5. Гидролиз солей

Гидролиз солей – это взаимодействие солей с водой, которое приводит к образованию слабых электролитов.

Гидролиз протекает в том случае, если ионы, образующиеся при диссоциации соли способны вступать в кислотно-основное взаимодействие с водой с образованием слабой кислоты или слабого основания. При этом сдвигается равновесие электролитической диссоциации воды, что приводит к изменению рН раствора.

По характеру гидролиза соли делят на 4 типа.

1. Соль образована катионом сильного основания и анионом слабой кислоты (KCN, Na₂CO₃, Ca(CH₃COO)₂ и др.).

Такие соли гидролизуются по аниону, и реакция среды их растворов – щелочная, например:

KCN + H₂O = HCN + KOH

CN^- + H₂O = HCN + OH^-

Если соль образована анионом слабой многоосновной кислоты, то гидролиз протекает по ступеням, например:

Na₂CO₃ + H₂O = NaHCO₃ + NaOH

CO + H₂O = HCO₃^- + OH^-

NaHCO₃ + H₂O = H₂CO₃ + NaOH

HCO + H₂O = H₂CO₃ + OH^-

2. Соль образована катионом слабого основания и анионом сильной кислоты (NH₄Cl, CuSO₄, Zn(NO₃)₂ и др.).

Такие соли гидролизуются по катиону, и реакция среды их растворов – кислая, например:

NH₄Cl + H₂O = NH₄OH + HCl

NH + H₂O = NH₄OH + H⁺

Если соль образована катионом слабого многокислотного основания, то гидролиз протекает по ступеням, например:

ZnCl₂ + H₂O = ZnOHCl + HCl

Zn²⁺ + H₂O = ZnOH⁺ + H⁺

ZnOHCl + H₂O = Zn(OH)₂ + HCl

ZnOH⁺ + H₂O = Zn(OH)₂ + H⁺

3. Соль образована катионом слабой кислоты и анионом слабого основания (NH₄CN, Fe₂(CO₃)₃, Al₂S₃ и др.).

Такие соли гидролизуются и по катиону , и по аниону, и реакция среды их растворов близка к нейтральной, например:

NH₄CN + H₂O = NH₄OH + HCN

NH + CN^- + H₂O = NH₄OH + HCN

4. Соль образована катионом сильного основания и анионом сильной кислоты (NaCl, K₂SO₄, Ba(NO₃)₂ и др.).

Такие соли не подвергаются гидролизу, так как ни катион, ни анион такой соли не образует при взаимодействии с водой слабых электролитов. Реакция среды растворов таких солей нейтральная.

Гидролиз большинства солей – это обратимый процесс, к которому применим закон действия масс. Например, для реакции гидролиза KCN

CN^- + H₂O = HCN + OH^-

можно записать константу равновесия:

.

Концентрация молекул воды в разбавленных растворах практически постоянна, поэтому величина K[H₂O] также постоянна и называется константой гидролиза К_г. Константа гидролиза зависит от природы соли и температуры и не зависит от концентрации соли.

Для рассматриваемой соли:

.

Умножим числитель и знаменатель правой части уравнения на [OH^-]:

В полученном выражении

[H⁺][OH^-] = K_w

.

Таким образом

.

В общем случае, константа гидролиза соли, образованной катионом сильного основания и анионом слабой кислоты равна отношению ионного произведения воды к константе кислотности слабой кислоты:

Аналогичные рассуждения для солей других типов приводят к следующим соотношениям.

Константа гидролиза соли, образованной катионом слабого основания и анионом сильной кислоты равна отношению ионного произведения воды к константе основности слабого основания:

Константа гидролиза соли, образованной катионом слабого основания и анионом слабой кислоты равна отношению ионного произведения воды к произведению констант диссоциации слабой кислоты и слабого основания:

Анализ полученных уравнений показывает, что чем слабее кислота или основание, анион или катион которых входит в состав соли, тем больше значение константы гидролиза и тем полнее идет гидролиз.

При гидролизе соли по ступеням каждой ступени соответствует своя константа гидролиза. Как было показано выше, гидролиз Na₂CO₃ протекает в две ступени. Первая ступень гидролиза протекает по уравнению:

CO + H₂O = HCO₃^- + OH^-

Умножим числитель и знаменатель полученного выражения на [H⁺]:

или

,

где - константа кислотности угольной кислоты по второй ступени.

Гидролиз по второй ступени идет до образования угольной кислоты:

HCO + H₂O = H₂CO₃ + OH^-

Умножим числитель и знаменатель полученного выражения на [H⁺]:

или

,

где - константа диссоциации угольной кислоты по первой ступени.

В общем случае, для соли, образованной анионом слабой многоосновной кислоты:

Так как K_a(1) > K_a(2), то K_г(1)>K_г(2). Поэтому в обычных условиях гидролиз по второй ступени практически не идет и при расчетах им можно пренебречь. Это касается и гидролиза солей образованных катионом слабого многокислотного основания и анионом сильной кислоты, для которых

.