Номер 305, страница 225 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.305. Учащийся проводил синтез гидромагнезита ${\mathrm{Mg}}_5{\left({\mathrm{CO}}_3\right)}_4{\left(\mathrm{OH}\right)}_2$ смешением растворов сульфата магния и карбоната натрия. Фильтрат, полученный после отделения осадка, при кипячении дал осадок среднего карбоната магния. Как это можно объяснить? Запишите уравнения реакций.

Решение

Данное явление можно объяснить последовательным протеканием нескольких химических процессов.

1. При смешении водных растворов сульфата магния ($MgSO_4$) и карбоната натрия ($Na_2CO_3$) происходит не просто реакция обмена с образованием среднего карбоната, а синтез основной соли — гидромагнезита $Mg_5(CO_3)_4(OH)_2$. Это связано с тем, что карбонат натрия, будучи солью сильного основания и слабой кислоты, в водном растворе подвергается гидролизу. Гидролиз карбонат-иона приводит к появлению в растворе гидроксид-ионов ($OH^-$) и гидрокарбонат-ионов ($HCO_3^-$), что создает щелочную среду.

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

Образовавшиеся гидроксид-ионы участвуют в формировании осадка основной соли. При этом в качестве побочного продукта образуется растворимый гидрокарбонат натрия. Суммарное уравнение первой реакции:

$5 MgSO_4 + 6 Na_2CO_3 + 2 H_2O \rightarrow Mg_5(CO_3)_4(OH)_2 \downarrow + 5 Na_2SO_4 + 2 NaHCO_3$

2. После фильтрования и отделения осадка гидромагнезита в фильтрате остаются растворимые вещества: сульфат натрия ($Na_2SO_4$), гидрокарбонат натрия ($NaHCO_3$) и, вероятно, некоторое количество непрореагировавшего сульфата магния (ионов $Mg^{2+}$). Ионы магния вступают в реакцию с гидрокарбонат-ионами, образуя гидрокарбонат магния $Mg(HCO_3)_2$, который хорошо растворим в воде.

3. Гидрокарбонат магния — термически нестойкое соединение. При нагревании (кипячении) раствора он разлагается с образованием нерастворимого в горячей воде среднего карбоната магния ($MgCO_3$), который и выпадает в виде осадка, а также воды и углекислого газа.

$Mg(HCO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} MgCO_3 \downarrow + H_2O + CO_2 \uparrow$

Таким образом, появление второго осадка при кипячении фильтрата объясняется наличием в нем растворимого гидрокарбоната магния и его последующим термическим разложением.

Ответ:

Образование осадка при кипячении фильтрата объясняется тем, что в ходе основной реакции из-за гидролиза карбонат-иона в растворе образуется растворимый гидрокарбонат натрия. Он, в свою очередь, реагирует с избыточными ионами магния, образуя растворимый гидрокарбонат магния. При кипячении гидрокарбонат магния разлагается с образованием нерастворимого среднего карбоната магния.

Уравнения реакций:

1. Синтез гидромагнезита:
$5 MgSO_4 + 6 Na_2CO_3 + 2 H_2O \rightarrow Mg_5(CO_3)_4(OH)_2 \downarrow + 5 Na_2SO_4 + 2 NaHCO_3$

2. Разложение гидрокарбоната магния в фильтрате при кипячении:
$Mg(HCO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} MgCO_3 \downarrow + H_2O + CO_2 \uparrow$