Гидролиз гидридов щелочных металлов

Гидролиз гидридов щелочных металлов

ХИМИЯ – это область чудес, в ней скрыто счастье человечества,

величайшие завоевания разума будут сделаны

именно в этой области.(М. ГОРЬКИЙ)

Таблица
Менделеева

Универсальная таблица растворимости

Коллекция таблиц к урокам по химии

Бинарные соединения – соединения, образованные двумя химическими элементами.

Бинарные соединения делят на ионные и ковалентные.

Ионными называют такие бинарные соединения, которые образованы атомами металла и неметалла.

Ковалентными называют бинарные соединения, образованные двумя неметаллами.

Общая информация по гидролизу бинарных соединений

Многие бинарные соединения способны разлагаться под действием воды. Такая реакция бинарных соединений с водой называется необратимым гидролизом.

Необратимый гидролиз практически всегда протекает с сохранением степеней окисления всех элементов. В результате взаимодействия бинарных соединения с водой всегда:

✓ элемент в отрицательной степени окисления переходит в состав водородного соединения;

✓ элемент в положительной степени окисления переходит в состав соответствующего гидроксида.

Напомним, что гидроксид неметалла – это ни что иное, как соответствующая кислородсодержащая кислота. Так, например, гидроксид серы (VI) — это серная кислота H₂SO₄.

Так, например, попробуем записать уравнение необратимого гидролиза фосфида кальция Ca₃P₂, опираясь на информацию, представленную выше.

В фосфиде кальция мы имеем кальций в степени окисления «+2» и фосфор в степени окисления «-3». Как уже было сказано, в результате взаимодействия с водой должно образоваться водородное соединение элемента в отрицательной степени окисления (т.е. фосфора) и соответствующий гидроксид элемента в положительной степени окисления.

Также сказано, что в результате реакции гидролиза практически всегда сохраняются степени окисления элементов.

Это значит, что в образующемся водородном соединении фосфор будет иметь ту же степень окисления, что и в исходном фосфиде, т.е. «-3», исходя из чего легко записать формулу самого водородного соединения – PH₃ (газ фосфин).

В то же время, кальций, как элемент в положительной степени окисления, должен перейти в состав соответствующего гидроксида с сохранением степени окисления «+2», т.е. в Ca(OH)₂.

Таким образом, без расстановки коэффициентов реакция будет описываться следующей схемой:

Расставив коэффициенты получаем уравнение:

Используя аналогичный алгоритм, запишем уравнение гидролиза пентахлорида фосфора PCl₅.

В данном соединении мы имеем фосфор в степени окисления «+5» и хлор в степени окисления «-1».

Очевидно, что водородным соединением хлора с хлором в степени окисления «-1» будет HCl.

В свою очередь, поскольку элемент в положительной степени окисления относится к неметаллам, его гидроксидом будет кислородсодержащая кислота с фосфором в той же степени окисления «+5».

При условии, что вы знаете формулы всех неорганических кислот, несложно догадаться, что данным гидроксидом является фосфорная кислота H₃PO₄.

Само уравнение при этом после расстановки коэффициентов будет иметь вид:

Как видите, если вам дали формулу бинарного соединения и попросили записать уравнения его гидролиза, то ничего сложного в этом нет.

Какие ионные бинарные соединения способны вступать в реакцию необратимого гидролиза?

Для успешной сдачи ЕГЭ нужно запомнить, что из ионных бинарных соединений в реакцию необратимого гидролиза водой вступают:

1) нитриды щелочных металов (ЩМ), щелочноземельных металлов (ЩЗМ) и магния:

2) фосфиды ЩМ, ЩЗМ и магния:

3) силициды ЩМ, ЩЗМ и магния:

4) карбиды ЩМ, ЩЗМ и магния. Знать нужно формулы только двух карбидов — Al₄C₃ и CaC₂ и, соответственно, уметь записывать уравнения их гидролиза:

5) сульфиды алюминия и хрома:

6) гидриды ЩМ, ЩЗМ, Mg, Al:

Гидролиз гидридов металлов – редкий пример окислительно-восстановительного гидролиза. Фактически, в данной реакции объединяются ионы водорода H + и анионы водорода H — , в следствие чего образуются нейтральные молекулы H₂ с водородом в степени окисления, равной 0.

Какие ковалентные бинарные соединения вступают в реакцию гидролиза?

Из ковалентных бинарных соединений, способных вступать в реакцию необратимого гидролиза, нужно знать про:

1) галогениды фосфора III и V.

