"Химия (базовый уровень)", Минченков Е.Е., Журин А.А., Оржековский П.А.
Гидролиз солей — взаимодействие растворённых ионов соли с водой. Он объясняет, почему растворы одних солей нейтральны, других — кислые или щелочные. Чтобы предсказать реакцию среды, нужно выяснить, от каких кислоты и основания образована соль: ионы сильных электролитов обычно не связывают частицы воды, а ионы слабых — связывают. По этому же правилу составляют сокращённые ионные уравнения гидролиза.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Гидролиз соли — взаимодействие ионов соли с водой, в результате которого образуются слабый электролит и изменяется реакция среды. Иными словами, частица соли вступает в обмен с частицами воды, а не просто растворяется. Понятие нужно, чтобы объяснить, почему раствор соли может быть не нейтральным.
Гидролиз по катиону — взаимодействие с водой катиона, образованного слабым основанием; при этом среда становится кислой. Катион связывает OH⁻ воды, поэтому остаются частицы, создающие кислую реакцию. Так описывают, например, поведение NH₄⁺ в растворе хлорида аммония.
Гидролиз по аниону — взаимодействие с водой аниона, образованного слабой кислотой; при этом среда становится щелочной. Анион связывает H⁺ воды, и относительное количество OH⁻ возрастает. Это определение помогает предсказать свойства растворов ацетатов и карбонатов.
Степень гидролиза — доля исходного количества вещества, подвергшаяся гидролизу; она зависит от природы соли, концентрации и температуры. Чем больше эта доля, тем заметнее превращение соли и влияние гидролиза на раствор. Понятие используют, когда нужно сравнить, насколько полно реагируют ионы соли с водой.
В воде растворимая соль сначала распадается на положительные и отрицательные ионы — это электролитическая диссоциация. Гидролиз начинается уже после этого, если один из ионов способен связывать H⁺ или OH⁻ воды. При связывании частиц одного типа равновесие воды нарушается, поэтому меняется соотношение H₃O⁺ и OH⁻ и реакция среды.
Ионы солей, образованных сильной кислотой и сильным основанием, почти не связывают частицы воды. Например, Na⁺ не проявляет заметных свойств слабого основания, а Cl⁻ — слабой кислоты. Поэтому у NaCl гидролиз практически не идёт, концентрации H₃O⁺ и OH⁻ остаются равными, и раствор нейтрален.
В NH₄Cl катион NH₄⁺ является сопряжённой кислотной частицей слабого основания NH₃, поэтому он взаимодействует с водой. Молекулярное уравнение записывают так: NH₄Cl + H₂O ⇄ NH₃·H₂O + HCl; в растворе сильные электролиты представлены ионами, поэтому сокращённое ионное уравнение имеет вид NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃ + H₃O⁺. Образование H₃O⁺ объясняет кислую реакцию среды.
В ацетате натрия гидролизуется CH₃COO⁻ — частица, связанная со слабой уксусной кислотой. Молекулярная запись: CH₃COONa + H₂O ⇄ CH₃COOH + NaOH; сокращённое ионное уравнение: CH₃COO⁻ + H₂O ⇄ CH₃COOH + OH⁻. Ионы OH⁻ дают щелочную реакцию, а Na⁺ в этом превращении не участвует.
Если соль образована слабой кислотой и слабым основанием, её катион и анион способны взаимодействовать с водой, поэтому гидролизуются оба иона. Например, для NH₄CH₃COO можно записать NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃ + H₃O⁺ и CH₃COO⁻ + H₂O ⇄ CH₃COOH + OH⁻. Итоговую реакцию среды определяет относительная сила кислоты и основания: один процесс может преобладать над другим.
| Тип соли | Пример | Какие ионы гидролизуются | Реакция среды | Пример ионного уравнения |
|---|---|---|---|---|
| Сильная кислота и сильное основание | NaCl | Практически не гидролизуются | Нейтральная | Гидролиз практически не идёт |
| Сильная кислота и слабое основание | NH₄Cl | Катион | Кислая | NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃ + H₃O⁺ |
| Слабая кислота и сильное основание | CH₃COONa | Анион | Щелочная | CH₃COO⁻ + H₂O ⇄ CH₃COOH + OH⁻ |
| Слабая кислота и слабое основание | NH₄CH₃COO | Катион и анион | Зависит от относительной силы кислоты и основания | Записать уравнения для обоих ионов |
Пользуйтесь таблицей, начиная с определения кислоты и основания, из которых образована соль. Затем найдите гидролизующийся ион и по продуктам ионного уравнения установите среду: H₃O⁺ указывает на кислую, OH⁻ — на щелочную. Для соли слабой кислоты и слабого основания нельзя сделать вывод о среде, не сравнив относительную силу обоих компонентов.
Определяем состав соли: NaNO₃ образована азотной кислотой HNO₃ и гидроксидом натрия NaOH. Обе исходные частицы — сильные электролиты. Значит, их ионы не дают заметного гидролиза.
