Конспект урока: Гидролиз

Реакция гидролиза

Гидролиз представляет собой обменную реакцию с водой, что приводит к полному или частичному разложению вещества.

По сути, реакция гидролиза солей является обратным процессом реакции нейтрализации.

1. $C_{2} H_{4} + H_{2} O = C_{2} H_{5} OH$,
2. $NaOH + HCl = NaCl + H_{2} O$,
3. $PCl_{5} + 4 H_{2} O = H_{3} PO_{4} + 5 HCl$.

Решение

Давайте рассмотрим каждое уравнение внимательно.

1. Это реакция с водой, но в данном случае это соединение, а не обмен, поэтому это НЕ гидролиз. 

2. Это обмен, но в данном случае вода — продукт этой реакции, следовательно, НЕ гидролиз.

3. Это реакция обмена, и в ней участвует вода. Это гидролиз.

Ответ: реакция гидролиза под номером 3.

Гидролиз солей

В зависимости от того, какими кислотами и основаниями образованы соли, их отношение к гидролизу может быть различным.

В зависимости от поведения солей в воде их делят на 4 группы, представленные далее.

Таблица 1. Гидролиз солей

$\text{Zn}(\text{NO}_{3})_{2} + \text{H}_{2}\text{O} = \text{Zn}(\text{OH})\text{NO}_{3} + \text{HNO}_{3}$

В ионном виде становится наглядной причина изменения среды растворов при гидролизе солей. 

$\text{Zn}^{2+} + \text{H}_{2}\text{O} = \text{ZnOH}^{+} + \text{H}^{+}$

При гидролизе по катиону образуются ионы водорода, которые характерны для кислой среды растворов. 

При гидролизе по аниону, напротив, образуются гидроксид-ионы, чем и обусловлена щелочная среда.

$\left(CO_{3}\right)^{2 -} + H_{2} O = \left(HCO_{3}\right)^{-} + OH^{-}$

Решение

1. Хлорид алюминия образован сильной ($\text{HCl}$) кислотой и слабым
($\text{Al}(\text{OH})_{3}$) основанием, следовательно, реакция протекает по катиону, среда кислая.

2. Запишем сначала ионное уравнение, только по первой ступени, так как остальными принято пренебрегать.

$Al^{3 +} + H_{2} O = AlOH^{2 +} + H^{+}$

Как можно видеть, мы должны получить основную соль. Теперь запишем и в молекулярном виде, подставив хлор:

$AlCl_{3} + H_{2} O = AlOHCl_{2} + HCl$.

Ответ: среда кислая.

В некоторых случаях, когда гидролиз идёт и по катиону, и по аниону, возможно взаимное усиление гидролиза.

Например, как при попадании в раствор сульфида хрома (III), так и при смешивании растворов сульфидов и хрома (III) будут параллельно происходить следующие процессы:

$Cr^{3 +} + H_{2} O = CrOH^{2 +} + H^{+}$,

$S^{2 -} + H_{2} O = HS^{-} + OH^{-}$.

В результате этих процессов образуется вода $( H^{+} + OH^{-} = H_{2} O )$, что способствует протеканию второй и третьей ступени гидролиза.

$CrOH^{2 +} + H_{2} O = Cr \left(\left( OH \right)_{2}\right)^{+} + H^{+}$

$HS^{-} + H_{2} O = H_{2} S + OH^{-}$

$Cr \left(\left( OH \right)_{2}\right)^{+} + H_{2} O = Cr \left( OH \right)_{3} + H^{+}$

Образование газообразного сероводорода и осадка гидроксида хрома (III) в результате реакции приводит к тому, что она протекает необратимо. В молекулярном виде получаем:

$2 CrCl_{3} + 3 Na_{2} S + 6 H_{2} O \rightarrow 2 Cr \left( OH \right)_{3} + 3 H_{2} S + 6 NaCl$.

Для металлов в переменной степени окисления возможно протекание ОВР:

$2 FeBr_{3} + Na_{2} SO_{3} + H_{2} O = Na_{2} SO_{4} + 2 FeBr_{2} + 2 HBr$

Решение

По таблице растворимости видим, что карбонат алюминия разлагается водой, следовательно, в данном случае происходит взаимное усиление гидролиза.

$2 Al \left( NO_{3} \right)_{3} + 3 K_{2} CO_{3} + 3 H_{2} O = 2 Al \left( OH \right)_{3} \downarrow + 3 CO_{2} + 6 KNO_{3}$

Ответ: гидроксид алюминия.

Гидролиз органических соединений

Как было указано выше, реакция гидролиза может протекать как для неорганических, так и для органических веществ. В обоих случаях будет наблюдаться разложение вещества водой, однако органические вещества, как правило, гидролизуются только в кислой или в щелочной среде. В последнем случае реакция по факту протекает не с водой, а собственно со щёлочью, но в водном растворе.

Наиболее распространённый случай — гидролиз сложноэфирной группы. Таким образом могут разлагаться водой в кислой среде сложные эфиры, образуя спирт и карбоновую кислоту:

$CH_{3} COOCH_{2} CH_{3} + H_{2} O = CH_{3} COOH + CH_{3} CH_{2} OH$.

Если в неорганической химии гидролиз являлся реакцией, обратной нейтрализации, то в данном случае реакция будет обратна этерификации.

Аналогичным образом с водой взаимодействуют все классы веществ, содержащие сложноэфирную группу, в том числе жиры.

Жиры, имея большие неполярные углеводородные радикалы в составе молекулы, гидролизуются медленнее, чем сложные эфиры, поэтому их гидролиз обычно проводят в щелочной среде, получая при этом глицерин и соли высших жирных кислот. Поскольку такие соли называют мылами (в частности стеараты являются основными компонентами мыла), сама реакция гидролиза жиров получила название омыление.

Наряду с жирами, гидролизуются и углеводы, кроме моносахаридов.

Достаточно хорошо в кислой среде эта реакция проходит для дисахаридов. Так, например, сахароза образует глюкозу и фруктозу. Полисахариды гидролизуются медленнее, для них эта реакция, как правило, требует нагревания или участия ферментов.

Аналогично участия ферментов требует и гидролиз пептидов. В нашем желудке белки подвергаются гидролизу при участии таких ферментов, как пепсин, трипсин и химотрипсин.

Эти реакции играют важнейшую роль в метаболизме, обеспечивая организм ресурсами для пластического и энергетического обмена.

Упражнение 1

1. Обменная реакция с водой, приводящая к полному или частичному разложению вещества. 

2. Гидролиз протекает обратимо и ступенчато. 

Упражнение 2

2. $K_{2} S + H_{2} O = KHS + KOH$, среда щелочная.