8. Гидролиз солей

Гидролизом («гидро» – вода, «лиз» – разложение) называются реакции ионообменного разложения веществ водой. Гидролиз возможен для различных неорганических и органических соединений, однако в неорганической химии он наиболее характерен для солей.

Гидролиз соли является результатом взаимодействия ионов соли с молекулами воды. Некоторые катионы разрывают молекулы воды по связи H–OH, присоединяют гидроксид-анионы, а катионы водорода остаются при этом в растворе. Анионы, наоборот, присоединяют катионы водорода, а в растворе остаются ОН^–-ионы. Появление в растворе ионов H⁺ или ОН^– приводит к изменению среды раствора.

Реакции гидролиза солей обратны реакциям нейтрализации слабых кислот и оснований.

При взаимодействии сильных кислот со щелочами происходит полная нейтрализация этих веществ и среда становится нейтральной. Но при взаимодействии слабых электролитов полная нейтрализация невозможна. Например, взаимодействие циановодородной кислоты с гидроксидом аммония (см. гл. 5) обратимо; обратная реакция цианида аммония с водой как раз и является реакцией гидролиза этой соли:

HCN + NH₄OH D NH₄CN + H₂O

По типу гидролиза соли подразделяются на четыре группы.

1. Соли образованы сильными основаниями (щелочами) и сильными кислотами: NaCl, CaCl₂, KNO₃, Na₂SO₄, Ba(NO₃)₂ и т.д. Катионы и анионы этих солей с водой практически не взаимодействуют. Следовательно, такие соли гидролизу не подвергаются и растворы таких солей имеют нейтральную среду.

2. Соли образованы сильными основаниями (щелочами) и слабыми кислотами: Na₂CO₃, KCN, Na₂S, K₂SiO₃, Ba(CH₃COO)₂ и т.д. Гидролиз этих солей идёт по аниону с образованием слабых кислот, и среда раствора становится щелочной:

KCN + H₂O D HCN + KOH; CN^– + H₂O D HCN + OH^–

3. Соли образованы слабыми основаниями и сильными кислотами: NH₄Cl, ZnCl₂, FeSO₄, Fe₂(SO₄)₃, Al(NO₃)₃ и т.д. Гидролиз таких солей идёт по катиону с образованием слабого основания, а среда раствора становится кислой:

D D

4. Соли образованы слабыми основаниями и слабыми кислотами: NH₄CN, Al(CH₃COO)₃, Cr₂S₃ и т.д. Такие соли гидролизуются по катиону и по аниону одновременно с образованием слабого основания и слабой кислоты, например:

NH₄CN + H₂O D NH₄OH + HCN; D

Среда растворов этих солей зависит от силы образующихся основания и кислоты: если основание имеет бóльшее значение константы диссоциации, то среда будет щелочной, а если кислота – то кислотной.

У солей, заряды ионов которых больше единицы, гидролиз протекает ступенчато. При этом на первой ступени образуются кислые (при гидролизе по аниону) или оснóвные (при гидролизе по катиону) соли, которые могут подвергаться дальнейшему взаимодействию с водой. Однако вторая и последующие ступени гидролиза при обычных условиях выражены настолько слабо, что их можно не принимать во внимание.

Пример 36. Опишите ступенчатый гидролиз карбоната натрия, нитрата цинка и хлорида алюминия.

Решение. 1) Гидролиз карбоната натрия теоретически может протекать в две ступени:

– первая ступень: D D

– вторая ступень: D D

Но вторая ступень гидролиза при обычных условиях практически не идёт и её можно не учитывать. Отсутствие второй ступени гидролиза можно объяснить тем, что накопление в растворе OH^–-ионов при гидролизе по первой ступени препятствует их образованию по второй.

2) Гидролиз нитрата цинка также идёт в две ступени:

– первая: D D

– вторая: D D .

Но вторая ступень гидролиза практически не идёт. Отсутствие второй ступени гидролиза можно объяснить тем, что накопление в растворе H⁺-ионов при гидролизе по первой ступени препятствует их образованию по второй.

3) При гидролизе хлорида алюминия возможны три ступени:

– первая: D D

– вторая: D D

– третья: D D

Реально при обычных условиях почти нацело проходит гидролиз по первой ступени и частично по второй, а по третьей ступени гидролиз практически не идёт.

Гидролиз некоторых солей может протекать необратимо. Гидролиз соли протекает необратимо, когда один или оба продукта гидролиза выводятся из реакции: выпадают в осадок или улетучиваются в виде газа, например:

ZnSiO₃ + 2Н₂О = Zn(OH)₂¯ + Н₂SiO₃¯ Al(CN)₃ + 3Н₂О = Al(OH)₃¯ + 3HCN.

Такие соли невозможно синтезировать в водном растворе. Например, при попытке получения карбоната алюминия взаимодействием растворов сульфата алюминия и карбоната натрия образуется не карбонат, а гидроксид алюминия:

Al₂(SO₄)₃ + 3Na₂CO₃ + 3Н₂О = 2Al(OH)₃¯ + 3Na₂SO₄ + 3CО₂­

Эту и другие подобные ей реакции можно объяснить протеканием необратимого гидролиза образующегося в результате ионообменной реакции карбоната алюминия:

Al₂(SO₄)₃ + 3Na₂CO₃ = Al₂(CO₃)₃↓ + 3Na₂SO₄,

Al₂(CO₃)₃ + 6Н₂О = 2Al(OH)₃ + 3H₂CO₃(H₂O + CO₂↑).