Išlydytų druskų elektrolizė

Norint gauti labai aktyvius metalus (natris, aliuminis, magnis, kalcis ir kt.), kurie lengvai sąveikauja su vandeniu, naudojama išlydytų druskų arba oksidų elektrolizė:

1. Išlydyto vario (II) chlorido elektrolizė.

Elektrodų procesai gali būti išreikšti pusinėmis reakcijomis:

ant katodo K(-): Cu 2+ + 2e = Cu 0 - katodinis redukcija

prie anodo A(+): 2Cl – – 2e = Cl 2 – anodinė oksidacija

Bendra elektrocheminio medžiagos skilimo reakcija yra dviejų elektrodų pusinių reakcijų suma, o vario chlorido atveju ji bus išreikšta lygtimi:

Cu 2+ + 2 Cl – = Cu + Cl 2

Vykstant šarmų ir okso rūgščių druskų elektrolizei, anode išsiskiria deguonis:

4OH – – 4e = 2H 2 O + O 2

2SO 4 2– - 4e = 2SO 3 + O 2

2. Kalio chlorido lydalo elektrolizė:

Tirpalų elektrolizė

Redokso reakcijų rinkinys, vykstantis ant elektrodų tirpaluose arba elektrolitų lydosi, kai jie praeina elektros srovė vadinama elektrolize.

Srovės šaltinio katode „-“ vyksta elektronų perkėlimas į katijonus iš tirpalo ar lydalo, todėl katodas yra „reduktorius“.

Prie „+“ anodo elektronus atiduoda anijonai, todėl anodas yra „oksidatorius“.

Elektrolizės metu konkuruojantys procesai gali vykti tiek anode, tiek katode.

Kai elektrolizė atliekama naudojant inertinį (nesunaudojamą) anodą (pavyzdžiui, grafitą arba platiną), paprastai konkuruoja du oksidaciniai ir du redukcijos procesai:
anode - anijonų ir hidroksido jonų oksidacija,
prie katodo – katijonų ir vandenilio jonų redukcija.

Kai elektrolizė atliekama naudojant aktyvųjį (sunaudojamą) anodą, procesas tampa sudėtingesnis ir konkuruojančios elektrodų reakcijos yra:
prie anodo - anijonų ir hidroksido jonų oksidacija, anodinis metalo - anodo medžiagos tirpimas;
prie katodo - druskos katijono ir vandenilio jonų redukcija, metalo katijonų, gautų ištirpinus anodu, redukcija.

Renkantis labiausiai tikėtiną procesą prie anodo ir katodo, reikia vadovautis tuo, kad vyks mažiausiai energijos reikalaujanti reakcija. Be to, norint pasirinkti labiausiai tikėtiną procesą prie anodo ir katodo druskos tirpalų elektrolizės metu inertiniu elektrodu, naudojamos šios taisyklės:

1. Prie anodo gali susidaryti šie produktai:

a) elektrolizės metu tirpalams, kuriuose yra SO 4 2-, NO - 3, PO 4 3- anijonų, taip pat šarminiams tirpalams, anode oksiduojamas vanduo ir išsiskiria deguonis;

A + 2H 2O - 4e - = 4H + + O 2

b) oksiduojantis Cl - , Br - , I - anijonams, atitinkamai išsiskiria chloras, bromas ir jodas;

A + Cl - +e - = Cl 0

2. Prie katodo gali susidaryti šie produktai:

a) elektrolizės metu druskos tirpalams, kuriuose yra jonų, esančių įtampos eilėje į kairę nuo Al 3+, katode redukuojamas vanduo ir išsiskiria vandenilis;

K - 2H 2 O + 2e - = H2 + 2OH -

b) jei metalo jonas yra įtampos serijoje dešinėje nuo vandenilio, tada katode išsiskiria metalas.

K – Me n+ + ne – = Me 0

c) elektrolizės metu druskos tirpalams, kuriuose yra jonų, esančių įtampos diapazone tarp Al + ir H +, katode gali vykti konkuruojantys katijonų redukcijos ir vandenilio išsiskyrimo procesai.

Pavyzdys: Vandeninio sidabro nitrato tirpalo elektrolizė ant inertinių elektrodų

Sidabro nitrato disociacija:

AgNO 3 = Ag + + NO 3 -

Vandeninio AgNO 3 tirpalo elektrolizės metu katode vyksta Ag + jonų redukcija, o anode - vandens molekulių oksidacija:

Katodas: Аg + + e = А g

Anodas: 2H 2 O - 4e = 4H + + O 2

Suvestinė lygtis:_______________________________________________________

4AgNO 3 + 2H 2 O = 4Ag + 4HNO 3 + O 2

Padaryti vandeninių tirpalų elektrolizės schemas: a) vario sulfatas; b) magnio chloridas; c) kalio sulfatas.

Visais atvejais elektrolizė atliekama naudojant anglies elektrodus.

Pavyzdys: vario chlorido vandeninio tirpalo elektrolizė ant inertinių elektrodų

Vario chlorido disociacija:

CuCl 2 ↔ Cu 2+ + 2Cl -

Tirpale yra Cu 2+ ir 2Cl - jonų, kurie, veikiami elektros srovės, nukreipiami į atitinkamus elektrodus:

Katodas – Cu 2+ + 2e = Cu 0

Anodas + 2Cl - - 2e = Cl 2

_______________________________

CuCl 2 = Cu + Cl 2

Ant katodo išsiskiria metalinis varis, o ant anodo – chloro dujos.

Jei nagrinėjamame CuCl 2 tirpalo elektrolizės pavyzdyje anodu imame vario plokštę, tai varis išsiskiria katode, o anode, kuriame vyksta oksidacijos procesai, o ne Cl 0 jonų išleidimas ir chloro išsiskyrimas, anodas (varis) oksiduojasi.

Tokiu atveju pats anodas ištirpsta ir tirpsta Cu 2+ jonų pavidalu.

