Номер 117, страница 205 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.117. При длительном кипячении осадка сульфата бария в насыщенном растворе карбоната натрия внешне никаких изменений не наблюдается, но осадок начинает растворяться в кислотах с выделением газа. Дайте объяснение этому факту.

Данное явление объясняется тем, что при длительном кипячении сульфата бария в насыщенном растворе карбоната натрия происходит химическая реакция превращения одного нерастворимого соединения в другое.

1. Изначально осадок представляет собой сульфат бария ($BaSO_4$). Это соль, образованная сильным основанием ($Ba(OH)_2$) и сильной кислотой ($H_2SO_4$), поэтому она не вступает в реакцию с другими кислотами (например, $HCl$ или $HNO_3$) и не растворяется в них. Сульфат бария — одно из самых известных малорастворимых соединений, его произведение растворимости (ПР) очень мало: $ПР(BaSO_4) \approx 1.1 \cdot 10^{-10}$.

2. В насыщенном растворе карбоната натрия ($Na_2CO_3$) создается очень высокая концентрация карбонат-ионов ($CO_3^{2-}$). Несмотря на крайне низкую растворимость $BaSO_4$, в растворе устанавливается равновесие между твердой фазой и ионами:
$BaSO_4(тв) \rightleftharpoons Ba^{2+}(p-p) + SO_4^{2-}(p-p)$
Присутствующие в большом избытке карбонат-ионы связывают ионы бария $Ba^{2+}$ в новый осадок — карбонат бария ($BaCO_3$):
$Ba^{2+}(p-p) + CO_3^{2-}(p-p) \rightleftharpoons BaCO_3(тв)$

Карбонат бария также является нерастворимым соединением, но его произведение растворимости ($ПР(BaCO_3) \approx 5.1 \cdot 10^{-9}$) несколько выше, чем у сульфата бария. Реакция превращения одного осадка в другой возможна благодаря закону действия масс: высокая концентрация ионов $CO_3^{2-}$ сдвигает общее равновесие вправо. Суммарный процесс можно описать уравнением:
$BaSO_4(тв) + Na_2CO_3(p-p, конц.) \rightleftharpoons BaCO_3(тв) + Na_2SO_4(p-p)$
Поскольку и сульфат бария, и карбонат бария являются белыми порошкообразными веществами, визуально никаких изменений не происходит.

3. После обработки осадок в значительной степени состоит из карбоната бария ($BaCO_3$). В отличие от сульфата бария, карбонат бария является солью слабой угольной кислоты ($H_2CO_3$). Такие соли легко реагируют с сильными кислотами, при этом слабая кислота вытесняется из соли. Угольная кислота неустойчива и сразу разлагается на воду и углекислый газ, который выделяется в виде пузырьков. Осадок при этом растворяется, так как образуется растворимая соль (например, хлорид бария при реакции с соляной кислотой):
$BaCO_3(тв) + 2HCl(p-p) \rightarrow BaCl_2(p-p) + H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$

Таким образом, способность осадка растворяться в кислотах с выделением газа после кипячения в растворе соды доказывает, что исходный сульфат бария превратился в карбонат бария.

Ответ: При длительном кипячении осадка сульфата бария ($BaSO_4$) в насыщенном растворе карбоната натрия ($Na_2CO_3$) происходит химическое превращение: сульфат бария реагирует с карбонат-ионами, образуя карбонат бария ($BaCO_3$). Так как оба вещества представляют собой белые нерастворимые осадки, внешних изменений не наблюдается. Однако полученный карбонат бария, в отличие от исходного сульфата бария, является солью слабой кислоты и поэтому реагирует с сильными кислотами, растворяясь и выделяя углекислый газ ($CO_2$).