Контрольные вопросы и задания

1.Дайте характеристику железу, кобальту и никелю, исходя из их положения в периодической таблице Д.И. Менделеева.

2.Напишите уравнения химических реакций железа, кобальта и никеля с разбавленными и концентрированными кислотами. Реагируют ли эти металлы со щелочами?

3.Какие оксиды могут образовывать железо, кобальт и никель? Напишитеуравненияреакцийполучениясоответствующихоксидов.

4.Какие кислотно-основные свойства проявляют оксиды железа, кобальта и никеля? Подтвердите ответ с помощью уравнений химических реакций.

5.Напишите уравнения химических реакций получения гидроксидов железа, кобальта и никеля. Какие из этих гидроксидов устойчивы, а какие легко окисляются на воздухе? Напишите соответствующие уравнения реакций.

6.Какие качественные реакции позволяют обнаружить ионы двух- и трехвалентного железа? Напишите уравнения соответствующих химических реакций.

7.Окислительными или восстановительными свойствами обладают соединения двух-, трех- и шестивалентного железа? Напишите соответствующие уравнения реакций.

8.Какие химические реакции характерны для солей железа, кобальта и никеля? Напишите уравнения этих реакций.

9. ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

Гидролизом солей называется реакция ионного обмена между молекулами соли и воды, в результате которой изменяется кислотность среды (рН). Рассмотрим типичные случаи гидролиза солей.

1.Соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой.

Примером такой соли может служить хлорид меди CuCl2. Эта соль образована слабым основанием – гидроксидом меди и сильной хлороводородной кислотой. Равновесие в реакции будет смещено в сторону образования слабого электролита, то есть

Cu+2 + H+OH = CuOH+ + H+.

В растворе накапливаются ионы водорода, среда становится кислой, что препятствует протеканию этой реакции по второй ступени, поэтому гидроксид меди Cu(OH)2 не образуется.

44

Полное ионное уравнение имеет вид

Cu+2 + 2Cl + H2O = CuOH+ + H+ + 2Cl .

В молекулярном виде уравнение гидролиза хлорида меди запишем следующим образом:

CuCl2 + H2O = CuOHCl + HCl.

То есть при гидролизе соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой, образуются основная соль и кислота.

2.Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой.

Примером такой соли служит карбонат натрия Na2CO3.

Эта соль образована сильным основанием – гидроксидом натрия и слабой угольной кислотой. Равновесие будет смещено в сторону образования слабого электролита – угольной кислоты:

CO3 2 + H+OH = HCO3 + OH .

В растворе накапливаются гидроксид-ионы, среда становится щелочной, поэтому по второй ступени реакция практически не идет и угольная кислота не образуется.

Полное ионное уравнение имеет вид

2Na+ + CO3 2 + H2O = 2Na+ + HCO3 + OH .

В молекулярном виде уравнение гидролиза карбоната натрия запишем так:

Na2CO3 + H2O = NaHCO3 + NaOH.

То есть при гидролизе соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой, получаются кислая соль и щелочь.

3.Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой.

Примером такой соли является ацетат алюминия Al(CH3COO)3. Эта соль образована слабым основанием – гидроксидом алюминия и слабой уксусной кислотой. Уксусная кислота, являясь слабым электролитом, все же растворима в воде, а гидроксид алюминия в воде не растворим, то есть он практически не образует в растворе ионов алюминия. Равновесие в этом случае будет смещено в сторону обра-

зования гидроксида алюминия.

Al+3 + H+OH = AlOH+2 + H+.

В растворе накапливаются ионы водорода, поэтому образование дигидроксокатиона алюминия Al(OH)2+, и тем более гидроксида алюминия, не происходит.

Полное ионное уравнение имеет вид

Al+3 + 3CH3COO + H2O = AlOH+2 + H+ + 3CH3COO .

Молекулярное уравнение гидролиза

Al(CH3COO)3 + H2O = AlOH(CH3COO)2 + CH3COOH.

45

При гидролизе соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой, образуются основная соль и слабая кислота.

Если же соль образована слабым нерастворимым основанием и слабой летучей или нестойкой кислотой, то в водном растворе такая соль будет подвергаться полному гидролизу. Нерастворимое основание будет выпадать в осадок, а кислота разлагаться на воду и летучий оксид (например, угольная кислота будет распадаться на воду и углекислый газ) или сама в виде газообразного соединения удаляться из раствора (например, сероводородная кислота). Примером полного гидролиза может служить реакция сульфида хрома с водой:

Cr2S3 + 6H2O = 2Cr(OH)3 + 3H2S.

Вионно-молекулярномвидереакциюзапишемследующимобразом: 2Cr+3 + 3S + 6H2O = 2Cr(OH)3 + 3H2S.

4.Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой,

гидролизу не подвергаются. Сильные электролиты полностью диссоциируют на ионы, равновесие в реакции с водой полностью смещается влево, ни основные, ни кислые соли не образуются, реакция среды остаётся нейтральной.

Рассмотрим пример вычисления рН раствора соли (МеА, где Ме

– это ион металла, а А – кислотный остаток), образованной сильным основанием (МеОН) и слабой кислотой (НА). Необходимо учитывать, что в этом растворе установились три равновесия:

МеА = Ме+ + А (диссоциация соли); Н2О = Н+ + ОН (диссоциация воды);

А + Н+ = НА (образование слабой кислоты). Если суммировать эти реакции, то получим

МеА + Н2О = МеОН + НА

или в сокращенном ионном виде А + Н2О + НА + ОН .

Обозначим концентрацию раствора соли буквой С, тогда сте-

НА

пень гидролиза этой соли будет равна β С , то есть концентрация

образующейся слабой кислоты [HA] = С . Так как концентрация образующейся слабой кислоты равна концентрации образующихся в этой же реакции гидроксид-ионов, то есть [HA] = [OH ], то концентрация свободных анионов (кислотных остатков) [A ] = C – [HA] = = C C = C(1 ).

Константа равновесия процесса гидролиза будет равна

46

НА ОН К А Н2О .

Концентрация воды– это величина постоянная, её можновнести под знакконстанты,тогдавыражениедляконстантыгидролизаприметвид

Умножим числитель и знаменатель на концентрацию ионов водорода [H+]. При этом получим следующее выражение:

Заметим при этом, что произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов – это есть величина постоянная – ионное произведение воды Кw, а произведение концентраций ионов водорода и ионов кислотного остатка – это константа ионизации (диссоциации) слабой кислоты Ка. То есть константа гидролиза обратно пропорциональна константе диссоциации кислоты.

Кгидр Кw .

Ka

Чем слабее кислота, образующая соль, тем больше константа гидролиза этой соли. Если подставить в уравнение для константы гидролиза значения концентраций молекул слабой кислоты, гидро- ксид-ионов и ионов кислотного остатка, то получим следующее выражение:

Сβ Сβ С2 β2 Сβ2

Кгидр С (1 β) С (1 β) 1 β .

Так как степень гидролиза обычно намного меньше 1, то степень гидролиза примерно равна

а концентрация ионов водорода в растворе соли, подвергающейся гидролизу, вычисляется по формуле

Кроме силы электролита, образующего соль (константы диссоциации), на степень гидролиза оказывают влияние температура и степень разбавления раствора.

47

Экспериментальная часть

Опыт 1. Реакция среды в растворах различных солей.

В шесть пробирок до 1/3 их объёма налейте нейтральный раствор лакмуса. Одну пробирку оставьте в качестве контрольной, а в остальные добавьте несколько кристалликов следующих солей: в первую – ацетат натрия CH3COONa, во вторую – хлорид алюминия AlCl3, в третью – силикат натрия Na2SiO3, в четвертую – сульфат железа ( ) FeSO4, в пятую – хлорид калия KCl. Обратите внимание, как изменилась окраска раствора лакмуса. Результаты опыта занесите в табл. 2.

Таблица 2

Изменение окраски лакмуса в растворах различных солей

Напишите ионные и молекулярные уравнения реакций гидролиза солей. Сделайте вывод о том, какие соли подвергаются гидролизу и как при этом изменяется реакция среды в растворах.

Опыт 2. Влияние температуры на степень гидролиза соли.

В пробирку налейте 1 – 2 мл раствора хлорида алюминия и такой же объём раствора ацетата натрия. Запишите реакцию образования ацетата алюминия. Будет ли эта соль подвергаться гидролизу? Запишите уравнение реакции гидролиза, протекающей по первой ступени. Нагрейте пробирку до кипения раствора. Наблюдайте образование белого осадка основной соли алюминия Al(OH)2CH3COO. По какой ступени должна проходить реакция гидролиза ацетата алюминия, чтобы образовался дигидроксоацетат алюминия? Напишите реакцию ступенчатого гидролиза ацетата алюминия.

48