Гидролиз солей

Химическое обменное взаимодействие ионов растворенной соли с водой, приводящее к образованию слабодиссоциирующих продуктов (молекул слабых кислот или оснований, анионов кислых или катионов основных солей) и сопровождающееся изменением рН среды, называется гидролизом.

Пример 1. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей: a) KCN; б) Na₂CO₃; в) ZnS0₄. Определите реакцию среды растворов этих солей.

Решение, а) Цианид калия KCN — соль слабой одноосновной кислоты (см. табл. I приложения) HCN и сильного основания КОН. При растворении в воде молекулы KCN полностью диссоциируют на катионы К⁺ и анионы CN^-. Катионы К не могут связывать ионы ОН^- воды, так как КОН — сильный электролит. Анионы же CN^- связывают ионы Н⁺ воды, образуя молекулы слабого электролита HCN. Соль гидролизуется по аниону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза

CN + Н₂0 < => HCN + ОН

или в молекулярной форме

KCN + Н₂0 < => HCN + КОН

В результате гидролиза в растворе появляется некоторый избыток ионов OIT, поэтому раствор KCN имеет щелочную реакцию (рН > 7).

б) Карбонат натрия Na₂C0₃ — соль слабой многоосновной кислоты и сильного основания. В этом случае анионы соли С0₃^2-, связывая водородные ионы воды, образуют анионы кислой соли, а не молекулы Н₂С0₃, так как ионы НСО ₃ диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Н₂С0₃. В обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Соль гидролизуется по аниону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза

С0₃^2-+ H₂0< => НСО ₃ + ОН^-

или в молекулярной форме

Na₂C0₃ + Н₂0 < => NaHC0₃ + NaOH

В растворе появляется избыток ионов ОН^-. поэтому раствор Na₂C0₃ имеет щелочную реакцию (рН > 7).

 

 

в) Сульфат цинка ZnS0₄ — соль слабого многокислотного основания Zn(OH)₂ и сильной кислоты H₂S0₄. В этом случае катионы Zn²⁺ связывают гидроксильные ионы воды, образуя катионы основной соли ZnOH⁺. Образование молекул Zn(OH)₂ не происходит, так как ионы ZnOH⁺ диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Zn(OH)₂. В обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Соль гидролизуется по катиону. Ионно-моле­кулярное уравнение гидролиза

Zn²⁺ + Н₂0< => ZnOH⁺ + Н⁺

или в молекулярной форме

2ZnS0₄ + 2Н₂0 < => (ZnOH)₂S0₄ + H₂S0₄

В растворе появляется избыток ионов водорода, поэтому раствор ZnS0₄ имеет кислую реакцию (рН < 7).

Пример 2. Какие продукты образуются при смешивании растворов Аl (NО₃)₃ и К₂СО₃? Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнение реакции.

Решение. Соль Al (N0₃)₃ гидролизуется по катиону, а К₂С0₃ — по аниону:

Аl³⁺ + Н₂0 < => АlОН²⁺ + Н⁺

СО₃^2- +Н₂0< => НСО₃^2- +OH^-

­ Если растворы этих солей находятся в одном сосуде, то идет взаимное усиление гидролиза каждой из них, ибо ионы Н⁺ и ОН^-образуют молекулу слабого электролита Н₂0. При этом гидро­литическое равновесие сдвигается вправо и гидролиз каждой из взятых солей идет до конца с образованием Аl (ОН)₃ и С0₂ (Н₂С0₃). Ионно-молекулярное уравнение:

2Аl³⁺ + 3С0₃^2- + 3Н₂0 = 2Аl (ОН)₃ + 3С0₂

молекулярное уравнение:

2Al (N0₃)₃ + 3К₂С0₃ + 3Н₂0 = 2Аl (ОН)₃ + ЗС0₂ + 6KNO₃

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

201. Составьте ионно-молекулярное и молекулярное урав­нения гидролиза, происходящего при смешивании растворов K₂S и СгСl₃. Каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты.

 

202.К раствору FeCl₃ добавили следующие вещества: а) НСl; б) КОН: в) ZnCl₂; г) Na₂C0₃. В каких случаях гидролиз хлорида железа (III) усилится? Почему? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.

203.Какие из солей — Al (S0₄)₃, K₂S, Pb(NО₃)₂, KCl— подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравне-

ния гидролиза соответствующих солей. Какое значение (7 < рН < 7) имеют растворы этих солей?

204.При смешивании FeCl и NаC0₃ каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот совместный гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями.

205.К раствору Na₂CO₃ добавили следующие вещества: а) НCl; б) NaOH; в) Cu(NО)₃)₂; г) K₂S. В каких случаях гидролиз карбоната натрия усилится? Почему? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей

206.Какое значение рН (7< рН < 7) имеют растворы солей Na₂S, А1Cl₃, NiS0₄? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

 

207. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей Pb(NO₃)₂, Na₂C0₃, Fe₂(S0₄)₃. Какое значение рН (7 < рН < 7) имеют растворы этих солей?

208. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей СН₃СООК, ZnS0₄, А1(N0₃)₃. Какое значение рН (7 < рН < 7) имеют растворы этих солей'?

209. Какое значение рН (7< рН < 7) имеют растворы солей
Na₃PO₄ K₂S, CuS0₄? Составьте ионно-молекулярные и
молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

210. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные
уравнения гидролиза сетей CuCl₂, Сs₂CO₃, Cr(NO₃)_3. Какое
значение рН (7 < рН < 7) имеют растворы этих солей?

211. Какие из солей - RbCl, Cr₂(SO₄)_3, Ni(NO₃)₂, Na₂S0₃ —-подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (7< рН < ^ 7) имеют растворы этих солей?

 

 

212.К раствору А1₂(SO₄)₃ добавили следующие вещества: а)Н₂SO₄; б)КОН; в) Na₂S0₃; г)Zn SO_4/ В каких случаях гидролиз сульфата алюминия усилится? Почему? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.

213. Какая из двух солей при равных условиях в большей степени подвергается гидролизу: Na₂С0₃ или Na₂S0₃; FeCl₃ или FeCl₂? Почему? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

214. При смешивании растворов А1₂(SO₄)₃ и Na₂С0₃ каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения происходящего совместного гидролиза.

215. Какая из солей – NaBr, Na₂S, K₂SО₃, CoCl₂ – подвергается гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Определите рН

(7< рН < ^ 7) растворов этих солей?

216. Какая из двух солей при равных условиях в большей степени подвергается гидролизу: NaCN или NaClО; Мg Cl₂ или

ZnCl₂? Почему? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.

217. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соли, раствор которого имеет: а) щелочную реакцию; б)кислую реакцию.

218. Какое значение рН (7< рН < 7) имеют растворы следующих солей: K₃РО_4, Pb(NO₃)_2, Na₂S? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

219. какие из солей - K₂СО_3, FeCl_3, K₂SО_4, ZnCl₂ – подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Определите рН

(7< рН < ^ 7) растворов этих солей?

220. При смешивании растворов А1₂(SO₄)₃ и Na₂S каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот совместный гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями.

 

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 2

 

Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительными называют реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Под степенью окисления (n) понимают условный заряд атома, который вычисляют исходя из предположения, что молекула состоит только из ионов. Иными словами: степень окисления — это условный заряд, который приобрел бы атом элемента, если предположить, что они принял или отдач то или иное число электронов.

Окисление-восстановление — это единый, взаимосвязанный процесс. Окисление приводит к повышению степени окисления восстановителя, а восстановление — к ее понижению у окислителя.

Повышение или понижение степени окисления атомов отражается в электронных уравнениях: окислитель принимает электроны, а восстановитель их отдает. При этом не имеет значения, переходят ли электроны от одного атома к другому полностью и образуются ионные связи или электроны только оттягиваются к более электроотрицательному атому и возникает полярная связь. О способности того или иного вещества проявлять окислительные, восстановительные или двойственные (как окис­лительные, так и восстановительные) свойства можно судить по степени окисления атомов окислителя и восстановителя.

