Гидролиз солей

Соль образована кислотой и основанием, и в растворе она может «помнить» о своём происхождении. Если один из «родителей» соли — слабый электролит, его ион связывает ионы воды \(\ce{H+}\) или \(\ce{OH-}\), и в растворе накапливаются другие ионы воды. Раствор становится кислым или щелочным, хотя соль — не кислота и не основание.

Что такое гидролиз

Гидролиз соли — обменное взаимодействие ионов соли с водой, в результате которого образуется слабый электролит и меняется среда раствора. Гидролизу подвергается ион, соответствующий слабому электролиту, а среду раствора задаёт сильный «родитель» соли. Гидролиз обратим и в большинстве случаев идёт в малой степени.

Четыре типа солей

Соль сильного основания и сильной кислоты (\(\ce{NaCl}\), \(\ce{KNO3}\), \(\ce{Na2SO4}\), \(\ce{BaCl2}\), \(\ce{KClO4}\)) гидролизу не подвергается: ни один ион не связывает ионы воды. Среда нейтральная, \(\mathrm{pH} = 7\).

Соль сильного основания и слабой кислоты (\(\ce{Na2CO3}\), \(\ce{K2S}\), \(\ce{Na2SO3}\), \(\ce{CH3COONa}\), \(\ce{Na3PO4}\), \(\ce{K2SiO3}\), \(\ce{NaF}\)) гидролизуется по аниону. Анион связывает \(\ce{H+}\) воды, остаются ионы \(\ce{OH-}\) — среда щелочная. Гидролиз многозарядных анионов идёт в основном по первой ступени:

\[ \ce{CO3^{2-} + H2O <=> HCO3- + OH-}; \qquad \ce{Na2CO3 + H2O <=> NaHCO3 + NaOH} \]

Соль слабого основания и сильной кислоты (\(\ce{NH4Cl}\), \(\ce{ZnSO4}\), \(\ce{CuCl2}\), \(\ce{FeCl3}\), \(\ce{Al(NO3)3}\), \(\ce{AgNO3}\)) гидролизуется по катиону. Катион связывает \(\ce{OH-}\), остаются ионы \(\ce{H+}\) — среда кислая:

\[ \ce{Zn^{2+} + H2O <=> ZnOH+ + H+}; \qquad \ce{NH4+ + H2O <=> NH3.H2O + H+} \]

Соль слабого основания и слабой кислоты гидролизуется и по катиону, и по аниону. Среда зависит от того, какой электролит слабее: у ацетата аммония \(\ce{CH3COONH4}\) — близкая к нейтральной. Если и основание, и кислота очень слабые и малорастворимые, гидролиз идёт необратимо до конца: сульфиды и карбонаты алюминия, хрома(III), железа(III) в водном растворе не существуют.

Совместный (необратимый) гидролиз

При сливании растворов соли, гидролизующейся по катиону (\(\ce{Al^{3+}}\), \(\ce{Fe^{3+}}\), \(\ce{Cr^{3+}}\)), и соли, гидролизующейся по аниону (\(\ce{CO3^{2-}}\), \(\ce{S^{2-}}\), \(\ce{SO3^{2-}}\)), ионы \(\ce{H+}\) и \(\ce{OH-}\) нейтрализуют друг друга, и оба гидролиза идут до конца — выпадает гидроксид и выделяется газ:

\[ \ce{2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O -> 2Al(OH)3 v + 3CO2 ^ + 6NaCl} \]

\[ \ce{2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O -> 2Al(OH)3 v + 3H2S ^ + 6NaCl} \]

С солями железа(III) сульфид реагирует иначе: ион \(\ce{Fe^{3+}}\) — окислитель, и вместо гидроксида образуются сульфид железа(II) и сера: \(\ce{2FeCl3 + 3Na2S -> 2FeS v + S v + 6NaCl}\).

Кислые соли, смещение гидролиза, необратимый гидролиз

Среда растворов кислых солей зависит от соотношения гидролиза и диссоциации гидроаниона: \(\ce{NaHCO3}\), \(\ce{NaHS}\), \(\ce{Na2HPO4}\) — слабощелочная; \(\ce{NaHSO3}\), \(\ce{NaH2PO4}\) — слабокислая; \(\ce{NaHSO4}\) — кислая (\(\ce{HSO4-}\) диссоциирует почти полностью).

Гидролиз — эндотермический процесс; его усиливают нагревание и разбавление, а подавляет добавление продукта гидролиза: кислоты — к раствору соли слабого основания, щёлочи — к раствору соли слабой кислоты (принцип Ле Шателье). Необратимо гидролизуются бинарные соединения активных металлов (карбиды, нитриды, фосфиды, гидриды) и галогениды многих неметаллов:

\[ \ce{CaC2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + C2H2 ^}; \qquad \ce{Mg3N2 + 6H2O -> 3Mg(OH)2 + 2NH3 ^}; \qquad \ce{PCl5 + 4H2O -> H3PO4 + 5HCl} \]