CuCl 2 elektrolizė su tirpiu anodu gali būti parašyta taip:

Druskų tirpalų elektrolizė su tirpiu anodu redukuojama iki anodo medžiagos oksidacijos (jo ištirpimo) ir lydima metalo pernešimo iš anodo į katodą. Ši savybė plačiai naudojama rafinuojant (valant) metalus nuo teršalų.

Pavyzdys: vandeninio magnio chlorido tirpalo elektrolizė ant inertiškų elektrodų

Magnio chlorido disociacija vandeniniame tirpale:

MgCl 2 ↔ Mg 2+ +2Сl -

Magnio jonai negali būti redukuojami vandeniniame tirpale (redukuojamas vanduo), chlorido jonai oksiduojasi.

Elektrolizės schema:

Pavyzdys: vario sulfato vandeninio tirpalo elektrolizė ant inertinių elektrodų

Tirpale vario sulfatas disocijuoja į jonus:

CuSO 4 = Cu 2+ + SO 4 2-

Vario jonai gali būti redukuojami prie katodo vandeniniame tirpale.

Vandeniniame tirpale esantys sulfato jonai nesioksiduoja, todėl prie anodo įvyks vandens oksidacija.

Elektrolizės schema:

Aktyvaus metalo druskos ir deguonies turinčios rūgšties (K 2 SO 4) vandeninio tirpalo elektrolizė ant inertinių elektrodų

Pavyzdys: Kalio sulfato disociacija vandeniniame tirpale:

K 2 SO 4 = 2 K + + SO 4 2-

Kalio jonai ir sulfato jonai negali būti išleidžiami iš elektrodų vandeniniame tirpale, todėl katode vyks redukcija, o anode - vandens oksidacija.

Elektrolizės schema:

arba, atsižvelgiant į tai, kad 4H + + 4OH - = 4H 2 O (atliekama maišant),

H2O2H2+O2

Jei elektros srovė praeina per vandeninį aktyvaus metalo druskos ir deguonies turinčios rūgšties tirpalą, tada nei metalo katijonai, nei rūgšties liekanos jonai neišsikrauna.

Ant katodo išsiskiria vandenilis, o anode – deguonis, o elektrolizė redukuojama iki elektrolitinio vandens skaidymo.

Natrio hidroksido lydalo elektrolizė

Vandens elektrolizė visada atliekama esant inertiniam elektrolitui (siekiant padidinti labai silpno elektrolito - vandens) elektrinį laidumą:

Faradėjaus dėsnis

Medžiagos, susidarančios veikiant elektros srovei, kiekio priklausomybę nuo laiko, srovės stiprumo ir elektrolito pobūdžio galima nustatyti remiantis apibendrintu Faradėjaus dėsniu:

čia m – elektrolizės metu susidariusios medžiagos masė (g);

E – ekvivalentinė medžiagos masė (g/mol);

M – medžiagos molinė masė (g/mol);

n – duotų arba gautų elektronų skaičius;

I - srovės stiprumas (A); t - proceso trukmė (s);

F – Faradėjaus konstanta, apibūdinanti elektros energijos kiekį, reikalingą 1 ekvivalentinei medžiagos masei išleisti (F = 96 500 C/mol = 26,8 Ah/mol).

Neorganinių junginių hidrolizė

Druskų jonų sąveika su vandeniu, dėl kurios susidaro silpnos elektrolitų molekulės, vadinama druskos hidrolize.

Jei druską laikysime bazės neutralizavimo rūgštimi produktu, tada druskas galime suskirstyti į keturias grupes, kurių kiekvienos hidrolizė vyks savaip.

1. Druska, sudaryta iš stiprios bazės ir stiprios rūgšties KBr, NaCl, NaNO 3), nebus hidrolizuojama, nes tokiu atveju nesusidaro silpnas elektrolitas. Aplinkos reakcija išlieka neutrali.

2. Druskoje, kurią sudaro silpna bazė ir stipri rūgštis FeCl 2, NH 4 Cl, Al 2 (SO 4) 3, MgSO 4), katijonas hidrolizuojamas:

FeCl 2 + HOH → Fe(OH)Cl + HCl

Fe 2+ + 2Cl - + H + + OH - → FeOH + + 2Cl - + H +

Dėl hidrolizės susidaro silpnas elektrolitas, H + jonai ir kiti jonai. tirpalo pH< 7 (раствор приобретает кислую реакцию).

3. Druska, susidaranti iš stiprios bazės ir silpna rūgštis(KClO, K 2 SiO 3, Na 2 CO 3, CH 3 COONa) anijone vyksta hidrolizė, todėl susidaro silpnas elektrolitas, hidroksido jonas ir kiti jonai.

K 2 SiO 3 + HOH → KHSiO 3 + KOH

2K + +SiO 3 2- + H + + OH - → HSiO 3 - + 2K + + OH -

Tokių tirpalų pH > 7 (tirpalas tampa šarminis).

4. Druska, susidaranti iš silpnos bazės ir silpnos rūgšties (CH 3 COONH 4, (NH 4) 2 CO 3, Al 2 S 3), hidrolizuojama ir katijonu, ir anijonu. Dėl to susidaro šiek tiek disocijuojanti bazė ir rūgštis. Tokių druskų tirpalų pH priklauso nuo santykinio rūgšties ir bazės stiprumo.

Silpnos rūgšties druskos ir stiprios bazės hidrolizės reakcijos lygčių rašymo algoritmas

Yra keletas druskų hidrolizės variantų:

1. Silpnos rūgšties ir stiprios bazės druskos hidrolizė: (CH 3 COONa, KCN, Na 2 CO 3).

1 pavyzdys. Natrio acetato hidrolizė.

arba CH 3 COO – + Na + + H 2 O ↔ CH 3 COOH + Na + + OH –

CH 3 COO – + H 2 O ↔ CH 3 COOH + OH –

Kadangi acto rūgštis disocijuoja silpnai, acetato jonas suriša H + joną, o vandens disociacijos pusiausvyra pasislenka į dešinę pagal Le Chatelier principą.

OH - jonai kaupiasi tirpale (pH >7)

Jei druską sudaro daugiabazinė rūgštis, tada hidrolizė vyksta etapais.

Pavyzdžiui, karbonatinė hidrolizė: Na 2 CO 3

I etapas: CO 3 2– + H 2 O ↔ HCO 3 – + OH –

II etapas: HCO 3 – + H 2 O ↔ H 2 CO 3 + OH –

Na 2 CO 3 + H 2 O = NaHCO 3 + NaOH

Paprastai praktinę reikšmę turi tik pirmame etape vykstantis procesas, kuris, kaip taisyklė, apsiriboja vertinant druskų hidrolizę.

Antrojo etapo hidrolizės pusiausvyra yra žymiai pasislinkusi į kairę, palyginti su pirmosios pakopos pusiausvyra, nes pirmajame etape susidaro silpnesnis elektrolitas (HCO 3 -) nei antrajame (H 2 CO 3).

2 pavyzdys. Rubidžio ortofosfato hidrolizė.

1. Nustatykite hidrolizės tipą:

Rb 3 PO 4 ↔ 3Rb + + P.O. 4 3–

Rubidis yra šarminis metalas, jo hidroksidas yra stipri bazė, fosforo rūgštis, ypač trečioje disociacijos stadijoje, kuri atitinka fosfatų susidarymą, yra silpna rūgštis.

Hidrolizė vyksta anijone.

PO 3- 4 + H–OH ↔ HPO 2- 4 + OH – .

Produktai yra hidrofosfato ir hidroksido jonai, terpė šarminė.

3. Sudarykite molekulinę lygtį:

Rb 3 PO 4 + H 2 O ↔ Rb 2 HPO 4 + RbOH.

Gavome rūgštinę druską – rubidžio vandenilio fosfatą.

Stiprios rūgšties druskos ir silpnos bazės hidrolizės reakcijos lygčių rašymo algoritmas

2. Stiprios rūgšties ir silpnos bazės druskos hidrolizė: NH 4 NO 3, AlCl 3, Fe 2 (SO 4) 3.

1 pavyzdys. Amonio nitrato hidrolizė.

NH 4 + + NO 3 – + H 2 O ↔ NH 4 OH + NO 3 – + H +

NH 4 + + H 2 O ↔ NH 4 OH + H +

Daugkartinio krūvio katijono atveju hidrolizė vyksta laipsniškai, pavyzdžiui:

I etapas: Cu 2+ + HOH ↔ CuOH + + H +

II etapas: CuOH + + HOH ↔ Cu(OH) 2 + H +

CuCl 2 + H 2 O = CuOHCl + HCl

Šiuo atveju vandenilio jonų koncentraciją ir terpės pH tirpale taip pat daugiausia lemia pirmasis hidrolizės etapas.

2 pavyzdys. Vario(II) sulfato hidrolizė

1. Nustatykite hidrolizės tipą. Šiame etape būtina parašyti druskos disociacijos lygtį:

CuSO 4 ↔ Cu 2+ + SO 2-4.

Druska susidaro iš silpnos bazės katijono (pabrėžiame) ir stiprios rūgšties anijono. Vyksta katijono hidrolizė.

2. Rašome joninę hidrolizės lygtį ir nustatome terpę:

Cu 2+ + H-OH ↔ CuOH + + H + .

Susidaro hidroksivario(II) katijonas ir vandenilio jonas, terpė rūgšti.

3. Sudarykite molekulinę lygtį.

Reikia atsižvelgti į tai, kad tokios lygties sudarymas yra tam tikra formali užduotis. Iš teigiamų ir neigiamų dalelių tirpale sudarome neutralias daleles, kurios egzistuoja tik popieriuje. IN tokiu atveju galime sukurti formulę (CuOH) 2 SO 4, bet norėdami tai padaryti, turime mintyse padauginti savo joninę lygtį iš dviejų.

Mes gauname:

2CuSO 4 + 2H 2 O ↔ (CuOH) 2 SO 4 + H 2 SO 4.

Atkreipkite dėmesį, kad reakcijos produktas priklauso bazinių druskų grupei. Pagrindinių druskų, taip pat tarpinių druskų pavadinimai turėtų būti sudaryti iš anijonų ir katijonų pavadinimų, šiuo atveju druską vadinsime „hidroksivario(II) sulfatu“.

Algoritmas silpnos rūgšties druskos ir silpnos bazės hidrolizės reakcijos lygčių rašymui

3. Silpnos rūgšties ir silpnos bazės druskos hidrolizė:

1 pavyzdys. Amonio acetato hidrolizė.

CH 3 COO – + NH 4 + + H 2 O ↔ CH 3 COOH + NH 4 OH

Tokiu atveju susidaro du nežymiai disocijuoti junginiai, o tirpalo pH priklauso nuo santykinio rūgšties ir bazės stiprumo.

Jei hidrolizės produktus galima pašalinti iš tirpalo, pavyzdžiui, nuosėdų arba dujinės medžiagos pavidalu, tada hidrolizė baigiasi.

2 pavyzdys. Aliuminio sulfido hidrolizė.

Al 2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S

2А l 3+ + 3 S 2- + 6Н 2 О = 2Аl(ОН) 3 (nuosėdos) + ЗН 2 S (dujos)

3 pavyzdys Aliuminio acetato hidrolizė

1. Nustatykite hidrolizės tipą:

Al(CH3COO)3 = Al 3+ + 3CH 3 COO – .

Druska susidaro iš silpnos bazės katijono ir silpnos rūgšties anijonų.

2. Rašome joninės hidrolizės lygtis ir nustatome terpę:

Al 3+ + H–OH ↔ AlOH 2+ + H + ,

CH 3 COO – + H–OH ↔ CH 3 COOH + OH – .

Atsižvelgiant į tai, kad aliuminio hidroksidas yra labai silpna bazė, darome prielaidą, kad katijono hidrolizė vyks didesniu mastu nei anijone. Vadinasi, tirpale bus vandenilio jonų perteklius, o terpė bus rūgšti.

Nėra prasmės čia bandyti sukurti apibendrintą reakcijos lygtį. Abi reakcijos yra grįžtamos, nesusijusios viena su kita, todėl toks sumavimas yra beprasmis.

