ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. Гидролизом солей называется обменное взаимодействие ионов соли с водой, которое приводит образованию слабого электролита и сопровождается изменением pH

Гидролизом солей называется обменное взаимодействие ионов соли с водой, которое приводит образованию слабого электролита и сопровождается изменением pH среды.

Суть гидролиза заключается в следующем. При внесении в воду солей, в состав которых входят ионы слабых кислот или слабых оснований, эти ионы связываются с ионами H⁺ или OH^- из воды с образованием слабого электролита, в результате чего нарушается равновесие электролитической диссоциации воды H₂O ↔ H⁺ + OH^-. В растворе накапливаются ионы H⁺ или ОН^-, сообщая полученному раствору кислую или щелочную реакцию. Следовательно, гидролизу подвергаются соли, в состав которых входят катионы слабого основания или анионы слабой кислоты или те и другие одновременно. Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой (KCl, LiNO₃, Na₂SO₄ и т.п.) гидролизу не подвергаются. В этом случае ни катион, ни анион соли не будут связывать ионы воды в малодиссоциированные продукты, поэтому равновесие диссоциации воды не нарушается. Реакция среды в растворах таких солей нейтральная (pH = 7).

Можно выделить три типа гидролиза:

1. Гидролиз по аниону происходит в растворах солей, состоящих из анионов слабых кислот и катионов сильных оснований (KCN, Na₂CO₃, Cs₃PO₄ и т.п.) В качестве примера рассмотрим гидролиз цианида калия KCN. Эта соль образована сильным основанием KOH и слабой кислотой HCN. При растворении в воде KCN полностью диссоциирует на ионы K⁺ и CN^-. Катионы K⁺ не могут связывать ионы ОH^- воды, так как KOH - сильный электролит. Анионы же CN^- связывают ионы H⁺ воды, в результате чего в растворе появляются молекулы слабой кислоты HCN и гидроксид-ионы OH^-. Сокращенное ионное уравнение реакции гидролиза имеет вид

CN^- + H₂O ↔ HCN + OH^-

Для написания уравнения реакции в полной ионной форме прибавим к левой и правой частям уравнения ионы, не претерпевающие в результате гидролиза никаких изменений. В рассматриваемом примере - это катионы калия.

K⁺ + CN^- + H₂O ↔ HCN + K⁺ + OH^-

Молекулярное уравнение легко получить из полной ионной формы, соединяя ионы в молекулы с учетом знаков заряда

KCN + H₂O ↔ HCN + KOH

 

Далее при рассмотрении реакций гидролиза сохранен этот порядок записи уравнений: сокращенное ионное уравнение; полное ионное уравнение; молекулярное уравнение.

Если соль образована сильным основанием и многоосновной слабой кислотой, то гидролиз протекает ступенчато. Например, гидролиз Na₂S (NaOH - сильное основание, H₂S - слабая двухосновная кислота) протекает в две ступени:

I ступень S^2- + H₂O ↔ HS^- + OH^-

2Na⁺ + S^2- + H₂O ↔ Na⁺ + HS^- + Na⁺ + OH^-

Na₂S + H₂O ↔ NaHS + NaOH

II ступень HS^- + H₂O ↔ H₂S + OH^-

Na⁺ + HS^- + H₂O ↔ H₂S + Na⁺ + OH^-

NaHS + H₂O ↔ H₂S + NaOH

При комнатной температуре гидролиз проходит только по первой ступени, поскольку HS^- (продукт первой ступени) более слабый электролит, чем H₂S (продукт второй ступени).

При гидролизе солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием, в растворе создается избыток гидроксид-ионов, и реакция раствора будет щелочной (pH > 7).

2. Гидролиз по катиону происходит в растворах солей, состоящих из катионов слабых оснований и анионов сильных кислот (NH₄Cl, CuSO₄, FeCl₃ и т.п.). Рассмотрим гидролиз ZnSO₄ - соли слабого двукислотного основания Zn(OH)₂ и сильной кислоты H₂SO₄. В этом случае катион Zn²⁺ связывает гидроксид-ионы воды, образуя катионы основной соли (ZnOH)⁺. Образование молекулы Zn(OH)₂ не происходит, так как ионы (ZnOH)⁺ диссоциируют намного труднее, чем молекулы Zn(OH)₂. В обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Ионы SO₄^2- с ионами H⁺ слабого электролита не образуют. Таким образом соль гидролизуется по катиону:

Zn²⁺ + H₂O ↔ ZnOH⁺ + H⁺

2Zn²⁺ + 2SO₄^2- + 2H₂O ↔ 2ZnOH⁺ + SO₄^2- + 2H⁺ + SO₄^2-

2ZnSO₄ + 2H₂O ↔ (ZnOH)₂SO₄ + H₂SO₄

В результате гидролиза такой соли в растворе образуется избыток ионов H⁺, т.е. pH < 7.

3. Гидролиз по аниону и катиону одновременно происходит в растворах солей, образованных слабыми основаниями и слабыми кислотами (NH₄NO₂, Al₂S₃, Fe(CH₃COO)₃ и т.п.). В этом случае с водой взаимодействует как катион слабого основания, так и анион слабой кислоты, например

NH₄⁺ + CH₃COO^- + H₂O ↔ NH₄OH + CH₃COOH

NH₄CH₃COO + H₂O ↔ NH₄OH + CH₃COOH

Гидролиз идет по катиону и аниону, среда близка к нейтральной. pH ~ 7.

Как правило, гидролиз - обратимый процесс: протеканию реакции до конца препятствует обратная реакция нейтрализации. Практически необратимо гидролизуются только те соли, продукты гидролиза которых уходят из раствора в виде нерастворимых или газообразных соединений. Необратимо гидролизующиеся соли невозможно получить в результате реакции обмена в водных растворах. Например, вместо ожидаемого Cr₂S₃ при смешивании растворов CrCl₃ и Na₂S образуется осадок Cr(OH)₃ и выделяется газообразный H₂S.

2CrCl₃ + 3Na₂S + 6H₂O = 6NaCl + 2Cr(OH)₃↓ + 3H₂S↑

На равновесие гидролиза влияют температура и концентрация. Смещение равновесия гидролиза происходит в соответствии с принципом Ле Шателье. Гидролиз - это реакция, обратная нейтрализации, а нейтрализация - экзотермический процесс, следовательно, гидролиз - эндотермический. Поэтому увеличение температуры усиливает гидролиз (то есть смещает равновесие вправо). При постоянной температуре равновесие гидролиза можно сместить вправо (усилить гидролиз), разбавляя раствор водой и удаляя продукты гидролиза. Гидролиз подавляется (равновесие смещается влево), если увеличить концентрацию продуктов гидролиза.