Электролиз расплавов и растворов веществ. Тип гибридизации Ц.А

Чтобы понять, как протекает гидролиз солей в их водных растворах, для начала приведем определение данного процесса.

Определение и особенности гидролиза

Данный процесс предполагает химическое действие ионов воды с ионами соли, в результате образуется слабое основание (или кислота), а также изменяется реакция среды. Любая соль может быть представлена как продукт химического взаимодействия основания и кислоты. В зависимости от того, какова их сила, выделяют несколько вариантов протекания процесса.

Типы гидролиза

В химии рассматривается три разновидности протекания реакции между катионами соли и воды. Каждый процесс осуществляется с изменением рН среды, поэтому предполагается использование для определения водородного показателя разных видов индикаторов. Например, для кислой среды применяют фиолетовый лакмус, для щелочной реакции подойдет фенолфталеин. Проанализируем подробнее особенности каждого варианта гидролиза. Сильные и слабые основания можно определить по таблице растворимости, а силу кислот выявляем по таблице.

Гидролиз по катиону

В качестве примера такой соли рассмотри хлорид железа (2). Гидроксид железа (2) - это слабое основание, а соляная кислота является сильной. В процессе взаимодействия с водой (гидролиза) происходит образование основной соли (гидроксохлорида железа 2), а также образуется соляная кислота. В растворе появляется кислая среда, определить ее можно с помощью синего лакмуса (рН меньше 7). При этом сам гидролиз протекает по катиону, так как использовано слабое основание.

Приведем еще один пример протекания гидролиза для описываемого случая. Рассмотрим соль хлорид магния. Гидроксид магния - это слабое основание, а соляная кислота - сильная. В процессе взаимодействия с молекулами воды хлорид магния превращается в основную соль (гидроксохлорид). Гидроксид магния, формула которого в общем виде представлена в виде М(ОН) 2 , малорастворим в воде, но сильная хлороводородная кислота придает раствору кислую среду.

Гидролиз по аниону

Следующий вариант гидролиза характерен для соли, которая образована сильным основанием (щелочью) и слабой кислотой. В качестве примера для данного случая рассмотрим карбонат натрия.

В данной соли есть сильное основание натрия, а также слабая угольная кислота. Взаимодействие с молекулами воды протекает с образованием кислой соли - гидрокарбоната натрия, то есть идет гидролиз по аниону. Кроме того, в растворе образуется который придает раствору щелочную среду.

Приведем еще один пример для данного случая. Сульфит калия - это соль, которая образована сильным основанием - едким калием, а также слабой В процессе взаимодействия с водой (при гидролизе) происходит образование гидросульфита калия (кислой соли) и гидроксида калия (щелочи). Среда в растворе будет щелочная, подтвердить ее можно с помощью фенолфталеина.

Полный гидролиз

Соль слабой кислоты и слабого основания подвергается полному гидролизу. Попробуем выяснить, в чем его особенность, и какие продукты будут образовываться в результате данной химической реакции.

Проанализируем гидролиз слабого основания и слабой кислоты на примере сульфида алюминия. Данная соль образована гидроксидом алюминия, который является слабым основанием, а также слабой сероводородной кислотой. При взаимодействии с водой наблюдается полный гидролиз, в результате которого образуется газообразный сероводород, а также в виде осадка гидроксид алюминия. Такое взаимодействие протекает и по катиону, и по аниону, поэтому такой вариант гидролиза считается полным.

Также в качестве примера взаимодействия по данному типу соли с водой можно привести сульфид магния. В составе данной соли есть гидроксид магния, формула его - Mg(OH)2. Это слабое основание, нерастворимое в воде. Кроме того, внутри сульфида магния есть сероводородная кислота, являющаяся слабой. При взаимодействии с водой происходит полный гидролиз (по катиону и аниону), в результате чего образуется в виде осадка гидроксид магния, а также в виде газа выделяется сероводород.

Если рассматривать гидролиз соли, которая образована сильной кислотой и сильным основанием, то следует отметить, что он не протекает. Среда в растворах таких солей, как хлорид калия, остается нейтральной.

Заключение

Сильные и слабые основания, кислоты, которыми образованы соли, влияют на результат гидролиза, реакцию среды в образующемся растворе. Подобные процессы широко распространены в природе.

Гидролиз имеет особое значение в химическом преобразовании земной коры. В ней содержатся сульфиды металлов, малорастворимые в воде. По мере их гидролиза происходит образование сероводорода, его выброс в процессе вулканической деятельности на поверхность земли.

Силикатные породы при переходе в гидроксиды, вызывают постепенное разрушение горных пород. Например, такой минерал как малахит, является продуктом гидролиза карбонатов меди.

