Гидролиз

ХимияХимия

Гидролиз

Гидролиз- обменная реакция соли с водой (сольволиз водой).При этом исходное вещество разрушается водой, с образованием новых веществ.

Так как гидролиз является реакцией ионного обмена, то его движущей силой является образование слабого электролита (выпадение осадка или(и)выделение газа). Важно помнить, что реакция гидролиза является реакцией обратимой(в большинстве случаев), но также существует необратимый гидролиз(протекает до конца, исходного вещества в растворе не будет). Гидролиз- процесс эндотермический (при повышении температуры возрастает и скорость гидролиза, и выход продуктов гидролиза).

 Как видно из определения, что гидролиз обменная реакция, то можно предположить, что к металлу идет OH-группа (+ возможный кислотный остаток, если образуется основная соль (при гидролизе соли, образованной сильной кислотой и слабым многокислотным основанием)), а к кислотному остатку идет протон водорода H+ (+ возможный ион металла и ион водорода, с образованием кислой соли, если гидролизуется соль, образованная слабой многоосновной кислотой)).

Существует 4 типа гидролиза:

1.     Соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой. Так как уже было указанно выше гидролиз- реакция ионного обмена, и она протекает лишь в случае образования слабого электролита. Как описанной выше, к металлу идёт OH- группа, а к кислотному остатку идет протон водорода H+, но ни сильное основание, ни сильная кислота не являются слабыми электролитами, следовательно гидролиз в данном случае не идёт:

NaCl+HOH≠NaOH+HCl

Реакция среды близка к нейтральной: pH≈7

2.     Соль образованна слабым основанием и сильной кислотой. Как указанно выше:к металлу идёт OH- группа, а к кислотному остатку идет протон водорода H+. Например:

NH4Cl+HOH↔NH4OH+HCl

NH4++Cl-+HOH↔NH4OH+H++Cl-

NH4++HOH↔NH4OH+H+

Как видно из примера-гидролиз идёт по катиону, реакция среды –кислая pH< 7.При написании  уравнений гидролиза для солей, образованных сильной кислотой и слабым многокислотным основанием, то в правой части следует писать основную соль, так как гидролиз идёт только по первой ступени:

FeCl2+HOHFeOHCl+HCl

Fe2++2Cl-+HOH↔FeO++H++2Cl-

Fe2++HOHFeOH++H+

3.     Соль образованна слабой кислотой и сильным основанием.Как указанно выше: к металлу идёт OH- группа, а к кислотному остатку идет протон водорода H+Например:

CH3COONa+HOH↔NaOH+CH3COOH

СH3COO-+Na++HOH↔Na++CH3COOH+OH-

СH3COO-+HOH↔+CH3COOH+OH-

Гидролиз идёт по аниону, реакция среды- щелочная, pH>7.При написании уравнений гидролиза соли, образованной слабой многоосновной кислотой и сильным основанием, в правой части следует писать образование кислой соли, гидролиз идёт по 1 ступени. Например:

Na2CO3+HOH↔NaOH+NaHCO3

2Na++CO32-+HOH↔HCO3-+2Na++OH-

CO32-+HOH↔HCO3-+OH-

4.     Соль образованна слабым основанием и слабой кислотой. Это единственный случай, когда гидролиз идёт до конца, является необратимым(до полного расходования исходной соли).Например:

СH3COONH4+HOH↔NH4OH+CH3COOH

Это единственный случай, когда гидролиз идёт до конца. Гидролиз идёт и по аниону, и по катиону, реакцию среды предугадать сложно, но она близка к нейтральной: pH≈7.

