Номер 2, страница 203 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 5. Химические реакции в водных растворах. Параграф 29. Гидролиз неорганических соединений - номер 2, страница 203.

Условие.

2. Почему при кипячении раствора хлорида железа(III) появляется осадок? Каким образом можно подавить гидролиз хлорида железа(III)? Как влияет концентрация соли на степень гидролиза?

Решение.

Решение 2.

Почему при кипячении раствора хлорида железа(III) появляется осадок?

Хлорид железа(III), $FeCl_3$, является солью, образованной слабым основанием ($Fe(OH)_3$) и сильной кислотой ($HCl$). В водном растворе такие соли подвергаются гидролизу по катиону. Гидролиз хлорида железа(III) протекает ступенчато:

I ступень: $Fe^{3+} + H_2O \rightleftharpoons [Fe(OH)]^{2+} + H^+$
II ступень: $[Fe(OH)]^{2+} + H_2O \rightleftharpoons [Fe(OH)_2]^{+} + H^+$
III ступень: $[Fe(OH)_2]^{+} + H_2O \rightleftharpoons Fe(OH)_3 \downarrow + H^+$

Процесс гидролиза является эндотермическим (протекает с поглощением тепла). Согласно принципу Ле Шателье, при повышении температуры (в данном случае, при кипячении) равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, то есть вправо, в сторону продуктов гидролиза. Смещение равновесия становится настолько значительным, что гидролиз доходит до последней ступени с образованием нерастворимого гидроксида железа(III) $Fe(OH)_3$, который выпадает в виде бурого осадка. Этот процесс можно считать практически необратимым при кипячении.

Суммарное уравнение реакции при кипячении:
$FeCl_3 + 3H_2O \xrightarrow{t°} Fe(OH)_3 \downarrow + 3HCl$

Ответ: Осадок появляется из-за усиления гидролиза соли при нагревании. Кипячение смещает равновесие в сторону образования нерастворимого продукта — гидроксида железа(III) $Fe(OH)_3$.

Каким образом можно подавить гидролиз хлорида железа(III)?

Для подавления гидролиза необходимо сместить равновесие реакции $Fe^{3+} + H_2O \rightleftharpoons [Fe(OH)]^{2+} + H^+$ влево, в сторону исходных веществ. Согласно принципу Ле Шателье, для этого нужно увеличить концентрацию одного из продуктов реакции. В данном случае продуктами являются ионы $[Fe(OH)]^{2+}$ и ионы водорода $H^+$.

Наиболее простой способ — добавить в раствор сильную кислоту, например, соляную кислоту ($HCl$). Это приведет к увеличению концентрации ионов $H^+$ в растворе. В соответствии с принципом Ле Шателье, увеличение концентрации $H^+$ сместит равновесие гидролиза влево, уменьшая образование гидроксокомплексов и подавляя процесс гидролиза. Именно поэтому растворы солей, подверженных гидролизу по катиону, часто хранят в подкисленном виде.

Ответ: Подавить гидролиз хлорида железа(III) можно, добавив в раствор сильную кислоту (например, $HCl$), чтобы увеличить концентрацию ионов $H^+$ и сместить равновесие гидролиза влево.

Как влияет концентрация соли на степень гидролиза?

Степень гидролиза ($\alpha$) показывает, какая доля от общего числа растворенных молекул соли подверглась гидролизу. Зависимость степени гидролиза от концентрации соли можно описать законом разбавления Оствальда.

Для первой ступени гидролиза константа гидролиза ($K_h$) выражается как: $K_h = \frac{[[Fe(OH)]^{2+}] \cdot [H^+]}{[Fe^{3+}]}$

Если обозначить исходную концентрацию соли как $\text{C}$, а степень гидролиза как $\alpha$, то в состоянии равновесия концентрации будут: $[[Fe(OH)]^{2+}] = C\alpha$, $[H^+] = C\alpha$, $[Fe^{3+}] = C(1-\alpha)$.

Тогда: $K_h = \frac{(C\alpha)(C\alpha)}{C(1-\alpha)} = \frac{C\alpha^2}{1-\alpha}$.

Поскольку гидролиз обычно протекает в небольшой степени ($\alpha \ll 1$), знаменателем $(1-\alpha)$ можно пренебречь, приняв его равным 1. Тогда выражение упрощается: $K_h \approx C\alpha^2$, откуда степень гидролиза $\alpha \approx \sqrt{\frac{K_h}{C}}$.

Из этой формулы видно, что степень гидролиза $\alpha$ обратно пропорциональна квадратному корню из концентрации соли $\text{C}$. Таким образом, при уменьшении концентрации соли (т.е. при разбавлении раствора) степень гидролиза увеличивается.

Ответ: С уменьшением концентрации соли (при разбавлении раствора) степень гидролиза увеличивается.