ГИДРОЛИЗ Гидролиз приводящая к их разложению. Гидролизу могут подвергаться неорганические

ГИДРОЛИЗ
Гидролиз – обменная реакция взаимодействия веществ с водой,
приводящая к их разложению. Гидролизу могут подвергаться неорганические
и органические вещества различных классов.
В результате гидролиза соли образуются кислота (или кислая соль) и
основание (или основная соль). Таким образом, реакция гидролиза соли
обратна реакции нейтрализации.
Соль можно представить как продукт взаимодействия кислоты и
основания. Для понимания сущности процесса гидролиза солей необходимо
классифицировать кислоты и основания по силе.
Сильные кислоты: НСl, HBr, HI, HNO3, HClO4, H2SO4.
Слабые кислоты: HF, H2CO3, H2SiO3, H2S, HNO2, H2SO3, H3PO4,
органические кислоты.
Сильные основания: щелочи (NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 и др.).
Слабые основания: NH4OH, нерастворимые основания (Fe(OH)2,
Fe(OH)3, Al(OH)3, Zn(OH)2, Cu(OH)2, и др.) органические амины
Учащимся необходимо усвоить следующие основные понятия темы
«Гидролиз солей»:
тип соли в зависимости от силы кислоты и основания, продуктом
взаимодействия которых она является;
тип гидролиза: по катиону, по аниону, по катиону и аниону, не
подвергается гидролизу;
характер среды водного раствора соли: кислая, нейтральная,
щелочная;
цвет индикаторов в водном растворе соли в зависимости от характера
среды.
В зависимости от силы кислоты и основания можно выделить четыре
типа солей и три типа их гидролиза в водном растворе:
1. Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой
подвергается гидролизу по аниону, среда водного раствора – щелочная
(рН>7).
Пример 1. Фторид натрия NaF – cоль, образованная сильным
основанием NaOH и слабой кислотой НF.
В водном растворе происходит диссоциация соли:
NaF → Na+ + F‾.
Фторид-анион обратимо взаимодействует с водой:
F‾ + HOH
HF + OH‾,
или в молекулярной форме:
NaF + HOH
HF + NaOH.
В результате гидролиза фторида натрия образуется слабый электролит
– фтороводородная кислота HF и появляются гидрокисид-ионы ОН‾,
вследствие чего раствор приобретает щелочную среду.
Пример 2. Карбонат калия K2СО3 – соль, образованная сильным
основанием КОН и слабой двухосновной кислотой Н2СО3.
В водном растворе карбонат калия диссоциирует:
К2СО3 → 2K+ + СО 32 
Так как эта соль образована слабой двухосновной кислотой, то ее
гидролиз протекает в две ступени.
I ступень. СО 32  + HOH
НСО 3 + OH‾ ,
или в молекулярной форме:
K2СО3 + HOH
KHСО3 + KOH.
II ступень. НСО 3 + HOH
Н2СО3 + OH‾,
или в молекулярном виде:
KHСО3 + HOH
Н2СО3 + KOH.
В результате гидролиза карбоната калия образуется слабые
электролиты – ионы НСО 3 и молекулы Н2СО3, и появляются гидрокисидионы ОН‾, вследствие чего раствор приобретает щелочную среду.
Необходимо подчеркнуть, что практическое значение обычно имеет
только процесс, идущий по первой ступени, которым, как правило, и
ограничиваются при оценке гидролиза солей. Равновесие гидролиза по
второй ступени смещено влево по сравнению с равновесием первой ступени,
поскольку на первой ступени образуется более слабый электролит (НСО 3 ),
чем на второй (H2CO3)
2. Соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой,
подвергается гидролизу по катиону, среда водного раствора – кислая (pH<7).
Пример 3. Бромид аммония NH4Br – соль, образованная слабым
основанием NH4OH и сильной кислотой HBr.
В водном растворе происходит диссоциация соли:
NH4Br → NH 4 + Br‾.
Катион аммония обратимо взаимодействует с водой:
NH 4 + HOH
NH4OH + H+,
или в молекулярной форме:
NH4Br + HOH
NH4OH + HBr.
В результате гидролиза бромида аммония образуется слабый
электролит – гидроксид аммония NH4OH и появляются катионы водорода Н+,
вследствие чего раствор приобретает кислую среду.
Пример 4. Нитрат магния Mg(NO3)2– соль, образованная слабым
основанием Мg(ОН)2 и сильной кислотой НNO3.
В водном растворе происходит диссоциация соли:
Mg(NO3)2 → Mg2+ + 2NO 32  .
Катион магния обратимо взаимодействует с водой:
Mg2+ + HOH
Mg(OH)+ + H+,
или в молекулярной форме:
Mg(NO3)2 + HOH
Mg(OH)NO3 + HNO3.
