6.10. Гидролиз солей

Гидролиз соли - это реакция взаимодействия соли с водой, приводящая, в зависимости от природы соли, к образованию кислоты и основания.

Таким образом, гидролиз – это процесс, обратный нейтрализации (реакции между кислотой и основанием с образованием воды, сопровождающейся выделением теплоты).

ΔН>0; кислота + основание

нейтрализация гидролиз

Соль + вода; ΔН<0.

Так как большинство солей – сильные электролиты и находятся в водном растворе в виде ионов, то уравнения реакции гидролиза можно записать как реакцию между ионами, образующими соль, и молекулами воды.

Гидролиз – обратимый процесс, и поэтому только часть молекул соли, присутствующих в растворе, подвергается гидролизу. Показателем глубины протекания гидролиза является степень гидролиза β, представляющая собой отношение концентрации гидролизованных молекул С_гидр к исходной концентрации молекул электролита С:

β = С_гидр/С.

Степень гидролиза увеличивается с разбавлением раствора и повышением температуры, поскольку гидролиз – процесс эндотермический.

Кроме того, если в результате гидролиза образуются, например, летучие вещества, равновесие смещается вправо и гидролиз может пойти практически до конца.

Если рассматривать соли как продукты взаимодействия кислот с основаниями, то возможны четыре варианта гидролиза солей.

1. Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием (NaCl, K₂SO₄, NaNO₃ и др.). Такие соли не подвергаются гидролизу, так как не взаимодействуют с водой с образованием слабых электролитов, и их растворы нейтральны (рН7).

2. Соли, образованные слабой кислотой и сильным основанием (KCN, CH₃COONa, Na₂CO₃ и др.). Гидролиз такой соли рассмотрим на примере цианида натрия. В системе, состоящей из NaCN и воды, происходят следующие процессы диссоциации:

NaCN Na⁺ + CN^-,

H₂O OH^- + H⁺.

В этом случае происходит связывание ионов Н⁺ с ионами CN^- в молекулы очень слабой синильной кислоты (HCN). В результате в растворе увеличивается концентрация ионов [ОН^-], так как произведение [H⁺] [OH^-] – величина постоянная. Поэтому раствор проявляет щелочные свойства (рН>7). Уравнение гидролиза этой соли имеет вид:

NaCN + H₂O  NaOH + HCN.

В ионной форме Na⁺ + CN^- + H₂O  Na⁺ + OH^- + HCN.

В сокращенной ионной форме CN^- + H₂O  HCN + OH^-, (рН>7).

Гидролиз солей многоосновных слабых кислот идет обычно в несколько стадий, и продуктами гидролиза являются кислые соли.

Например, гидролиз карбоната калия идет в две стадии:

K₂CO₃ + H₂O  KHCO₃ + KOH (1).

В ионной форме 2K⁺ + CO₃^2- + H₂O  K⁺ + HCO₃^- + K⁺ + OH^-.

В сокращенной ионной форме CO₃^2- + H₂O  HCO₃^- + OH^-.

KHCO₃ + H₂O  H₂CO₃ + KOH (2).

В ионной форме K⁺ + HCO₃^- + H₂O  H₂CO₃ + K⁺ + OH^-.

В сокращенной ионной форме HCO₃^- + H₂O  H₂CO₃ + OH^-, (рН>7).

Степень гидролиза от первой стадии к последующей уменьшается.

В результате гидролиза солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием, их растворы обнаруживают щелочную реакцию (рH > 7).

3. Соли, образованные сильной кислотой и слабым основанием (ZnCl₂, Al₂(SO₄)₃, Cu(NO₃)₂). Гидролиз такой соли рассмотрим на примере хлорида аммония:

NH₄Cl Cl^- + NH₄⁺,

H₂O  H⁺ + OH^-.

В этом случае происходит связывание ионов ОН^- ионами NH₄⁺ в молекулы слабого основания NH₄OH. В растворе преобладают ионы Н⁺ и проявляются кислотные свойства (рН < 7).

Уравнение гидролиза NH₄Cl + H₂O  NH₄OH + HCl.

В ионной форме NH₄⁺ + Cl^- + H₂O  NH₄OH + H⁺ + Cl^-.

В сокращенной ионной форме NH₄⁺ + H₂O  NH₄OH + H⁺, (рН<7).

Гидролиз солей многовалентных металлов протекает по стадиям. На первой стадии образуется основная соль. Например, гидролиз ZnCl₂ идет в две стадии:

ZnCl₂ + H₂O  Zn(OH)Cl + HCl (1).

В ионной форме Zn²⁺ + 2Cl^- + H₂O  Zn(OH⁺) + H⁺ + 2Cl^-.

В сокращенной форме Zn²⁺ + H₂O  (ZnOH⁺) + H⁺, (рН<7).

Zn(OH)Cl + H₂O  Zn(OH)₂ + HCl (2).

В ионной форме Zn(OH⁺) + Cl^- + H₂O  Zn(OH)₂ + H⁺ + Cl^-.

В сокращенной ионной форме Zn(OH⁺) + H₂O  Zn(OH)₂ + H⁺, (рН<7).

Следовательно, растворы солей, образованных сильной кислотой и слабым основанием, имеют кислотную реакцию (рН < 7).

4. Соли, образованные слабой кислотой и слабым основанием (NH₄CN, CH₃COONH₄). Такие соли подвергаются гидролизу наиболее полно:

NH₄CN  NH₄⁺ + CN^-,

H₂O  OH^- + H⁺.

В этом случае образуются одновременно молекулы слабых электролитов NH₄OH и HCN и происходит связывание как ионов Н⁺, так и ионов ОН^-. Раствор будет проявлять слабокислотные или слабощелочные свойства в зависимости от того, кислота или основание имеет более высокое значение константы диссоциации.

Раствор NH₄CN имеет слабощелочную реакцию, так как константа диссоциации NH₄OH (Кд=1,8 10^-5) больше, чем у HCN

(Кд=7,2 10^-10).

Уравнение гидролиза NH₄CN + H₂O  NH₄OH + HCN.

В ионной форме NH₄⁺ + CN^- + H₂O  NH₄OH + HCN.

Процессы гидролиза имеют большое значение на практике. Так, при схватывании портландцемента, наряду с гидратацией, большую роль играют процессы гидролиза солей, входящих в его состав.

Например, при гидролизе силикатов кальция образуется гидроксид кальция (Са(ОН)₂), создавая сильнощелочную среду в порах цемента:

Щелочная среда обеспечивает коррозионную устойчивость и целостность стальной арматуры в железобетоне.