Номер 5, страница 97 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 21. Гидролиз органических и неорганических соединений. Глава IV. Растворы - номер 5, страница 97.

Условие.

5*. Укажите черты сходства и различия в составе растворов фосфата натрия и фосфорной кислоты. Дайте обоснованный ответ.

Решение.

Решение 2.

Для анализа сходств и различий в составе водных растворов фосфорной кислоты ($H_3PO_4$) и фосфата натрия ($Na_3PO_4$) необходимо рассмотреть процессы, происходящие при растворении этих веществ в воде.

Черты сходства

Несмотря на разную химическую природу, растворы фосфорной кислоты и фосфата натрия имеют ряд общих черт в своем ионно-молекулярном составе.

1. Общий растворитель. В обоих случаях растворителем является вода, поэтому основной компонент обоих растворов — молекулы $H_2O$.

2. Наличие общих ионов. В результате электролитической диссоциации и гидролиза в обоих растворах одновременно присутствуют следующие частицы:

   • В растворе фосфорной кислоты ($H_3PO_4$), которая является слабой трехосновной кислотой, устанавливается равновесие ступенчатой диссоциации:

     I ступень: $H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^-$

     II ступень: $H_2PO_4^- \rightleftharpoons H^+ + HPO_4^{2-}$

     III ступень: $HPO_4^{2-} \rightleftharpoons H^+ + PO_4^{3-}$

     Таким образом, в растворе присутствуют ионы $H_2PO_4^-$, $HPO_4^{2-}$ и (в очень малой концентрации) $PO_4^{3-}$.

   • В растворе фосфата натрия ($Na_3PO_4$), который является солью сильного основания и слабой кислоты, происходит полная диссоциация:

     $Na_3PO_4 \rightarrow 3Na^+ + PO_4^{3-}$

     Образовавшийся фосфат-ион $PO_4^{3-}$ подвергается ступенчатому гидролизу (взаимодействию с водой):

     I ступень: $PO_4^{3-} + H_2O \rightleftharpoons HPO_4^{2-} + OH^-$

     II ступень: $HPO_4^{2-} + H_2O \rightleftharpoons H_2PO_4^- + OH^-$

     III ступень: $H_2PO_4^- + H_2O \rightleftharpoons H_3PO_4 + OH^-$

     В результате в растворе соли также образуются ионы $HPO_4^{2-}$, $H_2PO_4^-$ и даже некоторое количество недиссоциированных молекул $H_3PO_4$.

3. Присутствие ионов $H^+$ и $OH^-$. В любом водном растворе происходит автопротолиз воды: $H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-$. Кроме того, в растворе кислоты $H^+$ образуются при диссоциации, а в растворе соли $OH^-$ образуются при гидролизе. Следовательно, ионы $H^+$ и $OH^-$ есть в обоих растворах, хотя и в разных концентрациях.

Ответ:

Общими чертами состава растворов фосфорной кислоты и фосфата натрия является наличие в них одинакового набора частиц: молекул воды ($H_2O$), ионов дигидрофосфата ($H_2PO_4^-$), гидрофосфата ($HPO_4^{2-}$), фосфата ($PO_4^{3-}$), ионов водорода ($H^+$) и гидроксид-ионов ($OH^-$), а также молекул фосфорной кислоты ($H_3PO_4$).

Различия

Ключевые различия в составе растворов обусловлены разной природой растворенных веществ и, как следствие, разными доминирующими процессами.

1. Преобладающие частицы в растворе.

   • В растворе фосфорной кислоты, как слабой кислоты, большая часть вещества находится в виде недиссоциированных молекул $H_3PO_4$.
   • В растворе фосфата натрия, как сильного электролита, вещество практически полностью диссоциировано, поэтому преобладающими частицами являются ионы натрия $Na^+$ и фосфат-ионы $PO_4^{3-}$.

2. Реакция среды (значение pH).

   • Раствор фосфорной кислоты имеет кислую среду ($pH < 7$), так как в результате ее диссоциации концентрация ионов водорода $H^+$ становится выше концентрации гидроксид-ионов $OH^-$.
   • Раствор фосфата натрия имеет сильнощелочную среду ($pH > 7$). Это вызвано процессом гидролиза фосфат-иона, который связывает протоны из воды, приводя к накоплению избытка гидроксид-ионов $OH^-$.

3. Наличие уникальных ионов.

   • Только в растворе фосфата натрия присутствуют катионы натрия $Na^+$.

4. Соотношение концентраций частиц.

   • В растворе $H_3PO_4$: $[H_3PO_4]$ — наибольшая концентрация, концентрации продуктов диссоциации убывают с каждой ступенью: $[H_2PO_4^-] > [HPO_4^{2-}] > [PO_4^{3-}]$. При этом $[H^+] > [OH^-]$.
   • В растворе $Na_3PO_4$: $[Na^+]$ и $[PO_4^{3-}]$ — наибольшие концентрации. Концентрации продуктов гидролиза значительно меньше и убывают с каждой ступенью: $[HPO_4^{2-}] > [H_2PO_4^-] > [H_3PO_4]$. При этом $[OH^-] > [H^+]$.

Ответ:

Основные различия в составе растворов:

• В растворе фосфорной кислоты основная растворенная частица — молекула $H_3PO_4$, а в растворе фосфата натрия — ионы $Na^+$ и $PO_4^{3-}$.
• Раствор фосфорной кислоты имеет кислую среду ($pH < 7$), а раствор фосфата натрия — щелочную ($pH > 7$).
• В растворе фосфата натрия содержатся ионы $Na^+$, отсутствующие в растворе чистой фосфорной кислоты.
• Количественные соотношения концентраций всех общих частиц в этих двух растворах кардинально различаются.