Група 17Т2

Хімія

Заняття№ 42

Тема:”Гідроліз солей”

       З раніше вивченого вам відомо, що вода — дуже слабкий електроліт і її утворення в реакціях йонного обміну свідчить про односторонній перебіг реакцій, тобто необоротність хімічних процесів, наприклад у реакціях
нейтралізації:                             NaОН + НСl = NaСl + Н2О.
У зворотному напрямку реакція нейтралізації не відбувається, і вам це добре відомо з життєвого досвіду, адже натрій хлорид (кухонну сіль) ви безпечно вживаєте в їжу, знаючи, що ніякої кислоти, ніякого лугу в борщі чи супові не буде. Однак в окремих випадках вода вступає в реакцію йонного обміну з солями, і тоді рН середовища водних розчинів таких
солей стає кислотним чи лужним.
У цьому легко переконатися на такому досліді: виготовити розчини трьох солей — алюміній хлориду, натрій хлориду, натрій карбонату —і випробувати їх індикатором метиловим оранжевим .

На малюнку показано результат досліду. У розчині алюміній хлориду колір індикатора змінився на червоний, натрій карбонату — на жовтий, а в розчині натрій хлориду залишився без змін.

     Чому середовище водних розчинів солей виявилося різним? Звідки в розчині алюміній хлориду з’явилися катіони Гідрогену, а в розчині натрій карбонату гідроксид-аніони, адже чутливий індикатор виявив їх безпомилково? Це пояснюється особливостями електролітичної дисоціації води та йонним складом солей.

           Вода як слабкий електроліт.

         Вода належить до дуже слабких електролітів. Експериментально встановлено, що в одному літрі води за
кімнатної температури (22 °С) дисоціює лише 10–7 моль води:
Н2О ⇄ Н+ + ОН–.
У чистій воді, де немає домішок інших речовин, середовище нейтральне, тому що кількості катіонів й аніонів однакові:
[H+] ⇄ [OH–] = 10–7 моль/дм3, рН = 7.
Примітка: [HCl], [H+] — так позначають концентрацію речовин, йонів у розчинах.
Дисоціація води — процес оборотний, одночасно з яким відбувається асоціація (з’єднання) йонів з утворенням молекул води.
            Поняття про гідроліз солей.

       Дослівно «гідроліз» перекладається як розкладання водою. З цим поняттям ви ознайомилися, вивчаючи органічну хімію.
           Гідроліз солей — реакція обміну між сіллю і водою. Більшість реакцій гідролізу солей — оборотні.

Гідроліз буває двох видів: за катіоном та за аніоном. Щоб визначитись з типом гідролізу, потрібно піддати аналізу йонний склад солі. Зробимо це на прикладі солей з досліду, що зображений на малюнку (див.вище).
1. Гідроліз солей за катіоном.
Будь-яку сіль можна розглядати як продукт взаємодії основи з кислотою. На підставі цього, сіль AlСl3 — продукт нейтралізації слабкого електроліту алюміній гідроксиду Al(ОН)3 сильним електролітом хлоридною кислотою НСl. У водному розчині в алюміній хлориду з’являється можливість обмінятись йонами з водою:
AlСl3 ⇄ Al3+ + 3Сl–
НОН ⇄ H+ + ОН–
Цією можливістю «скористаються» лише катіони Алюмінію Al3+, бо алюміній гідроксид — слабкий електроліт, а йонам слабких електролітів властива асоціація (пригадайте умови перебігу реакцій йонного обміну до кінця):
Al3+ + ОН– ⇄ AlОН2+ (перший ступінь гідролізу).
Можливий також другий ступінь гідролізу цієї солі з утворенням катіона Al(ОН)2+ , але він відбувається незначною мірою.
Хлоридна кислота як сильний електроліт перебуватиме у дисоційованому стані й катіони Гідрогену зумовлять кислотне середовище, його pH буде меншим семи.
Для першого ступеня гідролізу алюміній хлориду складемо повне йонне та молекулярне рівняння реакції:
Al3+ + 3Сl– + Н2О ⇄ AlОН2+ + Н+ + 3Сl–;
AlCl3 + H2O ⇄ Al(OH)Cl2 + HCl.
Зверніть увагу: у йонних рівняннях гідролізу солей воду записують у недисоційованому стані.
 Гідроліз солей, утворених катіоном слабкої основи й аніоном сильної кислоти, відбувається за катіоном, середовище розчину такої солі кислотне.

