Номер 9, страница 162 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 34. Жёсткость воды и способы её устранения. Глава 3. Металлы главных подгрупп - номер 9, страница 162.

Условие.

9. Подумайте, почему при действии раствора карбоната натрия на раствор соли кальция выпадает осадок среднего карбоната, а при действии этого же раствора на раствор соли магния осаждается основная соль $Mg_5(OH)_2(CO_3)_4$ (её состав можно условно представить в виде $4MgCO_3 \cdot Mg(OH)_2$). Вспомните, как изменяется сила оснований при движении вниз по группе.

Решение.

Решение 2.

Подумайте, почему при действии раствора карбоната натрия на раствор соли кальция выпадает осадок среднего карбоната, а при действии этого же раствора на раствор соли магния осаждается основная соль $Mg_5(OH)_2(CO_3)_4$ (её состав можно условно представить в виде $4MgCO_3 \cdot Mg(OH)_2$). Вспомните, как изменяется сила оснований при движении вниз по группе.

Различие в продуктах реакции солей кальция и магния с карбонатом натрия объясняется различием в свойствах катионов $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ и их гидроксидов, а также условиями, создаваемыми в реакционной смеси.

1. Среда в растворе карбоната натрия. Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) является солью, образованной сильным основанием ($NaOH$) и слабой угольной кислотой ($H_2CO_3$). В водном растворе такая соль подвергается гидролизу по аниону, что приводит к созданию щелочной среды за счет образования гидроксид-ионов ($OH^-$):

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

2. Сила оснований и гидролиз катионов. Магний и кальций находятся во IIA группе периодической системы. При движении по группе сверху вниз радиус атомов увеличивается, а их электроотрицательность уменьшается. Это приводит к усилению основных свойств гидроксидов. Таким образом, гидроксид кальция $Ca(OH)_2$ является более сильным основанием, чем гидроксид магния $Mg(OH)_2$. В свою очередь, чем слабее основание, тем сильнее соответствующий ему катион подвержен гидролизу. Следовательно, ион магния ($Mg^{2+}$) гидролизуется в водном растворе в значительно большей степени, чем ион кальция ($Ca^{2+}$).

Реакция с солью кальция

При смешивании раствора соли кальция с раствором карбоната натрия происходит стандартная реакция ионного обмена. Ион $Ca^{2+}$ является катионом достаточно сильного основания, поэтому он слабо подвержен гидролизу. Щелочной среды, создаваемой гидролизом карбонат-иона, недостаточно для осаждения $Ca(OH)_2$. Главным процессом становится взаимодействие ионов кальция с карбонат-ионами, приводящее к образованию нерастворимого осадка среднего карбоната кальция:

$Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3\downarrow$

Реакция с солью магния

В случае с солью магния ситуация иная. Ион $Mg^{2+}$ соответствует слабому и малорастворимому основанию $Mg(OH)_2$, поэтому он сам по себе является достаточно сильной кислотой Льюиса и склонен к гидролизу. В щелочной среде, создаваемой раствором $Na_2CO_3$, ионы $Mg^{2+}$ реагируют не только с карбонат-ионами ($CO_3^{2-}$), но и с гидроксид-ионами ($OH^-$). Это приводит к совместному осаждению карбоната и гидроксида магния, в результате чего образуется осадок основной соли — гидроксокарбоната магния. Уравнение реакции можно представить в ионном виде следующим образом, где гидроксид-ионы поставляются за счет гидролиза карбоната:

$5Mg^{2+} + 4CO_3^{2-} + 2OH^- \rightarrow Mg_5(OH)_2(CO_3)_4\downarrow$

Таким образом, образование среднего карбоната для кальция и основной соли для магния напрямую связано с разной силой их гидроксидов и, как следствие, разной склонностью их катионов к гидролизу в щелочной среде.

Ответ: При реакции с раствором карбоната натрия ($Na_2CO_3$) соль кальция образует осадок среднего карбоната $CaCO_3$, так как $Ca(OH)_2$ является относительно сильным основанием, и ион $Ca^{2+}$ слабо гидролизуется, реагируя преимущественно с $CO_3^{2-}$. Соль магния в тех же условиях образует осадок основной соли $Mg_5(OH)_2(CO_3)_4$, потому что $Mg(OH)_2$ — слабое и малорастворимое основание, вследствие чего ион $Mg^{2+}$ сильнее гидролизуется и в щелочной среде, создаваемой $Na_2CO_3$, осаждается совместно с карбонат- и гидроксид-ионами.