Номер 7, страница 13, часть 1 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

7. Почему при растворении концентрированной серной кислоты в воде выделяется большое количество теплоты?

7. Решение:

Растворение концентрированной серной кислоты ($H_2SO_4$) в воде — это сильно экзотермический процесс, то есть процесс, идущий с выделением большого количества теплоты. Это явление объясняется совокупностью двух основных физико-химических процессов: гидратации и диссоциации.

1. Гидратация. Концентрированная серная кислота является очень сильным водоотнимающим средством, что свидетельствует о её высоком сродстве к воде. Молекулы серной кислоты ($H_2SO_4$) активно взаимодействуют с полярными молекулами воды ($H_2O$), образуя прочные соединения — гидраты. Примерами таких гидратов являются $H_2SO_4 \cdot H_2O$, $H_2SO_4 \cdot 2H_2O$ и $H_2SO_4 \cdot 4H_2O$. Процесс образования новых, более прочных химических связей (в данном случае водородных связей в гидратах) всегда сопровождается выделением энергии. В случае серной кислоты эта выделяющаяся энергия (теплота гидратации) очень велика.

2. Диссоциация. Серная кислота — сильный электролит. Попадая в воду, она ионизируется (диссоциирует). Этот процесс протекает в две стадии, и обе они являются экзотермическими.

Первая стадия диссоциации протекает практически полностью, так как серная кислота является сильной кислотой по первой ступени:

$H_2SO_4 + H_2o \rightarrow H_3O^+ + HSO_4^-$

Вторая стадия диссоциации является обратимой, и гидросульфат-ион ($HSO_4^-$) — это кислота средней силы:

$HSO_4^- + H_2o \rightleftharpoons H_3O^+ + SO_4^{2-}$

Процесс ионизации, как и гидратация, сопровождается выделением тепла за счет образования гидратированных ионов (ионов, окруженных молекулами воды), что энергетически более выгодно, чем существование раздельных молекул.

Таким образом, общее количество теплоты, выделяющееся при растворении серной кислоты, является суммой тепловых эффектов гидратации и диссоциации. Энергия, выделяющаяся при образовании новых связей в гидратах и гидратированных ионах, значительно превосходит энергию, необходимую для разрыва связей в исходных молекулах, что и приводит к сильному разогреву раствора.

Ответ:

Большое количество теплоты при растворении концентрированной серной кислоты в воде выделяется вследствие двух основных экзотермических процессов: 1) гидратации — образования прочных соединений молекул кислоты с молекулами воды (гидратов), и 2) диссоциации — ионизации кислоты с образованием гидратированных ионов. Суммарный энергетический выигрыш от образования новых связей и есть выделяющаяся теплота.