- I. Реакции, в которых вода играет роль окислителя
- II. Реакции, в которых вода играет роль восстановителя
- III. Реакции внутримолекулярного окисления — восстановления воды.
- Реакции гидратации
- II. Гидратация оксидов
- III. Гидратация органических соединений, содержащих кратные связи
- Реакции гидролиза
- Гидролиз
- Обратимый гидролиз солей
- Необратимый гидролиз
- Факторы, влияющие на степень гидролиза:
- Урок 28. Химические свойства воды
- Взаимодействие с оксидами неметаллов
- Взаимодействие с оксидами металлов
- Взаимодействие с металлами
I. Реакции, в которых вода играет роль окислителя
Эти реакции возможны только с сильными восстановителями, которые способны восстановить ионы водорода, входящие в состав молекул воды, до свободного водорода.
1) Взаимодействие с металлами
а) При обычных условиях Н2О взаимодействует только со щел. и щел.-зем. металлами:
2Na + 2Н + 2О = 2NaOH + H 0 2↑
б) При высокой температуре Н2О вступает в реакции и с некоторыми другими металлами, например:
в) Al и Zn вытесняют Н2 из воды в присутствии щелочей:
2) Взаимодействие с неметаллами, имеющими низкую ЭО
(реакции происходят в жестких условиях)
C + Н + 2О = CO + H 0 2↑ («водяной газ»)
В присутствии щелочей кремний вытесняет водород из воды:
3) Взаимодействие с гидридами металлов
NaH + Н + 2 O = NaOH + H 0 2↑
4) Взаимодействие с угарным газом и метаном
Реакции используются в промышленности для получения водорода.
II. Реакции, в которых вода играет роль восстановителя
ти реакции возможны только с очень сильными окислителями, которые способны окислить кислород СО С. О. -2, входящий в состав воды, до свободного кислорода O2 или до пероксид-анионов [O2] 2- . В исключительном случае (в реакции с F2) образуется кислород со c o. +2.
1) Взаимодействие с фтором
2) Взаимодействие с атомарным кислородом
3) Взаимодействие с хлором
При высокой Т происходит обратимая реакция
III. Реакции внутримолекулярного окисления — восстановления воды.
Под действием электрического тока или высокой температуры может происходить разложение воды на водород и кислород:
Термическое разложение — процесс обратимый; степень термического разложения воды невелика.
Реакции гидратации
I. Гидратация ионов.
Ионы, образующиеся при диссоциации электролитов в водных растворах, присоединяют определенное число молекул воды и существуют в виде гидратированных ионов. Некоторые ионы образуют столь прочные связи с молекулами воды, что их гидраты могут существовать не только в растворе, но и в твердом состоянии. Этим объясняется образование кристаллогидратов типа CuSO4 • 5H2O, FeSO4• 7Н2O и др., а также аквакомплексов: [Cr(H2O)6]CI3, [Pt(H2O)4]Br4 и др.
II. Гидратация оксидов
III. Гидратация органических соединений, содержащих кратные связи
Реакции гидролиза
I. Гидролиз солей
а) по катиону соли
Fe 3+ + Н2O = FeOH 2+ + Н + ; (кислая среда. рН
б) по аниону соли
СО3 2- + Н2O = НСО3 — + ОН — ; (щелочная среда. рН > 7)
в) по катиону и по аниону соли
NH4 + + СН3СОО — + Н2O = NH4OH + СН3СООН (среда, близкая к нейтральной)
II. Гидролиз карбидов металлов
III. Гидролиз силицидов, нитридов, фосфидов
IV. Гидролиз галогенов
V. Гидролиз органических соединений
Классы органических веществ
Продукты гидролиза (органические)
Альдегиды или кетоны
Галогенангидриды карбоновых кислот
Ангидриды карбоновых кислот
Сложные зфиры карбоновых кислот
Карбоновые кислоты и спирты
Глицерин и высшие карбоновые кислоты
Ди- и полисахариды
Пептиды и белки
Азотсодержащие гетероциклы, пентозы (рибоза или дезоксирибоза)
Источник
Гидролиз
Темы кодификатора ЕГЭ: Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, основная и щелочная.
