Гідроліз солей і середовище їхніх розчинів
~15 хв · 9 розділів · 10 тестових запитань
Прогнозуй реакцію середовища розчину солі за силою кислоти й основи, що її утворили. Складай рівняння гідролізу в молекулярній та йонній формах і визначай забарвлення індикаторів.
Коли ти розчиняєш сіль у воді, ти, напевно, очікуєш, що розчин буде нейтральним. Але це не завжди так! Багато солей реагують із водою, змінюючи її pH. Цей процес називають гідролізом солі.
Визначення гідролізу
Гідроліз солі — це обмінна взаємодія йонів солі з молекулами води, унаслідок якої утворюється слабкий електроліт і в розчині з'являється надлишок йонів H⁺ або OH⁻. Слово «гідроліз» походить від грецьких «гідро» (вода) і «лізис» (розкладання).
Важливо запам'ятати: гідролізу зазнає лише той йон солі, який відповідає слабкому електроліту. Якщо йон походить від сильної кислоти або сильної основи, він із водою не взаємодіє.
Як це працює: два механізми
Існує два основні типи гідролізу залежно від того, який йон солі є «слабким»:
Гідроліз за катіоном: катіон слабкої основи (NH₄⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Al³⁺, Fe³⁺) зв'язує гідроксид-йони OH⁻ з молекул води. У розчині лишається надлишок йонів H⁺ — середовище стає кислим (pH < 7).
Гідроліз за аніоном: аніон слабкої кислоти (CO₃²⁻, S²⁻, SiO₃²⁻, CH₃COO⁻, PO₄³⁻) зв'язує йони H⁺ з молекул води. У розчині лишається надлишок йонів OH⁻ — середовище стає лужним (pH > 7).
Оборотність і ступені гідролізу
Гідроліз — процес оборотний. У рівняннях це позначають знаком ⇄, а не →. Він відбувається незначною мірою, тому в розчині завжди є і вихідні йони, і продукти гідролізу. Переважно гідроліз іде за першим ступенем — взаємодіє лише один йон солі з однією молекулою води. Подальші ступені (другий, третій) відбуваються значно меншою мірою, тому зазвичай записують лише рівняння першого ступеня.
За принципом Ле Шательє, гідроліз посилюють розведення розчину (додавання води) і нагрівання. Це тому, що обидва чинники зміщують рівновагу в бік продуктів реакції.
Щоб передбачити, яким буде середовище розчину солі, треба визначити, яка основа й яка кислота її утворили, і з'ясувати, чи вони сильні чи слабкі. Саме від цього залежить, чи відбудеться гідроліз, і який йон — катіон чи аніон — братиме в ньому участь.
Сильні та слабкі основи й кислоти
Спочатку запам'ятай, які речовини належать до сильних, а які — до слабких електролітів.
Тип електроліту | Сильні | Слабкі |
|---|---|---|
Основи | LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂ (луги) | NH₃·H₂O (розчинна слабка основа); нерозчинні гідроксиди Zn(OH)₂, Al(OH)₃, Cu(OH)₂, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃ |
Кислоти | HCl, HNO₃, H₂SO₄ | H₂CO₃, H₂S, H₂SO₃, H₂SiO₃, HF, CH₃COOH; H₃PO₄ — середньої сили |
Запам'ятай: H₃PO₄ — кислота середньої сили. На НМТ її часто відносять до слабких, тому сіль Na₃PO₄ гідролізується за аніоном і дає лужне середовище.
Чотири комбінації — чотири результати
Розгляньмо всі можливі варіанти співвідношення сил основи й кислоти, що утворили сіль.
Основа | Кислота | Тип гідролізу | Середовище |
|---|---|---|---|
Сильна | Слабка | За аніоном | Лужне (pH > 7) |
Слабка | Сильна | За катіоном | Кисле (pH < 7) |
Сильна | Сильна | Немає | Нейтральне (pH ≈ 7) |
Слабка | Слабка | За катіоном і за аніоном | Залежить від співвідношення сил |
Приклади солей для кожної групи
Сіль сильної основи й слабкої кислоти — гідроліз за аніоном, лужне середовище: Na₂CO₃, K₂CO₃, K₂S, Na₂SiO₃, CH₃COONa, Na₃PO₄.
