Задания на гидролиз солей для подготовки к ЕГЭ
методическая разработка по химии (11 класс) на тему

Подготовка к ЕГЭ-2016 по химии  (задание 30)

Проверяемый элемент содержания:

Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, нейтральная, щелочная

Одним из важнейших свойств солей является гидролиз. Гидролизом называют взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита.

В зависимости от силы кислот и оснований образуемые ими соли делят на четыре типа:

1) соли, образованные катионом сильного основания и анионом сильной кислоты;

2) соли, образованные катионом сильного основания и анионом слабой кислоты;

3) соли, образованные катионом слабого основания и анионом сильной кислотой;

4) соли, образованные катионом слабого основания и анионом слабой кислотой.

Типы солей

Окраска индикаторов

Хотя гидролиз солей – разновидность реакции обмена, технология составления уравнений реакций этого процесса имеет свои особенности. Главное отличие – то, что в этом случае сначала составляют ионное уравнение реакции, а затем не его основе записывают молекулярное.

Алгоритм составления уравнения реакции гидролиза

ВНИМАНИЕ! Диссоциация молекул воды – не происходит. Уравнение диссоциации воды записывается только для того, чтобы правильно составить уравнение гидролиза!!!

1. Анализируют состав соли:

                 NaOH  (сильное основание)

Na2CO3

                 H2CO3  (слабая кислота)

2. Выбирают ион, подвергающийся гидролизу:

Na2CO3 ↔ 2Na+ + CO32-

     HOH ↔   H+   +  OH-

2Na+ + CO32- + HOH ↔ 2Na+ + HCO3- + OH-

3. Из полученного уравнения составляют молекулярное, используя те ионы, которые принимали участие в гидролизе:

Na2CO3 + HOH ↔ NaHCO3 + NaOH 

                                                                                     среда раствора

                                                                                     соли – щелочная

4. Данный алгоритм не относится к случаю так называемого полного гидролиза.

Типы солей и характер их гидролиза

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

Соли этого типа гидролизу не подвергаются, так как при их взаимодействии с водой равновесие ионов H+ и ОН- не нарушается. В растворах таких солей среда остается нейтральной (рН = 7).

                 NaOH  (сильное основание)

NaNO3

                 HNO3 (сильная кислота)

NaNO3 + HOH

2. Соль, образованная катионом сильного основания и анионом слабой кислоты.

Гидролиз этого типа солей иначе называется гидролизом по аниону. Рассмотрим в качестве примера гидролиз K2SO3

                 KOH  (сильное основание)

К2SO3

                 H2SO3  (слабая кислота)

K2SO3 ↔ 2K+ + SO32-

  HOH ↔   H+   +  OH-

2K+ + SO32- + HOH ↔ 2K+ + HSO3- + OH-

K2SO3 + HOH ↔ KHSO3 + KOH

                                                                        среда раствора

                                                                       соли – щелочная

Таким образом, каждый ион Н+ нейтрализует одну единицу отрицательного заряда иона кислотного остатка СО32-, а из молекулы воды НОН освобождаются гидроксид-ион ОН-. Эти ионы гидроксида ОН-, будучи в избытке, придают щелочную реакцию (рН>7).

        Следовательно, растворы солей, образованные сильным основанием и слабой кислотой, имеют щелочную реакцию.

        Данный случай гидролиза обратим.

3. Соль, образованная катионом слабого основания и анионом сильной кислоты.

Гидролиз этого типа солей иначе называют гидролизом по катиону. Рассмотрим гидролиз хлорида меди (II) CuCI2

                 Cu(OH)2  (слабое основание)

СuSO4

                 H2SO4  (сильная кислота)

CuSO4 ↔ Cu2+ + SO42-

  HOH ↔   H+   +  OH-

Cu2+ + SO42- + HOH ↔ CuOH+ + SO42- + H+

2CuSO4 + 2HOH ↔ (CuOH)2SO4 + H2SO4

                                                                                                 среда раствора

                                                                                                  соли – кислая

В растворе наблюдается избыток ионов Н+. Следовательно, растворы солей, образованные слабым основанием и сильной кислотой, имеют кислую реакцию (рН<7).

        Данный случай гидролиза также обратим.

