§ 14. Гидролиз солей

Определения и обозначения

Гидролиз солей — взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита. Иными словами, после растворения соли некоторые её ионы не просто остаются в воде, а связывают её частицы. Это понятие помогает объяснить, почему раствор соли может быть кислым или щелочным.

Гидролизуемый ион — катион или анион, который взаимодействует с водой, образуя слабый электролит. Такой ион обычно связан со слабой кислотой или слабым основанием. Его определяют, чтобы понять, какие частицы нужно записать в сокращённом ионном уравнении.

Среда раствора — его кислотная, нейтральная или щелочная реакция, которую можно определить, например, с помощью индикатора. Кислая среда связана с избытком H⁺, а щелочная — с появлением OH⁻. Это позволяет предсказать цвет индикатора и проверить вывод о гидролизе.

Степень гидролиза — доля растворённой соли, подвергшаяся гидролизу. Она зависит от природы соли, концентрации раствора и температуры. Это понятие нужно, чтобы сравнивать, насколько сильно гидролизуются разные растворы, а не только выяснять, происходит ли процесс.

Как это устроено

При растворении растворимая соль распадается на катионы и анионы. Вода тоже содержит частицы, способные участвовать в химическом взаимодействии: условно их рассматривают как H⁺ и OH⁻. Если ион соли связывает одну из этих частиц и образует слабый электролит, равновесие смещается в сторону такого взаимодействия, и говорят о гидролизе.

Катион соли, образованной слабым основанием, может связывать OH⁻ из воды. В результате остаются H⁺, поэтому раствор становится кислым. Например, катион аммония взаимодействует с водой: NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃ + H₃O⁺; в школьной записи образование кислой среды часто показывают через появление H⁺. Анионы сильной кислоты при этом обычно не участвуют в процессе.

Анион соли, образованной слабой кислотой, связывает H⁺ воды. Из-за этого в растворе появляются OH⁻, и среда становится щелочной. Например: CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻. Катион сильного основания, например Na⁺, обычно остаётся в растворе и не включается в сокращённое уравнение.

Если соль образована сильной кислотой и сильным основанием, её ионы почти не связывают частицы воды. Поэтому заметного образования слабого электролита не происходит, а среда раствора обычно нейтральная. Так ведёт себя NaCl: ионы Na⁺ и Cl⁻ остаются в растворе, не создавая избытка H⁺ или OH⁻.

У соли слабой кислоты и слабого основания способны гидролизоваться оба иона. Один процесс может приводить к появлению H⁺, а другой — OH⁻, поэтому результат зависит от относительной силы кислоты и основания. Если оба воздействия сопоставимы, раствор может быть близок к нейтральному; если одно выражено сильнее, среда будет соответственно кислой или щелочной.

Гидролиз солей и реакция среды

Чтобы пользоваться таблицей, сначала найдите тип соли по кислоте и основанию, от которых она образована. Затем посмотрите, какой ион взаимодействует с водой, и соотнесите его с сокращённым уравнением и реакцией среды. Ионы, не участвующие в гидролизе, в таких уравнениях не записывают.

Разбор задач

Задача 1. Определите, гидролизуется ли NaCl и какой будет реакция его водного раствора. Сначала выясним, из каких исходных веществ образована соль, а затем проверим, способен ли её ион взаимодействовать с водой. Это позволяет не делать вывод только по наличию металла или кислотного остатка в формуле.

1. NaCl образован соляной кислотой HCl и гидроксидом натрия NaOH. Оба вещества относятся к сильным электролитам. Значит, ионы Na⁺ и Cl⁻ практически не связывают частицы воды.
2. Для Na⁺ и Cl⁻ сокращённое уравнение гидролиза не составляют. В растворе не возникает заметного избытка H⁺ или OH⁻. Поэтому реакция раствора нейтральная.

Ответ: NaCl обычно не гидролизуется, его водный раствор нейтральный.

Задача 2. Запишите сокращённые ионные уравнения гидролиза Na₂CO₃ и NH₄Cl, укажите реакцию среды. Рассмотрим каждую соль отдельно и найдём слабый компонент, от которого зависит гидролиз. Затем по образующимся ионам определим среду раствора.

1. Na₂CO₃ образована слабой угольной кислотой и сильным основанием. Гидролизуется анион карбоната: CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻. Появление OH⁻ означает щелочную среду.
2. NH₄Cl образована сильной соляной кислотой и слабым основанием. Гидролизуется катион аммония: NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃ + H₃O⁺. Образование H₃O⁺ (или H⁺ в упрощённой записи) означает кислую среду.

Ответ: Na₂CO₃ гидролизуется по аниону и даёт щелочную среду; NH₄Cl гидролизуется по катиону и даёт кислую среду.

Задача 3. Для AlCl₃ составьте уравнение гидролиза по первой ступени и объясните кислую среду. Ион Al³⁺ — катион слабого основания Al(OH)₃, поэтому именно он взаимодействует с водой. Хлорид-ион Cl⁻, происходящий от сильной кислоты, в сокращённое уравнение не входит.

1. Записываем катион алюминия и воду, а затем учитываем образование гидроксокатиона и кислых частиц. Уравнение первой ступени: Al³⁺ + H₂O ⇄ AlOH²⁺ + H⁺. Заряды и число атомов по обе стороны уравнения совпадают.
2. В ходе реакции образуются H⁺, поэтому раствор приобретает кислую среду. Рассматривается именно первая ступень: дальнейший гидролиз может идти сложнее и не нужен для ответа на вопрос. Ион Cl⁻ остаётся ионом-зрителем.

Ответ: Al³⁺ + H₂O ⇄ AlOH²⁺ + H⁺; среда раствора кислая из-за появления H⁺.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что гидролизуется любая соль. Это неверно, потому что соли сильной кислоты и сильного основания обычно не взаимодействуют заметно с водой. Такое предположение возникает, если переносить свойства отдельных кислот и щелочей на все соли. Проверьте исходные вещества: если оба сильные, гидролиз обычно не записывают.

Ошибка: определять среду только по формуле соли. Одинаковые на вид катион и анион не сообщают сами по себе, сильными ли были кислота и основание. Поэтому сначала установите происхождение каждого иона. Для самопроверки запишите соответствующие кислоту и основание и определите их силу.

Ошибка: включать в уравнение все ионы соли. Ионы, которые не взаимодействуют с водой, остаются в растворе ион-зрителями, а их запись мешает увидеть суть реакции. Так делают, когда смешивают полное уравнение диссоциации с сокращённым уравнением гидролиза. Проверьте, меняется ли каждый записанный ион; неизменившиеся ионы нужно сократить.

Ошибка: менять местами признаки гидролиза катиона и аниона. Катион слабого основания связан с образованием H⁺, а анион слабой кислоты — с образованием OH⁻. Путаница возникает, если запоминать только название соли, не прослеживая реакцию с водой. Для проверки проследите, какой ион воды связывается и какие частицы остаются в растворе.

Связь с другими темами

Для гидролиза нужно знать, из каких ионов состоит соль и как она диссоциирует в воде. Также необходимо различать сильные и слабые кислоты и основания: именно это помогает предсказать, какой ион будет взаимодействовать с водой. Эти знания связывают состав вещества с реакцией раствора.

Гидролиз помогает объяснять показания индикаторов и определять среду раствора, а ещё показывает, как протекают обратимые реакции. Поскольку гидролиз может быть равновесным процессом, его изучение подготавливает к теме химического равновесия. Понятие степени гидролиза позволяет обсуждать, насколько заметно это взаимодействие.

Что запомнить

• Гидролиз — взаимодействие ионов соли с водой.
• Соли сильной кислоты и сильного основания обычно не гидролизуются.
• Катион слабого основания при гидролизе приводит к кислой среде.
• Анион слабой кислоты при гидролизе приводит к щелочной среде.
• В уравнении гидролиза записывают только взаимодействующие с водой ионы.
• Гидролиз солей слабой кислоты и слабого основания затрагивает оба иона.