3. Padarykime molekulinę lygtį:

Al(CH 3 COO) 3 + H 2 O = AlOH(CH 3 COO) 2 + CH 3 COOH.

Tai taip pat formalus pratimas, skirtas mokyti sudaryti druskų formules ir jų nomenklatūrą. Gautą druską pavadinkime hidroksoaliuminio acetatu.

Stiprios rūgšties druskos ir stiprios bazės hidrolizės reakcijos lygčių rašymo algoritmas

4. Stiprios rūgšties ir stiprios bazės susidarančios druskos nehidrolizės, nes vienintelis silpnai disocijuojantis junginys yra H2O.

Stiprios rūgšties ir stiprios bazės druska nehidrolizuojama, o tirpalas yra neutralus.

Norėdami suprasti, kas yra druskų hidrolizė, pirmiausia prisiminkime, kaip disocijuoja rūgštys ir šarmai.

Visoms rūgštims bendra yra tai, kad joms disocijuojant būtinai susidaro vandenilio katijonai (H +), o visoms šarmams disocijuojant visada susidaro hidroksido jonai (OH −).

Šiuo atžvilgiu, jei tirpale dėl vienokių ar kitokių priežasčių yra daugiau H + jonų, tai tirpale sakoma rūgštinė terpės reakcija, jei OH - – šarminė terpės reakcija.

Jei viskas aišku su rūgštimis ir šarmais, tai kokia terpės reakcija bus druskos tirpaluose?

Iš pirmo žvilgsnio jis visada turėtų būti neutralus. Ir tikrai, iš kur, pavyzdžiui, natrio sulfido tirpale atsiranda vandenilio katijonų ar hidroksido jonų perteklius? Pats natrio sulfidas disociacijos metu nesudaro vienokio ar kitokio tipo jonų:

Na 2S = 2Na + + S 2-

Tačiau jei susidurtumėte, pavyzdžiui, su vandeniniais natrio sulfido, natrio chlorido, cinko nitrato tirpalais ir elektroniniu pH matuokliu (skaitmeniniu prietaisu terpės rūgštingumui nustatyti), pastebėtumėte neįprastą reiškinį. Prietaisas jums parodytų, kad natrio sulfido tirpalo pH yra didesnis nei 7, t.y. yra aiškus hidroksido jonų perteklius. Natrio chlorido tirpalo terpė būtų neutrali (pH = 7), o Zn(NO 3) 2 tirpalas – rūgštus.

Vienintelis dalykas, kuris atitinka mūsų lūkesčius, yra natrio chlorido tirpalo aplinka. Ji pasirodė esanti neutrali, kaip ir tikėtasi.

Tačiau iš kur atsirado hidroksido jonų perteklius natrio sulfido tirpale ir vandenilio katijonai cinko nitrato tirpale?

Pabandykime tai išsiaiškinti. Norėdami tai padaryti, turime suprasti šiuos teorinius dalykus.

Bet kuri druska gali būti laikoma rūgšties ir bazės sąveikos produktu. Rūgštys ir bazės skirstomos į stipriąsias ir silpnąsias. Prisiminkime, kad stipriosiomis vadinamos tos rūgštys ir bazės, kurių disociacijos laipsnis artimas 100%.

Pastaba: siera (H 2 SO 3) ir fosforas (H 3 PO 4) dažnai priskiriami vidutinio stiprumo rūgštims, tačiau svarstant hidrolizės užduotis jas reikėtų priskirti prie silpnų.

Silpnų rūgščių rūgštinės liekanos gali grįžtamai sąveikauti su vandens molekulėmis, pašalindamos iš jų vandenilio katijonus H +. Pavyzdžiui, sulfido jonas, kuris yra rūgštinė silpnos vandenilio sulfido rūgšties liekana, sąveikauja su juo taip:

S 2- + H 2 O ↔ HS − + OH −

HS − + H 2 O ↔ H 2 S + OH −

Kaip matote, dėl šios sąveikos susidaro hidroksido jonų perteklius, kuris yra atsakingas už šarminę terpės reakciją. Tai yra, rūgštinės silpnų rūgščių likučiai padidina aplinkos šarmingumą. Kalbant apie druskos tirpalus, kuriuose yra tokių rūgščių likučių, sakoma, kad jiems yra anijonų hidrolizė.

Stiprių rūgščių rūgštinės likučiai, skirtingai nei silpnosios, nesąveikauja su vandeniu. Tai yra, jie neturi įtakos vandeninio tirpalo pH. Pavyzdžiui, chlorido jonas, kuris yra stiprių medžiagų rūgštinė liekana druskos rūgšties, nereaguoja su vandeniu:

Tai yra, chlorido jonai neturi įtakos tirpalo pH.

Iš metalo katijonų tik tie, kurie atitinka silpnas bazes, gali sąveikauti su vandeniu. Pavyzdžiui, Zn 2+ katijonas, kuris atitinka silpnos bazės cinko hidroksidą. Vandeniniuose cinko druskų tirpaluose vyksta šie procesai:

Zn 2+ + H 2 O ↔ Zn(OH) + + H +

Zn(OH) + + H 2 O ↔ Zn(OH) + + H +

Kaip matyti iš aukščiau pateiktų lygčių, dėl cinko katijonų sąveikos su vandeniu tirpale kaupiasi vandenilio katijonai, kurie padidina aplinkos rūgštingumą, tai yra, sumažina pH. Jei druskoje yra katijonų, kurie atitinka silpnas bazes, šiuo atveju sakoma, kad druska hidrolizuojasi ties katijonu.

Metalo katijonai, kurie atitinka stiprias bazes, nesąveikauja su vandeniu. Pavyzdžiui, Na + katijonas atitinka stiprią bazę – natrio hidroksidą. Todėl natrio jonai nereaguoja su vandeniu ir niekaip neveikia tirpalo pH.

