Задачи и упражнения для самостоятельного решения. 11.1. Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) K2S и CuSO4; б) AgNO3 и NH4Cl;
11.1. Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) K2S и CuSO4; б) AgNO3 и NH4Cl;
в) Na2SiO3 и H2SO4; г) CaCO3 и HNO3.
11.2. Составить по два молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:
а) Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3; б) H+ + OH− = H2O; в) Cu2+ + S2− = CuS.
11.3. Можно ли приготовить раствор, содержащий одновременно следующие пары веществ: а) KOH и Ba(NO3)2; б) NiSO4 и (NH4)2S; в) Pb(NO3)2 и KCl;
г) CuCl2 и Na2S? Представить возможные реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
11.4. Смешивают попарно растворы: а) KOH и Mg (NO3)2; б) Li2СO3 и HCl;
в) Fe(NO3)3 и KOH; г) NH4Cl и NaOH. В каких случаях реакции практически пойдут до конца? Представить их в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
11.5. Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) BaCO3 и HNO3; б) Fe2(SO4)3 и KOH;
в) HCl и K2S; г) CH3COOK и HCl.
11.6. Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Mg(OH)2 и CH3COOH; б) NH4NO3 и KOH; в) Ca(NO3)2 и K2CrO4; г) AlCl3 и Ba(OH)2.
11.7. Смешивают попарно растворы: а) K2SO3 и HCl; б) Na2SO4 и KCl;
в) CH3COONa и HNO3; г) Al2(SO4)3 и избыток KOH. В каких из приведенных случаев реакции практически пойдут до конца? Составить для этих уравнений молекулярные и ионно-молекулярные реакций.
11.8. Какие из веществ будут взаимодействовать с гидроксидом калия:
а) Ba(OH)2; б) Sn(OH)2; в) NiSO4; г) H3PO4? Выразить эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.
11.9. Составить по два молекулярных уравнения, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями: а) OH‾ + HS‾ = H2O + S2−;
б) CO32− + 2H+ = H2O + CO2; в) OH‾ + NH4+ = NH4OH.
11.10. Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Na2SO3 и H2SO4; б) CH3COOH и KOH;
в) Na2HPO4 и NaOH; г) Be(OH)2 и KOH.
11.11. Смешивают попарно растворы: а) Cu(NO3)2 и Na2SO4; б) BaCl2 и K2SO4; в) NaHCO3 и NaOH; г) Cd(OH)2 и HCl. В каких из приведенных случаев реакции практически пойдут до конца? Составить для этих реакций молекулярные и ионно-молекулярные уравнения.
11.12. Составить молекулярные и ионно- молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) K2S и HCl; б) KHCO3 и H2SO4; в) MgSO4 и BaCl2; г) Ba(OH)2 и H2SO4.
11.13. Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, соответствующие следующим превращениям:
а) CO32− → CaCO3 → Ca2+- → CaSO4 ; б) S2− → FeS → Fe2+.
11.14. Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Hg(NO3)2 и Na2S; б) Li2SO3 и HCl; в) Ca(HCO3)2 и Ca(OH)2.
11.15. Составить по два молекулярных уравнения, которые соответствуют следующим сокращенным ионно-молекулярным уравнениям:
а) CH3COO− + H+- = CH3COOH; б) Ba2+ + CrO42− = BaCrO4; в) Ag+ + I− = AgI.
11.16.Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, протекающих в растворах между: а) диоксидом углерода и гидроксидом бария; б) силикатом натрия и хлороводородной кислотой; в) сульфидом железа (II) и серной кислотой; г) иодидом калия и нитратом свинца.
11.17. Закончить молекулярные и составить ионно-молекулярные уравнения следующих реакций:
а) Fe2(SO4)3 + K3PO4 = …; б) Ba(NO3)2 + Na2CO3 = …; в) Cu(NO3)2 + K2S = ….
11.18. Закончить молекулярные и составить ионно-молекулярные уравнения следующих реакций:
а) Pb(NO3)2 + H2SO4 = …; б) CaCl2 + AgNO3 = …;
в) SnCl2 + NaOH = …; г) KOH + HNO3 = ….
11.19. Исходя из сокращенной ионно-молекулярной формы уравнения, составить по два молекулярных уравнения: а) CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2;
б) Ba2+ + SO42− = BaSO4; в) Cu(OH)2 + 2H+ = Cu2+ + 2H2O.
11.20. Написать молекулярные и ионно-молеулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Hg(NO3)2 и Nal; б) MgCO3 и HCl;
в) CuSO4 и H2S.
Гидролиз солей
Теоретическое введение
Гидролизом соли называется взаимодействие ионов соли с ионами воды, приводящее к образованию слабого электролита и изменению рН среды.
Гидролизу подвергаются соли, в состав которых входят катионы слабых оснований, или анионы слабых кислоты, или те и другие одновременно. 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 ему кислую или щелочную реакцию. Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой (NaCl, NaNO3, K2SO4, BaCl2, LiNO3), 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. Г и д р о л и з п о а н и о н у происходит в растворах солей, состоящих из анионов слабых кислот и катионов сильных оснований (CH3COOK, KNО2, Na2CO3, Cs3PO4). В этом случае анион слабой кислотысвязывается с иоными Н+ из воды с образованием слабого электролита.
В качестве примера рассмотрим гидролиз нитрита калия KNО2. Эта соль образована сильным основанием KOH и слабой кислотой HNО2. При растворении в воде KNО2 полностью диссоциирует на ионы K+ и NО2‾. Катионы K+ не могут связывать ионы ОH‾ воды, так как KOH – сильный электролит. Анионы же NО2‾ связывают ионы H+ воды, в результате чего в растворе появляются молекулы слабой кислоты HNО2 и гидроксид-ионы OH‾.
