§ 14. Гидролиз солей

Определения и обозначения

Гидролиз солей — взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита и изменению реакции среды. Иными словами, растворённая соль не всегда остаётся только набором свободных ионов: некоторые из них вступают в обратимое взаимодействие с частицами воды. Это понятие нужно, чтобы объяснить свойства водных растворов солей.

Гидролиз по катиону — взаимодействие с водой катиона, являющегося остатком слабого основания, с образованием кислой среды. Такой катион связывает частьцы воды, в результате чего появляются ионы H⁺ (точнее, H₃O⁺). Понятие помогает распознать кислую реакцию раствора, например NH₄Cl.

Гидролиз по аниону — взаимодействие с водой аниона, являющегося остатком слабой кислоты, с образованием щелочной среды. Анион принимает H⁺, и в растворе увеличивается количество OH⁻. Это определение позволяет объяснить щелочные свойства раствора, например Na₂CO₃.

Реакция среды — характеристика раствора, показывающая преобладание ионов H⁺ или OH⁻: кислая, нейтральная либо щелочная. В нейтральной среде эти ионы уравновешивают друг друга, в кислой преобладают H⁺, а в щелочной — OH⁻. Определение нужно, чтобы связать состав раствора с результатом гидролиза.

Как это устроено

Частицы слабого электролита взаимодействуют с водой заметнее, чем ионы сильного электролита. Например, анион слабой кислоты может принять у молекулы воды ион H⁺, а катион слабого основания — способствовать появлению H⁺ в растворе. В обоих случаях часть исходных частиц превращается в слабый электролит, поэтому равновесие между ними и продуктами устанавливается не в одну сторону.

Чтобы предсказать гидролиз, мысленно раздели соль на кислоту и основание, из которых она образована. Если оба исходных вещества сильные, их ионы почти не связывают частицы воды, поэтому гидролизом обычно пренебрегают. Если кислота слабая, реагирует её анион; если основание слабое — катион. Для соли слабой кислоты и слабого основания возможны оба взаимодействия.

Сокращённое ионное уравнение показывает только частицы, участвующие в реакции. Для гидролиза по аниону запиши анион и воду слева, а соответствующую слабую кислоту и OH⁻ справа: A⁻ + H₂O ⇌ HA + OH⁻. Для гидролиза по катиону подходит схема BH⁺ + H₂O ⇌ B + H₃O⁺. Знак ⇌ напоминает, что процесс обратим; ионы, не меняющиеся при реакции, в сокращённое уравнение не включают.

Среда определяется тем, какие ионы образуются в результате взаимодействия. При гидролизе по аниону появляется OH⁻, поэтому раствор становится щелочным; при гидролизе по катиону образуется H₃O⁺, поэтому среда кислая. Если соль не гидролизуется, как NaCl, раствор остаётся практически нейтральным. Для соли слабой кислоты и слабого основания результат зависит от того, насколько сильнее соответствующая кислота или основание.

Гидролиз обратим, потому что продукты могут снова взаимодействовать и образовывать исходные частицы. У многоосновных кислот и многокислотных оснований возможны последовательные стадии: например, CO₃²⁻ сначала превращается в HCO₃⁻, а дальнейшее взаимодействие идёт слабее. При разбавлении раствора равновесие обычно смещается в сторону большего числа частиц, и доля гидролизовавшихся ионов возрастает. Поэтому степень гидролиза обычно увеличивается, хотя концентрация раствора уменьшается.

Гидролиз солей в зависимости от происхождения

Сначала определи исходные кислоту и основание, затем найди слабый электролит и соответствующий ему ион. По этому иону выбери уравнение и реакцию среды. Если соль образована двумя слабыми электролитами, одной только таблицы для точного вывода о среде недостаточно: нужно сравнить их относительную силу.

Разбор задач

1. Определить среду растворов NaCl, Na₂CO₃ и NH₄Cl и указать гидролизующиеся ионы

Решение. Сопоставим каждую соль с кислотой и основанием, от которых она образована. Так станет ясно, есть ли среди её ионов частица слабого электролита, способная взаимодействовать с водой. Затем по образующемуся иону определим среду.

1. NaCl образована сильными HCl и NaOH. Ионы Na⁺ и Cl⁻ практически не гидролизуются, поэтому среда нейтральная.
2. Na₂CO₃ образована слабой H₂CO₃ и сильным NaOH. Гидролизуется CO₃²⁻, возникают OH⁻, поэтому среда щелочная.
3. NH₄Cl образована сильной HCl и слабым NH₄OH. Гидролизуется NH₄⁺, образуются ионы H₃O⁺, поэтому среда кислая.

Ответ: NaCl — нейтральная среда, гидролиза практически нет; Na₂CO₃ — щелочная, гидролизуется CO₃²⁻; NH₄Cl — кислая, гидролизуется NH₄⁺. Проверь вывод по происхождению каждого иона: сильные электролиты не задают гидролиз, слабые — задают.

