му по химии / Дергачева гидролиз солей

3. Гидролиз K3PO4

Первая ступень: в молекулярной форме:

K3PO4 + H2O K2HPO4 + KOH

в полной ионной форме:

3K+ + PO43- + H2O 3K+ + HPO42- + OH-

в сокращенной ионной форме:

PO43- + H2O HPO42-

Вторая ступень: в молекулярной форме:

K2HPO4 + H2O KH2PO4 + KOH

в полной ионной форме:

2K+ + HPO42- + H2O 2K+ + H2PO4- + OH-

в сокращенной ионной форме:

HPO42- + H2O H2PO4- + OH-

Третья ступень: в молекулярной форме:

KH2PO4 + H2O H3PO4 + KOH

в полной ионной форме:

K+ + H2PO4- + H2O K+ + H2PO4- + OH-

в сокращенной ионной форме:

H2PO4- + H2O H2PO4- + OH-

2 случай гидролиза: гидролиз по катиону Гидролиз по катиону – гидролиз соли образованной слабым

основанием и сильной кислотой (например, CuCl2, Zn(NO3)2, Al2(SO4)3,

ZnBr2, Pb(NO3)2, Cr2(SO4)3).

В результате гидролиза по катиону будет происходить подкисление среды (pH < 7).

Лакмус изменяет цвет на красный, фенолфталеин не изменяет цвет.

Степень гидролиза катионов увеличивается в ряду:

Ni2+, La3+, Mn2+, NH4+, Co2+, Zn2+, Cd2+, Cu2+, Fe2+, Pb2+, Al3+, Sc3+, Cr3+, Fe3+.

Примеры гидролиза по катиону. 1. Гидролиз CuCl2

Первая ступень: в молекулярной форме:

CuCl2 + Н2О CuOHCl + HCl

в полной ионной форме:

Cu2+ + 2Cl- + Н2О CuOH+ + 2Cl- + H+

в сокращенной ионной форме:

10

Cu2+ + Н2О CuOH+ + H+

Вторая ступень: в молекулярной форме:

CuOHCl + Н2О Cu(OH)2 + HCl

в полной ионной форме:

CuOH+ + Cl- + Н2О Cu(OH)2 + H+ + Cl-

в сокращенной ионной форме:

CuOH+ + Н2О Cu(OH)2 + H+

2. Гидролиз ZnSO4

Первая ступень: в молекулярной форме:

2ZnSO4 + 2Н2О (ZnOH)2SO4 + H2SO4

в полной ионной форме:

2Zn2+ + 2SO42- + 2Н2О 2ZnOH+ + 2SO42- + 2H+

в сокращенной ионной форме:

Zn2+ + Н2О ZnOH+ + H+

Вторая ступень: в молекулярной форме:

(ZnOH)2SO4 + 2Н2О 2Zn(OH)2 + H2SO4

в полной ионной форме:

ZnOH+ + SO42- + 2Н2О 2Zn(OH)2 + H+ + SO42-

в сокращенной ионной форме:

ZnOH+ + Н2О Zn(OH)2 + H+

3. Гидролиз Al2(SO4)3

Первая ступень: в молекулярной форме:

Al2(SO4)3 + 2H2O 2Al(OH)SO4 + H2SO4

в полной ионной форме:

2Al3+ + 3SO42- + 2H2O 2AlOH2+ + 3SO42- + 2H+

в сокращенной ионной форме:

Al3+ + H2O AlOH2+ + H+

Вторая ступень: в молекулярной форме:

2Al(OH)SO4 + 2H2O (Al(OH)2)2SO4 + H2SO4

в полной ионной форме:

2AlOH2+ + 2SO42- + 2H2O 2Al(OH)2+ + 2SO42- + 2H+

в сокращенной ионной форме:

AlOH2+ + H2O Al(OH)2+ + H+

Третья ступень: в молекулярной форме:

(Al(OH)2)2SO4 + 2H2O H2SO4 + 2Al(OH)3

в полной ионной форме:

2Al(OH)2+ + SO42- + 2H2O 2Al(OH)3 + 2H+ + SO42-

11

в сокращенной ионной форме:

Al(OH)2+ + H2O Al(OH)3 + H+

3 случай гидролиза: гидролиз по аниону и катиону (полный гидролиз)

Гидролиз по аниону и катиону (полный гидролиз) – гидролиз соли образованной слабым основанием и слабой кислотой (например, Na2CO3, Na2S, CH3COOK, Na2SiO3, LiCN, K3PO4)

В результате полного гидролиза среда остается нейтральной (в зависимости от силы образовавшейся кислоты и основания возможно небольшое подщелачивание или подкисление среды (pH ~ 7).

