Гидролиз солей

Запись Na2CO3 + 2H2O = H2CO3 + 2NaOH встречается в работах чаще любой другой по этой теме, и в ней верно всё, кроме одной детали: так гидролиз карбоната натрия не идёт. Он идёт обратимо и по первой ступени, получается гидрокарбонат и щёлочь, а угольной кислоте до появления в растворе очень далеко. Ученик знает, что среда щелочная, знает, что участвует вода, и ошибается в самом уравнении, то есть там, где записью и проверяется всё остальное.

Соль к этому моменту уже распалась на ионы, это тема диссоциации и ионных уравнений. Гидролиз спрашивает о следующем: насколько охотно один из этих ионов присоединяет к себе H(+) или OH(-) от воды. Окислительно-восстановительных превращений здесь нет, степени окисления не меняются, и этим гидролиз отличается и от окислительно-восстановительных реакций, и от электролиза, где ион получает или отдаёт электроны.

Один вопрос про ион

Всё решает слабость. Ион сильного основания (Na(+), K(+), Ba(2+) и прочие щелочные и щёлочноземельные катионы) с водой не взаимодействует. Ион сильной кислоты (Cl(-), Br(-), I(-), NO3(-), SO4(2-), ClO4(-)) тоже. А вот катион слабого основания и анион слабой кислоты воду «ловят»: первый забирает OH(-) и оставляет раствор кислым, второй забирает H(+) и делает его щелочным. Сильных кислот в школьном списке шесть, сильных оснований немного: щёлочи. Всё остальное слабое, так что вопрос про любую соль звучит один: чей это ион, слабого или сильного.

Четыре соли показывают весь выбор:

• Na2SO3: анион слабой кислоты H2SO3, среда щелочная, SO3(2-) + H2O ⇄ HSO3(-) + OH(-)
• CuSO4: катион слабого основания Cu(OH)2, среда кислая, Cu(2+) + H2O ⇄ CuOH(+) + H(+)
• KNO3: сильное основание и сильная кислота, гидролиза нет, среда нейтральная
• CH3COONH4: слабые и основание, и кислота, гидролизуются оба иона, среда близка к нейтральной

Я бы не заставлял учить четыре типа солей наизусть, потому что на экзамене они всё равно приходят вперемешку, и ученик, который помнит «тип три», теряется на соли, которая под выученный тип не подходит. Вопрос «чей ион» работает на любой соли, включая незнакомую.

Гидролизуется при этом лишь часть ионов. Раствор карбоната натрия щелочной, но заметно слабее раствора едкого натра той же концентрации, и сравнивать их между собой без расчёта нельзя; в сравнении участвуют растворы одинаковой концентрации, и результат читается как «кислее» или «щелочнее».

Среду в заданиях нередко показывают индикатором, и тут полезно помнить цвета без подглядывания: лакмус в кислой среде красный, в щелочной синий; метилоранж в кислой красный, в щелочной жёлтый; фенолфталеин в щелочной малиновый, в кислой и нейтральной бесцветный. Вопрос «какого цвета станет фенолфталеин в растворе соли» — это вопрос про гидролиз, просто сформулированный наглядно, и отвечать на него надо через тот же вопрос про ион.

Как записывать: ступень, стрелка, молекулярный вид

У карбоната натрия в ионной записи участвует только первая ступень:

CO3(2-) + H2O ⇄ HCO3(-) + OH(-)

Слева заряд минус два, справа минус один и минус один. В молекулярном виде это Na2CO3 + H2O ⇄ NaHCO3 + NaOH. Вторая ступень, до угольной кислоты, при обычных условиях идёт настолько слабо, что её пишут только по просьбе в условии. Знак равенства вместо стрелки означал бы, что реакция идёт до конца, а для карбоната натрия это неверно: поэтому стрелка обратимости здесь часть ответа.

