2.4. Гидролиз солей

Образующиеся при диссоциации ионы Н⁺ и ОН^- находятся в равновесии с огромным числом недиссоциированных молекул, которые могут служить неисчерпаемым источником ионов, если указанное равновесие нарушится. Это нарушение равновесия может явиться результатом взаимодействия ионов растворенной соли с ионами Н⁺ и ОН^- воды.

Химическое взаимодействие ионов растворенной соли с ионами Н⁺ и ОН^- воды, приводящее к образованию малодиссоциированных продуктов (молекул слабых кислот или оснований, ионов кислых или основных солей) называется гидролизом соли.

В результате гидролиза изменяются концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов в растворе. Поэтому большинство солей имеют или кислую, или щелочную реакцию.

С точки зрения теории гидролиза соли можно раделить на четыре группы.

1.Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием. Примером может служить NaCl – соль сильной кислоты НCl и сильного основания NaOH. Диссоциация соли и воды выражается уравнениями:

NaCl = Na⁺ + Cl^-,

H₂O  H⁺ + OH^-.

Ионы Na⁺ и Cl^- не образуют с ионами Н⁺ и ОН^- воды слабодиссоциирующих или труднорастворимых соединений.. В этом случае равновесие между недиссоцииующими молекулами и ионами воды не нарушается. Таким образом, NaCl и другие соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, гидролизу не подвергаются; растворы их остаются нейтральными, рН практически равен семи.

2. Соли, образованные слабой кислотой и сильным основанием. Рассмотрим соль КСN. Она образована слабой кислотой НСN и сильным основанием КОН. Диссоциация соли и воды выражается уравнениями:

KCN = K⁺ + CN^-,

H₂O  H⁺ + OH^-.

В этом случае ионы СN^- и ионы Н⁺ будут взаимодействовать друг с другом, образуя молекулы слабодиссоциирующей кислоты HCN (К_HCN = 7,210^-10). Значит, гидролиз соли KCN происходит по аниону. Ионное уравнение гидролиза соли имеет вид:

CN^- + HOH  HCN + OH^-.

Избыток ионов ОН^- означает, что раствор соли имеет щелочную реакцию и его рН  7. Продукты гидролиза – ионы ОН^- и молекулы НСN – в свою очередь взаимодействуют друг с другом. Поэтому гидролиз является обратимым процессом.

Прямая реакция характеризует гидролиз соли, обратная – реакцию нейтрализации. Молекулярное уравнение реакции гидролиза соли КСN имеет вид:

KCN + HOH  HCN + KOH.

Далее отметим некоторые особенности реакций гидролиза солей, образованных слабодиссоциирующими многоосновными кислотами. Гидролиз этих солей протекает ступенчато. Например, при растворении в воде карбоната натрия Na₂CO₃ – cоли слабой двухосновной кислоты – взаимодействие ионов СО₃^2- с ионами воды протекает в две стадии (ступени):

1 стадия: СО₃^2- + НОН  НСО₃^- + ОН^- (К_НСОз = 5,610^-11);

2 стадия: НСО₃^- + НОН  Н₂СО₃ + ОН^- (К_{Н СО} = 4,310^-2).

Появление в растворе избытка ионов ОН^- приводит к сдвигу равновесия влево , и гидролиз этой соли идет в основном только по первой стадии.

Молекулярное уравнение гидролиза соли Na₂CO₃ имеет вид:

Na₂CO₃ + HOH  NaHCO₃ + NaOH.

Оно показывает, что при гидролизе соли слабой двухосновной (а также многоосновной) кислоты и сильного основания образуется кислая соль.

3. Соли. образованные сильной кислотой и слабым основанием. Примером может служить NH₄Cl. Так как все соли являются сильными электролитами, то при диссоциации NH₄Cl образуются ионы NH₄⁺ и Cl^-. В данном случае с ионами воды будут взаимодействовать лишь ионы NH₄⁺. В результате реакции в растворе накапливаются слабодиссоциирующий гидроксид аммония NH₄OH и увеличивается концентрация ионов Н⁺. Ионное уравнение гидролиза данной соли таково:

NH₄⁺ + HOH  NH₄OH + H⁺ (K_{NH OH} = 1,810^-5).

Избыток ионов Н⁺ означает, что раствор соли NH₄Cl имеет кислую реакцию и его рН  7.

Гидролиз солей, образованных основаниями двух- и многовалентных металлов и сильной кислотой. Протекает ступенчато. Например, при растворении хлорида цинка в воде реакция гидролиза протекает в две стадии:

1 стадия: Zn^{2+ +} + HOH  ZnOH⁺ + H⁺;

2 стадия: ZnOH⁺ + HOH  Zn(OH)₂ + H⁺.

Обычно гидролиз протекает только по первой стадии,. т.е. катионы Zn⁺ присоединяют лишь один ион ОН^-. Чтобы написать молекулярное уравнение гидролиза ZnCl₂, нужно учесть, что кроме ионов, непосредственно участвующих в процессе гидролиза, в растворе присутствуют еще ионы Сl^-:

ZnCl₂ + HOH  ZnOHCl + HCl.

Это уравнение показывает, что при гидролизе соли, образованной слабым основанием двух- или многовалентного металла и сильной кислоты, обычно получается основная соль.

4. Соль, образованная слабой кислотой и слабым основанием. Рассмотрим ацетат аммония СН₃СООNH₄. Ионное уравнение реакции гидролиза этой соли имеет вид:

СН₃СОО^- + NH₄⁺ + HOH  CH₃COOH + NH₄OH.

Так как константы диссоциации продуктов гидролиза – NH₄OH (1,7910^-5) и СН₃СООН (1,7510^-5) – почти одинаковы, то и связывание ионов Н⁺ и ОН^- воды происходит в одинаковой степени. Поэтому реакция раствора остается практически нейтральной: рН 7.

Из уравнения видно, что причиной гидролиза ацетата аммония является образование двух слабодиссоциирующих электролитов – уксусной кислоты и гидроксида аммония. Гидролиз такой соли протекает в значительной степени.

Гидролиз, как мы видели, - процесс обратимый. Однако, если соль образована очень слабыми кислотой и основанием. То гидролиз идет практически до конца. Примером такой соли может служить сульфид алюминия Аl₂S₃. Взаимодействие этой соли с водой выражается уравнением:

Al₂S₃ + 6 H₂O = 2 Al(OH)₃ + 3 H₂S.

Соль не может быть получена сливанием водных растворов солей Al₂(SO₄)₃ и Na₂S. Происходит реакция

Al₂(SO₄)₃ + 3 Na₂S + 6 H₂O = 2 Al(OH)₃ + 3 H₂S + 3 Na₂SO₄

или в ионно-молекулярном виде

2 Al³⁺ + 3 S^2- + 6 H₂O = 2 Al(OH)₃ + 3 H₂S.

Это объясняет тот факт, что при сливании водных растворов соды и хлорида железа (III) образуется красно-бурый осадок гидроксида железа (III):

2 FeCl₃ + 3 Na₂CO₃ + 3 H₂o = 2 Fe(OH)₃ +3 CO₂ + 6 NaCl

или

2 Fe³⁺ + 3 CO₃^2- + 3 HOH = 2 Fe(OH)₃ + 3 CO₂.

Равновесное состояние реакции гидролиза характеризуется степенью гидролиза соли. Степенью гидролиза называют число, показывающее, какая часть от общего количества растворенной соли подверглась гидролизу.

Степень гидролиза принято обозначать буквой h%:

число гидролизованных молей соли

h% =  100.

общее число растворенных молей соли

При повышении температуры усиливается диссоциация воды, т.е. повышается концентрация ионов Н⁺ и ОН^-. Поэтому степень гидролиза соли с повышением температуры раствора увеличивается. Например, гидролиз соли Na₂CO₃ при разбавлении возрастает, как это показано в табл.2.3.

Таблица 2.3

Зависимость степени гидролиза соли Na₂CO₃

от концентрации

Концентрация, моль/л	0,1	0,01	0,001
Степень гидролиза соли, %	4,8	11,63	34,0

Следовательно, изменяя температуру раствора и концентрацию соли в растворе, можно сместить равновесие гидролиза в том или другом направлении.

Гидролиз имеет большое значение для жизнедеятельности живых организмов, широко встречается в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также влияет на геохимические процессы земной коры.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Вариант 1

1. Определите массовую долю хлорида калия в растворе, содержащем 53 г KCl в 0,5 л раствора. Плотность раствора r = 1,063 г/мл.

2. Сколько граммов этилового спирта C₂H₅OH должен содержать 1 л раствора, чтобы его осмотическое давление было таким же, как и раствора, содержащего в 1 л при той же температуре 4,5 г формальдегида СН₂О.

3. Определите давление пара водного раствора глюкозы при 25^оС, если в 400 г воды содержится 100 г глюкозы С₆Н₁₂О₆. Давление пара воды при данной температуре 3,17кПа.

4. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций: а) карбонат натрия + соляная кислота; б) нитрат свинца + иодид калия; в) нитрат серебра + хлорид натрия.

5. Cоставьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения гидролиза солей: а) нитрата аммония NH₄NO₃ ; б) хлорида хрома CrCl₃; в) сульфида калия K₂S. Укажите реакцию среды.