2) галогениды кремния:

Гидролиз бинарных соединений действием растворов кислот и щелочей

Помимо обычного гидролиза водой существует также вариант гидролиза, при котором бинарное соединение обрабатывают водным раствором щелочи или кислоты.

Как в таком случае записать уравнение гидролиза?

Для того, чтобы записать уравнение гидролиза бинарного соединения водным раствором щелочи или кислоты, нужно:

1) в первую очередь, представить, какие продукты образовались бы при обычном гидролизе водой.

Например, мы хотим записать уравнение щелочного гидролиза соединения PCl₅ действием водного раствора KOH.

Тогда, согласно этому пункту, мы должны вспомнить какие продукты образуются при обычном гидролизе. В нашем случае это HCl и H₃PO₄

2) посмотреть на отношение этих продуктов к средообразователю (кислоте или щелочи) – реагируют они или нет. Если продукты обычного гидролиза реагируют со средообразователем, то запомнить продукты этого взаимодействия.

Возвращаясь к нашему случаю с PCl₅, мы должны посмотреть на то, как относятся к щелочи продукты обычного гидролиза, т.е. HCl и H₃PO₄. Оба данных соединения в водном растворе являются кислотами, в связи с чем существовать в щелочной среде не могут. В частности, с гидроксидом калия они прореагируют, образуя соответственно соли KCl и K₃PO₄

3) в конечном уравнении в качестве продуктов записать то, что получается при взаимодействии со средообразователем. Воду при этом мы пока не пишем, вывод о том, писать ее или нет, делаем после попытки уравнивания реакции без нее.

Таким образом, следуя этому принципу, запишем:

Уже до начала расстановки коэффициентов очевидно, что есть необходимость в записи в качестве одного из продуктов реакции воды, поскольку в левой части присутствует водород, а в правой его нет.

Таким образом, суммарная схема реакции будет иметь вид:

А само уравнение после расстановки коэффициентов будет выглядеть так:

Следует отметить, что щелочной гидролиз ионных соединений чаще всего не отличается от обычного гидролиза действием воды, поскольку чаще всего ни один продукт обычного гидролиза с щелочью не взаимодействует.

Аналогично, можно сказать, что кислотный гидролиз ковалентных бинарных соединений не будет отличаться от водного.

В связи с этим имеет смысл более детально рассмотреть кислотный гидролиз ионных бинарных соединений и щелочной гидролиз ковалентных бинарных соединений.

Кислотный гидролиз ионных бинарных соединений

Со всеми перечисленными ионными бинарными соединениями, участвовавшими в реакциях обычного гидролиза водой, можно записать соответствующие уравнения их кислотного гидролиза. Возьмем в качестве примера водный раствор соляной кислоты:

Обратите внимание, что вместо водородного соединения в случае нитридов металлов образуется продукт его взаимодействия с соляной кислотой (NH₃ + HCl = NH₄Cl). Следует отметить, что нитриды металлов – единственный случай, когда при кислотном гидролизе ионного бинарного соединения не выделяется газообразное водородное соединение. Связано это с тем, что по сравнению с другими водородными соединениями неметаллов, только у аммиака основные свойства выражены в значительной степени.

Как можно заметить, кислотный гидролиз гидридов металлов также относится к окислительно-восстановительным реакциям. В результате этой реакции образуется простое вещество водород. Связано это с тем, что водород с кислотами не реагирует.

Щелочной гидролиз ковалентных бинарных соединений

Щелочному гидролизу среди ковалентных соединений подвержены все те же бинарные соединения, что и обычному гидролизу водой, то есть галогениды фосфора и кремния:

Щелочной гидролиз галогенидов фосфора III в ЕГЭ не встретится из-за специфических свойства фосфористой кислоты.

Тем не менее, для тех, кто хочет, ниже предоставляю пример такого рода уравнений с пояснением:

Поскольку фосфористая кислота является двухосновной, то несмотря на наличие трех атомов водорода, при ее реакции с щелочью на атомы металла способны заместиться только два атома водорода.

Источник

Гидролиз: на пути к 100 баллам

Текст является продолжением статьи. Там Вы сможете прочитать определение гидролиза и основные понятия. А в этой статье мы разберемся как получить баллы не только за задание 21, но и 6,7,8,31 и даже 30, ведь там тоже имеет место быть гидролиз!

Приготовьтесь, читать очень много и долго 🙂

Необратимый гидролиз бинарных соединений

Бинарные соединения — это соединения из двух разных элементов (Al₂S₃, NaH, PCl₅ и т.д.).

