Номер 304, страница 224 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.304. При действии на раствор хлорида магния раствором гидрокарбоната натрия, насыщенным углекислым газом, выпадает осадок средней соли, а при использовании раствора среднего карбоната натрия образуется гидромагнезит ${\mathrm{Mg}}_5{\left({\mathrm{CO}}_3\right)}_4{\left(\mathrm{OH}\right)}_2.$ Дайте объяснения этому факту. Запишите уравнения реакций.

Различие в продуктах реакции объясняется разной кислотностью (значением pH) растворов, используемых для осаждения. Состав осадка карбоната магния зависит от pH среды, из которой он осаждается.

При действии на раствор хлорида магния раствором гидрокарбоната натрия, насыщенным углекислым газом

Раствор гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$), насыщенный углекислым газом ($CO_2$), имеет слабокислую среду. Это связано с тем, что растворенный избыток $CO_2$ образует в воде угольную кислоту ($H_2CO_3$), которая является слабой кислотой и смещает равновесие в сторону более низких значений pH.

$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$

В таких слабокислых условиях гидролиз ионов магния ($Mg^{2+}$) подавлен. Концентрация гидроксид-ионов ($OH^-$) в растворе крайне мала и недостаточна для образования основной соли (гидроксокарбоната). Поэтому протекает реакция ионного обмена с образованием осадка средней (нейтральной) соли — карбоната магния ($MgCO_3$).

Уравнение реакции:

$MgCl_2 + 2NaHCO_3 \rightarrow MgCO_3\downarrow + 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

При использовании раствора среднего карбоната натрия

Раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$), являясь солью сильного основания и слабой кислоты, имеет сильнощелочную среду (высокий pH) из-за гидролиза карбонат-иона:

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

В этой щелочной среде присутствует высокая концентрация как карбонат-ионов ($CO_3^{2-}$), так и гидроксид-ионов ($OH^-$), образующихся в результате гидролиза. При добавлении ионов магния ($Mg^{2+}$) происходит их одновременное связывание с обоими анионами. В результате вместо чистой средней соли осаждается основная соль — гидроксокарбонат магния, известный как минерал гидромагнезит, состава $Mg_5(CO_3)_4(OH)_2$. Его состав можно условно представить как $4MgCO_3 \cdot Mg(OH)_2$.

Уравнение реакции:

$5MgCl_2 + 6Na_2CO_3 + 2H_2O \rightarrow Mg_5(CO_3)_4(OH)_2\downarrow + 10NaCl + 2NaHCO_3$

Ответ: Различие продуктов реакции обусловлено кислотностью среды. При взаимодействии хлорида магния с раствором гидрокарбоната натрия, насыщенным $CO_2$ (слабокислая среда), образуется средняя соль — карбонат магния. При взаимодействии с раствором карбоната натрия (щелочная среда) из-за гидролиза образуется основная соль — гидроксокарбонат магния (гидромагнезит).
Уравнения реакций:
1) $MgCl_2 + 2NaHCO_3 \rightarrow MgCO_3\downarrow + 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$
2) $5MgCl_2 + 6Na_2CO_3 + 2H_2O \rightarrow Mg_5(CO_3)_4(OH)_2\downarrow + 10NaCl + 2NaHCO_3$