В результате гидролиза нитрата магния происходит связывание ионов
магния с образованием слабо диссоциирующего иона Mg(OH)+ и появляются
катионы водорода Н+, вследствие чего раствор приобретает кислую среду.
3. Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой,
подвергается гидролизу по катиону и по аниону. Характер среды водного
раствора такой соли определяется соотношением силы кислоты и основания,
образующими соль.
Пример 5. Ацетат аммония СН3СООNH4 – соль, образованная слабой
органической кислотой СН3СООН и слабым основанием NH4OH.
В водном растворе происходит диссоциация соли:
CH3COONH4 → NH 4 + CH3COO‾.
И катион аммония, и ацетат-ион обратимо взаимодействует с водой:
NH 4 + CH3COO‾ + HOH
NH4OH + CH3COOН,
или в молекулярной форме:
CH3COONH4 + HOH
NH4OH + CH3COOH.
В результате гидролиза ацетата аммония образуются слабые
электролиты – гидроксид аммония NH4OH и уксусная кислота CH3COOH.
Так как константы диссоциации гидроксида аммония и уксусной кислоты
имеют одинаковое значение (1,8•10-5), то среда водного раствора ацетата
аммония нейтральная.
Пример 6. Сульфид хрома(III) Cr2S3 – соль, образованная слабым
нерастворимым основанием Cr(OH)3 и слабой летучей кислотой Н2S. В
таблице растворимости на месте сульфида хрома(III) указан знак " - ". Это
значит, что соль подвергается в водном растворе полному необратимому
гидролизу:
Cr2S3 + 6HOH = 2Cr(OH)3↓ + 3H2S↑.
4. Соль, образованная сильной кислотой и сильным основанием,
гидролизу не подвергается, среда водного раствора такой соли – нейтральная
(pH=7).
Примерами таких солей могут служить: КClO4, Na2SO4, RbCl, Ba(NO3)2
и др.
Следует обратить внимание учеников на то, что поскольку гидролиз –
обратимый процесс, то его равновесие может быть смещено в соответствии с
принципом Ле Шателье в сторону усиления или в сторону ослабления
гидролиза. Напомним, что гидролиз – процесс, обратный реакции
нейтрализации. Как известно, реакция нейтрализации – экзотермический
процесс, следовательно, гидролиз – процесс эндотермический. В
соответствии с принципом Ле Шателье, для усиления гидролиза соли
(смещения равновесия в сторону продуктов реакции) необходимо:
 разбавить раствор (добавить воды);
 повысить температуру;
 связать один из продуктов гидролиза (ионы Н+ или ОН‾),
например, путем добавления щелочи, кислоты или другой
гидролизующейся соли.
Для ослабления гидролиза соли необходимо:
 увеличить концентрацию соли;
 понизить температуру;
 добавить к раствору один из продуктов гидролиза.
Пример 7. Соли, подвергающиеся необратимому гидролизу, нельзя
получить в результате реакции обмена путем смешивания водных растворов
соответствующих солей вследствие взаимного усиления гидролиза. Например,
в растворах AlCl3и Na2CO3 взятых порознь, вследствие гидролиза этих солей
устанавливаются равновесия:
Al3+ + HOH
Al(OH)2+ + H+
CO 32  + HOH
HCO 3 + OH‾.
Гидролиз этих солей практически ограничивается первой стадией. Если
к раствору хлорида алюминия (гидролизуется по катиону) прилить раствор
карбоната натрия (гидролизуется по аниону), то образующиеся в результате
гидролиза этих солей ионы Н+ и ОН‾ нейтрализуют друг друга. В
соответствии с принципом Ле Шателье, удаление этих ионов из сферы
реакции в виде молекул малодиссоциированной воды смещает оба
равновесия вправо и в конечном счете приводит к образованию основания и
кислоты. В результате этой реакции выпадает осадок гидроксида алюминия и
выделяется углекислый газ:
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑ + 6NaCl,
или в ионной форме:
2Аl3++ 3CO 32  + 3H2O = 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑
Вследствие взаимного усиления гидролиза, приводящего к
образованию кислоты и основания, взаимодействуют также соли железа(III)
и хрома(III) с карбонатами щелочных металлов, соли алюминия и хрома(III)
с сульфидом аммония, алюминаты с солями аммония, растворы которых
имеют кислую среду, и некоторые другие.
Отметим также, что помимо солей гидролизу подвергаются различные
неорганические (гидриды, нитриды, силициды, карбиды, фосфиды,
галогениды неметаллов и др.) и органические (сложные эфиры, жиры, белки,
углеводы и др.) соединения.