Лакмус и фенолфталеин не изменяют цвет.

Для полного протекания гидролиза нужно, чтобы:

соль была образована очень слабой кислотой и очень слабым основанием;

один из продуктов гидролиза, уходил из сферы реакции в виде газа. Поэтому полному гидролизу подвергаются обычно соли газообразных

или неустойчивых кислот: сероводородной, угольной, отчасти сернистой. К ним примыкают вещества, которые в обычном понимании уже не являются солями: нитриды, фосфиды, карбиды, ацетилениды, бориды.

Если вернуться к обычным солям, то полностью гидролизующиеся соли (карбонаты, сульфиды алюминия, хрома (III), железа (III)) нельзя получить реакциями обмена в водных растворах. Вместо ожидаемых продуктов в результате реакции мы получим продукты гидролиза. Гидролиз осложняет протекание многих других реакций обмена. Так, при взаимодействии карбоната натрия с сульфатом меди в осадок обычно выпадает основной карбонат меди (CuOH)2CO3.

В таблице растворимости (Приложение) для полностью гидролизующихся солей стоит прочерк. Однако прочерк может стоять по другим причинам: вещество не изучено, разлагается в ходе окислительновосстановительной реакции, и т.п. Некоторые прочерки в таблице растворимости вызывают удивление. Так, сульфид бария хорошо известен и растворим (как и сульфиды других щелочноземельных металлов). Гидролиз этих солей протекает только по аниону.

Примеры полного гидролиза: 1. Гидролиз CuS

CuS + 2Н2О Cu(OH)2 + H2S

2. Гидролиз ZnCO3

ZnCO3 + Н2О Zn(OH)2 + CO2 ↑ + H2O

3. Гидролиз NH4CN

NH4CN + H2O NH4OH + HCN

12

4 случай гидролиза: соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием

Например, NaCl, CaCl2, К2SO4 и др. не гидролизуются, и растворы данных солей имеют нейтральную реакцию (рН=7).

Так, хлорид натрия NaCl состоит из катиона металла Na+ соответствующего сильному основанию гидроксиду натрия NaOH и аниона кислотного остатка Cl- соответствующего сильной соляной кислоте HCl. Соответственно наша соль образована сильной кислотой и сильным основанием, поэтому гидролизу она не подвергается.

H2O H+ + OH–,

Na+ + Cl– + H2O Na+ + Cl– + H+ + OH–, NaCl + H2O (нет реакции)

1.5 Как решать задачи по теме: «Гидролиз солей»

Алгоритм написания уравнений гидролиза.

1.Определяем случай гидролиза.

2.Пишем ионное уравнение гидролиза, определяем среду.

3.Составляем молекулярное уравнение.

Задача 1. Необходимо определить пойдет ли гидролиз следующих солей: КCl, KCN и (NH4)2S. Напишите уравнения возможных процессов гидролиза.

Решение:

Хлорид калия КCl состоит из катиона металла К+ соответствующего сильному основанию гидроксиду натрия КOH и аниона кислотного остатка Cl- соответствующего сильной соляной кислоте HCl. Соответственно наша соль образована сильной кислотой и сильным основанием, поэтому гидролизу она не подвергается.

Цианид калия KCN состоит из катиона металла K+ соответствующего сильному основанию гидроксиду калия KOH и аниона кислотного остатка CN- соответствующего слабой синильной кислоте HCN. Соответственно наша соль образована слабой кислотой и сильным основанием, поэтому гидролиз пойдет по аниону.

KCN + H2O KOH + HCN

Сульфид аммония (NH4)2S состоит из катиона NH4+ соответствующего слабому основанию гидроксиду аммония NH4OH и аниона кислотного остатка S2- соответствующего слабой сероводородной кислоте H2S.

Соответственно наша соль образована слабой кислотой и слабым основанием, поэтому гидролиз пойдет по аниону и катиону.

(NH4)2S + 2 H2O 2 NH4OH + H2S

13

Задача 2. Написать гидролиз ортофосфата рубидия.

Решение:

1. Определяем случай гидролиза.

Rb3PO4 3Rb+ + PO43–

Рубидий – щелочной металл, его гидроксид сильное основание, фосфорная кислота, особенно по своей третьей стадии диссоциации, отвечающей образованию фосфатов – слабая кислота. Гидролиз по аниону.

2. Пишем ионное уравнение гидролиза, определяем среду.

