Учебное пособие по теме: Гидролиз 10 – 11 класс

Учебное пособие для учителей

химии и учащихся 10 – 11 классов

по теме:

Гидролиз

Автор:

учитель химии

МБОУ СОШ №5

ст.Стародеревянковской

Зайцева Е.Ю.

Теоретическая часть

Гидролизом(от греч. «гидро»-вода, «лизис» — разложение)(буквально – разложение водой) вообще называется всякое взаимодействие вещества с водой, при котором составные части вещества соединяются с составными частями воды.

Например : PCl₃+3H₂O=P(OH)₃+HCl

P(OH)₃=H₃PO₃

На практике особенно часто приходится иметь дело с гидролизом солей. Вам известно, что вода очень слабо диссоциирует по уравнению:

H₂O ↔ H⁺+OH^—

При растворении многих солей в воде происходит связывание одного из ионов воды(H⁺или OH^—) в слабый электролит .Это приводит к смещению равновесия диссоциации молекул воды и накоплению другого иона поэтому раствор приобретает кислую или щелочную реакцию.

Соль можно рассматривать как продукт нейтрализации основания кислотой. Например , соль K₂S образована основанием KOH и кислотой H₂S.

В зависимости от силы исходного основания и исходной кислоты соли можно разделить на 4 типа. Это соли, образованные:

а) сильным основанием и слабой кислотой;

б) слабым основанием и сильной кислотой;

в) слабым основанием и слабой кислотой;

г) сильным основанием и сильной кислотой;

Гидролиз солей представляет собой реакцию, обратную реакции нейтрализации. В связи с этим процесс гидролиза соли продолжается до тех пор, пока не наступит равенство между скоростями реакции гидролиза и нейтрализации, т.е. устанавливается равновесие между ионами соли, водой и продуктами гидролиза.

_{гидролиз}

Например: NaClO+H₂O HClO+NaOH

^{нейтрализация}

ClO^— + H⁺OH^— HClO^— + OH^—

Поведение солей различных типов в растворе.

I. Соль образована катионом сильного основания и анионом слабой кислоты.

Гидролиз по аниону.

1.Соль слабой одноосновной кислоты. Например:

NaCH₃COO CH₃COO^—+H⁺OH^— CH₃COOH +OH^—

NaOH CH₃COOH слабая

сильное слабая кислота

основание кислота NaCH₃COO+ H₂O CH₃COOH+ NaOH

2.Соль слабой многоосновной кислоты. Например:

К₂СO₃ CО₃^2-+H⁺OH^— HCO₃^— +OH^—

КOH H₂CO₃ кислый

сильное слабая анион

основание кислота К₂CO₃+ H₂O КHCO₃+ КOH

кислая

соль

В растворах появляется избыток ОН^— -ионов, которые придают раствору соли щелочной характер (рН>7).

II . Соль образована катионом слабого основания и анионом сильной кислоты.

Гидролиз по катиону

1.Соль слабого однокислотного основания. Например:

NH₄Cl NH₄⁺+H⁺OH^— NH₄OH +H⁺

NH₄OH HCl ^слабое

слабое сильная основание

основание кислота NH₄Cl + H₂O NH₄OH + HCl

2. Соль слабого многокислотного основания. Например:

ZnSO₄ Zn²⁺+H⁺OH^— ZnOH⁺ +H⁺

Zn(OH)₂ H₂SO₄ слабое

слабое сильная основание

основание кислота 2 ZnSO₄ +2 H₂O (ZnOH)₂ SO₄ + H₂SO₄

основная

соль

В растворах появляется избыток H⁺-ионов , которые придают растворам солей кислый характер (рН<7).

3. Соль образована катионом слабого основания и анионом слабой кислоты.

1.Гидролиз и по катиону и по аниону.

NH₄CH₃COO

NH₃H₂O CH₃COOH

(NH₄OH)

слабое слабая

основание кислота

NH₄⁺ +CH₃COO^—+H⁺OH^— NH₄OH+CH₃COOH

слабое слабая

основание кислота

NH₄COO+H₂O NH₄OH+CH₃COOH

В данном случае гидролиз протекает сильнее, по сравнению с вышеразобранным, т.к. в растворе не накапливаются ионы H⁺ и H^—, они связываются в молекулы слабых электронов, что усиливает гидролиз и по катиону и по аниону. Реакция растворов таких солей зависит от силы образующихся слабых кислот и оснований и может быть нейтральной, слабокислой или слабощелочной. В данном случае реакция слабощелочная, т.к.

K_дис.(NH₄OH)=6,310^-5K_дис.(CH₃COOH)=1,7510^-5

2. Необратимый (полный) гидролиз.

Соли, которые образованы катионом слабого нерастворимого основания (особенно амфотерного гидроксида Al(OH)₃, Cr(OH)₃, Fe(OH)₃) и анионом слабой, неустойчивой, летучей кислоты CO₂ SO₂

(H₂CO₃ , H₂SO₃ , H₂S, H₂SiO₃)

H₂O H₂O

в растворе подвергаются полному гидролизу, т.е. они разлагаются водой с образованием соответствующего нерастворимого основания или основной соли и летучей () или нерастворимой ( кислоты. На это в таблицах растворимости указывает черточка ().

Fe(CO₃)₃

Fe(OH)₃ H₂CO₃

слабое слабая

основание кислота

2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe(OH)₃+3CO₂

слабое

нерастворимое

основание

IV. Соль образована катионом сильного основания и анионом сильной кислоты.

Эти соли гидролизу не подвергаются, т.к. в составе соли нет иона, который мог бы при взаимодействии с водой образовывать слабый электролит, поэтому равновесия диссоциации воды не нарушается. Растворы таких солей имеют нейтральную реакцию(pН=7).

Степень гидролиза.

Количественно гидролиз соли характеризуется степенью гидролиза. отношение числа гидролизованных молекул соли к общему числу растворееных молекул( в долях единицы или в %).

=

Она зависит от природы соли, концентрации раствора, температуры.

Степень гидролиза по аниону зависит от степени диссоциации кислоты. (Чем сильнее кислота, тем больше степень гидролиза).

H₂SO₃, H₃PO₄, HF, HNO₂, CH₃COOH, H₂CO₃, H₂S, H₃BO₃, HCN, H₂SiO₃

_{————->—————>———————->——————>———————>——————->——————>——————->—————->}

сила кислот ослабевает, гидролиз соли по аниону усиливается

Mn²⁺, NH₄⁺, CO²⁺, Zn²⁺, Ca²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Pb²⁺, Al³⁺, Cr³⁺, Fe³⁺

^{———->—————>——————>—————->——————>—————->—————>}

гидролиз соли по катиону усиливается

Степень гидролиза, как правило, не велика, т.к. одно из веществ реакции – вода – очень слабый электролит. В связи с этим равновесие процесса гидролиза сильно смещено в сторону исходных веществ, т.е. в сторону воды.

Смещение равновесия гидролиза.

Гидролиз – обратимый процесс, поэтому его равновесие может быть смещено по принципу Ле-Шателье изменением концентрации веществ или температурой раствора. При разбавлении раствора увеличивается число молекул воды, приходящихся на один гидролизирующийся ион соли, поэтому равновесие сместится вправо, степень гидролиза увеличивается.

Известно, что все реакции нейтрализации протекают с выделением теплоты, значит гидролиз (обратный процесс реакции нейтрализации) – с поглощением теплоты.По принципу Ле-Шателье повышение температуры смещает равновесие вправо, т.е. степень гидролиза увеличивается.Итак, для усиления гидролиза соли необходимо:

— раствор разбавить или нагреть;

— связать один из продуктов гидролиза (ионы H⁺ или OH^—) добавлением к раствору кислоты, щелочи или другой гидролизующей соли.

Ступенчатый гидролиз.

Гидролиз солей, которые образованы слабыми многоосновными кислотами и сильными основаниями (K₂CO₃, Na₂SiO₃, Li₃, PO₄, K₂S и др.), а так же слабыми многокислотными или амфотерными гидроксидами и сильными кислотами (MgCl₂, Al₂(SO₄)₃, Cu(NO₃)₂, ZnBr₂ и др.) протекает ступенчато:

1. Ступенчатый гидролиз солей, которые образованы слабыми кислотами и сильными основаниями.

Гидролиз многозарядного аниона протекает ступенчато из-за ступенчатой диссоциации многоосновных кислот. При условиях он протекает по первой ступени. Например:

Na₂S

NaOH H₂S

сильное слабая

основание кислота

H₂S – 2хосновная кислота, поэтому гидролиз идет в 2 ступени.

1 ступень:

S^2-+H⁺OH^— HS^—+OH^—

Na₂S+H₂O NaHS+ NaOH

кислая

соль

Но если раствор разбавить или нагреть, то будет протекать 2я ступень гидролиза.

2 ступень (гидролиз кислой соли, которая образовалась в результате гидролиза по 1й ступени)

NaHS

NaOH H₂S

сильное слабая

основание кислота

t^O

HS^—+H⁺OH^— H₂S +OH^—

слабая

кислота

t^O

NaHS+H₂O H₂S+NaOH

В результате протекания гидролиза по второй ступени раствор Na₂S приобретает более щелочной характер, т.к. в растворе увеличивается концентрация OH^— ионов.

