Задача 2.Кремниевая кислота слабее угольной. Запишите уравнения гидролиза карбоната и силиката натрия и возможные значения рН среды при равных исходных концентрациях солей и одинаковой температуре растворов.
Решение.
Na2CO3 – соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, гидролиз по аниону
I ступень
CO3 2- + HOH = HCO3 — + OH — , pH > 7
II ступень
HCO3 — + HOH = H2CO3 + OH — , pH > 7
По II ступени при обычных условиях гидролиз не идет.
по I ступени гидролиз протекает в большей степени, т.к. Kг1 > Kг2
Найдем концентрацию гидроксид-ионов и значение pH, допустив, что Ск-ты = 1 М:
Задача 3.Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солейLi3PO4,KCl,CuCl2. Какое значение рН (рН ≥7, рН ≤7) имеют растворы этих солей? На основании табличных данных вычислите константы гидролиза по всем ступеням и сделайте вывод о том, какая ступень гидролиза протекает в большей степени. Сравните значения рН по всем ступеням.
Решение.
Li3PO4 – соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, гидролиз по аниону
Li3PO4↔3Li++PO43-
I ступень
PO4 3- + HOH = HPO4 2- + OH — , pH > 7
II ступень
HPO4 2- + HOH = H2PO4 — + OH — , pH > 7
III ступень
H2PO4 — + HOH = H3PO4 + OH — , pH > 7
На основании справочных данных о константах диссоциации H3PO4 вычислим все константы гидролиза:
Гидролиз протекает преимущественно по I ступени, т.к. Kг1 >> Kг2 >> Kг3
На основании полученных данных, можно сделать вывод о том, что среда раствора по первой ступени сильнощелочная, т.к Kг1 >> Kк-ты3;
Среда раствора по второй ступени среднещелочная, т.к Kг2 > Kк-ты2;
KCl – соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергается, рН ≈ 7
CuCl2 — соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой, гидролиз по катиону
CuCl2↔Cu2++ 2Cl—
I ступень
Cu 2+ + HOH ↔ (CuOH) + + H + , pH + + HOH ↔ Cu(OH)2 + H + , pH -14 /3,4·10 -7 = 0,3·10 -7
Гидролиз по второй ступени практически не идет за счет накопления H + .
На основании полученных данных, можно сделать вывод о том, что среда раствора по первой ступени среднекислая, т.к Kг1 ≈ Kосн2;
Подтвердим это, произведя вычисления. Предположим, что концентрация соли 1 М, тогда значение pH раствора по ступеням можно вычислить следующим образом:
pH1 = -lg[H + ] =-lg 1,7·10 -4 = 3,8
Задача 4. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей Cr2(SO4)3 и Na2SiO3. Какое значение рН (рН ≤ 7, рН ≥ 7) имеют растворы этих солей?. При смешивании растворов солей Cr2(SO4)3 и Na2SiO3 каждая из солей гидролизуется необратимо до конца. Выразите этот процесс молекулярным и ионно-молекулярными уравнениями гидролиза.
На основании табличных данных вычислите константы гидролиза силиката натрия и сульфата хрома по всем ступеням и сделайте вывод о том, какая ступень гидролиза протекает в большей степени. Сравните значения рН по всем ступеням.
Решение.
Cr2(SO4)3 – соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой, гидролиз по катиону
Гидролиз по второй и третей ступени практически не идет за счет накопления H + , что ведет к смещению равновесия влево.
На основании полученных данных, можно сделать вывод о том, что среда раствора по первой ступени сильнокислая, т.к Kг >> Kосн;
Подтвердим это, произведя вычисления. Предположим, что концентрация соли 1 М, тогда значение pH раствора по ступеням можно вычислить следующим образом:
Na2SiO3– соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, гидролиз по аниону
Na2SiO3↔ 2Na + + SiO3 2-
I ступень
SiO3 2- + HOH = HSiO3 — + OH — , pH > 7
II ступень
HSiO3 — + HOH = H2SiO3 + OH — , pH > 7
по I ступени гидролиз протекает в большей степени, т.к. Kг1 > Kг2
На основании полученных данных, можно сделать вывод о том, что среда раствора по первой и по второй ступени сильнощелочная, т.к Kг1 >> Kк-ты2 и Kг2 >> Kк-ты1;
Подтвердим это, произведя вычисления. Предположим, что концентрация соли 1 М, тогда значение pH раствора по ступеням можно вычислить следующим образом:
Задача 5. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей Pb(NO3)2, NaNO3, K2SO3. Какое значение рН (рН ≤7, рН ≥ 7) имеют растворы этих солей? На основании табличных данных вычислите константы гидролиза по всем ступеням и сделайте вывод о том, какая ступень гидролиза протекает в большей степени. Сравните значения рН по всем ступеням.