Также существует константа гидролиза, рассмотрим ее на примере ацетатного иона, обозначив его Ac-. Как видно из примеров выше уксусная(этановая) кислота является слабой кислотой, а, следовательно, ее соли гидролизуются по схеме:

Ac-+HOH↔HAc+OH-

Найдём константу равновесия для этой системы:

Зная ионное произведение воды , мы можем через него выразить концентрацию [OH]-,

 

Подставляя это выражение в уравнение для константы гидролиза, мы получаем:

Подставляя константу ионизации воды в уравнение, мы получаем:

Но константа диссоциации кислоты(на примере хлороводородной кислоты) равна:

Где [H3O+] представляет собой гидратированный протон водорода: [H+].Аналогично и для уксусной кислоты, как в примере. Подставляя значение для константы диссоциации кислоты в уравнение константы  гидролиза, мы получаем:

Как следует из примера, если соль образованна слабым основанием, то в знаменателе будет стоять константа диссоциации основания, вычисляемая по тому же признаку что и константа диссоциации кислоты. Если соль образованна слабым основанием и слабой кислотой, то в знаменателе будет стоять произведение констант диссоциаций кислоты и основания.

Степень гидролиза.

Так же есть еще одна величина, характеризующая гидролиз- степень гидролиза-α.Которая равна отношение количества (концентрации) соли, подвергающейся гидролизу, к общему количеству (концентрации) растворенной соли Степень гидролиза зависит от концентрации соли, температуры раствора. Она увеличивается при разбавлении раствора соли и при увеличении температуры раствора. Напомним, что больше разбавлен раствор, тем меньше молярная концентрация исходной соли; а степень гидролиза возрастает при повышении температуры, так как гидролиз- процесс эндотермический, как было указанно выше.

Степень гидролиза соли тем выше, чем слабее кислота или основание, её образующие. Как следует из уравнения степени гидролиза и типов гидролиза: при необратимом гидролизе α≈1.

Степень гидролиза и константа гидролиза взаимосвязаны через уравнение Оствальда (Вильгельм Фридрих Оствальд-закон разбавления Оствальда,выведен в 1888 году).Закон разбавления показывает, что степень диссоциации электролита зависит от его концентрации и константы диссоциации. Примем начальную концентрацию вещества за C0, а продиссоциировавшую часть вещества- за γ, напомним, схему диссоциации вещества в растворе:

AB↔A++B-

Тогда закон Оствальда можно выразить следующим образом:

Напомним, что в уравнение стоят концентрации в момент равновесия. Но если вещество малодиссоциировавшее, то (1-γ)→1, что приводит уравнение Оствальда в вид: Kд2 C0.

Аналогично связанна степень гидролиза с его константой:

В подавляющем большинстве случаев используется именно эта формула. Но при необходимости, можно выразить степень гидролиза через такую формулу:

Особые случаи гидролиза:

1)    Гидролиз гидридов (соединений водорода с элементами (тут мы рассмотрим только металлы 1 и 2 групп и метам), где водород проявляетстепень окисления -1):

NaH+HOH→NaOH+H2

CaH2+2HOH→ Ca(OH)2+2H2

CH4+HOH→CO+3H2

 Реакция с метаном- один из промышленных способов получения водорода.

2)    Гидролиз пероксидов. Пероксиды щелочных и щелочноземельных металлов разлагаются водой, с образованием соответствующего гидроксида и пероксида водорода (или кислорода):

Na2O2+2H2O→2NaOH+H2O2

Na2 O2+2H2O→2NaOH+O2

 3)    Гидролиз нитридов.

Ca3N2+6HOH→3Ca(OH)2+2NH3

4)    Гидролиз фосфидов.

K3P+3HOH→3KOH+PH3

Выделяющийся газ PH3-фосфин, очень ядовит, поражает нервную систему. Так же способен к самовозгоранию при контакте с кислородом. Гуляли когда-нибудь ночью по болоту или ходили мимо кладбищ? Видели редкие всплески огней- «блуждающие огни», появляются, так как горит фосфин.

