Номер 21, страница 240 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

9.21. Как доказать, что марганцевая кислота сильная, используя перманганат калия?

Сила кислоты определяется ее способностью к диссоциации в водном растворе. Сильные кислоты диссоциируют на ионы практически полностью, в то время как слабые — лишь частично. Одним из косвенных методов определения силы кислоты является анализ продуктов гидролиза ее соли.

Решение

Перманганат калия ($KMnO_4$) — это соль, которая образована основанием, гидроксидом калия ($KOH$), и кислотой, марганцевой кислотой ($HMnO_4$).

1. Гидроксид калия ($KOH$) является сильным основанием (щелочью), так как он образован щелочным металлом. В водном растворе $KOH$ полностью диссоциирует на ионы $K^+$ и $OH^-$. Катион $K^+$, как ион от сильного основания, не подвергается гидролизу.

2. Для определения силы марганцевой кислоты ($HMnO_4$) необходимо исследовать поведение ее аниона — перманганат-иона ($MnO_4^-$) — в водном растворе. Для этого нужно приготовить водный раствор перманганата калия и измерить его водородный показатель (pH) с помощью универсального индикатора или pH-метра. При растворении в воде $KMnO_4$ полностью диссоциирует на ионы:

$KMnO_{4(тв)} \xrightarrow{H_2O} K^+_{(р-р)} + MnO_{4(р-р)}^-$

3. Далее возможны два варианта:

• Если бы марганцевая кислота была слабой, то ее сопряженное основание, перманганат-ион ($MnO_4^-$), было бы достаточно сильным основанием. В этом случае он бы вступал в реакцию гидролиза с водой, связывая протоны воды и образуя избыток гидроксид-ионов ($OH^-$):
  $MnO_4^- + H_2O \rightleftharpoons HMnO_4 + OH^-$
  Такой процесс привел бы к созданию щелочной среды, и pH раствора был бы больше 7.
• Если марганцевая кислота является сильной, то ее сопряженное основание ($MnO_4^-$) — очень слабое. Оно неспособно в значительной степени реагировать с водой. Гидролиз по аниону практически не идет. Поскольку катион $K^+$ также не гидролизуется, концентрации ионов $H^+$ и $OH^-$ в растворе остаются такими же, как в чистой воде. Следовательно, среда раствора будет нейтральной, а pH ≈ 7.

4. Экспериментальное измерение показывает, что pH водного раствора перманганата калия близок к 7. Это означает, что соль не подвергается гидролизу.

5. Отсутствие гидролиза соли, образованной сильным основанием и исследуемой кислотой, доказывает, что эта кислота является сильной.

Ответ: Чтобы доказать, что марганцевая кислота ($HMnO_4$) сильная, необходимо приготовить водный раствор ее соли — перманганата калия ($KMnO_4$) — и измерить его pH. Перманганат калия образован сильным основанием ($KOH$) и марганцевой кислотой. Эксперимент показывает, что pH раствора $KMnO_4$ близок к 7 (нейтральная среда). Это говорит о том, что перманганат-ион ($MnO_4^-$) не подвергается гидролизу, то есть является очень слабым основанием. Согласно теории кислот и оснований, только у сильных кислот сопряженные основания являются очень слабыми. Следовательно, марганцевая кислота — сильная кислота.