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:

Читайте также:  Звуки металла по голове

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:

Читайте также:  Шкаф для спортзала металл

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

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector