Гидролиз солей и среда растворов
Темы кодификатора ЕГЭ: Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, нейтральная, щелочная. Водородный показатель (pH). Окраска индикаторов.
1. Что такое гидролиз?
Гидролиз (от греч. hydor — вода и lysis — разложение) — это взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита и изменению среды раствора (pH).
Золотое правило гидролиза: «Вода разрушает СЛАБОЕ» (сильное выдерживает удар).
- Гидролиз идет по тому иону, который соответствует слабому электролиту (кислоте или основанию).
- Среду раствора определяет сильный ион (побеждает сильнейший).
Вопрос 1: Суть процесса
ПроверкаПочему водный раствор чистого хлорида натрия ($NaCl$) имеет нейтральную среду, а раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$) — щелочную?
Ответ: Хлорид натрия не подвергается гидролизу, а карбонат натрия гидролизуется по аниону слабой кислоты.
Пояснение: В $Na_2CO_3$ есть анион слабой угольной кислоты ($CO_3^{2-}$). Вода «разрушает» его, оставляя в растворе избыток ионов $OH^-$, что и дает щелочную среду.
Вопрос 2: Золотое правило
ПроверкаПо какому иону (катиону или аниону) идет гидролиз соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой?
Ответ: По аниону (по слабому компоненту).
Пояснение: Золотое правило: гидролиз всегда идет по тому иону, который соответствует слабому электролиту. Среда же определяется сильным компонентом (в данном случае она будет щелочной).
2. Сила кислот и оснований
Чтобы определять тип гидролиза, нужно твердо знать, что является сильным, а что слабым.
| Основания (Катионы) | Кислоты (Анионы) |
|---|---|
|
СИЛЬНЫЕ (Щелочи) Гидроксиды активных металлов: 1. LiOH (Гидроксид лития) 2. NaOH (Едкий натр) 3. KOH (Едкое кали) 4. RbOH (Гидроксид рубидия) 5. CsOH (Гидроксид цезия) 6. Ca(OH)₂ (Гашеная известь) 7. Sr(OH)₂ (Гидроксид стронция) 8. Ba(OH)₂ (Едкий барит) |
СИЛЬНЫЕ КИСЛОТЫ (15+ примеров) 1. HCl (Соляная) 2. HBr (Бромоводородная) 3. HI (Йодоводородная) 4. HNO₃ (Азотная) 5. H₂SO₄ (Серная) 6. HClO₄ (Хлорная) 7. HClO₃ (Хлорноватая) 8. HBrO₄ (Бромная) 9. HBrO₃ (Бромноватая) 10. HIO₄ (Йодная) 11. HMnO₄ (Марганцовая) 12. H₂CrO₄ (Хромовая) 13. H₂Cr₂O₇ (Дихромовая) 14. H₂SeO₄ (Селеновая) 15. HSCN (Роданистоводородная) |
|
СЛАБЫЕ ОСНОВАНИЯ (15+ примеров) Растворимые: 1. NH₄OH (Гидрат аммиака) Нерастворимые (осадки): 2. Mg(OH)₂ (Гидроксид магния) 3. Fe(OH)₂ (Гидр. железа II) 4. Fe(OH)₃ (Гидр. железа III) 5. Cu(OH)₂ (Гидр. меди II) 6. Al(OH)₃ (Гидр. алюминия) 7. Zn(OH)₂ (Гидр. цинка) 8. Cr(OH)₃ (Гидр. хрома III) 9. Be(OH)₂ (Гидр. бериллия) 10. Mn(OH)₂ (Гидр. марганца II) 11. Ni(OH)₂ (Гидр. никеля II) 12. Co(OH)₂ (Гидр. кобальта II) 13. Pb(OH)₂ (Гидр. свинца II) 14. Sn(OH)₂ (Гидр. олова II) 15. Bi(OH)₃ (Гидр. висмута III) |
СЛАБЫЕ КИСЛОТЫ (15+ примеров) 1. HF (Плавиковая) 2. H₂S (Сероводородная) 3. HNO₂ (Азотистая) 4. H₂SO₃ (Сернистая) 5. H₂CO₃ (Угольная) 6. H₂SiO₃ (Кремниевая) 7. H₃PO₄ (Ортофосфорная) 8. HCN (Синильная) 9. HClO (Хлорноватистая) 10. HClO₂ (Хлористая) 11. HBrO (Бромноватистая) 12. HIO (Йодноватистая) 13. CH₃COOH (Уксусная) 14. HCOOH (Муравьиная) 15. H₂C₂O₄ (Щавелевая) 16. H₃BO₃ (Борная) |
Вопрос 1: Классификация электролитов
ПроверкаКакие из перечисленных кислот являются слабыми и будут вызывать гидролиз солей по аниону? $HNO_3, H_2S, HClO_4, CH_3COOH$.
Ответ: $H_2S$ и $CH_3COOH$.
Пояснение: Сероводородная и уксусная кислоты — слабые электролиты. Их соли будут гидролизоваться по аниону. Азотная и хлорная кислоты — сильные, их анионы гидролизу не подвергаются.
Вопрос 2: Нерастворимые гидроксиды
ПроверкаБудет ли подвергаться гидролизу сульфат железа(II) ($FeSO_4$)?
Ответ: Да, по катиону.
Пояснение: Железо(II) образует нерастворимое (а значит, слабое) основание $Fe(OH)_2$. Поэтому катион $Fe^{2+}$ является слабым и вступает в реакцию гидролиза с молекулами воды.