Сіль слабкої основи й сильної кислоти — гідроліз за катіоном, кисле середовище: NH₄Cl, ZnCl₂, CuSO₄, AlCl₃, FeCl₃, Al₂(SO₄)₃, Fe(NO₃)₃.
Сіль сильної основи й сильної кислоти гідролізу не зазнає — середовище нейтральне: NaCl, KNO₃, Na₂SO₄, BaCl₂, Ca(NO₃)₂.
Сіль слабкої основи й слабкої кислоти гідролізується і за катіоном, і за аніоном. Деякі такі солі у воді розкладаються повністю (необоротний гідроліз). Наприклад: Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑. У таблиці розчинності такі солі позначено «# », а ті, що не існують, — «—».
Правило «чия сила, того й середовище»: сильна основа дає лужне середовище, сильна кислота — кисле, обидві сильні — нейтральне.
Коли ти визначив, який йон солі зазнає гідролізу, настав час записати рівняння. Програма НМТ вимагає вміти складати рівняння гідролізу в йонній і молекулярній формах. Зазвичай записують скорочене йонне рівняння першого ступеня гідролізу та відповідне молекулярне рівняння.
Гідроліз за аніоном (сіль сильної основи й слабкої кислоти)
Аніон слабкої кислоти взаємодіє з водою, забираючи в неї йон H⁺. У результаті утворюється гідрогенаніон (кисла сіль) і вивільняється OH⁻.
Приклад 1 — натрій карбонат Na₂CO₃:
Скорочене йонне: CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻
Молекулярне: Na₂CO₃ + H₂O ⇄ NaHCO₃ + NaOH
Зверни увагу: у молекулярному рівнянні утворюється кисла сіль (NaHCO₃) і луг (NaOH). Саме NaOH дає лужне середовище.
Приклад 2 — калій сульфід K₂S:
Скорочене йонне: S²⁻ + H₂O ⇄ HS⁻ + OH⁻
Молекулярне: K₂S + H₂O ⇄ KHS + KOH
Приклад 3 — натрій ацетат CH₃COONa (однозарядний аніон):
Скорочене йонне: CH₃COO⁻ + H₂O ⇄ CH₃COOH + OH⁻
Молекулярне: CH₃COONa + H₂O ⇄ CH₃COOH + NaOH
Для однозарядного аніона продукт — уже не кисла сіль, а сама слабка кислота (CH₃COOH).
Гідроліз за катіоном (сіль слабкої основи й сильної кислоти)
Катіон слабкої основи взаємодіє з водою, забираючи в неї йон OH⁻. У результаті утворюється гідроксокатіон (основна сіль) і вивільняється H⁺.
Приклад 1 — цинк хлорид ZnCl₂:
Скорочене йонне: Zn²⁺ + H₂O ⇄ ZnOH⁺ + H⁺
Молекулярне: ZnCl₂ + H₂O ⇄ ZnOHCl + HCl
У молекулярному рівнянні утворюється основна сіль (ZnOHCl) і сильна кислота (HCl). Саме HCl дає кисле середовище.
Приклад 2 — алюміній хлорид AlCl₃:
Скорочене йонне: Al³⁺ + H₂O ⇄ AlOH²⁺ + H⁺
Молекулярне: AlCl₃ + H₂O ⇄ AlOHCl₂ + HCl
Приклад 3 — амоній хлорид NH₄Cl:
Скорочене йонне: NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃·H₂O + H⁺
Молекулярне: NH₄Cl + H₂O ⇄ NH₃·H₂O + HCl
Алгоритм складання рівнянь гідролізу
Визнач, який йон у солі відповідає слабкому електроліту (катіон слабкої основи чи аніон слабкої кислоти).
Запиши взаємодію цього йона з однією молекулою води, використовуючи знак оборотності ⇄.
Визнач, які йони лишилися в надлишку: H⁺ — середовище кисле, OH⁻ — лужне.
Склади молекулярне рівняння, додавши до йонів-спостерігачів (катіонів сильної основи або аніонів сильної кислоти) продукти реакції.
Ключова підказка: У скороченому йонному рівнянні гідролізу справа завжди є йони H⁺ або OH⁻ — саме вони визначають середовище розчину.
Ти вже знаєш, що розчини різних солей можуть бути лужними, кислими або нейтральними. Як це визначити на практиці? Найпростіше — скористатися індикаторами: речовинами, які змінюють колір залежно від pH середовища.
