, 3, 4, 5/2004

§ 7.3. Соли. Гидролиз

Взаимодействие ионов солей с водой – явление, широко распространенное в природе и играющее огромную роль как в технологии, так и в быту. От чего зависит рН океанских и речных вод, крови человека, газированной воды? Почему пекарные добавки поднимают тесто? Много других ответов поможет вам найти чтение этого раздела.

Водные растворы солей в зависимости от природы образующих их кислот и оснований могут быть кислотными, щелочными и нейтральными. Так, растворы хлорида аммония, хлорида железа или сульфата алюминия имеют кислотную среду. Растворы ацетата натрия, карбоната натрия (сода), ацетата кальция имеют основную (щелочную) реакцию. А растворы ацетата аммония, хлорида натрия (поваренная соль), сульфата натрия почти нейтральные. Почему? Кислотность раствора хлорида железа настолько велика, что в этом растворе цинк «растворяется» с выделением водорода, как в растворе соляной кислоты.
Кислотность или основность водных растворов солей объясняется протеканием в них реакций гидролиза. В широком понимании гидролиз – это любое взаимодействие вещества с водой. Сейчас мы будем изучать гидролиз как реакцию иона соли с водой.
Гидролиз – процесс, обратный нейтрализации (реакция между кислотой и основанием с выделением воды), а константа гидролиза записывается выражением, обратным выражению константы равновесия нейтрализации.
Большинство солей – сильные электролиты и находятся в водном растворе в виде ионов, поэтому уравнения реакции гидролиза следует записывать сокращенным молекульно-ионным способом, как реакцию между ионом и молекулами воды.
Характер протекания гидролиза, т. е. природа образующихся продуктов реакции, и среда получающегося раствора зависят от сочетания силы кислоты и силы основания, образующих соль. Возможны четыре варианта взаимодействия ионов соли в зависимости от ее природы.

1. Соль образована сильной кислотой и слабым основанием, например хлорид железа FeCl₃, хлорид аммония NH₄Cl, хлорид цинка ZnCl₂, сульфат меди CuSO₄.
Когда вас попросят написать уравнение реакции гидролиза соли (правильнее – гидролиз иона), обязательно напишите уравнение диссоциации соли на ионы. Например, обсудим гидролиз хлорида железа FeCl₃. Уравнение диссоциации:

Далее следует (в уме) посмотреть, какой из ионов может реагировать с молекулой воды, помня, что молекула воды состоит из иона водорода Н + и гидроксид-иона ОН – . Возможна ли реакция иона железа с ионом водорода и хлорид-иона с гидроксид-ионом? Конечно, нет – ведь эти пары ионов имеют одинаковые заряды!
Возможна ли реакция между хлорид-ионом и молекулой воды (ее ионом водорода)? Реакция невозможна, т. к. образовалась бы молекула хлороводорода, которая в водном растворе является сильным электролитом и находится в состоянии исходных ионов.
Остается единственная возможность – реакция между ионом железа Fe 3+ и молекулой воды (ее гидроксид-ионом) с образованием слабого электролита – гидроксо-иона железа FeОН 2+ :

Fe 3+ + Н₂О = FeОН 2+ + Н + .

Образующиеся ионы водорода обусловливают кислотную среду раствора (рН 2+ реагирует по второй ступени с еще одной молекулой воды:

Наконец, реакция проходит и по третьей ступени:

В водном растворе гидролиз по третьей ступени не проходит – из раствора хлорида железа не выпадает осадок гидроксида железа(III) Fe(ОН)₃ из-за накопления ионов водорода Н + по первым двум ступеням, что смещает равновесие третьей ступени реакции гидролиза влево.
Чтобы реакция гидролиза прошла по третьей ступени, следует равновесие третьей ступени сместить вправо. Это можно сделать удалением ионов водорода Н + из сферы реакции, для чего достаточно ввести гидроксид-ионы приливанием раствора гидроксида натрия, что приводит к образованию слабого электролита – воды Н₂О:

Таким образом, известная вам реакция образования осадка гидроксида железа(III) по реакции между хлоридом железа и гидроксидом натрия в водном растворе, обычно записываемая в других школьных учебниках уравнением

есть реакция гидролиза, смещенная вправо гидроксид-ионами. В тех же учебниках эта реакция называется реакцией обмена, что правильно только в том случае, если она проходит в кристаллическом состоянии (или в особых условиях в газовой фазе). В водном растворе нет хлорида железа, гидроксида натрия и хлорида натрия, а есть только составляющие их ионы.
Следовательно, реакцию гидролиза иона железа можно представить тремя уравнениями:

Fe 3+ + Н₂О = FeОН 2+ + Н + ,

Реакцию гидролиза хлорида аммония NH₄Cl, точнее иона аммония, записывают одним уравнением:

+ Н₂О = NH₄ОН + Н + .

Образующийся ион водорода обусловливает кислотную среду раствора, т. е. рН + ]. Концентрацию иона аммония можно считать равной концентрации его соли, т. е. [] = с_соли.

Тогда К_гидр = = .

Второе преобразование. Умножим числитель и знаменатель на концентрацию того из ионов [Н + ] или [ОН — ], который с имеющейся в числителе концентрацией другого иона дает ионное произведение воды К_в. В данном случае умножим числитель и знаменатель на концентрацию гидроксид-ионов и получим новое выражение константы гидролиза:

К_гидр = = =

Выражение есть не что иное, как обратная константа диссоциации гидроксида аммония:

NH₄ОН = + ОН — ,

К_осн =

Учитывая это, получаем новое выражение константы гидролиза:

К_гидр =

Это выражение показывает, что чем меньше константа диссоциации основания (или кислоты), тем больше константа гидролиза, тем сильнее смещено равновесие реакции гидролиза вправо и тем выше кислотность (основность) раствора, т. е. меньше (больше) значение рН.
Объединяем результаты двух преобразований выражения константы гидролиза:

=

Откуда [Н + ] = .

Пример. Рассчитать рН 0,01М раствора хлорида аммония. Константа диссоциации гидроксида аммония равна К_осн = 1,79•10 -5 .
Воспользуемся приведенной выше формулой:

[Н + ] = = = 2, 36 • 10 -6

pН = 5,6 (среда раствора кислотная).

Какой должна быть концентрация соляной кислоты, чтобы ее раствор имел такое же значение рН? Можно дать приближенный ответ.

Гидролиз

О чем эта статья:

11 класс, ЕГЭ/ОГЭ

Определение гидролиза

Гидролизации подвержены как органические, так и неорганические вещества: углеводы, белки, оксиды, карбиды, соли и т. д. Например, гидролиз органических соединений напрямую связан с пищеварением — с его помощью происходит распад и усвоение клетками организма жиров, белков, углеводов. Но сейчас мы займемся неорганической химией и рассмотрим гидролизацию на примере солей.

Условия гидролиза

Далеко не все соединения распадаются, вступая в реакцию с молекулами воды. Сейчас мы на примере солей рассмотрим, какие вещества подвергаются гидролизу, а какие нет, и от чего это зависит.

Начнем с того, что любая соль включает основание — амфотерный гидроксид, и кислотный остаток.

сульфат меди CuSO4состоит из основания Cu(ОН)2и кислоты H2SO4;

хлорид натрия NaCl состоит из основания NaOH и кислоты HCl;

хлорид цинка ZnCl2состоит из основания Zn(ОН)2 и кислоты HCI;

карбонат натрия Na2CO3состоит из основания NaOH и кислоты H2CO3.

В жизни первым разрушается самое слабое, и гидролиз в химии действует по тому же принципу. В ходе этой реакции распадаются более слабые соединения (основания или кислотные остатки). Слабый катион или слабый анион вступают во взаимодействие с ионами воды и связывают один из них или оба. В растворе образуется избыток ионов H + или гидроксильная группа OH − .

В зависимости от того, какие соли подвергаются гидролизу — со слабым основанием или слабой кислотой, в итоге может получиться кислая, щелочная или нейтральная среда водного раствора.

А что происходит, если соль состоит из сильного основания и сильного кислотного остатка? Ничего. 🙂 В этом случае ее сильные катионы и анионы не взаимодействуют с ионами воды. Такая соль не распадается, то есть не подвержена гидролизу.

Схема химической реакции гидролиза выглядит так:

XY + HOH ↔ XH + HOY

В данном случае:

XY — формула соли;

XH — кислотный остаток;

Индикаторы среды раствора

Для определения среды раствора за считанные секунды используются специальные индикаторы. Самый распространенный из них — лакмусовая бумага, но также популярны фенолфталеин и метиловый оранжевый. В нейтральной среде они не меняют свой цвет, а в кислотной или щелочной — приобретают другую окраску.

Изменение цвета индикатора однозначно говорит о том, что произошла гидролизация. Однако если цвет остался тем же — это не всегда означает отсутствие гидролиза. Среда будет почти нейтральной и в том случае, когда гидролизу подвергается соль со слабым основанием и слабой кислотой. Но об этом поговорим дальше, а пока посмотрите таблицу.

Виды гидролиза

Мы выяснили, что в составе соли может быть слабый ион, который и отвечает за гидролизацию. Он находится в основании, в кислотном остатке или в обоих компонентах, и от этого зависит тип гидролиза.

Соль с сильным основанием и сильной кислотой

Гидролиз отсутствует. Как вы уже знаете, при наличии сильного основания и сильного кислотного остатка соль не распадается при взаимодействии с водой. Так, например, невозможен гидролиз хлорида натрия (NaCl), поскольку в составе этого вещества нет слабых ионов. К таким же не подверженным гидролизации солям относят KClO₄, Ba(NO₃)₂ и т. д.

Среда водного раствора — нейтральная, т. е. pH = 7.

Реакция индикаторов: не меняют свой цвет (лакмус остается фиолетовым, а фенолфталеин — бесцветным).

Соль со слабым основанием и сильной кислотой

Гидролиз по катиону. Как мы помним, гидролизация происходит только при наличии слабого иона, в данном случае — иона основания. Его катион вступает в реакцию и связывает гидроксид-ионы воды OH − . В итоге образуется раствор с избытком ионов водорода H + .

Среда водного раствора — кислая, pH меньше 7.

Реакция индикаторов: фенолфталеин остается бесцветным, лакмус и метиловый оранжевый — краснеют.

Нитрат аммония NH₄NO₃ состоит из слабого основания NH₄OH и сильного кислотного остатка HNO₃, поэтому он гидролизуется по катиону, то есть его катион NH₄ + связывает ионы воды OH − .

Соль с сильным основанием и слабой кислотой

Гидролиз по аниону. Если слабым оказывается ион кислотного остатка, его отрицательно заряженная частица (анион) взаимодействует с катионом водорода H + в молекуле воды. В итоге получается раствор с повышенным содержанием OH − .

Среда водного раствора — щелочная, pH больше 7.

Реакция индикаторов: фенолфталеин становится малиновым, лакмус — синим, а метиловый оранжевый желтеет.

Нитрат калия KNO₂ отличается сильным основанием KOH и слабым кислотным остатком HNO₂, поэтому он гидролизуется по аниону. Другими словами, анион кислоты NO₂ − связывает ионы воды H + .

Молекулярное уравнение: KNO₂ + H₂O ↔ HNO₂ + KOH

Ионное уравнение: K + + NO₂ − + HOH ↔ HNO₂ + K + + OH −

Гидролиз по катиону и аниону. Если у соли оба компонента — слабые, при взаимодействии с водой в реакцию вступает и анион, и катион. При этом катион основания связывает ионы воды OH − а анион кислоты связывает ионы H +

Среда водного раствора: нейтральная, слабокислая или слабощелочная.

Реакция индикаторов: могут не изменить свой цвет.

Цианид аммония NH₄CN включает слабое основание NH₄OH и слабую кислоту HCN.

Молекулярное уравнение: NH₄CN + H₂O ↔ NH₄OH + HCN

Ионное уравнение: NH₄ + + CN − + HOH ↔ NH₄OH + HCN

Среда в данном случае будет слабощелочной.

