Решебник по химии 9 класс Габриелян §9

Гидролиз солей

Стр. 49

Вопрос

Проанализируйте этимологию слова «гидролиз». Какое определение можно дать процессу гидролиза?

Слово «гидролиз» происходит от греческих слов hydor — «вода» и lysis — «разложение». Таким образом, само название указывает на процесс разложения вещества с участием воды. Учитывая этимологию и химическую суть, гидролиз можно определить как реакцию обменного взаимодействия вещества с водой, в результате которой происходит его частичное или полное разложение. В химии под гидролизом чаще всего понимается взаимодействие солей с водой, при котором образуются кислоты, основания или их слабые формы, и меняется реакция среды раствора.

Стр. 50

Вопрос

1. Почему фенолфталеин не изменил окраску в растворе хлорида натрия?

Фенолфталеин не изменил цвет в растворе хлорида натрия, потому что среда этого раствора нейтральная. Хлорид натрия — это соль, образованная сильным основанием (NaOH) и сильной кислотой (HCl), а такие соли не подвергаются гидролизу. В водном растворе ионы Na⁺ и Cl⁻ не взаимодействуют с молекулами воды, поэтому pH раствора остаётся равным 7.

Фенолфталеин — это индикатор, который меняет цвет только в щелочной среде (pH > 8), становясь малиновым. В нейтральной среде он остаётся бесцветным. Именно поэтому в растворе хлорида натрия фенолфталеин не меняет цвет.

2. Какая реакция среды будет у раствора соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой?

Раствор соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой, будет иметь кислую среду. Это связано с тем, что такие соли подвергаются гидролизу по катиону. Катион, происходящий из слабого основания (например, Zn²⁺, NH₄⁺, Al³⁺), взаимодействует с водой, отщепляя от неё гидроксид-ион OH⁻ и высвобождая в раствор ионы H⁺. Именно накопление ионов водорода (H⁺) определяет кислую реакцию среды.

Пример:

(Zn(NO₃)₂ + H₂O ⇄ ZnOHNO₃ + HNO₃)

Ионное:

(Zn²⁺ + H₂O ⇄ ZnOH⁺ + H⁺)

Таким образом, pH раствора будет меньше 7, то есть среда кислая.

Стр. 51

Вопрос

Почему в таблице растворимости напротив формул некоторых солей стоит прочерк, означающий, что данная соль не существует в растворе?

Прочерк в таблице растворимости указывает на то, что такая соль не существует в растворе, потому что она подвергается полному гидролизу по катиону и аниону. Это характерно для солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой, например (Al₂S₃). При добавлении такой соли в воду она полностью разлагается: и катион, и анион активно взаимодействуют с водой, в результате чего образуются нерастворимые или летучие продукты

— осадки или газы.

Пример:

(Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑)

Здесь выпадает осадок гидроксида алюминия и выделяется газообразный сероводород. Таким образом, сама соль в растворе не сохраняется, а сразу разлагается, поэтому не может существовать в водной среде как устойчивая растворимая форма. Именно поэтому в таблице ставится прочерк.

Стр. 51

Проверьте свои знания

1. Что называют гидролизом? Какие варианты гидролиза вы знаете?

Гидролизом называют реакцию обменного взаимодействия солей с водой, приводящую к их частичному или полному разложению. Он происходит, когда соли взаимодействуют с водой и в результате в растворе накапливаются ионы, изменяющие кислотно-щелочной характер среды. Существует несколько вариантов гидролиза:

1. Гидролиз по аниону — когда соль образована сильным основанием и слабой кислотой. Пример: (Na₂CO₃ + H₂O ⇄ NaHCO₃ + NaOH), в растворе образуются OH⁻, среда становится щелочной.

2. Гидролиз по катиону — когда соль образована слабым основанием и сильной кислотой. Пример: (Zn(NO₃)₂ + H₂O ⇄ ZnOHNO₃ + HNO₃), в растворе образуются H⁺, среда становится кислой.

