Лабораторный опыт 3, страница 76 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Лабораторный опыт 3. Гидролиз солей

1. При помощи универсальной индикаторной бумаги определите $pH$ дистиллированной воды и растворов хлорида натрия, хлорида алюминия, карбоната натрия. Обратите внимание, что вода, хранившаяся на воздухе, имеет $pH$, примерно равный 6, что соответствует слабо-кислотной среде. Это обусловлено растворением в воде углекислого газа из воздуха. Кислотность каких из исследованных растворов отличается от кислотности воды? Почему? Напишите уравнения гидролиза этих солей по первой ступени в ионном и молекулярном виде.

2. Слейте растворы карбоната калия и нитрата алюминия. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции и объясните причину её протекания.

1.Дано:

Растворы: дистиллированная вода ($H_2O$), хлорид натрия ($NaCl$), хлорид алюминия ($AlCl_3$), карбонат натрия ($Na_2CO_3$).

pH дистиллированной воды, хранившейся на воздухе, примерно равен 6.

Найти:

1. Кислотность каких из исследованных растворов отличается от кислотности воды?

2. Почему?

3. Написать уравнения гидролиза этих солей по первой ступени в ионном и молекулярном виде.

Решение:

Определим теоретически среду каждого раствора, чтобы предсказать их pH при измерении универсальной индикаторной бумагой.

• Дистиллированная вода ($H_2O$): В условии указано, что ее pH ≈ 6 из-за растворения углекислого газа ($CO_2$) из воздуха и образования слабой угольной кислоты ($H_2O + CO_2 \rightleftharpoons H_2CO_3$). Среда слабокислая.

• Хлорид натрия ($NaCl$): Эта соль образована сильным основанием ($NaOH$) и сильной кислотой ($HCl$). Такие соли не подвергаются гидролизу, и их раствор должен иметь нейтральную среду (pH = 7). На практике pH раствора будет очень близок к pH воды, использованной для его приготовления (т.е. ≈ 6).

• Хлорид алюминия ($AlCl_3$): Эта соль образована слабым основанием ($Al(OH)_3$) и сильной кислотой ($HCl$). Такая соль подвергается гидролизу по катиону. В результате реакции иона алюминия с водой в растворе накапливаются ионы водорода ($H^+$), что создает кислую среду (pH < 7, и значительно меньше 6).

• Карбонат натрия ($Na_2CO_3$): Эта соль образована сильным основанием ($NaOH$) и слабой кислотой ($H_2CO_3$). Такая соль подвергается гидролизу по аниону. В результате реакции карбонат-иона с водой в растворе накапливаются гидроксид-ионы ($OH^−$), что создает щелочную среду (pH > 7).

Таким образом, кислотность растворов хлорида алюминия и карбоната натрия будет отличаться от кислотности воды. Раствор $AlCl_3$ будет более кислым, а раствор $Na_2CO_3$ — щелочным.

Причиной этого является гидролиз — реакция ионов соли с водой, приводящая к образованию слабого электролита и изменению pH среды.

Уравнения гидролиза по первой ступени для этих солей:

Хлорид алюминия ($AlCl_3$):

• Молекулярное уравнение: $AlCl_3 + H_2O \rightleftharpoons Al(OH)Cl_2 + HCl$

• Краткое ионное уравнение: $Al^{3+} + H_2O \rightleftharpoons [Al(OH)]^{2+} + H^+$

Карбонат натрия ($Na_2CO_3$):

• Молекулярное уравнение: $Na_2CO_3 + H_2O \rightleftharpoons NaHCO_3 + NaOH$

• Краткое ионное уравнение: $CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^{-} + OH^-$

Ответ: Кислотность растворов хлорида алюминия ($AlCl_3$) и карбоната натрия ($Na_2CO_3$) отличается от кислотности воды. Раствор $AlCl_3$ имеет кислую среду (pH < 6), а раствор $Na_2CO_3$ — щелочную (pH > 7) из-за гидролиза. Уравнения гидролиза: для $AlCl_3$ — $Al^{3+} + H_2O \rightleftharpoons [Al(OH)]^{2+} + H^+$; для $Na_2CO_3$ — $CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^{-} + OH^-$.

2.Дано:

Растворы карбоната калия ($K_2CO_3$) и нитрата алюминия ($Al(NO_3)_3$).

Найти:

Что наблюдается при смешивании растворов, написать уравнение реакции и объяснить причину ее протекания.

Решение:

При сливании растворов карбоната калия и нитрата алюминия происходит реакция совместного (взаимного) гидролиза. Нитрат алюминия $Al(NO_3)_3$ — соль слабого основания и сильной кислоты, создающая в растворе кислую среду за счет гидролиза иона $Al^{3+}$. Карбонат калия $K_2CO_3$ — соль сильного основания и слабой кислоты, создающая щелочную среду за счет гидролиза иона $CO_3^{2-}$.

При их смешивании гидролиз одного иона усиливает гидролиз другого. Ионы $Al^{3+}$ и $CO_3^{2-}$ в присутствии воды реагируют друг с другом, образуя нерастворимый гидроксид алюминия $Al(OH)_3$ и слабую, нестабильную угольную кислоту $H_2CO_3$, которая тут же разлагается на углекислый газ $CO_2$ и воду.

Наблюдение: При смешивании двух бесцветных растворов наблюдается образование белого студенистого (гелеобразного) осадка ($Al(OH)_3$) и выделение пузырьков бесцветного газа без запаха ($CO_2$).

Причина протекания реакции: Реакция является необратимой, так как продукты реакции — осадок и газ — уходят из сферы реакции, смещая равновесие вправо согласно принципу Ле Шателье.

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$2Al(NO_3)_3 + 3K_2CO_3 + 3H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3CO_2 \uparrow + 6KNO_3$

Краткое ионное уравнение, показывающее суть процесса:

$2Al^{3+} + 3CO_3^{2-} + 3H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3CO_2 \uparrow$

Ответ: При сливании растворов карбоната калия и нитрата алюминия наблюдается выпадение белого студенистого осадка и выделение газа. Это происходит из-за необратимого совместного гидролиза. Уравнение реакции: $2Al(NO_3)_3 + 3K_2CO_3 + 3H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3CO_2 \uparrow + 6KNO_3$.