Лужне середовище (Na₂CO₃, K₂S, CH₃COONa)
У лужному розчині (pH > 7) метилоранж набуває жовтого кольору. Фенолфталеїн стає помітно рожево-малиновим, якщо pH достатньо високий — його інтервал переходу приблизно 8,2–10. Колір універсального індикатора визначають за його шкалою: у лужному середовищі він дає синій або фіолетовий відтінок.
У побуті: розчин кальцинованої соди Na₂CO₃ має лужне середовище, тому його використовують для миття й прання. Розчин питної соди NaHCO₃ — слабколужний, його pH близько 8.
Кисле середовище (ZnCl₂, NH₄Cl, CuSO₄, AlCl₃)
У кислому розчині (pH < 7) фенолфталеїн залишається безбарвним, а метилоранж набуває рожевого (червоного) забарвлення. Так забарвлюють метилоранж розчини солей слабкої основи й сильної кислоти: ZnCl₂, NH₄Cl, CuSO₄, AlCl₃.
Нейтральне середовище (NaCl, KNO₃, Na₂SO₄)
У нейтральному розчині (pH ≈ 7) фенолфталеїн безбарвний, метилоранж оранжевий. Універсальний індикатор поблизу pH 7 дає зелений колір за відповідною шкалою.
Середовище | pH | Метилоранж | Фенолфталеїн |
|---|---|---|---|
Лужне | > 7 | Жовтий | Рожево-малиновий |
Кисле | < 7 | Рожевий (червоний) | Безбарвний |
Нейтральне | ≈ 7 | Оранжевий | Безбарвний |
Важливо: у завданнях на гідроліз pH розчину солі зазвичай не наводять — колір індикатора визначай за середовищем. Сіль слабкої основи й сильної кислоти (AlCl₃, ZnSO₄, NH₄Cl, CuSO₄): метилоранж рожевий, фенолфталеїн безбарвний. Сіль сильної основи й слабкої кислоти (Na₂CO₃, K₂S, K₃PO₄): метилоранж жовтий, фенолфталеїн малиновий. Сіль сильної основи й сильної кислоти: метилоранж оранжевий, фенолфталеїн безбарвний.
Розгляньмо типові завдання НМТ на тему гідролізу солей. Кожен приклад супроводжується покроковим розв'язанням.
Приклад 1. Логічні пари: сіль — середовище й причина
Установіть відповідність між сіллю (1–3) і характеристикою її водного розчину (А–Д).
1 K₂S; 2 Fe(NO₃)₃; 3 KNO₃
А лужне, гідроліз за аніоном; Б кисле, гідроліз за катіоном; В нейтральне, практично без гідролізу; Г кисле, гідроліз за аніоном; Д лужне, гідроліз за катіоном.
Розв'язання:
K₂S: основа KOH — сильна (луг), кислота H₂S — слабка. Гідроліз за аніоном S²⁻, середовище лужне. Відповідь — А.
Fe(NO₃)₃: основа Fe(OH)₃ — слабка (нерозчинний гідроксид), кислота HNO₃ — сильна. Гідроліз за катіоном Fe³⁺, середовище кисле. Відповідь — Б.
KNO₃: основа KOH — сильна, кислота HNO₃ — сильна. Гідролізу практично немає, середовище нейтральне. Відповідь — В.
Ключ: 1А, 2Б, 3В.
Чому не Г і не Д? Варіант Г (кисле, гідроліз за аніоном) неможливий: гідроліз за аніоном дає лужне середовище. Варіант Д (лужне, гідроліз за катіоном) також неможливий: гідроліз за катіоном дає кисле середовище.
Приклад 2. Вибір однієї відповіді: pH > 7
Розчин якої солі має pH > 7?
А NH₄NO₃; Б K₂CO₃; В AlCl₃; Г KCl.
Розв'язання:
NH₄NO₃: основа NH₃·H₂O — слабка, кислота HNO₃ — сильна → гідроліз за катіоном → кисле середовище (pH < 7).
K₂CO₃: основа KOH — сильна, кислота H₂CO₃ — слабка → гідроліз за аніоном → лужне середовище (pH > 7).
AlCl₃: основа Al(OH)₃ — слабка, кислота HCl — сильна → гідроліз за катіоном → кисле середовище (pH < 7).