Решение
Pb(NO3)2 – соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой, гидролиз по катиону
Гидролиз по второй ступени практически не идет за счет накопления H + , что ведет к смещению равновесия влево.
На основании полученных данных, можно сделать вывод о том, что среда раствора по первой ступени слабокислая, т.к Kг + ] = (Kг·[соли]) 1/2 ; [H + ] = (1·10 -11 ·1) 1/2 = 3,16·10 -6 моль/л
pH = -lg[H + ] =-lg 3,16·10 -6 = 5,5
NaNO3 – соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергается, рН ≈ 7
K2SO3 — соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, гидролиз по аниону
K2SO3↔ 2K + + SO3 2-
I ступень
SO3 2- + HOH = HSO3 — + OH — , pH > 7
II ступень
HSO3 — + HOH = H2SO3 + OH — , pH > 7
На основании справочных данных о константах диссоциации H2SO3 вычислим константы гидролиза по обоим ступеням:
по I ступени гидролиз протекает в большей степени, т.к. Kг1 > Kг2
На основании полученных данных, можно сделать вывод о том, что среда раствора по первой ступени среднещелочная, т.к. Kг1 ≈ Kк-ты2 , а по второй ступени слабощелочная, т.к и Kг2 — ]1 = (Kг1·[соли]) 1/2 ; [OH — ]1 = (0,16·10 -8 ·1) 1/2 = 4·10 -5 моль/л [H + ]1 = 10 -14 /4·10 -5 = 0,25·10 -9 моль/л;
Гидролиз — это процесс взаимодействия сложного химического вещества с водой, итогом которого становится разложение молекул этого вещества. Сам термин происходит от двух греческих слов: hydor, что значит «вода», и lysis, то есть «распад».
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.
Гидролиз солей — это реакция взаимодействия ионов соли с Н + и ОН − ионами воды, которая ведет к распаду исходного соединения. В результате такого ионного обмена образуется слабый электролит — кислотный, щелочной или нейтральный.
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.
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,
nгидр. — количество гидролизованного вещества,
nобщ. — 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?
Гидролиз
Материалы портала onx.distant.ru
Теоретическое введение
Примеры обратимого гидролиза
Случаи необратимого гидролиза
Константа и степень гидролиза
Примеры решения задач
Задачи для самостоятельного решения
Теоретическое введение
Гидролиз – обменная реакция взаимодействия растворенного вещества (например, соли) с водой. Гидролиз происходит в тех случаях, когда ионы соли способны образовывать с Н + и ОН — ионами воды малодиссоциированные электролиты.
Примеры обратимого гидролиза
Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой, например , CH3COONa, Na2CO3, Na2S, KCN гидролизуются по аниону:
СН3СООNa + НОН ↔ СН3СООН + NaОН (рН > 7)
Гидролиз солей многоосновных кислот протекает ступенчато. 1 ступень:
CO3 2– + HOH ↔ HCO3 – + OH – ,
или в молекулярной форме:
или в молекулярной форме:
Продукты гидролиза по первой ступени подавляют вторую ступень гидролиза, в результате вторая ступень гидролиза протекает незначительно.
Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, например , NH4Cl, FeCl3, Al2(SO4)3, гидролизуются по катиону:
Гидролиз по второй и, в особенности, по третьей ступени практически не протекает при комнатной температуре.
Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, например , CH3COONH4, (NH4)2CO3, HCOONH4, гидролизуются и по катиону, и по аниону:
В этом случае реакция раствора зависит от соотношения констант диссоциации образующихся кислот и оснований. Поскольку в рассматриваемом примере константы диссоциации СH3COOH и NH3·H2О при 25 о С примерно равны (Кд(СH3COOH) = 1,75·10 –5 , Кд(NH3·H2О) = 1,76·10 –5 ), то раствор соли будет нейтральным.
