Условие
Запиши сокращённое ионное уравнение гидролиза карбоната натрия Na₂CO₃ по первой ступени. Объясни, почему в левой части появляется вода, почему процесс обратим и почему в правой части нельзя писать молекулу H₂CO₃.
Что известно и что ищем
- Известно вещество: соль сильного основания NaOH и слабой двухосновной кислоты H₂CO₃.
- Ищем уравнение первой ступени гидролиза и объяснение формы записи.
- Отдельно разбираем, почему гидролиз идёт по аниону, а не по катиону.
Ход решения
- Шаг 1. Определяем слабый ион. Натрий образует сильное основание, поэтому ион натрия с водой не реагирует. Карбонат-ион — остаток слабой угольной кислоты, значит именно он и будет взаимодействовать с водой. Гидролиз идёт по аниону.
- Шаг 2. Записываем, что именно происходит. Карбонат-ион оттягивает у молекулы воды ион водорода. В результате образуется гидрокарбонат-ион HCO₃⁻, а в растворе остаётся гидроксид-ион OH⁻.
- Шаг 3. Записываем сокращённое ионное уравнение первой ступени: CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻. Знак обратимости ставится потому, что гидролиз — процесс, который не идёт до конца: большая часть карбонат-ионов остаётся в растворе в исходном виде.
- Шаг 4. Объясняем, почему в правой части стоит гидрокарбонат, а не угольная кислота. Гидролиз многоосновной кислоты идёт ступенчато: на первой ступени от воды «отбирается» только один ион водорода. Угольная кислота H₂CO₃ получилась бы лишь на второй ступени, и то в ничтожном количестве, а в растворе её практически нет.
- Шаг 5. Добавляем молекулярное уравнение, чтобы связать запись с привычной формой: Na₂CO₃ + H₂O ⇄ NaHCO₃ + NaOH. Видно, что на первой ступени получается кислая соль — гидрокарбонат натрия, и именно поэтому такой раствор применим и в быту, и в лаборатории.
- Шаг 6. Делаем вывод о среде. В правой части сокращённого уравнения появился гидроксид-ион, значит раствор имеет щелочную реакцию. Это объясняет практику: раствор соды мылкий на ощупь, а фенолфталеин в нём розовеет. Проверка индикатором совпадает с выводом, который мы сделали чисто логически, — и это лучший способ убедиться, что запись правильная.
Проверь себя
- Ответ: CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻; среда щелочная, гидролиз идёт по аниону и обратим.
- Проверка вывода: считаем заряды. Слева минус два (карбонат) и ноль (вода), итого минус два. Справа минус один (гидрокарбонат) и минус один (гидроксид), итого тоже минус два. Баланс сошёлся — значит уравнение записано верно.
- Ловушка: писать в правой части H₂CO₃. В водном растворе она почти не существует, поэтому правильная запись — гидрокарбонат-ион; иначе уравнение будет описывать процесс, которого в растворе нет.
Как объяснить ребёнку
«Карбонат — это остаток слабой кислоты, он «голодный» и отбирает у воды водород. Забрал один водород — получился гидрокарбонат, а вода отдала водород и превратилась в гидроксид. Поэтому раствор соды щелочной: он мылкий, и фенолфталеин в нём розовый. А забрать два водорода сразу у него не хватает сил — так и получается «первая ступень»».
Тема для отчёта родителю
«Гидролиз по аниону: почему раствор соды щелочной».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.