Проверяем каждый ион: Na⁺ происходит от сильного основания, а NO₃⁻ — от сильной кислоты. Ни один из них практически не связывает частицы воды. Поэтому сокращённое ионное уравнение гидролиза записывать не нужно.
Ответ: NaNO₃ практически не гидролизуется, водный раствор имеет нейтральную реакцию.
Разбираем состав соли: NH₄Cl образована слабым основанием NH₃ и сильной кислотой HCl. Катион NH₄⁺ связан со слабым основанием, а Cl⁻ — с сильной кислотой. Поэтому гидролизуется катион.
Записываем взаимодействие катиона с водой: NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃ + H₃O⁺. Проверка показывает, что число атомов и суммарный заряд совпадают по обе стороны уравнения. Образуется H₃O⁺, поэтому среда кислая.
Ответ: гидролизуется NH₄⁺; уравнение — NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃ + H₃O⁺; реакция раствора кислая.
В Na₂CO₃ анион CO₃²⁻ образован слабой угольной кислотой H₂CO₃, а Na⁺ — сильным основанием. Гидролизуется анион; первая ступень: CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻. Появление OH⁻ означает щелочную среду.
В NH₄Cl гидролизуется катион NH₄⁺, поскольку он связан со слабым основанием NH₃. Его уравнение: NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃ + H₃O⁺. Образующийся H₃O⁺ указывает на кислую среду.
Ответ: Na₂CO₃ даёт щелочную среду, а NH₄Cl — кислую. Для карбонат-иона возможна и следующая ступень: HCO₃⁻ + H₂O ⇄ H₂CO₃ + OH⁻, но первая ступень показывает основную причину щелочной реакции.
Ошибка — считать, что гидролизуются все соли. Её допускают, смешивая растворение вещества с его химическим взаимодействием с водой. Проверьте себя: если соль образована сильной кислотой и сильным основанием, её ионы обычно практически не гидролизуются.
Гидролиз не следует путать с диссоциацией: первая реакция связывает ионы соли с водой, а вторая разделяет соль на ионы. Эти процессы могут происходить последовательно, но обозначают разные явления. Для самопроверки спросите, образуются ли при растворении новые частицы из ионов и воды.
Нельзя определять среду только по заряду иона. Отрицательный заряд сам по себе не означает щёлочь: важно, от какой кислоты произошёл анион, и является ли она слабой. Проверяйте происхождение иона, а затем смотрите, какие частицы появляются в уравнении.
Ещё одна ошибка — записывать сокращённое уравнение без баланса атомов и зарядов или неверно включать в него H⁺ и OH⁻. Такое случается, если переносить формулы без проверки состава реагентов и продуктов. Подсчитайте атомы и суммарный заряд по обе стороны; в уравнениях гидролиза также учитывайте участие воды.
Для изучения гидролиза нужно знать электролитическую диссоциацию: она объясняет, какие ионы появляются при растворении соли. Также нужны понятия сильных и слабых электролитов и навык составления ионных уравнений. Эти знания позволяют определить, какой ион будет взаимодействовать с водой.
Гидролиз помогает объяснять реакцию среды растворов и связывает свойства солей с кислотно-основными равновесиями. Его учитывают при изучении буферных растворов, где важно поддерживать почти постоянную кислотность. Понимание гидролиза также необходимо в химических технологиях, когда условия раствора влияют на протекание процессов.
Почему раствор NaCl не меняет окраску индикатора?
NaCl образована сильной кислотой HCl и сильным основанием NaOH. Ионы Na⁺ и Cl⁻ практически не взаимодействуют с водой, поэтому концентрации H₃O⁺ и OH⁻ остаются примерно равными, а среда — нейтральной.
Как быстро определить, какой ион соли гидролизуется?
Определите, какой кислотой и каким основанием образована соль. Ион слабой кислоты обычно гидролизуется по аниону, а ион слабого основания — по катиону; ионы сильных электролитов обычно не гидролизуются.
Почему раствор NH₄Cl имеет кислую реакцию?
Катион NH₄⁺ образован слабым основанием NH₃ и связывает OH⁻ воды. В результате образуются NH₃ и H₃O⁺, поэтому среда раствора становится кислой.
Почему раствор ацетата натрия имеет щелочную реакцию?
Анион CH₃COO⁻ образован слабой уксусной кислотой и связывает H⁺ воды. При этом образуются CH₃COOH и OH⁻, поэтому раствор имеет щелочную реакцию.
Можно ли по составу соли определить реакцию её раствора?
В большинстве случаев да: сопоставьте силу кислоты и основания, образовавших соль. Соль сильной кислоты и слабого основания даёт кислую среду, а слабой кислоты и сильного основания — щелочную; для соли слабой кислоты и слабого основания учитывают относительную силу обоих.
§ 22. Гидролиз солей
