Страница 42 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

4. Используя дополнительные источники информации, рассмотрите гидролиз цианида калия и объясните летальное действие этого вещества.

Гидролиз цианида калия

Цианид калия ($KCN$) – это соль, образованная сильным основанием (гидроксидом калия, $KOH$) и очень слабой кислотой (циановодородной или синильной кислотой, $HCN$). При растворении в воде $KCN$ как сильный электролит полностью диссоциирует на ионы:
$KCN \rightarrow K^+ + CN^-$
Катион калия ($K^+$) образован сильным основанием, поэтому он не вступает в реакцию с водой. Анион ($CN^-$) образован слабой кислотой, поэтому он взаимодействует с водой, то есть подвергается гидролизу.
Процесс гидролиза описывается следующим ионным уравнением:
$CN^- + H_2O \rightleftharpoons HCN + OH^-$
В результате реакции образуется свободная синильная кислота ($HCN$) и гидроксид-ионы ($OH^-$). Накопление гидроксид-ионов создает в растворе щелочную среду ($pH > 7$).
Полное молекулярное уравнение гидролиза выглядит так:
$KCN + H_2O \rightleftharpoons HCN + KOH$
Равновесие в этой реакции смещено влево, но даже небольшого количества образующейся синильной кислоты — летучего вещества с характерным запахом горького миндаля — достаточно для проявления высокой токсичности.

Летальное действие цианида калия

Летальное действие цианида калия и образующейся из него синильной кислоты основано на их способности блокировать клеточное дыхание.
При попадании цианида калия в организм, особенно в кислую среду желудка, содержащую соляную кислоту ($HCl$), равновесие реакции гидролиза сильно смещается вправо, что приводит к быстрому образованию большого количества свободной синильной кислоты:
$KCN + HCl \rightarrow KCl + HCN$
Далее синильная кислота быстро всасывается в кровь и разносится по всему организму.
Механизм отравления заключается в следующем:
Цианид-ион ($CN^-$) является ингибитором фермента цитохром с-оксидазы (также известного как комплекс IV дыхательной цепи), который находится в митохондриях клеток. Цианид необратимо связывается с ионом трехвалентного железа ($Fe^{3+}$), входящим в состав этого фермента.
Это связывание блокирует последний этап цепи переноса электронов, в результате чего прекращается перенос электронов на кислород. Клетки теряют способность использовать кислород для синтеза АТФ (аденозинтрифосфата) — универсального источника энергии.
Возникает состояние, называемое тканевой (гистотоксической) гипоксией: кислород присутствует в крови в достаточном количестве (поэтому венозная кровь при отравлении цианидами может быть алой, как артериальная), но ткани не могут его использовать. Это приводит к острому энергетическому дефициту, быстрой гибели клеток, в первую очередь в центральной нервной системе и сердце. Смерть наступает в течение нескольких минут от остановки дыхания и сердечной деятельности.

Ответ: Гидролиз цианида калия ($KCN$), соли сильного основания и слабой кислоты, протекает по аниону ($CN^- + H_2O \rightleftharpoons HCN + OH^-$), что приводит к образованию щелочной среды и выделению чрезвычайно токсичной синильной кислоты ($HCN$). Летальное действие вещества обусловлено тем, что при попадании в организм (особенно в кислую среду желудка) образуется синильная кислота. Ее цианид-ионы ($CN^-$) блокируют клеточное дыхание, необратимо связываясь с ферментом цитохром с-оксидазой в митохондриях и делая невозможным использование кислорода клетками для производства энергии (АТФ). Это вызывает тканевую гипоксию, быстрый паралич жизненно важных функций и смерть.

5. Одна из наиболее сильных кислот — хлорная кислота $HClO_4$. Предложите два примера гидролиза по катиону её солей — хлоратов.

1)

Хлорная кислота $HClO_4$ — это одна из сильнейших неорганических кислот. Её соли называются перхлоратами. Гидролиз солей по катиону происходит в том случае, если соль образована катионом слабого основания и анионом сильной кислоты. Поскольку перхлорат-ион $ClO_4^-$ является анионом сильной кислоты, он не подвергается гидролизу. Следовательно, гидролиз перхлоратов будет протекать по катиону, если соль образована слабым основанием. В результате реакции катиона с водой в растворе будут накапливаться ионы водорода $H^+$, и среда станет кислой ($pH < 7$).

Ниже приведены два примера такого гидролиза.

1) Гидролиз перхлората аммония ($NH_4ClO_4$)

Эта соль образована катионом аммония $NH_4^+$, который соответствует слабому основанию — гидрату аммиака $NH_3 \cdot H_2O$, и перхлорат-анионом $ClO_4^-$. При растворении в воде соль диссоциирует на ионы:

$NH_4ClO_4 \rightarrow NH_4^+ + ClO_4^-$

Катион аммония взаимодействует с водой (гидролизуется), что приводит к образованию ионов водорода и созданию кислой среды. Уравнение гидролиза в сокращенной ионной форме выглядит следующим образом:

$NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O + H^+$

Ответ: Первым примером является гидролиз перхлората аммония. Сокращенное ионное уравнение гидролиза: $NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O + H^+$.

2) Гидролиз перхлората алюминия ($Al(ClO_4)_3$)

Эта соль образована катионом алюминия $Al^{3+}$, который соответствует слабому нерастворимому основанию — гидроксиду алюминия $Al(OH)_3$, и перхлорат-анионом $ClO_4^-$. Диссоциация соли в воде:

$Al(ClO_4)_3 \rightarrow Al^{3+} + 3ClO_4^-$

Гидролиз многозарядного катиона $Al^{3+}$ протекает ступенчато. Наибольший вклад в изменение кислотности среды вносит первая ступень гидролиза:

$Al^{3+} + H_2O \rightleftharpoons Al(OH)^{2+} + H^+$

Как и в первом примере, в результате реакции образуются ионы водорода, и раствор приобретает выраженную кислую реакцию среды.

Ответ: Вторым примером является гидролиз перхлората алюминия. Сокращенное ионное уравнение первой ступени гидролиза: $Al^{3+} + H_2O \rightleftharpoons Al(OH)^{2+} + H^+$.