Страница 85 - гдз по химии 11 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

2. Запишите молекулярные и ионные уравнения реакций для определения качественного состава следующих солей:

1) хлорид аммония

2) сульфат магния

1) хлорид аммония

Хлорид аммония (химическая формула $NH_4Cl$) — это соль, состоящая из катиона аммония ($NH_4^+$) и хлорид-аниона ($Cl^-$). Для определения качественного состава необходимо провести две реакции: на катион и на анион.

Качественная реакция на ион аммония ($NH_4^+$):

Реактивом на ион аммония является сильная щелочь (например, $NaOH$ или $KOH$). При нагревании смеси раствора соли аммония и щелочи выделяется газ аммиак ($NH_3$) с характерным резким запахом.

Молекулярное уравнение:

$NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t} NaCl + NH_3\uparrow + H_2O$

Полное ионное уравнение:

$NH_4^+ + Cl^- + Na^+ + OH^- \xrightarrow{t} Na^+ + Cl^- + NH_3\uparrow + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t} NH_3\uparrow + H_2O$

Качественная реакция на хлорид-ион ($Cl^-$):

Реактивом на хлорид-ион является нитрат серебра ($AgNO_3$). В результате реакции выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$), который не растворяется в кислотах.

Молекулярное уравнение:

$NH_4Cl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NH_4NO_3$

Полное ионное уравнение:

$NH_4^+ + Cl^- + Ag^+ + NO_3^- \rightarrow AgCl\downarrow + NH_4^+ + NO_3^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow$

Ответ: Для определения иона аммония $NH_4^+$ используется реакция с раствором щелочи при нагревании: $NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t} NH_3\uparrow + H_2O$. Для определения хлорид-иона $Cl^-$ используется реакция с раствором нитрата серебра: $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow$.

2) сульфат магния

Сульфат магния (химическая формула $MgSO_4$) — это соль, состоящая из катиона магния ($Mg^{2+}$) и сульфат-аниона ($SO_4^{2-}$). Для определения качественного состава необходимо провести реакции на оба иона.

Качественная реакция на ион магния ($Mg^{2+}$):

Реактивом на ион магния является раствор щелочи (например, $NaOH$). В результате реакции образуется белый студенистый осадок гидроксида магния ($Mg(OH)_2$).

Молекулярное уравнение:

$MgSO_4 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$

Полное ионное уравнение:

$Mg^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2-}$

Сокращенное ионное уравнение:

$Mg^{2+} + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow$

Качественная реакция на сульфат-ион ($SO_4^{2-}$):

Реактивом на сульфат-ион являются растворимые соли бария (например, хлорид бария $BaCl_2$ или нитрат бария $Ba(NO_3)_2$). В результате реакции выпадает белый мелкокристаллический осадок сульфата бария ($BaSO_4$), нерастворимый в сильных кислотах.

Молекулярное уравнение:

$MgSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + MgCl_2$

Полное ионное уравнение:

$Mg^{2+} + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4\downarrow + Mg^{2+} + 2Cl^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$

Ответ: Для определения иона магния $Mg^{2+}$ используется реакция с раствором щелочи: $Mg^{2+} + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow$. Для определения сульфат-иона $SO_4^{2-}$ используется реакция с растворимой солью бария: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$.

3. Предложите как можно больше способов получения сульфата железа(II). Запишите уравнения реакций.

Решение

Существует множество способов получения сульфата железа(II) ($FeSO_4$). Ниже приведены некоторые из них с соответствующими уравнениями реакций.

1. Взаимодействие металлического железа с разбавленной серной кислотой

Железо, как металл, стоящий в электрохимическом ряду напряжений левее водорода, способно вытеснять его из разбавленных кислот. При реакции с разбавленной серной кислотой образуется сульфат железа(II) и выделяется газообразный водород. Использование концентрированной серной кислоты приведет к образованию сульфата железа(III).

Ответ: $Fe + H_2SO_{4(разб.)} \rightarrow FeSO_4 + H_2 \uparrow$

2. Реакция оксида железа(II) с серной кислотой

Оксид железа(II) ($FeO$) является основным оксидом и вступает в реакцию обмена с серной кислотой, в результате чего образуется соль (сульфат железа(II)) и вода.

Ответ: $FeO + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2O$

3. Нейтрализация гидроксида железа(II) серной кислотой

Гидроксид железа(II) ($Fe(OH)_2$) — нерастворимое основание, которое реагирует с кислотами. В реакции с серной кислотой происходит нейтрализация с образованием растворимой соли и воды.

Ответ: $Fe(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + 2H_2O$

4. Взаимодействие железа с сульфатом менее активного металла

Железо является более активным металлом, чем, например, медь, поэтому оно вытесняет медь из раствора её соли. В результате реакции образуется сульфат железа(II) и выделяется металлическая медь.

