К винно-красному раствору роданида железа (III) приливаем фосфорную кислоту. Протекает эффектная реакция, сопровождающаяся обесцвечиванием реакционной смеси с одновременным образованием желтовато-белого осадка фосфата железа (III).
Результаты опыта вызывают проблемную ситуацию.
Учитель: роданид железа (III), как и любое малодиссоциирующее соединение, очень плохо, но подвергается диссоциации.
Ученики:
Fe(SCN)3 <=> Fe3+ + 3SCN-
Учитель: Диссоциация процесс обратимый, следовательно, его равновесие можно сместить, добавив в раствор вещество, способное связывать ионы в соединение с меньшей степенью диссоциации. В данном случае происходит разрушение комплексного соединения роданида железа (III) вследствие образования осадка фосфата железа (III).
Fe(SCN)3 + PO43- = FePO4 + 3SCN-
Занятие № 6. Тема: «Гидролиз солей»
Предложенные ниже опыты рекомендуется проводить при изучении темы «Строение вещества и их свойства» у учащихся 11 классов, обучающихся по учебнику О. С. Габриеляна «Химия-11» на уроке по теме «Гидролиз неорганических веществ» (см. тематическое планирование 10 класс)
Цель работы: получить представления о гидролизе неорганических веществ, используя проблемный эксперимент.
Форма работы: Работа выполняется в группах (4–5 человек) или в парах учащихся.
Оборудование и реактивы: растворы веществ: HCl, HNO3, H2SO4, NaOH, KOH, Ba(OH)2, NaCl, K2SO4, Na2CO3, CuSO4, CuCl2, Pb(NO3)2, FeCl3, Na2S, K2SO3, CH3COONa, KBr, NaNO3, лакмус, фенолфталеин.
Ход опыта:
В подписанные пробирки с предложенными веществами прилить соответствующие индикаторы.
Учащиеся знакомы со свойствами кислот и щелочей изменять окраску индикаторов. Поэтому они быстро проводят соответствующие реакции с кислотами и щелочами и объясняют изменение окраски лакмуса и фенолфталеина взаимодействием индикатора с ионами H+ и OH–. При диссоциации средних солей образуются катионы металлов и анионы кислотных остатков, которые с индикаторами не взаимодействуют.
Проблема возникает тогда, когда цвет индикатора изменяется в растворах карбоната натрия и сульфата меди (II). Причем цвет лакмуса в растворе Na2CO3 становится синим, а в растворе CuSO4 – красным.
Учитель: составим таблицу «Окраска лакмуса в растворах солей»
| Соль | Окраска раствора соли при добавлении индикатора (лакмуса) | Реакция среды |
| Na2CO3 | синий | щелочная |
| CuSO4 | красный | кислая |
Учащиеся: Для объяснения наблюдаемых явлений учащиеся выдвигают ряд гипотез, одна из которых – посторонние примеси в растворах солей Na2CO3 и CuSO4.
Учитель: Для проверки этой гипотезы учитель предлагает для анализа растворы других солей: CuCl2, Pb(NO3)2, FeCl3, Na2S, K2SO3, CH3COONa, KBr, NaNO3.
Учащиеся: продолжают таблицу «Окраска лакмуса в растворах солей»
| Соль | Окраска раствора соли при добавлении индикатора (лакмуса) | Реакция среды |
| Na2CO3 | синий | щелочная |
| CuSO4 | красный | кислая |
| CuCl2 | красный | кислая |
| Pb(NO3)2 | красный | кислая |
| FeCl3 | красный | кислая |
| Na2S | синий | щелочная |
| K2SO3 | синий | щелочная |
| CH3COONa | синий | щелочная |
| KBr | фиолетовый | нейтральная |
| NaNO3 | фиолетовый | нейтральная |
Учитель: Таким образом, все соли можно разделить на три группы:
1-я группа – соли, растворы которых ведут себя по отношению к лакмусу как кислоты (CuSO4, CuCl2, Pb(NO3)2, FeCl3);
2-я группа – соли, растворы которых ведут себя по отношению к лакмусу и фенолфталеину как щелочи (Na2CO3, Na2S, K2SO3, CH3COONa);
3-я группа – соли, растворы которых не изменяют окраску индикатора (KBr, NaNO3).
Гипотезу о посторонних примесях можно считать отвергнутой.
Учитель: Почему растворы солей первой группы изменяют фиолетовую окраску раствора лакмуса на красную?
Учащийся: Значит, в этих растворах есть ионы H+.
Учитель: Откуда ионы H+ в растворе, если вы смешивали соль и воду?
Учащийся: Наверное, из воды.
Учитель: Как от воды могли отделиться ионы H+?
Учащийся: Видимо, какая-то частица соли отрывает от молекулы воды частицу OH–. Отрицательную частицу от молекулы воды может оторвать положительная частица из соли.