С кислыми по среде солями то же правило. Катион алюминия: Al(3+) + H2O ⇄ AlOH(2+) + H(+); молекулярно AlCl3 + H2O ⇄ AlOHCl2 + HCl. Фосфат: PO4(3-) + H2O ⇄ HPO4(2-) + OH(-). Ацетат: CH3COO(-) + H2O ⇄ CH3COOH + OH(-). Во всех трёх случаях заряды слева и справа сходятся, и ровно это нужно проверять. Сульфат меди в молекулярном виде записывают с основной солью: 2CuSO4 + 2H2O ⇄ (CuOH)2SO4 + H2SO4.

Ошибки записи складываются из четырёх вещей: поставили знак равенства, пропустили ступень и написали сразу слабую кислоту или слабое основание, потеряли заряд у иона, перепутали среду. Последнее обиднее остальных: уравнение записано верно, а в подписи рядом стоит «щелочная» у соли, которая даёт кислую среду.

Если в условии просят и ионное, и молекулярное уравнение, удобнее идти от ионного. К CO3(2-) + H2O ⇄ HCO3(-) + OH(-) достаточно добавить противоионы: слева два иона натрия от соли, справа один достаётся гидрокарбонату и один щёлочи, и получается Na2CO3 + H2O ⇄ NaHCO3 + NaOH. Если два натрия слева превратились в три справа, где-то потерян или добавлен лишний ион, и искать надо именно там.

Какая из солей даст более щелочной раствор

Бывает задание на сравнение: у растворов одинаковой концентрации (одинаковой, иначе сравнение не имеет смысла) нужно расположить соли по возрастанию pH. Берём сульфит натрия, карбонат натрия и фосфат натрия. Все три гидролизуются по аниону, и все дают щелочную среду. Различает их слабость той частицы, которая получается, когда анион забирает водород: HSO3(-), HCO3(-) и HPO4(2-). Самый сильный донор водорода среди них HSO3(-), HCO3(-) слабее, а HPO4(2-) слабее всех, и значит, фосфат-ион охотнее всех отнимает водород у воды. Порядок возрастания pH получается такой: сульфит, карбонат, фосфат. Здесь и ошибаются: сравнивают фосфорную кислоту с угольной по первой ступени, видят, что фосфорная сильнее, и ставят фосфат натрия первым. Решает последняя частица цепочки, та, что стоит в соли, а первая ступень кислоты тут ни при чём. Для катионов рассуждение то же: чем слабее основание, тем кислее раствор его соли.

Когда стрелка превращается в знак равенства

Бывает и необратимый гидролиз, и пропустить его легко. Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой, которая к тому же улетает газом или выпадает осадком, в водном растворе просто не существует. Сульфид алюминия при попытке получить его в растворе разлагается водой целиком: Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S. Так же ведёт себя сульфид хрома(III): Cr2S3 + 6H2O = 2Cr(OH)3 + 3H2S.

Необратимо разлагаются водой и бинарные соединения: нитрид магния, карбид кальция, карбид алюминия. Mg3N2 + 6H2O = 3Mg(OH)2 + 2NH3, CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2, Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4. Здесь тоже знак равенства, и по составу продуктов видно, откуда они берутся: металл уходит в гидроксид, а неметалл в летучее водородное соединение или в углеводород.

Тот же эффект возникает при смешивании двух растворов, у которых гидролиз усиливает друг друга. Хлорид алюминия и карбонат натрия дают не карбонат алюминия, которого в воде нет, а гидроксид и углекислый газ: 2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 3CO2 + 6NaCl. Ученик, который запомнил «карбонаты — осадки», записывает Al2(CO3)3 и теряет и продукты, и баланс. В цепочках превращений гидролиз вообще часто сидит между двумя окислительно-восстановительными звеньями и выглядит как обычная реакция обмена; об этом подробнее в статье о второй части экзамена по химии и физике. Выручает таблица растворимости: прочерк в клетке означает, что вещество в воде не существует, и тогда писать нужно гидролиз.

