Гидролиз (стр. 2 )

карбид алюминия метан

Гидролиз галогенидов неметаллов приводит к образованию кислородсодержащей кислоты и галогеноводорода:

SiCI4 + 3HOH → H2SiO3↓ + 4HCI

хлорид кремния кремниевая кислота

Фосфиды, нитриды некоторых металлов разлагаются водой до

соответствующего основания и водородного соединения неметалла:

Mg3P2 + 6HOH → 3Mg(OH)2↓ + 2PH3↑

фосфид магния фосфин

Сa3N2 + 6HOH → 3Ca(OH)2↓ + 2NH3↑

нитрид кальция аммиак

Обратите внимание, что во всех реакциях гидролиза степени окисления химических элементов не меняются.

Окислительно-восстановительные реакции к реакциям гидролиза обычно не относят, хотя при этом происходит взаимодействие вещества с водой:

-1 +1 0

NaH + HOH → NaOH + H2↑

гидрид натрия

Факторы, влияющие на гидролиз.

Если в раствор гидролизующейся соли ввести реактив, связывающий образующиеся при гидролизе ионы Н+ и ОН-, то в соответствии с принципом Ле-Шателье равновесие смещается в сторону усиления гидролиза. В результате гидролиз может протекать полностью – до образования конечных продуктов. Например, рассмотрим гидролиз карбоната калия. Запишем молекулярное и полное ионное уравнения:

К2CO3 + НОН ↔КНСО3 + КOH

2К+ + CO32- + НОН ↔ НСО3- + ОН - + 2К+

Сущность этого процесса можно выразить сокращенным ионным уравнением:

CO32- + НОН ↔ НСО3- + ОН-

Это – первая ступень гидролиза. Накопление в растворе ионов ОН - препятствует дальнейшему протеканию гидролиза. Однако если связывать образующиеся гидроксид-ионы (например, добавляя к раствору кислоту), то анион НСО3- в свою очередь подвергается гидролизу (вторая ступень гидролиза):

НCO3- + НОН ↔ Н2СО3 + ОН-

или в молекулярной форме:

КНCO3 + НОН ↔Н2СО3 + КOH

СО2↑ Н2О

Также ступенчато протекает гидролиз солей, образованных слабыми основаниями многовалентных металлов. Например:

MgCI2 + НОН ↔ MgОНCI + НCI

Mg2+ + 2CI- + НОН ↔ MgОН+ + Н+ + 2CI-

Mg2+ + НОН ↔ MgОН+ + Н+

Если связывать образующиеся ионы Н+ (например, добавляя к раствору щелочь), то катион MgОН+ в свою очередь подвергается гидролизу (вторая ступень гидролиза):

MgОНCI + НОН ↔ Mg(ОН)2+ НCI,

MgОН+ + НОН ↔ Mg(ОН)2+ Н+

Гидролиз практически протекает только по первой ступени. Поэтому при приближенных расчетах можно принимать во внимание только гидролиз по первой ступени.

Ионы Н+ или ОН - можно связать в молекулы воды, вводя в раствор не только щелочь или кислоту, но и другую соль, гидролиз которой приводит к накоплению этих ионов. Ионы Н+ или ОН - будут нейтрализовать друг-друга, что вызовет взаимное усиление гидролиза обеих солей и в результате − образование конечных продуктов гидролиза. Например, при смешении растворов Na2CO3 и AICI3, в которых соответственно имеется избыток ионов ОН - и Н+, взаимное усиление гидролиза приводит к выделению СО2 и образованию осадка AI(ОН)3:

2 AICI3 + 3 Na2CO3 + 3НОН → 2 AI(ОН)3↓ + 3 СО2↑ + 6 NaCI

2 AI3+ + 3 CO32- + 3НОН → 2 AI(ОН)3↓ + 3 СО2↑

В осадок в подобных случаях выпадает наименее растворимый из возможных продуктов гидролиза. Так, растворимость карбоната гидроксомеди (II) (CuOH)2CO3 меньше, чем гидроксида меди (II) Cu(OH)2. Поэтому при сливании растворов CuSO4 и Na2CO3 конечным продуктом гидролиза является именно (CuOH)2CO3:

2 CuSO4 + 2 Na2CO3 + НОН → (CuOH)2CO3↓ + СО2↑ + 2 Na2SO4

2 Cu2+ + 2CO32- + НОН → (CuOH)2CO3↓ + СО2↑

Равновесие гидролиза может быть смещено также изменением

температуры. Поскольку обратный гидролизу процесс – реакция нейтрализации - протекает с выделением теплоты, то реакция гидролиза представляет собой эндотермический процесс. Поэтому повышение температуры ведет к усилению гидролиза, а понижение температуры – к его ослаблению.

Разбавление раствора всегда усиливает гидролиз (смещает равновесие вправо).

Пример 1. Рассмотрим факторы, влияющие на гидролиз сульфида калия. Запишем уравнения гидролиза (будем считать, что гидролиз практически протекает только по первой ступени):

K2S + HOH ↔ KHS + KOH (I)

2K+ + S2- + HOH ↔ 2K+ + OH - + HS - (II)

S2- + HOH ↔ OH - + HS - (III)

В соответствии с законом действующих масс, можно записать для прямой и обратной реакции (по уравнению III):

υпр = k [S2-] [HOH]

υобр = k [OH-] [HS-]

1) добавление воды (разбавление) повышает скорость прямой реакции, следовательно, гидролиз усиливается;

2) добавление кислоты: ионы Н+ связывают ионы ОН - в молекулы НОН, уменьшается скорость обратной реакции, следовательно, гидролиз усиливается;

3) добавление щелочи (ОН- ионов) повышает скорость обратной реакции, следовательно, гидролиз ослабевает.

Пример 2. Рассмотрим факторы, влияющие на гидролиз нитрата цинка. Запишем уравнения гидролиза (будем считать, что гидролиз практически протекает только по первой ступени):

Zn(NO3)2 + НОН ↔ ZnОНNO3 + НNO3 (I)

Zn2+ + 2NO3- + НОН ↔ ZnОН+ + Н+ + 2NO3- (II)

Zn2+ + НОН ↔ ZnОН+ + Н+ (III)

В соответствии с законом действующих масс, запишем для пря-

мой и обратной реакции (по уравнению III):

υпр = k [Zn2+] [HOH]

υобр = k [ZnОН+] [Н+]

1) добавление воды (разбавление) повышает скорость прямой реакции, следовательно, гидролиз усиливается;

2) добавление кислоты (ионов Н+) повышает скорость обратной реакции, следовательно, гидролиз ослабевает;

3) добавление щелочи: ионы ОН - связывают ионы Н+ в молекулы НОН, уменьшается скорость обратной реакции, следовательно, гидролиз усиливается.

Гидролиз органических веществ.

1. Гидролиз галогеналканов используют для получения спиртов. Например:

t

C2H5CI + HOH ↔ C2H5OH + HCI

хлорэтан этанол

Присутствие щелочи (ОН-) позволяет «связать» получающуюся кислоту и сместить равновесие в сторону образования спирта.

2. Гидролиз сложных эфиров протекает обратимо в кислотной среде с образованием соответствующего спирта и карбоновой кислоты:

О Н+, t О

СН3 − С + НОН ↔ C2H5OH + СН3 − С

О−С2Н5 ОН

Для смещения химического равновесия в сторону продуктов реакции гидролиз проводят в присутствии щелочи.

3. Гидролиз углеводов.

Гидролиз дисахаридов, например, сахарозы, можно представить следующим уравнением:

С12Н22О11 + НОН → С6Н12О6 + С6Н12О6

сахароза глюкоза фруктоза

Гидролиз крахмала идет ступенчато, схематически его можно изобразить так:

+HOH +HOH +HOH

(С6Н10О5)n → (С6Н10О5)x → С12Н22О11 → С6Н12О6

крахмал декстрины (х<n) дисахарид (мальтоза) глюкоза

или более кратко:

(С6Н10О5)n + n НОН → n С6Н12О6

Реакцию гидролиза крахмала до глюкозы при каталитическом действии серной кислоты осуществил в 1811 году русский ученый .

В организме человека и животных гидролиз углеводов происходит под действием ферментов.

Известный полисахарид – целлюлоза – может гидролизоваться до глюкозы при длительном нагревании с минеральными кислотами. Процесс идет ступенчато, но кратко его можно записать так:

(С6Н10О5)n + n НОН → n С6Н12О6

целлюлоза глюкоза

Этот процесс лежит в основе многих гидролизных производств. Они служат для получения пищевых, кормовых и технических продуктов из непищевого растительного сырья – отходов лесозаготовок, деревообработки (опилки, стружка), переработки сельскохозяйственных культур (соломы, шелухи семян и т. д.).

4. Гидролиз белков – помогает установить последовательность расположения остатков аминокислот, составляющих молекулу белка, который осуществляют при нагревании с кислотами или щелочами, а также при действии ферментов. Гидролиз белков идет ступенчато, схематически его можно изобразить так:

гидролиз гидролиз

Белки Полипептиды α-Аминокислоты

5. Неизмеримо важную роль в организме играет процесс гидролиза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Это вещество служит источником энергии для всевозможных биохимических реакций (построения белка, сокращения мышц и др.). При гидролизе АТФ до аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) энергия высбоваждается:

АТФ + НОН → Н3РО4 + АДФ + энергия

Обратный процесс – образование АТФ из АДФ протекает с поглощением энергии. Следовательно, АТФ – это универсальное энергетическое вещество клетки, своего рода энергетический «консерв», который клетка использует по мере надобности.

Значение гидролиза.

Гидролиз солей имеет и практическое, и биологическое значение.

Еще в древности в качестве моющего средства использовали золу. В золе содержится карбонат калия К2СО3, который в воде гидролизуется по аниону, водный раствор приобретает мылкость за счет образующихся при гидролизе ионов ОН-.

