Условие задачи

Тепловые эффекты реакций нейтрализации между соляной кислотой и гидроксидом натрия, серной кислотой и гидроксидом калия, азотной кислотой и гидроксидом лития примерно одинаковы. Как вы думаете, почему? Для ответа на вопрос запишите ионные уравнения перечисленных реакций.

Решение

Дисциплина – физическая химия, а именно термохимия кислотно-щелочного нейтрализационного процесса.

При нейтрализации сильных кислот и сильных оснований все реакции имеют одинаковой характер – происходит реакция гидроксиль-ионов с протонами с образованием воды. Другими словами, независимо от того, какие сопродукты (ион-сопутствующие вещества) присутствуют в растворе, тепловой эффект определяется основной реакцией ­– H⁺ + OH⁻ → H₂O. Именно поэтому теплоты нейтрализации реакций между соляной кислотой и гидроксидом натрия, серной кислотой и гидроксидом калия, азотной кислотой и гидроксидом лития примерно одинаковы.

Рассмотрим ионные уравнения для каждой реакции:

1. Соляная кислота + гидроксид натрия:

Расщепляем на ионы:
HCl → H⁺ + Cl⁻
NaOH → Na⁺ + OH⁻

Основная (ионическая) реакция нейтрализации:
H⁺ + OH⁻ → H₂O

2. Серная кислота + гидроксид калия:

Серная кислота – дипротическая, поэтому генерирует два H⁺:
H₂SO₄ → 2 H⁺ + SO₄²⁻
KOH → K⁺ + OH⁻
Для полного нейтрализационного эффекта необходимо 2 молекулы KOH:
2 KOH → 2 K⁺ + 2 OH⁻

Основное (ионическое) уравнение:
2 H⁺ + 2 OH⁻ → 2 H₂O

(Условно его можно сократить до H⁺ + OH⁻ → H₂O, поскольку весь эффект связан с образованием воды).

3. Азотная кислота + гидроксид лития:

HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻
LiOH → Li⁺ + OH⁻

Ионное уравнение нейтрализации:
H⁺ + OH⁻ → H₂O

Таким образом, в каждом случае нейтрализация сводится к образованию воды из ионов H⁺ и OH⁻. Тепловой эффект определяется именно этой реакцией, которая является экзотермической и практически одинаковой для сильных кислот и сильных оснований. Именно поэтому теплоты всех этих реакций почти одинаковы.