Бинарные соединения бывают двух типов:

∙ неметалл + неметалл (ковалентные)

При гидролизе бинарных соединений выполняются следующие правила:

∙ элемент в отрицательной степени окисления переходит в состав водородного соединения

∙ элемент в положительной степени окисления переходит в соответствующий ему гидроксид

Гидролиз бинарных соединений типа металл + неметалл

Гидролиз данных соединений может протекать как под действием воды, так и под действием растворов кислот, а иногда и в щелочной среде.

Гидролиз ионных бинарных соединений чаще всего проходит с сохранением степеней окисления элементов, но иногда и нет 🙂

I. Гидролиз без изменения степени окисления элементов

Начнем с общих схем.

Если гидролиз под действием воды, то…

бинарное соединение + вода →гидроксид металла + летучее водородное соединение

Если под действием раствора кислоты, то:

бинарное соединение + кислота → соль металла + летучее водородное соединение*

*летучее водородное соединение не образуется при гидролизе нитридов.

А теперь к конкретике!

а) гидролиз нитридов

Нитриды щелочных, щелочноземельных металлов и магния прекрасно гидролизуются с образованием гидроксида металла и аммиака:

Если гидролиз в присутствии кислоты, то образуются две соли:

Li₃N+4HCl→3LiCl+NH₄Cl

б) гидролиз фосфидов

Фосфиды щелочных, щелочноземельных металлов и магния гидролизуются с образованием гидроксида металла и фосфина (газ с чесночным запахом):

Na₃P+3H₂O→3NaOH+PH₃↑

В растворе кислоты образуется соль металла и фосфин:

Mg₃P₂+6HCl→3MgCl₂+2PH₃↑

в) гидролиз сульфидов (алюминия и хрома)

Сульфиды алюминия и хрома не переносят воду, как только её видят — моментально превращаются в гидроксид и сероводород (газ с запахом тухлых яиц)!

Если в растворе кислоты:

Al₂S₃+6HCl→2AlCl₃+3H₂S↑

Но эти ребята не так просты, они провернут такое и в растворе щелочи!

Al₂S₃+ 8NaOH → 2Na[Al(OH)₄] + 3Na₂S

Cr₂S₃+ 12NaOH → 2Na₃[Cr(OH)₆] + 3Na₂S

В данном случае образуется две соли: комплексная и средняя.

Секрет — в амфотерности данных металлов.

г) гидролиз карбидов (кальция и алюминия)

Для ЕГЭ необходимо запомнить гидролиз только карбидов кальция и алюминия.

CaC₂+2H₂O→Ca(OH)₂+C₂H₂↑ (образуется ацетилен)

Al₄C₃+12H₂O→4Al(OH)₃↓+3CH₄↑ (образуется метан)

в растворе кислоты:

CaC₂+2HCl→CaCl₂+C₂H₂↑ (образуется ацетилен)

Al₄C₃+12HBr→4AlBr₃+3CH₄↑ (образуется метан)

карбид алюминия может подвергнуться гидролизу и в щелочной среде:

Al₄C₃+ 4NaOH+12H₂O → 4Na[Al(OH)₄] + 3CH₄

так как алюминий является амфотерным металлом.

д) гидролиз силицидов

Силициды щелочных, щелочноземельных металлов и магния гидролизуются с образованием гидроксида металла и силана (газ, который самовоспламеняется на воздухе):

Ca₂Si+4H₂O→2Ca(OH)₂+SiH₄↑

В растворе кислоты образуется соль металла и силан:

Mg₂Si+4HCl→2MgCl₂+SiH₄↑

II. Гидролиз с изменением с.о. (ОВР)

а) гидролиз гидридов

Гидролиз с изменением степеней окисления характерен для гидридов:

Кстати, это еще и реакция сопропорционирования.

Если в кислой среде, то вместо гидроксида будет соль:

Гидрид алюминия может гидролизоваться и в щелочной среде:

б) гидролиз пероксидов

Еще один необычный случай гидролиза — гидролиз пероксидов.

Если гидролиз в холодной воде или холодной кислоте, то степени окисления элементов не изменяются:

но если в горячей, то реакция является окислительно-восстановительной:

Данные превращения являются реакциями диспропорционирования.

Гидролиз бинарных соединений типа неметалл + неметалл

Гидролиз данных соединений может протекать как под действием воды, так и под действием растворов щелочей.

1) бинарное соединение + вода → кислородсодержащая кислота + летучее водородное соединение

2) бинарное соединение + щелочь→ соль кислородсодержащей кислоты + соль бескислородной кислоты + вода

Гидролиз галогенидов — самый любимый случай ЕГЭ. Начнем с самого распространенного — гидролиз галогенидов фосфора.

