Главная / Теория для подготовки к ЕГЭ / Необратимый гидролиз бинарных соединений.

Необратимый гидролиз бинарных соединений.

Бинарные соединения – соединения, образованные двумя химическими элементами.

Например, PCl5, H2O, Mg3N2, Ca2Si и т.д.

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:

Ca3P2 + H2O = PH3 + Ca(OH)2

Расставив коэффициенты получаем уравнение:

Ca3P2 + 6H2O = 2PH3 + 3Ca(OH)2

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:

PCl5 + 4H2O = H3PO4 + 5HCl

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:

Na3N + 3H2O = NH3 + 3NaOH

Ca3N2 + 6H2O = 2NH3 + 3Ca(OH)2

2) фосфиды ЩМ, ЩЗМ и магния:

Na3P + 3H2O = PH3 + 3NaOH

Ca3P2 + 6H2O = 2PH3 + 3Ca(OH)2

3) силициды ЩМ, ЩЗМ и магния:

Na4Si + 4H2O = SiH4 + 4NaOH

Ca2Si + 4H2O = SiH4 + 2Ca(OH)2

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

Al4C3 + 12H2O = 3CH4 + 4Al(OH)3

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2

5) сульфиды алюминия и хрома:

Al2S3 + 6H2O = 3H2S + 2Al(OH)3

Cr2S3 + 6H2O = 3H2S + 2Cr(OH)3

6) гидриды ЩМ, ЩЗМ, Mg, Al:

NaH + H2O = H2 + NaOH

CaH2 + 2H2O = 2H2 + Ca(OH)2

AlH3 + 3H2O = 3H2 + Al(OH)3

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.

Например, PCl3, PCl5:

PCl5 + 4H2O = 5HCl + H3PO4

PCl3 + 3H2O = 3HCl + H3PO3

2) галогениды кремния:

SiCl4 + 3H2O = 4HCl + H2SiO3

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:

PCl5 + KOH = KCl + K3PO4

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:

PCl5 + KOH = KCl + K3PO4 + H2O

А само уравнение после расстановки коэффициентов будет выглядеть так:

PCl5 + 8KOH = 5KCl + K3PO4 + 4H2O

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:

1) Ca3P2 + 6HCl = 3CaCl2 + 2PH3

2) Mg2Si + 4HCl(р-р) = 2MgCl2 + SiH4

3) Al4C3 + 12HCl(р-р) = 4AlCl3 + 3CH4

4) Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S

5) Ca3N2 + 6HCl(р-р) = 3CaCl2 + 2NH4Cl

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.

6) CaH2 + 2HCl(р-р) = CaCl2 + 2H2

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:

PBr5 + 8NaOH = Na3PO4 + 5NaBr + 4H2O

SiCl4 + 6KOH = K2SiO3 + 4KCl + 3H2O

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:

Посмотреть

PCl3 + 5KOH = K2HPO3 + 3KCl + 2H2O

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.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.