Номер 213, страница 215 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.213. Объясните, почему разбавленная серная кислота не реагирует с раствором нитрата калия, а концентрированная серная кислота с твёрдым нитратом калия вступает в реакцию.

Данное явление объясняется различием в условиях протекания реакций и свойствах реагентов, в частности, различием в свойствах разбавленной и концентрированной серной кислоты, а также агрегатного состояния нитрата калия.

1. Почему разбавленная серная кислота не реагирует с раствором нитрата калия.

В водном растворе и серная кислота ($H_2SO_4$), и нитрат калия ($KNO_3$) являются сильными электролитами, то есть они практически полностью диссоциируют на ионы:

$H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}$

$KNO_3 \rightarrow K^+ + NO_3^-$

При смешивании этих растворов в системе находятся четыре вида ионов: $K^+$, $NO_3^-$, $H^+$, $SO_4^{2-}$. Гипотетически, могла бы произойти реакция ионного обмена:

$2KNO_3(р-р) + H_2SO_4(р-р) \rightleftharpoons K_2SO_4(р-р) + 2HNO_3(р-р)$

Однако, чтобы такая реакция была практически необратимой и протекала в заметной степени, необходимо выполнение одного из следующих условий: образование осадка, выделение газа или образование слабого электролита (например, воды). В данном случае оба продукта реакции — сульфат калия ($K_2SO_4$) и азотная кислота ($HNO_3$) — являются хорошо растворимыми в воде и сильными электролитами.

Поскольку ни одно из условий протекания реакции ионного обмена до конца не выполняется, равновесие не смещается в сторону продуктов. В растворе просто сосуществует набор ионов, и видимой реакции не происходит.

2. Почему концентрированная серная кислота вступает в реакцию с твёрдым нитратом калия.

Эта реакция является промышленным и лабораторным способом получения азотной кислоты. Она основана на ключевом различии в физических свойствах серной и азотной кислот:

• Концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость, являющаяся нелетучей кислотой (температура кипения $337 \text{ °C}$).
• Азотная кислота — летучая кислота (температура кипения $83 \text{ °C}$).

Реакция между твёрдым нитратом калия и концентрированной серной кислотой протекает при слабом нагревании:

$KNO_3(тв.) + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} KHSO_4 + HNO_3\uparrow$

Движущей силой реакции является образование летучего продукта — азотной кислоты. При нагревании реакционной смеси пары азотной кислоты улетучиваются, то есть продукт постоянно удаляется из зоны реакции. Согласно принципу Ле Шателье, удаление продукта смещает химическое равновесие вправо, в сторону его образования. Это заставляет реакцию протекать практически до конца.

Ответ: Разбавленная серная кислота не реагирует с раствором нитрата калия, поскольку это обратимая реакция ионного обмена в водном растворе, где все возможные продукты являются растворимыми сильными электролитами, и нет движущей силы для смещения равновесия. Концентрированная серная кислота, являясь нелетучей, при нагревании вытесняет летучую азотную кислоту из её твёрдой соли. Удаление газообразной азотной кислоты из сферы реакции смещает равновесие в сторону продуктов, обеспечивая протекание реакции.