Гидролиз солей
Гидролиз солей — обменное взаимодействие ионов соли с водой, при котором образуется слабый электролит и меняется среда раствора. Поэтому раствор соды Na₂CO₃ щелочной, раствор хлорида аммония NH₄Cl кислый, а раствор поваренной соли NaCl нейтральный. Гидролизуются только соли, в состав которых входит ион слабой кислоты или слабого основания: по аниону, по катиону или по обоим ионам сразу.
Что такое гидролиз солей и почему он идёт
В воде всегда есть немного ионов H⁺ и OH⁻. Если в раствор попадает анион слабой кислоты, например CO₃²⁻, он связывает ионы H⁺ воды в малодиссоциирующий ион HCO₃⁻. Ионы OH⁻ остаются в избытке — среда становится щелочной. Катион слабого основания, например NH₄⁺ или Cu²⁺, наоборот, связывает OH⁻, в избытке остаются H⁺ — среда кислая.
Гидролиз — процесс, обратный нейтрализации. Нейтрализация сильной кислоты сильным основанием идёт практически до конца, а обратный процесс для их соли не идёт. Если кислота или основание слабые, обратная реакция заметна, и соль гидролизуется. Какие кислоты и основания сильные, а какие слабые, — в таблице на странице электролитическая диссоциация.
Обычно гидролиз обратим и идёт в малой степени: в растворе соды обычной концентрации гидролизованы лишь несколько процентов карбонат-ионов. Гидролиз усиливается при нагревании (это эндотермический процесс) и при разбавлении. Добавка кислоты подавляет гидролиз по катиону, добавка щёлочи — по аниону. Это частные случаи принципа Ле Шателье (см. химическое равновесие).
Типы гидролиза солей: таблица
Любую соль можно представить как продукт реакции основания с кислотой. По силе этих «родителей» соли делят на четыре типа:
| Соль образована | Примеры | Гидролиз | Среда, pH |
|---|---|---|---|
| сильным основанием и сильной кислотой | NaCl, KNO₃, Na₂SO₄ | не идёт | нейтральная, pH = 7 |
| сильным основанием и слабой кислотой | Na₂CO₃, Na₂S, CH₃COONa, Na₂SiO₃ | по аниону | щелочная, pH > 7 |
| слабым основанием и сильной кислотой | NH₄Cl, CuSO₄, AlCl₃, ZnCl₂, FeCl₃ | по катиону | кислая, pH < 7 |
| слабым основанием и слабой кислотой | CH₃COONH₄, (NH₄)₂CO₃, Al₂S₃ | по катиону и по аниону | близкая к нейтральной; часть таких солей гидролизуется необратимо |
Короткое правило: гидролизуется ион слабого электролита, а среду задаёт более сильный «родитель». Na₂CO₃ — соль сильного основания NaOH и слабой угольной кислоты: гидролиз идёт по аниону CO₃²⁻, среда щелочная. У солей четвёртого типа среда зависит от того, какой из двух электролитов слабее.
Как составить уравнение гидролиза
- Определите, какими основанием и кислотой образована соль: Na₂CO₃ — это NaOH (сильное основание) и H₂CO₃ (слабая кислота).
- Найдите ион слабого электролита — он и гидролизуется (здесь CO₃²⁻). Если оба «родителя» сильные, гидролиза нет.
- Напишите сокращённое ионное уравнение: ион + H₂O ⇄ … Для многозарядного иона — только первая ступень, одна молекула воды на один ион.
- Определите среду: образовались ионы OH⁻ — щелочная, ионы H⁺ — кислая.
- Добавьте к ионам остальные ионы соли — получится молекулярное уравнение.
Гидролиз по аниону
Гидролизуются соли сильного основания и слабой кислоты. Анион слабой кислоты отнимает у молекулы воды ион H⁺, и в растворе остаётся OH⁻.
