Раздел 9 Гидролиз солей

При растворении всех веществ в воде происходит их взаимодействие с растворителем, в результате которого в ряде случаев наблюдается полное или частичное разложение исходных соединений и образование новых. Такой процесс называется сольволизом. Если растворителем является вода, то процесс называется гидролизом. Гидролизу, в частности, подвергаются соли. Гидролиз солей, или их обменное взаимодействие с водой, происходит лишь в тех случаях, когда ионы, образующиеся в результате электролитической диссоциации соли, способны образовывать с ионами H⁺ или OH^- воды малодиссоциированные продукты: молекулы слабых кислот и оснований, или гидро- и гидроксоионов.

Гидролизу подвергаются соли, образованные:

а) слабыми кислотами и сильными основаниями, например, CH₃COONa (гидролиз по аниону),

б) сильными кислотами и слабыми основаниями, например, AlCl₃ (гидролиз по катиону),

в) слабыми кислотами и слабыми основаниями, например, Cr₂S₃ (гидролиз по аниону и катиону).

В водных растворах солей, образованных сильными основаниями и сильными кислотами: NaCl, KNO₃, K₂SO₄ и др., единственным слабым электролитом является вода. В таких системах происходит только распад соли на ионы и практически исключается образование каких-либо других малодиссоциированных соединений.

Гидролиз солей обычно сопровождается изменением концентрации водородных и гидроксид-ионов в водном растворе, что можно легко определить с помощью индикаторов или рН-метра.

Пример 1. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения гидролиза солей: а) NH₄Cl, б) FeSO₄, в) K₂CO₃.

Решение:

а) Водный раствор соли NH₄Cl имеет кислую реакцию, рН<7. Следовательно, в этом растворе концентрация ионов OH^- больше концентрации ионов H⁺. Равенство концентраций [H⁺] и [OH^-], имеющееся в чистой воде, нарушилось в результате гидролиза соли.

При растворении в воде соль NH₄Cl диссоциирует на катионы NH₄⁺ и анионы Cl^-. Хлорид-анионы не могут связывать ионы H⁺ воды, так как HCl – сильный электролит. Катионы же NH₄⁺ связывают ионы OH^- воды, образуя молекулы слабого электролита NH₄OH что смещает равновесие системы H₂O ⇄ H⁺ + OH^- вправо. Соль гидролизуется по катиону. Процесс гидролиза можно представить уравнениями:

NH₄Cl + H₂O ⇄ NH₄OH + HCl

(молекулярная форма)

NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₄OH + H⁺

(сокращённая ионно-молекулярная форма).

В растворе соли появляется избыток ионов H⁺, поэтому раствор NH₄Cl имеет кислую реакцию (рН < 7).

б) Раствор соли FeSO₄ также, как и NH₄Cl, имеет кислую реакцию. Но в отличие от предыдущего случая FeSO₄ является солью слабого двухкислотного основания Fe(OH)₂ и сильной кислоты H₂SO₄. Катионы Fe²⁺ связывают ионы OH^- воды, образуя катионы основной соли FeOH⁺. Процесс гидролиза описывается уравнениями:

FeSO₄ + 2H₂O ⇄ (FeOH)₂SO₄ + H₂SO₄

(молекулярная форма)

2Fe(OH)₂ + H₂O ⇄ FeOH⁺ + H⁺ (рН<7)

(сокращённая ионно-молекулярная форма).

Гидролиз солей многокислотных оснований (как и многоосновных кислот) протекает в несколько стадий, в рассматриваемом случае – в 2 стадии. Одновременно с первой стадией гидролиза в очень незначительной степени осуществляется и вторая стадия:

(FeOH)₂SO₄ + 2H₂O ⇄ 2Fe(OH)₂ + H₂SO₄

FeOH⁺ + H₂O ⇄ Fe(OH)₂ + H⁺

Более глубокому протеканию гидролиза по второй ступени препятствует то, что способность FeOH⁺ к присоединению ионов OH^- воды значительно меньше, чем у ионов Fe²⁺.

Повышению степени гидролиза по всем ступеням способствует разбавление раствора (увеличение концентрации воды) и нагревание (возрастание константы диссоциации воды). Из уравнений реакций гидролиза видно, что присутствующая в качестве продукта гидролиза сильная кислота (H₂SO₄) должна препятствовать протеканию гидролиза по второй ступени, поэтому добавление щелочи к раствору соли приведёт к связыванию ионов H⁺ и усилению гидролиза.

в) Соль K₂CO₃ образована сильным основанием и слабой двухосновной кислотой. Раствор этой соли имеет щелочную реакцию (рН > 7). Следовательно, в нём концентрация ионов OH^- больше концентрации ионов Н⁺. Причиной нарушения равенства концентраций [H⁺] и [OH^-] по сравнению с чистой водой является гидролиз соли по аниону. Ионы CO₃^2- присоединяют протоны воды с образованием малодиссоциированных ионов HCO₃^- и ионов OH^-. Молекулярное уравнение первой ступени гидролиза:

K₂CO₃ + H₂O ⇄ KHCO₃ + KOH

или в сокращённой ионно-молекулярной форме:

CO₃^2- + H₂O ⇄ HCO₃^- + OH^-, (рН > 7).

В незначительной степени гидролиз протекает по второй ступени:

KHCO₃ + H₂O ⇄ H₂CO₃ + KOH

HCO₃^- + H₂O ⇄ H₂CO₃ + OH^-.

Увеличить выход продуктов гидролиза можно нагреванием, разбавлением раствора или добавлением кислоты, связывающей ионы OH^-.

Пример 2. Какие продукты образуются при смешивании растворов AlCl₃ и Na₂CO₃? Составьте молекулярное и ионно-молекулярное уравнения реакции.

Решение:

Соль AlCl₃ гидролизуется по катиону, а Na₂CO₃ – по аниону:

Al³⁺+ H₂O ⇄ Al(OH)²⁺ + H⁺

CO₃^2- + H₂O ⇄ HCO₃^- + OH^-.

Если растворы этих солей находятся в одном сосуде, то идёт взаимное усиление гидролиза каждой из них, так как ионы H⁺, образующиеся при гидролизе катиона, связываются с ионами OH^-, образующимися при гидролизе аниона, в малодиссоциирующий электролит H₂O. При этом гидролитическое равновесие сдвигается вправо и гидролиз каждой из взятых солей идёт до конца с образованием Al(OH)₃ и H₂CO₃ (разлагающейся на CO₂ и H₂O). Происходит осаждение гидроксида алюминия и выделение углекислого газа. Ионно-молекулярное уравнение:

2Al³⁺+ 3CO₃^2- + 6H₂O ⇄ 2Al(OH)₃ + 3H₂CO₃,

2Al³⁺+ 3CO₃^2- + 3H₂O ⇄ 2Al(OH)₃ + 3CO₂.

Молекулярное уравнение:

2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O ⇄ 2Al(OH)₃ + 3CO₂ + 6NaCl.