5. Реакции нейтрализации. Гидролиз. Реакции осаждения

В соответствии с теорией электролитической диссоциации реакция нейтрализации — это взаимодействие катионов водорода и гидроксид-ионов с образованием молекул поды.

В общем виде ионное уравнение реакции нейтрализации записывается так:Н⁺ + ОН^- = Н₂О.

С учетом, что катионы водорода находятся в водном растворе в виде ионов Н₃О⁺, уравнение реакции нейтрализации записывается в общем виде так:Н₃О⁺ + ОН^- = 2Н₂О.

Реакции нейтрализации являются одновременно и реакциями солеобразования. В результате взаимодействия сильных оснований с сильными кис­лотами в водном растворе среда становится нейтральной (рН = 7):

Са(ОН)₂ + 2НNO₃ = Са(NО₃)₂ + 2Н₂О, 2NaОН + Н₂SО₄ = Nа₂SО₄ + 2Н₂О

Растворы солей, образованных катионами слабых оснований или анионами слабых кислот, показывают либо кислую реакцию (рН < 7), либо щелочную (рН > 7). В рамках ионной теории Аррениуса это объясняется протеканием реакций гидролиза.

Гидролиз

В общем случае гидролиз определяется как взаимодей­ствие соли с водой:

Соль + Вода  Кислота + Основание.

Гидролиз — это реакция, обратная нейтрализации: Кислота + Основание Соль + Вода

Возможность и характер протекания гидролиза определяется природой соли, т. е. природой кислоты и основания, из которых образована соль.

1. Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, гидро­лизу не подвергаются и их водные растворы нейтральные (рН = 7).

2. Водные растворы солей, образованных анионами слабых кислот и ка­тионами сильных оснований, имеют щелочную реакцию: Нитрит натрия NаNО₂ — соль сильного основания NаОН и слабой кислоты НNО₂ — диссоциирует в водном растворе на катионы натрия и нитрит-ионы, а на последующей стадии нитрит-ионы обратимо реагируют с водой:

NаNО₂ = Nа⁺ + NО₂^-, NО₂^- + H₂O  HNО₂ + ОН^-

В результате гидролиза реакция раствора нитрита натрия щелочная '(рН>7).

3. Водные растворы солей, образованных катионами слабых оснований и анионами сильных кислот, имеют кислую реакцию: Нитрат аммония NН₄NО₃ — соль слабого основания (гидрата аммиака) NН₃*Н₂O и сильной азотной кислоты НNО₃ — диссоциирует в вод­ном растворе на катионы аммония и нитрат-ионы, на последующей стадии катионы аммония обратимо реагируют с водой:

Nн₄NO₃ = Nн₄⁺ + Nо₃^-, NH₄⁺ + Н₂O = NН₃*Н₂O +Н⁺; Н⁺ + Н₂О=Н₃О⁺

В результате гидролиза раствор нитрата аммония показывает кислую реакцию (рН < 7).

Если соль образована катионами многоосновных оснований, то продуктом гидролиза будет гидроксокатион основания.

4. Для хорошо растворимых солей, образованных анионами слабой кис­лоты и катионами слабого основания, реакция растворов зависит от сте­пени протекания обратимых стадий взаимодействия с водой, здесь возможны три случая:

А) Гидролиз нитрита аммония протекает по следующим стадиям:

Nн₄NO₂ = Nн₄⁺ + Nо₂^-, NH₄⁺ + Н₂O  NН₃*Н₂O +Н⁺;

Н⁺ + Н₂О=Н₃О⁺, Nо₂^- + Н₂O  HNО₂ + ОН^-

Известно, что гидролиз катионов аммония протекает полнее, следовательно, больше образуется катионов Н⁺ (по сравнению с анионами ОН^-), поэтому раствор будет слабокислотным (рН < 7).

Б) Гидролиз ацетата аммония протекает по следующим стадиям:

Nн₄сн₃соо = NH₄⁺ + сн₃соо ^--, NH₄⁺ + Н₂O  NН₃*Н₂O +Н⁺;

Н⁺ + Н₂О = Н₃О⁺, сн₃соо ^-- + Н₂О  СН₃СООН + ОН^-

Степень протекания обеих обратимых реакций одинаковая, поэтому раствор ацетата аммония нейтральный (рН7).

В) Раствор цианида аммония имеет сильнощелочную реакцию (рН > 7) вследствие большей степени протекания второй из обратимых реакций гид­ролиза:

Nн₄СN = Nн₄⁺ + СN^-, NH₄⁺ + Н₂O  NН₃*Н₂O +Н⁺;

Н⁺ + Н₂О=Н₃О⁺, СN^- + Н₂O  HСN + ОН^-

Обратимая реакция гидролиза соли протекает тем полнее, чем более слабыми являются образующие соль кислота или (и) основание. Так, из основания и кислоты, образующих цианид аммония Nн₄СN, более слабым электролитом является циановодород, чем гидрат аммиака. Поскольку реак­ция раствора обеспечивается относительно более сильным электролитом, то раствор цианида аммония должен быть щелочным.

Обобщая все высказанное, можно утверждать, что

если соль образована более сильной кислотой (по сравнению с силой основания), то раствор соли будет кислым;

если соль образована более сильным основанием (по сравнению с силой кислоты), то раствор соли будет щелочным.

Таким образом, сила кислот и оснований, образующих соль, должна рас­сматриваться во взаимосвязи (табл. 1).

Таблица 1.

Реакция водных растворов солей

Образующие соль
кислота	основание	Реакция	рН
Сильная	Сильное	Нейтральная	7
Сильная	Слабое	Кислая	<7
Слабая	Сильное	Щелочная	>7
Слабая	Слабое
Сильнее основания		Кислая	<7
	Сильнее кислоты	Щелочная	>7
Одинаково слабые		Практически нейтральная	7

Реакции осаждения

Электролиты (кислоты, основания, соли) обладают различной растворимостью в воде. При смешивании растворов двух хорошо растворимых электролитов возможно образование малорастворимых веществ, выпадающих из раствора в виде осадка.

Реакции осаждения — ионные реакции, протекающие с образованием ма­лорастворимых веществ.

Чем ниже растворимость образующегося вещества, тем меньше свободных ионов этого вещества остается в растворе, а значит, в большей степени реак­ция приближается к необратимой:

AgNO₃ + NaCl = А_gС1 + NаNО₃

Растворимость хлорида серебра (I) составляет всего 1*10^-5 моль/л. Следовательно, после смешивания, например 0,01M растворов нитрата сереб­ра (I) и хлорида натрия, в конечном растворе остаточная концентрация ио­нов Аg⁺ и С1^- чрезвычайно низкая, поскольку основное количество этих ионов переходит в осадок АgС1.