В настоящее время в быту используются мыло, стиральные порошки и другие моющие средства. Основной компонент мыла − это натриевые или калиевые соли высших жирных карбоновых кислот: стеараты, пальмитаты, которые гидролизуются.

Гидролиз стеарата натрия выражается следующим ионным уравнением:

С17Н35СОО- + НОН ↔ С17Н35СООН + ОН-,

то есть раствор имеет слабощелочную среду.

В состав стиральных порошков и других моющих средств специально вводят соли неорганических кислот (фосфаты, карбонаты),

которые усиливают моющие свойства за счет повышения рН среды.

Соли, создающие необходимую щелочную среду раствора, содержатся в фотографическом проявителе. Это карбонат натрия Na2СО3, карбонат калия К2СО3, бура Na2B4O7 и другие соли, гидролизующиеся по аниону.

Если кислотность почвы недостаточная, у растений появляется болезнь − хлороз. Ее признаки − пожелтение или побеление листьев,

отставание в росте и развитии. Если рНпочвы > 7,5, то в нее вносят удобрение сульфат аммония (NH4)2SO4, которое способствует повышению кислотности, благодаря гидролизу по катиону, проходящему в почве:

NH4+ + НОН ↔ NH3 ∙ HOH + Н+

Неоценима биологическая роль гидролиза некоторых солей, входящих в состав нашего организма.

Например в составе крови содержатся соли гидрокарбонат и гидрофосфат натрия. Их роль заключается в поддержании определенной реакции среды.

Это происходит за счет смещения равновесия процессов гидролиза:

НСО3- + НОН ↔ Н2СО3 + ОН-

НРО42- + НОН ↔ Н2РО4- + ОН-

Если в крови избыток ионов Н+, они связываются с гидроксид-ионами ОН - и равновесие смещается вправо. При избытке гидроксид-ионов ОН - равновесие смещается влево. Благодаря этому кислотность крови здорового человека колеблется незначительно.

Другой пример: в составе слюны человека есть ионы НРО42-. Благодаря им в полости рта поддерживается определенная среда

(рН = 7 − 7,5).

Контрольно-измерительные материалы.

Инструкция для учащихся.

Тест состоит из 10 вопросов по теме «Гидролиз». На его выполнение отводится 30 минут. Задания рекомендуется выполнять по порядку. Если задание не удается выполнить сразу, перейдите к следующему. Если останется время, вернитесь к пропущенным заданиям.

К заданиям 1-6 даны несколько ответов, из которых только один верный. Выберите верный, по Вашему мнению, ответ. В бланке ответов под номером задания поставьте крестик (Х) в клеточке, номер которой равен номеру выбранного Вами ответа.

В заданиях 7-9 на установление соответствия запишите в таблицу буквы выбранных Вами ответов, а затем получившуюся последовательность букв перенесите в бланк ответов без пробелов и других символов.

Вариант 1.

1. Кислую среду имеет водный раствор:

1) карбоната натрия;

2) нитрата калия;

3) иодида калия;

4) хлорида алюминия.

2. Гидролиз идет до конца при растворении в воде соли:

1) AICI3; 2) AI2(SO4)3; 3) AI(NO3)3; 4) AI2S3.

3. Конечным продуктом гидролиза крахмала является:

1) мальтоза;

2) декстрины;

3) глюкоза;

4) сахароза.

4. Под действием лакмуса раствор хлорида цинка приобретает окраску:

1) синюю; 2) красную; 3) желтую; 4) фиолетовую.

5. При гидролизе карбида кальция образуются:

1) СаО, СН4; 3) СаО, С2Н2;

2) Са(ОН)2, С2Н2; 4) Са(ОН)2, С2Н4.

6. При добавлении кислоты в раствор какой соли гидролиз усиливается:

1) Na2SO3 2) MgCI2 3) ZnSO4 4) NaNO3

7. Установите соответствие между солью и реакцией среды в её водном растворе:

ФОРМУЛА СОЛИ РЕАКЦИЯ СРЕДЫ

1) НСООК А) рН = 7

2) K2SO4 Б) рН > 7

3) MnCI2 B) pH < 7

4) Na2SO3

8. Установите соответствие между составом соли и типом её гидролиза:

СОСТАВ СОЛИ ТИП ГИДРОЛИЗА

1) Li2CO3 A) по катиону

2) СН3СООNa Б) по аниону

3) Mn(NO3)2 В) по катиону и аниону

4) ZnCO3

9. Установите соответствие между солью и реакцией среды в её водном растворе:

СОЛЬ РЕАКЦИЯ СРЕДЫ

1) нитрат бария А) кислая

2) хлорид железа (III) Б) нейтральная

3) сульфат аммония В) щелочная

4) ацетат натрия

10. Установите соответствие между веществом и конечными продуктами его гидролиза:

ВЕЩЕСТВО ПРОДУКТЫ ГИДРОЛИЗА

1) карбид алюминия А) гидроксид магния и аммиак