Гидролиз солей. Водородный показатель pH

Электролитическая диссоциация · Тема 13 / 35

Гидролиз солей. Водородный показатель pH

Этот урок пройдёт дома в воскресенье: утром сок краснокочанной капусты краснеет в лимоне и синеет в соде, вечером ломтик лимона осветляет чай, после ужина бабушка отмывает жирную сковороду горячим раствором соды. Все три события связаны с кислотностью среды. Мы увидим в анимациях диссоциацию воды и гидролиз солей, научимся вычислять pH, работать с индикаторами и решим задания ГЭЦ.

≈ 50 минутГлав: 5Заданий ГЭЦ: 2материал 8–11 классов

После урока ты сможешь

• объяснять диссоциацию воды и её ионное произведение;
• переводить друг в друга [H⁺], [OH⁻], pH и pOH;
• знать окраску лакмуса, метилоранжа и фенолфталеина;
• определять по составу соли тип гидролиза и среду;
• определять влияние условий на гидролиз и среду в смеси кислоты и щёлочи.

Перед началом вспомни

• Электролитическая диссоциация; сильные и слабые электролиты.
• Степени и десятичный логарифм: lg 10⁻³ = −3.
• Реакция нейтрализации: H⁺ + OH⁻ → H₂O.

Содержание

1. ВведениеСитуация: секрет краснокочанной капустыистория и предположение
2. Глава 1Диссоциация воды. Типы средыH₂O ⇄ H⁺ + OH⁻, ионное произведение 10⁻¹⁴
3. Глава 2Водородный показатель — pHpH = −lg[H⁺], pOH, шкала
4. Глава 3Индикаторылакмус, метилоранж, фенолфталеин, лаборатория
5. Глава 4Гидролиз солейгидролиз по аниону и катиону, полный гидролиз
6. Глава 5Факторы гидролиза. Среда в смеси кислоты и щёлочитемпература, разбавление; среда в смесях
7. ИтогиЗапомникраткий итог и типичные ошибки
8. ИтогиСамостоятельная работазаданий: 6, от простых к сложным

Введение

Ситуация: секрет краснокочанной капусты

История

Воскресным утром мама режет краснокочанную капусту для салата. Ученик 9 класса прочитал в интернете, что фиолетовый сок капусты — «природный индикатор». Он заваривает часть капусты в горячей воде, получает фиолетовый сок и наливает его в четыре стакана: лимонный сок, обычная вода, раствор пищевой соды (NaHCO₃) и раствор стиральной соды (Na₂CO₃).

В лимонном соке сок становится красно-розовым, в воде остаётся фиолетовым, в пищевой соде — синим, а в стиральной — зелёным. Что лимон кислый — понятно. А сода? Ведь NaHCO₃ — не кислота и не щёлочь, а соль. Как в растворе соли среда может быть щелочной?

Фиолетовый капустный сок по очереди наливают в четыре стакана, и в каждом он принимает свой цвет.Сначала предположи

Как ты думаешь, какая среда в водном растворе пищевой соды (NaHCO₃)? Ответ — в 4-й главе.

С кислой или щелочной средой мы встречаемся на каждом шагу: желудочный сок, кровь, почва, вода в бассейне, шампунь, лекарства. В этом уроке мы узнаем, как распадается на ионы сама вода, научимся выражать среду числом pH, «видеть» её с помощью индикаторов и поймём, почему в растворах солей среда бывает кислой или щелочной, — изучим гидролиз.

Глава 1

Диссоциация воды. Типы среды

Чистая вода — тоже очень слабый электролит: на ионы распадается крайне малая доля её молекул. При 25 °C ионизируется примерно одна молекула воды из 555 миллионов.

H₂O ⇄ H⁺ + OH⁻Анимация · вода, кислота и щёлочьВ чистой воде [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ моль/л. При добавлении кислоты [H⁺] растёт, а [OH⁻] уменьшается так, что произведение остаётся 10⁻¹⁴; при добавлении щёлочи — наоборот.Ионное произведение воды

При 25 °C в любом водном растворе произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов постоянно: [H⁺] · [OH⁻] = 10⁻¹⁴ (ионное произведение воды). Значит, зная одну концентрацию, можно найти другую.

• нейтральная среда: [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ моль/л;
• кислая среда: [H⁺] > 10⁻⁷ > [OH⁻];
• щелочная среда: [OH⁻] > 10⁻⁷ > [H⁺].

Пример 1

Чему равна [OH⁻] в 0,01 М растворе HCl?