II.Ступенчатый гидролиз солей, которые образованы слабыми многокислотными основаниями и сильными кислотами.

Fe(NO₃)₃

Fe(OH)₃ HNO₃

слабое сильная

основание кислота

Fe(OH)₃ – трехкислотное амфотерное основание, поэтому гидролиз идет по трем ступеням.

1 ступень:

Fe³⁺+H⁺OH^— FeOH²⁺+H⁺

гидроксо

катион

Fe(NO₃)₃+H₂O FeOH(NO₃)₂+HNO₃

основная

соль

Если раствор разбавить или нагреть, то будет идти 2я ступень (гидролиз соли, образованной в результате гидролиза по первой ступени).

2 ступень:

FeOH(NO₃)₂

Fe(OH)₃ HNO₃

слабое сильная

основание кислота

t^O

FeOH²⁺+H⁺OH ^— Fe(OH) ₂⁺ +H⁺

дигидроксо

катион

t^O

FeOH(NO₃)₂+H₂O Fe(OH)₂NO₃+HNO₃

основная

соль

Если еще сильнее разбавить или нагреть, будет протекать 3я ступень (гидролиз соли, образованной по 2й ступени).

3 ступень:

Fe(OH)₂NO₃

Fe(OH)₃ HNO₃

слабое сильная

основание кислота

t^O

Fe(OH)₂⁺+H⁺OH ^— Fe(OH)₃+H⁺

Fe(OH)₂NO₃+H₂О ^— Fe(OH)₃+HNO₃

В результате протекания гидролиза по 2й и 3й ступеням среда раствора Fe(NO₃)₃ становится более кислой, т.к. в растворе увеличивается концентрация ионов водорода (H⁺).

В обычных условиях гидролиз обычно протекает по первой ступени.

Практическая часть (задания с ответами).

Задание 1.

Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза перечисленных ниже солей:

а) K₂S , б) FeCl₃ , в) Al₂(SO₄)₃ , г) Ca(CN)₂

Решение:

а) K₂S

KOH H₂S

сильное слабая

основание кислота

Гидролиз идет по аниону

S^2-+H⁺OH ^— HS^— +OH^—

K₂S+H₂O KHS+KOH

кислая

соль

б ) FeCl₃

Fe(OH)₃ HCl

слабое сильная

основание кислота

Гидролиз идет по катиону

Fe³⁺+H⁺OH ^— FeOH²⁺+H⁺

FeCl₃+H₂O FeOHCl₂+HCl

основная

соль

в ) Al₂(SO₄)₃

Al(OH)₃ H₂SO₄

слабое сильная

основание кислота

Гидролиз идет по катиону

Al³⁺+H⁺OH^— AlOH²⁺+H⁺

Al₂(SO₄)₃+2H₂O 2AlOHSO₄+H₂SO₄

г) Ca(CN)₂

Ca(OH)₂ HCN

сильное слабая

основание кислота

Гидролиз идет по аниону

CN^—+H⁺OH^— HCN+ОH^—

Ca(CN)₂+2H₂O 2HCN+Ca(OH)₂

Задание 2.

Какие из перечисленных ниже солей будут подвергаться гидролизу. Выразите их гидролиз ионными уравнениями и укажите реакцию их растворов:

CrCl₃, K₂CO₃, NaCN, CaBr₂, NaNO₃, K₂SO₄.

Решение:

CrCl₃

Cr(OH)₃ HCl

слабое сильная

основание кислота

Гидролиз по катиону, среда кислая

Cr³⁺+H⁺OH^— CrOH²⁺+H⁺

K₂ CO₃

KOH H₂CO₃

сильное слабая

основание кислота

Гидролиз идет по аниону, среда щелочная

CO₃^2-+H⁺OH^— HCO₃^— +OH^—

Na CN

NaOH HCN

сильное слабая

основание кислота

Гидролиз идет по аниону, среда щелочная

CN^—+H⁺OH^— HCN+OH^—

Ca Br₂

Ca(OH)₂ HBr

сильное сильная

основание кислота

Гидролиз не идет, среда нейтральная

Na NO₃

NaOH HNO₃

сильное сильная

основание кислота

Гидролиз не идет, среда нейтральная

K₂ SO₄

KOH H₂SO₄

сильное сильная

основание кислота

Гидролиз не идет, среда нейтральная

Задание 3.

Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза Ca(CH₃COO)₂ и NaClO. Какая из этих солей в большей степени подвергается гидролизу, если константа диссоциации CH₃COOH равна 1,810^-5, а константа диссоциации HClO равна 410^-8 ?

Решение:

Ca (CH₃COO)₂

Ca(OH)₂ CH₃COOH

сильное слабая

основание кислота

Гидролиз по аниону

CH₃COO^—+H⁺OH^— CH₃COOH+OH^—

Ca(CH₃COO)₂+2H₂O 2CH₃COOH+Ca(OH)₂

Na ClO

NaOH HClO

сильное слабая

основание кислота

Гидролиз по аниону

ClO^—+H⁺OH^— HClO+OH^—

NaClO+H₂O HClO+NaOH

т.к. К_Д (CH₃COOH) = 1,810^-5 К_Д (HCl) = 410^-8 , то и (Ca(CH₃COO)₂)(NaClO)

Задание 4.

При сливании растворов CrCl₃ и Na₂S образуется осадок Cr(OH)₃. Объясните его образование и выразите происходящую реакцию уравнением.

Решение:

2CrCl₃+3Na₂S Cr₂S₃+6NaCl

Cr₂S₃+H₂OCr(OH)₃+H₂S

Cr₂ S₃

Cr(OH)₃ H₂S

слабое слабая

основание кислота

Гидролиз идет необратимый (полный)

Cr³⁺+H⁺OH^— CrOH²⁺+H⁺

S^2-+H⁺OH^— HS^—+OH^—

Cr³⁺+S^2-+2H⁺OH^—Cr(OH)₃+H₂S

Задания для самостоятельной работы.

Задание 1.

Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза натриевых солей слабых кислот: азотистой HNO₂, сероводородной H₂S.

Задание 2.

Среди перечисленных веществ: NaCl, AgNO₄, CuSO₄, AlCl₃, NaHCO₃, Na₂CO₃, CaCl₂, FeCO₃, Na₂SiO₃, CuO, Ca₃(PO₄)₂, выберите те, которые

А) гидролизу не подвергаются;

Б) идет гидролиз по катиону;

В) идет гидролиз по аниону (для них составьте уравнения гидролиза);

Г) идет и по катиону и по аниону.

Задание 3.

Напишите уравнение гидролиза следующих солей и определите реакцию среды в растворах этих солей:

CaCl₂, Ca(HCO₃)₂, Ca(NO₃)₂, AgNO₃, CuSO₄, AlCl₃, NaHCO₃, Na₃PO₄, Na₂S.

Задание 4.

Как изменится степень гидролиза карбоната натрия (уменьшится, увеличится, не изменится)

А) при повышении температуры;

Б) при охлаждении раствора;

В) при разбавлении раствора в 3 раза;

Г) при добавлении в раствор карбоната кальция;

Д) при добавлении в раствор щелочи.

Контроль знаний по теме.

1. Нейтральную среду имеет водный раствор:

1. NaNO₃ 3)FeSO₄

2. (NH₄)₂SO₄ 4) Na₂S

2. Кислотность почвы можно увеличить введением раствора:

1. NH₄NO₃ 3)NaCl

2. NaNO₃ 4) Na₂SO₄

3. Гидролиз протекает при растворении в воде:

1. CaBr₂ 3)Na₂SO₄

2. Ba(NO₃)₂ 4) Al₄C₃

4. Гидролизу не подвергается:

1) уксусная кислота;

2) этиловый эфир уксусной кислоты;

3) крахмал;

4) белок.

5. В растворе нитрата алюминия метилоранж имеет окраску:

1) красную;

2) желтую;

3) оранжевую;

4) бесцветную.

6. Щелочную среду имеет раствор:

1) сульфата калия;

2) силиката натрия;

3) хлорида цинка;

4) нитрата аммония.

7. Фенолфталеин приобретает малиновую окраску в растворе:

1) сульфата меди (II);

2) хлорида калия;

3) карбоната натрия;

4) нитрата бария.

8. Кислая среда в растворе:

1) KJ, 2) NaF, 3) NaNO₂, 4) Cu SO_4.

9. В растворе йодида цинка лакмус имеет окраску:

1) красную;

2) синюю;

3) зеленую;

4) фиолетовую.

10. К реакциям гидролиза не относится реакция:

1) CH₃Cl+NaOH_{(раствор)}

2) Na₂CO₃+ H₂O

3) CaC₂+HCl_{(раствор)}

4) C₂H₄+H₂O

11. Щелочную среду имеет растворы:

1) Na₂S и Na₂SO₄;

2) Na₂SO₄ и NaF;

3) NaF и NaNo₂;

4) NaNO₂ и AlCl_3.