Гидролиз – взаимодействие веществ с водой. Гидролизу подвергаются разные классы неорганических и органических веществ: соли, бинарные соединения, углеводы, жиры, белки, эфиры и другие вещества. Гидролиз солей происходит, когда ионы соли способны образовывать с Н + и ОН — ионами воды малодиссоциированные электролиты.
Гидролиз солей может протекать:
→ обратимо : только небольшая часть частиц исходного вещества гидролизуется.
→ необратимо : практически все частицы исходного вещества гидролизуются.
Для оценки типа гидролиза необходимо рассмотреть соль, как продукт взаимодействия основания и кислоты. Любая соль состоит из металла и кислотного остатка. Металлы соответствует основание или амфотерный гидроксид (с той же степенью окисления, что и в соли), а кислотному остатку — кислота. Например, карбонату натрия Na2CO3 соответствует основание — щелочь NaOH и угольная кислота H2CO3.
Обратимый гидролиз солей
Механизм обратимого гидролиза будет зависеть от состава исходной соли. Можно выделить 4 основных варианта, которые мы рассмотрим на примерах:
1. Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой , гидролизуются ПО АНИОНУ .
CH3COONa + HOH ↔ CH3COOH + NaOH
CH3COO — + Na + + HOH ↔ CH3COOH + Na + + OH —
сокращенное ионное уравнение:
CH3COO — + HOH ↔ CH3COOH + OH —
Таким образом, при гидролизе таких солей в растворе образуется небольшой избыток гидроксид-ионов OH — . Водородный показатель такого раствора рН>7 .
Гидролиз солей многоосновных кислот (H2CO3, H3PO4 и т.п.) протекает ступенчато, с образованием кислых солей:
CO3 2- + HOH ↔ HCO3 2- + OH —
или в молекулярной форме:
или в молекулярной форме:
Продукты гидролиза по первой ступени подавляют вторую ступень гидролиза, в результате вторая ступень гидролиза протекает незначительно.
2. Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой , гидролизуются ПО КАТИОНУ . Пример такой соли: NH4Cl, FeCl3, Al2(SO4)3 Уравнение гидролиза:
или в молекулярной форме:
При этом катион слабого основания притягивает гидроксид-ионы из воды, а в растворе возникает избыток ионов Н + . Водородный показатель такого раствора рН .
Соли, образованные многокислотными основаниями, гидролизуются ступенчато, образуя катионы основных солей. Например:
Fe 3+ + HOH ↔ FeOH 2+ + H +
FeCl3 + HOH ↔ FeOHCl2 + H Cl
FeOH 2+ + HOH ↔ Fe(OH)2 + + H +
FeOHCl2 + HOH ↔ Fe(OH)2Cl+ HCl
Fe(OH)2 + + HOH ↔ Fe(OH)3 + H +
Fe(OH)2Cl + HOH ↔ Fe(OH)3 + HCl
Гидролиз по второй и, в особенности, по третьей ступени практически не протекает при комнатной температуре.
3. Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой , гидролизуются И ПО КАТИОНУ, И ПО АНИОНУ .
В этом случае реакция раствора зависит от соотношения констант диссоциации образующихся кислот и оснований. В большинстве случаев реакция раствора будет примерно нейтральной, рН ≅ 7 . Точное значение рН зависит от относительной силы основания и кислоты.
4. Гидролиз солей, образованных сильным основанием и сильной кислотой , в водных растворах НЕ ИДЕТ .
Сведем вышеописанную информацию в общую таблицу:
Необратимый гидролиз
Необратимый гидролиз происходит, если при гидролизе выделяется газ, осадок или вода, т.е. вещества, которые при данных условиях не могут взаимодействовать между собой. Необратимый гидролиз является химической реакцией, т.к. реагирующие вещества взаимодействуют практически полностью.