1. HCl — сильная кислота, диссоциирует полностью: [H⁺] = 0,01 = 10⁻² моль/л.Почему так?

   Собственные ионы H⁺ воды (10⁻⁷) ничтожны по сравнению с кислотными.

2. [OH⁻] = 10⁻¹⁴ / 10⁻² = 10⁻¹² моль/л.
3. Ответ: 10⁻¹² моль/л — в кислом растворе ионы OH⁻ тоже есть, просто их очень мало.

Проверь себя

В растворе [OH⁻] = 10⁻⁴ моль/л. Какой степени числа 10 равна [H⁺]? (Запиши показатель, например −10.)

[H⁺] = 10⁻¹⁴ / 10⁻⁴.

Глава 2

Водородный показатель — pH

История

Вечером семья пьёт чай. Папа кладёт в стакан-армуду ломтик лимона — и тёмный красно-коричневый чай светлеет на глазах, становится золотистым. Ученик вспоминает утренний опыт: значит, красящие вещества чая — тоже индикатор!

В лимонном соке концентрация ионов водорода примерно 0,01 моль/л, а pH чая ≈ 5. Каков pH лимонного сока и во сколько раз он кислее чая?

Ломтик лимона падает в чай, и чай светлеет.

Работать с числами вроде 10⁻⁷, 10⁻¹², 10⁻² неудобно. Датский химик С. Сёренсен в 1909 году предложил выражать среду просто показателем степени — одним числом.

pH

pH (водородный показатель) — десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком: pH = −lg[H⁺]. Если [H⁺] = 10⁻ᵃ моль/л, то pH = a. Так же pOH = −lg[OH⁻], и при 25 °C pH + pOH = 14.

pH < 7 — кислая,   pH = 7 — нейтральная,   pH > 7 — щелочная

Анимация · шкала pHУменьшение pH на 1 означает рост [H⁺] в 10 раз: лимонный сок с pH 2 в 1000 раз кислее чая с pH 5. pH крови поддерживается в узких пределах — 7,35–7,45.История

Вопрос про чай. [H⁺] = 0,01 = 10⁻² моль/л, значит, pH = 2. В чае pH = 5, т. е. [H⁺] = 10⁻⁵ моль/л. Отношение: 10⁻² / 10⁻⁵ = 10³ = 1000 раз. Кислота лимона меняет форму красящих веществ чая (теафлавинов) — в кислой среде они светлеют. А в щелочной, например если заварить чай на воде с содой, он темнеет.

Пример 2

Вычислите pH 0,001 М раствора NaOH.

1. NaOH — щёлочь, диссоциирует полностью: [OH⁻] = 10⁻³ моль/л, pOH = 3.Почему так?

   В растворе щёлочи удобно сначала найти pOH.

2. pH = 14 − 3 = 11.
3. Ответ: pH = 11.

Пример 3

Каков pH 0,005 М раствора H₂SO₄ (кислота диссоциирует полностью)?

1. H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻: [H⁺] = 2 · 0,005 = 0,01 = 10⁻² моль/л.Почему так?

   Каждая молекула двухосновной кислоты даёт два H⁺.

2. pH = 2.
3. Ответ: pH = 2.

Проверь себя

Каков pH 0,0001 М раствора HNO₃?

[H⁺] = 10⁻⁴ моль/л.

Глава 3

Индикаторы

Индикатор

Индикаторы — вещества, меняющие окраску в зависимости от pH среды. Сами они — слабые органические кислоты или основания: молекулярная и ионная формы окрашены по-разному, а ионы H⁺ и OH⁻ смещают равновесие к той или другой форме.

Индикатор	Кислая среда	Нейтральная	Щелочная среда
лакмус	красный (pH < 5)	фиолетовый	синий (pH > 8)
метилоранж	розово-красный (pH < 3,1)	оранжевый*	жёлтый (pH > 4,4)
фенолфталеин	бесцветный	бесцветный	малиновый (pH > 8,2)
универсальный индикатор	красный → жёлтый	зелёный	синий → фиолетовый

* В школьных учебниках (и тестах) окраска метилоранжа в нейтральной среде указывается как оранжевая. Строго говоря, оранжевый — его переходная зона (pH 3,1–4,4); при pH 7 метилоранж уже жёлтый — это показывает модель в лаборатории.

Анимация · три индикатора в трёх средахФенолфталеин «видит» только щёлочь: и в кислоте, и в воде он бесцветен. Метилоранж хорошо показывает кислую среду: в кислоте он розово-красный, в щёлочи — жёлтый. Поэтому в задачах внимательно смотри, что именно показывает индикатор.

