"Химия (базовый уровень)", Журин А.А.
Гидролиз солей — взаимодействие ионов растворённой соли с водой, из-за которого меняется состав раствора и его реакция становится кислой или щелочной. Чтобы понять, будет ли гидролиз, нужно выяснить, от каких кислоты и основания образована соль: ионы слабых электролитов обычно связывают частицы воды, а ионы сильных — нет. Уравнения гидролиза помогают объяснить свойства растворов и предсказать их поведение в химических реакциях.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Гидролиз солей — взаимодействие ионов соли с молекулами воды, приводящее к образованию слабого электролита и изменению состава раствора. Иными словами, после распада соли на ионы некоторые из них вступают в реакцию с водой. Это понятие нужно, чтобы объяснить, почему растворы разных солей могут быть кислыми, щелочными или нейтральными.
Реакция среды — кислотность, щёлочность или нейтральность раствора, определяемая соотношением концентраций ионов H₃O⁺ и OH⁻. Если H₃O⁺ больше, среда кислая; если OH⁻ больше — щелочная; при их равенстве — нейтральная. По реакции среды можно судить о том, какие частицы образуются при гидролизе.
Ионное уравнение гидролиза — сокращённое уравнение взаимодействия конкретного иона соли с водой. В нём оставляют только частицы, которые действительно превращаются, а ионы, не участвующие в реакции, не записывают. Такая запись помогает увидеть причину изменения среды и не спутать гидролиз с диссоциацией соли.
Степень гидролиза — доля ионов соли, вступивших во взаимодействие с водой. Она показывает, какая часть исходных ионов прореагировала, а какая осталась в растворе неизменённой. Это понятие важно, потому что гидролиз обычно обратим и затрагивает не все частицы соли.
Сначала растворимая соль диссоциирует — распадается на катионы и анионы. Сама диссоциация ещё не является гидролизом: для гидролиза ион должен взаимодействовать с водой. Вода очень слабо распадается на H₃O⁺ и OH⁻, и некоторые ионы соли способны связывать одну из этих частиц; тогда равновесие воды смещается, а состав раствора меняется.
Ионы сильной кислоты и сильного основания обычно не гидролизуются, потому что почти не связывают частицы воды. Например, Cl⁻ — основание, сопряжённое сильной кислоте HCl, поэтому он крайне слабо принимает протон. Ионы слабой кислоты или слабого основания удерживают соответствующие частицы сильнее, поэтому могут обратимо реагировать с водой и образовывать слабый электролит.
Анион слабой кислоты принимает протон у воды. Например, CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻: образуется уксусная кислота, а в растворе накапливается OH⁻, поэтому среда становится щелочной. Катион слабого основания действует иначе: например, NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺, и избыток H₃O⁺ создаёт кислую среду.
Чтобы составить уравнение, сначала записывают распад соли на ионы, затем выделяют ион, который гидролизуется, и подбирают продукты его реакции с водой. Сокращённое ионное уравнение содержит только реагирующий ион и воду; по его продуктам можно определить среду. Стрелка ⇌ показывает обратимость: слабый электролит может снова распадаться, поэтому реакция устанавливает равновесие, а не обязательно идёт до конца.
Если слабые и кислота, и основание, гидролизоваться могут и катион, и анион, а реакция среды зависит от того, какой процесс выражен сильнее. Для многозарядного иона процесс часто идёт последовательно: в каждой ступени он связывает частицу воды и превращается в новый ион. Отдельные ионы могут взаимодействовать друг с другом через продукты гидролиза; такой совместный гидролиз иногда ведёт к образованию осадка или газа и смещает равновесие.