Варианты необратимого гидролиза:
- Гидролиз, в который вступают растворимые соли 2х-валентных металлов (Be 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Pb 2+ , Cu 2+ и др.) с сильным ионизирующим полем (слабые основания) и растворимые карбонаты/гидрокарбонаты. При этом образуются нерастворимые основные соли (гидроксокарбонаты):
! Исключения: (соли Ca, Sr, Ba и Fe 2+ ) – в этом случае получим обычный обменный процесс:
МеCl2 + Na2CO3 = МеCO3 + 2NaCl (Ме – Fe, Ca, Sr, Ba).
- Взаимный гидролиз , протекающий при смешивании двух солей, гидролизованных по катиону и по аниону. Продукты гидролиза по второй ступени усиливают гидролиз по первой ступени и наоборот. Поэтому в таких процессах образуются не просто продукты обменной реакции, а продукты гидролиза (совместный или взаимный гидролиз). Соли металлов со степенью окисления +3 (Al 3+ , Cr 3+ ) и соли летучих кислот (карбонаты, сульфиды, сульфиты) при смешивании в растворе (взаимном гидролизе) образуют осадок гидроксида и газ (H2S, SO2, CO2):
Соли Fe 3+ при взаимодействии с карбонатами также при смешивании в растворе (взаимном гидролизе) образуют осадок гидроксида и газ:
! Исключения: при взаимодействии солей трехвалентного железа с сульфидами реализуется окислительно-восстановительная реакция:
2FeCl3 + 3K2S(изб) = 2FeS + S↓ + 6KCl (при избытке сульфида калия)
При взаимодействии солей трехвалентного железа с сульфитами также реализуется окислительно-восстановительная реакция.
Полные уравнения таких реакций выглядят довольно сложно. Поначалу я рекомендую составлять такие уравнения в 2 этапа: сначала составляем обменную реацию без участия воды, затем разлагаем полученный продукт обменной реакции водой. Сложив эти две реакции и сократив одинаковые вещества, мы получаем полное уравнение необратимого гидролиза.
3. Гидролиз галогенангидридов и тиоангидридов происходит также необратимо. Галогенангидриды разлагаются водой по схеме ионного обмена (H + OH — ) до соответствующих кислот (в случае водного гидролиза) и солей (в случае щелочного гидролиза). Степень окисления центрального элемента и остальных при этом не изменяется!
Галогенангидрид – это соединение, которое получается, если в кислоте ОН-группу заменить на галоген. При гидролизе галогенангидридов кислот образуются соответствующие данным элементам и степеням окисления кислоты и галогеноводородные кислоты.
Галогенангидриды некоторых кислот:
| Кислота | Галогенангидриды |
| H2SO4 | SO2Cl2 |
| H2SO3 | SOCl2 |
| H2CO3 | COCl2 |
| H3PO4 | POCl3, PCl5 |
Тиоангидриды (сульфангидриды) — так называются, по аналогии с безводными окислами (ангидридами), сернистые соединения элементов (например, Sb2S3, As2S5, SnS2, CS2 и т. п.).
- Необратимый гидролиз бинарных соединений, образованных металлом и неметаллом:
- сульфиды трехвалентных металлов вводе необратимо гидролизуются до сероводорода и и гидроксида металла:
при этом возможен кислотный гидролиз, в таком случае образуются соль металла и сероводород:
- гидролиз карбидов приводит к образованию гидроксида металла в водной среде, соли металла в кислой де и соответствующего углеводорода — метана, ацетилена или пропина:
- Некоторые соли необратимо гидролизуются с образованием оксосолей :
BiCl3 + H2O = BiOCl + 2HCl,
SbCl3 + H2O = SbOCl + 2HCl.
Алюмокалиевые квасцы:
Количественно гидролиз характеризуется величиной, называемой степенью гидролиза .
Степень гидролиза (α) — отношение количества (концентрации) соли, подвергающейся гидролизу, к общему количеству (концентрации) растворенной соли. В случае необратимого гидролиза α≅1.
Факторы, влияющие на степень гидролиза:
1. Температура
Гидролиз — эндотермическая реакция! Нагревание раствора приводит к интенсификации процесса.
Пример : изменение степени гидролиза 0,01 М CrCl3 в зависимости от температуры:
2. Концентрация соли
Чем меньше концентрация соли, тем выше степень ее гидролиза.