12. Кислую среду имеет раствор:

1) ацетата натрия;

2) хлорида бария;

3) фосфата калия;

4) бромида меди (II).

13. Лакмус станет синим в растворе:

1) сульфида калия;

2) сульфата натрия;

3) хлорида цинка;

4) нитрата магния.

14. Кислая среда в растворе:

1) Na HCO₃, 2) FeCl₃, 3) Na₃PO₄, 4) KCl.

15. Установите соответствие между солью и реакцией среды в ее водном растворе:

соль реакция среды

1) нитрат бария; А) кислая;

2) хлорид железа (II); Б) нейтральная;

3) сульфат аммония; В) щелочная.

4) ацетат калия.

1

2	3	4

16. Установите соответствие между названием соли и уравнением ее гидролиза по первой ступени:

название соли: уравнение гидролиза:

1) фосфат натрия; А) PO₄^3-+H₂O HPO₄^2-+OH^—

2) гидрофосфат натрия; Б) HPO₄^2-+H₂O H₂PO₄^—+OH^—

3) сульфид натрия; В) HSO₃^—+H₂O H₂SO₃+OH^—

4) гидросульфид натрия. Г) S^2-+H₂O HS^— +OH^—

Д) HS^— +H₂O H₂S+OH^—

1

2	3	4

17. Установите соответствие между названиями вещества и средой его водного раствора:

Название вещества: среда раствора:

1) сульфат цинка; а) кислотная;

2) нитрат рубидия; б) нейтральная;

3) фторид калия; в) щелочная

4) гидрофосфат натрия.

1

2	3	4

18. Установите соответствия между формулой соли и средой ее водного раствора:

формула соли: среда раствора:

1) HCOOK; а) нейтральная;

2) KMnO₄; б) щелочная;

3) MnCl₂; в) кислотная.

4) Na₂SO₃.

1

2	3	4

19. Установите соответствие между названием соли и уравнением ее гидролиза по первой ступени:

название соли: уравнение гидролиза:

1) сульфит натрия; а) SO₃^2-+H₂O HSO₃^—+OH^—

2) гидросульфит натрия; б) CO₃^2-+ H₂O HCO₃^—+OH^—

3) сульфид натрия; в) HSO₃+H₂O H₂SO₃+OH^—

4) карбонат натрия. г) HCO₃+H₂O H₂CO₃+OH^—

д) S^2-+H₂O HS^—+H⁺

1

2	3	4

20. Установите соответствие между составом соли и типом ее гидролиза в водном растворе:

состав соли: тип гидролиза:

1) FeCl₂ а) по катиону;

2) KNO₃ б) по аниону;

3) Al₂S₃ в) по катиону и аниону;

4) Zn(NO₃)₂ г) гидролизу не подергается.

5) Na₂CO₃

6) CaCl₂

7) KBr

8) CuCl₂

9) K₂CO₃

10) K₂SiO₃

11) K₂S

12) NaBr

13) NH₄(NO₃)

14) NaI

15) CH₃COOK

16) Ba(NO₂)₂

21. установите соответствие между формулой соли и соотношением концентраций ионов H⁺ и OH^— в ее водном растворе:

формула соли: концентрации H⁺ и OH^—

1) ZnCl₂ а) =

2) KI б)

3) Na₂SO₃ в)

4) Al(NO₃)₃

1

2	3	4

Ответы

1

1
2	1
3	4
4	1
5	1
6	2
7	3
8	4
9	1
10	4
11	3
12	4
13	1
14	2

1	2	3	4
15	Б	А	А	В
16	А	Б	Г	Д
17	А	Б	В	В
18	Б	Б	В	Б
19	А	В	Д	Б
21	Б	А	В	Б

20

1

А
2	Г
3	В
4	А
5	Б
6	Г
7	Г
8	А
9	Б
10	Б
11	Б
12	Г
13	А
14	Г
15	Б
16	Б

ЛИТЕРАТУРА:

1. Волович П.М., Бровко М.И. – Готовимся к экзамену по химии. – М.: Рольф; Айрис-пресс. – 2003.

2. Капуцкий Ф.П. – Пособие по химии для поступающих в ВУЗы. – М.: высшая школа. – 2000.

3. Глинка Н.Л. – Общая химия. — СП-б.: Химия – 1999.

4. Глинка Н.Л. – Задачи и упражнения по общей химии. – СП-б.: Химия. – 1999.

5. Кузьменко Н.Е. – Химия. Тесты для школьников. – М.: Оникс 21 век. – 2002.