Taigi, remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, druskos gali būti suskirstytos į 4 tipus, būtent susidariusias:

1) stipri bazė ir stipri rūgštis,

Tokiose druskose nėra nei rūgščių liekanų, nei metalų katijonų, kurie sąveikauja su vandeniu, t.y. galintis paveikti vandeninio tirpalo pH. Tokių druskų tirpalai turi neutralią reakcijos aplinką. Jie sako apie tokias druskas, kad jie nevyksta hidrolizės.

Pavyzdžiai: Ba(NO 3) 2, KCl, Li 2 SO 4 ir kt.

2) stipri bazė ir silpna rūgštis

Tokių druskų tirpaluose su vandeniu reaguoja tik rūgštinės liekanos. Tokių druskų vandeninių tirpalų terpė yra šarminė, kalbant apie tokio tipo druskas hidrolizuojasi prie anijono

Pavyzdžiai: NaF, K 2 CO 3, Li 2 S ir kt.

3) silpna bazė ir stipri rūgštis

Tokiose druskose katijonai reaguoja su vandeniu, bet rūgštinės liekanos nereaguoja - druskos hidrolizė katijonais, aplinka rūgšti.

Pavyzdžiai: Zn(NO 3) 2, Fe 2 (SO 4) 3, CuSO 4 ir kt.

4) silpna bazė ir silpna rūgštis.

Rūgščių liekanų katijonai ir anijonai reaguoja su vandeniu. Vyksta šios rūšies druskų hidrolizė ir katijonas, ir anijonas. Dažnai tokios druskos yra veikiamos negrįžtama hidrolizė.

Ką reiškia, kad jie negrįžtamai hidrolizuojami?

Kadangi šiuo atveju su vandeniu reaguoja ir metalo katijonai (arba NH 4 +), ir rūgštinės liekanos anijonai, tirpale atsiranda ir H + jonų, ir OH - jonų, kurie sudaro itin prastai disociuojančią medžiagą – vandenį (H 2 O) .

Tai savo ruožtu lemia tai, kad druskos, susidarančios iš rūgščių silpnų bazių ir silpnų rūgščių liekanų, negali būti gaunamos mainų reakcijų būdu, o tik kietosios fazės sintezės būdu arba jų visai negalima gauti. Pavyzdžiui, maišant aliuminio nitrato tirpalą su natrio sulfido tirpalu, vietoj laukiamos reakcijos:

2Al(NO 3) 3 + 3Na 2 S = Al 2 S 3 + 6NaNO 3 (- reakcija taip nevyksta!)

Pastebima tokia reakcija:

2Al(NO 3) 3 + 3Na 2S + 6H 2 O= 2Al(OH) 3 ↓+ 3H 2S + 6NaNO 3

Tačiau aliuminio sulfidą galima lengvai gauti sulydžius aliuminio miltelius su siera:

2Al + 3S = Al 2S 3

Kai į vandenį pridedama aliuminio sulfido, jis, kaip ir bandant jį gauti vandeniniame tirpale, vyksta negrįžtamai hidrolizei.

Al 2S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 S

Chemijos dėstytojas

7 PAMOKA
10 klasė(pirmieji studijų metai)

Tęsinys. Pradžioje žr. Nr. 22,/2005; 1, 2, 3, 5, 6/2006

Druskų hidrolizė

Planuoti

1. Hidrolizės apibrėžimas ir esmė.

2. Įvairių rūšių druskų hidrolizė.

3. Grįžtamoji ir negrįžtama hidrolizė.

Žodis „hidrolizė“ (iš graikų kalbos - vanduo ir - skilimas) yra verčiamas kaip skaidymas vandeniu.

Druskos hidrolizė yra druskos jonų sąveika su vandeniu, dėl kurios susidaro silpnas elektrolitas.. Hidrolizės proceso esmė yra druskų katijonų arba anijonų cheminė sąveika su hidroksido jonais arba vandenilio jonais iš vandens molekulių. Dėl šios sąveikos susidaro silpnas elektrolitas. Cheminė pusiausvyra vandens disociacijos procesas pasislenka į dešinę, link jonų susidarymo. Todėl vandeniniame druskos tirpale atsiranda laisvųjų H + arba OH – jonų perteklius, kuris lemia druskos tirpalo aplinką. Kai tirpalas praskiedžiamas arba pakyla temperatūra, padidėja hidrolizės laipsnis.

Bet kuri druska gali būti vaizduojama kaip neutralizacijos reakcijos produktas. Priklausomai nuo pradinės rūgšties ir bazės stiprumo, yra 4 rūšių druskos. Druskų hidrolizė skirtingi tipai vyksta skirtingai ir suteikia kitokią sprendimo aplinką.

Druska, sudaryta iš stiprios bazės ir silpnos rūgšties, vyksta anijonine hidrolize, tirpalo terpė yra šarminė (pH > 7), pavyzdžiui:

CH 3 COONa + HOH CH 3 COOH + NaOH,

CH 3 COOH – + HOH CH 3 COOH + OH – .

Tuo atveju, kai druską sudaro silpna daugiabazė rūgštis ir stipri bazė, anijono hidrolizė vyksta laipsniškai, o hidrolizės etapų skaičius priklauso nuo silpnos rūgšties šarmingumo. Pirmuosiuose hidrolizės etapuose susidaro rūgšties druska (vietoj rūgšties) ir stipri bazė, pavyzdžiui:

1 etapas:

Na 2 SO 3 + HOH NaHSO 3 + NaOH,

SO 3 2– + HOH HSO 3 – + OH – ;

2 etapas:

NaHSO 3 + HOH H 2 SO 3 + NaOH,

HSO 3 – + HOH H 2 SO 3 + OH – .

iš viso:

Na 2 SO 3 + 2 H 2 SO 3 + 2 NaOH,

SO 3 2– + 2HOH H 2 SO 3 + 2OH – .

Druska, sudaryta iš silpnos bazės ir stiprios rūgšties, patiria katijoninę hidrolizę, tirpalo terpė yra rūgštinė (pH< 7), например:

NH 4 Br + HOH NH 4 OH + HBr,

NH 4 + + HOH NH 4 OH + H + .

