Гидролиз солей и среда водных растворов: теория для ЕГЭ

Коротко о главном

Гидролиз соли — это её взаимодействие с водой, при котором ионы соли связываются с ионами $H^+$ или $OH^-$ воды, образуя слабый электролит. В результате в растворе появляется избыток $H^+$ (кислая среда) или $OH^-$ (щелочная среда). Соль гидролизуется, если она образована слабой кислотой и/или слабым основанием. Соли сильной кислоты и сильного основания гидролизу не подвергаются, среда у них нейтральная.

Главный принцип: гидролизу подвергается ион, входящий в состав слабого электролита. Именно этот ион «оттягивает» противоположный ион воды к себе.

Определения и формулы/правила

Гидролиз — обменная реакция ионов соли с водой, обратная процессу нейтрализации.

Общая закономерность определения типа гидролиза и среды:

Тип соли	Пример	Гидролиз по иону	Среда	pH
Сильное основание + сильная кислота	$NaCl$, $KNO_3$, $BaCl_2$	не гидролизуется	нейтральная	$pH = 7$
Сильное основание + слабая кислота	$Na_2CO_3$, $CH_3COONa$, $K_2SiO_3$	по аниону	щелочная	$pH > 7$
Слабое основание + сильная кислота	$NH_4Cl$, $AlCl_3$, $CuSO_4$	по катиону	кислая	$pH < 7$
Слабое основание + слабая кислота	$CH_3COONH_4$, $(NH_4)_2CO_3$	по катиону и аниону	близка к нейтральной (зависит от $K_а$ и $K_в$)	$pH \approx 7$

Ключевые формулы и правила:

1. Ступенчатый гидролиз для многозарядных ионов протекает преимущественно по первой ступени, вторая и последующие идут в незначительной степени: $$CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$$ $$HCO_3^- + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 + OH^-$$

2. Для солей слабого основания и сильной кислоты: $$NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O + H^+$$

3. Полное (взаимное усиление) гидролиза наблюдается, когда соль образована слабым основанием и слабой кислотой, причём один из продуктов нерастворим или газообразен — в этом случае реакция идёт до конца: $$Al_2S_3 + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3H_2S\uparrow$$ Такие соли не существуют в водном растворе и не встречаются как реагенты в реальном растворе.

4. Степень гидролиза растёт при:

• разбавлении раствора (по принципу Ле Шателье);
• нагревании раствора;
• и уменьшается при добавлении в раствор продукта гидролиза (например, кислоты к раствору соли, гидролизующейся по катиону).

5. Индикаторы для определения среды в лаборатории и в задачах:

• лакмус: красный — кислая, синий — щелочная, фиолетовый — нейтральная;
• фенолфталеин: малиновый — щелочная, бесцветный — кислая и нейтральная;
• метилоранж: розовый/красный — кислая, жёлтый — щелочная.

Как применять

Пример 1. Гидролиз по аниону. Определим среду раствора $K_2CO_3$. Соль образована сильным основанием $KOH$ и слабой кислотой $H_2CO_3$. Значит, гидролиз идёт по анионному остатку: $$CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$$ В растворе накапливаются ионы $OH^-$ → среда щелочная, $pH > 7$, лакмус синеет.

Пример 2. Гидролиз по катиону. Определим среду раствора $Fe_2(SO_4)_3$. Основание $Fe(OH)_3$ слабое, кислота $H_2SO_4$ сильная. Гидролиз идёт по катиону: $$Fe^{3+} + H_2O \rightleftharpoons FeOH^{2+} + H^+$$ Среда кислая, $pH < 7$, лакмус краснеет, метилоранж — розовый.

Пример 3. Определение типа среды по формуле соли (быстрый способ). Дана соль $Na_3PO_4$. Разбиваем на кислоту и основание: $NaOH$ (сильное) и $H_3PO_4$ (слабая). Слабая кислота → гидролиз по анионному остатку → среда щелочная. Уравнение первой ступени: $$PO_4^{3-} + H_2O \rightleftharpoons HPO_4^{2-} + OH^-$$

Типичные ошибки

• Путают понятия «сильная/слабая кислота-основание» с «растворимая/нерастворимая соль» — это разные характеристики, гидролиз определяется именно силой электролита.
• Записывают гидролиз до конца (с полным разложением на кислоту и основание) для солей, гидролизующихся обратимо — так делать нельзя, кроме случаев взаимного усиления гидролиза (см. правило 3 выше).
• Забывают, что гидролиз многоосновных ионов идёт преимущественно по первой ступени, и пытаются сразу писать распад до $H_2CO_3$ или $H_3PO_4$.
• Неверно определяют силу кислот и оснований. Нужно помнить: сильные кислоты — $HCl$, $HBr$, $HI$, $HNO_3$, $H_2SO_4$, $HClO_4$; сильные основания — гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов ($NaOH$, $KOH$, $Ca(OH)_2$, $Ba(OH)_2$ и т.д.). Всё остальное (в том числе $NH_3\cdot H_2O$, $H_2CO_3$, $H_2SiO_3$, $CH_3COOH$) — слабые.
• Для соли слабой кислоты и слабого основания забывают указать, что среда близка к нейтральной либо слабокислая/слабощелочная в зависимости от соотношения констант диссоциации.
• Неправильно записывают ионные уравнения: забывают указывать заряды ионов или неверно расставляют коэффициенты при воде.

Где встречается на экзамене

Тема «Гидролиз солей» напрямую проверяется в задании 21 (задачи на определение среды раствора, составление ионных уравнений гидролиза, выбор соли с заданной средой из списка). Также элементы темы используются в заданиях на генетическую связь неорганических веществ, в задачах на смеси веществ (когда нужно определить, какая соль подвергается гидролизу и почему выпадает осадок или выделяется газ при смешивании растворов), и в комбинированных задачах на качественные реакции, где определение среды раствора помогает выбрать правильный индикатор или объяснить наблюдаемый эффект.