Гидролиз

Задумывались ли вы, что происходит с твёрдой солью, когда вы её растворяется в воде? Давайте ответим на этот вопрос:

У соли ионная решётка – в узлах решётки располагаются катионы и анионы. Вода сама по себе полярная молекула – на одном её конце  сосредоточен отрицательный заряд, а на другом её конце – водородах – уже положительный заряд, поэтому вода может прекрасно взаимодействовать с ионами. К чему это ведёт? Вода прямо-таки разрушает ионную решётку соли, давая отдельные катионы и анионы, из которых состоит решётка соли. Причём эти ионы покрыты гидратной шубой, которая очень выгодная и компенсирует затраты энергии, которые пошли на разрушение решётки. Обычно это всё записывается как реакция электролитической диссоциации соли:

NaCl = Na⁺ + Cl^—

Zn(NO₃)₂ = Zn²⁺ + 2NO₃^—

А что происходит дальше? Катионы и анионы могут вступать в химическую реакцию с молекулами воды, но какое условие для этой реакции? Давайте, возьмём хлорид натрия, возможны следующие реакции:

Однако в виду того, что гидроксид натрия и соляная кислота – сильные электролиты – равновесие практически полностью смещено в сторону исходные веществ, то есть ионы не реагируют с водой, или, что то же самое, не подвергаются гидролизу.

Изменим ситуацию и заменим NaCl на NaF:

Ситуация изменилась: HF – кислота слабая, поэтому фторид-анион подвергается гидролизу и в растворе появляется избыток гидроксид-ионов OH^—. Можем сформулировать интересное правило:

• Гидролизу подвергается катион/анион, соответствующий слабому основанию/кислоте.

Среда раствора

В прошлом примере мы увидели, что при помещении твёрдого NaF в воду, происходит разрушение кристаллической решётки соли, гидратация ионов, а затем фторид-ион ещё может реагировать с водой, давая избыток анионов OH^— в растворе. Как мы можем количественно описывать количественное соотношение между ионами H⁺ и OH^— в растворе, ну, вообще, принципиально возможны 3 ситуации:

• Концентрация ионов H⁺ превышает концентрацию OH^— — такую среду называют кислой;
• Концентрация ионов H⁺ равна концентрации ионов OH^— — такая среда называется нейтральной;
• Концентрация ионов OH^— превышает концентрацию H⁺ — щелочная среда.

Речь идёт именно о молярной концентрации. Для того, чтобы удобно классифицировать (количественно) среду вопроса ввели водородный показатель pH, который представляет собой десятичный логарифм от концентрации ионов водорода в растворе, взятый с обратным знаком:

pH = -lg[H⁺]

Где lg – логарифм по основанию 10, [H⁺] – концентрация ионов водорода, теперь становится понятным обозначение pH:

Запоминать связь pH с средой раствора не придётся, для этого на ЕГЭ даются следующие справочные данные (это всё актуально для температуры 25 градусов Цельсия и давления 1 атмосфера):

Ну всё, в целом, мы готовы утвердить общее правило определения среды раствора:

• Среда раствора определяется гидролизом катиона/аниона, который соответствует слабому основанию/кислоте;
• Причём если гидролизу подвергается катион – такой процесс называется гидролизом по катиону;
• Если гидролизу подвергается анион – такой процесс называется гидролизом по аниону.

Разберём типовые примеры определения среды растворов солей, кислот и щёлочей.

Как же визуально определять какая среда у раствора? Очень просто – поместить в него вещество, которое меняет свою окраску в зависимости от среды раствора – такие вещества называются индикаторами:

Резюме

• При помещении твёрдой соли в воду – она подвергается растворению и электролитической диссоциации;
• Гидратированные катионы и анионы могут вступать в реакцию с водой;
• Катион/анион, соответствующий слабому основанию/кислоте, подвергаются гидролизу;
• Среда раствора определяется водородным показателем pH.

Примеры задач на эту тему:

Задание 1. Задача №21 (из тестовой части)

Расположите водные растворы веществ, обладающие одинаковой молярной концентрацией, по возрастанию значения pH их водных растворов:

1. AlCl₃
2. NaHCO₃
3. H₂SO₄
4. NaOH

Задание 2. Задача №21 (из тестовой части)

Расположите водные растворы веществ, обладающие одинаковой молярной концентрацией, по убыванию значения pH их водных растворов:

1. NaHSO₄
2. KCl
3. KF
4. HNO₃

Ответ

3214

Задание 3. Задача №31 (из открытой части)

Гидроксид алюминия растворили в соляной кислоте. К полученному раствору прилили раствор гидрокарбоната натрия, при этом одновременно выпал белый и осадок и выделился газ. Газ поглотили минимально возможным количеством щёлочи, а осадок растворили в щёлочи. Напишите уравнения четырёх описанных реакций:

Определения:

1. Гидролиз – реакция между водой и растворёнными в ней ионами после электролитической диссоциации.
2. Молярная концентрация C (в моль/л) суть отношение количества растворённого вещества (в моль) n к объёму раствора (в л) V: C = n/V.
3. Логарифм log_ba от какого-либо числа a (или функции) по основанию b, это такое число c, что возведение b в степень c даёт искомое число a: b^c = a или log_ba = c.