Универсальная индикаторная бумага — смесь нескольких индикаторов: её цвет сравнивают со шкалой и находят pH приблизительно (±1). Для точного измерения используют электронный прибор — pH-метр. Соки краснокочанной капусты, чая, куркумы, чёрного винограда, свёклы — природные индикаторы (в капусте и винограде окраску дают антоцианы).

В лаборатории меняй pH и следи за окраской четырёх индикаторов. Обрати внимание: фенолфталеин меняет окраску только при pH выше 8,2, а метилоранж при pH выше 4,4 всегда жёлтый.

Лаборатория · pH и индикаторыpH среды7Пример 4

В трёх пробирках растворы HCl, NaCl и NaOH. Как распознать их, имея только фенолфталеин?

1. Добавляем в каждую пробирку фенолфталеин: раствор NaOH становится малиновым.
2. Немного малинового раствора приливаем в две другие пробирки: в пробирке с HCl окраска исчезает (нейтрализация), в NaCl — остаётся.Почему так?

   H⁺ + OH⁻ → H₂O: кислота нейтрализует щёлочь, среда перестаёт быть щелочной.

3. Ответ: сначала находят NaOH, затем с его помощью различают HCl и NaCl.

Проверь себя

Какое наибольшее целое значение pH, при котором лакмус красный (по таблице)?

Лакмус красный при pH < 5.

Глава 4

Гидролиз солей

Соль образуется при нейтрализации кислоты основанием. Если одно из них слабое, ион соли взаимодействует с водой и «связывает» один из ионов воды — в растворе остаётся избыток другого иона.

Гидролиз

Гидролиз солей — обменная реакция ионов соли с водой, в результате которой образуется слабый электролит и меняется pH среды. Гидролиз обычно обратим и идёт слабо.

Анимация · анион и катион с водойАнион слабой кислоты (CO₃²⁻) забирает у воды H⁺ — остаётся OH⁻, среда становится щелочной. Катион слабого основания (NH₄⁺) забирает у воды OH⁻ — остаётся H⁺, среда становится кислой.

Соль образована	Пример	Гидролиз	Среда
сильное основание + слабая кислота	Na₂CO₃, K₂S, CH₃COONa, Na₂SiO₃	по аниону: CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻	щелочная, pH > 7
слабое основание + сильная кислота	NH₄Cl, CuCl₂, ZnSO₄, Al(NO₃)₃, FeCl₃	по катиону: Cu²⁺ + H₂O ⇄ CuOH⁺ + H⁺	кислая, pH < 7
сильное основание + сильная кислота	NaCl, KNO₃, Na₂SO₄, BaCl₂	не идёт	нейтральная, pH = 7
слабое основание + слабая кислота	CH₃COONH₄, (NH₄)₂CO₃, Al₂S₃	и по катиону, и по аниону; иногда полный	зависит от силы ионов

Многозарядные ионы гидролизуются ступенчато, в обычных условиях практически идёт только первая ступень: Na₂CO₃ + H₂O ⇄ NaHCO₃ + NaOH. Соли слабого основания и слабой кислоты, дающие нерастворимые продукты, подвергаются в воде полному (необратимому) гидролизу, поэтому получить их в растворе нельзя: Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑. Поэтому в таблице растворимости на месте Al₂S₃, Al₂(CO₃)₃, Fe₂(CO₃)₃ стоит прочерк.

История

Вопрос про капусту. Пищевая сода NaHCO₃ — соль сильного основания (NaOH) и слабой угольной кислоты. Ион HCO₃⁻ забирает H⁺ у молекулы воды: HCO₃⁻ + H₂O ⇄ H₂CO₃ + OH⁻ — в растворе остаётся избыток OH⁻, pH ≈ 8,3, капустный сок синеет. В стиральной соде ион CO₃²⁻ гидролизуется сильнее (pH ≈ 11–12) — сок становится зелёным. А в лимонном соке ионы H⁺ лимонной кислоты делают сок красным.

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 12.07.2026

В водном растворе какой соли среда щелочная?

A) KClB) Al(NO₃)₃C) CuCl₂D) Mg(NO₃)₂E) Na₂CO₃

1. Для каждой соли определяем образовавшие её основание и кислоту.Почему так?

   Среду определяет «сильная сторона»: сильное основание — щелочная, сильная кислота — кислая.

2. KCl: KOH + HCl — оба сильные, гидролиза нет: нейтральная.
3. Al(NO₃)₃, CuCl₂, Mg(NO₃)₂: слабое основание + сильная кислота, гидролиз по катиону: кислая. Например, Al³⁺ + H₂O ⇄ AlOH²⁺ + H⁺.
4. Na₂CO₃: NaOH + H₂CO₃ (слабая), гидролиз по аниону: CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻ — щелочная.
5. Ответ: Na₂CO₃ (вариант E).

