Урок 16. Гідроліз солей. 11 клас.

1) Гідроліз солей, утворених слабкими кислотами та сильними основами

Солі, утворені слабкими кислотами та сильними основами, у розчині піддаються гідролізу за аніоном.

Наприклад, натрій флуорид взаємодіє з водою за рівнянням:

NaF + H₂O - NaOH + HF

Na⁺ + F^- + H₂O - Na⁺ + OH^- + HF

Сіль, утворена сильною основою та слабкою кислотою, піддається гідролізу за аніоном, а її розчин має лужне середовище, pH > 7. До того ж із двох продуктів реакції натрій гідроксид — сильна основа, тобто повністю дисоціює на йони, а флуоридна кислота — слабка кислота, тобто дисоціює слабко. Отже, у розчині з’являється надлишок гідроксид-іонів, що зумовлює лужне середовище.

У йонній формі рівняння реакції гідролізу натрій флуориду буде таким:

F^– + H2O - OH^– + HF

Скорочене йонне рівняння набагато краще ілюструє надлишок гідроксид-іонів. Під час його складання необхідно пам’ятати, що у вигляді йонів записують тільки сильні електроліти, а слабкі електроліти — у вигляді молекул. Зі скороченого рівняння видно, що сіль, утворена сильною основою та слабкою кислотою, піддається гідролізу за аніоном, тобто за йоном кислотного залишку.

Як ви знаєте, багатоосновні кислоти дисоціюють ступінчасто, а отже, і солі багатоосновних кислот піддаються ступінчастому гідролізу. Наприклад, натрій карбонат за першою стадією взаємодіє з однією молекулою води, а продукт гідролізу взаємодіє з іншою молекулою води.

Перша стадія: Na₂CO₃ + H₂O - NaHCO₃ + NaOH

CO₃^2- + H₂O - HCO₃^- + OH^-

Друга стадія: NaHCO₃ + H₂О - H₂CO₃ + NaOH

HCO₃^- + H₂O - Н₂СО₃ + OH⁻

Сумарне рівняння: Na₂CO₃  + 2H₂O - H₂CO₃ + 2NaOH

CO₃^2- + 2H₂O -  Н₂СО₃ + OH⁻

За першою стадією гідролізу піддається близько 2 % розчиненої солі, а за другою — менше 0,01 %. Отже, як і для дисоціації, так і для гідролізу справедливим є твердження: якщо процес відбувається за декількома стадіями, то ефективніше відбувається процес за першою стадією.

2) Гідроліз солей, утворених сильними кислотами та слабкивами основами

Солі, утворені сильними кислотами та слабкими основами, піддаються гідролізу за катіоном. Прикладом такої солі є амоній хлорид NH₄Cl, що взаємодіє з водою: NH₄Cl + H₂O - NH₄OH + HCl

NH₄⁺ + Cl^{- +} Н₂О - NH₄OH + H⁺

Під час гідролізу утворюються сильна хлоридна кислота, яка повністю дисоціює, та слабка основа — гідрат амоніаку NH₄OH (або NH₃·H₂О). Це зумовлює появу надлишкової кількості йонів Н⁺, що визначає кислотне середовище в розчині. Отже, солі, утворені слабкими основами, піддаються гідролізу за катіоном.

Якщо сіль містить багатозарядні катіони металічного елемента, то гідроліз може відбуватися за декількома стадіями, але в реальності зазвичай відбувається реакція лише за першою стадією:

CuCl₂ + H₂O _ CuOHCl + HCl

Cu²⁺ + H₂O - CuOH⁺ + H⁺ 

3) Гідроліз солей, утворених слабкими кислотами та слабкими основами

Солі, утворені слабкими кислотами та слабкими основами, піддаються гідролізу як за катіоном, так і за аніоном. У водному розчині такої солі в результаті гідролізу утворюються два слабкі електроліти.

Так гідролізується, наприклад, амоній карбонат:

(NH₄)₂CO₃ + H₂O - NH₄OH + (NH₄)HCO

NH₄⁺ + CO₃^2- + H₂O - NH₄OH + HCO₃^-

Для того щоб визначити кислотність середовища в такому розчині, необхідні додаткові відомості про силу утворених електролітів. Із довідкової літератури можна дізнатися, що гідрат амоніаку сильніший електроліт за гідрогенкарбонат-іон. Отже, він дисоціює ефективніше, що спричиняє надлишок гідроксид-іонів і зумовлює лужне середовище в розчині амоній карбонату. Однак, щоб дійти таких висновків, необхідні відомості про силу кислот і основ, які наведено в спеціальній літературі.

