Номер 4, страница 154 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

4. Объясните, почему реакция между разбавленным раствором серной кислоты и нитратом калия не протекает до конца, а при действии на твёрдую соль концентрированной серной кислоты образуется азотная кислота.

Данный вопрос рассматривает два различных условия проведения реакции между серной кислотой и нитратом калия, что приводит к разным результатам.

Почему реакция между разбавленным раствором серной кислоты и нитратом калия не протекает до конца

Реакция обмена в растворах электролитов протекает до конца только в том случае, если один из продуктов реакции удаляется из реакционной среды. Это происходит при образовании:

• осадка (нерастворимого вещества);
• газа;
• малодиссоциирующего вещества (например, воды или слабой кислоты).

Рассмотрим реакцию между разбавленными растворами серной кислоты и нитрата калия. Молекулярное уравнение реакции выглядит следующим образом:

$H_2SO_4(р-р) + 2KNO_3(р-р) \rightleftharpoons K_2SO_4(р-р) + 2HNO_3(р-р)$

Все вещества, участвующие в этой реакции (как исходные, так и продукты), являются сильными электролитами и хорошо растворимы в воде. В разбавленном растворе они полностью диссоциированы на ионы. Запишем полное ионное уравнение:

$2H^+ + SO_4^{2-} + 2K^+ + 2NO_3^- \rightleftharpoons 2K^+ + SO_4^{2-} + 2H^+ + 2NO_3^-$

Как видно из уравнения, набор ионов в левой и правой частях полностью совпадает. Это означает, что фактически химического превращения не происходит. В растворе просто находится смесь ионов $H^+$, $K^+$, $SO_4^{2-}$, $NO_3^-$. Ни одно из условий необратимости реакции ионного обмена не выполняется. Поэтому реакция является обратимой и не протекает до конца.

Ответ: Реакция в разбавленном растворе не идёт до конца, так как все исходные вещества и продукты являются сильными, хорошо растворимыми в воде электролитами, и в ходе реакции не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита, что является необходимым условием для смещения равновесия в сторону продуктов.

Почему при действии на твёрдую соль концентрированной серной кислоты образуется азотная кислота

Ситуация кардинально меняется при использовании концентрированной серной кислоты и твёрдого нитрата калия. Этот метод является промышленным и лабораторным способом получения азотной кислоты. Реакция протекает при небольшом нагревании:

$KNO_3(тв) + H_2SO_4(конц) \xrightarrow{t} KHSO_4 + HNO_3 \uparrow$

Ключевое различие заключается в физических свойствах кислот:

• Серная кислота ($H_2SO_4$) — нелетучая кислота с очень высокой температурой кипения (около 337 °C).
• Азотная кислота ($HNO_3$) — летучая кислота с относительно низкой температурой кипения (около 83 °C).

При нагревании смеси концентрированная серная кислота, как менее летучая, вытесняет более летучую азотную кислоту из её соли. Образующаяся азотная кислота при температуре реакции находится в газообразном состоянии и немедленно покидает реакционную смесь.

Согласно принципу Ле Шателье, постоянное удаление одного из продуктов реакции (в данном случае, газообразной $HNO_3$) смещает химическое равновесие вправо, то есть в сторону образования продуктов. Это заставляет реакцию протекать практически до конца.

Ответ: Реакция между твёрдым нитратом калия и концентрированной серной кислотой идёт до конца, потому что концентрированная серная кислота является нелетучей и вытесняет летучую азотную кислоту из её соли. Образующаяся азотная кислота при нагревании улетучивается, покидает сферу реакции, что, согласно принципу Ле Шателье, смещает равновесие в сторону продуктов и обеспечивает полноту протекания реакции.