Совместный и практически полный гидролиз — Неорганическая химия для олимпиад
Неорганическая химияКурс для олимпиад

Совместный и практически полный гидролиз

9 заданий

Взаимное усиление гидролиза

Смешаем растворы \(\ce{AlCl3}\) и \(\ce{Na2CO3}\). Первый раствор имеет кислую реакцию, второй — щелочную. При гидролизе соли алюминия образуются ионы \(\ce{H+}\), а при гидролизе карбоната — ионы \(\ce{OH-}\). Эти ионы связываются друг с другом, поэтому оба равновесия смещаются в сторону дальнейшего гидролиза. Такое взаимное усиление процессов называют совместным гидролизом. В рассматриваемой реакции образуются осадок и газ, поэтому она протекает практически до конца:

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

По этой причине некоторые соли нельзя получить смешением водных растворов: они гидролизуются при образовании. Этим объясняется часть прочерков в таблице растворимости.

scienceСовместный гидролиз

  1. \(\ce{Al2(SO4)3 + 3Na2S + 6H2O -> 2Al(OH)3 v + 3H2S ^ + 3Na2SO4}\) — сульфид алюминия не сохраняется в водном растворе: образуются гидроксид алюминия и сероводород.
  2. \(\ce{2CrCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O -> 2Cr(OH)3 v + 3CO2 ^ + 6NaCl}\) — образуется серо-зелёный осадок гидроксида хрома.
  3. \(\ce{2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O -> 2Fe(OH)3 v + 3CO2 ^ + 6NaCl}\) — образуется бурый осадок гидроксида железа и выделяется газ.
  4. \(\ce{2CuSO4 + 2Na2CO3 + H2O -> (CuOH)2CO3 v + CO2 ^ + 2Na2SO4}\) — гидролиз протекает частично: выпадает основной карбонат меди, по составу соответствующий малахиту.
  5. \(\ce{AlCl3 + 3NaHCO3 -> Al(OH)3 v + 3CO2 ^ + 3NaCl}\) — выделение газа при такой реакции лежит в основе действия пенных огнетушителей; исторически в них использовали сульфат алюминия.

errorОкисление вместо гидролиза

Прежде чем составлять уравнение совместного гидролиза, нужно проверить, возможна ли между ионами окислительно-восстановительная реакция. Ион \(\ce{Fe^3+}\) является окислителем, а ион \(\ce{S^2-}\) — восстановителем. Поэтому при смешении с сульфидом натрия протекает реакция \(\ce{2FeCl3 + 3Na2S -> 2FeS v + S v + 6NaCl}\), а не совместный гидролиз.

boltПродукты реакции с карбонатом

По кислотности гидратированного катиона можно ориентировочно определить, какой осадок образуется при его взаимодействии с карбонатом. Катионы \(\ce{Al^3+}\), \(\ce{Cr^3+}\), \(\ce{Fe^3+}\) (\(pK_a\) до 5) образуют гидроксиды. Катионы \(\ce{Cu^2+}\), \(\ce{Zn^2+}\), \(\ce{Mg^2+}\), \(\ce{Pb^2+}\) (\(pK_a\) 7–11) образуют основные карбонаты. Катионы \(\ce{Ca^2+}\), \(\ce{Ba^2+}\) (\(pK_a > 12\)) образуют обычные карбонаты.

Необратимый гидролиз бинарных соединений

Бинарные соединения активных металлов с неметаллами, анионы которых не могут существовать в воде, — карбиды, нитриды и фосфиды — реагируют с водой практически до конца. Их анионы являются очень сильными основаниями и присоединяют протоны воды. Так ведут себя, например, \(\ce{C^4-}\), \(\ce{N^3-}\), \(\ce{P^3-}\) и \(\ce{C2^2-}\). В результате образуются гидроксид металла и водородное соединение неметалла.

scienceКарбиды, нитриды и фосфиды

  1. \(\ce{Al4C3 + 12H2O -> 4Al(OH)3 + 3CH4 ^}\) — при гидролизе карбида-метанида образуется метан.
  2. \(\ce{CaC2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + C2H2 ^}\) — при гидролизе карбида-ацетиленида образуется ацетилен, который использовали в карбидных лампах шахтёров и велосипедистов.
  3. \(\ce{Mg3N2 + 6H2O -> 3Mg(OH)2 + 2NH3 ^}\) — при гидролизе нитрида образуется аммиак; в 1894 году Рамзай связал азот в образце воздуха раскалённым магнием и обнаружил в газовом остатке аргон.
  4. \(\ce{Ca3P2 + 6H2O -> 3Ca(OH)2 + 2PH3 ^}\) — при гидролизе фосфида образуется ядовитый фосфин; фосфид цинка используют как родентицид.
  5. \(\ce{Mg2Si + 4HCl -> 2MgCl2 + SiH4 ^}\) — при действии кислоты на силицид образуется силан, который самовоспламеняется на воздухе.
  6. \(\ce{CaH2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + 2H2 ^}\) — при реакции гидрида с водой образуется водород, поэтому гидрид служит его переносным источником.