Ацетат натрия:
CH₃COO⁻ + H₂O ⇄ CH₃COOH + OH⁻
CH₃COONa + H₂O ⇄ CH₃COOH + NaOH
Карбонат натрия. Двухзарядный анион гидролизуется ступенчато, и при обычных условиях практически только по первой ступени, поэтому продукт гидролиза — кислая соль, а не угольная кислота:
CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻
Na₂CO₃ + H₂O ⇄ NaHCO₃ + NaOH
Вторая ступень HCO₃⁻ + H₂O ⇄ H₂CO₃ + OH⁻ идёт в ничтожной степени. Щелочная среда — причина, по которой соду издавна используют для мытья посуды: щёлочь помогает удалять жиры.
Сульфид натрия:
S²⁻ + H₂O ⇄ HS⁻ + OH⁻
Na₂S + H₂O ⇄ NaHS + NaOH
Гидролиз по катиону
Гидролизуются соли слабого основания и сильной кислоты. Катион связывает гидроксид-ион из молекулы воды, и в растворе накапливаются ионы H⁺.
Хлорид аммония:
NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃·H₂O + H⁺
NH₄Cl + H₂O ⇄ NH₃·H₂O + HCl
Сульфат меди(II). Многозарядный катион тоже гидролизуется по первой ступени: образуется гидроксокатион, а в молекулярном уравнении — основная соль:
Cu²⁺ + H₂O ⇄ CuOH⁺ + H⁺
2CuSO₄ + 2H₂O ⇄ (CuOH)₂SO₄ + H₂SO₄
Хлорид алюминия:
Al³⁺ + H₂O ⇄ AlOH²⁺ + H⁺
AlCl₃ + H₂O ⇄ Al(OH)Cl₂ + HCl
Так же гидролизуются соли цинка, железа(II) и железа(III): Fe³⁺ + H₂O ⇄ FeOH²⁺ + H⁺. Раствор FeCl₃ при хранении мутнеет и буреет из-за гидролиза, поэтому его подкисляют соляной кислотой. Кислую среду имеют и растворы удобрений NH₄NO₃ и (NH₄)₂SO₄ — это важно для кислотности почвы.
Как определить среду раствора соли индикатором
Для растворов солей лучше всего подходит универсальный индикатор. Слабокислую среду растворов солей лакмус и метилоранж почти не замечают, а универсальный индикатор показывает её сразу. Фенолфталеин хорошо показывает щелочную среду соды (малиновый цвет), но в кислой и нейтральной среде одинаково бесцветен. Подробнее о цветах — на странице кислотно-основные индикаторы.
- Откройте свободный режим лаборатории и выберите пробирку.
- Налейте раствор Na₂CO₃ и добавьте универсальный индикатор. Запишите цвет.
- Нажмите «Вымыть» и повторите опыт с растворами NH₄Cl, NaCl, AlCl₃ и CuSO₄.
- Для проверки налейте соду в чистую пробирку и капните фенолфталеин — раствор станет малиновым.
| Раствор | Гидролиз | Универсальный индикатор | Среда |
|---|---|---|---|
| Na₂CO₃ | по аниону | синий | щелочная |
| NaCl | нет | жёлто-зелёный | нейтральная |
| NH₄Cl | по катиону | оранжево-жёлтый | кислая |
| AlCl₃ | по катиону | оранжево-жёлтый | кислая |
| CuSO₄ | по катиону | оранжево-жёлтый | кислая |
В реальном опыте раствор AlCl₃ обычно кислее раствора NH₄Cl той же концентрации: трёхзарядный ион Al³⁺ гидролизуется сильнее.
| Индикатор | Кислая среда (pH < 7) | Нейтральная (pH = 7) | Щелочная (pH > 7) |
|---|---|---|---|
| Лакмус | красный | фиолетовый | синий |
| Фенолфталеин | бесцветный | бесцветный | малиновый |
| Метиловый оранжевый | розовый | оранжевый | жёлтый |
| Универсальный индикатор | красный (pH 1–3), оранжевый (4–6) | жёлто-зелёный (pH 7) | сине-зелёный (8–10), фиолетовый (11–14) |
Все четыре индикатора есть в виртуальной лаборатории: капните его в раствор и посмотрите цвет.
Необратимый гидролиз
Если соль образована слабым малорастворимым основанием и слабой летучей кислотой, оба продукта гидролиза уходят из раствора, и реакция идёт до конца. Такие соли в воде не существуют — в таблице растворимости на их месте прочерк. Пример — сульфид алюминия: Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑.
То же происходит, если слить растворы двух солей, одна из которых гидролизуется по катиону, а другая — по аниону. Вместо карбоната алюминия выпадает гидроксид и выделяется углекислый газ:
2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑ + 6NaCl
2Al³⁺ + 3CO₃²⁻ + 3H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑
Так же ведут себя соли Fe³⁺ и Cr³⁺ с карбонатами и сульфидами. Необратимо разлагаются водой и бинарные соединения — карбиды и нитриды: CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂↑, Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂↓ + 2NH₃↑. В органической химии гидролизуются сложные эфиры, жиры и углеводы — это уже гидролиз органических веществ.
Реакции гидролиза в справочнике
- CO(NH₂)₂ + H₂O → 2NH₃ + CO₂ОбменаГидролизАгрохимияфермент уреаза
- Na₂CO₃ + H₂O ⇄ NaHCO₃ + NaOHОбменаГидролиз
- Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑ОбменаГидролиз
- CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂↑ОбменаГидролизОрганическая
- Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃↓ + 3CH₄↑ОбменаГидролиз
- Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂↓ + 2NH₃↑ОбменаГидролиз
- CH₃COOC₂H₅ + NaOH → CH₃COONa + C₂H₅OHОбменаОрганическаяГидролизt°
- (C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅ + 3NaOH → C₃H₅(OH)₃ + 3C₁₇H₃₅COONaОбменаОрганическаяГидролизВ природе и бытуt°
- C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → 2C₆H₁₂O₆ОбменаОрганическаяГидролизH⁺, t°
- (C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆ОбменаОрганическаяГидролизВ природе и бытуH⁺, t°
- CH₃COONa + H₂O ⇄ CH₃COOH + NaOHОбменаГидролиз
- Na₂S + H₂O ⇄ NaHS + NaOHОбменаГидролиз
- NH₄Cl + H₂O ⇄ NH₃·H₂O + HClОбменаГидролиз
- 2CuSO₄ + 2H₂O ⇄ (CuOH)₂SO₄ + H₂SO₄ОбменаГидролиз
- AlCl₃ + H₂O ⇄ Al(OH)Cl₂ + HClОбменаГидролиз
- CH₃COONH₄ + H₂O ⇄ CH₃COOH + NH₃·H₂OОбменаГидролиз
- 2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑ + 6NaClДругого типаГидролиз
- CO(NH₂)₂ + 2H₂O → (NH₄)₂CO₃Другого типаГидролизАгрохимияфермент уреаза
Проведите опыт онлайн
Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.
Нейтрализация
Щёлочь с фенолфталеином титруют кислотой, пока малиновая окраска не исчезнет.
Гидроксид алюминия
Щёлочь к хлориду алюминия — белый студенистый осадок, в избытке растворяется.
Ионы меди(II)
Щёлочь к раствору медного купороса — голубой осадок гидроксида меди(II).
Читайте также
Частые вопросы
Как определить, гидролизуется ли соль?
Определите, какими основанием и кислотой она образована. Если оба сильные (NaCl, KNO₃, Na₂SO₄), гидролиза нет. Если хотя бы один слабый, гидролизуется ион этого слабого электролита.
Что такое гидролиз по катиону и по аниону?
По катиону гидролизуются соли слабого основания и сильной кислоты: катион связывает OH⁻ воды, среда становится кислой (NH₄Cl, CuSO₄). По аниону — соли сильного основания и слабой кислоты: анион связывает H⁺, среда щелочная (Na₂CO₃, CH₃COONa).
Почему раствор соды щелочной?
Карбонат-ион — остаток слабой угольной кислоты. Он отнимает у воды ион водорода: CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻. В растворе накапливаются ионы OH⁻, и фенолфталеин становится малиновым.
Какие соли не подвергаются гидролизу?
Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой: NaCl, KCl, NaNO₃, KNO₃, Na₂SO₄, K₂SO₄. Их растворы нейтральные, универсальный индикатор в них жёлто-зелёный.
В каком классе изучают гидролиз солей?
С понятием знакомятся в 9 классе при изучении электролитической диссоциации, подробно с уравнениями — в 11 классе. Определение среды растворов солей встречается и в заданиях ЕГЭ.