Страница 40 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

Часть I

1. Гидролиз — это _______

1. Гидролиз — это

Гидролиз (от др.-греч. ὕδωρ — вода и λύσις — разложение) — это химическая реакция взаимодействия вещества с водой, при которой происходит разложение этого вещества с образованием новых соединений. Гидролиз можно рассматривать как реакцию, обратную реакции нейтрализации. Этот процесс имеет фундаментальное значение как в неорганической и органической химии, так и в биохимии.

Различают несколько основных случаев гидролиза:

Гидролиз солей
Это наиболее часто рассматриваемый в курсе общей химии тип гидролиза. Он заключается во взаимодействии ионов соли с водой, что приводит к образованию слабого электролита (слабой кислоты или слабого основания) и изменению кислотности (pH) раствора.
1. Соль сильного основания и слабой кислоты (гидролиз по аниону): среда раствора становится щелочной ($pH > 7$).
Пример: ацетат натрия ($CH_3COONa$).
Ионное уравнение: $CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$

2. Соль слабого основания и сильной кислоты (гидролиз по катиону): среда раствора становится кислой ($pH < 7$).
Пример: хлорид аммония ($NH_4Cl$).
Ионное уравнение: $NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O + H^+$

3. Соль слабого основания и слабой кислоты (гидролиз и по катиону, и по аниону): среда раствора зависит от относительной силы образующихся кислоты и основания. Часто такой гидролиз является полным и необратимым.
Пример: сульфид алюминия ($Al_2S_3$).
$Al_2S_3 + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3H_2S\uparrow$

4. Соль сильного основания и сильной кислоты: гидролизу не подвергается, так как в растворе не образуются слабые электролиты. Среда раствора нейтральная ($pH = 7$). Пример: хлорид натрия ($NaCl$).

Гидролиз органических соединений
Этот процесс является ключевым во многих биологических и промышленных процессах.
1. Гидролиз сложных эфиров и жиров: приводит к образованию спиртов и карбоновых кислот (или их солей). Гидролиз жиров — основа процесса омыления.
Пример (гидролиз сложного эфира): $CH_3COOC_2H_5 + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + C_2H_5OH$

2. Гидролиз углеводов: полисахариды (крахмал, целлюлоза) и дисахариды (сахароза) расщепляются до моносахаридов (глюкоза, фруктоза).
Пример (гидролиз сахарозы): $C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \xrightarrow{H^+} C_6H_{12}O_6 (\text{глюкоза}) + C_6H_{12}O_6 (\text{фруктоза})$

3. Гидролиз белков и пептидов: расщепление пептидных связей с образованием аминокислот. Этот процесс происходит при пищеварении.

Гидролиз неорганических бинарных соединений
Многие бинарные соединения, такие как карбиды, фосфиды, гидриды, галогениды неметаллов, могут реагировать с водой, подвергаясь полному и необратимому гидролизу.
Пример (гидролиз карбида кальция): $CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2\uparrow$

Ответ: реакция обменного разложения вещества с водой, приводящая к образованию новых соединений.

2. Среду раствора характеризует pH — [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] .

$pH < 7$ [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

$pH = 7$ [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

$pH > 7$ [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

2. Среду раствора характеризует pH — потенциал водорода.

Водородный показатель, или pH (от лат. potentia Hydrogenii — «сила водорода»), является мерой, определяющей кислотность или щелочность водного раствора. Эта величина представляет собой отрицательный десятичный логарифм концентрации (активности) ионов водорода $H^+$:

$pH = -\lg[H^+]$

Значение pH помогает классифицировать среду раствора, что является ключевой характеристикой во многих химических и биологических процессах.

Ответ: потенциал водорода.

Среда раствора:

pH < 7

Если значение pH раствора меньше 7, среда считается кислотной. Это означает, что в растворе присутствует избыток ионов водорода ($H^+$) по сравнению с гидроксид-ионами ($OH^-$). Чем ниже pH, тем выше кислотность. Примерами являются кислоты, такие как лимонный сок (pH ≈ 2.4) или уксус (pH ≈ 2.9).

Ответ: кислотная.

pH = 7

При pH, равном 7, среда является нейтральной. В этом случае концентрации ионов водорода ($H^+$) и гидроксид-ионов ($OH^-$) сбалансированы (равны друг другу). Чистая дистиллированная вода при температуре 25°C является классическим примером вещества с нейтральной средой.

Ответ: нейтральная.

pH > 7

Если pH раствора превышает 7, среда является щелочной (или основной). В таком растворе концентрация гидроксид-ионов ($OH^-$) преобладает над концентрацией ионов водорода ($H^+$). Чем выше pH, тем выше щелочность. Примерами служат растворы мыла (pH ≈ 10) или пищевой соды (pH ≈ 8.3).

Ответ: щелочная.

3. Гидролиз соли по аниону — это гидролиз соли, образованной ______ основанием (например, ______, ______) и ______ кислотой (например, ______). В результате гидролиза солей данного типа среда раствора становится ______ (фенолфталеин окрашивается в ______ цвет).

Дано сокращённое ионное уравнение: $\text{CO}_3^{2-} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HCO}_3^{-} + \text{OH}^{-}$. Составьте соответствующие молекулярные уравнения:

а) ______

б) ______

Гидролиз соли по аниону — это гидролиз соли, образованной сильным основанием (например, NaOH, KOH) и слабой кислотой (например, H₂CO₃, H₂S). В результате гидролиза солей данного типа среда раствора становится щелочной (фенолфталеин окрашивается в малиновый цвет).

Дано сокращённое ионное уравнение гидролиза карбонат-иона: $CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^{-} + OH^{-}$.
Для составления соответствующих молекулярных уравнений необходимо выбрать соли, образованные карбонат-ионом и катионом сильного основания (щелочного металла), например, натрия ($Na^+$) или калия ($K^+$).

а)
В качестве первой соли возьмем карбонат натрия ($Na_2CO_3$). При его растворении в воде происходит гидролиз по аниону, что приводит к образованию гидрокарбоната натрия и гидроксида натрия.
Молекулярное уравнение реакции:
$Na_2CO_3 + H_2O \rightleftharpoons NaHCO_3 + NaOH$
Ответ: $Na_2CO_3 + H_2O \rightleftharpoons NaHCO_3 + NaOH$

б)
В качестве второй соли возьмем карбонат калия ($K_2CO_3$). Аналогично карбонату натрия, он подвергается гидролизу с образованием гидрокарбоната калия и гидроксида калия.
Молекулярное уравнение реакции:
$K_2CO_3 + H_2O \rightleftharpoons KHCO_3 + KOH$
Ответ: $K_2CO_3 + H_2O \rightleftharpoons KHCO_3 + KOH$

4. Гидролиз соли по катиону — это гидролиз соли, образованной _________ основанием (например, _________, _________, _________ ) и _________ кислотой (например, _________, _________, _________ ). В результате гидролиза солей данного типа среда раствора становится _________ (лакмус окрашивается в _________ цвет).

Дано сокращённое ионное уравнение: $Zn^{2+} + H_2O \rightleftharpoons ZnOH^{+} + H^{+}$.

Составьте соответствующие молекулярные уравнения:

а) _________

б) _________

Решение

Гидролиз соли по катиону происходит в случае солей, образованных катионом слабого основания и анионом сильной кислоты. Слабые основания (например, $Cu(OH)_2$, $Fe(OH)_3$) не полностью диссоциируют, и их катионы вступают в реакцию с водой. Сильные кислоты (например, $HCl$, $H_2SO_4$) полностью диссоциируют, и их анионы не взаимодействуют с водой. В результате гидролиза по катиону в растворе накапливаются ионы водорода $H^+$, что создает кислую среду, в которой индикатор лакмус окрашивается в красный цвет. Заполним пропуски в предложении.
Ответ: Гидролиз соли по катиону — это гидролиз соли, образованной слабым основанием (например, $Cu(OH)_2$, $Fe(OH)_3$) и сильной кислотой (например, $HCl$, $H_2SO_4$). В результате гидролиза солей данного типа среда раствора становится кислой (лакмус окрашивается в красный цвет).

Сокращенное ионное уравнение $Zn^{2+} + H_2O \rightleftharpoons ZnOH^+ + H^+$ описывает первую ступень гидролиза соли цинка, образованной сильной кислотой. Для составления молекулярных уравнений необходимо добавить к ионам в уравнении соответствующие анионы сильных кислот.

а)
Для первого примера возьмем соль хлорид цинка ($ZnCl_2$), образованную сильной соляной кислотой ($HCl$). Исходными веществами будут $ZnCl_2$ и $H_2O$. Продуктами реакции являются основная соль (гидроксохлорид цинка, $Zn(OH)Cl$) и кислота ($HCl$).
Ответ: $ZnCl_2 + H_2O \rightleftharpoons Zn(OH)Cl + HCl$.

б)
Для второго примера возьмем соль нитрат цинка ($Zn(NO_3)_2$), образованную сильной азотной кислотой ($HNO_3$). По аналогии с предыдущим пунктом, исходными веществами будут $Zn(NO_3)_2$ и $H_2O$, а продуктами — основная соль (гидроксонитрат цинка, $Zn(OH)NO_3$) и кислота ($HNO_3$).
Ответ: $Zn(NO_3)_2 + H_2O \rightleftharpoons Zn(OH)NO_3 + HNO_3$.