2. Гідроліз солей за аніоном.
Сіль натрій карбонат утворена катіоном сильної основи натрій гідроксиду NaOH та аніоном слабкої карбонатної кислоти Н2CO3. Будучи сильним електролітом, ця сіль повністю дисоціює у водному розчині на катіони Натрію і
карбонат-аніони, і для неї у розчині є можливість обмінятись йонами з водою:
Na2CO3 ⇄ 2Na+ + CO3
Н2О ⇄ Н+ + ОН–
Скористається» цією можливістю карбонат-аніон CO3 2– слабкого електроліту карбонатної кислоти — відбудеться його асоціація з катіоном Гідрогену, утвореного внаслідок дисоціації води:
Н+ + CO3 ⇄ НCO3–.
Утворюється гідрогенкарбонат-аніон НCO3–. Асоціація катіонів Натрію Na+ з гідроксид-аніонами OH– не відбудеться, тому що сильний електроліт натрій гідроксид у водному розчині дисоціює повністю. Гідроксид-аніони ОН– перебуватимуть у розчині в дисоційованому стані і зумовлюватимуть його лужне середовище (pH > 7).
Складемо повне йонне та молекулярне рівняння реакції для першого ступеня гідролізу натрій карбонату:
2Na+ + CO3 + Н2О ⇄ 2Na+ + НCO3– + ОН– ;
Na2CO3 + H2O = NaHCO3 + NaOH.
Як бачимо, катіони Гідрогену, що утворюються внаслідок дисоціації води, приєднались до карбонат-аніону, а гідроксид-аніони залишились у дисоційованому стані. Вони й змінили колір метилового оранжевого з
оранжевого на жовтий.
Гідроліз солей відбувається ступінчасто й найповніше — за першим ступенем: до катіона металічного елемента приєднується один гідроксид-аніон, а до аніона кислотного залишку приєднується один катіон Гідрогену.
Як ви зрозуміли з малюнка (вище), не всі солі піддаються гідролізу. В описаному досліді сіллю, розчин якої має нейтральне середовище, є натрій хлорид NaCl. Чому не відбувся її гідроліз? Пошук відповіді розпочнемо з аналізу йонного складу солі.
Ця сіль утворена двома сильними електролітами — натрій гідроксидом NaОН і хлоридною кислотою HCl. Тому ні за катіоном, ні за аніоном асоціація з протилежно зарядженими йонами води не відбувається. Розчинення цієї солі у воді завершується переходом йонів Натрію і Хлору у розчин (пригадайте механізм електролітичної дисоціації).
Гідроліз солей впливає на рН ґрунтів. Поблизу місць залягання карбонатів середовище ґрунтового розчину лужне, а от гіпс CaSO4 · 2H2O підвищує кислотність ґрунту. Внесення деяких добрив також змінює рН ґрунтів. Наприклад, калій карбонат K2CO3 є одним із калійних добрив. Проте з внесенням добрива, окрім збагачення ґрунту цінним елементом живлення калієм, порушується кислотний баланс ґрунту. Як саме — відповідь ви отримаєте самостійно, виконавши перше завдання
 Завдання 1. Складіть рівняння гідролізу калій карбонату. Яким буде середовище його розчину? Як внесення цього добрива вплине на кислотне середовище ґрунтового розчину? Як зміниться під впливом цього добрива лужне середовище ґрунтового розчину? Сформулюйте рекомендації, у які ґрунти краще вносити це добриво.
Завдання 2. Яка із солей — калій етаноат чи калій нітрат — піддається гідролізу? Відповідь доведіть записами рівнянь електролітичної дисоціації солей і води, йонного та молекулярного рівнянь гідролізу.