4. Соль, образованная катионом слабого основания и анионом слабой кислоты.

Гидролиз этого типа иначе называют гидролизом по катиону, и аниону. В соли слабого основания и слабой кислоты, например сульфиде алюминия AI2S3, катион ведет себя как кислота, а анион – как – основание:

AI2S3 + 6H2O = 2AI(OH)3 ↓ + 3H2S↑

Реакция идет полностью до конца и гидролиз необратим. Реакция и рН среды растворов данных солей зависит от относительной силы образующихся слабых кислот и оснований и может быть либо нейтральной, либо незначительно смещенной в ту или иную сторону, т.е. слабокислой или слабощелочной.

Смещение химического равновесия при гидролизе

        На процесс гидролиза значительное влияние оказывают концентрация и температура. В соответствии с принципом Ле Шателье рассмотрим влияние этих факторов на положение гидролитического расщепления.

        Разбавление раствора равноценно увеличению концентрации одного из реагирующих веществ (в данном случае воды). Следовательно, равновесие смещается вправо, т.е. гидролиз усиливается. Наоборот, гидролиз концентрированных растворов протекает значительно слабее.

        Изменение температуры влияет на гидролиз вследствие резкой температурной зависимости степени диссоциации воды. С повышением температуры концентрация Н+ и ОН- ионов в растворе резко возрастает, вследствие чего увеличивается вероятность связывания их с образованием малодиссоциированной кислоты или основания. Поэтому с повышением температуры гидролиз протекает полнее.

        Данный вывод подтверждается тем, что реакция нейтрализации экзотермична. Так как гидролиз является противоположным ей процессом, т.е. эндотермичен, то в соответствии с принципом Ле Шателье нагревание вызывает усиление гидролиза.

НЕОБРАТИМЫЙ ГИДРОЛИЗ  НЕОРГАНИЧЕСКИХ  И  ОРГАНИЧЕСКИХ  ВЕЩЕСТВ

Необратимый гидролиз солей кислородсодержащих солей (катион слабого основания и анион слабой кислоты)

При сливании водных растворов карбоната натрия Na2CO3 и хлорида алюминия AICI3 выделяется газ и выпадает осадок. Что это за осадок и какой газ может выделяться в данной обменной реакции? Если мы посмотрим в таблицу растворимости, то в клетке, соответствующей карбонату алюминия, увидим прочерк. В данном случае это означает, что соль разлагается водой, т.е. протекает ее необратимый гидролиз.

В водном растворе и катион алюминия (соответствующий нерастворимому в воде гидроксиду), и  карбонат-анион (соответствующий слабой кислоте) подвержены гидролизу. Гидролиз катиона AI3+ протекает с образованием катионов водорода, гидролиз аниона СО32- сопровождается выделением в раствор гидроксид-анионов. При сливании двух растворов за счет взаимного связывания ионов Н+ и ОН- происходит смещение равновесия обоих процессов вправо вплоть до необратимого протекания гидролиза:

AI3+ + H2O ↔ AIOH2+ + H+

CO32- + H2O ↔ HCO3- + OH-

                                                                                      3CO2↑

2AI3+ + 3CO32- + 6H2O ↔ 2AI(OH)3↓ + 3H2CO3 

                                                                                      3H2O

Подобным образом полностью гидролизуются сульфиты алюминия и хрома (III), карбоната железа (III) и некоторые другие соли кислородсодержащих кислот. Их нельзя получить реакцией обмена между водными растворами двух солей, содержащих соответствующие ионы.

Необратимый гидролиз бинарных соединений металл – неметалл

Помимо некоторых солей кислородсодержащих кислот, необратимому гидролизу могут подвергаться соли кислот бескислородных. Например, сульфиды алюминия, хрома (III), железа (III) при попадании в воду выделяют сероводород и образуют нерастворимое в воде основание:

Fe2S3 + 6H2O = 2Fe(OH)3↓ + 3H2S↑

Аналогично необратимо гидролизуются карбиды, нитриды, фосфиды активных металлов:

CaC2        +     2H2O = C2H2↑ + Ca(OH)2

Карбид кальция                   ацетилен

AI4C3        +     12H2O = 3CH4↑ + 4AI(OH)3↓

Карбид алюминия                   метан

Li3N         + 3H2O = NH3 + 3LiOH

Нитрид лития                     Аммиак

Mg3P2       + 6H2O = 2PH3 + 3Mg(OH)2↓

Фосфид магния                      Фосфин

Необратимый гидролиз двухэлементных (бинарных) соединений неметаллов

Многие бинарные соединения неметаллов «не выдерживают» испытания водой и необратимо гидролизуются с образованием, как правило, двух кислот: кислородсодержащей (менее электроотрицательный элемент в бинарном соединении) и бескислородной (более электроотрицательный элемент).

