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: