Соль образована несильной кислотой.

Диссоциация:

CH₃COOK®CH₃COO^-+K⁺(необратимо). (1)

Гидролиз:

CH₃COO^-+H₂O«CH₃COOH+OH^-(обратимо). (2)

Образующиеся ОН^- группы обуславливают щелочную среду раствора (рН>7). Однако из молекулярного уравнения гидролиза это не очевидно, так как образуются кислота и основание:

CH₃COOK+H₂O«CH₃COOH+KOH. (3)

кислота основание

Степень гидролиза h - доля молекул (ионов), вступивших в реакцию с водой.

Константа гидролиза - константа равновесия реакции гидролиза (2), умноженная на концентрацию воды:

К_Г=K×[H₂O]=(([CH₃COOH]×[OH^-])/([CH₃COO^-]×[H₂O]))×[H₂O]==[CH₃COOH]×[OH^-]/[CH₃COO^-] =

=([CH₃COOH]×[OH]×[H⁺])/([CH₃COO^-]×[H⁺])= K_W/K_a,

где К_а - константа кислотности (константа диссоциации уксусной кислоты), К_W - ионное произведение воды. В общем случае для соли, образованной слабой кислотой,

K_Г=K_W/K_a .

Между константой и степенью гидролиза существует простая связь:

K_Г = С×h²/(1-h),

где С - молярная концентрация соли в растворе. При h<<1, K_Г»С×h², откуда следует

h = Ö(K_Г/C).

Зная степень гидролиза, легко рассчитать рН:

[OH^-]=h×C, [H⁺]=K_W/[OH^-].

Соль образована несильным основанием

Диссоциация:

NH₄NO₃ ® NH₄⁺ + NO₃^- (необратимо).

Гидролиз:

NH₄⁺ + H₂O « NH₄OH + H⁺ (обратимо).

Образование ионов водорода свидетельствует о том, что раствор соли кислый (рН<7). Уравнение реакции гидролиза в молекулярном виде:

NH₄NO₃ + H₂O « NH₄OH + HNO₃.

Аналогично предыдущему случаю,

K_Г=K_W/K_b ,

h = Ö(K_Г/C),

где К_b - константа диссоциации слабого основания, С - молярная концентрация соли. Однако здесь в ходе реакции гидролиза образуются протоны, поэтому

[H⁺] = h×C.

Соль образована несильной кислотой и несильным основанием

Диссоциация:

NH₄F® NH₄⁺ + F^-.

Гидролиз:

NH₄⁺ + H₂O « NH₄OH + H⁺ (обратимо),

F^- + H₂O « HF + OH^- (обратимо).

Но продукты гидролиза взаимно нейтрализуются:

H⁺ + OH^- ® H₂O (необратимо).

Следовательно, в соответствии с принципом Ле Шателье, реакции гидролиза сильно смещаются вправо для восполнения потерь H⁺ и OH^-, то есть гидролиз может идти практически до конца:

NH₄⁺ +F^- + H₂O ® NH₄OH + HF ,

а pH раствора будет близок к 7. Однако, если К_а>K_b, то рН<7 и наоборот, если K_a<K_b, то рН>7. Константа и степень гидролиза могут быть найдены из уравнений

K_Г=K_W/(K_b×K_a) ,

K_Г = С×h²/(1-h),

причем в соответствии с вышесказанным, h®1.

4. Ступенчатые реакции гидролиза

Если соль образована слабой многоосновной кислотой или слабым основанием многовалентного металла, то гидролиз идет ступенчато с образованием кислых или основных солей. Например:

Na₂CO₃ ® 2Na⁺ + CO₃^2-.

Первая ступень:

CO₃^2- + H₂O « HCO₃^- + OH^-

или в молекулярном виде:

Na₂CO₃ + H₂O « NaHCO₃ + NaOH.

Здесь устанавливается равновесие между ионами CO₃^2- и HCO₃^-, присутствие которых характерно для второй ступени диссоциации угольной кислоты:

HCO₃^- « CO₃^2- + H⁺; K_a2=4.7×10^-11.

Поэтому константа гидролиза по первой ступени этой соли определяется константой диссоциации угольной кислоты по второй ступени:

K_Г1 = K_W/K_a2.

Вторая ступень: здесь рассматривается взаимодействие с водой продуктов гидролиза первой ступени

HCO₃^- + H₂O « H₂CO₃ + OH^-

или в молекулярном виде

NaHCO₃ + H₂O « H₂CO₃ + NaOH.

Равновесию HCO₃^- « H₂CO₃ соответствует первая ступень диссоциации угольной кислоты

H₂CO₃ « HCO₃^- + H⁺; K_a1=4.5×10^-7,

поэтому

K_Г2 = K_W/K_a1.

