Суть реакцій гідролізу солей

Гідроліз – широко розповсюджене явище, з яким необхідно рахуватися на практиці. Гідролізувати можуть хімічні сполуки різних класів: солі, вугле­води, білки, жири тощо. У загальній хімії найчастіше доводиться зустрічатися з гідролізом солей.

Досвід показує, що внаслідок гідролізу розчини середніх солей, наприк­лад, Na₂CO₃, CuSO₄, NaCl, до складу яких не входять іони, що обумовлюють кисле або лужне середовище розчину (тобто іони Н⁺або ОН ^-), мають різну реакцію середовища – лужну (Na₂CO₃), кислу (CuSO₄) або нейтральну (NaCl).

Наприклад, при розчиненні у воді соди Na₂CO₃ , крім іонів Na⁺ і СO₃^{2 -} в розчині утворюються іони НСO₃ ^- і ОН⁺, реакція середовища стає лужною. Якщо розчинити у воді сульфат міді CuSO₄, крім іонів Cu²⁺ і SO₄ ^2- в розчині утворюються іони CuOH ⁺ і Н⁺, реакція середовища буде кислою.

Гідроліз солі – це хімічна взаємодія іонів розчинної солі з водою, яка накопичення іонів Н⁺ або ОН^– і ,відповідно, до зміни реакції середовища розчину солі.

Гідролізу зазнають солі, утворені за участю слабких кислот або слабких основ. Солі, які є похідними сильних кислот і сильних основ, не гідролізують, оскільки їх іони не зв'язують іони води (Н⁺ або ОН^-) в слабкий електроліт, а отже не зміщують її іонну рівновагу. Тому під час розчинення у воді таких со­лей, як КС1, NaNO₃, Na₂SO₄, CaCl₂, Ba(NO₃)₂ тощо, реакція середовища зали­шається нейтральною (рН=7).

Солі, до складу яких входять багатозарядні іони, гідролізують ступінча­сто (за стадіями). При цьому гідроліз солі переважно відбувається за першим ступенем.

Під час складання рівнянь реакцій гідролізу слід дотримуватись такої по­слідовності:

• скласти молекулярне рівняння реакції;

• представити його у вигляді повного іонного рівняння реакції;

• записати скорочене іонне рівняння реакції;

• зазначити реакцію середовища розчину солі (рН).

Залежно від природи солі розрізняють три типи гідролізу солей :

За катіоном– він характерний для солей, утворених катіоном слабкого гідроксиду і аніоном сильної кислоти.

Наприклад: NH₄NO₃, FeCl₃, Zn(NO₃)₂, CuSO₄ та інші.

За аніоном – він характерний для солей, утворених катіоном сильного гідроксиду і аніоном слабкої кислоти.

Наприклад : Na₂CO₃, K₂SO₃, Na₃PO₄,Ca(CH₃COO)₂ та інші.

За катіоном і аніоном– він характерний для солей, утворених катіоном слабкого гідроксиду і аніоном слабкої кислоти.

Наприклад: (NH₄)₂S, Al(CH₃COO)₃, NH₄NO₂, (NH₄)₂CO₃ та інші.

Гідроліз солі за катіоном відбувається внаслідок зв'язування катіоном солі гідроксид-іонів води в малодисоційований електроліт.

Сильна кислота, яка при цьому утворюється, не зв'язує іони H⁺. Вона знаходиться в розчині у вигляді іонів. Тому розчини солей, утворених катіоном слабкого гідроксиду і аніоном сильної кислоти, мають кислу реакцію середовища (рН<7).

Продуктами гідролізу таких солей залежно від заряду катіона є:

• слабкий гідроксид (якщо сіль утворена однозарядним катіоном);

• основна сіль (якщо сіль утворена багатозарядним катіоном).

Наприклад:

Fe₂(SO₄)₃ + 2HOH 2FeOHSO₄ + H₂S0₄ (перший ступінь)

2Fe³⁺ + 3SO₄^{2 -} + 2HOH 2FeOH²⁺ + 2SO₄^{2 -} + 2H ⁺ + SO₄ ^{2 –}

2Fe³⁺ + 2HOH 2FeOH²⁺ + 2H ⁺

Fe³⁺ + HOH FeOH²⁺ + H ⁺ рН<7

Накопичення у розчині великої кількості іонів Н⁺ зміщує рівновагу дисо­ціації води. Тому гідроліз Fe₂(SO₄)₃ майже припиняється на першому ступіні. При підвищенні температури і значному надлишку води може лише частково здійснюватись другий ступінь гідролізу (гідроліз основної солі):

2FeOHSO₄ + 2HOH [Fe(OH)₂]₂SO₄ + H₂SO₄ (другий ступінь)

2FeOH²⁺ + 2SO₄^{2 -} + 2НОН 2[Fe(OH)₂]⁺ + S0₄^2- + 2H ⁺ + S0₄^{2 -}

2FeOH²⁺ + 2HOH 2[Fe(OH)₂ ⁺ + 2H ⁺

FeOH²⁺ + НОН [Fe(OH)₂]⁺ + H ⁺ (pH<7)

Третій ступінь гідролізу Fe₂(S0₄)₃ практично не відбувається. Через накопичення іонів Н⁺ ( процес зміщується в бік вихідних сполук).

Гідроліз солі за аніоном відбувається внаслідок зв'язування аніоном солі іонів Н⁺ води в малодисоційований електроліт.

Сильний гідроксид, який при цьому утворюється, не зв'язує гідроксид-іони ОН^- . Тому розчини солей, утворених катіоном сильного гідроксиду і аніоном слаб­кої кислоти, мають лужну реакцію середовища (рН >7).

Продуктами гідролізу таких солей залежно від заряду аніона є:

• слабка кислота (якщо сіль утворена однозарядним аніоном);

• кисла сіль (якщо сіль утворена багатозарядним аніоном).

Наприклад:

К₃РO₄ + НОН К₂НРO₄ + KOH - перший ступінь.

ЗК⁺+ РO₄^{3 -} + НОН 2К⁺ + НРO₄^{2 -} + К⁺ + ОН ^-

РO₄^{3 -} + НОН НРO₄^{2 -} + ОН ^- (рН>7)

Гідроксид-іони ОН^-, що накопичуються у розчині, пригнічують дисоціацію води, перешкоджаючи здійсненню другого ступеню гідролізу. Проте при підвищенні температури і додаванні води гідроліз частково відбувається за другим ступенем:

К₂НРO₄ + НОН КН₂РO₄ + КОН

2К⁺ + НРO₄^{2 -} + НОН K ⁺ + Н₂РO₄ ^- + К⁺ + ОН ^-

НРO₄^{2 -} + НОН Н₂РO₄ ^- + ОН ^- ( рН>7)

Третій ступінь гідролізу з утворенням ортофосфорної кислоти Н₃РO₄ практично не відбувається.

Гідроліз солі за катіоном і аніономвідбувається внаслідок зв'язування катіоном і аніоном солі кожного з іонів води (H⁺ і ОН^-) в малодисоційовані електроліти.

Гідроліз солей, утворених катіоном слабкого гідроксиду і аніоном слабкої ки­слоти, наприклад (NH₄)₂S, Al(CH₃COO)₃, Zn(NO₂)₂, (NH ₄)₂CO₃ та ін., відбу­вається досить повно, оскільки внаслідок гідролізу утворюються два слабких електроліта. Наприклад:

CH₃COONH₄ + НОН СН₃СООН + NH₄OH

СНзСОО ^- + NH ₄⁺ + НОН СНзСООН + NH₄OH

(Скорочене іонне рівняння в цьому випадку не записують).

Оскільки значення констант дисоціації слабких електролітів, що утво­рюються внаслідок реакції, практично однакові (К_дисСН₃СООН=1,75∙10^-5, К_дис. NH₄OH=1,79∙10 ^-5), то розчин CH₃COONH₄ має рН ≈ 7.

Гідроліз солей, утворених багатозарядними катіоном або аніоном, відбу­вається ступінчасто(переважно за першим ступенем).

Продуктами гідролізу таких солей залежно від зарядів катіона і аніона є:

• основна сіль (якщо сіль утворена багатозарядним катіоном);

• кисла сіль (якщо сіль утворена багатозарядним аніоном).

Наприклад:

(NH₄)₂CO₃ + НОН NH₄HCO₃ + NH₄OH - перша стадія

2NH₄⁺ + СО₃ ^2- + НОН NH₄ ⁺+ НСO₃ ^- + NH₄OH

NH₄⁺ + CO₃ ^2- + НОН НСОз ^- + NH₄OH (рН ≈ 7)

Fe(CH₃COO)₃ + НОН FeOH(CH₃COO)₂ + СН₃СООН – перша стадія

Fe³⁺ + ЗСН₃СОО ^- + НОН FeOH²⁺ + 2CH₃COO ^- + СН₃СООН

FeOH²⁺ + СН₃СОО ^- + НОН FeOH²⁺ + CH₃COOH.

При кімнатній температурі друга стадія гідролізу практично не відбувається. Однак при нагріванні і додаванні води може відбуватися друга і навіть частково третя стадії гідролізу:

FeOH(CH₃COO)₂+ НОН Fe(OH)₂CH₃COO + СН₃СОО ^- – друга стадія

FeOH²⁺ + 2СН₃СОО ^- + НОН Fe(OH)₂⁺ + CH₃COO ^- + СН₃СООН

FeOH²⁺ + СНзСОО ^- + НОН Fe(OH)₂⁺ + CH₃COOH

Fe(OH)₂CH₃COO + HOH Fe(OH)₃ + CH₃COOH – третя стадія

Fe(OH)₂⁺ + СН₃СОО ^- + HOH Fe(OH)₃ + CH₃COOH. (рН ≈ 7)

Розчин набуває слабокислого середовища тому, що К_дис.(CH₃COOH) = 1,75 ∙ 10 ^-5 більша за К_дис.(Fe(OH)₃)= 1,35 ∙ 10 ^-12 .

Багато солей цього типу гідролізують необоротно. Прикладом солей, які зазнають повного гідролізу, є солі слабких основ і дуже слабких, нестійких або летких кислот: Cr₂S₃, A1₂S₃, Fe₂(CO₃)₃, А1₂(СO₃)₃, CuSiO₃, Ag₂SiO₃, Fe₂(SO₃)₃, SnCO₃, інші. Їх гідроліз супроводжується повним розкладанням солі з виділенням вільних кислот і гідроксидів.

Рівняння реакцій повного гідролізу солей записують лише у молекуляр­ному вигляді:

A1₂S₃ + 6HOH = 2А1(ОН)₃ + 3H₂S↑

Через повний гідроліз ці солі не можуть бути одержані з водних розчинів.

Л А Б О Р А Т О Р Н А Р О Б О Т А № 6