Пример : изменение степени гидролиза Na2CO3 в зависимости от температуры:
По этой причине для предотвращения нежелательного гидролиза хранить соли рекомендуется в концентрированном виде.
3. Добавление к реакционной смеси кислоты или щелочи
Изменяя концентрация одного из продуктов, можно смещать равновесие реакции гидролиза в ту или иную сторону.
Источник
Урок 28. Химические свойства воды
В уроке 28 «Химические свойства воды» из курса «Химия для чайников» узнаем о взаимодействии воды с различными веществами.
При обычных условиях вода является достаточно активным веществом по отношению к другим веществам. Это означает, что со многими из них она вступает в химические реакции.
Взаимодействие с оксидами неметаллов
Если струю газообразного оксида углерода(IV) CO2 (углекислого газа) направить в воду, то часть его растворится в ней (рис. 109).
При этом в растворе протекает химическая реакция соединения, в результате которой образуется новое вещество — угольная кислота H2CO3:
На заметку: Собирая углекислый газ над водой, Дж. Пристли обнаружил, что часть газа растворяется в воде и придает ей приятный терпкий вкус. По сути дела, Пристли впервые получил напиток типа газированной, или содовой, воды.
Реакция соединения происходит также, если к воде прибавить твердый оксид фосфора(V) P2O5. При этом протекает химическая реакция с образованием фосфорной кислоты H3PO4 (рис. 110):
Испытаем растворы, полученные при взаимодействии CO2 и P2O5 с водой, индикатором метиловым оранжевым. Для этого прибавим по 1—2 капли раствора индикатора к полученным растворам. Цвет индикатора изменится с оранжевого на красный, что говорит о присутствии кислот в растворах. Значит, при взаимодействии CO2 и P2O5 с водой действительно образовались кислоты H2CO3 и H3PO4.
Оксиды, подобные CO2 и P2O5, которые при взаимодействии с водой образуют кислоты, относят к кислотным оксидам.
Кислотные оксиды — это оксиды, которым соответствуют кислоты.
Некоторые из кислотных оксидов и соответствующих им кислот приведены в таблице 11. Обратите внимание, что это оксиды элементов неметаллов. Как правило, оксиды неметаллов являются кислотными оксидами.
Взаимодействие с оксидами металлов
С оксидами металлов вода реагирует иначе, чем с оксидами неметаллов.
Исследуем взаимодействие оксида кальция CaO с водой. Для этого поместим в стакан с водой небольшое количество CaO и тщательно перемешаем. При этом протекает химическая реакция:
в результате которой образуется новое вещество Ca(OH)2, относящееся к классу оснований. Таким же образом реагируют с водой оксиды лития, натрия. При этом также образуются основания, например:
Подробнее с основаниями вы познакомитесь в следующем уроке. Оксиды металлов, которым соответствуют основания, называют основными оксидами.
Основные оксиды — это оксиды, которым соответствуют основания.
В таблице 12 приведены формулы некоторых основных оксидов и соответствующих им оснований. Заметьте, что, в отличие от кислотных оксидов, в состав основных оксидов входят атомы металлов. Большинство оксидов металлов — это основные оксиды.
Несмотря на то что каждому основному оксиду соответствует основание, не все основные оксиды взаимодействуют с водой, подобно CaO, образуя основания.
Взаимодействие с металлами
При обычных условиях активные металлы (K, Na, Ca, Ba и др.) бурно реагируют с водой:
В этих реакциях выделяется водород и образуются растворимые в воде основания.
Как химически активное вещество вода вступает в реакции со многими другими веществами, но об этом вы узнаете при дальнейшем изучении химии.
Краткие выводы урока:
- Вода — химически активное вещество. Она вступает в реакции с кислотными и основными оксидами, активными металлами.
- При взаимодействии воды с большинством кислотных оксидов образуются соответствующие кислоты.
- Некоторые основные оксиды при реакции с водой образуют растворимые основания.
- При обычных условиях вода реагирует с наиболее активными металлами. При этом образуются растворимые основания и водород.
Надеюсь урок 28 «Химические свойства воды» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Источник
