Номер 4, страница 76 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

4. Почему раствор стиральной соды $Na_2CO_3$ имеет сильнощелочную среду, а раствор питьевой соды $NaHCO_3$ — слабощелочную?

Разница в щелочности растворов стиральной соды ($Na_2CO_3$) и питьевой соды ($NaHCO_3$) объясняется различной степенью гидролиза их анионов. Обе соли образованы сильным основанием ($NaOH$) и слабой угольной кислотой ($H_2CO_3$), поэтому их водные растворы имеют щелочную реакцию.

Раствор стиральной соды ($Na_2CO_3$)

Карбонат натрия — это соль, образованная сильным основанием и слабой двухосновной кислотой. При растворении в воде он диссоциирует на ионы $Na^+$ и $CO_3^{2-}$. Карбонат-ион $CO_3^{2-}$ подвергается гидролизу, так как является анионом слабой кислоты:

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

В результате этой реакции в растворе образуются гидроксид-ионы ($OH^-$), которые и создают щелочную среду. Карбонат-ион является сопряженным основанием для гидрокарбонат-иона ($HCO_3^-$), который, в свою очередь, является очень слабой кислотой (константа диссоциации $K_{a2}$ для $H_2CO_3$ очень мала). Поэтому $CO_3^{2-}$ — это относительно сильное основание, и его гидролиз протекает в значительной степени, что приводит к образованию высокой концентрации $OH^-$ и, как следствие, к сильнощелочной среде (pH > 11).

Раствор питьевой соды ($NaHCO_3$)

Гидрокарбонат натрия — это кислая соль, которая при растворении в воде диссоциирует на ионы $Na^+$ и $HCO_3^-$. Гидрокарбонат-ион ($HCO_3^-$) является амфотерным, то есть он может проявлять как кислотные, так и основные свойства:

• Как основание (гидролиз): $HCO_3^- + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 + OH^-$
• Как кислота (диссоциация): $HCO_3^- \rightleftharpoons H^+ + CO_3^{2-}$

Для определения характера среды необходимо сравнить константы этих двух процессов. Константа основности для реакции гидролиза ($K_b \approx 2.2 \times 10^{-8}$) больше, чем константа кислотности для реакции диссоциации ($K_a \approx 4.7 \times 10^{-11}$). Это означает, что процесс гидролиза преобладает, и в растворе образуется небольшой избыток ионов $OH^-$. Однако гидрокарбонат-ион $HCO_3^-$ является гораздо более слабым основанием, чем карбонат-ион $CO_3^{2-}$. Поэтому гидролиз протекает в незначительной степени, создавая лишь слабощелочную среду (pH ≈ 8-9).

Ответ: Раствор стиральной соды ($Na_2CO_3$) имеет сильнощелочную среду, так как гидролиз карбонат-иона ($CO_3^{2-}$), который является сильным основанием, протекает в значительной степени, создавая высокую концентрацию гидроксид-ионов. Раствор питьевой соды ($NaHCO_3$) имеет слабощелочную среду, поскольку гидролиз амфотерного гидрокарбонат-иона ($HCO_3^-$), который является слабым основанием, протекает в незначительной степени и создает лишь небольшую концентрацию гидроксид-ионов.