5.4. Ступінчастий гідроліз
При складанні рівнянь реакцій ступінчастого гідролізу доцільно змінити послідовність методики виконання:
у першу чергу скласти йонні рівняння ступінчастого гідролізу:
далі внести додатково необхідні йони і записати відповідні молекулярні рівняння.
Методика складання рівнянь ступінчастого гідролізу солей наведена в таблицях 6, 7.
Таблиця 6. Гідроліз солі за слабким багатозарядним катіоном
Приклад 5.4.1. Написати рівняння гідролізу хлориду алюмінію
і визначити рН розчину солі
№ пп |
Операція |
Приклад |
1 |
Написати схему реакції подвійного обміну
|
AlCl3 + H2O ⇆ Al(OH)3 + HCl |
2 |
Визначити силу електролітів, що утворилися:
а) кислота
б) основа |
HCl – сильний електроліт, одноосновна кислота Al(OH)3 –багатокислотна основа, слабкий електроліт
|
3 |
Визначити випадок гідролізу |
Ступінчастий гідроліз солі за слабким багатозарядним катіоном – Al3+, за аніоном гідроліз сілі не відбувається
|
4 |
Визначити тип проміжних продуктів |
Утворюються основні солі (гідроксосолі) |
5 |
Написати йонні рівняння ступінчастого гідролізу |
При цьому необхідно виконувати закон збереження зарядів: Al3+ + H2O ⇆ AlOH2+ + H+ AlOH2+ + H2O ⇆ Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O ⇆ Al(OH)3 + H+
|
6 |
Написати сумарне йонне рівняння |
Для цього виключають (викреслюють) однакові йони у лівій і правій частинах йонних рівнянь ступінчастого гідролізу:
Al3+ + H2O ⇆ AlOH2+ + H+ AlOH2+ + H2O ⇆ Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O ⇆ Al(OH)3 + H+
Al3+ +3H2O ⇆ Al(OH)3 +3H+
|
7 |
Зробити висновок про реакцію середовища (рН) розчину солі |
У правій частині рівняння залишаються вільними йони H+, отже реакція середовища розчину кисла (рН < 7)
|
8 |
Внести йони протилежного заряду у йонні рівняння |
Необхідно керуватися законом збереження маси: кількість однойменних йонів, що додатково уносять у ліву і праву частини рівняння, має бути рівною: Al3+ + H2O ⇆ AlOH2+ + H+ 3Cl - 2Cl - Cl -
AlOH2+ + H2O ⇆ Al(OH)2+ + H+ 2Cl - Cl - Cl -
Al(OH)2+ +H2O ⇆ Al(OH)3 + H+ Cl - Cl -
Al3+ +3H2O ⇆ Al(OH)3 +3H+ 3Cl - 3Cl -
|
9 |
Записати усі сполуки у молекулярній формі |
Al3+3Cl - → AlCl3 AlOH2+ 2Cl - → AlOHCl2 Al(OH)2+ Cl - → Al(OH)2Cl H+ Cl - → HCl
|
10 |
Написати молекулярні рівняння |
АlCl3 + H2O ⇆ AlOHCl2+ HCl основна сіль AlOHCl2 + H2O ⇆ Al(OH)2Cl + HCl основна сіль AlOHCl2 + H2O ⇆ Al(OH)3 + HCl
AlCl3 + 3H2O ⇆ Al(OH)3 + 3HCl |
Примітка. У випадку одночасного гідролізу солі за слабким катіоном і слабким аніоном при умові, що утворюються продукти, які виводяться із зони реакції, процес набуває необоротного характеру, наприклад:
Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑
Повне і скорочене іонно-молекулярне рівняння написати неможливо.
Таблица 7. Гідроліз солі за слабким багатозарядним аніоном
Приклад 5.4.2. Написати реакцію гідролізу карбонату натрію
і визначити рН розчину солі.