3. Типы гидролиза
1. Соль: Катион СИЛЬНОГО основания + Анион СИЛЬНОЙ кислоты
Примеры: NaCl, K₂SO₄, Ba(NO₃)₂, CaCl₂ (Ca(OH)₂ — сильное).
Гидролиз: НЕ ИДЕТ.
Среда: НЕЙТРАЛЬНАЯ (pH = 7).
Слабых ионов нет, разрушать нечего.
2. Соль: Катион СЛАБОГО основания + Анион СИЛЬНОЙ кислоты
Примеры: NH₄Cl, CuSO₄, AlCl₃, Fe(NO₃)₃, MgCl₂.
Гидролиз: ПО КАТИОНУ (слабый катион).
Среда: КИСЛАЯ (pH < 7).
Объяснение: Сильная кислота "побеждает" → среда кислая.
3. Соль: Катион СИЛЬНОГО основания + Анион СЛАБОЙ кислоты
Примеры: Na₂CO₃, K₃PO₄, CH₃COONa, K₂S, LiNO₂.
Гидролиз: ПО АНИОНУ (слабый анион).
Среда: ЩЕЛОЧНАЯ (pH > 7).
Объяснение: Сильное основание "побеждает" → среда щелочная.
4. Соль: Катион СЛАБОГО основания + Анион СЛАБОЙ кислоты
Примеры: CH₃COONH₄, (NH₄)₂CO₃, Al₂S₃.
Гидролиз: И ПО КАТИОНУ, И ПО АНИОНУ (полный).
Среда: БЛИЗКА К НЕЙТРАЛЬНОЙ (зависит от констант, в ЕГЭ часто считают ≈7).
Некоторые соли (Al₂S₃, Cr₂S₃) разлагаются водой полностью с выделением газа и осадка (необратимый гидролиз).
2AlCl₃ + 3Na₂S + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑ + 6NaCl
Важное исключение: Кислые соли
Обычно кислая соль дает среду, определяемую сильным компонентом, но есть нюансы:
- Сильнокислая среда: KHSO₄, NaHSO₄ (как сильная кислота).
- Слабокислая среда: NaH₂PO₄, NaHSO₃ (диссоциация H⁺ преобладает над гидролизом).
- Слабощелочная среда: NaHCO₃, K₂HPO₄, KHS (гидролиз преобладает над диссоциацией).
Вопрос 1: Определение типа гидролиза
ПроверкаКак гидролизуется нитрат аммония ($NH_4NO_3$)?
Ответ: По катиону.
Пояснение: Соль образована слабым основанием (гидрат аммиака) и сильной азотной кислотой ($HNO_3$). Следовательно, вода взаимодействует со слабым катионом ($NH_4^+$).
Вопрос 2: Сложные случаи (Кислые соли)
ПроверкаКакую среду имеет водный раствор гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$ — обычной пищевой соды)?
Ответ: Слабощелочную.
Пояснение: У многих кислых солей слабых кислот (гидрокарбонатов, гидросульфидов) процесс гидролиза аниона преобладает над процессом его дальнейшей диссоциации, поэтому в растворе накапливаются ионы $OH^-$.
4. Среда раствора (pH)
В химии для количественной характеристики среды используют водородный показатель pH.
Нейтральная среда: чистая вода, растворы солей сильного основания и сильной кислоты.
Вопрос 1: Среда раствора
ПроверкаРастворы каких солей из перечисленных будут иметь pH < 7? 1) $K_2S$; 2) $ZnCl_2$; 3) $Na_2SO_4$; 4) $Al(NO_3)_3$.
Ответ: 2) $ZnCl_2$ и 4) $Al(NO_3)_3$.
Пояснение: Кислая среда (pH < 7) характерна для солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой. Это соли цинка и алюминия (сильные кислоты здесь — соляная и азотная).
Вопрос 2: Влияние температуры
ПроверкаКак изменится (усилится или ослабнет) гидролиз соли при сильном нагревании раствора?
Ответ: Усилится.
Пояснение: Гидролиз — это эндотермический процесс (он поглощает тепло, так как является процессом, обратным экзотермической нейтрализации). По принципу Ле Шателье нагревание смещает равновесие вправо, усиливая гидролиз.
5. Индикаторы
Вещества, меняющие цвет в зависимости от среды.
| Индикатор | В кислой среде | В нейтральной | В щелочной |
|---|---|---|---|
| Лакмус | Красный | Фиолетовый | Синий |
| Метилоранж | Розовый | Оранжевый | Желтый |
| Фенолфталеин | Бесцветный | Бесцветный | Малиновый |
Вопрос 1: Анализ индикаторов
ПроверкаКакой цвет приобретет фиолетовый лакмус в водном растворе сульфида калия ($K_2S$)?
Ответ: Синий.
Пояснение: Сульфид калия образован сильным основанием ($KOH$) и слабой кислотой ($H_2S$). Среда раствора щелочная. Лакмус в щелочной среде всегда синеет.
Вопрос 2: Совместный гидролиз
ПроверкаЧто произойдет (какие визуальные признаки) при сливании водных растворов хлорида алюминия ($AlCl_3$) и карбоната натрия ($Na_2CO_3$)?
Ответ: Выпадет белый осадок и выделится бесцветный газ.
Пояснение: Протекает полный (взаимный) необратимый гидролиз. Образуется желеобразный осадок гидроксида алюминия $Al(OH)_3$ и бурно выделяется углекислый газ $CO_2$.