Атом того или иного элемента в своей высшей степени окисления не может ее повысить (отдать электроны) и проявляет только окислительные свойства, а в своей низшей степени окисления не может ее понизить (принять электроны) и проявляет только восстановительные свойства. Атом же элемента, имеющий промежуточную степень окисления, может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Например:

 

При окислительно-восстановительных реакциях валентность атомов может и не меняться. Например, в окислительно-восстановительной реакции Н⁰₂ + С1⁰₂ = 2Н⁺С1^- валентность атомов водорода и хлора до и после реакции равна единице. Изменилась их степень окисления. Валентность определяет число связей, образованных данным атомом, и поэтому знака заряда не имеет. Степень же окисления имеет знак плюс или минус.

Пример 1. Исходя из степени окисления (n) азота, серы и марганца в соединениях NH₃, HN0₂, HNO₃, H₂S, H₂S0₃, H₂S0₄, Mn0₂ и KMnО₄, определите, какие из них могут быть только восстановителями, только окислителями и какие проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства.

Решение. Степень окисления азота в указанных соединениях соответственно равна: -3 (низшая), +3 (промежуточная), +5 (выс­шая); n/(S) соответственно равна: -2 (низшая), +4 (промежуточная), +6 (высшая); n(Мп) соответственно равна: + 4 (промежуточная), +7 (высшая). Отсюда: NH₃, H₂S — только восстановители; HN0₃, H₂S0₄, KMn0₄ — только окислители; HNО₂, H₂S0₃, Mn0₂ — окислители и восстановители.

Пример 2. Могут ли происходить окислительно-восста­новительные реакции между следующими веществами: a) H₂S и HI; б) H₂S и H₂S0₃: в) H₂S0₃ и НС1О₄?

Решение а) Степень окисления в H₂S n(S)= -2; в HI n(I) = -1. Так как и сера, и иод находятся в своей низшей степени окис­ления, то оба вещества проявляют только восстановительные свойства и взаимодействовать друг с другом не могут; б) в H₂S n(S) = -2 (низшая), в H₂S0₃ n(S) = +4 (промежуточная).

Следовательно, взаимодействие этих веществ возможно, при­чем H₂S()₃ является окислителем;

в) в H₂S0₃ n(S)= +4 (промежуточная); в НС1О₄ n(Сl) = +7 (высшая). Взятые вещества могут взаимодействовать, H₂S0₃ в этом случае будет проявлять восстановительные свойства.

Пример 3. Составьте уравнения окислительно-восстано­вительной реакции, идущей по схеме:

 

Решение. Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахождению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электрон­ного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях:

восстановитель/ 5 Р³⁺-2е^-= Р⁵⁺ процесс окисления

окислитель /2 Мn⁷⁺+5е^- = Мn²⁺ процесс восстановления

 

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов десять. Разделив это число на 5, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 10 на 2 получаем коэффициент 5 для восстановителя и продукта его окисления. Коэффициент перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором. Уравнение реакции будет иметь вид:

2КМn0₄ + 5Н₃РОз + 3H₂S0₄ = 2MnS0₄ + 5Н₃Р0₄ + K₂S0₄ + 3H₂0

Пример 4. Составьте уравнение реакции взаимодействия цинка с концентрированной серной кислотой, учитывая макси­мальное восстановление последней.

Решение. Цинк, как любой металл, проявляет только восстановительные свойства. В концентрированной серной кис­лоте окислительная функция принадлежит сере (+6). Макси­мальное восстановление серы означает, что она приобретает минимальную степень окисления. Минимальная степень окис­ления серы как p-элемента VIA-группы равна -2. Цинк как ме­талл IIB-группы имеет постоянную степень окисления +2. Отра­жаем сказанное в электронных уравнениях:

восстановитель 4 | Zn — 2е^- = Zn²⁺ процесс окисления

окислитель 1 | S⁶⁺ + 8е^- = S^2- процесс восстановления

Составляем уравнение реакции:

4Zn + 5H₂S0₄ = 4ZnS0₄ + H₂S + 4H₂0

Перед H₂S0₄ стоит коэффициент 5, а не 1, ибо четыре молекулы H₂S0₄ идут на связывание четырех ионов Zn²⁺.

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

221.Исходя из степени окисления хлора в соединениях НСl, НСlO₃, НСlO₄, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

KBr + КBrO₃ + H₂S0₄ --> Вг₂ + K₂S0₄ + Н₂0

222.Реакции выражаются схемами:

Р + НlO₃ + Н₂0 --> Н₃РО₄ + HI

H₂S + Cl₂ + Н₂0 --> H₂S0₄ + НС1

Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое — восстановителем; какое вещество окисляется, какое — восстанавливается.

223. Составьте электронные уравнения и укажите, какой
процесс — окисление или восстановление —происходит при
следующих превращениях: As^3- —> As^{5 +} ; N³⁺—> N^3-; S^2- —> S°.

На основании электронных уравнений расставьте коэффи­циенты в уравнении реакции, идущей по схеме

Na₂ S0₃ + КМnО₄ + Н₂0 —> Na₂S0₄ + Mn0₂ + КОН

224.Исходя из степени окисления фосфора в соединениях РН₃, Н₃РО₄. Н₃РО₃, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

PbS + HNO₃ —> S + РЬ(NO₃)₂ + NO + Н₂0

225.См. условие задачи 222.

Р + HN0₃ + Н₂0 —> Н₃РО₄ + N0

КМnО₄ + Na₂S0₃ + КОН —> К₂Мn0₄ + Na₂S0₄ + Н₂0

226. Составьте электронные уравнения и укажите, какой
процесс — окисление или восстановление — происходит при
следующих превращениях.

Мп⁶⁺ —> Мn²⁺; С1⁵⁺ —> Сl^-; N^3- —> N⁵⁺

 

На основании электронных уравнений расставьте коэф­фициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

Cu₂0 + HNO₃ —> Cu(N0₃)₂ + NO + Н₂0

227. См. условие задачи 222.

HN0₃ + Са —> NH₄NO₃ + Ca(N0₃)₂ + Н₂0

K₂S + KMn0₄ + H₂S0₄ —> S +K₂SO₄ + MnS0₄ + Н₂0

228. Исходя из степени окисления хрома, иода и серы в
соединениях K₂Cr₂0₇, Kl и H₂S0₃, определите, какое из них
является только окислителем, только восстановителем и какое
может проявлять как окислительные, так и восстановительные
свойства. Почему? На основании электронных уравнений рас-
ставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

NaCr0₂ + РЬ0₂ + NaOH —> Na₂Cr0₄ + Na₂Pb0₂ + H₂0

229.См. условие задачи 222.

H₂S + Cl₂ + H₂0 —> H₂S0₄ + HC1

K₂Cr₂0₇ + H₂S + H₂S0₄ —> S + Cr₂(S0₄)₃ + K₂ S0₄+ H₂0

230.См. условие задачи 222.

KCIO₃ + Na₂S0₃ —> KC1 + Na₂S0₄

KMn0₄ + HBr —> Br₂ + KBr +MnBr₂ + H₂0

231.См. условие задачи 222.

P+ НСlO₃ + H₂0 —> H₃PO₄ + HC1

H₃As0₃ + KMn0₄ + H₂S0₄ —> H₃As0₄ + MnS0₄ + K₂S0₄ + H₂0

232.См. условие задачи 222.

NaCr0₂+ Br₂ + NaOH —> Na₂Cr0₄ + NaBr + H₂0

FeS + HNO₃ —> Fe(N0₃)₂ + S + NO + H₂0

233.См. условие задачи 222.

HNO₃ + Zn —> N₂0 + Zn(NO₃)₂ + H₂0

FeS0₄ + КСlO₃ + H₂S0₄ —> Fe₂(S0₄)₃ + KC1 + H₂0

234.См. условие задачи 222.

