У цьому параграфі ви дізнаєтеся:
• що таке гідроліз солей;
• які типи солей зазнають гідролізу.
У водних розчинах усі розчинні солі повністю дисоціюють на йони. Кожному утвореному при цьому катіону відповідає певна основа, а кожному аніону — певна кислота. Ці основи та кислоти можуть бути як сильними, так і слабкими. Через це всі солі поділяють на чотири умовні типи:
а) солі, утворені сильними основами та сильними кислотами;
б) солі, утворені слабкими основами та сильними кислотами;
в) солі, утворені сильними основами та слабкими кислотами;
г) солі, утворені слабкими основами та слабкими кислотами. Слабкі основи та слабкі кислоти є слабкими електролітами,
тобто мають низькі значення ступенів електролітичної дисоціації. Через це катіони солей, утворені слабкими основами, досить активно зв’язують гідроксид-іони води, а аніони солей, утворених слабкими кислотами, — йони Гідрогену води. Указані реакції обмінної взаємодії йонів солі з йонами води називають реакціями гідролізу.
Процес гідролізу слід відрізняти від процесу гідратації. Гідратація — це процес взаємодії йонів солі з молекулами води, а гідроліз — це процес взаємодії йонів солі не з молекулами, а з йонами води. Так, зв’язування аніонами солі катіонів Гідрогену води спричиняє утворення кислоти або кислої солі, а зв’язування катіонами солі гідроксид-іонів води сприяє утворенню основ або основних солей.
Розглянемо процес гідролізу солей на конкретних прикладах.
• Сіль, утворена сильною основою та сильною кислотою, не зазнає гідролізу: KCl, NaNO3, K2SO4 тощо.
• У солей, утворених слабкою основою та сильною кислотою, наприклад у Cu(NO3)2, взаємодіяти з йонами води, тобто гідролізувати, буде тільки катіон Cu2+. Рівняння гідролізу цієї солі можна подати таким чином (при цьому склад молекули води часто записують як HOH):
Гідроліз за другим ступенем практично не відбувається, через те що підвищення в розчині концентрації йонів Гідрогену перешкоджає утворенню Cu(OH)2. Тому в молекулярній формі рівняння гідролізу солі Cu(NO3)2 має такий вигляд:
Отже, другим ступенем процесу гідролізу можна знехтувати. Як видно з наведеного рівняння, йони Гідрогену в надлишку і надають розчину солі Cu(NO3)2 кислотної реакції, тому pH < 7. У солей, утворених сильною основою та слабкою кислотою, наприклад у K2CO3, взаємодіє з йонами води тільки аніон CO^- — аніон слабкої карбонатної кислоти:
Гідроліз за другим ступенем практично не відбувається, тому що підвищення в розчині концентрації гідроксид-іонів OH-перешкоджає утворенню H2CO3, тобто прискорює зворотну реакцію, яка йде справа наліво. Тому в молекулярній формі рівняння гідролізу солі K2CO3 можна подати так:
Як видно з наведеного рівняння, спостерігається утворення надлишку гідроксид-іонів у вигляді КОН, які надають розчину солі K2CO3 лужну реакцію, тому pH > 7.
В обох розглянутих випадках (гідроліз солі CuSO4 і гідроліз солі K2CO3) процес гідролізу оборотний.
У солей, утворених катіоном слабкої основи й аніоном слабкої кислоти, у водних розчинах гідроліз відбувається як за катіоном, так і за аніоном:
У цьому випадку катіон відповідає нерозчинній основі, яка під час утворення випадає в осад, а аніон — леткій кислоті, яка
видаляється з розчину в газоподібному стані. Значення pH розчину буде близьким до 7, а процес гідролізу — практично необоротним, тому що продукти гідролізу виводяться із зони реакції. У випадку гідролізу солі, утвореної слабкою кислотою та слабкою основою, pH розчину залежатиме від співвідношення сили основи й сили кислоти. Процес гідролізу відбуватиметься до утворення слабкої кислоти та слабкої основи, тобто буде практично необоротним.
Підсилити процес гідролізу солей можна нагріванням або розведенням розчину солі.
Приклади розв’язування задач
Приклад 1. Складіть рівняння гідролізу солі K2S у молекулярній та повній і скороченій йонній формах.
Розв’язання
1. Під час розчинення у воді ця сіль дисоціює за рівнянням:
2. Оскільки йон S2 є аніоном слабкої сульфідної кислоти H2S, то він взаємодіятиме з катіоном Гідрогену молекули води:
Це рівняння гідролізу солі K2S у скороченій йонній формі.