SiCI4 + 3H2O = H2SiO3 + 4HCI

P2S5 + 8H2O = 2H3PO4 + 5H2S

Гидролиз органических соединений

               О

             //

СН3 – С             + Н2О     =    СН3 – СООН   +  HCI

             \                              Уксусная кислота

             СI

Ацетилхлорид              

В живых организмах одним из путей метаболизма жиров является их гидролиз. В кишечнике под влиянием фермента липазы жиры распадаются на глицерин и органические кислоты, которые всасываются стенками кишечника, и в организме синтезируются новые жиры, свойственные данному организму:

СН2 – О – СО – С17Н35                                               СН2 – ОН

│                                                                                   │

СН – О – СО – С17Н35         + 3Н2О        ↔                СН – ОН         + 3С17Н35СООН

│                                                                                   │

СН2 – О – СО – С17Н35                                               СН2 – ОН

Тристеарат глицерина                                            Глицерин              Стеариновая кислота

Большое значение имеет также гидролиз углеводов. Углеводы, содержащие два и более остатка моносахаридов (вплоть до полисахаридов), подвергаются гидролизу. Конечными продуктами такого процесса являются составляющие молекулу моносахариды.

Гидролиз дисахаридов, например сахарозы, можно представить следующей схемой:

С12Н22О11  + Н2О = С6Н12О6  + С6Н12О6

сахароза               глюкоза       фруктоза

Полисахариды гидролизуются ступенчато:

                      +Н2О                                  +Н2О                           +Н2О

(С6Н10О5)n                          (C6H10O5)x                    C12H22O11                         C6H12O6

  крахмал                       декстрины (х

 Гидролиз углеводов катализируется кислотами, а в живых организмах – ферментами. В промышленности гидролизом крахмала получают глюкозу и патоку (смесь декстринов, мальтозы и глюкозы).

Гораздо труднее гидролизуется другой важнейший полисахарид – целлюлоза. Гидролиз целлюлозы в промышленности проводят при длительном кипячении непищевого растительного сырья в присутствии кислоты: отходов лесозаготовки и деревообработки. Процесс также идет ступенчато:

(С6Н10О5)n  + nН2О = n C6H12O6

Целлюлоза                глюкоза

Также гидролизу подвергаются белки.

СОЛИ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ

Растворимые средние соли фосфорной кислоты подвергаются гидролизу по аниону кислоты и их растворы имеют сильно щелочную реакцию:

          Na3PO4 + HOH → Na2HPO4 + NaOH

          HOH + PO43- → HPO42- + OH-

Кислые соли фосфорной кислоты (особенно дигидрофосфаты) гидролизуются в значительно меньшей степени, кроме того, образующиеся при этом продукты гидролиза: H2PO4–, H3PO4 – могут частично диссоциировать с образованием ионов Н+. Поэтому в растворах гидрофосфатов среда является слабощелочной, а в растворах дигидрофосфатов даже слабокислой, т.к. процесс диссоциации H2PO4–-ионов превалирует над процессом их гидролиза.

Тренировочные задания:

ОТВЕТЫ:

1 – 1324

2 – 3334

3 – 1441

4 – 3232

5 – 3134

6 – 3421

7 – 3322

8 – 3421

9 – 3332

10 – 4312

11 – 3332

12 – 2231

13 – 2131

14 – 4231

15 – 3322

16 – 3211

17 – 1313

18 – 3213

19 – 3142

20 – 3141

21 – 1213

22 – 4313

23 – 2121

24 – 1231

25 – 2122

26 – 2431

27 – 2421

28 – 3322

29 – 2222

30 – 2121