PO43– + H-OH HPO42– + OH–

Продукты: гидрофосфат-ион и гидроксид-ион. Отсюда следует, среда щелочная.

3. Составляем молекулярное уравнение.

Rb3PO4 + H2O Rb2HPO4 + RbOH

Получили кислую соль – гидрофосфат рубидия.

Задача 3. Написать гидролиз ацетата алюминия.

Решение:

1. Определяем случай гидролиза.

Al(CH3COO)3 Al3+ + 3CH3COO–

Соль слабого основания и слабой кислоты – совместный гидролиз.

2. Ионные уравнения гидролиза, среда.

Al3+ + H-OH AlOH2+ + H+;

CH3COO– + H-OH CH3COOH + OH–

Учитывая, что гидроксид алюминия очень слабое основание, предположим, что гидролиз по катиону будет протекать в большей степени, чем по аниону, следовательно, в растворе будет избыток ионов водорода и среда будет кислая. Не стоит пытаться составлять здесь «суммарное» уравнение реакции. Обе реакции обратимы, никак друг с другом не связаны, и такое суммирование бессмысленно.

3. Составляем молекулярное уравнение.

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

Задача 4. Написать гидролиз карбоната лития.

Решение:

1. Определяем случай гидролиза.

Карбонат натрия Li2CO3 – соль слабой многоосновной кислоты H2CO3 и сильного основания LiОН. В этом случае анионы соли СО32-, связывая водородные ионы воды, образуют гидрокарбонат-ионы НСО3-, а не молекулы Н2СО3. Гидролиз идѐт по первой ступени. Соль гидролизуется по аниону.

14

2. Пишем ионное уравнение гидролиза, определяем среду.

2 Li + + СО32- + Н2О Li + + НСО3- + Li + + ОН-

СО32- + Н2О НСО3- + ОН-

В растворе появляется избыток ионов ОН-, поэтому раствор Li2CO3 имеет щелочную реакцию (рН > 7).

3. Составляем молекулярное уравнение.

Li 2CO3 + Н2О LiНCO3 + LiОН.

Задача 5. Какие продукты образуются при смешивании растворов солей Fe(NO3)3 и Na2CO3? Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнение реакции.

Решение:

Соль Fe(NO3)3 гидролизуется по катиону, а Na2CO3 – по аниону.

Fe3+ + Н2О FeОН2+ + Н+

CO32־ + Н2О НСО־3- + ОН-

Гидролиз этих солей обычно ограничивается первой ступенью. При смешивании растворов этих солей ионы Н+ и ОН־ взаимодействуют, образуя молекулы слабого электролита. Это приводит к тому, что усиливается гидролиз каждой из солей до образования осадка и газа:

Fe(ОН)3 и СО2. Ионно-молекулярное уравнение:

2Fe3+ + 3CO32- + 3Н2О 2Fe(ОН)2 + СО2

Молекулярное уравнение:

2Fe(NO3)3 + 3Na2CO3 + 3Н2О 2Fe(ОН)2 + 3СО2 + 6NaNO3

Задача 6. Фенолфталеин можно использовать для обнаружения в водном растворе соли

1)ацетата алюминия

2)нитрата калия

3)сульфата алюминия

4)силиката натрия

Решение:

Фенолфталеин – индикатор на щелочную среду, в которой он

принимает малиновую окраску (возможно, для многих камнем преткновения в этом вопросе стало незнание окрасок индикаторов: фенолфталеина, лакмуса, метилоранжа). В растворе соли щелочная среда может возникнуть при гидролизе по аниону.

Анализируем:

1) ацетат алюминия, рассмотрено выше, совместный гидролиз, среда слабокислая;

15

2)нитрат калия, кислота и основание сильные, гидролиз не идет, среда нейтральная;

3)сульфат алюминия, сильная кислота и слабое основание, гидролиз по катиону, среда кислая;

4)силикат натрия, слабая кислота и сильное основание, гидролиз по аниону, среда щелочная:

SiO32– + H2O HSiO3– + OH–.

Правильный ответ: 4.

Задача 7. Как скажется на состоянии химического равновесия в системе

Zn2+ + H2O ZnOH+ + H+ – Q

1)добавление H2SO4

2)добавление KOH

3)нагревание раствора? Ответ обоснуйте.

Решение:

При ответе на этот вопрос надо учитывать, что добавляемые вещества –

электролиты. Поставляемые ими ионы могут, как непосредственно влиять на равновесие, так и взаимодействовать с одним из ионов, участвующих в обратимой реакции.

1) добавление H2SO4: H2SO4 2H+ + SO42–;

повышение концентрации ионов водорода приводит, по принципу Ле Шателье, к смещению равновесия в системе влево.