Цікавим прикладом солі, утвореної слабкими кислотою й основою, є амоній етаноат CH₃COONH₄. Під час гідролізу цієї солі утворюється також два слабкі електроліти, але їхня сила майже однакова.

CH₃COONH₄ + Н₂О - CH₃COOН + NH₄OH

Тому в розчині амоній етаноату немає надлишку ані йонів Гідрогену, ані гідроксид-іонів. У розчині амоній етаноату середовище нейтральне. Цей факт може спонукати до висновку, що в цьому випадку гідроліз не відбувається, але це не так. Гідроліз відбувається, йому піддається майже 3 % розчиненої солі, проте завдяки однаковій силі утворених електролітів концентрація йонів H+ та OH– однакова, що є ознакою нейтрального середовища.

4) Сіль, утворена сильною кислотою та сильною основою

Для розчиненої у воді солі, що утворена сильною кислотою і сильною основою, наприклад натрій хлориду NaCl, можна було б записати рівняння:

NaCl + H₂O = NaOH + HCl

Але обидва продукти реакції є сильними електролітами і у вигляді молекул у розчині існувати не можуть. Отже, така реакція не відбувається. У цьому можна переконатися, якщо скласти рівняння гідролізу в йонній формі: усі йони в цьому рівнянні скоротяться. Отже, солі, утворені сильною кислотою і сильною основою, гідролізу не піддаються, у їхніх розчинах середовище нейтральне.

Необоротний гідроліз

Усі розглянуті вище випадки гідролізу є прикладами оборотних процесів. Вони не можуть відбуватися до кінця, оскільки продукти реакції, накопичившись у значних кількостях, починають взаємодіяти один з одним, утворюючи початкові речовини. Інша ситуація із солями, утвореними леткими кислотами та нерозчинними гідроксидами: під час їх гідролізу утворюються речовини, що виводяться з розчину.

Наприклад, під час гідролізу алюміній сульфіду утворюються нерозчинний алюміній гідроксид та леткий сірководень:

Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑

Обидві речовини виводяться з розчину, і, згідно з принципом Ле Шательє, це сприяє зміщенню рівноваги в бік продуктів реакції. Сіль, утворена сильною основою та сильною кислотою, гідролізу не піддається, а в її розчині нейтральне середовище, pH = 7

Солі, утворені леткою слабкою кислотою та нерозчинним у воді гідроксидом, піддаються необоротному гідролізу. Необоротний гідроліз характерний для солей, під час гідролізу яких обидва продукти реакції виводяться з розчину (у вигляді газуватої або нерозчинної речовини) і не здатні вступати у зворотну реакцію. Зазвичай ці солі в таблиці розчинності позначені як такі, що не існують у розчині або розкладаються водою (див. форзац). Окремими випадками необоротного гідролізу є взаємодія алюміній або кальцій карбіду з водою: CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂↑

Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃↓ + 3CH₄↑

У цьому випадку і етин, і метан можна розглядати як дуже слабкі леткі кислоти, тому ці взаємодії можна віднести до процесів необоротного гідролізу.

1. Із переліку речовин випишіть окремо формули солей, які: а) піддаються оборотному гідролізу; б) піддаються необоротному гідролізу; в) не піддаються гідролізу. Na₂SO₄, K₂SO₃, Fe₂(SO₃)₃, CuSO₄, KBr, AlCl₃, NaNO₂, MnBr₂, Al₂S₃.

2. Із переліку речовин випишіть ті, що піддаються гідролізу. Складіть для них рівняння реакцій гідролізу та визначте кислотність їхніх розчинів. Якщо для солі характерний ступінчастий гідроліз, складіть рівняння гідролізу тільки за першою стадією. Na₂SO₄, K₂SO₃, CuSO₄, KBr, AlCl₃, NaNO₂, MnBr₂, K₃PO₄, BaCl₂, Cr(NO₃)₃, RbCl, Na₂SiO₃, KNO₃, MgCl₂, CH₃COONa, FeCl₂, NaHCO₃, K₂HPO₄.

3. За таблицею розчинності визначте принаймні три солі, для яких характерний необоротний гідроліз. Складіть для них рівняння реакцій гідролізу. Визначте причини, що зумовлюють необоротність гідролізу.