KCl: основа KOH — сильна, кислота HCl — сильна → гідролізу немає → нейтральне середовище (pH ≈ 7).
Ключ: Б (K₂CO₃).
Приклад 3. Вибір однієї відповіді: рівняння гідролізу
Яке скорочене йонне рівняння відповідає першому ступеню гідролізу натрій сульфіду (Na₂S)?
А S²⁻ + 2H₂O ⇄ H₂S + 2OH⁻; Б Na⁺ + H₂O ⇄ NaOH + H⁺; В S²⁻ + H₂O ⇄ HS⁻ + OH⁻; Г S²⁻ + 2H⁺ → H₂S.
Розв'язання:
Na₂S — сіль сильної основи (NaOH) і слабкої кислоти (H₂S). Гідролізує аніон S²⁻. Перший ступінь: S²⁻ + H₂O ⇄ HS⁻ + OH⁻.
Варіант А — це сума першого й другого ступенів (S²⁻ + 2H₂O ⇄ H₂S + 2OH⁻), а в завданні питають саме про перший ступінь.
Варіант Б — Na⁺ + H₂O ⇄ NaOH + H⁺ — помилка: катіон Na⁺ походить від сильної основи й не гідролізується.
Варіант Г — S²⁻ + 2H⁺ → H₂S — це реакція сульфід-йона з кислотою, а не гідроліз.
Ключ: В (S²⁻ + H₂O ⇄ HS⁻ + OH⁻).
Приклад 4. Вибір однієї відповіді: сіль без гідролізу
Яка сіль НЕ зазнає гідролізу?
А Na₂SiO₃; Б ZnSO₄; В Ba(NO₃)₂; Г CH₃COOK.
Розв'язання:
Na₂SiO₃: основа NaOH — сильна, кислота H₂SiO₃ — слабка → гідроліз за аніоном SiO₃²⁻.
ZnSO₄: основа Zn(OH)₂ — слабка, кислота H₂SO₄ — сильна → гідроліз за катіоном Zn²⁺.
Ba(NO₃)₂: основа Ba(OH)₂ — сильна (луг), кислота HNO₃ — сильна → гідролізу НЕМАЄ.
CH₃COOK: основа KOH — сильна, кислота CH₃COOH — слабка → гідроліз за аніоном CH₃COO⁻.
Ключ: В (Ba(NO₃)₂).
На НМТ учні часто припускаються однотипних помилок у завданнях на гідроліз. Розберімо їх, щоб ти знав, на що звернути увагу.
Помилка: вважають розчини всіх солей нейтральними. Насправді багато солей гідролізуються, і їхні розчини мають кисле або лужне середовище. Завжди перевіряй силу основи й кислоти, що утворили сіль.
Помилка: визначають середовище за «слабшим» компонентом. Наприклад, для Na₂CO₃ пишуть «кисле», бо сіль утворена кислотою (H₂CO₃). Правило інше: «чия сила, того й середовище». Сильна основа (NaOH) дає лужне середовище, а слабка кислота лише забезпечує гідроліз за аніоном.
Помилка: записують гідроліз солі сильної основи й сильної кислоти. Наприклад: NaCl + H₂O ⇄ NaOH + HCl. Така реакція не відбувається, бо й Na⁺, і Cl⁻ походять від сильних електролітів і з водою не взаємодіють. Середовище нейтральне.
Помилка: пишуть знак → замість ⇄ або одразу всі ступені гідролізу. Наприклад: CO₃²⁻ + 2H₂O → H₂CO₃ + 2OH⁻. Гідроліз — оборотний процес, тому використовуй ⇄. Крім того, зазвичай записують лише перший ступінь: CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻.
Помилка: вважають H₃PO₄ сильною кислотою. Ортофосфатна кислота — середньої сили, тому сіль Na₃PO₄ гідролізується за аніоном і дає лужне середовище, а не нейтральне.
Помилка: плутають гідроліз за катіоном і за аніоном. Запам'ятай: гідролізу зазнає йон слабкого електроліту. Катіон слабкої основи (NH₄⁺, Zn²⁺, Al³⁺) — гідроліз за катіоном, середовище кисле. Аніон слабкої кислоти (CO₃²⁻, S²⁻, CH₃COO⁻) — гідроліз за аніоном, середовище лужне.
Гідроліз солей входить до теми 1.6 програми НМТ з хімії. Від тебе вимагають уміти складати рівняння гідролізу солей у молекулярній і йонній формах, визначати можливість гідролізу й середовище розчину солі.
Формати завдань
У демоваріанті НМТ-2026 завдання № 20 — це логічні пари (1–3 → А–Д) на 0–3 бали (по 1 балу за кожну правильну пару). У ньому перевіряють гідроліз солей, середовище розчину й забарвлення метилоранжу.
Завдання вибору однієї відповіді з чотирьох (№ 1–18, 0 або 1 бал) можуть містити: сіль із заданим середовищем, рівняння першого ступеня гідролізу.
Довідкові матеріали
На НМТ ти маєш доступ до таблиці розчинності. За нею можна визначити, чи гідроксид металічного елемента — луг (позначка «Р»; Ca(OH)₂ позначено «М», але його теж відносять до лугів) чи нерозчинна основа (позначка «Н»). Позначка «# » вказує на сіль, що реагує з водою (необоротний гідроліз).
Зверни увагу: сили кислот і забарвлень індикаторів у довідці немає. Це потрібно знати з теорії.
Стратегія виконання
Для кожної солі в чернетці виписуй ланцюжок: «основа — кислота — сильна чи слабка — середовище — колір індикатора». Це допоможе не заплутатися й швидко знайти правильну відповідь.
Чому розчин соди лужний, хоча сода — сіль?
Кальцинована сода Na₂CO₃ — це сіль, утворена сильною основою NaOH і слабкою кислотою H₂CO₃. У воді аніон CO₃²⁻ гідролізується: він забирає в молекули води йон H⁺, утворюючи HCO₃⁻, а в розчині лишається надлишок OH⁻. Саме ці гідроксид-йони роблять розчин лужним. Тому сода — сіль, але її розчин має pH > 7.
Чому NaCl не гідролізується?
Натрій хлорид утворений сильною основою NaOH і сильною кислотою HCl. Катіон Na⁺ походить від лугу, аніон Cl⁻ — від сильної кислоти. Жоден із цих йонів не є йоном слабкого електроліту, тому вони не взаємодіють із водою. Розчин NaCl має нейтральне середовище (pH ≈ 7).
Навіщо записувати лише перший ступінь гідролізу?
Гідроліз відбувається незначною мірою, і перший ступінь дає основний внесок у зміну pH. Другий і третій ступені (наприклад, HCO₃⁻ + H₂O ⇄ H₂CO₃ + OH⁻) відбуваються значно меншою мірою, тому що концентрація проміжних продуктів дуже мала. Тому зазвичай записують саме перший ступінь гідролізу — взаємодію одного йона солі з однією молекулою води.
Як за довідкою визначити, сильна основа чи слабка?
У таблиці розчинності, яку дають на НМТ, LiOH, NaOH, KOH і Ba(OH)₂ позначені «Р» — розчинні, а Ca(OH)₂ — «М» (малорозчинний), але його теж відносять до лугів. Це сильні основи. Mg(OH)₂ («М») до лугів не належить. Гідроксиди інших металів (Zn(OH)₂, Al(OH)₃, Cu(OH)₂, Fe(OH)₃ тощо) позначені «Н» — нерозчинні, це слабкі основи. Позначка «# » біля солі означає, що вона реагує з водою (необоротний гідроліз).
Що відбувається з Al₂S₃ у воді?
Алюміній сульфід Al₂S₃ — сіль слабкої основи Al(OH)₃ і слабкої кислоти H₂S. Вона зазнає необоротного гідролізу: Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑. Реакція йде до кінця, бо один із продуктів (H₂S) — газ, а другий (Al(OH)₃) — нерозчинний осад. У таблиці розчинності такі солі позначені «# ».
Гідроліз — взаємодія йона слабкого електроліту з водою.
Сильна основа й слабка кислота — лужне середовище; слабка основа й сильна кислота — кисле; обидві сильні — нейтральне, гідролізу немає.
Гідроліз оборотний: записуємо перший ступінь знаком ⇄.
CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻; Zn²⁺ + H₂O ⇄ ZnOH⁺ + H⁺.
Метилоранж: у лужному розчині солі жовтий, у кислому (гідроліз за катіоном) — рожевий, у нейтральному — оранжевий. Фенолфталеїн малиновий лише в лужному розчині.