Задания по теме «Гидролиз» и комментарии к их решению
1. В водном растворе гидролизу не подвергается соль
1) нитрат цинка
3) нитрат калия
2) нитрит калия
4) сульфита натрия
Не подвергается гидролизу соли, образованные сильной кислотой и
сильным основанием. Из перечисленных – это нитрат калия. Ответ: 3.
2. Среда водного раствора сульфата алюминия
1) нейтральная
3) слабощелочная
2) сильнощелочная
4) кислая
Так сульфат алюминия – соль, образованная слабым основанием
Al(OH)3 и сильной кислотой Н2SO4, то в водном растворе будет происходить
гидролиз по катиону, поэтому раствор имеет кислую среду. Ответ: 4.
3. Лакмус краснеет в водном растворе соли
1) Na2SO3
2) K2SO4
3) K2S
4) ZnSO4
Красную окраску лакмус приобретает в кислой среде. Кислую среду
имеют водные растворы солей, гидролизующихся по катиону, т.е.
образованных сильной кислотой и слабым основанием. Из перечисленных
такой солью является сульфит натрия Na2SO3. Ответ: 1.
4. Фенолфталеин имеет одинаковую окраску в водных карбоната калия и
1) хлорида алюминия
3) стеарата натрия
2) сульфата калия
4) нитрата натрия
Карбонат калия К2СО3 - соль, образованная слабой угольной кислотой
H2CO3 и сильным основанием – гидроксидом калия КОН. В водном растворе
происходит ее гидролиз по аниону, вследствие чего среда раствора –
щелочная, а фенолфталеин окрасится в малиновый цвет. Из перечисленных
солей такому же типу гидролиза подвергается стеарат натрия С17Н35СООNа –
соль, образованная слабой органической стеариновой кислотой С17Н35СООН
и сильным основанием – гидроксидом натрия NaOH.
5. C помощью лакмусовой бумажки можно распознать растворы трех солей
1) КСl, Na2SiO3, Ba(NO3)2
2) RbCl, K2SO3, ZnSO4
3) Ca(NO3)2, NaNO2, K2SO4
4) K3PO4, NaHCO3, AlBr3
Каждая из трех солей в группе должна иметь разное отношение к
гидролизу в водном растворе. Этому условию удовлетворяют соли: RbCl
(гидролизу не подвергается, среда нейтральная, лакмус фиолетовый), K2SO3
(гидролиз по аниону, среда щелочная, лакмус синий), ZnSO4 (гидролиз по
катиону, среда кислая, лакмус красный). Ответ: 2.
Особо подчеркнем, что многие школьники затрудняются оценить силу
гидроксида рубидия RbOH, забывая, что рубидий, являясь типичным
щелочным металлом, образует сильную щелочь.
6. При гидролизе фосфида кальция образуются
1) фосфин и оксид кальция
2) фосфин и гидроксид кальция
3) ортофосфорная кислота и оксид кальция
4) ортофосфорная кислота и гидроксид кальция
Фосфид кальция Са3Р2 – бинарное соединение, при гидролизе которого
образуется летучее водородное соединение РН3 и гидроксид кальция
Са(ОН)2. Ответ: 2.
7. Гидролиз сульфида калия усилится при
1) охлаждении раствора
3) увеличении концентрации соли
2) нагревании раствора
5) добавлении гидроксида калия
Сульфид калия K2S – соль, образованная сильным основанием КОН и
слабой двухосновной кислотой Н2S.
В водном растворе сульфид калия диссоциирует:
К2S → 2K+ + S2Так как эта соль образована слабой двухосновной кислотой, то ее
гидролиз протекает в две ступени.
I ступень. S2- + HOH
HS‾ + OH‾ ,
или в молекулярной форме:
K2S + HOH
KHS + KOH.
II ступень. HS‾ + HOH
Н2S + OH‾,
или в молекулярном виде:
KHS + HOH
Н2S + KOH.
В результате гидролиза сульфида калия образуются слабые
электролиты – ионы HS‾ и молекулы H2S, и появляются гидрокисид-ионы
ОН‾, вследствие чего раствор приобретает щелочную среду.
В соответствии с принципом Ле Шателье, охлаждение раствора,
увеличение концентрации соли и добавление щелочи как продукта гидролиза
вызовет смещение равновесия влево, т.е. будет подавлять гидролиз. Усилить
гидролиз соли, т.е. сместить равновесие вправо, можно следующим образом:
а) добавляя воду (разбавляя раствор); б) удаляя продукты гидролиза (путем
связывания гидроксид-ионов OH‾ или удаления Н2S); в) нагревая раствор
(учитывая, что гидролиз – эндотермический процесс). Отметим также, что
нагревание будет способствовать удалению из раствора сероводорода, что в
еще большей степени усилит гидролиз соли. Ответ: 2.
8. Установите соответствие между формулой соли и типом гидролиза
этой соли в ее водном растворе.