3. Гидролиз по катиону и аниону — когда соль образована слабым основанием и слабой кислотой. Такой гидролиз может быть полным или частичным. Пример: (Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑), при этом происходит выделение газа и образование осадка.

2. Запишите уравнение молекулярного и ионного вида для реакции гидролиза карбоната натрия.

Карбонат натрия — соль, образованная сильным основанием (NaOH) и слабой кислотой (H₂CO₃), подвергается гидролизу по аниону.

Ионное уравнение:

(CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻)

Молекулярное уравнение:

(Na₂CO₃ + H₂O ⇄ NaHCO₃ + NaOH)

В результате в растворе появляется избыток OH⁻, и среда становится щелочной (pH > 7).

3. Только ли кислоты и основания могут в растворе обменом образовать соли?

Нет, не только кислоты и основания могут в растворе обменом образовать соли. Соли также могут образовываться при взаимодействии:

– кислот с солями,

– оснований с солями,

– двух солей,

при условии, что в результате реакции образуется осадок, газ или слабый электролит. Например, реакция двух солей: (BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl).

Также соли образуются в реакциях между кислотными и основными оксидами с водой, а также в результате нейтрализации (например, (HCl + NaOH → NaCl + H₂O)).

Следовательно, соли могут образовываться разными путями — не только при взаимодействии кислот и оснований, но и в более сложных обменных реакциях.

Стр. 52

Примените свои знания

4. Запишите уравнения гидролиза следующих солей, укажите тип гидролиза и среду образующегося раствора: Cu(NO₃)₂, FeSO₄, ZnCl₂, K₂S, Na₂SiO₃, NH₄Cl, Al(NO₃)₃.

Cu(NO₃)₂ — соль слабого основания и сильной кислоты.

Гидролиз по катиону:

(Cu²⁺ + H₂O ⇄ CuOH⁺ + H⁺)

Среда: кислая (pH < 7)

FeSO₄ — соль слабого основания и сильной кислоты.

Гидролиз по катиону:

(Fe²⁺ + H₂O ⇄ FeOH⁺ + H⁺)

Среда: кислая

ZnCl₂ — соль слабого основания и сильной кислоты.

Гидролиз по катиону:

(Zn²⁺ + H₂O ⇄ ZnOH⁺ + H⁺)

Среда: кислая

K₂S — соль сильного основания и слабой кислоты.

Гидролиз по аниону:

(S²⁻ + H₂O ⇄ HS⁻ + OH⁻)

Среда: щелочная

Na₂SiO₃ — соль сильного основания и слабой кислоты.

Гидролиз по аниону:

(SiO₃²⁻ + H₂O ⇄ HSiO₃⁻ + OH⁻)

Среда: щелочная

NH₄Cl — соль слабого основания и сильной кислоты.

Гидролиз по катиону:

(NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃ + H₃O⁺)

Среда: кислая

Al(NO₃)₃ — соль слабого основания и сильной кислоты.

Гидролиз по катиону:

(Al³⁺ + 3H₂O ⇄ Al(OH)₃ + 3H⁺)

Среда: кислая

5. Допишите левые части уравнений реакций гидролиза:

а) … → LiHSO₃ + LiOH

б) … → Mg(OH)Br + HBr

в) … → 2Cr(OH)₃ + 3H₂S

а) Li₂SO₃ + H₂O → LiHSO₃ + LiOH

Гидролиз соли, образованной сильным основанием (LiOH) и слабой кислотой (H₂SO₃), протекает по аниону. Один из анионов SO₃²⁻ превращается в гидросульфит (HSO₃⁻), а второй — в OH⁻. Поэтому в продуктах реакции — LiHSO₃ и LiOH.

б) MgBr₂ + H₂O → Mg(OH)Br + HBr

Гидролиз соли, образованной слабым основанием (Mg(OH)₂) и сильной кислотой (HBr), протекает по катиону. Катион Mg²⁺ взаимодействует с молекулами воды, образуя нерастворимый Mg(OH)Br и высвобождая ионы H⁺, которые создают кислую среду.