2) добавление KOH: KOH→ K+ + OH–;

H+ + OH– H2O; гидроксид-ионы связывают ионы водорода в малодиссоциирующее вещество, воду.

Снижение концентрации ионов водорода приводит, по принципу Ле Шателье, к смещению равновесия в системе вправо.

3) нагревание раствора.

По принципу Ле Шателье, повышение температуры приводит к смещению равновесия в сторону протекания эндотермической реакции, т.е. – вправо.

16

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Лабораторная работа: «Гидролиз солей»

Цель: научиться экспериментально подтверждать основные случаи гидролиза солей.

Опыт 1. Реакция среды в растворах различных солей В пять пробирок до 1/3 их объема налить нейтральный раствор

лакмуса. Одну пробирку оставить в качестве контрольной, а в остальные добавить по одному микрошпателю кристаллов следующих солей: в первую – хлорида алюминия, во вторую – карбоната натрия, в третью – хлорида калия, в четвертую – ацетата аммония.

По изменению окраски лакмуса сделать вывод о реакции среды в растворе каждой соли. Полученные результаты внести в таблицу.

Запомните. Для определения реакции среды пользуются индикаторами

– веществами, которые изменяют окраску в зависимости от концентрации в растворе ионов Н+.

Индикаторы – слабодиссоциирующие органические кислоты или основания, у которых недиссоциированные молекулы и ионы благодаря разному строению имеют различную окраску.

Лакмус содержит так называемую азометиновую кислоту, недиссоциированные молекулы которой красного цвета, а анионы – синего цвета. Диссоциация лакмуса:

Hind H+ + Ind-

красный синий

При растворении лакмуса в воде его молекулы HInd, присутствуя совместно с Ind-, придает раствору промежуточную (фиолетовую) окраску.

Если к этому прибавить кислоты, вследствие увеличения [H+] равновесие диссоциации сместится влево – раствор станет красным.

При добавлении к нейтральному раствору лакмуса [ОН-] равновесие сместится вправо – раствор станет синим. Аналогично объясняется изменение окраски у других индикаторов.

Также можно определять рН и с помощью универсальной индикаторной бумаги.

17

Какие из исследованных солей подвергаются гидролизу? Написать ионные и молекулярные уравнения реакций их гидролиза и указать вид гидролиза каждой соли (простой или ступенчатый).

В случае ступенчатого гидролиза написать уравнение реакции только для первой ступени, так как практически в достаточно концентрированных растворах последующие ступени протекают очень слабо.

Опыт 2. Случаи полного (необратимого) гидролиза солей В две пробирки внести по 6-8 капель раствора хлорида алюминия. В

одну пробирку добавить такой же объем раствора сульфида натрия, в другую – раствора карбоната натрия. Отметить выделение сероводорода в первой пробирке (по запаху) и пузырьков диоксида углерода во второй. В обоих случаях в осадок выпадает гидроксид алюминия.

Написать уравнения реакций, которые привели к образованию гидроксида алюминия.

Почему не получилось сульфида и карбоната алюминия?

Опыт 3. Влияние температуры на степень гидролиза солей В два стакана налить 1 М раствор ацетата натрия. Один стакан нагреть

почти до кипения раствора. Затем в оба стакана капнуть по 3-5 капель фенолфталеина. Окраска появляется в стакане с горячим раствором, это указывает на усиление гидролиза при нагревании.

Вопросы для контроля после выполнения лабораторной работы.

1.Дайте определение понятию «гидролиз солей».

2.Каковы основные случаи гидролиза солей?

3.Какими веществами пользуются химики для определения реакции среды?

4.В чѐм сущность полного гидролиза солей. Приведите примеры.

5.Какие факторы могут влиять на сущность гидролиза солей.

18

3. КОНТРОЛЬНО-ТЕСТОВАЯ ЧАСТЬ

3.1 Тестовый контроль

Выполните предложенный тест

1. Среда раствора карбоната калия

1) щелочная 2) кислая 3) нейтральная 4) слабокислая?

2. Установите соответствие между формулой соли и ионным уравнением гидролиза этой соли.

3. Установите соответствие между условиями и состоянием химического равновесия процесса гидролиза солей.

3)охлаждение раствора

4)разбавление раствора

4.Между собой водные растворы сульфата и фосфата натрия можно различить с помощью:

1) гидроксида натрия

2) серной кислоты

3) фенолфталеина

4) фосфорной кислоты

5.Установите соответствие между названиями солей и средой их растворов.

19