Номер 10, страница 19 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

10. Тепловые эффекты реакций нейтрализации между соляной кислотой и гидроксидом натрия, серной кислотой и гидроксидом калия, азотной кислотой и гидроксидом лития примерно одинаковы. Как вы думаете, почему? Для ответа на вопрос используйте Интернет.

Тепловые эффекты реакций нейтрализации между сильными кислотами и сильными основаниями, такими как указанные в задаче, действительно примерно одинаковы. Это объясняется тем, что суть процесса нейтрализации в водных растворах для всех этих реакций сводится к одному и тому же химическому превращению.

Все упомянутые реагенты — соляная кислота ($HCl$), серная кислота ($H_2SO_4$), азотная кислота ($HNO_3$), гидроксид натрия ($NaOH$), гидроксид калия ($KOH$) и гидроксид лития ($LiOH$) — являются сильными электролитами. Это означает, что в разбавленных водных растворах они практически полностью диссоциируют (распадаются) на ионы.

• $HCl \rightarrow H⁺ + Cl⁻$
• $H_2SO_4 \rightarrow 2H⁺ + SO_4^{2-}$
• $HNO_3 \rightarrow H⁺ + NO_3⁻$
• $NaOH \rightarrow Na⁺ + OH⁻$
• $KOH \rightarrow K⁺ + OH⁻$
• $LiOH \rightarrow Li⁺ + OH⁻$

Рассмотрим, что происходит во время реакции нейтрализации на ионном уровне. Для примера возьмем реакцию соляной кислоты и гидроксида натрия.

Молекулярное уравнение:
$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

Полное ионное уравнение, учитывающее диссоциацию веществ в растворе:
$H⁺ + Cl⁻ + Na⁺ + OH⁻ \rightarrow Na⁺ + Cl⁻ + H_2O$

В этом уравнении ионы $Na⁺$ и $Cl⁻$ присутствуют и в левой, и в правой части, то есть они не участвуют в химическом превращении. Это так называемые ионы-наблюдатели. Если их сократить, мы получим сокращенное ионное уравнение, которое и отражает суть реакции:
$H⁺(aq) + OH⁻(aq) \rightarrow H_2O(l)$

Если проделать то же самое для других пар (например, азотной кислоты и гидроксида лития), результат будет тем же:

Полное ионное уравнение: $H⁺ + NO_3⁻ + Li⁺ + OH⁻ \rightarrow Li⁺ + NO_3⁻ + H_2O$
Сокращенное ионное уравнение: $H⁺(aq) + OH⁻(aq) \rightarrow H_2O(l)$

Таким образом, химическая суть любой реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием заключается во взаимодействии ионов водорода $H⁺$ и гидроксид-ионов $OH⁻$ с образованием молекулы воды $H_2O$.

Тепловой эффект (энтальпия реакции, $\Delta H$) — это количество теплоты, которое выделяется или поглощается в ходе реакции. Поскольку во всех перечисленных случаях происходит один и тот же основной процесс образования воды из ионов, то и количество выделяемой теплоты, рассчитанное на 1 моль образовавшихся молекул воды, будет примерно одинаковым. Эта величина называется стандартной энтальпией нейтрализации и составляет около $-57,3$ кДж/моль.

Небольшие отклонения от этого значения связаны со вторичными эффектами, такими как разная энергия гидратации ионов-наблюдателей ($Na⁺, K⁺, Li⁺, Cl⁻, SO_4^{2-}, NO_3⁻$) и теплота разбавления исходных растворов.

Ответ: Тепловые эффекты реакций нейтрализации между указанными сильными кислотами и сильными основаниями примерно одинаковы, потому что в водных растворах все эти реакции сводятся к одному и тому же процессу — взаимодействию ионов водорода $H⁺$ и гидроксид-ионов $OH⁻$ с образованием молекул воды $H₂O$. Сокращенное ионное уравнение для всех этих реакций одинаково: $H⁺ + OH⁻ \rightarrow H₂O$. Так как химическая суть процесса одна и та же, количество выделяемой теплоты на 1 моль образовавшейся воды также практически постоянно.