Кислые соли и то, что двигает равновесие

Кислые соли подводят ловушкой, обратной обычной. В растворе NaHSO4 среда кислая, но не из-за гидролиза: гидросульфат-ион сам отдаёт водород, HSO4(-) = H(+) + SO4(2-). Гидрокарбонат натрия, наоборот, слабощелочной, а у фосфатов порядок такой: NaH2PO4 кислый, Na2HPO4 щелочной, Na3PO4 щелочной сильнее остальных двух. Эти три соли фосфорной кислоты стоит выучить отдельной строкой, потому что их постоянно сравнивают между собой.

Равновесие гидролиза сдвигается обычными способами. Нагрев усиливает гидролиз, разбавление усиливает, добавление кислоты подавляет гидролиз по катиону, добавление щёлочи подавляет гидролиз по аниону. Поэтому раствор хлорида железа(III) в лаборатории подкисляют: иначе он мутнеет, потому что часть железа переходит в гидроксид.

Место в курсе

Гидролиз солей приходится на старшие классы, и в большинстве программ он идёт заметно позже теории диссоциации, после общей химии и растворов. К экзамену он забывается по двум причинам. Первая: стоит он рядом с окислительно-восстановительными реакциями и электролизом, и все три путаются в одну кашу про «ионы и воду». Вторая: список сильных кислот, который ученик знал в девятом классе, к одиннадцатому нередко утерян, а без него вопрос «чей ион» не работает вообще.

Когда тема не идёт, уравнения лучше отложить. Двадцать солей из учебника, у каждой записать только, ион какого основания и какой кислоты в неё входит и какая среда получится. Если с этим всё в порядке, добавляется первая ступень, потом необратимый гидролиз; уравнение пишется последним. Перед этим полезно проверить, не провалена ли основа: правила диссоциации и порядок школьной программы собраны в статье о порядке изучения школьной химии, а то, как тема попадает в варианты, — в разборе структуры экзамена по химии. Как гидролиз представлен в экзамене 2027 года, покажет демоверсия этого учебного года, и разбирать формулировки по памяти до неё рано. К зиме к нему добавляется вторая часть, и повторять гидролиз отдельно уже некогда: он возвращается только звеном в цепочках, где и без него хватает забот.

Слово «гидролиз» встретится и в органике, и значит там другое: вода разрывает связь в молекуле сложного эфира, жира или белка, ионов соли в уравнении нет, зато есть условия, кислота или щёлочь. Ученик, свежо помнящий гидролиз солей, переносит туда стрелку обратимости, хотя щелочной гидролиз эфира идёт до конца; разбор такого случая есть в статье про кислородсодержащие органические вещества. Два одинаковых слова удобно держать в разных тетрадных колонках с самого начала.

Начать поиск:

• репетиторы по химии
• подготовка к ЕГЭ по химии
• репетиторы для 10–11 класса
• репетиторы для студентов
• репетиторы с пробным занятием

Вопросы и ответы

Почему хлорид натрия не гидролизуется? Оба иона от сильных партнёров: натрий от щёлочи, хлорид от соляной кислоты. Воду они не связывают. Так же ведут себя нитрат калия, сульфат натрия и любая соль, собранная из сильной кислоты и щёлочи, поэтому среда в таких растворах остаётся нейтральной.

Как определить среду раствора, если соль незнакомая? Разложить на катион и анион и спросить про каждый, от какого основания и от какой кислоты он. Если сильное и слабое встретились, победит слабая сторона: слабая кислота даст щелочную среду, слабое основание кислую. Если слабыми оказались обе стороны, среда зависит от того, чья слабость сильнее, и обычно в заданиях такие соли разбирают только на уровне «гидролиз идёт, оба иона».

Гидролиз идёт при комнатной температуре или только при нагревании? При комнатной идёт, но слабо. Нагрев его усиливает.

Почему в одном задании у гидролиза стоит стрелка, а в другом знак равенства? Знак равенства стоит там, где слабые и основание, и кислота, и продукт уходит из раствора газом или осадком: Al2S3, Cr2S3 и им подобные. Для обычной соли вроде карбоната натрия реакция остаётся обратимой, и стрелка обязательна. Различие между случаями лучше выучить на этих двух-трёх примерах, чем выводить на экзамене.