Однако второй ступенью гидролиза по сравнению с первой можно пренебречь, так как K_a1>>K_a2.

Аналогично, гидролиз нитрата свинца (II) можно представить в виде схемы

Pb(NO₃)₂ ® Pb²⁺ + 2 NO₃^-;

первая ступень:

Pb²⁺ + H₂O « PbOH⁺ + H⁺

или

Pb(NO₃)₂ + H₂O « Pb(OH)NO₃ + HNO₃,

K_Г1 = K_W/K_b2;

вторая ступень:

PbOH⁺ + H₂O « Pb(OH)₂ + H⁺

или

Pb(OH)NO₃ + H₂O « Pb(NO₃)₂ + HNO₃,

K_Г2 = K_W/K_b1, причем К_Г1>>К_Г2.

Лабораторная работа

Реактивы

Индикаторы: универсальная индикаторная бумага, раствор лакмуса, раствор фенолфталеина.

Растворы: 1 М ацетат натрия, 1 М хлорид сурьмы (III), 0.1 М хлорид железа (III), 2 М НСl, насыщенный раствор сульфида натрия.

Кристаллические соли: ацетат натрия, карбонат калия, хлорид натрия, хлорид аммония, сульфат цинка, фосфат натрия, сульфит натрия, сульфат натрия.

Металлический магний.

Выполнение работы

Опыт 1. Анализ рН растворов различных солей.

В семь пробирок налить на 1/3 их объема дистиллированной воды. В каждую пробирку добавить две капли нейтрального раствора лакмуса. Одну пробирку оставить в качестве контрольной, в остальные добавить по несколько кристалликов солей или несколько капель насыщенных растворов CH₃COONa, Na₂S, K₂CO₃, Na₃PO₄, NH₄Cl, NaCl. Содержимое пробирок встряхнуть. По изменению окраски лакмуса сделать вывод о рН раствора соли. Результаты занести в таблицу

Формула соли	Окраска лакмуса	РН раствора

Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения возможного гидролиза солей.

Опыт 2. Влияние силы кислоты, образующей соль, на степень гидролиза соли.

В 3 пробирки налить дистиллированной воды на 2/3 их объема. В первую пробирку внести несколько кристалликов сульфита натрия, во вторую - карбоната натрия, в третью - сульфата натрия. В каждую пробирку добавить по одной капле фенолфталеина.

Обратить внимание на интенсивность окраски растворов. Для какой соли степень гидролиза больше? (Подсказка: обратитесь к таблице констант диссоциации в конце данного практикума.) Написать уравнения гидролиза солей по первой ступени.

Опыт 3. Влияние температуры на степень гидролиза соли.

Налить в пробирку 2 мл раствора хлорида железа (III). Нагреть раствор до кипения. Отметить и объяснить изменения в растворе. Написать схему гидролиза.

Опыт 4. Влияние рН раствора на степень гидролиза.

Налить в пробирку 2 мл раствора хлорида железа (III). Добавить 2 капли раствора лакмуса. Оценить рН раствора. Написать уравнение гидролиза с образованием гидроксокатиона.

Положить в пробирку с исследуемым раствором магниевую стружку. Какой газ образуется? Каков состав образующегося осадка? Оценить изменение рН раствора в ходе реакции. Как влияет уменьшение концентрации ионов водорода на полноту протекания гидролиза исследуемой соли? Написать уравнения наблюдаемых реакций.

Опыт 5. Влияние концентрации раствора соли на степень гидролиза.

Налить в пробирку 3-4 мл раствора хлорида сурьмы (III). Постепенно, по каплям, прибавлять воду до выпадения осадка хлорида оксосурьмы SbOCl.

Написать уравнения гидролиза исследуемой соли. (Подсказка: хлорид оксосурьмы образуется при отщеплении молекулы воды от хлорида дигидроксосурьмы Sb(OH)₂Cl - продукта второй ступени гидролиза.) Как влияет разбавление на степень гидролиза? Добавлением какого реактива можно снизить степень гидролиза исследуемой соли? Проверить свое предположение на опыте.

Контрольные вопросы

1. Что такое гидролиз? В чем его отличие от диссоциации и гидратации?

2. Каковы количественные характеристики полноты протекания гидролиза?

3. Как влияет на полноту протекания гидролиза природа веществ и внешние условия?

4. До какой степени при обычных условиях протекает гидролиз многозарядных катионов и анионов?

5. Какая соль больше подвержена гидролизу: NH₄Cl или NaF? Напишите схемы гидролиза. Рассчитайте рН 0.1 М растворов этих солей.

6. Как усилить или подавить гидролиз?