Теоретические основы и примеры экзаменационных заданий ЕГЭ по химии в теме Гидролиз неорганических соединений

Гидролиз неорганических веществ

Ионообменной реакции с водой - гидролизу, подвергаются многие неорганические и органические вещества. Это приходится учитывать при хранении растворов, например, лекарств, или сухих веществ во влажной атмосфере.

В случае взаимодействия аниона растворенной соли с водой процесс называется гидролизом соли по аниону:

1) KNO₂  K⁺ + NO₂⁻ (диссоциация)

2) NO₂ ^― + HOH  HNO₂ + OH⁻ (гидролиз)

Диссоциация соли KNO₂ протекает полностью, а диссоциация азотистой кислоты HNO₂ ничтожна, поэтому раствор стал щелочным (среди продуктов присутствует ион OH⁻).

Гидролизу подвергаются анионы только слабых кислот (в данном примере − нитрит-ион NO₂⁻ , отвечающий слабой азотистой кислоте HNO₂). Анион слабой кислоты обладает способностью захватывать катион водорода у молекулы воды, образуя молекулу соответствующей кислоты или кислый анион и оставляя в растворе гидроксид-ион OH⁻.

Степень протекания гидролиза увеличивается в ряду анионов:

F⁻, NO₂⁻, CH₃COO⁻, SO₃²⁻, ClO⁻, CN⁻, CO₃²⁻, PO₄³⁻, S²⁻, SiO₃²⁻

Примеры реакций гидролиза анионов:

а) СO₃²⁻ + HOH  HСO₃⁻ + OH⁻

б) PO₄³⁻ + HOH  HPO₄²⁻ + OH⁻

в) S²⁻ + HOH  HS⁻ + OH⁻

Ионы CO₃²⁻, PO₄³⁻ и S²⁻ подвергаются гидролизу в большей степени, чем NO₂⁻. Причина этого состоит в том, что сила соответствующих кислот в указанном ряду (азотистая − угольная по второй ступени − ортофосфорная по третьей ступени − сероводородная по второй ступени) убывает. Поэтому растворы солей Na₂CO₃, K₃PO₄ и BaS будут сильнощелочными (рН > 7).

Соли, образованные катионом сильного основания и анионом слабой кислоты, подвергаются гидролизу по аниону и создают в растворе щелочную среду.

Гидролиз солей по катиону

В случае взаимодействия катиона растворенной соли с водой процесс называется гидролизом соли по катиону:

1) Ni(NO₃)₂  Ni²⁺ + 2NO₃⁻ (диссоциация)

2) Ni²⁺ + HOH  NiOH⁺ + H⁺ (гидролиз)

Диссоциация соли Ni(NO₃)₂ протекает полностью, а гидролиз катиона NiОН⁺ в очень малой степени, поэтому среда стала кислотной (среди продуктов присутствует ион H⁺).

Гидролизу подвергаются катионы только малорастворимых основных и амфотерных гидроксидов и катион аммония NH₄⁺. Катион металла, захватывая у молекулы воды гидроксил, освобождает катион водорода H⁺ (катион оксония H₃O⁺).

В результате раствор становится кислотным (избыток катионов оксония H₃O⁺, рН < 7).

Катион аммония в результате гидролиза образует слабое основание − гидрат аммиака и катион водорода (катион оксония):

NH₄⁺ + H₂O  NH₃•H₂O + H⁺

Степень гидролиза катионов увеличивается в ряду

Ni²⁺, La³⁺, Mn²⁺, NH₄⁺, Co²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Pb²⁺, Al³⁺, Sc³⁺, Cr³⁺, Fe³⁺

Другие примеры:

а) Zn²⁺ + H₂O  ZnOH⁺ + H⁺ (α = 0,05%)

б) Cr³⁺ + H₂O  CrOH²⁺ + H⁺ (α = 3,3%)

в) Fe³⁺ + H₂O  FeOH²⁺ + H⁺ (α = 22,8%)

Соли, образованные катионом малорастворимого основного или амфотерного гидроксида и анионом сильной кислоты, подвергаются гидролизу по катиону и образуют в растворе кислотную среду.

Гидролиз по катиону и аниону

Соли, образованные катионами малорастворимых основных или амфотерных гидроксидов и анионами слабых кислот подвергаются полному гидролизу.

Например, некоторые фториды и ацетаты этих металлов хорошо растворимы в воде; они гидролизуются по катиону и аниону (в разной степени). Среда раствора определяется тем ионом соли, у которого степень гидролиза выше (в большинстве случаев выше степень гидролиза катионов и среда раствора слабокислотная).

Например, гидролиз фторида меди(+2) протекает по схеме:

CuF₂  Cu²⁺ + 2F⁻

Cu²⁺ + HOН  CuOH⁺ + H⁺ (α = 0,068%)

F⁻ + HOН  HF + OH⁻ (α = 0,0012%)

Преобладает кислотная среда, так как степень гидролиза по катиону выше.

То же наблюдается в растворах солей аммония − фторида аммония NH₄F (среда кислотная), ацетата аммония NH₄CH₃COO (среда практически нейтральная из-за одинаковой степени гидролиза по катиону и по аниону) и цианида аммония NH₄CN (среда щелочная).

Многие соединения, синтезируемые «сухим» способом − например карбонат железа(II), сульфид алюминия − при попытке получения обменной реакцией в водном растворе подвергаются полному необратимому гидролизу с образованием основных солей или гидроксидов, а также соответствующих кислот или кислотных оксидов:

а) 2Fe²⁺ + 2CO₃²⁻ + HOН  Fe₂CO₃(OH)₂↓ + CO₂↑

б) 2Al³⁺ + 3S²⁻ + 6HOН  2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑

Гидролиз бинарных соединений

Многие вещества, относящиеся к классу бинарных соединений и не являющиеся солями, не могут существовать в водном растворе, поскольку подвергаются полному необратимому гидролизу:

Mg₃N₂ + 8HOН  3Mg(OH)₂ + 2NH₃ • H₂O

CaC₂ + 2HOН  Ca(OH)₂ + C₂H₂

Поскольку гидролиз бинарных соединений протекает необратимо, следует оберегать их от контакта с водой и влажным воздухом.

Гидролиз в заданиях ЕГЭ по химии

• Фенолфталеин можно использовать для обнаружения в водном растворе соли

1. ацетата алюминия
   
   2) нитрата калия
   
   3) сульфата алюминия
   
   4) карбоната натрия

Фенолфталеин - индикатор на щелочную среду, в которой он принимает малиновую окраску. В растворе соли щелочная среда может возникнуть при гидролизе по аниону. Анализируем:

1) ацетат алюминия, полный гидролиз, среда слабокислая;

2) нитрат калия, кислота и основание сильные, гидролиз не идет, среда нейтральная;

3) сульфат алюминия, сильная кислота и слабое основание, гидролиз по катиону, среда кислая;

4) карбонат натрия ― соль, образованная слабой кислотой и сильным основанием: гидролиз по аниону, среда щелочная:

Na₂СO₃+ HOH  HСO₃^- + OH ^- + 2Na⁺

Ответ: 4

• Среда раствора силиката калия
  
  1) щелочная 2) кислая 3) нейтральная 4) слабокислая

• Установите соответствие между формулой соли и ионным уравнением гидролиза этой соли: