Лабораторная работа №4

 Тема: «Реакции гидролиза»

Цель: сформировать понятие гидролиза солей.

Задача: решить задачи.

Материально – техническое обеспечение занятия: АРМ, мультимедиа, компьютер, проектор, экран.

Методическое и дидактическое обеспечение занятия:

• Учебник химии 9 класса, Химия: 11 класс: Учебник для учащихся общеобразовательных учреждений Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. ( 2021, 15-е изд., 191с.)

• Периодическая таблица химических элементов Д.И.Менделеева
• Таблица растворимости кислот, оснований и солей в воде

Оборудования и реактивы: штатив с пробирками, растворы индикаторов (фенолфталеина, лакмуса), растворы солей хлорида меди (II), карбоната калия, хлорида натрия, гидроксид калия, соляная кислота, дистиллированная вода.

Освоены следующие компетенции:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их выполнение и качество.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

Количество часов: 2 часа

Критерии оценки:

1. Зачет ставится в случае, если выполнено не менее 50% заданий, в освещении вопросов не содержится грубых ошибок, самостоятельно выполнена практическая работа, выполнены требования к оформлению.

2. Незачет ставится, если обучающихся не справился с заданием (выполнено менее 50% задания), нераскрыто основное содержание вопросов, имеются грубые ошибки в выполнении задания, а также работа выполнена несамостоятельно.

ХОД ЗАНЯТИЯ

 Задание 1. Повторите основы опорных знаний (устно).

1. Назовите сильные и слабые электролиты.

2. Дайте определение и классификацию солей в свете теории электролитической диссоциации.

3. Назовите признаки протекания реакций ионного обмена.

4. Что такое рН, и каково его практическое значение?

5. Назовите индикаторы. Как с их помощью можно определить среду раствора?

 Задание 2. Сделайте краткий конспект теоретического материала

Теоретический материал

Гидролизом называют реакцию ионного обмена между веществом и водой, в результате которой происходит разложение вещества и изменяется реакция среды. 

Гидролизом называют взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита.

Реакция гидролиза обратима. Чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции, необходимо, чтобы один из продуктов реакции расходовался в какой-то другой реакции. Например, если проводить гидролиз в присутствии щёлочи, кислота превратится в соль, которая в обратной реакции участвовать не может.

Гидролиз неорганических солей

В реакцию гидролиза вступают растворимые в воде соли, образованные хотя бы одним слабым электролитом. Одним из продуктов реакции будет малодиссоциирующее соединение, при этом изменится рН среды.

Соль – это продукт взаимодействия основания и кислоты.

В зависимости от силы кислот и оснований образуемые ими соли делят на четыре типа:  

1. Соль образована сильным основанием и слабой кислотой: Na₂CO₃, K₂S.

2. Соль образована слабым основанием и сильной кислотой: CuSO₄, NiCl₂.

3. Соль образована слабым основанием и слабой кислотой: Fe(CH₃COO)₃, (NH₄)₂CO₃.

4. Соль образована сильным основанием и сильной кислотой: NaCl, KNO₃.

Рассмотрим гидролиз карбоната натрия. В растворе соль полностью распадается на ионы: Na₂CO₃ ↔ 2Na⁺ + CO₃^2-.

Na⁺ - от сильного основания NaOH (α = 87%);

CO₃^2- - от слабой кислоты Н₂СО₃ (α = 0,06%).

Молекулы воды представляют собой диполи, состоящие из положительно заряженного иона водорода и отрицательно заряженной гидроксильной группы.

Гидроксид натрия – сильный электролит, поэтому ион натрия взаимодействовать с молекулами воды не будет.

Угольная кислота – слабый электролит, поэтому карбонат-ионы будут взаимодействовать с полярными молекулами воды с образованием слабого электролита – гидрокарбонат-иона.

Среда при этом становится щелочной.

CO₃^2- + Н⁺-ОН^- ↔ НСО₃^- + ОН^- ; Na₂CO₃ + H₂O ↔ NaHCO₃ + NaOH.

Рассмотрим гидролиз хлорида железа (III). В растворе соль полностью диссоциирует на ионы:

FeCl₃ ↔ Fe³⁺ + 3Cl^-.

Fe³⁺ - от слабого основания Fe(ОН)₃ (α = 0,0007%);

Cl^- - от сильной кислоты НCl (α = 100%).

Ион хлора с молекулами воды не взаимодействует, так как соляная кислота – сильный электролит.

Ионы железа будут взаимодействовать с молекулами воды, так как гидроксид железа (III) – слабый электролит. В результате образуется слабыйгидроксокатион железа (III) и кислая среда.

Fe³⁺ + Н⁺-ОН^- ↔ FeОН²⁺ + Н⁺; FeCl₃ + H₂O ↔ FeОНCl₂ + HCl.

Если соль образована слабым основанием и слабой кислотой, то гидролизу подвергаются как катион, так и анион. Реакция среды при этом будет близка к нейтральной.

Например, ацетат меди в воде диссоциирует на ион меди и ацетат-ионы. Cu(CH₃COO)₂ ↔ Cu²⁺ + 2CH₃COO^-

Cu²⁺ - от слабого основания Cu(ОН)₂ (α = 0,0006%);

СН₃СОО^- - от слабой кислоты СН₃СООН (α = 0,42%).

Оба типа ионов взаимодействуют с молекулами воды, при этом образуется слабый электролит гидроксокатион меди и слабая уксусная кислота.

Cu²⁺ + Н⁺-ОН^- ↔ CuОН⁺ + Н⁺; CH₃COO^- + Н⁺-ОН^- ↔ СН₃СООН + ОН^-;

Cu(CH₃COO)₂ + H₂O ↔ CuОН(СН₃ОО) + СН₃СООН.

Если соль образована сильным основанием и сильной кислотой, то такая соль в реакцию гидролиза не вступает, так как в ней не может образоваться слабый электролит. Реакция среды остаётся нейтральной.

Смещение равновесия в реакции гидролиза

Все рассмотренные выше реакции гидролиза являются обратимыми. Смещение химического равновесия в них происходит согласно принципу Ле Шателье.

Так, добавление кислоты в раствор соли меди препятствует протеканию гидролиза, а добавление щёлочи усиливает гидролиз.

Существуют соли, из которых нельзя приготовить раствор – они полностью разлагаются водой на образующие их кислоту и основание. В этом случае говорят, что идёт полный гидролиз: Cr₂S₃ + 6H₂O → 2Cr(OH)₃↓ + 3H₂S↑.

Полному гидролизу подвергаются соли, образованные слабым нерастворимым или нестойким основанием и слабой, неустойчивой или летучей кислотой. Продукт гидролиза в таких реакциях выпадает в осадок или выделяется из раствора в виде газа, и принимать участие в обратной реакции не может. Полный гидролиз необратим.

Типы солей

Окраска индикаторов

Хотя гидролиз солей – разновидность реакции обмена, технология составления уравнений реакций этого процесса имеет свои особенности. Главное отличие – то, что в этом случае сначала составляют ионное уравнение реакции, а затем не его основе записывают молекулярное.

Алгоритм составления уравнения реакции гидролиза

1 шаг: Учитывая, что гидролизу подвергаются только растворимые соли, определим по таблице растворимости растворимость соли в воде;

2 шаг: Составим уравнение диссоциации соли: NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl⁻;

3 шаг: Определим природу соли (соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, гидролизу не подвергаются): соль NH₄Cl образована слабым основанием NH₄OH и сильной кислотой HCl;

4 шаг: Проведем анализ, какой из ионов соли с ионами воды образует слабый электролит (выучить ряды сильных и слабых электролитов); учитывая, что катион соли взаимодействует с анионом ОН⁻ воды, анион соли – с катионом Н⁺ воды:

Ион NH₄⁺ соответствует слабому электролиту – основанию NH₄OH;

Ион Cl^- соответствует сильному электролиту – кислоте HCl.

5 шаг: Сделаем вывод, какой из ионов соли подвергается гидролизу:

NH₄⁺ − ион, образующий слабый электролит, следовательно, он и подвергается гидролизу;

6 шаг: Установим число ступеней гидролиза соли (заряд иона, подвергающегося гидролизу, указывает на число ступеней гидролиза соли) − у иона NH₄⁺ заряд иона равен единице, следовательно, соль подвергается гидролизу в одну ступень;

7 шаг: Составим краткое ионное уравнение первой ступени гидролиза соли, учитывая обратимость процесса гидролиза:

NH₄⁺ + HOH ↔ NH₄OH + H⁺;

8 шаг: Определим среду и рН раствора соли. Если в кратком ионном уравнении образуется ион Н⁺ − среда раствора кислая, рН < 7; если образуется ион ОН⁻ − среда раствора щелочная, рН > 7;

9 шаг: Составим полное ионное уравнение гидролиза соли. Подставим в краткое ионное уравнение противоположно заряженный ион (противоион) иону NH₄⁺. В соли NH₄Cl противоионом является хлорид-ион Cl⁻:

NH₄⁺ + Cl⁻ + HOH ↔ NH₄OH + H⁺ + Cl⁻;

10 шаг: Составим молекулярное уравнение, объединяя противоионы в левой и правой частях схемы в молекулы:

NH₄Cl + HOH ↔ NH₄OH + HCl;

                          основание /кислота

11 шаг: Установим продукты гидролиза соли. Конечными продуктами гидролиза соли являются кислота и основание (или амфотерный гидроксид). Так, продуктами гидролиза соли NH₄Cl являются основание – гидроксид аммония NH₄ОН и хлороводородная (соляная) кислота НСl.

Примечание: если соль подвергается ступенчатому гидролизу, то для образовавшихся в промежуточных ступенях гидролиза кислых или основных солей необходимо выполнить шаги 3 −  11.

 Ступенчатый гидролиз солей

Соли, образованные слабой многоосновной кислотой и сильным основанием или слабым многокислотным основанием (амфотерным гидроксидом) и сильной кислотой подвергаются гидролизу по ступеням. Число ступеней гидролиза соли равно заряду иона, подвергающегося гидролизу, если образующиеся промежуточные продукты гидролиза соли хорошо растворимы в воде. В этом случае образуются конечные продукты гидролиза соли – кислота, основание или амфотерный гидроксид.

При ступенчатом гидролизе аниона промежуточными продуктами гидролиза соли являются кислые соли:

1 ступень: K₃PO₄ + HOH ↔ K₂HPO₄ + KOH,

2 ступень: K₂HPO₄ + HOH ↔ KH₂PO₄ + KOH,

3 ступень: KH₂PO₄ + HOH ↔ H₃PO₄ + KOH.

При ступенчатом гидролизе катиона промежуточными продуктами гидролиза соли являются основные соли:

1 ступень: AlCl₃ + HOH ↔ Al(OH)Cl₂ + HCl,

2 ступень: Al(OH)Cl₂ + HOH ↔ Al(OH)₂Cl + HCl,

3 ступень: Al(OH)₂Cl + HOH ↔ Al(OH)₃ + HCl.

Если промежуточный продукт гидролиза – труднорастворимая основная соль, то гидролиз протекает до образования этой соли:

1 ступень: SbCl₃ + HOH ↔ Sb(OH)Cl₂ + HCl,

2 ступень: Sb(OH)Cl₂ + HOH ↔ Sb(OH)₂Cl↓ + HCl,

Sb(OH)₂Cl ® H₂O + SbOCl↓.

 Пример 1:

К раствору Al₂(SO₄)₃ добавили следующие вещества: а) Н₂SО₄; б) КОН; в) Na₂SO₃; г) ZnSO₄. В каких случаях гидролиз сульфата алюминия усилится? Почему? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.
 

Решение:
Гидролиз соли Al₂(SO₄)₃

а) Соль Al₂(SO₄)₃ гидролизуется по катиону, а H₂SO₄ диссоциирует в водном растворе:

Al₂(SO₄)₃  ⇔ 2Al³⁺ + 3SO₄^2-;
Al³⁺ + H₂O ⇔ AlOH²⁺ + H⁺;
H₂SO₄ ⇔ 2H⁺ + SO₄^2-

Если растворы этих веществ находятся в одном сосуде, то идёт угнетение гидролиза соли  Al₂(SO₄)₃, ибо образуется избыток ионов водорода Н⁺ и равновесие гидролиза сдвигается влево.

Пример 2:

Какие из солей NaBr, Na₂S, K₂CO₃, CoCl₂ подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (> 7 <) имеют растворы этих солей?

Решение:
Гидролиз солей: Na₂S, K₂CO₃, CoCl₂

а) NaBr – соль сильного основания и сильной кислоты гидролизу не подвергается, так как ионы Na+, Br- не связываются ионами воды H⁺ и OH^-. Ионы Na⁺, Br^-, H⁺ и OH^- останутся в растворе. Таким образом, обратная гидролизу реакция нейтрализации протекает практически до конца. Так как в растворе соли присутствуют равные количества ионов H⁺ и OH^-, то раствор имеет нейтральную среду, рН = 0.