Jei druską sudaro silpna polirūgštinė bazė ir stipri rūgštis, katijoninė hidrolizė vyksta palaipsniui, priklausomai nuo silpnos bazės rūgštingumo. Pirmuosiuose šios hidrolizės etapuose vietoj bazės susidaro bazinė druska, pavyzdžiui:

1 etapas:

ZnCl 2 + HOH Zn(OH)Cl + HCl,

Zn 2+ + HOH Zn(OH) + + H +;

2 etapas:

Zn(OH)Cl + HOH Zn(OH)2 + HCl,

Zn(OH) + + HOH Zn(OH) 2 + H + .

iš viso:

ZnCl 2 + 2HOH Zn(OH) 2 + 2HCl.

Silpnos bazės ir silpnos rūgšties suformuota druska hidrolizuoja ir katijoną, ir anijoną.Šių druskų tirpalų reakcija gali būti neutrali, silpnai rūgšti arba šiek tiek šarminė, priklausomai nuo hidrolizės produktų disociacijos laipsnio, pavyzdžiui:

(NH 4) 2 CO 3 + 2HOH 2NH 4 OH + H 2 CO 3,

2NH 4 + + CO 3 2– + 2НН 2NH 4 OH + H 2 CO 3.

Druska, sudaryta iš stiprios bazės ir stiprios rūgšties, nehidrolizuojama, nes reakcijos metu nesusidaro silpnas elektrolitas; tirpalo terpė yra neutrali, pavyzdžiui:

NaCl + HOH jokios reakcijos.

Daugumos druskų hidrolizė yra grįžtamasis procesas, tačiau kai kurias druskas vanduo visiškai suskaido, t. y. joms hidrolizė yra negrįžtamas procesas. Druskos, susidarančios iš silpnos netirpios arba lakiosios bazės ir silpnos netirpios arba lakiosios rūgšties, negrįžtamai hidrolizuojamos. Tokių druskų negali būti vandeniniuose tirpaluose (Al 2 S 3, Fe 2 (CO 3) 3 ir kt.), pavyzdžiui:

Al2S3 + 6HOH = 2Al(OH)3 + 3H2S.

Dėl negrįžtamos hidrolizės mainų reakcijos tarp dviejų druskų vandeninių tirpalų ne visada sudaro naujas druskas. Tokiais atvejais būtina atsižvelgti į pradinių druskų hidrolizės reakcijas. Pavyzdžiui, kai sąveikauja kalio sulfido ir aliuminio chlorido vandeniniai tirpalai, pirmiausia įvyksta pradinių reagentų mainų reakcijos su vandeniu, o tada reakcijos produktai atsiranda tarpusavyje. Procesas apibūdinamas bendra reakcijos lygtimi:

3K 2S + 2AlCl3 + 6H 2O = 2Al(OH)3 + 3H 2S + 6KCl.

Testas tema „Druskų hidrolizė“

1. Medžiagos A vandeninis tirpalas turi neutralią aplinką, o vandeninis medžiagos B – rūgštinę. Medžiagų A ir B tirpalai sąveikauja tarpusavyje. Nurodykite šias medžiagas:

a) A – natrio chloridas, B – sidabro nitratas;

b) A – bario nitratas, B – fosforo rūgštis;

c) A – vario(II) chloridas, B – acto rūgštis;

d) A – natrio fluoridas, B – bario chloridas.

2. Koeficientų suma reakcijos lygtyje tarp vandeninių chromo(III) nitrato ir natrio sulfido tirpalų yra lygi:

a) 19; b) 12; 6 val.; d) 22.

3. Dujos išsiskiria, kai chromo(III) chlorido tirpalai ir:

a) amonio hidrosulfidas;

b) kalio-vandenilio ortofosfatas;

c) natrio vandenilio sulfatas;

d) natrio silikatas.

4. Keturiuose mėgintuvėliuose yra toliau išvardytų druskų vandeniniai tirpalai. Kokį druskos tirpalą galima atskirti nuo kitų naudojant lakmusą?

a) aliuminio bromidas; b) cinko sulfatas;

c) švino nitratas; d) kalio silikatas.

5. Hidrolizė vyksta ištirpus vandenyje:

a) kalcio bromidas; b) kalcio fosfatas;

c) kalcio nitritas; d) kalcio acetatas.

6. Druska hidrolizuojama anijone:

a) bario chlorido; b) kalio nitritas;

c) amonio chlorido; d) natrio fosfatas.

7. Panardintas į tirpalą cinkas ištirps:

a) natrio chloridas; b) bario chlorido;

c) aliuminio chloridas; d) kalio chloridas.

8. Pora medžiagų, kurių tirpale violetinis lakmusas keičia spalvą atitinkamai į raudoną ir mėlyną:

a) natrio karbonatas ir kalio sulfitas;

b) cinko sulfatas ir aliuminio bromidas;

c) nikelio (II) chloridas ir bario nitritas;

d) natrio nitratas ir kalcio chloridas.

9. Hidrolizė negalima šios grupės junginių:

a) oksidai; b) nitridai;

c) fosfidai; d) hidridai.

10. Galite slopinti magnio sulfato hidrolizę:

a) tirpalo praskiedimas;

b) tirpalo kaitinimas;

c) sieros rūgšties tirpalo pridėjimą;

d) pridedant natrio hidroksido tirpalo.

Raktas į testą

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
a, b	G	A	G	c, d	b, d	V	V	A	V

Užduotys ir pratimai tema „Druskų hidrolizė“

Pratimai

1. Pateikiamos druskos: kalio chloridas, kobalto chloridas, natrio karbonatas, cezio sulfatas, geležies (III) sulfatas, rubidžio nitratas, natrio acetatas, magnio nitratas, nikelio hidroksinitratas, bario jodidas. Užpildykite lentelę „Druskų hidrolizė“.

Lentelė

Druskų hidrolizė

Druskos hidrolizuojamos (druskos formulės)	Sprendimai su pH< 7	Hidrolizės lygtys (molekulinė ir joninė) druskos su pH< 7
CoCl 2 ........................	CoCl 2, ......................	CoCl 2 + H 2 O CoOHCl + HCl,
..	..................................	Co 2+ + 2Cl – + H 2 O
	..................................	CoOH + + H + + 2Cl – ,
....................................	..................................	................................................