boltКак определить выделяющийся газ

Выделяющийся газ — водородное соединение неметалла, входившего в состав аниона. Метанид C образует \(\ce{CH4}\), ацетиленид \(\ce{C2^2-}\) образует \(\ce{C2H2}\), а соединения N, P, S, Si и H могут образовывать соответственно \(\ce{NH3}\), \(\ce{PH3}\), \(\ce{H2S}\), \(\ce{SiH4}\) и \(\ce{H2}\). При реакции с водой металл обычно переходит в гидроксид, а при приведённой реакции силицида с кислотой — в соль.

auto_awesomeКарбидная лампа

В начале XX века шахтёры, велосипедисты и автомобилисты освещали путь ацетиленом. Вода по каплям попадала на карбид кальция, а выделявшийся газ горел ярким белым пламенем. Карбид кальция получают из извести и угля в электропечи: \(\ce{CaO + 3C ->[2000 °C] CaC2 + CO}\).

Галогениды неметаллов

Многие ковалентные галогениды неметаллов бурно реагируют с водой. Во многих таких реакциях атом кислорода молекулы воды атакует центральный атом галогенида, несущий частичный положительный заряд. Реакция может протекать практически необратимо, хотя её продукты зависят от состава вещества и количества воды.

scienceГалогениды и вода

  1. \(\ce{PCl5 + 4H2O -> H3PO4 + 5HCl}\) — при достаточном количестве воды образуются фосфорная и соляная кислоты; при недостатке воды протекает реакция \(\ce{PCl5 + H2O -> POCl3 + 2HCl}\).
  2. \(\ce{PCl3 + 3H2O -> H3PO3 + 3HCl}\) — образуются фосфористая и соляная кислоты.
  3. \(\ce{SiCl4 + 4H2O -> H4SiO4 + 4HCl}\) — галогенид реагирует с влагой воздуха и дымит; это свойство использовали для постановки дымовых завес.
  4. \(\ce{BCl3 + 3H2O -> H3BO3 + 3HCl}\) — при гидролизе образуются борная и соляная кислоты.
  5. \(\ce{SOCl2 + H2O -> SO2 ^ + 2HCl ^}\) — тионилхлорид расходует воду с образованием газообразных продуктов; реакцию \(\ce{MgCl2*6H2O + 6SOCl2 -> MgCl2 + 6SO2 + 12HCl}\) используют для получения безводных хлоридов.
  6. \(\ce{NCl3 + 3H2O -> NH3 + 3HClO}\) — в этом случае азот присоединяет протоны, а хлор переходит в хлорноватистую кислоту.

infoПочему \(\ce{CCl4}\) не гидролизуется

Реакция \(\ce{CCl4 + 2H2O -> CO2 + 4HCl}\) термодинамически выгодна, но при обычных условиях практически не протекает: четыре атома хлора затрудняют приближение воды к небольшому атому углерода, и скорость реакции крайне мала. У кремния радиус больше и связи длиннее, поэтому \(\ce{SiCl4}\) реагирует с влагой воздуха и дымит. \(\ce{SF6}\) также кинетически устойчив: атом серы экранирован шестью атомами фтора, а связи с фтором прочны.

boltКак определить продукты гидролиза галогенида

Во многих реакциях центральный атом переходит в кислородную кислоту той же степени окисления, а галоген — в галогеноводород. Так, из \(\ce{P^{+5}Cl5}\) образуется \(\ce{H3P^{+5}O4}\), а из \(\ce{P^{+3}Cl3}\) — \(\ce{H3P^{+3}O3}\). При гидролизе \(\ce{S^{+4}OCl2}\) образуется \(\ce{S^{+4}O2}\), а при гидролизе трихлорида азота хлор переходит не в галогеноводород, а в хлорноватистую кислоту.

push_pinГлавное

Если в растворе встречаются катион, гидролизующийся как кислота, и анион, гидролизующийся как основание, их гидролиз взаимно усиливается: каждый из ионов связывает продукты гидролиза другого. Такой процесс называют совместным гидролизом. Если при этом появляются осадок или газ, реакция может протекать практически до конца: \(\ce{2Al^3+ + 3CO3^2- + 3H2O -> 2Al(OH)3 v + 3CO2 ^}\). Поэтому \(\ce{Al2S3}\), \(\ce{Cr2S3}\) и \(\ce{Fe2(CO3)3}\) не сохраняются в воде. Многие карбиды, нитриды, фосфиды и гидриды активных металлов, а также галогениды неметаллов, в том числе \(\ce{PCl5}\), \(\ce{SiCl4}\) и \(\ce{BCl3}\), реагируют с водой практически необратимо. В отличие от них, \(\ce{CCl4}\) и \(\ce{SF6}\) кинетически устойчивы.

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

Неорганическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Программа — авторская, по официальным комплектам ВсОШ, «Высшей пробы», «Ломоносова» и программе IChO; последовательность уроков и критерии перехода — методика курса.