Вариант 2

1. Какова масса гидроксида натрия, содержащегося в 0,2 л раствора, если молярная концентрация раствора равна 0,2 моль/л?

2. Сколько граммов этилового спирта С₂Н₅ОН надо растворить в 500 мл воды, чтобы осмотическое давление этого раствора при 20^оС составляет 4,052×10⁵ Па?

3. Определите давление пара раствора, содержащего 12,8 г нафталина С₁₀Н₈ в 156 г бензола С₆Н₆ при 20 ^оС. Давление пара бензола при 20^оС равно 9,954 кПа.

4. Напишите в ионно-молекулярной форме уравнения реакций нейтрализации: а) HCl + Ba(OH)₂; б) НF + KOH; в) Fe(OH)₃ + HNO₃.

5. При смешении растворов Al₂(SO₄)₃ и K₂S в осадок выпадает Al(OH)₃. Укажите причину этого и составьте соответствующие молекулярные и ионно-молекулярные уравнения.

Вариант 3

1. Определите нормальность раствора хлорида железа (III), в 0,3 л раствора содержится 32,44 г FeCl₃.

2. 200 мл раствора содержат 1 г растворенного вещества и при 20^оС имеют осмотическое давление 0,43×10⁵ Па. Определите молярную массу растворенного вещества.

3. Давление пара ацетона (СН₃)₂СО при 20^оС равно 23,94 кПа. Определите давление пара раствора, содержащего 30,4 г камфоры С₁₀Н₁₆О в 580 г ацетона, при той же температуре.

4. Напишите в ионно-молекулярной форме уравнения взаимодействия между растворами следующих веществ: а) NaHCO₃ + HCl; б) FeCl₃ + HCl; в) Pb(CH₃COO)₂ + Na₂S. Для каждого случая укажите причину смещения равновесия в сторону прямой реакции.

5. Составьте уравнения гидролиза солей в молекулярном и ионно-молекулярном виде: K₂SO₃, Fe₂(SO₄)₃, Cr₂S₃. Укажите реакцию среды.

Вариант 4

1. Определите массу эфира, в котором надо растворить 3,04 г анилина С₆Н₅NH₂, чтобы получить раствор, моляльность которого равна 0,3 моль/л.

2. Определить молярную массу растворенного вещества, если раствор, содержащий в 0,5 л 6 г вещества при 17^оС, обладает осмотическим давлением 4,82×10⁵ Па.

3. Вычислите давление пара 30%-ного водного раствора карбамида СО(NH₂)₂ при 50^оС. Давление пара воды при этой температуре равно 12,33 кПа.

4. Составьте молекулярное уравнение к каждому сокращенному ионному уравнению: а) Н⁺ + ОН^- = Н₂О; б) NH₄⁺ + OH^- = NH₃ + H₂O; в) Ва²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄.

5. Какую реакцию должны иметь растворы следующих солей: NH₄CN, Al(NO₃)_3, ZnSO₄. Ответ подтвердите соответствующими уравнениями в молекулярном и ионно-молекуляром виде.

Вариант 5

1. Рассчитайте мольные доли глюкозы С₆Н₁₂О₆ и воды в 36%-ном водном растворе глюкозы.

2. Раствор сахара С₁₂Н₂₂О₁₁ при 0^оС оказывает осмотическое давление 7,1×10⁵Па. Какова масса сахара, содержащегося в 250 мл такого раствора?

3. Вычислите давление пара раствора анилина С₆Н₅NH₂ в эфире (С₂Н₅)₂О при 20^оС, если в 370 г эфира содержится 9,3 г анилина. Давление пара чистого эфира при этой температуре 548,9 кПа.

4. Смешивают попарно растворы: KCl + HNO₃; KCl + NaNO₃; AgNO₃ + NaCl; CaCl₂ + K₂SO₄; CuSO₄ + HCl. В каких случаях реакции пойдут до конца? Почему?

5. Какие из перечисленных ниже солей подвергаются гидролизу; NaNO₃, NaCl, K₂CO₃, K₂SO₄, KCN? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения гидролиза и укажите реакцию среды.

Вариант 6

1. Определить массу HCl в 0,250 л 10,52%-ного раствора соляной кислоты (плотность =1,050 г/мл).

2. В 1 мл раствора содержится 10¹⁸ молекул растворенно- го неэлектролита. Вычислите осмотическое давление раствора при 298 К.

2. Разность давлений паров над раствором, содержащим 5,4 г вещества в 180 г воды при 80 ^оС и над чистым растворителем при той же температуре равна 144 Па. Определите молярную массу растворенного вещества, если давление насыщенного пара над чистой водой при этой температуре равно 43,36 кПа.

