Номер 107, страница 311 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.107. Имеются 0,1 М водные растворы следующих веществ: НСl, ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4,$ NaCl, ${\mathrm{Na}}_2{\mathrm{CO}}_3,$ ${\mathrm{AlCl}}_3,$ NaOH. Расположите эти растворы в порядке увеличения pH и приведите ионные уравнения реакций, подтверждающие вашу последовательность.

Для того чтобы расположить растворы в порядке увеличения pH, необходимо определить характер среды каждого раствора (кислая, нейтральная или щелочная). Значение pH обратно пропорционально концентрации ионов водорода $H^+$: чем выше концентрация $H^+$, тем ниже pH и тем более кислой является среда.

Серная кислота — сильная двухосновная кислота. Первая ступень диссоциации проходит полностью, вторая — частично, но также вносит значительный вклад в общую концентрацию ионов $H^+$. В 0,1 М растворе концентрация ионов $H^+$ будет выше 0,1 М, что делает этот раствор самым кислым из представленных.

Ионные уравнения диссоциации:

$H_2SO_4 \rightarrow H^+ + HSO_4^-$ (полностью)

$HSO_4^- \rightleftharpoons H^+ + SO_4^{2-}$ (частично)

Ответ: сильнокислая среда, самое низкое значение pH.

Соляная кислота — сильная одноосновная кислота, полностью диссоциирует в воде. В 0,1 М растворе концентрация ионов $H^+$ равна 0,1 М. Это очень кислотная среда, но концентрация $H^+$ немного ниже, чем в 0,1 М растворе $H_2SO_4$.

Ионное уравнение диссоциации:

$HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$

Ответ: сильнокислая среда, pH выше, чем у $H_2SO_4$.

Хлорид алюминия — соль, образованная слабым основанием $Al(OH)_3$ и сильной кислотой $HCl$. В водном растворе подвергается гидролизу по катиону, что приводит к образованию ионов $H^+$ и созданию кислой среды.

Сокращенное ионное уравнение гидролиза (по первой ступени):

$Al^{3+} + H_2O \rightleftharpoons AlOH^{2+} + H^+$

Концентрация ионов $H^+$ будет меньше, чем в растворах сильных кислот той же молярности, поэтому pH будет выше.

Ответ: слабокислая среда, pH < 7.

Хлорид натрия — соль, образованная сильным основанием $NaOH$ и сильной кислотой $HCl$. Такая соль не подвергается гидролизу, и концентрация ионов $H^+$ и $OH^-$ в растворе остается такой же, как в чистой воде.

Процесс растворения:

$NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^-$

Ответ: нейтральная среда, pH ≈ 7.

Карбонат натрия — соль, образованная сильным основанием $NaOH$ и слабой кислотой $H_2CO_3$. В водном растворе подвергается гидролизу по аниону, что приводит к накоплению гидроксид-ионов $OH^-$ и созданию щелочной среды.

Сокращенное ионное уравнение гидролиза (по первой ступени):

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

Ответ: слабощелочная среда, pH > 7.

Гидроксид натрия — сильное основание (щелочь), полностью диссоциирует в воде с образованием гидроксид-ионов $OH^-$. В 0,1 М растворе концентрация ионов $OH^-$ равна 0,1 М. Это создает сильнощелочную среду.

Ионное уравнение диссоциации:

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

Ответ: сильнощелочная среда, самое высокое значение pH.

Исходя из анализа каждого раствора, располагаем их в порядке увеличения значения pH (от наиболее кислого к наиболее щелочному):

$H_2SO_4 < HCl < AlCl_3 < NaCl < Na_2CO_3 < NaOH$