§ 10. Гидролиз солей

Определения и обозначения

Гидролиз солей — взаимодействие ионов соли с молекулами воды, в результате которого образуется слабый электролит. Иными словами, частица соли забирает у воды или отдаёт ей частицу, и состав раствора меняется. Это понятие помогает объяснить, почему растворы солей могут быть не нейтральными.

Гидролиз по катиону происходит, если катион соли образован слабым основанием. Такой катион взаимодействует с водой, а среди продуктов реакции появляются H⁺. По этому признаку можно распознать катион, который отвечает за кислую реакцию раствора.

Гидролиз по аниону происходит, если анион соли образован слабой кислотой. Анион связывает H⁺ из молекулы воды, и в растворе образуются OH⁻. Это позволяет связать происхождение аниона с появлением щелочной среды.

Среда раствора показывает, каких ионов — H⁺ или OH⁻ — в растворе относительно больше. Избыток H⁺ означает кислую среду, а избыток OH⁻ — щелочную; при их равном влиянии среда нейтральная. Определять её нужно по частицам, возникающим при гидролизе, а не только по формуле соли.

Как это устроено

Когда соль растворяется, она распадается на катионы и анионы — этот процесс называют диссоциацией. Но не все получившиеся ионы одинаково взаимодействуют с водой: часть из них может связывать её частицы с образованием слабого электролита. Поэтому сначала нужно представить ионы соли, а затем проверить их происхождение.

Ионы, происходящие от сильных кислот и сильных оснований, практически не связывают воду так, чтобы образовался слабый электролит. Поэтому соли сильной кислоты и сильного основания обычно не гидролизуются. Ион слабой кислоты или слабого основания, напротив, способен вступить в такое взаимодействие и изменить соотношение H⁺ и OH⁻.

В Na₂CO₃ катион Na⁺ образован сильным основанием NaOH, а CO₃²⁻ связан со слабой угольной кислотой H₂CO₃. Значит, взаимодействовать с водой будет анион, а не натрий. Сокращённое ионное уравнение первой ступени: CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻; образование OH⁻ объясняет щелочную среду раствора.

В AlCl₃ хлорид-ион Cl⁻ связан с сильной кислотой HCl и практически не гидролизуется. Катион Al³⁺ происходит от слабого основания Al(OH)₃, поэтому реагирует с водой: Al³⁺ + H₂O ⇌ AlOH²⁺ + H⁺. Ионы H⁺ создают кислую среду, а сам процесс относится к гидролизу по катиону.

Чтобы предсказать поведение соли, сопоставь силу кислоты и основания, от которых она образована. Соль сильной кислоты и сильного основания обычно не гидролизуется; соль слабой кислоты гидролизуется по аниону, а соль слабого основания — по катиону. Если и кислота, и основание слабые, гидролизуются оба иона, а среда зависит от относительной силы кислоты и основания.

Гидролиз солей и среда раствора

Пользуйся таблицей так: сначала определи, сильные или слабые кислота и основание образовали соль, затем найди гидролизующийся ион. Продукты реакции помогают проверить среду: H⁺ указывает на кислую, а OH⁻ — на щелочную. Для соли слабой кислоты и слабого основания нельзя определить среду только по типу гидролиза: нужно сравнить относительную силу кислоты и основания.

Разбор задач

1. Определить гидролиз и среду растворов NaCl

Условие. Нужно выяснить, гидролизуются ли водные растворы NaCl и какую среду они имеют. Под гидролизом здесь понимается взаимодействие иона с водой с образованием слабого электролита. Для решения достаточно определить происхождение обоих ионов.

1. Записываем состав соли: NaCl состоит из Na⁺ и Cl⁻.
2. Na⁺ образован сильным основанием NaOH, а Cl⁻ — сильной кислотой HCl.
3. Оба иона практически не взаимодействуют с водой с образованием слабого электролита, поэтому гидролиз не идёт заметно.

Ответ. Раствор NaCl практически не гидролизуется и имеет нейтральную среду. Такой вывод следует из силы кислоты и основания, образующих соль, а не просто из того, что формула содержит металл и неметалл.