2. Можно ли приготовить раствор, содержащий одновременно следующие пары веществ: а) фосфат натрия + сульфат меди; б) сульфат меди + хлорид калия; в) нитрат свинца + хлорид цинка. Представьте возможные реакции в молекулярном и ионном виде.

2. Какую реакцию среды обнаруживают растворы солей: Na₂S, Fe₂(SO₄)₃, KCl, NH₄Cl. Дайте мотивированный ответ, приведя соответствующие уравнения реакций.

Вариант 7

1. Какова масса ВаСl₂ в 0,025 л 0,25 н. раствора?

2. Раствор, в 100 мл которого находятся 2,30 г вещества, обладает при 298К осмотическим давлением, равным 618,5 кПа. Определите молекулярную массу вещества.

3. Давление пара эфира (С₂Н₅)₂О при 20^оС равно 58,92 кПа, а давление пара раствора, содержащего 3 г бензойной кислоты в 25 г эфира, равно 54,79 кПа при той же температуре. Вычислите молярную массу бензойной кислоты.

4. Можно ли приготовить растворы, содержащие одновременно следующие пары веществ: KOH + NaOH; NaOH + Zn(OH)₂; HCl + Be(OH)₂; HCl + HNO₃. Для возможных реакций составьте молекулярные и ионные уравнения.

5. Чем объяснить, что при нагревании раствора ацетата натрия в присутствии фенолфталеина появляется малиновая окраска, а при охлаждении раствора малиновая окраска исчезает. Запишите молекулярное и ионное уравнения происходящего процесса.

Вариант 8

1. Вычислите молярную концентрацию раствора K₂SO₄, в 0,02 л которого содержится 2,74 г растворенного вещества.

2. При 25^оС осмотическое давление раствора, содержащего 2,80 г высокомолекулярного соединения в 200 мл раствора, равно 0,70 кПа. Найти молекулярную массу растворенного вещества.

3. Раствор, содержащий 57 г сахара С₁₂Н₂₂О₁₁ в 500 г воды, кипит при 100,72^оС. Определите эбуллиоскопическую константу воды.

4. Напишите в молекулярной и ионно-молекулярной формах уравнения реакций взаимодействия следующих веществ: а) Na₂S + FeSO₄; б) Na₂S + HCl; в) CH₃COONa + HNO₃.

5. При сливании растворов сульфида натрия Na₂S и хлорида хрома (III) CrCl₃ образуется осадок гидроксида хрома Cr(OH)₃. Запишите молекулярное и ионное уравнения реакции его образования.

Вариант 9

1. Вычислите нормальную концентрацию раствора иодида калия, 10^-3 л которого содержат 0,0037 г KI.

2. При 25 ^оС осмотическое давление некоторого водного раствора равно 1,24 мПа. Вычислите осмотическое давление при 0^оС.

3. Разность давлений паров над эфиром С₄Н₁₀О и над раствором, содержащим 6,1 г вещества в 925 г эфира, при одной и той же температуре равна 493 Па. Определите молекулярную массу растворенного вещества.

4. Cоставьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия между: а) сульфатом бария и нитратом натрия; б) карбонатом натрия и серной кислотой; в) цианидом калия и серной кислотой.

5. Напишите уравнения гидролиза солей: ацетата натрия и цианида натрия. Какая из них в большей степени подвергается гидролизу, если константа диссоциации уксусной кислоты 1,77×10^-5, а синильной кислоты 4,9×10^-10.

Вариант 10

1. В 45 г воды растворено 6,84 г сахара С₁₂Н₂₂О₁₁. Вычислите мольные доли сахара и воды.

2. Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего 16 г сахарозы в 350 г воды при 293К. Плотность раствора считать равной единице.

3. Раствор, содержащий 4,6 г глицерина С₃Н₈О₃ в 71 г ацетона, кипит при 56,73^оС. Определите эбуллиоскопическую константу ацетона, если температура кипения ацетона 50 ^оС.

4. Составьте молекулярное уравнение к каждому из ионно-молекулярных уравнений: а) Са²⁺ + СО₃^2- = СаСО₃; б) СО₃^2- + 2Н²⁺ = СО₂ + Н₂О; в) Н⁺ + ОН^- = Н₂О.

5. Составьте молекулярное и ионное уравнения реакции, протекающей при смешивании растворов Cr₂(SO₄)₃ и K₂CO₃, учитывая, что гидролиз обеих солей идет до конца

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Глинка Н.Л. Общая химия / Н.Л. Глинка. – М.: Высшая школа, 2003.

2. Коровин Н.В. Курс общей химии / Н.В. Коровин. – М.: Высшая школа, 2002.

3. Глинка Н.Л. Сборник задач и упражнений по общей химии / Н.Л. Глинка. – М.: Высшая школа, 2004.