б) Na₂S – соль сильного однокислотного основания NaOH и слабой многоосновной  кислоты H₂S. В этом случае анионы S^2- связывают ионы водорода Н⁺ воды, образуя анионы кислой соли НS^-. Образование H₂S не происходит, так как ионы НS^- диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы H₂S. В обычных условиях гидролиз идёт по первой ступени. Соль гидролизуется по аниону.

Ионно-молекулярное уравнение гидролиза:

Na₂S ⇔ 2К⁺ + S^2-;
S^2- + H₂O ⇔ НS^- + ОH^-

или в молекулярной форме:

Na₂S + 2Н₂О ⇔ NaНS + NaОН

В растворе появляется избыток гидроксид-ионов, которые придают раствору Na₂S щелочную среду, рН > 7.

в) К₂CO₃ - соль сильного однокислотного основания КOH и слабой двухосновной кислоты Н₂СО₃. В этом случае анионы CO₃^2- связывают ионы водорода Н⁺ воды, образуя анионы кислой соли HCO₃^-. Образование H₂CO₃ не происходит, так как ионы HCO₃^- диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы H₂CO₃. В обычных условиях гидролиз идёт по первой ступени. Соль гидролизуется по аниону.

Ионно-молекулярное уравнение гидролиза:

К₂CO₃ ⇔ 2Cs⁺ + CO₃^2-;
CO₃^2- + H₂O ⇔ HCO₃^- + ОH^-

или в молекулярной форме:

К₂CO₃ + Н₂О ⇔ СО₂↑ + 2КOH

В растворе появляется избыток гидроксид-ионов, которые придают раствору К₂CO₃ щелочную среду, рН  > 7.

г) СоСl₂ - соль слабого многокислотного основания Со(OH)₂ и сильной одноосновной кислоты. В этом случае катионы Со²⁺ связывают ионы ОН^- воды, образуя катионы основной соли СоOH⁺. Образование Со(OH)₂ не происходит, потому что ионы СоOH⁺ диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Со(OH)₂. В обычных условиях гидролиз идёт по первой ступени. Соль гидролизуется по катиону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза:

СоCl₂  ⇔ Со²⁺ + 2Cl^-;
Со²⁺+ H₂O ⇔ СоOH⁺ + H⁺

или в молекулярной форме:

СоCl₂  + Н₂О ⇔ СоOHCl + HCl

В растворе появляется избыток ионов водорода, которые придают раствору СоCl₂ кислую среду, рН < 7.

[Презентация "Способы выражения концентрации растворов" (989.6 Kb) ]

[Презентация "Электролитическая диссоциация. Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации"  (3.31 Mb) ]

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Вопросы, задания, задачи

 Задание 1. Соли, каких типов подвержены гидролизу?

Задание 2. Какие из солей, формулы которых: K₃PO₄, Al₂(SO₄)₃, MgSO₄, NH₄NO₃, Pb(NO₃)₂, Na₂CO₃, подвергаются гидролизу по катиону? Составьте уравнения гидролиза этих солей, укажите реакцию среды.

 Задание 3. Какие из солей, формулы которых: Na₂S, AlCl₃, K₂SO₃, Cr₂(SO₄)₃, (CH₃COO)₂Ba, AgF, Mg(NO₃)₂, Na₂SiO₃, KMnO₄, Na₃PO₄, подвергаются гидролизу по аниону? Составьте уравнения гидролиза этих солей, укажите реакцию среды и окраску лакмуса в растворе.

 Задание 4. Какие из приведённых солей подвергаются гидролизу и по катиону, и по аниону: NH₄F, (CH₃COO)₃Al, (CH₃COO)₂Cu, (NH₄)₂CO₃, KNO₂, AgNO₃, Na₃PO₄, CrCl₃? Составьте уравнения гидролиза этих солей (все реакции обратимы) в полной ионной форме.

 Задание 5. Реакция нейтрализации сильных кислот или оснований протекает с выделением теплоты. Используя принцип Ле Шателье, обоснуйте, почему при нагревании равновесие гидролиза смещается вправо.

 Задание 6. Какие из солей RbCl, Сr₂(SО₄)₃, Ni(NО₃)₂, Na₂SO₃ подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН ( > 7 <) имеют растворы этих солей?

 Задание 7. К раствору Al₂(SO₄)₃ добавили следующие вещества:

а) Н₂SО₄;

б) КОН;

в) Na₂SO₃;

г) ZnSO₄.

В каких случаях гидролиз сульфата алюминия усилится? Почему? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.

 Задание 8. Сделайте вывод по работе