Номер 105, страница 310 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.105. Даны вещества: 1) NaOH; $2) {\mathrm{KClO}}_3;$ $3) {\mathrm{FeCl}}_3;$ $4) {\mathrm{NH}}_3;$ $5) {\mathrm{HNO}}_3.$ Расположите эти вещества в ряд в порядке увеличения pH 0,2 М водного раствора. Запишите ионные уравнения реакций, определяющих кислотность растворов.

Дано:

Концентрация водных растворов, $C = 0.2$ М (моль/л).

Вещества: 1) $NaOH$; 2) $KClO_3$; 3) $FeCl_3$; 4) $NH_3$; 5) $HNO_3$.

Найти:

1. Расположить вещества в ряд в порядке увеличения $pH$ их водных растворов.

2. Записать ионные уравнения реакций, определяющих кислотность растворов.

Решение:

Для определения $pH$ растворов и их расположения в порядке возрастания этого показателя необходимо проанализировать природу каждого вещества и характер его взаимодействия с водой.

5) $HNO_3$ (азотная кислота)

Азотная кислота является сильной кислотой. В водном растворе она полностью диссоциирует на ионы. Это создает высокую концентрацию ионов гидроксония $H_3O^+$ (или протонов $H^+$), что соответствует очень низкому значению $pH$ и сильнокислой среде.

Уравнение диссоциации, определяющее кислотность:

$HNO_3 \rightarrow H^+ + NO_3^-$

Поскольку диссоциация полная, $[H^+] = 0.2$ М. $pH = -log[H^+] = -log(0.2) \approx 0.7$.

3) $FeCl_3$ (хлорид железа(III))

Хлорид железа(III) – это соль, образованная слабым основанием ($Fe(OH)_3$) и сильной кислотой ($HCl$). В водном растворе соли такого типа подвергаются гидролизу по катиону. Гидролиз иона $Fe^{3+}$ приводит к образованию ионов $H^+$, создавая кислую среду ($pH < 7$).

Сокращенное ионное уравнение гидролиза (по первой ступени), определяющее кислотность:

$Fe^{3+} + H_2O \rightleftharpoons FeOH^{2+} + H^+$

Среда раствора кислая, но менее кислая, чем у сильной кислоты той же концентрации, так как гидролиз является обратимым и неполным процессом.

2) $KClO_3$ (хлорат калия)

Хлорат калия – это соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и сильной кислотой (хлорноватой кислотой, $HClO_3$). Такие соли не подвергаются гидролизу, поскольку ни катион $K^+$, ни анион $ClO_3^-$ не реагируют с водой с образованием ионов $H^+$ или $OH^-$. Поэтому раствор будет иметь нейтральную среду.

$pH \approx 7$.

Ионные уравнения, определяющие кислотность, отсутствуют.

4) $NH_3$ (аммиак)

Аммиак является слабым основанием. При растворении в воде он обратимо реагирует с ней, образуя ионы аммония $NH_4^+$ и гидроксид-ионы $OH^-$. Накопление ионов $OH^-$ создает в растворе щелочную среду ($pH > 7$).

Ионное уравнение, определяющее щелочность (и, следовательно, $pH$) раствора:

$NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$

Среда раствора щелочная. Так как аммиак – слабое основание, степень его диссоциации невелика, и $pH$ будет выше 7, но значительно ниже, чем у раствора сильной щелочи той же концентрации.

1) $NaOH$ (гидроксид натрия)

Гидроксид натрия – это сильное основание (щелочь). В водном растворе он полностью диссоциирует на ионы $Na^+$ и $OH^-$. Это приводит к высокой концентрации гидроксид-ионов и, следовательно, к очень высокому значению $pH$ (сильнощелочная среда).

Уравнение диссоциации, определяющее щелочность:

$NaOH \rightarrow Na^+ + OH^-$

Поскольку диссоциация полная, $[OH^-] = 0.2$ М. $pOH = -log[OH^-] = -log(0.2) \approx 0.7$. Тогда $pH = 14 - pOH \approx 13.3$.

Сравнивая значения $pH$ для всех растворов, мы можем расположить их в порядке возрастания $pH$ (от наиболее кислого к наиболее щелочному):

Сильная кислота ($HNO_3$) < Соль со средой, кислой из-за гидролиза ($FeCl_3$) < Нейтральная соль ($KClO_3$) < Слабое основание ($NH_3$) < Сильное основание ($NaOH$).

Ответ:

Ряд веществ в порядке увеличения pH 0,2 М водного раствора:

$HNO_3 < FeCl_3 < KClO_3 < NH_3 < NaOH$.

Ионные уравнения реакций, определяющих кислотность или щелочность растворов:

• Для $HNO_3$: $H^+ + NO_3^-$
• Для $FeCl_3$: $Fe^{3+} + H_2O \rightleftharpoons FeOH^{2+} + H^+$
• Для $KClO_3$: гидролиз не происходит, среда нейтральная.
• Для $NH_3$: $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$
• Для $NaOH$: $Na^+ + OH^-$