Обобщим все эти сведения в таблице гидролиза солей.

Ступенчатый гидролиз

Любой из видов гидролиза может проходить ступенчато. Так бывает в тех случаях, когда с водой взаимодействует соль с многозарядными катионами и анионами. Сколько ступеней будет включать процесс — зависит от числового заряда иона, отвечающего за гидролиз.

Как определить количество ступеней:

если соль содержит слабую многоосновную кислоту — число ступеней равняется основности этой кислоты;

если соль содержит слабое многокислотное основание — число ступеней определяют по кислотности основания.

Для примера рассмотрим гидролиз карбоната калия K₂CO₃. У нас есть двухосновная слабая кислота H₂CO₃, а значит, гидролизация пройдет по аниону в две ступени.

I ступень: K₂CO₃+HOH ↔ KOH+KHCO₃, итогом которой стало получение гидроксида калия (KOH) и кислой соли (KHCO₃).

II ступень: K₂HCO₃+HOH ↔ KOH+H₂CO₃, в итоге получился тот же гидроксид калия (KOH) и слабая угольная кислота (H₂CO₃).

Для приблизительных расчетов обычно принимают в учет только результаты первой ступени.

Обратимый и необратимый гидролиз

Химические вещества могут гидролизоваться обратимо или необратимо. В первом случае распадается лишь некоторое количество частиц, а во втором — практически все. Если соль полностью разлагается водой, это необратимый процесс, и его называют полным гидролизом.

Необратимо гидролизуются соли, в составе которых есть слабые нерастворимые основания и слабые и/или летучие кислоты. Такие соединения могут существовать лишь в сухом виде, их не получить путем смешивания водных растворов других солей.

Например, полному гидролизу подвергается сульфид алюминия:

Как видите, в результате гидролизации образуется гидроксид алюминия и сероводород.

Необратимые реакции при взаимодействии с водой имеют место и в органической химии. В качестве примера рассмотрим полный гидролиз органического вещества — карбида кальция, в результате которого образуется ацетилен:

Степень гидролиза

Взаимодействие соли или другого химического соединения с водой может усиливаться или ослабляться в зависимости от нескольких факторов. Если нужно получить количественное выражение гидролиза, говорят о его степени, которая указывается в процентах.

h — степень гидролиза,

n_гидр. — количество гидролизованного вещества,

n_общ. — общее количество растворенного в воде вещества.

На степень гидролизации может повлиять:

температура, при которой происходит процесс;

концентрация водного раствора;

состав участвующих в гидролизе веществ.

Можно усилить гидролиз с помощью воды (просто разбавить полученный раствор) или стимулировать процесс повышением температуры. Более сложным способом будет добавление в раствор такого вещества, которое могло бы связать один из продуктов гидролиза. К соли со слабой кислотой и сильным основанием нужно добавить соль со слабым основанием и сильной кислотой.

Для ослабления гидролиза раствор охлаждают и/или делают более концентрированным. Также можно изменить его состав: если гидролизация идет по катиону — добавляют кислоту, а если по аниону — щелочь.

Итак, мы разобрались, что такое гидролиз солей и каким он бывает. Пора проверить свои знания и ответить на вопросы по материалу.

Вопросы для самопроверки:

Назовите необходимое условие для гидролиза.

Какие типы гидролиза вы знаете?

В каком случае в результате гидролиза может образоваться слабощелочная или слабокислая среда?

По какому типу гидролизуется соль с сильным основанием и слабым кислотным остатком?

При гидролизе соли с сильным основанием и слабой кислотой для ослабления процесса нужно добавить в раствор кислоту или щелочь?

Как воздействует на гидролиз разбавление раствора водой?

Как определяется количество ступеней гидролиза?

Какая среда раствора образуется при гидролизации солей NaF, KCl, FeBr₂, Na₂PO₄? Ответов может быть несколько.

Какие из солей гидролизуются по катиону: Csl, FeSO₄, RbNO₃, CuSO₄, Mn(NO₃)₂? Ответов может быть несколько.

