Номер 6, страница 142 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

6. Почему для анионов большинства многоосновных кислот, например $H_2PO_4^-$, $HS^-$, $HCO_3^-$, $HSO_3^-$, диссоциация по второй ступени протекает слабее, чем по первой? Как изменится степень диссоциации при добавлении ионов водорода в растворы этих кислот?

Почему для анионов большинства многоосновных кислот, например $H_2PO_4^-$, $HS^-$, $HCO_3^-$, $HSO_3^-$, диссоциация по второй ступени протекает слабее, чем по первой?

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, то есть отщепляют ионы водорода ($H^+$) последовательно. Диссоциация по каждой последующей ступени протекает значительно слабее предыдущей. Рассмотрим это на примере фосфорной кислоты ($H_3PO_4$):

1-я ступень: $H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^-$

2-я ступень: $H_2PO_4^- \rightleftharpoons H^+ + HPO_4^{2-}$

3-я ступень: $HPO_4^{2-} \rightleftharpoons H^+ + PO_4^{3-}$

Ослабление диссоциации на каждой последующей ступени объясняется двумя основными причинами:

1. Электростатический фактор. На первой ступени положительно заряженный протон ($H^+$) отрывается от электронейтральной молекулы кислоты (например, $H_3PO_4$). На второй ступени протон необходимо отщепить уже от отрицательно заряженного аниона ($H_2PO_4^-$). Сила электростатического притяжения между разноименно заряженными частицами (отрицательным анионом и положительным протоном) затрудняет их разделение. Чем больше отрицательный заряд аниона (на третьей ступени это уже $HPO_4^{2-}$), тем прочнее он удерживает протон и тем труднее протекает диссоциация.

2. Эффект общего иона. Ионы водорода ($H^+$), которые образуются в результате диссоциации по первой, наиболее сильной ступени, уже находятся в растворе. Согласно принципу Ле Шателье, их присутствие сдвигает равновесие диссоциации по второй (и последующим) ступеням влево, в сторону образования исходного аниона, тем самым подавляя диссоциацию.

Вследствие этих факторов константы кислотности ($K_a$) для каждой ступени резко уменьшаются. Для фосфорной кислоты: $K_{a1} = 7.1 \cdot 10^{-3}$, $K_{a2} = 6.3 \cdot 10^{-8}$, $K_{a3} = 4.5 \cdot 10^{-13}$. Очевидно, что $K_{a1} \gg K_{a2} \gg K_{a3}$, что количественно подтверждает ослабление кислотных свойств.

Ответ: Диссоциация по второй ступени протекает слабее, так как протон ($H^+$) отщепляется от отрицательно заряженного аниона, а не от нейтральной молекулы. Электростатическое притяжение между анионом и протоном затрудняет этот процесс. Кроме того, ионы водорода, образовавшиеся на первой ступени, подавляют диссоциацию на второй ступени в соответствии с принципом Ле Шателье.

Как изменится степень диссоциации при добавлении ионов водорода в растворы этих кислот?

Рассмотрим равновесие диссоциации одного из указанных анионов, например, гидросульфид-иона $HS^-$:

$HS^- \rightleftharpoons H^+ + S^{2-}$

Степень диссоциации ($α$) — это отношение числа диссоциировавших ионов к их общему числу в растворе. Если в этот раствор добавить ионы водорода ($H^+$), например, в виде сильной кислоты, их концентрация в системе возрастет. Ион $H^+$ является продуктом в данной реакции равновесия.

Согласно принципу Ле Шателье, при увеличении концентрации одного из продуктов реакции равновесие смещается в сторону, способствующую его расходованию, то есть влево. В данном случае ионы $H^+$ будут реагировать с ионами $S^{2-}$, образуя исходный гидросульфид-ион $HS^-$.

Смещение равновесия влево означает, что концентрация диссоциировавшей формы ($S^{2-}$) уменьшится, а концентрация недиссоциировавшей формы ($HS^-$) увеличится. Следовательно, степень диссоциации аниона $HS^-$ уменьшится. Этот эффект известен как подавление диссоциации общим (одноименным) ионом.

Ответ: При добавлении ионов водорода в растворы этих кислотных анионов степень их диссоциации уменьшится.