К₂Сг0₇ + HC1 —> Cl₂ + CrCl₃ +KC1+ H₂0

Au + HNO₃ + HC1 —> AuCI₃ + NO + H₂0

235.Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: a) NH₃ и КМn0₄; б) HN0₂ и HI; в) HCI и H₂Se? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

КМn0₄ + KN0₂ +H₂SO₄ —> MnS0₄ + KNO₃ + К₂ SO₄ + H₂0

 

236.См. условие задачи 222.

НС1 + СгO₃ —> С1₂ + СгС1₃ + Н₂0

Cd + KMn0₄ + H₂S0₄ —> CdSO₄ + MnS0₄ + K₂S0₄ + H₂0

237.См. условие задачи 222.

Сг₂0₃ + К С1O₃ + КОН —> К₂ С1O₄ + КС1 + Н₂0

MnS0₄ + РЬ0₂ + HN0₃ —> HMn0₄ + Pb(N0₃)₂ + PbS0₄ + H₂0

238.См. условие задачи 222.

H₂S0₃ + НС1O₃ —> H₂S0₄ + HC1

FeS0₄ + K₂Cr₂0₇ + H₂S0₄ —> Fe₂(S0₄)₃ + Cr₂(S0₄)₃ + K₂S0₄ + H₂0

239.См. условие задачи 222.

l₂ + Сl₂ + Н₂0—> НlO₃ + НС1

K₂Cr₂0₇ + H₃PO₃ + H₂S0₄ —> Cr₂(S0₄)₃ + H₃P0₄ + K₂S0₄ + H₂0

240.Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) РН₃ и НВг; б) К₂Сг₂0₇ и Н₃РО₃; в) HNO₃ и H₂S? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

AsH₃ + HN0₃ —> Н₃As0₄ + N0₂ + Н₂0

 

Электродные потенциалы и электродвижущие силы

При решении задач этого раздела см. табл. 8.

Если металлическую пластинку опустить в воду, то катионы металла на ее поверхности гидратируются полярными молекулами воды и переходят в жидкость. При этом электроны, в избытке остающиеся в металле, разряжают его поверхностный слой отрицательно. Возникает электростатическое притяжение между перешедшими в жидкость гидратированными катионами и поверх­ностью металла. В результате этого в системе устанавливается подвижное равновесие:

Me + m Н₂0 < => Ме(Н₂0) + nе^-

в растворе на металле

где n — число электронов, принимающих участие в процессе.

 

 

На границе металл — жидкость возникает двойной, элект­рический слой, характеризующийся определенным скачком потен­циала -— электродным потенциалом. Абсолютные значения электродных потенциалов измерить не удается. Электродные потенциалы зависят от ряда факторов (природы металла, кон­центрации, температуры и др.). Поэтому обычно определяют относительные электродные потенциалы в определенных условиях — так называемые стандартные электродные потенциалы (E°).

Стандартным электродным потенциалом металла называют его электродный потенциал, возникающий при погружении металла в раствор собственного иона с концентрацией (или активностью), равной 1 моль/л, измеренный по сравнению со стандартным водородным электродом, потенциал которого при 25°С условно принимается равным нулю {E⁰= 0; Δ G⁰ = 0).

Располагая металлы в ряд по мере возрастания их
стандартных электродных потенциалов получаем ряд

стандартных электродных потенциалов (ряд напряжений).

Положение того или иного металла в ряду стандартных
электродных потенциалов (ряд напряжений) характеризует его
восстановительную способность, а также окислительные свойства
его ионов в водных растворах при стандартных условиях. Чем
меньше значение Е⁰, тем большими восстановительными
способностями обладает данный металл в виде простого вещества
и тем меньшие окислительные способности проявляют его ионы, и
наоборот. Электродные потенциалы измеряют приборами, кото-
рые называют гальваническими элементами. Окислительно-вос-
становительная реакция, которая характеризует работу гальва-
нического элемента, протекает в направлении, в котором ЭДС
элемента имеет положительное значение. В злом случае Δ G⁰ < 0, так
как Δ G⁰= -nFE⁰

Пример 1. Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем кобальта (табл. 8). Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концент­рацией 0, 001 моль/л, а потенциалы кобальта — в растворе с концентрацией 0, 1 моль/л.