5)    Гидролиз карбидов. Здесь будут приведены две реакции имеющие практическое применение, так как с их помощью получаются 1 члены гомологического ряда алканов (реакция 1) и алкинов (реакция 2):

Al4C3+12HOH→4Al(OH)3+3CH4↑(реакция 1)

СaC2+2HOH→Ca(OH)2+2C2H2↑(реакция 2, продукт – ацителен, по UPAС этин)

6)    Гидролиз силицидов. В результате этой реакции образуется 1 представитель гомологического ряда силанов (всего их 8) SiH- мономерный ковалентный гидрид.

Mg2 Si+4HOH→2Mg(OH)2+SiH4

7)    Гидролиз галогенидов фосфора. Здесь будут рассмотрены хлориды фосфора 3 и 5, являющиеся хлорангидридами фосфористой и фосфорной кислот соответственно:

PCl3+3H2O=H3PO3+3HCl

PCl5+4H2O=H3PO4+5HCl

8)    Гидролиз органических веществ.Жиры гидролизуются, с образованием глицерина (C3H5(OH)3) и карбоновой кислоты(пример предельной карбоновой кислоты) (CnH(2n+1)COOH)

Сложные эфиры:

СH3COOCH3+H2O↔CH3COOH+CH3OH

Алкоголята:

C2H5ONa+H2O↔C2H5OH+NaOH

Живые организмы осуществляют гидролиз различных органических веществ в ходе реакций катаболизма при участии ферментов. Например, в ходе гидролиза при участии пищеварительных ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры — на глицерин и жирные кислоты, полисахариды  — на моносахариды (например, на глюкозу).

При гидролизе жиров в присутствии щелочей получают мыло; гидролиз жиров в присутствии катализаторов применяется для получения глицина и жирных кислот.

Задачи

1)    Степень диссоциации а уксусной кислоты в 0,1 М растворе при 18 °С равна 1,4·10–2. Рассчитайте константу диссоциации кислоты Кд.(подсказка- используйте уравнение Оствальда.)

2)    Какую массу гидрида кальция нужно растворить в воде, чтобы выделившемся газом восстановить до железа 6,96г оксида железа(II,III)?

3)    Напишите уравнение реакции Fe2(SO4)3 + Na2CO3 + H2O

4)    Рассчитайте степень, константу гидролиза соли Na2SO3 для концентрации См = 0,03 М, учитывая только 1-ю ступень гидролиза. (Константу диссоциации сернистой кислоты принять равной 6,3∙10-8)

Решения:

a)     Подставим данные задачи в закон разбавления Оствальда:

b)    Kд = [a2/(1 – a)]·[C] = (1,4·10–2)·0,1/(1 – 0,014) = 1,99·10–5

Ответ. Кд = 1,99·10–5.

c)     Fe3O4+4H2→4H2O+3Fe

CaH2+HOH→Ca(OH)2+2H2

Находим количество молей оксида железа(II,III), оно равно отношению массы данного вещества к его молярной массе, получаем 0,03(моль).По УХР находим, что моли гидрида кальция равны 0,06(моль).Значит масса гидрида кальция равна 2,52(грамма).

Ответ: 2,52(грамма).

d)    Fe2(SO4 )3 +3Na2CO3 +3H2 O→3СO2↑+2Fe(OH)3↓+3Na2 SO4

e)     Сульфит натрия подвергается гидролизу по аниону, реакция среды раствора соли щелочная (рН > 7):
SO32- + H2O <--> OH- + HSO3-
Константа гидролиза (уравнение смотрите выше )равна : 10-14 / 6,3*10-8 = 1,58*10-7
Степень гидролиза рассчитывается по формуле α2/(1 - α) = Кh0.
Итак, α = (Кh0)1/2 = (1,58*10-7 / 0,03)1/2 = 2,3*10-3

Ответ: Kh=1,58*10-7 ;α =2,3*10-3

Автор статьи: Каштанов Артём Денисович

Редактор: Харламова Галина Николаевна

Вернутся к темам