в) Cr₂S₃ + 6H₂O → 2Cr(OH)₃ + 3H₂S

Это пример полного гидролиза соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой (Cr(OH)₃ и H₂S). Вода полностью разлагает соль, в результате чего образуется осадок гидроксида хрома(III) и выделяется газ — сероводород (H₂S). Именно поэтому такая соль не существует в растворе и в таблице растворимости обозначается прочерком.

6. Смешали растворы карбоната натрия и сульфата алюминия. При этом выделился газ и выпал осадок (объясните почему). Напишите уравнение реакции.

Карбонат натрия (Na₂CO₃) — соль сильного основания и слабой кислоты.

Сульфат алюминия (Al₂(SO₄)₃) — соль слабого основания и сильной кислоты.

Обе соли подвергаются гидролизу:

– CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻

– Al³⁺ + H₂O ⇄ AlOH²⁺ + H⁺

В результате взаимодействия алюминия с карбонат-ионом образуется неустойчивая угольная кислота, которая распадается на воду и углекислый газ. Также выпадает осадок гидроксида алюминия:

(Al₂(SO₄)₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑ + 3Na₂SO₄)

Объяснение:

Газ — это CO₂, который образуется при разложении угольной кислоты. Осадок — это Al(OH)₃, нерастворимое основание, образующееся в результате гидролиза катиона Al³⁺.

Стр. 52

Практическая работа 1

Вариант 1.

1. Докажите опытным путём состав:

а) серной кислоты;

б) хлорида железа(III).

а) Для подтверждения наличия серной кислоты используют реакцию с солями бария. Если добавить к раствору H₂SO₄ раствор BaCl₂, образуется белый осадок сульфата бария:

(H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl)

BaSO₄ — нерастворимое вещество, что подтверждает наличие сульфат-ионов SO₄²⁻ в растворе.

б) Хлорид железа(III) можно доказать, добавив раствор щёлочи (NaOH). Образуется бурый осадок Fe(OH)₃:

(FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl)

Также можно использовать реакцию с роданидом калия (KSCN), при этом раствор окрашивается в кроваво-красный цвет:

(FeCl₃ + 3KSCN → Fe(SCN)₃ + 3KCl)

Это подтверждает присутствие ионов Fe³⁺.

2. Испытайте растворы хлорида калия, карбоната калия и хлорида цинка раствором индикатора или индикаторной бумагой и объясните результаты испытаний. Запишите молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза.

KCl — соль сильного основания и сильной кислоты.

Не подвергается гидролизу. Индикатор не меняет окраску, среда нейтральная.

Гидролиз отсутствует.

K₂CO₃ — соль сильного основания и слабой кислоты.

Подвергается гидролизу по аниону. Индикатор покажет щелочную среду (фенолфталеин станет малиновым).

Ионное уравнение:

(CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻)

Молекулярное уравнение:

(K₂CO₃ + H₂O ⇄ KHCO₃ + KOH)

ZnCl₂ — соль слабого основания и сильной кислоты.

Подвергается гидролизу по катиону. Индикатор покажет кислую среду.

Ионное уравнение:

(Zn²⁺ + H₂O ⇄ ZnOH⁺ + H⁺)

Молекулярное уравнение:

(ZnCl₂ + H₂O ⇄ ZnOHCl + HCl)

3. Практически осуществите следующие превращения: CuSO₄ → Cu(OH)₂ → CuO → CuCl₂ → Cu.

Оформите отчёт о наблюдениях и условиях проведения реакций. Запишите уравнения реакций с участием электролитов в молекулярной и ионной формах. Реакции с участием простых веществ рассмотрите как окислительно-восстановительные.

а) CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

(Молекулярное)

Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓ (Ионное)

Наблюдение: образуется голубой осадок гидроксида меди(II).

б) Cu(OH)₂ → CuO + H₂O

Нагревание осадка — голубой осадок превращается в чёрный порошок оксида меди(II).

в) CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O

(Молекулярное)

CuO + 2H⁺ → Cu²⁺ + H₂O (Ионное)

Раствор становится голубым — признак образования хлорида меди(II).