Sprendimas

Druskų su pH hidrolizės lygtys< 7:

Fe 2 (SO 4) 3 + 2H 2 O 2Fe(OH) S O 4 + H 2 SO 4,

Fe 3+ + H 2 O Fe(OH) 2+ + H +;

2Fe(OH)SO4 + 2H2O2SO4 + H2SO4,

Fe(OH) 2+ + H 2 O Fe(OH) 2 + + H +;

2 SO 4 + 2H 2 O 2Fe(OH) 3 + H 2 SO 4,

Fe(OH) 2 + + H 2 O Fe(OH) 3 + H + .

Ni(OH)NO3 + H2O Ni(OH)2 + HNO3,

NiOH + + H 2 O Ni(OH) 2 + H + .

2. Sutrumpintomis joninėmis lygtimis parašykite druskų hidrolizės molekulines lygtis:

a) Cr 3+ + H 2 O = CrOH 2+ + H +;

b) Fe 2+ + H 2 O = FeOH + + H +; + 3CO 2 + 3Na 2 SO 4;

d) Al 2 (SO 4) 3 + 3 (NH 4) 2 S + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S + 3 (NH 4) 2 SO 4;

e) 2FeCl 3 + 3(NH 4) 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Fe(OH) 3 + 3CO 2 + 6NH 4 Cl.

4. Atskirai įpilant amoniako, natrio sulfido ir sidabro nitrato į vandeninį A medžiagos tirpalą, susidaro baltos nuosėdos, dvi iš jų yra tokios pat sudėties. Nurodykite medžiagą A.

Atsakymas. Medžiaga A – AlCl 3.

5. Atskirai įpilant kalio sulfido, amoniako ir bario chlorido į vandeninį A medžiagos tirpalą, susidaro nuosėdos. Pirmuoju ir antruoju atveju - tos pačios kompozicijos pilkai žalia spalva, trečiu atveju - balta kristalinė. Nurodykite medžiagą A.

Atsakymas. Medžiaga A – Cr 2 (SO 4) 3.

Užduotys

1. Aliuminio sulfato tirpalo perteklius buvo įpiltas į 50 g natrio karbonato tirpalo, kurio ištirpusios medžiagos masės dalis yra 10,6%. Kokios dujos šiuo atveju išsiskiria? Koks yra šių dujų tūris (nr.)?

Atsakymas. CO 2, 1,12 l.

2. Apskaičiuokite magnio nitrido hidrolizės metu išsiskiriančių dujų santykinį tankį ore ir heliu.

Atsakymas. 0,586; 4,25.

3. Apskaičiuokite kalcio fosfido hidrolizės metu išsiskiriančių dujų santykinį tankį ore ir neone.

Atsakymas. 1,17; 1,7.

4. Aliuminio hidroksidas, sveriantis 11,7 g, buvo apdorotas 45 ml sieros rūgšties tirpalu, kurio molinė koncentracija yra 5 mol/l. Kokią terpės reakciją turės gautas tirpalas?

Sprendimas

2Al(OH)3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 6H2O.

M= 78 g/mol

(Al(OH)3) = m/M= 11,7/78 = 0,15 mol,

(H2SO4) = su V= 5 0,045 = 0,225 mol.

Reagentų moliniai santykiai atitinka stechiometrinius koeficientus: 0,15/2 = 0,225/3.

Tačiau tirpalo terpė yra ne neutrali, o rūgštinė, nes vyksta druskos Al 2 (SO 4) 3 hidrolizė:

Al 2 (SO 4) 3 + 6НН 2Al(ОН) 3 + 3H 2 SO 4.

Atsakymas. Aplinka rūgšti.

Chloridų savybės. Vandenilio chlorido rūgšties druskos (chloridai), susidarančios iš stiprių bazių katijonų, vandeniniuose tirpaluose turi neutralią reakciją; silpnų bazių druskos yra rūgštinės.

Sunkiųjų metalų chloridai hidrolizės metu sudaro hidroksidų, oksichloridų ir oksichloridų nuosėdas. Siekiant slopinti hidrolizę, į šių druskų tirpalus pridedama druskos rūgšties.

Vandenilio chlorido rūgšties anijonas yra bespalvis. Spalvotos druskos susidaro tik su spalvotais katijonais. Kai kurie chloridai sudaro skirtingų spalvų hidratus, pavyzdžiui: - mėlynai violetinę, - rožinę-violetinę, - rožinę ir kt.

Visiškai hidrolizuojant tokių elementų chloridus kaip , P (pavyzdžiui, kurie, skirtingai nei druskos, vadinami rūgščių chloridais), susidaro dvi rūgštys: vandenilio halogeninė ir deguonies turinčios:

Didelio valentingumo elementų chloridai, turintys oksidacinių savybių, yra nestabilūs. Jie suyra, išskirdami laisvą chlorą, pavyzdžiui:

Šildymas skatina šį skilimą.

Tauriųjų metalų chloridai degdami suyra, sudarydami metalą ir laisvą chlorą:

Vandenilio chlorido rūgštis ir jos druskos rūgščioje aplinkoje yra reduktoriai ir gali būti oksiduojami stipriais oksidatoriais, išskirdami elementinį chlorą:

Chloridai gali sujungti kai kuriuos jonus į kompleksus, pavyzdžiui:

Tai paaiškina kai kurių chloridų, kurie paprastai netirpsta vandenyje ir azoto rūgštyje, tirpumą juos nusodinančio reagento (vandenilio chlorido rūgšties arba chloridų) pertekliumi ir vandenyje.

Dauguma chloridų tirpsta vandenyje. Šiek tiek tirpsta sidabro, geležies gyvsidabrio, švino ir vario chloridai (I).

