Номер 301, страница 224 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.301. Как изменяется pH раствора гидрокарбоната натрия при кипячении? Объясните причину.

Решение

При кипячении раствора гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$) его водородный показатель pH увеличивается, то есть среда становится более щелочной. Это происходит по следующим причинам:

1. В исходном состоянии гидрокарбонат натрия является кислой солью, образованной сильным основанием ($NaOH$) и слабой двухосновной угольной кислотой ($H_2CO_3$). В водном растворе гидрокарбонат-ион ($HCO_3^−$) подвергается гидролизу, в результате чего создается слабощелочная среда (pH > 7):

$HCO_3^- + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 + OH^-$

2. При нагревании раствора до кипения происходит термическое разложение гидрокарбоната натрия. Этот процесс приводит к образованию карбоната натрия ($Na_2CO_3$), который является средней солью, а также воды и углекислого газа, который улетучивается из раствора:

$2NaHCO_3(aq) \xrightarrow{t^\circ} Na_2CO_3(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)\uparrow$

3. Образовавшийся в результате реакции карбонат натрия ($Na_2CO_3$) также является солью сильного основания и слабой кислоты. Однако карбонат-ион ($CO_3^{2-}$) является более сильным основанием по сравнению с гидрокарбонат-ионом ($HCO_3^−$) и гидролизуется в значительно большей степени, создавая более щелочную среду:

$CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$

Этот процесс приводит к накоплению в растворе значительно большего количества гидроксид-ионов ($OH^−$) по сравнению с исходным раствором гидрокарбоната натрия.

4. Удаление углекислого газа ($CO_2$) из реакционной смеси при кипении, в соответствии с принципом Ле Шателье, смещает равновесие реакции разложения вправо, способствуя более полному превращению гидрокарбоната в карбонат.

Таким образом, превращение менее щелочного гидрокарбоната натрия в более щелочной карбонат натрия при кипячении приводит к увеличению концентрации гидроксид-ионов в растворе и, как следствие, к увеличению значения pH.

Ответ: При кипячении pH раствора гидрокарбоната натрия увеличивается (раствор становится более щелочным). Причиной является термическое разложение гидрокарбоната натрия с образованием карбоната натрия ($Na_2CO_3$) и улетучиванием углекислого газа. Карбонат натрия подвергается гидролизу в большей степени, чем исходный гидрокарбонат, что приводит к увеличению концентрации гидроксид-ионов ($OH^−$) в растворе.