ФОРМУЛА СОЛИ
ТИП ГИДРОЛИЗА
А) MgCl2
1) по катиону
Б) Na2SO4
2) по аниону
В) KBr
3) по катиону и аниону
Г) Fe2S3
4) не гидролизуется
MgCl2 - соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой,
поэтому гидролизуется по катиону. Na2SO4 и KBr – соли, образованные
сильными основаниями и сильными кислотами, поэтому гидролизу не
подвергаются. Fe2S3 - соль, образованная слабым основанием и слабой
кислотой, поэтому подвергается гидролизу по катиону и по аниону. Ответ:
1443.
9. Установите соответствие между названием соли и средой ее водного
раствора.
НАЗВАНИЕ СОЛИ
СРЕДА РАСТВОРА
А) фосфат натрия
1) кислая
Б) гидрофосфат натрия
2) нейтральная
В) дигидрофосфат натрия
3) щелочная
Г) сульфат натрия
Это довольно сложное задание, в котором следует учесть особенности
гидролиза нормальных и кислых солей ортофосфорной кислоты. Фосфат
натрия Na3PO4 гидролизуется по аниону РО 34 и имеет щелочную среду
водного раствора. В водном растворе гидрофосфата натрия Na2HPO4
происходит гидролиз по аниону НРО 24 , в результате чего образуются
гидроксид-ионы ОН‾:
НРО 24 + НОН
Н2РО 4 + ОН‾.
Однако анионы НРО 24 способны также к диссоциации с образованием
катионов водорода, что представляет собой процесс диссоциации
ортофосфорной кислоты по третьей ступени.
НРО 24
РО 34 + Н+.
При этом первый процесс – гидролиз аниона НРО 24 преобладает, и
поэтому среда водного раствора гидрофосфата натрия – щелочная.
В водном растворе дигидрофосфата натрия NaH2PO4 также происходит
гидролиз по аниону Н2РО 4 , в результате чего образуются гидроксид-ионы
ОН‾:
Н2РО 4 + НОН
Н3РО4 + ОН‾.
Но ионы Н2РО 4 также диссоциируют с образованием катионов
водорода, что представляет собой процесс диссоциации ортофосфорной
кислоты по второй ступени:
Н2РО 4
НРО 24 + Н+.
В случае дигидрофосфата преобладает второй процесс – диссоциация
иона Н2РО 4 с образованием катионов водорода, и поэтому среда водного
раствора дигидрофосфата натрия – кислая.
Отметим, что аналогичная ситуация наблюдается в водных растворах
сульфита и гидросульфита натрия: в растворе сульфита натрия Na2SO3 среда
щелочная, а в растворе гидросульфита натрия NaHSO3 – кислая.
Однако при гидролизе карбонатов и гидрокарбонатов щелочных
металлов (например, Na2CO3 и NaHCO3) среда раствора будет щелочная, так
как процесс гидролиза гидрокарбонат-иона НСО 3 с образованием гидроксидионов ОН‾ преобладает над процессом его диссоциации с образованием
ионов водорода Н+.
Сульфат натрия гидролизу не подвергается и имеет нейтральный
характер водной среды.
Ответ: 3312.
10. Установите соответствие между названием соли и сокращенным ионным
уравнением ее гидролиза по первой ступени.
НАЗВАНИЕ СОЛИ
СОКРАЩЕННОЕ
ИОННОЕ УРАВНЕНИЕ
А) сульфит натрия
1) PO 34 + H2O
HPO 24 + ОН
Б) нитрит бария
2) NO 2 + H2O
HNO2 + ОН
В) фосфат натрия
3) S2 + H2O
HS + ОН
Г) сульфид калия
4) SO 32  + H2O
HSO 3 + ОН
5) NO 3 + H2O
HNO3 + ОН
6) PO 34 + 3H2O
H3PO4 + 3ОН
Во-первых, следует проанализировать состав каждой соли и на основе
этого определить тип ее гидролиза. Сульфит натрия Na2SO3 и сульфид калия
К2S, нитрит бария Ва(NO2)2 и фосфат натрия – соли, образованные сильными
основаниями и слабыми кислотами. Поэтому они подвергаются гидролизу по
аниону. Отметим, что школьники часто путают сульфаты, сульфиты и
сульфиды, а также нитраты, нитриты и нитриды. Гидролизу сульфит-иона
соответствует процесс 4, сульфид-иона – процесс 3, а нитрит-иона – процесс
2. Составляя краткие ионные уравнения гидролиза, необходимо обратить
внимание учащихся на то, что оно отражает взаимодействие одного иона с
одной молекулой воды. Учитывая это, определяем, что гидролизу фосфатиона соответствует процесс 1, но не 6. Ответ: 4213.