ГДЗ по Химии 8 Класс Параграф 38 Вопрос 3 Базовый Уровень Габриелян — Подробные Ответы

Запишите молекулярное и ионное уравнения реакций между карбонатом калия и фосфорной кислотой. Что объединяет эту реакцию и те реакции, о которых говорилось в конце параграфа?

Молекулярное уравнение:
\(3\text{K}_2\text{CO}_3 + 2\text{H}_3\text{PO}_4 \rightarrow 2\text{K}_3\text{PO}_4 + 3\text{H}_2\text{O} + 3\text{CO}_2\uparrow\)

Полное ионное уравнение:
\(6\text{K}^+ + 3\text{CO}_3^{2-} + 6\text{H}^+ + 2\text{PO}_4^{3-} \rightarrow 6\text{K}^+ + 2\text{PO}_4^{3-} + 3\text{H}_2\text{O} + 3\text{CO}_2\uparrow\)

Сокращённое ионное уравнение:
\(2\text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-} \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow\)

Объяснение:

Во время реакции выделяется углекислый газ, что вызывает эффект «вскипания». Это объясняет, почему реакция обмена завершается полностью. Как и в описанных ранее реакциях, здесь соблюдается одно из условий завершения ионного обмена: выпадение осадка, выделение газа или образование слабого электролита.

Давайте подробно разберем представленную химическую реакцию между карбонатом калия и фосфорной кислотой, а также объясним, что объединяет ее с другими реакциями ионного обмена.

Эта реакция является классическим примером реакции ионного обмена (или реакции двойного замещения), которая протекает в водном растворе.

1. Молекулярное уравнение

Молекулярное уравнение:
\(3\text{K}_2\text{CO}_3 + 2\text{H}_3\text{PO}_4 \rightarrow 2\text{K}_3\text{PO}_4 + 3\text{H}_2\text{O} + 3\text{CO}_2\uparrow\)

— Что оно показывает: Это уравнение представляет собой «рецепт» реакции, показывающий все участвующие вещества в их полной молекулярной форме, а также стехиометрические коэффициенты (числа перед формулами), которые обеспечивают баланс атомов каждого элемента с обеих сторон уравнения.

— Реагенты:

• \(\text{K}_2\text{CO}_3\) (Карбонат калия): Это соль, образованная сильным основанием (KOH) и слабой кислотой (угольной кислотой, \(\text{H}_2\text{CO}_3\)). В водном растворе \(\text{K}_2\text{CO}_3\) является сильным электролитом и полностью диссоциирует на ионы.
• \(\text{H}_3\text{PO}_4\) (Фосфорная кислота): Это слабая кислота. Хотя она и слабая, в присутствии сильного акцептора протонов (как карбонат-ионы) она способна отдавать свои ионы водорода (\(\text{H}^+\)).

— Продукты:

• \(\text{K}_3\text{PO}_4\) (Ортофосфат калия): Это соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой. Она хорошо растворима в воде и является сильным электролитом.
• \(\text{H}_2\text{O}\) (Вода): Образуется в результате взаимодействия ионов водорода и кислорода (из карбонат-иона). Вода является очень слабым электролитом.
• \(\text{CO}_2\uparrow\) (Углекислый газ): Образуется в результате разложения угольной кислоты (\(\text{H}_2\text{CO}_3\)), которая является нестабильным промежуточным продуктом. Символ \(\uparrow\) указывает на то, что это газ, который покидает раствор.

— Балансировка: Коэффициенты (3, 2, 2, 3, 3) подобраны таким образом, чтобы количество атомов каждого элемента (K, C, O, H, P) было одинаковым как в левой (реагенты), так и в правой (продукты) части уравнения. Например, слева: \(3 \times 2 = 6\) атомов K, справа: \(2 \times 3 = 6\) атомов K.

2. Полное ионное уравнение

Полное ионное уравнение:
\(6\text{K}^+ + 3\text{CO}_3^{2-} + 6\text{H}^+ + 2\text{PO}_4^{3-} \rightarrow 6\text{K}^+ + 2\text{PO}_4^{3-} + 3\text{H}_2\text{O} + 3\text{CO}_2\uparrow\)

— Что оно показывает: Это уравнение детализирует, какие частицы (ионы) фактически присутствуют в растворе. Сильные электролиты (растворимые соли, сильные кислоты, сильные основания) записываются в виде диссоциированных ионов, так как они полностью распадаются на ионы в водном растворе. Слабые электролиты (вода), газы и нерастворимые вещества записываются в молекулярной форме.

— Диссоциация реагентов:

• \(3\text{K}_2\text{CO}_3\) диссоциирует на \(6\text{K}^+\) (потому что \(3 \times 2 = 6\)) и \(3\text{CO}_3^{2-}\).
• \(2\text{H}_3\text{PO}_4\): Хотя фосфорная кислота является слабой, в контексте реакции с сильным акцептором протонов (карбонат-ионом) она предоставляет ионы \(\text{H}^+\). Для баланса ионного уравнения мы записываем ее как источник \(6\text{H}^+\) (потому что \(2 \times 3 = 6\)) и \(2\text{PO}_4^{3-}\).

— Диссоциация продуктов:

• \(2\text{K}_3\text{PO}_4\) диссоциирует на \(6\text{K}^+\) (потому что \(2 \times 3 = 6\)) и \(2\text{PO}_4^{3-}\).
• \(\text{H}_2\text{O}\) и \(\text{CO}_2\uparrow\) остаются в молекулярной форме, так как вода — слабый электролит, а углекислый газ — газ.

3. Сокращённое ионное уравнение

Сокращённое ионное уравнение:
\(2\text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-} \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow\)

— Что оно показывает: Это наиболее «чистое» представление реакции, которое показывает только те ионы, которые непосредственно участвуют в химическом превращении. Ионы, которые присутствуют как в реагентах, так и в продуктах в неизменном виде, называются ионами-наблюдателями (или ионами-зрителями) и исключаются из уравнения.

— Ионы-наблюдатели: В данном случае это \(\text{K}^+\) (ионы калия) и \(\text{PO}_4^{3-}\) (фосфат-ионы). Они просто «плавают» в растворе, не участвуя в образовании новых веществ.

— Суть реакции: Сокращённое ионное уравнение четко показывает, что ионы водорода (\(\text{H}^+\)) из кислоты реагируют с карбонат-ионами (\(\text{CO}_3^{2-}\)) из соли.

— Механизм образования продуктов:

• Ионы \(\text{H}^+\) и \(\text{CO}_3^{2-}\) сначала образуют угольную кислоту (\(\text{H}_2\text{CO}_3\)): \(2\text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-} \rightarrow \text{H}_2\text{CO}_3\).
• Угольная кислота очень нестабильна и немедленно разлагается на воду и углекислый газ: \(\text{H}_2\text{CO}_3 \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow\).
• Таким образом, сокращённое ионное уравнение отражает суммарный процесс этого двухстадийного превращения.

Что объединяет эту реакцию с другими реакциями?

Эта реакция относится к классу реакций ионного обмена. Основной принцип, который объединяет эту реакцию с другими реакциями ионного обмена, о которых говорилось (например, в конце параграфа), заключается в условиях, необходимых для полного протекания реакции.

Реакции ионного обмена в растворе протекают до конца (то есть являются практически необратимыми) только в том случае, если в результате реакции образуется один из следующих продуктов:

1. Выпадение осадка: Если один из продуктов реакции нерастворим в воде, он выпадает из раствора в виде твердого вещества (осадка). Это эффективно удаляет его из реакционной среды, смещая равновесие в сторону продуктов и обеспечивая завершение реакции. Пример: \(\text{AgNO}_3 + \text{NaCl} \rightarrow \text{AgCl}\downarrow + \text{NaNO}_3\).

2. Выделение газа: Если один из продуктов реакции является газом, он улетучивается из раствора. Это также приводит к удалению продукта из реакционной зоны, делая реакцию необратимой. Визуально это проявляется как «вскипание» или образование пузырьков. Именно это условие является ключевым для реакции между карбонатом калия и фосфорной кислотой, поскольку выделяется углекислый газ (\(\text{CO}_2\uparrow\)).

3. Образование слабого электролита: Если в результате реакции образуется вещество, которое очень слабо диссоциирует на ионы в растворе (например, вода, слабая кислота или слабое основание), это также приводит к «связыванию» ионов и смещению равновесия в сторону продуктов. В данной реакции образуется вода (\(\text{H}_2\text{O}\)), которая является слабым электролитом, что также способствует ее завершению.

Итог:

Реакция между карбонатом калия и фосфорной кислотой является типичной реакцией ионного обмена, которая протекает до конца благодаря образованию газообразного продукта (\(\text{CO}_2\)) и слабого электролита (\(\text{H}_2\text{O}\)). Визуальное «вскипание» подтверждает выделение газа. Этот принцип — удаление продуктов из раствора путем образования осадка, газа или слабого электролита — является универсальным для всех реакций ионного обмена, которые протекают до завершения.