Номер 37, страница 231 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

8.37. Неизвестная соль растворима в воде, окрашивает пламя в кирпично-красный цвет, при действии на неё раствора серной кислоты образуется белый осадок, а при одновременном добавлении в этот раствор медной стружки наблюдается её медленное растворение с выделением бурого газа и образованием голубого раствора. Назовите эту соль. Запишите уравнения реакций.

Решение

Для определения состава неизвестной соли необходимо проанализировать последовательно все качественные признаки, описанные в условии задачи.

1. «...окрашивает пламя в кирпично-красный цвет...». Такой цвет пламени характерен для солей кальция. Следовательно, катионом в составе неизвестной соли является ион кальция ($Ca^{2+}$).

2. «...при действии на неё раствора серной кислоты образуется белый осадок...». Ионы кальция ($Ca^{2+}$) при взаимодействии с сульфат-ионами ($SO_4^{2-}$) из серной кислоты образуют малорастворимый белый осадок сульфата кальция ($CaSO_4$). Это наблюдение подтверждает предположение о том, что катионом является кальций.

3. «...при одновременном добавлении в этот раствор медной стружки наблюдается её медленное растворение с выделением бурого газа и образованием голубого раствора...». Этот комплекс явлений указывает на протекание окислительно-восстановительной реакции.
- Медь ($Cu$) является металлом, стоящим в электрохимическом ряду напряжений после водорода, поэтому она не может вытеснить водород из серной кислоты (если кислота не концентрированная). Растворение меди возможно только в присутствии сильного окислителя.
- Выделение бурого газа, которым является диоксид азота ($NO_2$), однозначно указывает на то, что окислителем выступает нитрат-ион ($NO_3^-$) в кислой среде (которую создает серная кислота).
- Образование голубого раствора свидетельствует о появлении в растворе ионов меди(II) ($Cu^{2+}$).
Следовательно, анионом в составе исходной соли является нитрат-ион ($NO_3^-$).

Сопоставляя катион ($Ca^{2+}$) и анион ($NO_3^-$), приходим к выводу, что неизвестная соль — это нитрат кальция ($Ca(NO_3)_2$). Данная соль хорошо растворима в воде, что не противоречит условию задачи.

Уравнения реакций, описанных в задаче:

1. Реакция ионного обмена между нитратом кальция и серной кислотой с образованием белого осадка сульфата кальция:
$Ca(NO_3)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4\downarrow + 2HNO_3$

2. Окислительно-восстановительная реакция, протекающая при добавлении меди в раствор, содержащий нитрат кальция и серную кислоту. В этой реакции нитрат-ион в кислой среде окисляет медь:
$Cu + Ca(NO_3)_2 + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + CaSO_4\downarrow + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

Ответ: Неизвестная соль – нитрат кальция ($Ca(NO_3)_2$). Уравнения реакций:
$Ca(NO_3)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4\downarrow + 2HNO_3$
$Cu + Ca(NO_3)_2 + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + CaSO_4\downarrow + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$