а) гидролиз галогенидов фосфора

Фосфор образует галогениды в степени окисления +3 и +5, например, PCl₃ и PCl₅. Чаще всего на ЕГЭ используют PCl₅.

— гидролиз пентахлорида фосфора

PCl₅+4H₂O→H₃PO₄+5HCl

в растворе щелочи:

PCl₅+8NaOH→Na₃PO₄+5NaCl+4H₂O

Все по схемам, всё прекрасно 🙂

— гидролиз трихлорида фосфора

в воде тут тоже все не сложно:

PCl₃+3H₂O→H₃PO₃+3HCl

а в щелочи все не так просто…

PCl₃+5NaOH→Na₂HPO₃+3NaCl+2H₂O

Na₂HPO₃ — не кислая соль, а средняя.

Это связано с особенностями строения фосфористой кислоты. Так как фосфор обожает, чтобы его окружали именно 4 сигма-связи.

б) гидролиз галогенидов кремния

Эта реакция тоже может попасться Вам на ЕГЭ 🙂

SiCl₄ + 2H₂O → SiO₂ + 4HCl

в растворе щелочи:

SiCl₄ + 6KOH→ K₂SiO₃ + 4KCl + 3H₂O

в) гидролиз галогенидов бора

Пожалуй, такого случая на ЕГЭ я не видела, но думаю Вам будет интересно взглянуть и на пример с бором:

BBr₃+3H₂O→H₃BO₃+3HBr

*В щелочной среде гидролиз также идёт, но в виду сложности реакции и её отличию от школьных примеров, я решила её не приводить.

Необратимый гидролиз галогенангидридов

Еще один интересный момент, который может попасться в задании №32 — гидролиз галогенангидридов.

Галогенангидриды неорганических кислот — это производные от неорг. к-т, в которых OH-группы заменены на галогены.

SO₂(OH)₂→SO₂Cl₂

Мы рассмотрим гидролиз двух галогенангидридов:

SO₂Cl₂ — хлорангидрид серной кислоты (cульфурилхлорид)

COCl₂ — дихлорангидрид угольной кислоты (фосген)

галогенангидрид + вода→кислородсодержащая кислота + летучее водородное соединение

галогенангидрид + щелочь→ соль кислородсодержащей кислоты + соль бескислородной кислоты

а) гидролиз cульфурилхлорида

в растворе щелочи:

SO₂Cl₂+4NaOH→Na₂SO₄+2NaCl+2H₂O

Все по схемам, ничего необычного:)

б) гидролиз фосгена

2COCl₂+2H₂O→2СO₂+4HCl

А почему углекислый газ? Спросите Вы.. Все просто: угольная кислота не образуется в данной реакции, так как распадается на углекислый газ и воду, но воду справа мы не пишем, так как вода уже есть в левой части реакции 🙂

в растворе щелочи:

COCl₂+4NaOH→Na₂CO₃+2NaCl+2H₂O

Взаимоусиливающийся (совместный) гидролиз

Этот тип гидролиза может встретиться Вам даже в 31 задании (но обычно встречается в 32)!

AlCl₃(раствор)+Na₂S(раствор)→?

Как думаете, что получится в данной реакции?

2AlCl₃+3Na₂S→Al₂S₃+6NaCl

Если Вы предположили такую реакцию, то…Вы очень не внимательно читали текст данной статьи.

Сульфид алюминия не может существовать в воде, он гидролизуется!

Реакция пойдет вот так:

2AlCl₃+3Na₂S+6H₂O→2Al(OH)₃↓+3H₂S↑+6NaCl

Вместо сульфида алюминия мы написали продукты его гидролиза: соответствующий гидроксид (гидроксид алюминия) и летучее водородное соединение (сероводород).

Если катион и анион, подвергающиеся гидролизу, присутствуют в одном растворе, то они взаимно усиливают гидролиз друг друга. Равновесие реакции смещается, и реакция может стать необратимой.

Как распознать такой исход?

В таблице растворимости у вещества будет написан «-» или же реже «?».

Конечно, для ЕГЭ лучше запомнить какие соли Вы не сможете получить в результате реакции обмена.

Вот беспроигрышная схема:

Просто подставляйте необходимые Вам соединения и готово!

Например: гидросульфид калия + бромид алюминия, согласно схеме…

3KHS+AlBr₃+3H₂O→3H₂S↑+Al(OH)₃↓+3KBr

B данную схему не вошел лишь один случай, но он очень хитрый 🙂

А на этом всё. В следующей статье разберём как применить эти знания на практике 🙂

Если у Вас остались вопросы, то задайте их в комментариях.

Источник