г) CuCl₂ + Zn → Cu↓ + ZnCl₂

(Молекулярное)

Cu²⁺ + Zn → Cu↓ + Zn²⁺ (Ионное)

Окислительно-восстановительная реакция:

Zn — восстановитель (отдаёт электроны),

Cu²⁺ — окислитель (принимает электроны).

Наблюдение: на цинке появляется налёт меди, раствор обесцвечивается.

Вариант 2.

1. Докажите опытным путём состав:

а) гидроксида кальция;

б) сульфата аммония.

а) Для подтверждения состава гидроксида кальция (Ca(OH)₂) используют соляную кислоту или индикаторы. При добавлении HCl в раствор известковой воды (Ca(OH)₂), исчезает мутность и происходит нейтрализация:

(Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O)

Также при добавлении фенолфталеина раствор становится малиновым — признак щелочной среды.

б) Сульфат аммония (NH₄)₂SO₄ можно доказать реакцией с щёлочью и нагреванием. При этом выделяется аммиак с характерным запахом:

((NH₄)₂SO₄ + 2NaOH → 2NH₃↑ + Na₂SO₄ + 2H₂O)

Выделившийся газ вызывает посинение влажной универсальной индикаторной бумаги — это NH₃.

2. Испытайте растворы нитрата натрия, карбоната натрия и нитрата цинка раствором индикатора или индикаторной бумагой и объясните результаты испытаний. Запишите молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза.

NaNO₃ — соль сильного основания (NaOH) и сильной кислоты (HNO₃).

Не подвергается гидролизу.

Среда нейтральная, индикатор не меняет цвет.

Гидролиз отсутствует.

Na₂CO₃ — соль сильного основания (NaOH) и слабой кислоты (H₂CO₃).

Гидролиз по аниону:

Ионное уравнение: (CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻)

Молекулярное: (Na₂CO₃ + H₂O ⇄ NaHCO₃ + NaOH)

Среда щелочная (pH > 7), фенолфталеин становится малиновым.

Zn(NO₃)₂ — соль слабого основания (Zn(OH)₂) и сильной кислоты (HNO₃).

Гидролиз по катиону:

Ионное уравнение: (Zn²⁺ + H₂O ⇄ ZnOH⁺ + H⁺)

Молекулярное: (Zn(NO₃)₂ + H₂O ⇄ ZnOHNO₃ + HNO₃)

Среда кислая (pH < 7), метилоранжевый индикатор становится красным.

3. Практически осуществите следующие превращения: Fe → FeSO₄ → Fe(OH)₂ → FeCl₂ → Fe(NO₃)₂.

Оформите отчёт о наблюдениях и условиях проведения реакций. Запишите их уравнения для реакций с участием электролитов в молекулярной и ионной формах. Реакции с участием простых веществ рассмотрите как окислительно-восстановительные.

а) Окисление железа до сульфата железа(II):

(Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑) — молекулярное

(Fe⁰ → Fe²⁺ + 2e⁻ — окисление)

(2H⁺ + 2e⁻ → H₂ — восстановление)

Окислительно-восстановительная реакция.

б) Осаждение гидроксида железа(II):

(FeSO₄ + 2NaOH → Fe(OH)₂↓ + Na₂SO₄) — молекулярное

(Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)₂↓) — ионное

Наблюдается серовато-зелёный осадок.

в) Взаимодействие с соляной кислотой:

(Fe(OH)₂ + 2HCl → FeCl₂ + 2H₂O) — молекулярное

(Fe(OH)₂ + 2H⁺ → Fe²⁺ + 2H₂O) — ионное

Осадок растворяется, образуется светло-зелёный раствор соли.

г) Реакция с азотной кислотой:

(FeCl₂ + 2HNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2HCl) — молекулярное

(Fe²⁺ + 2NO₃⁻ → Fe²⁺ + 2NO₃⁻) — ионное (реакция ионного обмена, без ОВР)

Раствор остаётся зелёным, замена кислотного остатка.