Официальное пояснение ГЭЦ (12.07.2026)

KCl — в водном растворе среда нейтральная Al(NO₃)₃ — в водном растворе среда кислая CuCl₂ — в водном растворе среда кислая Mg(NO₃)₂ — в водном растворе среда кислая Na₂CO₃ — в водном растворе среда щелочнаяИсточник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 12.07.2026, IV группа специальностей (PDF)

Проверь себя

В растворах скольких солей среда кислая: NH₄NO₃, K₂S, ZnCl₂, NaNO₃, FeCl₃, CH₃COOK?

Выбери соли с катионом слабого основания: NH₄⁺, Zn²⁺, Fe³⁺.

Глава 5

Факторы гидролиза. Среда в смеси кислоты и щёлочи

История

После ужина бабушка моет жирную сковороду. Она наливает в раковину горячую воду и бросает ложку стиральной соды (Na₂CO₃): «В холодной воде сода жир не берёт, а в горячей сковорода отмывается быстро». И действительно, через несколько минут жирное пятно «тает».

Ученик спрашивает: сода — не кислота и не щёлочь, а соль. Почему же она отмывает жир и почему горячий раствор работает намного лучше холодного?

В горячем растворе соды жирное пятно уменьшается; в круге CO₃²⁻ забирает у воды H⁺, остаётся OH⁻.

Гидролиз — обратимый процесс, поэтому его степень зависит от условий (принцип Ле Шателье):

• температура: гидролиз обратен нейтрализации и эндотермичен — при нагревании усиливается;
• разбавление: при добавлении воды степень гидролиза растёт;
• добавление иона-продукта: гидролиз с кислой средой подавляют, добавляя кислоту, со щелочной — щёлочь (например, в раствор FeCl₃ добавляют немного HCl);
• слабость иона: чем слабее кислота, тем сильнее гидролизуется её анион: CO₃²⁻ (pH ≈ 11,6) > HCO₃⁻ (pH ≈ 8,3).

Анимация · нагревание раствора содыПри нагревании раствора соды с фенолфталеином окраска темнеет: равновесие смещается в сторону образования OH⁻. При охлаждении окраска снова бледнеет.История

Вопрос про посуду. CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻ — в растворе соды есть ионы OH⁻; в щелочной среде жиры расщепляются (омыляются) и смываются водой. Гидролиз эндотермичен, поэтому в горячей воде равновесие смещается вправо, OH⁻ становится больше и жир отмывается быстрее. Поэтому со стиральной содой работают в горячей воде и в перчатках — щёлочь сушит кожу.

При смешивании кислоты и основания в эквивалентных количествах среда зависит от образовавшейся соли: сильная кислота + сильное основание — нейтральная, слабая кислота + щёлочь — щелочная (анион соли гидролизуется), сильная кислота + слабое основание — кислая. В расчёте сравнивай моли ионов H⁺ и OH⁻.

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 13.07.2025

I. CH₃COOH и NaOH II. Ba(OH)₂, HCl и HNO₃ III. HCl и KOH В каких смесях растворов данных веществ одинакового объёма и одинаковой молярной концентрации среда нейтральная?

A) только IB) только IIIC) только IID) I, II, IIIE) II, III

1. Одинаковые объёмы и молярные концентрации — каждого вещества одинаковое число моль (например, 1 моль). I: CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O — полная нейтрализация, но CH₃COONa гидролизуется: CH₃COO⁻ + H₂O ⇄ CH₃COOH + OH⁻ — среда щелочная.Почему так?

   В эквивалентной смеси среду определяет гидролиз соли.

2. II: 1 моль Ba(OH)₂ — 2 моль OH⁻; HCl + HNO₃ — 2 моль H⁺: Ba(OH)₂ + HCl + HNO₃ → BaCl(NO₃) + 2H₂O. Ba²⁺, Cl⁻, NO₃⁻ не гидролизуются — нейтральная.Почему так?

   Двухкислотное основание нейтрализует две одноосновные кислоты.

3. III: HCl + KOH → KCl + H₂O; KCl не гидролизуется — нейтральная. Внимание: в пояснении ГЭЦ уравнение II не уравнено («+ H₂O») — правильно 2H₂O; в цитате это место опущено.
4. Ответ: II, III (вариант E).

