Гидролиз солей

9 заданий

Какие ионы гидролизуются

Гидролиз — не особая реакция, а тот же протолиз: ионы соли отдают или принимают протоны воды.

Анион слабой кислоты — основание: \(\ce{CH3COO- + H2O <=> CH3COOH + OH-}\). Среда щелочная.
Катион слабого основания — кислота: \(\ce{NH4+ + H2O <=> NH3 + H3O+}\). Среда кислая.
Ионы сильных кислот и оснований (\(\ce{Na+}\), \(\ce{K+}\), \(\ce{Ba^2+}\), \(\ce{Cl-}\), \(\ce{NO3-}\), \(\ce{SO4^2-}\), \(\ce{ClO4-}\)) практически не гидролизуются: раствор \(\ce{NaCl}\) нейтрален.

Катион металла в воде окружён молекулами \(\ce{H2O}\). Маленький высокозаряженный ион оттягивает электроны кислорода, связь \(\ce{O-H}\) слабеет, и аквакомплекс отдаёт протон:

\[\ce{[Fe(H2O)6]^3+ + H2O <=> [Fe(OH)(H2O)5]^2+ + H3O+}\]

Аквакатион	\(pK_a\)	Аквакатион	\(pK_a\)
\(\ce{Fe^3+}\)	2,2	\(\ce{Zn^2+}\)	9,0
\(\ce{Cr^3+}\)	4,0	\(\ce{Ni^2+}\)	9,9
\(\ce{Al^3+}\)	5,0	\(\ce{Mg^2+}\)	11,4
\(\ce{Cu^2+}\)	7,5	\(\ce{Ca^2+}\)	12,7

auto_awesomeЖёлтый цвет — от гидролиза

Сами ионы \([\ce{Fe(H2O)6}]^{3+}\) бледно-фиолетовые (как в кристаллах железоаммонийных квасцов). Жёлто-бурая окраска растворов хлорида железа(III) — это продукты гидролиза и хлоридные комплексы. Раствор нитрата железа(III), подкисленный азотной кислотой, почти бесцветен.

history_eduКвасцы-протрава

Алюмокалиевые квасцы \(\ce{KAl(SO4)2*12H2O}\) применяли для крашения тканей ещё в древности. При гидролизе на волокне оседает гидроксид алюминия, который прочно связывает краситель, — это «протрава». Те же квасцы и сульфат алюминия до сих пор очищают питьевую воду: хлопья гидроксида захватывают муть.

Расчёт pH растворов солей

Раствор соли — это раствор слабой кислоты или слабого основания, и считать его нужно по формулам урока 63.

Для соли аниона слабой кислоты \(\ce{A-}\): \(K_b = K_w/K_a\), \([\ce{OH-}] \approx \sqrt{K_bc}\). Для соли катиона-кислоты: \([\ce{H+}] \approx \sqrt{K_ac}\), где \(K_a\) — константа катиона (для \(\ce{NH4+}\) — \(K_w/K_b(\ce{NH3})\)).

Степень гидролиза \(h = \sqrt{K_b/c}\) — доля ионов, вступивших в реакцию с водой. Для 0,1 М ацетата натрия — 0,008 %, для 0,1 М соды — 4,5 %, для 0,1 М \(\ce{Na3PO4}\) — около 37 %: фосфат-ион почти наполовину превращён в гидрофосфат.

boltПорядок оценки

Чем слабее кислота, тем сильнее гидролиз её солей. Ряд \(pK_a\): \(\ce{HF}\) 3,2 < \(\ce{CH3COOH}\) 4,8 < \(\ce{HClO}\) 7,5 < \(\ce{HCN}\) 9,2 < \(\ce{HCO3-}\) 10,3 < \(\ce{HPO4^2-}\) 12,4 — значит, pH 0,1 М солей растёт: 8,1; 8,9; 10,3; 11,1; 11,7; 12,6.

scienceГидролиз в жизни

\(\ce{Na2CO3 + H2O <=> NaHCO3 + NaOH}\) — стиральная сода омыляет жиры; раньше стирали щёлоком из золы (\(\ce{K2CO3}\)).
\(\ce{Na3PO4 + H2O <=> Na2HPO4 + NaOH}\) — тринатрийфосфат — сильное моющее средство.
\(\ce{NaClO + H2O <=> HClO + NaOH}\) — «белизна» щелочная; отбеливает образующаяся \(\ce{HClO}\).

Как управлять гидролизом

Гидролиз обратим, и его положение подчиняется принципу Ле Шателье.

Добавка кислоты подавляет гидролиз солей катионов: раствор \(\ce{FeCl3}\) и \(\ce{SnCl2}\) готовят на разбавленной соляной кислоте, иначе он мутнеет.
Нагревание усиливает гидролиз — он эндотермичен (обратная реакция — нейтрализация). Капните раствор \(\ce{FeCl3}\) в кипящую воду — получится красно-бурый золь гидроксида железа.
Разбавление увеличивает степень гидролиза: \(h = \sqrt{K/c}\).

scienceГидролиз, который видно

\(\ce{BiCl3 + H2O <=> BiOCl v + 2HCl}\) — при разбавлении выпадает белый хлорид висмутила; от соляной кислоты осадок растворяется.
\(\ce{SbCl3 + H2O <=> SbOCl v + 2HCl}\) — то же для сурьмы.
\(\ce{SnCl2 + H2O <=> Sn(OH)Cl v + HCl}\) — поэтому хлорид олова(II) хранят подкисленным и с кусочком олова.
\(\ce{FeCl3 + 3H2O ->[t] Fe(OH)3 (золь) + 3HCl}\) — получение коллоидного раствора.

errorУпариванием безводную соль не получить

При упаривании раствора \(\ce{AlCl3}\) гидролиз доходит до конца: хлороводород улетает, остаётся гидроксид (оксид) алюминия. Кристаллогидрат \(\ce{MgCl2*6H2O}\) при нагревании на воздухе превращается в \(\ce{Mg(OH)Cl}\) и \(\ce{MgO}\). Безводные хлориды получают сушкой в токе \(\ce{HCl}\) или прямым синтезом из элементов.

push_pinГлавное

Гидролизуются ионы, сопряжённые со слабыми электролитами: анион слабой кислоты — основание (\(K_b = K_w/K_a\)), катион слабого основания и аквакатион металла — кислота. Чем меньше и выше заряжен катион, тем сильнее он поляризует воду: \([\ce{Fe(H2O)6}]^{3+}\) (\(pK_a = 2{,}2\)) кислее уксусной кислоты. Гидролиз усиливают нагревание и разбавление, подавляют — добавка кислоты (для солей катионов) или щёлочи (для солей анионов).

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.