Какая из солей не подвергается гидролизу: K₂HPO₄, KNO₃, KCN, Ni(NO₃)₂?

Общая химия

Гидролиз солей

В общем случае гидролиз – это реакция обменного разложения вещества водой. Гидролизу подвержены соединения различных классов.

Гидролиз солей – процесс взаимодействия ионов, образовавшихся при диссоциации соли, с молекулами воды, сопровождающийся образованием слабых электролитов и изменением рН среды.

В реакции гидролиза вступают соли, образованные слабой кислотой и слабым основанием, или слабой кислотой и сильным основанием, или слабым основанием и сильной кислотой. Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, гидролизу не подвергаются

Растворы солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием, имеют щелочную реакцию. Например при растворении в воде цианида калия он полностью диссоциирует (все соли сильные электролиты):

Образующиеся в результате диссоциации ионы калия соответствуют сильному электролиту КОН, а цианид-ионы — слабой циановодородной кислоте HCN. Ионы водорода, образовавшиеся в результате диссоциации молекул воды, связываются цианид-ионами в молекулы HCN, в результате в растворе накапливаются ионы гидроксила:

Обычно эти два процесса при записи объединяют, получая сокращенное ионное уравнение гидролиза:

рН этого раствора больше 7. Такой гидролиз называется гидролизом по аниону. Для него можно записать полное ионное:

K + + CN — + H₂O =K + + HCN + OH —

и молекулярное уравнение:

Растворы солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой, имеют кислую реакцию. Аналогично предыдущему примеру гидролиз хлорида аммония NH₄Cl:

Диссоциация при растворении соли:

Слабому основанию — аммиаку — соответствует ион аммония NH₄ + , он и будет взаимодействовать с молекулами воды образуя слабый электролит:

В растворе накапливаются ионы водорода, среда кислая, рН раствора меньше 7. Такой гидролиз называется гидролизом по катиону. Полное ионное уравнение:

Особенно глубоко протекает гидролиз солей, образованных слабой кислотой и слабым основанием. В этом случае происходит гидролиз по катиону и аниону. Пример — гидролиз сульфида аммония. Соль при растворении в воде диссоциирует:

Оба иона, образовавшиеся при диссоциации, соответствуют слабым элетролитам, поэтому протекает гидролиз по катиону:

Ионы водорода и гидроксила дают молекулы воды — среда не может быть одновременно кислотй и щелочной:

однако среда не будет нейтральной. Реакция среды будет определяться соотношением констант диссоциации кислоты и основания. Если больше константа диссоциации основания (основание сильнее кислоты), среда будет щелочной, если больше константа диссоциации кислоты (кислота сильнее основаниия) — кислой. В приведенном примере аммиак — более сильный электролит по сравнению с сероводородной кислотой, поэтому среда будет слабощелочной, рН > 7.

В редких случаях, когда константы диссоциации кислоты и основания практически одинаковы, например, при гидролизе ацетата аммония CH₃COONH₄, среда будет почти нейтральная.

Если соль образована многокислотным основанием или многоосновной кислотой, гидролиз протекает ступенчато. Пример — гидролиз хлорида железа(III). Диссоциация соли при растворении:

Ион Fe 3+ соответствует слабому трехкислотному основанию Fe(OH)₃, он и подвергается ступенчатому гидролизу. I-я ступень:

Гидролиз по первой ступени всегда протекает в значительно большей степени, чем по второй. Кроме того, ионы, образующиеся при гидролизе по первой ступени (в рассмотренном примере — ионы H + ), способствуют смещению равновесия второйступени влево, т. е. также подавляют гидролиз по второй ступени. Поэтому в обычных условиях (комнатная температура, атмосферное давление) гидролизом по второй и последующим ступеням можно пренебречь.

Следующий пример — гидролиз карбоната натрия Na₃CO₃. Диссоциация:

Ион соответствует слабой двухосновной угольной кислоте, именно он и подвергается гидролизу. I-я ступень:

И опять в обычных условиях существенна только первая ступень гидролиза.