Учитель: Что же общего у катионов Cu2+, Pb2+, Fe3+? Почему именно они присоединяют гидроксид-ионы? Почему этого не происходит в случае катионов Na+, K+?
Учащийся: Гидроксиды Сu(OH)2, Pb(OH)2, Fe(OH)3 – cлабые основания, а NaOH, KOH – сильные. Сильные основания в растворе полностью диссоциируют на ионы.
Растворы второй группы солей изменяют фиолетовую окраску лакмуса на синюю. Значит, в их растворах есть гидроксид-ионы. Остатки слабых электролитов – анионы кислотных остатков – взаимодействуют с молекулами воды с образованием ионов OH–. В растворах солей третьей группы нет свободных ионов H+ и OH– . С водой не взаимодействуют остатки сильных электролитов (кислот и оснований).
В результате подобных рассуждений учащиеся самостоятельно приходят к выводам.
1. Если соль образована сильной кислотой и слабым основанием, реакция ее раствора будет кислая. Причина кислой среды – взаимодействие катиона (остатка слабого основания) с молекулами воды. Такое взаимодействие называется гидролизом по катиону.
Fe3+ + 3НОН → Fe(OH)3 + 3H+
2. Если соль образована слабой кислотой и сильным основанием, реакция ее раствора будет щелочная. Причина щелочной среды – взаимодействие аниона (остатка слабой кислоты) с молекулами воды. Этот процесс называется гидролизом по аниону.
CO32- + 2HOH → H2CO3 + 2OH–
3. Если соль образована сильной кислотой и сильным основанием, реакция ее раствора будет нейтральной. Катионы металла и анионы кислотного остатка таких солей не образуют прочных связей с молекулами воды. Как следствие, в растворах таких солей нет ионов H+ и OH–.
Учитель: Реакция солей, образованных сильной кислотой и сильным основанием обратима, так как в ходе неё не образуется слабый электролит.
KBr + HOH <=> KOH + HBr
Таким образом, соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием имеют нейтральную реакцию среды, но гидролизу не подвергаются
Учащийся: А как ведут себя в растворе соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой?
Учитель: Попробуйте самостоятельно спрогнозировать результат опыта и аргументировать свой прогноз.
Учащийся: Вероятно, реакция раствора такой соли будет нейтральной, ведь ионы H+, образованные при взаимодействии катиона – остатка слабого электролита – с молекулами воды, будут связываться ионами OH–, образованными при гидролизе по аниону.
К фиолетовому раствору лакмуса добавляем раствор ацетата аммония. Цвет не изменяется – реакция раствора нейтральная.
Ученики: составляют уравнение реакции гидролиза ацетата аммония в молекулярной, полной и краткой ионной форме:
CH3COONH4 + HOH → NH4OH + CH3COOH
CH3COO – + NH4 + + HOH → NH4+ + OH – + CH3COO– + H+
HOH → H+ + OH –
Учитель: Поэкспериментируем еще с одной солью – сульфидом аммония (NH4)2S. При его добавлении фиолетовый раствор лакмуса становится синим. Проблема!
Учащиеся: составляют уравнение реакции гидролиза сульфида аммония в молекулярной форме:
(NH4)2S + 2HOH → 2NH4OH + H2S
Учитель: Сила и слабость электролита – понятия относительные. Исходя из данных эксперимента (посинение лакмуса) сила электролита – сероводородной кислоты – оказалась меньше, чем сила гидроксида аммония.
Учащийся: гидроксид аммония лучше продиссоциировал в растворе, поэтому реакция раствора сульфида аммония щелочная.
2NH4 + + S2- + 2HOH → 2NH4 + + 2OH – + H2S↑
S2- + 2HOH → 2OH – + H2S↑
Учащийся: «Как узнать, какой электролит сильнее?»
Учитель: рассказывает о константах диссоциации слабых кислот и оснований, учит пользоваться справочными данными. В заключении учитель анализирует и подводит итоги по таблице «Окраска лакмуса в растворах солей»:
| Соль | Окраска раствора соли при добавлении индикатора (лакмуса) | Реакция среды |
| Na2CO3 | синий | щелочная |
| CuSO4 | красный | кислая |
| CuCl2 | красный | кислая |
| Pb(NO3)2 | красный | кислая |
| FeCl3 | красный | кислая |
| Na2S | синий | щелочная |
| K2SO3 | синий | щелочная |
| CH3COONa | синий | щелочная |
| KBr | фиолетовый | нейтральная |
| NaNO3 | фиолетовый | нейтральная |
| CH3COONH4 | фиолетовый | нейтральная |
| (NH4)2S | синий | щелочная |
Домашнее задание:
Составить уравнения реакций гидролиза для всех, использованных на уроке солей (NaCl, K2SO4, Na2CO3, CuSO4, CuCl2, Pb(NO3)2, FeCl3, Na2S, K2SO3, CH3COONa, KBr, NaNO3) и составить аналогичные, предложенной на уроке, таблицы для фенолфталеина и метилоранжа.