Официальное пояснение ГЭЦ (13.07.2025)

I. CH₃COOH + NaOH → H₂O + CH₃COONa (среда щелочная) II Ba(OH)₂ +HCl + HNO₃ → BaCl(NO₃) + … H₂O (среда нейтральная) III. HCl+ KOH → KCl+H₂O (среда нейтральная)Источник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 13.07.2025, I группа специальностей (PDF)

Пример 5

Растворы с 0,2 моль HCl и 0,1 моль NaOH смешали и довели объём до 1 л. Каков pH раствора?

1. H⁺ + OH⁻ → H₂O: 0,1 моль OH⁻ нейтрализуют 0,1 моль H⁺, остаётся 0,2 − 0,1 = 0,1 моль H⁺.
2. [H⁺] = 0,1 / 1 = 10⁻¹ моль/л, pH = 1.Почему так?

   NaCl не гидролизуется — среду определяет избыток кислоты.

3. Ответ: pH = 1 (кислая).

Проверь себя

Смешали 0,1 моль NaOH и 0,09 моль HNO₃ и довели объём до 1 л. Каков pH раствора?

Избыток OH⁻: 0,01 моль → pOH = 2.

Итоги

Запомни

• Вода — слабый электролит: H₂O ⇄ H⁺ + OH⁻, [H⁺] · [OH⁻] = 10⁻¹⁴ (25 °C).
• pH = −lg[H⁺], pH + pOH = 14; pH < 7 — кислая, 7 — нейтральная, > 7 — щелочная; 1 единица pH = 10 раз.
• Лакмус: красный / фиолетовый / синий; метилоранж: розово-красный / оранжевый / жёлтый; фенолфталеин: бесцветный / бесцветный / малиновый.
• Соль сильного основания и слабой кислоты — гидролиз по аниону, щелочная (Na₂CO₃); слабого основания и сильной кислоты — по катиону, кислая (NH₄Cl, CuCl₂); сильного и сильной — гидролиза нет, нейтральная (NaCl).
• Соли слабого основания и слабой кислоты могут гидролизоваться полностью: Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑.
• Гидролиз усиливается при нагревании и разбавлении, ослабевает при добавлении иона-продукта (H⁺ или OH⁻).

Типичные ошибки

«Растворы солей всегда нейтральны».

Только у соли сильной кислоты и сильного основания: раствор Na₂CO₃ щелочной, CuCl₂ — кислый.

«Раствор с pH 2 вдвое кислее раствора с pH 4».

pH — логарифмическая шкала: разница в 2 единицы — [H⁺] отличается в 100 раз.

«Фенолфталеин краснеет в кислоте».

Фенолфталеин бесцветен в кислой и нейтральной среде, малиновый только в щелочной; в кислоте краснеют лакмус и метилоранж.

«Смесь равных количеств кислоты и щёлочи всегда нейтральна».

Смесь CH₃COOH + NaOH щелочная — CH₃COONa гидролизуется; кроме того, считай моли H⁺ и OH⁻ (H₂SO₄ — двухосновная).

Итоги

Самостоятельная работа

Задания расположены от простых к сложным. Сначала реши сам, потом выбери вариант; пояснение откроется после ответа.

1 · Уровень 1

Каков pH нейтрального раствора при 25 °C?

[H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ моль/л → pH = 7.

2 · Уровень 1

Какую окраску принимает фенолфталеин в растворе щёлочи?

Фенолфталеин малиновый при pH > 8,2.

3 · Уровень 2

В растворе какой соли среда кислая?

NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃·H₂O + H⁺ — гидролиз по катиону.

4 · Уровень 2

Каков pH 0,001 М раствора HCl?

[H⁺] = 10⁻³ → pH = 3.

5 · Уровень ГЭЦ

Каков pH 0,01 М раствора NaOH?

[OH⁻] = 10⁻² → pOH = 2 → pH = 14 − 2 = 12.

6 · Уровень ГЭЦ

Какие продукты образуются при попадании Al₂S₃ в воду?

Соль слабого основания и слабой кислоты гидролизуется полностью: Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑.

Экзаменационные задания и официальные пояснения — ГЭЦ (PDF на азербайджанском языке, в уроке — в переводе):

1. 13.07.2025, I группа специальностей (PDF) — вариант A, 68; B-63, C-78, D-67
2. 12.07.2026, IV группа специальностей (PDF) — вариант A, 45; B-37, C-33, D-43

История, сцены, примеры, задания «Проверь себя» и «Самостоятельная работа» — наши, не из материалов ГЭЦ. Задания и пояснения ГЭЦ даны в переводе с азербайджанского; знак «…» обозначает пропущенную часть.