| Тип соли | Ионы, взаимодействующие с водой | Реакция среды | Уравнение или особенность гидролиза |
|---|---|---|---|
| Сильная кислота + сильное основание: KCl, NaNO₃ | Практически не гидролизуются | Близкая к нейтральной | Гидролиз практически отсутствует |
| Слабая кислота + сильное основание: CH₃COONa, Na₂CO₃ | Анион слабой кислоты | Щелочная | CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻ |
| Сильная кислота + слабое основание: NH₄Cl, AlCl₃ | Катион слабого основания | Кислая | NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺; для Al³⁺ гидролиз ступенчатый |
| Слабая кислота + слабое основание: NH₄CH₃COO | Катион и анион | Зависит от относительной силы кислоты и основания | Сравнивают оба процесса гидролиза |
| Многоосновная слабая кислота или многозарядный ион: S²⁻, CO₃²⁻, Al³⁺ | Ион гидролизуется последовательно | Зависит от природы иона и преобладающих ступеней | Каждую ступень записывают отдельно; процесс обратимый |
Пользуйся таблицей в таком порядке: определи, от каких кислоты и основания образована соль, затем найди гидролизующийся ион и ожидаемую среду. Для солей слабой кислоты и слабого основания одного названия типа недостаточно — нужно сравнить относительную силу обоих электролитов. Если ион многозарядный, проверь, не требуется ли указать несколько ступеней.
Задача. Для раствора K₂CO₃ определить реакцию среды и записать сокращённое ионное уравнение гидролиза. Нужно выяснить, какой из ионов соли способен реагировать с водой, а затем связать продукты этой реакции с кислотностью или щёлочностью раствора.
Определяем происхождение ионов: K⁺ связан с сильным основанием KOH, а CO₃²⁻ — с очень слабой угольной кислотой H₂CO₃. Поэтому катион калия практически не гидролизуется, а карбонат-ион вступает в реакцию с водой.
Записываем первую ступень гидролиза аниона: CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻. Заряды уравнены: слева заряд −2, справа сумма зарядов −1 и −1. В уравнении показаны только частицы, непосредственно участвующие в процессе.
Определяем среду по продукту: среди продуктов появляется OH⁻, поэтому раствор приобретает щелочную реакцию. Обратимая стрелка означает, что гидролиз не обязательно превращает все карбонат-ионы в гидрокарбонат-ионы.
Ответ: раствор K₂CO₃ имеет щелочную реакцию; сокращённое ионное уравнение первой ступени: CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻.
Задача. Для раствора AlCl₃ записать первую ступень гидролиза, определить реакцию среды и составить молекулярное уравнение. Здесь важно отличить ион, который взаимодействует с водой, от ионов, лишь сопровождающих его в растворе.
Соль диссоциирует: AlCl₃ → Al³⁺ + 3Cl⁻. Катион Al³⁺ гидролизуется, поскольку связан со слабым основанием Al(OH)₃; Cl⁻ происходит от сильной кислоты HCl и в этой реакции не участвует.
Записываем сокращённое ионное уравнение первой ступени: Al³⁺ + H₂O ⇌ AlOH²⁺ + H₃O⁺. Суммарный заряд слева и справа равен +3, поэтому запись согласована по заряду и показывает образование иона гидроксоалюминия.
Поскольку образуется H₃O⁺, среда раствора кислая. Для молекулярного уравнения возвращаем ионы Cl⁻ в запись: AlCl₃ + H₂O ⇌ AlOHCl₂ + HCl. Это уравнение соответствует только первой ступени гидролиза, а не полному превращению соли.
Ответ: первая ступень: Al³⁺ + H₂O ⇌ AlOH²⁺ + H₃O⁺; среда кислая; молекулярное уравнение: AlCl₃ + H₂O ⇌ AlOHCl₂ + HCl.
Задача. Сравнить реакцию среды растворов NH₄CH₃COO, NH₄Cl и CH₃COONa, если известны константы диссоциации уксусной кислоты и аммиака. Константа диссоциации показывает силу электролита: чем она больше, тем сильнее кислота или основание в соответствующем сравнении.
В NH₄Cl гидролизуется NH₄⁺, сопряжённый слабому основанию NH₃; Cl⁻ не гидролизуется. Образуется H₃O⁺, значит, раствор кислый. В CH₃COONa гидролизуется CH₃COO⁻, сопряжённый слабой уксусной кислоте; образуется OH⁻, поэтому раствор щелочной.
В NH₄CH₃COO гидролизуются оба иона. Сопоставляем величины: Ka уксусной кислоты и Kb аммиака примерно равны, около 1,8 · 10⁻⁵; следовательно, кислотный и щелочной вклады близки по силе.
