Номер 72, страница 245 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

9.72. Средний карбонат меди(II) был впервые синтезирован примерно 50 лет назад действием на суспензию гидроксида меди(II) углекислым газом под большим давлением. Почему эту соль невозможно получить по реакции ионного обмена?

Решение

Получить средний карбонат меди(II), $CuCO_3$, с помощью реакции ионного обмена в водном растворе невозможно из-за сильного совместного гидролиза ионов меди(II) ($Cu^{2+}$) и карбонат-ионов ($CO_3^{2-}$).

Карбонат меди(II) — это соль, образованная катионом слабого основания ($Cu(OH)_2$) и анионом слабой кислоты ($H_2CO_3$). При попытке провести реакцию ионного обмена, например, между растворами сульфата меди(II) и карбоната натрия, в водной среде одновременно протекают процессы гидролиза обоих ионов.

1. Гидролиз карбонат-иона (по аниону): Карбонат-ион, являясь анионом слабой угольной кислоты, взаимодействует с водой, создавая в растворе щелочную среду за счет образования гидроксид-ионов: $CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$

2. Гидролиз иона меди(II) (по катиону): Гидратированный ион меди(II) также подвергается гидролизу, образуя гидроксокомплексы и ионы гидроксония, что подкисляет раствор: $Cu^{2+} + 2H_2O \rightleftharpoons [Cu(OH)]^+ + H_3O^+$

Когда эти два иона находятся в одном растворе, их гидролиз взаимно усиливается и становится практически необратимым. Щелочная среда, создаваемая гидролизом карбонат-иона, смещает равновесие гидролиза иона меди вправо, способствуя образованию нерастворимого гидроксида меди(II) ($Cu(OH)_2$). В результате вместо чистого карбоната меди(II) осаждается основная соль — гидроксокарбонат меди(II), состав которого может варьироваться. Чаще всего образуется вещество, по составу близкое к минералу малахиту ($ (CuOH)_2CO_3 $ или $ Cu_2(CO_3)(OH)_2 $).

Суммарное уравнение реакции, протекающей при сливании растворов, выглядит следующим образом: $2CuSO_4 + 2Na_2CO_3 + H_2O \rightarrow (CuOH)_2CO_3 \downarrow + 2Na_2SO_4 + CO_2 \uparrow$

Таким образом, из-за необратимого совместного гидролиза в водном растворе образуется не средняя, а основная соль меди. Метод, упомянутый в условии (действие $CO_2$ под давлением на суспензию $Cu(OH)_2$), позволяет избежать этих побочных процессов, так как реакция протекает в других условиях, исключающих глубокий гидролиз.

Ответ: Эту соль невозможно получить по реакции ионного обмена в водном растворе, так как ион меди(II) $Cu^{2+}$ и карбонат-ион $CO_3^{2-}$ подвергаются сильному и необратимому совместному гидролизу. В результате вместо среднего карбоната меди(II) ($CuCO_3$) образуется и выпадает в осадок основная соль — гидроксокарбонат меди(II) ($ (CuOH)_2CO_3 $).