Задание 21: Гидролиз солей. Среда водных растворов

В экзаменационном варианте и тренировочных работах формулировка почти всегда одинаковая: даётся список из четырёх веществ (обычно солей, иногда кислот), пронумерованных цифрами 1–4. Нужно расположить их либо в порядке возрастания pH (от самого кислого к самому щелочному), либо в порядке убывания pH (от самого щелочного к самому кислому). Ответ записывается как последовательность из четырёх цифр без пробелов, например 3142.

…

• Гидролиз соли — реакция ионов соли с водой, в результате которой изменяется соотношение $[H^+]$ и $[OH^-]$ в растворе.
• Ионное произведение воды: $K_w = [H^+]\cdot[OH^-] = 10^{-14}$ при 25 °C; нейтральная среда — $pH = 7$.
• Четыре типа солей по силе образующих кислоты и основания:
• сильная кислота + сильное основание → гидролиза нет, среда нейтральная ($NaCl$, $KNO_3$, $K_2SO_4$);
• слабая кислота + сильное основание → гидролиз по аниону, среда щелочная ($CH_3COONa$, $Na_2CO_3$, $K_3PO_4$);
• сильная кислота + слабое основание → гидролиз по катиону, среда кислая ($NH_4Cl$, $(NH_4)_2SO_4$);
• слабая кислота + слабое основание → гидролиз и по катиону, и по аниону, среда зависит от соотношения силы кислоты и основания.
• Уравнения гидролиза по аниону и катиону: $$CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$$ $$NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_4OH + H^+$$
• Чем слабее кислота (меньше её константа диссоциации $K_a$), тем сильнее гидролизуется её анион и тем выше pH раствора соответствующей соли (при равных концентрациях).
• Чем слабее основание (меньше $K_b$), тем сильнее гидролизуется катион и тем ниже pH раствора соли.
• Многоосновные слабые кислоты диссоциируют ступенчато, и каждая следующая ступень слабее предыдущей: $K_{a1} \gg K_{a2} \gg K_{a3}$. Поэтому анион с максимальным зарядом (например, $PO_4^{3-}$) гидролизуется сильнее, чем анион с меньшим зарядом ($HPO_4^{2-}$). …

1. Выписать формулу каждого вещества и определить, какие ионы образуются при его диссоциации.
2. Для каждой соли назвать исходную кислоту и основание, оценить их силу (сильная/слабая) по стандартному списку сильных кислот и оснований.
3. Отнести соль к одному из четырёх типов гидролиза и определить общий характер среды: кислая, щелочная или нейтральная.
4. Если внутри списка несколько солей одного типа — сравнить их между собой по силе слабой кислоты/основания или по количеству протонов (для кислых/основных солей).
5. Особое внимание — кислым солям сильных многоосновных кислот и ступенчатому гидролизу слабых многоосновных кислот.
6. Выстроить итоговый порядок в соответствии с направлением, указанным в условии (возрастание или убывание pH).
7. Проверить порядок, «прогнав» его логически: кислые вещества — слева, щелочные — справа (или наоборот при убывании).