Порядок составление уравнений гидролиза следующий:
а) записывают уравнение диссоциации соли и подчеркивают ион, который может образовать с ионами воды (Н+ или ОН−) слабый электролит:
KNO2 = K+ + NO2−;
б) составляют краткое ионное уравнение и указывают рН среды:
NO2− + НОН 
HNO2 + OH− pH > 7;
в) составляют полное ионное уравнение реакции. Для этого прибавляют к левой и правой частям краткого ионного уравнения ионы, не претерпевающие в результате гидролиза никаких изменений. В рассматриваемом примере – это катионы калия:
K+ + NО2‾ + H2O HNО2 + K+ + OH‾;
г) составляют молекулярное уравнение гидролиза. Для этого ионы из полного ионного уравнения соединяют в молекулы:
KNО2 + H2O HNО2 + KOH.
Продукты гидролиза – слабая кислота HNО2 и гидроксид калия КОН.
Соли, образованные сильным основанием и слабой многоосновной кислотой, гидролизуются ступенчато. Гидролиз протекает в значительно большей мере по первой ступени, что приводит к образованию кислых солей:
Na2S = 2Na+ + S2−
S2− + НOН HS‾ + OH‾ pH > 7
2Na+ + S2- + H2O Na+ + HS‾ + Na+ + OH‾
Na2S + H2O NaHS + NaOH.
Продуктами гидролиза является кислая соль NaHS и гидроксид натрия NaOH.
2. Г и д р о л и з п о к а т и о н у происходит в растворах солей, состоящих из катионов слабых оснований и анионов сильных кислот (NH4Cl, CuSO4, FeCl3, AlCl3, Pb(NO3)2, ZnSO4). В этом случае катион слабого основаниясвязывается с ионами ОН− из воды с образованием слабого электролита. Так, гидролиз суьфата цинка может быть представлен уравнениями:
ZnSO4 = Zn2+ + SO42−
Zn2+ + HOН ZnOH+ + H+ рН < 7
2Zn2+ + 2SO42− + 2H2O 2ZnOH+ + SO42− + 2H+ + SO42−
2ZnSO4 + 2H2O (ZnOH)2SO4 + H2SO4.
Продуктами гидролиза являются основная соль (ZnOH)2SO4 и серная кислота H2SO4.
3. Г и д р о л и з п о а н и о н у и к а т и о н у одновременно происходит в растворах солей, образованных слабыми основаниями и слабыми кислотами (NH4NO2, Al2S3, Fe(CH3COO)3, NH4CH3COO, NH4CN). В этом случае с водой взаимодействует как катион слабого основания, так и анион слабой кислоты, например:
NH4CH3COO = NH4+ + CH3COO‾
NH4+ + HOН NH4OH + H+
CH3COO‾ + HOН CH3COOH + ОН−
NH4+ + CH3COO‾ + H2O NH4OH + CH3COOH
NH4CH3COO + H2O NH4OH + CH3COOH.
Продуктами гидролиза являются слабая кислота CH3COOH и слабое основание NH4OH. Среда после гидролиза близка к нейтральной, pH ~ 7.
Как правило, гидролиз – обратимый процесс. В первых двух случаях равновесие сильно смещено влево – в сторону малодиссоциированных молекул воды, в третьем – вправо, в сторону образования продуктов гидролиза – двух слабых электролитов.
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 (т.е. 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.
Примеры решения задач
Пример 12.1.Какие продукты получатся при смешивании растворов AlCl3 и Na2S? Составить ионно-молекулярные и молекулярное уравнение реакции.
Решение. Соль AlCl3 гидролизуется по катиону, а Na2S – по аниону:
Al3+ + H2O ↔ AlOH2+ + H+,
S2− + H2O ↔ HS‾ + OH‾.
Гидролиз приведенных солей обычно ограничиваются первой ступенью. При смешивании растворов этих солей ионы H+ и OH‾ связываются в молекулы слабого электролита H2O, сдвигая гидролитическое равновесие вправо. Это приводит к тому, что усиливается гидролиз каждой из солей до образования Al(OH)3 и H2S. Ионно-молекулярные и молекулярное уравнения имеют следующий вид:
Al3+ + 3S2− + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑
2Al3+ + 6Cl− + 6Na+ +3S2− + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ + 6Na+ + 6Cl−
2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ + 6NaCl.
Таким образом, продуктами гидролиза являются Al(OH)3 и H2S.
Пример 12.2. К раствору Na2CO3 добавили следующие вещества: а) HCl;
б) NaOH; в) Cu(NO3)2; г) K2S. В каких случаях гидролиз карбоната натрия усилится? Почему? Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.
Решение. Карбонат натрия Na2CO3 – соль слабой кислоты и сильного основания гидролизуется по аниону: СО32− + Н2О НСО3− + ОН− (1)
Чтобы усилить гидролиз соли, нужно удалить ионы ОН− и таким образом сместить равновесие (1) вправо. Этого можно достигнуть добавлением в раствор Na2CO3 веществ, растворы которых содержат ионы Н+. Ионы Н+ свяжут ионы ОН− из (1) в молекулы слабого электролита Н2О, в результате чего равновесие (1) смесится вправо и гидролиз усилится. В нашей задаче такими веществами являются кислота HCl (HCl → Н+ + Cl−) и соль Cu(NO3)2, содержащая ионы Н+ вследствие ее гидролиза по катиону Cu2+ + H2O CuOH+ + H+.