При близких силах двух процессов действие H₃O⁺ и OH⁻ в целом компенсируется. Поэтому раствор ацетата аммония близок к нейтральному, в отличие от кислого NH₄Cl и щелочного CH₃COONa.
Ответ: NH₄Cl даёт кислую среду, CH₃COONa — щелочную, а NH₄CH₃COO при указанных близких константах — среду, близкую к нейтральной.
Первая ошибка — записывать гидролиз для ионов сильной кислоты и сильного основания, например для Na⁺ и Cl⁻ в NaCl. Её допускают, принимая сам факт присутствия ионов за признак их реакции с водой. Проверь происхождение каждого иона: если он связан с сильным электролитом, гидролиз обычно не записывают.
Вторая ошибка — считать, что гидролиз любой соли делает раствор кислым, или определять среду только по формуле соли. Причина в том, что не выясняют, какой ион гидролизуется и какой продукт образуется. Для проверки посмотри на уравнение: образование H₃O⁺ указывает на кислую среду, а OH⁻ — на щелочную.
Третья ошибка — вместо сокращённого ионного уравнения приводить диссоциацию соли или оставлять ионы-наблюдатели. Диссоциация лишь показывает, какие ионы появились в растворе, но не описывает их взаимодействие с водой. Проверь, меняются ли частицы в уравнении: в сокращённой записи должны остаться только участники реакции и вода.
Четвёртая ошибка — изображать гидролиз многозарядного иона как необратимое полное превращение. Так происходит, если забывают, что слабый электролит устанавливает равновесие, а гидролиз может идти по ступеням. Используй знак ⇌ и записывай следующую ступень только после первой, проверяя формулы и заряды новых ионов.
Для понимания гидролиза нужны знания об электролитической диссоциации, сильных и слабых электролитах, диссоциации воды и кислой, щелочной и нейтральной среде. Составлять ионные уравнения помогают правила записи реакций обмена: они учат отделять участвующие частицы от ионов-наблюдателей. Позже гидролиз пригодится при изучении pH растворов, качественных реакций и равновесий в растворах, а также при объяснении практического применения солей.
Почему NaCl не гидролизуется, хотя раствор соли содержит ионы?
NaCl распадается на Na⁺ и Cl⁻, но эти ионы происходят от сильного основания NaOH и сильной кислоты HCl. Они практически не связывают ионы H₃O⁺ или OH⁻ воды, поэтому гидролиз не смещает равновесие и раствор остаётся близким к нейтральному.
Как по формуле соли быстро определить реакцию среды?
Определи, какая кислота и какое основание образовали соль, и выясни, сильные они или слабые. Соль сильной кислоты и сильного основания даёт почти нейтральную среду; соль слабой кислоты обычно — щелочную, а соль слабого основания — кислую. Для соли слабой кислоты и слабого основания нужно сравнить их относительную силу.
Почему при гидролизе аниона образуются OH⁻, а при гидролизе катиона — H₃O⁺?
Анион слабой кислоты забирает протон у молекулы воды, поэтому в растворе остаётся OH⁻. Катион слабого основания, наоборот, передаёт протон молекуле воды или удерживает её гидроксидную часть, что приводит к образованию H₃O⁺. Именно избыток этих ионов определяет щелочную или кислую среду.
Нужно ли записывать все ступени гидролиза многозарядного иона?
Обычно достаточно записать первую ступень, если задача не требует продолжения процесса: она чаще выражена сильнее последующих. Каждую следующую ступень записывают отдельно, учитывая изменение заряда иона и образование нового слабого электролита. Гидролиз обратим, поэтому его не следует изображать как полное превращение.
Как определить реакцию среды раствора соли слабой кислоты и слабого основания?
Нужно сравнить способность к гидролизу катиона, происходящего от слабого основания, и аниона, происходящего от слабой кислоты. Если сильнее гидролизуется катион, среда кислая; если анион — щелочная. При близких силах исходных электролитов среда может быть близка к нейтральной.
27. Гидролиз неорганических солей