№ пп |
Операція |
Приклад |
1 |
Написати схему реакції подвійного обміну
|
Na2CO3 + H2O ⇆ H2CO3 + NaOH |
2 |
Визначити силу електролітів, що утворилися: а) кислота
б) основа |
H2CO3 – двоосновна кислота, слабкий електроліт NaOH – однокислотна основа, сильний електроліт
|
3 |
Визначити випадок гідролізу |
Ступінчастий гідроліз за слабким багатозарядним аніоном – СО32-, за катіоном сіль не гідролізується. |
4 |
Визначити тип проміжних продуктів
|
Утворюються кислотні солі (гідросолі) |
5 |
Написати йонні рівняння ступінчастого гідролізу |
При цьому необхідно виконувати закон збереження зарядів: CO32- + H2O ⇆ HCO3- + OH - HCO3- + H2O ⇆ H2CO3 + OH - |
6 |
Написати сумарне йонне рівняння |
Для цього виключають (викреслюють) однакові іону у лівій і правій частинах іонних рівнянь ступінчастого гідролізу: CO32- + H2O ⇆ HCO3- + OH - HCO3- + H2O ⇆ H2CO3 +ОН -
CO32- + 2H2O ⇆ H2CO3 +2ОН -
|
7 |
Зробити висновок про реакцію середовища (рН) розчину солі |
У правій частині рівняння залишаються вільними йони ОH -, отже реакція середовища розчину лужна (рН 7)
|
8 |
Внести йони протилежного заряду у йонні рівняння |
Необхідно керуватися законом збереження маси: кількість однойменних йонів, що додатково уносять у ліву і праву частини рівняння, має бути рівною:
CO32- + H2O ⇆ HCO3- + OH - 2Na+ Na+ Na+
HCO3- + H2O ⇆ H2CO3 + OH - Na+ Na+
CO32- + 2H2O ⇆ H2CO3 +2OH - 2Na+ 2Na+
|
9 |
Записати усі сполуки у молекулярній формі |
2Na+ CO32 - → Na2CO3 Na+ HCO3- → NaHCO3 Na+ OH- → NaOH
|
10 |
Написати молекулярні рівняння |
Na2CO3 + H2O ⇆ NaHCO3 + NaOH кисла сіль NaHCO3 + H2O ⇆ H2CO3 + NaOH
Na2CO3 + 2H2O ⇆ H2CO3 +2NaOH
|
Гідроліз солі за слабким багатозарядним катіоном (сіль слабкої багатокислотної основи) відбувається за схемою:
сіль слабкої багатокислотної → основні солі → багатокислотна основа
основи (гідроксосолі)
Приклад: СuCl2 → CuOHCl → Cu(OH)2
Гідроліз солі за слабким багатозарядним аніоном (сіль слабкої багатоосновної кислоти) відбувається за схемою:
сіль слабкої багатоосновної → кислі солі → багатоосновна кислота
кислоти (гідросолі)
Приклад: К3РО4 → К2НРО4, КН2РО4 → Н3РО4
Зміна величини заряду проміжних продуктів – особливість ступінчастого гідролізу, отже, змінюється молекулярний склад утворюваних продуктів. Для виконання закону збереження числа атомів і закону збереження зарядів необхідно рівняти одночасно, як основні йонні рівняння, так і число додатково внесених катіонів чи аніонів.
Приклад 5.4.3. Скласти молекулярні та йонні рівняння процесу ступінчастого гідролізу сульфату цинку. Визначити реакцію середовища.
Розв’язок. Для визначення складу продуктів записуємо сумарну схему обмінної реакції:
ZnSO4 + H2O ⇆ Zn(OH)2 + H2SO4
слабка сильна
Сіль сильної кислоти H2SO4 за аноном не гідролізується. Двозарядний катіон слабкої основи гідролізується у два ступені.
Складаємо йонні рівняння ступінчастого гідролізу катіона:
Z n2+ + H2O ⇆ ZnOH+ + H+
Z nOH+ + H2O ⇆ Zn(OH)2 + H+
Zn2+ + 2H2O ⇆ Zn(OH)2 + 2H+
Вносимо додатково сульфат-йони і рівняємо число атомів та зарядів:
2Zn2+ + 2H2O ⇆ 2ZnOH+ + 2H+
2SO42- SO42- SO42-
2ZnOH+ + 2H2O ⇆ 2Zn(OH)2 + 2H+
SO42- SO42-
Zn2+ + 2H2O ⇆ Zn(OH)2 + 2H+
SO42- SO42-
Складаємо молекулярні форми речовин:
2Zn2+ 2SO42- → ZnSO4; 2ZnOH+ SO42- → (ZnOH)2SO4;
2H+ SO42- → H2SO4
Записуємо молекулярну форму рівнянь гідролізу:
2ZnSO4 + 2H2O ⇆ (ZnOH)2SO4 + H2SO4
(ZnOH)2SO4 + 2H2O ⇆ 2Zn(OH)2 + H2SO4
ZnSO4 + 2H2O ⇆ Zn(OH)2 + H2SO4
При складанні сумарного молекулярного рівняння гідролізу:
скорочують на 2 стехіометричні коефіцієнти;
виключають (ZnOH)2SO4.