2. Гидролиз Na₂CO₃

Условие. Составить сокращённое ионное уравнение гидролиза Na₂CO₃ и определить среду. Сокращённым называют уравнение, из которого убраны ионы, не участвующие непосредственно в реакции. Так в записи останутся только частицы, объясняющие изменение среды.

1. Представляем соль в растворе как ионы: 2Na⁺ и CO₃²⁻.
2. Na⁺ происходит от сильного основания NaOH и не гидролизуется; CO₃²⁻ связан со слабой кислотой H₂CO₃.
3. Записываем реакцию: CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻.
4. Поскольку образуются OH⁻, раствор имеет щелочную среду.

Ответ. CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻; раствор Na₂CO₃ щелочной. Ион Na⁺ в сокращённое уравнение не включают, потому что он не участвует в гидролизе.

3. Первая ступень гидролиза AlCl₃

Условие. Записать сокращённое ионное уравнение первой ступени гидролиза AlCl₃ и объяснить кислую среду. Первая ступень показывает начальное взаимодействие катиона соли с водой. Хлорид-ион нужно проверить отдельно, чтобы не приписать ему реакцию, которой практически нет.

1. В растворе AlCl₃ распадается на Al³⁺ и Cl⁻.
2. Cl⁻ происходит от сильной кислоты HCl и не гидролизуется; Al³⁺ связан со слабым основанием Al(OH)₃.
3. Записываем первую ступень: Al³⁺ + H₂O ⇌ AlOH²⁺ + H⁺.
4. Образовавшиеся H⁺ создают избыток ионов водорода, поэтому среда кислая.

Ответ. Al³⁺ + H₂O ⇌ AlOH²⁺ + H⁺; раствор AlCl₃ имеет кислую среду. Уравнение показывает гидролиз по катиону, поскольку с водой реагирует Al³⁺.

Типичные ошибки

Ошибочно считать, что гидролизуется любая соль. Такое впечатление возникает потому, что все соли растворяются на ионы, но диссоциация не означает обязательной реакции с водой. Проверь происхождение катиона и аниона: соль сильной кислоты и сильного основания обычно не гидролизуется.

Не следует записывать гидролиз ионов сильной кислоты или сильного основания. Это путают с диссоциацией: ионы действительно появляются в растворе, но обычно не связывают воду с образованием слабого электролита. Проверь, может ли выбранный ион дать слабую кислоту или основание; если он происходит от сильного вещества, его обычно не включают в уравнение гидролиза.

Гидролиз по катиону и по аниону — не одно и то же. Ошибка появляется, если ориентироваться на знак заряда, а не на происхождение иона. Сверься с формулой: катион слабого основания гидролизуется по катиону, а анион слабой кислоты — по аниону.

Нельзя определять среду только по формуле соли. Одинаково выглядящие соли могут иметь разные свойства, потому что их ионы по-разному взаимодействуют с водой. Составь сокращённое ионное уравнение и проверь, образуются ли H⁺ или OH⁻: именно это показывает, кислая среда или щелочная.

Связь с другими темами

Для понимания гидролиза нужно знать диссоциацию электролитов: растворённая соль распадается на катионы и анионы. Также важно уметь определять состав соли и отличать сильные кислоты и основания от слабых. Тогда можно предсказать, какой ион вступит в реакцию с водой.

Гидролиз объясняет среду водных растворов солей и помогает понимать результаты индикаторных реакций. Он также связан со свойствами растворов в химических реакциях: появление H⁺ или OH⁻ может влиять на то, как протекает реакция. Поэтому одного названия соли недостаточно — нужно учитывать частицы в растворе.

Что запомнить

• Гидролиз солей — взаимодействие ионов соли с водой.
• Гидролизуется тот ион, который связан со слабой кислотой или слабым основанием.
• Соль сильной кислоты и сильного основания обычно не гидролизуется.
• Гидролиз по аниону слабой кислоты обычно приводит к щелочной среде.
• Гидролиз по катиону слабого основания обычно приводит к кислой среде.
• Среду раствора определяют по частицам, образующимся при гидролизе.