Номер 1, страница 203 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 5. Химические реакции в водных растворах. Параграф 29. Гидролиз неорганических соединений - номер 1, страница 203.

Условие.

1. Почему в растворе гидрокарбоната натрия среда щелочная, а в растворе гидросульфита натрия — кислотная?

Решение.

Решение 2.

Решение

Оба вещества – гидрокарбонат натрия ($NaHCO_3$) и гидросульфит натрия ($NaHSO_3$) – являются кислыми солями, образованными сильным основанием ($NaOH$) и слабой двухосновной кислотой (угольной $H_2CO_3$ и сернистой $H_2SO_3$ соответственно). При растворении в воде эти соли полностью диссоциируют на ионы:

$NaHCO_3 \rightarrow Na^+ + HCO_3^-$

$NaHSO_3 \rightarrow Na^+ + HSO_3^-$

Ион натрия ($Na^+$) не подвергается гидролизу, так как образован сильным основанием. Среду раствора определяют свойства гидроанионов ($HCO_3^-$ и $HSO_3^-$), которые являются амфотерными (амфипротными), то есть могут проявлять и кислотные, и основные свойства. Для каждого гидроаниона в растворе протекают два конкурирующих процесса: гидролиз (проявление основных свойств) и диссоциация (проявление кислотных свойств). Характер среды зависит от того, какой из этих процессов преобладает, что определяется сравнением константы основности (гидролиза) $K_b$ и константы кислотности (диссоциации) $K_a$ для каждого аниона.

В растворе гидрокарбоната натрия гидроанион $HCO_3^-$ участвует в следующих равновесиях:

1. Гидролиз (проявление основных свойств): $HCO_3^- + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 + OH^-$

2. Диссоциация (проявление кислотных свойств): $HCO_3^- \rightleftharpoons CO_3^{2-} + H^+$

Константа основности для $HCO_3^-$ вычисляется через первую константу диссоциации угольной кислоты ($K_{a1}(H_2CO_3) \approx 4.3 \cdot 10^{-7}$):

$K_b(HCO_3^-) = \frac{K_w}{K_{a1}(H_2CO_3)} = \frac{1.0 \cdot 10^{-14}}{4.3 \cdot 10^{-7}} \approx 2.3 \cdot 10^{-8}$

Константа кислотности для $HCO_3^-$ равна второй константе диссоциации угольной кислоты:

$K_a(HCO_3^-) = K_{a2}(H_2CO_3) \approx 5.6 \cdot 10^{-11}$

Поскольку $K_b(HCO_3^-) > K_a(HCO_3^-)$ ($2.3 \cdot 10^{-8} > 5.6 \cdot 10^{-11}$), процесс гидролиза преобладает над процессом диссоциации. В результате в растворе создается избыток гидроксид-ионов ($OH^-$), что обусловливает щелочную среду ($pH > 7$).

В растворе гидросульфита натрия гидроанион $HSO_3^-$ участвует в следующих равновесиях:

1. Гидролиз (проявление основных свойств): $HSO_3^- + H_2O \rightleftharpoons H_2SO_3 + OH^-$

2. Диссоциация (проявление кислотных свойств): $HSO_3^- \rightleftharpoons SO_3^{2-} + H^+$

Константа основности для $HSO_3^-$ вычисляется через первую константу диссоциации сернистой кислоты ($K_{a1}(H_2SO_3) \approx 1.5 \cdot 10^{-2}$):

$K_b(HSO_3^-) = \frac{K_w}{K_{a1}(H_2SO_3)} = \frac{1.0 \cdot 10^{-14}}{1.5 \cdot 10^{-2}} \approx 6.7 \cdot 10^{-13}$

Константа кислотности для $HSO_3^-$ равна второй константе диссоциации сернистой кислоты:

$K_a(HSO_3^-) = K_{a2}(H_2SO_3) \approx 6.3 \cdot 10^{-8}$

В этом случае $K_a(HSO_3^-) > K_b(HSO_3^-)$ ($6.3 \cdot 10^{-8} > 6.7 \cdot 10^{-13}$), поэтому процесс диссоциации преобладает над процессом гидролиза. В результате в растворе создается избыток ионов водорода ($H^+$), что обусловливает кислотную среду ($pH < 7$).

Ответ: Среда в растворах этих солей определяется соотношением констант кислотности ($K_a$) и основности ($K_b$) для амфотерных гидроанионов. Для гидрокарбонат-иона $HCO_3^-$ константа основности больше константы кислотности ($K_b > K_a$), поэтому преобладает гидролиз и среда щелочная. Для гидросульфит-иона $HSO_3^-$ константа кислотности больше константы основности ($K_a > K_b$), поэтому преобладает диссоциация и среда кислотная.