Интенсивный процесс гидролиза происходит также и в Мировом океане. и кальция, которые выносятся водой, обладают слабощелочной средой. В таких условиях отлично протекает процесс фотосинтеза в морских растениях, интенсивнее развиваются морские организмы.

В нефти есть примеси воды и солей кальция и магния. В процессе нагревания нефти, происходит их взаимодействие с водяными парами. В ходе гидролиза образуется хлороводород, при взаимодействии которого с металлом, происходит разрушение оборудования.

Константа гидролиза равна отношению произведения концентраций продуктов гидролиза к концентрации негидролизованной соли.

Пример 1. Вычислить степень гидролиза NH 4 Cl.

Решение: Из таблицы находим Кд(NH 4 ОН)=1,8∙10 -3 , отсюда

Кγ=Кв/Кд к = =10 -14 /1,8∙10 -3 = 5,56∙10 -10 .

Пример 2. Вычислить степень гидролиза ZnCl 2 по 1 ступени в 0,5 М растворе.

Решение: Ионное уравнение гидролиза Zn 2 + H 2 OZnOH + + H +

Kд ZnOH +1=1,5∙10 -9 ; hγ=√(Кв/ [Кд осн ∙Cм]) = 10 -14 /1,5∙10 -9 ∙0,5=0,36∙10 -2 (0,36%).

Пример 3. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей: a) KCN; б) Na 2 CO 3 ; в) ZnSO 4 . Определите реакцию среды растворов этих солей.

Решение: а) Цианид калия KCN - соль слабой одноосновной кислоты (см. табл. I приложения) HCN и сильного основания КОН. При растворении в воде молекулы KCN полностью диссоциируют на катионы К + и анионы CN - . Катионы К + не могут связывать ионы ОН - воды, так как КОН - сильный электролит. Анионы же CN - связывают ионы Н + воды, образуя молекулы слабого элекролита HCN. Соль гидролизуется по аниону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза

CN - + Н 2 О HCN + ОН -

или в молекулярной форме

KCN + Н 2 О HCN + КОН

В результате гидролиза в растворе появляется некоторый избыток ионов ОН - , поэтому раствор KCN имеет щелочную реакцию (рН > 7).

б) Карбонат натрия Na 2 CO 3 - соль слабой многоосновной кислоты и сильного основания. В этом случае анионы соли СО 3 2- , связывая водородные ионы воды, образуют анионы кислой соли НСО - 3 , а не молекулы Н 2 СО 3 , так как ионы НСО - 3 диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Н 2 СО 3 . В обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Соль гидролизуется по аниону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза

CO 2- 3 +H 2 OHCO - 3 +ОН -

или в молекулярной форме

Na 2 CO 3 + Н 2 О NaHCO 3 + NaOH

В растворе появляется избыток ионов ОН - , поэтому раствор Na 2 CO 3 имеет щелочную реакцию (рН > 7).

в) Сульфат цинка ZnSO 4 - соль слабого многокислотного основания Zn(OH) 2 и сильной кислоты H 2 SO 4 . В этом случае катионы Zn + связывают гидроксильные ионы воды, образуя катионы основной соли ZnOH + . Образование молекул Zn(OH) 2 не происходит, так как ионы ZnOН + диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Zn(OH) 2 . В обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Соль гидролизуется по катиону. Ионно-моле­кулярное уравнение гидролиза

Zn 2+ + Н 2 ОZnOН + + Н +

или в молекулярной форме

2ZnSO 4 + 2Н 2 О (ZnOH) 2 SO 4 + H 2 SO 4

В растворе появляется избыток ионов водорода, поэтому раствор ZnSO 4 имеет кислую реакцию (рН < 7).

Пример 4. Какие продукты образуются при смешивании растворов A1(NO 3) 3 и К 2 СО 3 ? Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнение реакции.

Решение. Соль A1(NO 3) 3 гидролизуется по катиону, а К 2 СО 3 - по аниону:

А1 3+ + Н 2 О А1ОН 2+ + Н +

СО 2- 3 + Н 2 О НСО - з + ОН -

Если растворы этих солей находятся в одном сосуде, то идет взаимное усиление гидролиза каждой из них, ибо ионы Н + и ОН - образуют молекулу слабого электролита Н 2 О. При этом гидро­литическое равновесие сдвигается вправо и гидролиз каждой из взятых солей идет до конца с образованием А1(ОН) 3 и СО 2 (Н 2 СО 3). Ионно-молекулярное уравнение:

2А1 3+ + ЗСО 2- 3 + ЗН 2 О = 2А1(ОН) 3 + ЗСО 2

молекулярное уравнение: ЗСО 2 + 6KNO 3

2A1(NO 3) 3 + ЗК 2 СО 3 + ЗН 2 О = 2А1(ОН) 3