"Химия. Базовый уровень", Габриелян О.С.
Гидролиз солей — взаимодействие ионов соли с водой, из-за которого в растворе могут образоваться слабые электролиты и измениться реакция среды. По составу соли можно предсказать, будет ли раствор кислым, щелочным или нейтральным: нужно выяснить, сильными или слабыми были кислота и основание, из которых она образована. Отдельный случай — соли слабой кислоты и слабого основания: в них гидролизуются оба иона, а образование газа или осадка может сделать реакцию практически необратимой.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Гидролиз солей — взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита и изменению среды раствора. Слабый электролит лишь частично распадается на ионы в воде. Это определение помогает понять, почему одни соли влияют на кислотность раствора, а другие почти не меняют её.
Гидролиз по катиону — взаимодействие с водой катиона, образованного слабым основанием; при этом среда становится кислой. Катион связывает часть OH⁻ воды, а в растворе появляются H₃O⁺. По этому признаку можно распознать гидролиз солей, содержащих катионы слабых оснований, например NH₄⁺.
Гидролиз по аниону — взаимодействие с водой аниона, образованного слабой кислотой; при этом среда становится щелочной. Анион принимает протон от воды и образует молекулы слабой кислоты, вследствие чего возникают OH⁻. Такое определение помогает предсказать поведение, например, ацетат-ионов CH₃COO⁻.
Совместный гидролиз — взаимодействие с водой и катиона, и аниона соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой. Оба иона могут переходить в состав слабых электролитов, поэтому их действие нужно учитывать одновременно. Это понятие нужно, чтобы не считать такую соль автоматически нейтральной: реакция среды зависит от относительной силы кислоты и основания.
Чтобы выяснить, гидролизуется ли соль, мысленно раздели её на катион и анион и установи, из каких исходных веществ они произошли. Ионы сильной кислоты и сильного основания почти не связывают частицы воды: соответствующие кислота и основание хорошо существуют в виде ионов. Поэтому соль вроде NaCl не создаёт заметного количества слабого электролита и обычно не меняет реакцию среды. Если хотя бы один исходный компонент слабый, его ион может взаимодействовать с водой, и для соли возможен гидролиз.
Когда соль образована слабым основанием и сильной кислотой, гидролизуется катион. Например, катион NH₄⁺ взаимодействует с водой: NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺. Он связывает OH⁻, которые вода образует при самоионизации, и равновесие смещается к появлению H₃O⁺. Избыток этих ионов и делает раствор кислым; анион сильной кислоты обычно в гидролизе не участвует.
В соли сильного основания и слабой кислоты, напротив, реагирует анион. Ион слабой кислоты способен присоединить протон, поэтому, например, CH₃COO⁻ связывает H₃O⁺ и превращается в CH₃COOH. В результате в растворе увеличивается относительное количество OH⁻, образующихся из воды, и среда становится щелочной. Катион сильного основания, такой как Na⁺, обычно остаётся зрителем и в уравнение гидролиза не входит.
Если и кислота, и основание слабые, с водой взаимодействуют оба иона соли. Один из них может способствовать появлению H₃O⁺, а другой — связыванию этих ионов и образованию OH⁻, поэтому простой формулы «гидролиз есть — значит среда такая-то» здесь недостаточно. Итог зависит от того, насколько сильны кислота и основание и какие равновесия устанавливаются. Поэтому без дополнительных данных нельзя объявлять раствор такой соли ни обязательно нейтральным, ни обязательно кислым или щелочным.
Гидролиз чаще всего обратим: слабый электролит и ионы могут снова взаимодействовать, поэтому реакция не обязательно проходит полностью. Если же среди продуктов появляются газ или малорастворимый осадок, они уходят из раствора и обратному процессу труднее протекать. Так происходит при взаимодействии сульфида алюминия с водой: образуются H₂S и Al(OH)₃. Их выделение смещает процесс к продуктам, поэтому гидролиз практически необратим.
| Тип соли | Пример | Какие ионы гидролизуются | Реакция среды | Особенности |
|---|---|---|---|---|
| Сильная кислота и сильное основание | NaCl | Практически никакие | Нейтральная | Ионы соли почти не взаимодействуют с водой |
| Слабая кислота и сильное основание | CH₃COONa | Анион CH₃COO⁻ | Щелочная | Образуются слабая кислота и OH⁻ |
| Сильная кислота и слабое основание | NH₄Cl | Катион NH₄⁺ | Кислая | Образуются слабое основание и H₃O⁺ |
| Слабая кислота и слабое основание | NH₄CH₃COO | Катион и анион | Зависит от относительной силы кислоты и основания | Идёт совместный гидролиз |
Пользуйся таблицей по порядку: сначала определи исходные кислоту и основание, затем найди строку с их сочетанием. Столбец о гидролизующихся ионах подскажет, какую частицу включить в ионное уравнение. Для соли слабой кислоты и слабого основания не выводи реакцию среды только из названия типа соли.
Условие. Определите, происходит ли гидролиз раствора NaCl, и укажите реакцию среды. Проверим природу каждого иона: именно она показывает, может ли ион заметно взаимодействовать с водой. Далее соотнесём результат с кислотностью раствора.
Ответ. NaCl практически не гидролизуется, среда раствора нейтральная. Поэтому кислотно-основный индикатор не должен показывать выраженную кислую или щелочную реакцию. Здесь решающим оказалось то, что оба исходных вещества сильные.
Условие. Для раствора CH₃COONa составьте ионное уравнение гидролиза и укажите реакцию среды. Нужно установить, какой ион соли произошёл от слабого компонента. Затем запишем уравнение только для этого иона, не включая частицы, которые не меняются.
Ответ. Ионное уравнение: CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻. Гидролиз идёт по аниону, раствор имеет щелочную среду. Стрелка равновесия показывает, что превращение обычно не проходит полностью.
Условие. Для Al₂S₃ запишите уравнение взаимодействия с водой и объясните, почему гидролиз практически необратим. Соль образована слабым основанием Al(OH)₃ и слабой кислотой H₂S, поэтому взаимодействуют оба её иона. При составлении итогового уравнения нужно учесть продукты гидролиза и уравнять число атомов.
Ответ. Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑. Гидролиз практически необратим, потому что продукты покидают раствор в виде осадка и газа. Это не означает, что любой гидролиз обязательно идёт до конца.
Ошибка: считать, что гидролизуются все соли. Такое впечатление возникает потому, что ионы соли находятся в воде, но само растворение ещё не означает химического взаимодействия с ней. Сверь исходные кислоту и основание: соль сильной кислоты и сильного основания, например NaCl, обычно не гидролизуется. Если оба компонента сильные, не приписывай раствору гидролиз только из-за присутствия воды.
Ошибка: определять среду лишь по формуле соли. Формула показывает состав, но без сведений о силе исходных кислоты и основания не объясняет поведение ионов. Сначала установи происхождение катиона и аниона, затем реши, какой из них гидролизуется. Для самопроверки назови кислоту и основание, образующие соль, и только после этого укажи реакцию среды.
Ошибка: записывать в уравнении гидролиза свободные H⁺ или OH⁻ вместо продукта. Часто так сокращают запись, забывая, что гидролиз — взаимодействие конкретного иона с водой и образование слабого электролита. Записывай воду, гидролизующийся ион и продукт, например CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻. Проверь, что уравнение отражает передачу протона и сохраняет атомы и заряд.
Ошибка: считать среду при совместном гидролизе всегда нейтральной. Это заключение ошибочно, потому что катион и анион могут взаимодействовать с водой с разной выраженностью. Реакция зависит от относительной силы кислоты и основания, а не только от того, что гидролизуются оба иона. Проверь, есть ли сведения об этих силах; если их нет, не утверждай без основания, что раствор нейтрален.
Для работы с гидролизом нужно уметь составлять формулы солей и записывать их диссоциацию на ионы: без этого нельзя определить участников реакции. Также пригодятся знания о сильных и слабых кислотах и основаниях, а ещё навыки составления ионных уравнений. Позже эти представления помогут объяснять реакцию среды растворов и кислотно-основные равновесия. При расчёте pH они позволяют понять, почему концентрации H₃O⁺ и OH⁻ отличаются от нейтрального раствора.
Почему раствор NaCl не изменяет окраску индикатора?
NaCl образован сильной кислотой HCl и сильным основанием NaOH. Ионы Na⁺ и Cl⁻ практически не взаимодействуют с водой, поэтому концентрация H₃O⁺ и OH⁻ существенно не меняется. Раствор остаётся нейтральным, и индикатор не показывает кислую или щелочную среду.
Как по составу соли определить, какой её ион будет гидролизоваться?
Определите, какая кислота и какое основание образовали соль, и оцените их силу. Если слабым было основание, гидролизуется катион; если слабой была кислота — анион. Если слабы и кислота, и основание, гидролизуются оба иона.
Почему гидролиз по аниону приводит к щелочной среде?
Анион слабой кислоты связывает ион H₃O⁺ из воды и образует молекулы слабой кислоты. При этом равновесие взаимодействия воды смещается так, что в растворе появляются OH⁻. Поэтому среда становится щелочной.
Всегда ли раствор соли слабой кислоты и слабого основания нейтрален?
Нет. В такой соли гидролизуются и катион, и анион, а среда зависит от относительной силы исходной кислоты и основания. Поэтому её нельзя определить только по факту совместного гидролиза.
Почему гидролиз Al₂S₃ считают практически необратимым?
При взаимодействии Al₂S₃ с водой образуются осадок Al(OH)₃ и газ H₂S. Осадок и газ удаляются из раствора, поэтому продукты не могут в заметной степени вступить в обратную реакцию. Гидролиз практически идёт до конца.
9. Различные случаи гидролиза солей