При гидролизе HCOONH4 реакция раствора будет слабокислой, поскольку константа диссоциации муравьиной кислоты (Кд(HCOOН) = 1,77·10 –4 ) больше константы диссоциации уксусной кислоты.
Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой (например, NaNO3, KCl, Na2SO4), при растворении в воде гидролизу не подвергаются.
Случаи необратимого гидролиза
Гидролиз некоторых солей, образованных слабыми основаниями и слабыми кислотами, протекает необратимо. Необратимо гидролизуется, например , сульфид алюминия:
Следует отметить, что при смешении растворов солей гидролизующихся по аниону и катиону:
Mg 2+ + HOH ↔ MgOH + + H + ,
CO3 2– + HOH ↔ HCO3 – + OH –
Продукты гидролиза первой соли усиливают гидролиз второй соли и наоборот. В результате при смешении водных растворов сульфата магния и карбоната натрия образуется основной карбонат магния:
Основные карбонаты выпадают в осадок также при смешивании растворов карбонатов щелочных металлов и солей Be 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Pb 2+ , Cu 2+ и др.
При сливании растворов соды и солей Fe 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ реакции протекают следующим образом:
(Ме – Fe, Ca, Sr, Ba)
При взаимодействии солей Аl 3+ , Сr 3+ и Fe 3+ в растворе с сульфидами, карбонатами и сульфитами в результате гидролиза в осадок выпадают не сульфиды, карбонаты и сульфиты этих катионов, а их гидроксиды:
Следует отметить, что катион Fe 3+ производит окисляющее действие на анион S 2- . В результате протекает реакция:
2Fe 3+ + S 2- = 2Fe 2+ + S о .
Например , хлорид железа (III) реагирует с сульфидом калия:
2FeCl3 + 3K2S = 2FeS + S + 6KCl
Некоторые соли в результате гидролиза в воде образуют малорастворимые оксосоединения:
SbCl3 + H2O → SbOCl↓ + 2HCl.
Необратимо гидролизуются в водных растворах галогенангидриды:
Константа и степень гидролиза
Константа Кг и α г степень гидролиза для растворов электролитов связаны между собой уравнением, по форме совпадающим с уравнением Оствальда:
(1)
Константа гидролиза Кг может быть рассчитана на основе значений ионного произведения воды Кw и константы диссоциации Кд образующихся в результате гидролиза слабой кислоты или слабого основания:
(2)
Примеры решения задач
Задача 1. Вычислите Кг, α г и рН 0,01 М раствора NH4Cl при температуре 298 К, если при указанной температуре Кд(NH3·H2O) = 1,76× 10 -5 .
Решение.
.
[Н + ] = 2,4·10 –4× 0,01 = 2,4× 10 –6 М.
рН = — lg 2,4× 10 –6 = 5,6.
Задача 2. Определите константу гидролиза, степень гидролиза и рН 0,02 М раствора НСООNa при 298 К, если при указанной температуре Кд(НСООН) = 1,77× 10 –4 .
Решение. Формиат натрия гидролизуется в соответствии с уравнением:
НСОО — + Н2О ↔ НСООН + ОН — .
Поскольку [НСООН] = [ОН – ] и [НСОО – ]·Сисх(НСООNa), то константу гидролиза можно записать следующим образом:
.
[Н + ] = 10 –14 ÷1,06× 10 –6 = 9,4·10 –9 М
рН = — lg 9,4× 10 –9 = 8
Задача 3. Определите рН 0,006М раствора NaNO2, если α г = 7·10 –3 %.
Решение.
[ОН – ] = 0,006× 7× 10 –5 = 4,2× 10 –7 М.
[Н + ] = 10 –14 :4,2× 10 –7 = 2,4× 10 –8 М.
рН = — lg 2,4× 10 –8 = 7,6.
Задача 5. Определите рН 0,1 М раствора Na3PO4 при 298 К, если константы диссоциации ортофосфорной кислоты при указанной температуре соответственно равны: Кд.1 = 7,11× 10 — 3 , Kд.2 = 6,34× 10 — 8 , Kд.3 = 4,40× 10 — 13 .
Решение. Na3PO4 диссоциирует в растворе и подвергается ступенчатому гидролизу:
Следует обратить внимание на выбор “нужной” величины Кд.
Kдисс.2 = 6,34·10 — 8
Так как Кг,1 > > Кг,2, то можно считать, что соль подвергается гидролизу только по первой ступени.
(1)
(2)
.
.
,