Vandenilio chlorido rūgšties ir chloridų oksidacijos reakcija į elementinį chlorą. Į mėgintuvėlį įlašinkite 5 lašus tirpalo, įlašinkite 5 lašus koncentruoto koncentruotų lašų tirpalo ir pakaitinkite (po). Tokiu atveju pastebimas dalinis arba visiškas tirpalo spalvos pakitimas ir chloro dujų išsiskyrimas, kuris nustatomas naudojant jodkrakmolo popierių (mėlyna spalva), anilą (raudonai violetinė spalva), fenolio ir anilino mišinį (mėlyna spalva), fluoresceino mišinys su (rožine spalva) ir kt. d. Chloras turi būdingą kvapą.

Reakcija vyksta pagal lygtį:

Norėdami nustatyti, kas išsiskiria, į mėgintuvėlio angą atneškite drėgno jodo krakmolo popieriaus. Esant chlorui, atsiranda mėlyna spalva dėl elementinio jodo išsiskyrimo:

Oksiduojamąjį poveikį turi manganitai, manganatai, permanganatai, manganas ir švino dioksidas, chromo anhidridas, hipochloras, hipochloras, azoto rūgštys ir kt.

Reakcijos sąlygos. 1. Visos oksidacijos reakcijos vyksta stipriai rūgščioje aplinkoje. Jei pati druskos rūgštis yra oksiduota, paimkite jos perteklių. Jei chloridai oksiduojasi, tirpalui parūgštinti galima naudoti sieros rūgštį. Neutralioje aplinkoje chlorido oksidacija nevyksta; šarminėje aplinkoje laisvo chloro nėra, nes jis lengvai reaguoja neproporcingai ir sudaro chloridų ir hipochloritų mišinį:

2. Patogu kaip oksidatorių naudoti kalio permanganatą, kuris veikiant pakeičia spalvą, dėl to reakcija tampa vizualesnė.

3. Kaitinimas skatina oksidacijos-redukcijos reakciją.

4. Koncentruotuose tirpaluose oksidacija ir redukcija vyksta intensyviau.

5. Stiprūs reduktoriai, kurie oksiduojasi lengviau nei užkerta kelią chloridų oksidacijai.

6. Reakcija turi būti vykdoma esant skersvėjui, nes chloras yra nuodinga medžiaga.

Reakcija su kalio dichromatu. Dėti į mėgintuvėlį, susmulkinus porcelianiniame skiedinyje, kietas ir tiek pat. Įlašinkite ne daugiau kaip 5-10 lašų koncentruoto ir švelniai pakaitinkite.

Esant chloridams, susidaro lakus chromo junginys - chromilo chloridas:

Norėdami sugauti išsiskyrusius raudonai rudus chromilo chlorido garus, į reakcijos vamzdelį nuleiskite stiklinį strypą su rutuliu, sudrėkintu natrio hidroksido tirpalu. Stiklinis strypas mėgintuvėlyje turi būti laikomas aukštai virš skysčio, o ne nuleistas į tirpalą.

Išsiskiriantys chromilo chlorido garai sugeriami natrio hidroksido tirpalu. Reakcijai pasibaigus, lazdelę išimkite iš mėgintuvėlio, įdėkite į švarų mėgintuvėlį ir nuplaukite distiliuotu vandeniu, gautą tirpalą parūgštinkite sieros arba acto rūgštis ir atidarykite jį (žr. VI skyrių, § 6). Aptikimas yra netiesioginis buvimo įrodymas.

Chromilo chloridas lengvai hidrolizuojamas. Kai jį sugeria šarminis tirpalas, chromilo chlorido hidrolizė vyksta pagal lygtį:

Reakcijos sąlygos. 1. Praskiesti analitės tirpalai pirmiausia turi būti sukoncentruoti atsargiai išgarinant vandens vonioje. Veikiant stipriai šilumai, lengvai sublimuojantys chloridai gali išgaruoti.

2. Rūgštiniai tirpalai iš anksto neutralizuoti, kad išvengtumėte nuostolių išgaruojant. Pati druskos rūgštis: kaitinant rūgštis oksiduojasi iki .

3. Didėjant dichromato santykiui, palyginti su chloridu, susidaro laisvas chloras:

Dėl chloro išsiskyrimo sumažėja reakcijos jautrumas.

4. Bromidai ir jodidai netrukdo reakcijai, panašiomis sąlygomis išskirdami laisvą bromą ir jodą, kurie kartu išgaruoja, bet šarminiame tirpale iškart pakeičia spalvą.

5. Silpnai tirpūs sidabro, gyvsidabrio ir švino chloridai, taip pat alavo ir stibio chloridai neduoda aiškios reakcijos, kad susidarytų chromilo chloridas sąveikaujant su.

6. Reakcijai trukdo besiformuojantys fluoridai, taip pat dideli kiekiai redukuojančių ir oksiduojančių medžiagų.

Reakcija su sidabro nitratu. Į kelis lašus tiriamojo tirpalo įlašinkite po kelis lašus azoto rūgšties ir tirpalo. Susidaro baltos nuosėdos, kurios ištirpsta amoniako tirpaluose, sudarydamos sudėtingus jonus.

Siekiant atskirti sidabro chloridą nuo sidabro bromido (ir iš dalies tirpaus amoniako tirpale), nuosėdoms ištirpinti naudojami įvairūs buferiniai mišiniai, kuriuose yra amoniako. Šiuose mišiniuose jie netirpsta, o ištirpsta. Vienas iš tokių mišinių yra tirpalas, kuriame yra 0,25 M.

Jei gautas tirpalas parūgštinamas atskiestu tirpalu, tai dėl stipresnių -jonų susidarymo amoniako komplekso jonai sunaikinami ir vėl susidaro nuosėdos.

Sidabro chloridas reaguoja su kalio heksacianoferatu (II):

a) Kai susidariusios baltos nuosėdos, kruopščiai nuplaunamos nuo kalio heksacianoferato (II) pertekliaus, yra apdorojamos koncentruotu lašu, virsta oranžinėmis nuosėdomis:

b) Susidariusias baltas nuosėdas, kruopščiai nuplautas nuo kalio heksacianoferato (II) pertekliaus, paveikus lašeliu tirpalo, susidaro Prūsijos mėlyna ir nuosėdos pamėlynuoja.