Ответ: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu \downarrow$

5. Реакция ионного обмена между солями

Сульфат железа(II) можно получить по реакции обмена, если один из продуктов реакции является нерастворимым и выпадает в осадок. Например, реакция между хлоридом железа(II) и сульфатом серебра.

Ответ: $FeCl_2 + Ag_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + 2AgCl \downarrow$

6. Взаимодействие соли железа(II) слабой кислоты с сильной серной кислотой

Серная кислота, как более сильная, вытесняет более слабые кислоты из их солей. Например, из карбоната железа(II) ($FeCO_3$) серная кислота вытесняет угольную кислоту, которая тут же разлагается на углекислый газ и воду.

Ответ: $FeCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$

7. Восстановление сульфата железа(III)

Сульфат железа(II) можно получить путем восстановления сульфата железа(III) ($Fe_2(SO_4)_3$) с помощью подходящего восстановителя, например, металлического железа.

Ответ: $Fe_2(SO_4)_3 + Fe \rightarrow 3FeSO_4$

8. Взаимодействие сульфида железа(II) с серной кислотой

При реакции сульфида железа(II) с серной кислотой происходит реакция обмена с образованием сульфата железа(II) и выделением газообразного сероводорода.

Ответ: $FeS + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2S \uparrow$

4. С какими из перечисленных веществ реагирует ацетат меди(II): цинк, оксид кремния, оксид кальция, гидроксид натрия, соляная кислота, хлорид калия, нитрат бария? Запишите молекулярные уравнения реакций.

Цинк

$(CH_3COO)_2Cu + Zn \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + Cu$

Гидроксид натрия

$(CH_3COO)_2Cu + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2CH_3COONa$

Соляная кислота

$(CH_3COO)_2Cu + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + 2CH_3COOH$

Ацетат меди(II) ($(CH_3COO)_2Cu$) — это соль, образованная катионом слабого основания ($Cu^{2+}$) и анионом слабой кислоты ($CH_3COO^{-}$). Рассмотрим его взаимодействие с предложенными веществами.

цинк

Взаимодействие соли с металлом определяется положением металлов в электрохимическом ряду напряжений. Цинк ($Zn$) стоит левее меди ($Cu$), следовательно, он является более активным металлом и способен вытеснять медь из её солей.

$(CH_3COO)_2Cu + Zn \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + Cu \downarrow$

Ответ: Ацетат меди(II) реагирует с цинком. Уравнение реакции: $(CH_3COO)_2Cu + Zn \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + Cu \downarrow$.

оксид кремния

Оксид кремния ($SiO_2$) — кислотный оксид, который очень инертен. Он не реагирует с растворами солей, как ацетат меди(II), в обычных условиях.

Ответ: Ацетат меди(II) не реагирует с оксидом кремния.

оксид кальция

Оксид кальция ($CaO$) — основный оксид. В водном растворе он образует гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$), который является щёлочью. Щёлочь вступает в реакцию ионного обмена с солью меди(II), образуя нерастворимый гидроксид меди(II).

$(CH_3COO)_2Cu + CaO + H_2O \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + (CH_3COO)_2Ca$

Ответ: Ацетат меди(II) реагирует с оксидом кальция в присутствии воды. Уравнение реакции: $(CH_3COO)_2Cu + CaO + H_2O \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + (CH_3COO)_2Ca$.

гидроксид натрия

Гидроксид натрия ($NaOH$) — сильное растворимое основание (щёлочь). Происходит реакция ионного обмена между солью и щёлочью, в результате которой выпадает осадок нерастворимого основания — гидроксида меди(II).

$(CH_3COO)_2Cu + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2CH_3COONa$

Ответ: Ацетат меди(II) реагирует с гидроксидом натрия. Уравнение реакции: $(CH_3COO)_2Cu + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2CH_3COONa$.

соляная кислота

Соляная кислота ($HCl$) является сильной кислотой, в то время как ацетат меди(II) — это соль слабой уксусной кислоты ($CH_3COOH$). Сильная кислота вытесняет слабую из её соли.

$(CH_3COO)_2Cu + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + 2CH_3COOH$

Ответ: Ацетат меди(II) реагирует с соляной кислотой. Уравнение реакции: $(CH_3COO)_2Cu + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + 2CH_3COOH$.

хлорид калия

Реакция обмена между двумя солями, ацетатом меди(II) и хлоридом калия ($KCl$), возможна только при образовании осадка. Все исходные вещества и возможные продукты (хлорид меди(II) и ацетат калия) хорошо растворимы в воде, поэтому реакция не идёт.

Ответ: Ацетат меди(II) не реагирует с хлоридом калия.

нитрат бария

Аналогично предыдущему случаю, реакция обмена между ацетатом меди(II) и нитратом бария ($Ba(NO_3)_2$) не протекает, так как все исходные и конечные вещества растворимы в воде.

Ответ: Ацетат меди(II) не реагирует с нитратом бария.