3. Тоді в повній йонній формі рівняння гідролізу солі K2S можна записати так:
4. Якщо об’єднати йони з протилежними зарядами у відповідні сполуки, отримаємо рівняння гідролізу солі в молекулярній формі:
Через те що внаслідок гідролізу утворюється сильна основа, розчин стає лужним (pH > 7, середовище лужне).
У цьому випадку розглянуто лише перший ступінь гідролізу солі, на якому він, за звичайних умов, і припиняється. Це пояснюють тим, що аніон HS- дисоціює набагато слабше, ніж молекули H2S. Другий ступінь гідролізу можливий лише в разі розведення або нагрівання розчину H2S.
Приклад 2. Складіть рівняння гідролізу солі ZnCl2, утвореної слабкою основою й сильною кислотою, у молекулярній та повній і скороченій йонній формах.
Розв’язання
1. Під час розчинення у воді ця сіль дисоціює за рівнянням:
2. Йон Zn2+ є катіоном амфотерного гідроксиду — цинк гідроксиду Zn(OH)2, отже, він взаємодіятиме з гідроксид-іоном молекули води:
Це рівняння гідролізу ZnCl2 у скороченій йонній формі.
3. Рівняння гідролізу солі ZnCl2 у повній йонній формі має вигляд:
4. У молекулярній формі рівняння першого ступеню гідролізу можна подати так:
Через те що внаслідок гідролізу утворюється сильна кислота, розчин солі є кислим (pH < 7, середовище кислотне).
Другий ступінь гідролізу за звичайних умов не відбувається, він можливий лише в разі нагрівання розчину солі ZnCl2.
Приклад 3. Складіть молекулярне та йонні рівняння гідролізу солі CuS, яка утворюється внаслідок змішування сильно розведених розчинів натрій сульфіду (солі, утвореної слабкою кислотою й сильною основою) та купрум(П) нітрату (солі, утвореної сильною кислотою й слабкою основою):
Аніон S2 як аніон слабкої кислоти та катіон Cu2+ як катіон слабкої основи взаємодіють з водою:
Запишемо сумарне йонно-молекулярне рівняння:
або
Сумарне молекулярне рівняння має вигляд:
Через те що продукти гідролізу H2S та Cu(OH)2 видаляються із сфери реакції, гідроліз CuS відбувається необоротно.
Основні поняття. Гідроліз солей.
Запитання та завдання
°1. Як називають реакції обмінної взаємодії йонів солі з молекулами води?
°2. На які чотири типи залежно від сили основи та кислоти, що їх утворили, умовно поділяють солі?
3. Яке середовище (кислотне, лужне чи приблизно нейтральне) утворюється в результаті розчинення у воді солей Na2S, BaCl2, FeSO4?
4. Якщо до розчинів: а) натрій нітрату; б) калій карбонату; в) цинк сульфату додати фіолетовий розчин лакмусу, то чи зміниться забарвлення? Якщо так, поясніть чому та зазначте колір розчину.
5. Складіть рівняння гідролізу натрій сульфіду та калій карбонату. Укажіть забарвлення лакмусу в кожному із розчинів та поясніть причину його появи.
6. Назвіть сіль Натрію, розчин якої має лужне середовище, і сіль нітратної кислоти, розчин якої має кислотне середовище. Складіть рівняння реакцій, які можуть відбуватися в розчинах кожної із цих солей. Яке середовище в розчині натрій нітрату?
*7. Якщо до розчину алюміній нітрату долити розчин натрій карбонату, то спостерігається виділення безбарвної газоподібної речовини та утворення осаду. Завдяки якому процесу виділяється газ і випадає осад? Складіть рівняння реакцій.
*8. Як впливає на гідроліз солей: а) підвищення температури; б) розведення розчину?
*9. Складіть молекулярне та йонне рівняння гідролізу солі, утвореної сильною основою та слабкою сульфітною кислотою. Визначте характер середовища. Чи можливий у цьому випадку гідроліз за другим ступенем? Якщо так, то за яких умов?
10. Розчини яких з наведених солей CuSO4, CaCl2, K2SiO3, Mg(NO3)2, K2S мають кислотну реакцію? Чому?
11. Які з наведених солей у водних розчинах зазнають гідролізу: калій сульфат, натрій хлорид, барій сульфід, алюміній нітрат? Яке середовище при цьому утворюється — кислотне або лужне?
12. Розчини яких солей мають нейтральну реакцію: K2S, MgSO4, BaCl2, Fe(NO3)3? Відповідь підтвердьте рівняннями реакцій гідролізу.
13. Які з перелічених солей AlCl3, K2CO3, Na2SO4, NaNO3, FeCl2, Zn(NO3)2, зазнають гідролізу: а) тільки за катіоном; б) тільки за аніоном? Складіть йонні рівняння. Укажіть реакцію середовища в розчинах.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Бутенко (поглиблений рівень)