2. Составить молекулярное и сокращённое ионное уравнения гидролиза Na₂S и AlCl₃

Решение. В Na₂S слабым исходным электролитом является H₂S, значит, в реакции участвует сульфид-ион. В AlCl₃ слабым основанием считают гидроксид алюминия, поэтому взаимодействует катион Al³⁺. В молекулярных уравнениях сохраняем формулу соли, а в сокращённых ионных оставляем только реагирующий ион и продукты.

1. Для Na₂S первая ступень: Na₂S + H₂O ⇌ NaHS + NaOH; сокращённое ионное уравнение — S²⁻ + H₂O ⇌ HS⁻ + OH⁻.
2. Для AlCl₃ первая ступень: AlCl₃ + H₂O ⇌ Al(OH)Cl₂ + HCl; сокращённое ионное уравнение — Al³⁺ + H₂O ⇌ AlOH²⁺ + H₃O⁺.
3. В первом случае появляется OH⁻, следовательно, среда щелочная. Во втором появляются ионы H₃O⁺, поэтому среда кислая.

Ответ: уравнения записаны для первых ступеней гидролиза; Na₂S гидролизуется по аниону, AlCl₃ — по катиону. Проверка: атомы и заряд должны сохраняться в сокращённом уравнении, а ионы Na⁺ и Cl⁻ в нём не нужны, поскольку они не участвуют в реакции.

3. Записать первую ступень гидролиза Na₂CO₃ и Al₂(SO₄)₃, определить среду и объяснить влияние разбавления

Решение. В Na₂CO₃ гидролизуется анион слабой угольной кислоты, а в Al₂(SO₄)₃ — катион слабого основания Al(OH)₃. Для первой ступени записываем только начальное взаимодействие иона с водой. Затем определяем среду по тому, какой ион образуется.

1. Na₂CO₃: CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻. Образование OH⁻ означает щелочную среду.
2. Al₂(SO₄)₃: Al³⁺ + H₂O ⇌ AlOH²⁺ + H₃O⁺. Образование H₃O⁺ означает кислую среду.
3. При разбавлении равновесие гидролиза обычно смещается в сторону образования большего числа частиц. Поэтому степень гидролиза возрастает, хотя концентрация растворённых веществ становится меньше.

Ответ: первая ступень для карбонат-иона даёт щелочную среду, для катиона алюминия — кислую; при разбавлении гидролиз обычно усиливается. Проверка: не подменяй среду названием соли — её определяют по продуктам ионного уравнения, а не по наличию металла или кислотного остатка.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что гидролизуется любая соль. Растворение и гидролиз — разные процессы: соль может распасться на ионы, которые затем не реагируют с водой. Путаница возникает потому, что оба явления происходят в растворе. Проверь происхождение соли: если кислота и основание сильные, гидролизом обычно пренебрегают.

Ошибка: записывать гидролиз по иону сильной кислоты или сильного основания. Ионы вроде Na⁺ и Cl⁻ практически не связывают ионы воды, поэтому не задают гидролиз. Такую запись часто делают, не проверив происхождение каждого иона. Для самопроверки раздели соль на исходные кислоту и основание и выбери слабый электролит.

Ошибка: путать среду раствора. При гидролизе по аниону появляются OH⁻ и щелочная среда, а по катиону — H₃O⁺ и кислая. Ошибка возникает, если запоминать только название соли, не рассматривая уравнение. Проверь, какой из этих ионов указан среди продуктов.

Ошибка: записывать сильные электролиты молекулами в сокращённом ионном уравнении или считать гидролиз необратимым. Сильные электролиты показывают в виде ионов, а частицы, не участвующие в реакции, сокращают; знак ⇌ подчёркивает обратимость. Эти правила легко упустить, если переносить молекулярное уравнение без изменений. Сверь запись с сокращённой схемой гидролиза и оставь только реагирующие частицы.

Связь с другими темами

Для понимания гидролиза нужны знания об электролитической диссоциации, сильных и слабых электролитах, а также о составе кислот, оснований и солей. Тема продолжает изучение ионных реакций: помогает выбирать частицы, которые действительно взаимодействуют, и правильно составлять сокращённые уравнения. Она также связывает состав раствора с его реакцией среды. Эти знания пригодятся при изучении свойств растворов, качественных реакций и практического применения солей.

Что запомнить

• Гидролиз — взаимодействие ионов соли с водой.
• Соль сильной кислоты и сильного основания практически не гидролизуется.
• Анион слабой кислоты гидролизуется с образованием щелочной среды.
• Катион слабого основания гидролизуется с образованием кислой среды.
• Гидролиз солей является обратимым процессом.
• Гидролиз многоосновных кислот и многокислотных оснований может идти ступенчато.
• При разбавлении раствора степень гидролиза обычно увеличивается.