Страница 68 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

При смешивании растворов хлорида натрия и серной кислоты не наблюдается признаков химической реакции. Однако если взять для реакции концентрированную серную кислоту и твёрдый хлорид натрия, то нетрудно заметить выделение газа с резким запахом, особенно если реакция проводится при нагревании. Почему? Как условия реакции влияют на её протекание?

Почему?

Данное явление объясняется различием в условиях протекания реакции ионного обмена и принципом смещения химического равновесия (принципом Ле Шателье).

1. При смешивании водных растворов хлорида натрия ($NaCl$) и серной кислоты ($H_2SO_4$), оба вещества являются сильными электролитами и полностью диссоциированы на ионы. Потенциальная реакция обмена выглядит так: $2NaCl_{(р-р)} + H_2SO_4{(р-р)} \leftrightarrow Na_2SO_4{(р-р)} + 2HCl_{(р-р)}$ В полном ионном виде уравнение показывает, что все вещества остаются в растворе в виде ионов: $2Na^+ + 2Cl^- + 2H^+ + SO_4^{2-} \leftrightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-} + 2H^+ + 2Cl^-$ Как видно, ионы в левой и правой частях уравнения одинаковы. Реакция является обратимой, и для её смещения вправо необходимо, чтобы один из продуктов уходил из сферы реакции (в виде осадка, газа) или являлся слабым электролитом (например, вода). В данном случае ни одно из этих условий не выполняется: все продукты растворимы и являются сильными электролитами. Поэтому видимых признаков реакции не наблюдается.

2. При смешивании твердого хлорида натрия ($NaCl_{(тв)}$) и концентрированной серной кислоты ($H_2SO_4{(конц)}$), условия принципиально иные. Концентрированная серная кислота — нелетучая кислота (с высокой температурой кипения), в то время как хлороводород ($HCl$) — газ, то есть летучее соединение. Серная кислота вытесняет летучую соляную кислоту из её соли. Происходит следующая реакция: $NaCl_{(тв)} + H_2SO_4{(конц)} \rightarrow NaHSO_4 + HCl_{(г)}\uparrow$ Образующийся хлороводород ($HCl$) является газом с резким запахом и покидает сферу реакции. Согласно принципу Ле Шателье, удаление продукта из системы смещает равновесие вправо, то есть в сторону образования продуктов. Это и является движущей силой реакции.

Ответ: Реакция между растворами не идет, так как это обратимый процесс ионного обмена между сильными электролитами, в результате которого не образуется газ, осадок или слабый электролит. Реакция с твердой солью и концентрированной кислотой идет, потому что нелетучая серная кислота вытесняет летучую соляную кислоту (газообразный хлороводород) из её соли, и уход газа из реакционной смеси смещает равновесие в сторону продуктов.

Как условия реакции влияют на её протекание?

Условия реакции играют ключевую роль в определении возможности и направления её протекания.

Концентрация: Использование именно концентрированной серной кислоты является обязательным условием. Во-первых, она является нелетучей, в отличие от образующегося хлороводорода. Во-вторых, в концентрированной кислоте очень мало воды, поэтому образующийся $HCl$ не растворяется в ней с образованием соляной кислоты, а выделяется в виде газа. В разбавленном растворе этого бы не произошло.

Агрегатное состояние: Применение твердого хлорида натрия обеспечивает высокую концентрацию реагента непосредственно в зоне контакта с кислотой, что способствует протеканию реакции.

Температура:Нагревание влияет на реакцию несколькими способами. Во-первых, оно увеличивает скорость химической реакции (согласно правилу Вант-Гоффа). Во-вторых, и это более важно в данном контексте, нагревание уменьшает растворимость газов в жидкостях. Таким образом, при повышении температуры хлороводород еще активнее покидает реакционную смесь, что еще сильнее смещает равновесие вправо. При сильном нагревании реакция может пойти дальше с образованием средней соли: $2NaCl_{(тв)} + H_2SO_4{(конц)} \xrightarrow{t>150^{\circ}C} Na_2SO_4 + 2HCl_{(г)}\uparrow$

Ответ: Условия напрямую определяют возможность протекания реакции. Высокая концентрация серной кислоты и твердое агрегатное состояние хлорида натрия создают условия для вытеснения летучего хлороводорода. Нагревание ускоряет этот процесс и способствует более полному удалению газообразного продукта из системы, смещая равновесие в сторону продуктов.