Страница 190 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Коэффициент перед формулой окислителя в уравнении реакции, схема которой

$NH_3 + O_2 \to N_2 + H_2O$,

равен

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

Решение:

Для того чтобы найти коэффициент перед окислителем, необходимо сначала уравнять данную реакцию методом электронного баланса.

1. Расставим степени окисления для каждого элемента в реакции:

$N^{-3}H_3^{+1} + O_2^{0} \rightarrow N_2^{0} + H_2^{+1}O^{-2}$

2. Определим, какие элементы изменили свою степень окисления.

• Азот (N) изменил степень окисления с -3 до 0. Так как степень окисления повысилась, азот отдал электроны, и вещество $NH_3$ является восстановителем.
• Кислород (O) изменил степень окисления с 0 до -2. Так как степень окисления понизилась, кислород принял электроны, и вещество $O_2$ является окислителем.

3. Составим полуреакции окисления и восстановления. Найдем наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных и принятых электронов, чтобы найти коэффициенты.

$2N^{-3} - 6e^{-} \rightarrow N_2^{0} \quad | \times 2$ (процесс окисления)

$O_2^{0} + 4e^{-} \rightarrow 2O^{-2} \quad | \times 3$ (процесс восстановления)

Наименьшее общее кратное для 6 и 4 равно 12. Отсюда находим множители: для первой полуреакции $12/6 = 2$, для второй $12/4 = 3$.

4. Расставим найденные коэффициенты в исходном уравнении. Множитель 2 относится к азоту, а множитель 3 — к кислороду.

Коэффициент перед $NH_3$ будет $2 \times 2 = 4$.

Коэффициент перед $N_2$ будет 2.

Коэффициент перед $O_2$ будет 3.

Получаем: $4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + H_2O$.

5. Уравняем количество атомов водорода. Слева $4 \times 3 = 12$ атомов водорода. Чтобы справа их тоже стало 12, ставим коэффициент 6 перед $H_2O$.

Итоговое сбалансированное уравнение реакции:

$4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$

Проверим по кислороду: слева $3 \times 2 = 6$ атомов, справа $6 \times 1 = 6$ атомов. Уравнение составлено верно.

Окислителем в реакции является кислород $O_2$. Коэффициент перед его формулой равен 3.

Ответ: 3

2. Определить наличие хлорид-иона в растворе можно с помощью раствора

1) нитрата натрия

2) нитрата серебра

3) гидроксида калия

4) гидроксида кальция

Для определения наличия хлорид-иона ($Cl^−$) в растворе необходимо найти реагент, который вступает с ним в качественную реакцию. Качественной называется реакция, сопровождающаяся характерным аналитическим сигналом, например, выпадением осадка определенного цвета.

Решение

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) нитрат натрия
При взаимодействии раствора нитрата натрия ($NaNO_3$) с раствором, содержащим хлорид-ионы, реакция ионного обмена не пойдет до конца, так как все образующиеся вещества (например, хлорид натрия и другой нитрат) растворимы в воде. Видимых изменений не произойдет.

2) нитрат серебра
Нитрат серебра ($AgNO_3$) является специфическим реактивом на хлорид-ионы. При взаимодействии ионов серебра ($Ag^+$) с хлорид-ионами ($Cl^−$) образуется белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$), нерастворимый в воде и азотной кислоте. Это и есть качественная реакция на $Cl^−$.
Сокращенное ионное уравнение реакции:
$Ag^+ + Cl^− \rightarrow AgCl \downarrow$

3) гидроксид калия
При добавлении раствора гидроксида калия ($KOH$) к раствору, содержащему хлорид-ионы, реакция обмена не приведет к образованию осадка, так как и хлорид калия, и гидроксиды щелочных металлов хорошо растворимы.

4) гидроксид кальция
При добавлении раствора гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$) к большинству растворов хлоридов также не будет наблюдаться осадка, поскольку хлорид кальция ($CaCl_2$) хорошо растворим в воде.

Таким образом, для обнаружения хлорид-ионов в растворе следует использовать раствор нитрата серебра.

Ответ: 2

3. Определить наличие сульфат-иона в растворе можно с помощью раствора

1) нитрата натрия

2) хлорида бария

3) гидроксида калия

4) хлорида калия

Качественной реакцией на сульфат-ион ($SO_4^{2-}$) является его взаимодействие с ионами бария ($Ba^{2+}$), в результате которого образуется характерный белый осадок сульфата бария ($BaSO_4$), нерастворимый в воде и кислотах. Следовательно, для определения сульфат-иона необходимо использовать раствор, содержащий растворимую соль бария. Проанализируем предложенные варианты.

1) нитрата натрия
При взаимодействии с раствором нитрата натрия ($NaNO_3$) реакция ионного обмена с сульфатами не приведет к образованию осадка, так как все нитраты и все соли натрия растворимы. Например: $K_2SO_4 + NaNO_3 \rightarrow$ реакция не идет. Таким образом, это вещество не является реактивом на сульфат-ион.

Ответ: не подходит.

2) хлорида бария
Раствор хлорида бария ($BaCl_2$) содержит ионы бария ($Ba^{2+}$). При добавлении этого раствора к анализируемому раствору, содержащему сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$), выпадает белый осадок сульфата бария, что однозначно указывает на присутствие сульфат-ионов.
Уравнение реакции в сокращенном ионном виде:
$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

Ответ: подходит.

3) гидроксида калия
Раствор гидроксида калия ($KOH$) не образует осадка с сульфат-ионами. Реакция обмена не происходит, так как возможные продукты (например, сульфат калия и гидроксид натрия) растворимы. Осадок может выпасть, если в растворе есть катионы, образующие нерастворимые гидроксиды, но это будет реакция не на сульфат-ион.

Ответ: не подходит.

4) хлорида калия
Раствор хлорида калия ($KCl$) не вступает в реакцию с сульфат-ионами с образованием осадка, так как продукты обмена (например, сульфат калия и хлорид натрия) хорошо растворимы в воде.

Ответ: не подходит.

4. Определить наличие карбонат-иона ($CO_3^{2-}$) в растворе можно с помощью раствора

1) нитрата калия

2) соляной кислоты

3) гидроксида натрия

4) хлорида натрия

Решение

Чтобы определить наличие карбонат-иона ($CO_3^{2-}$) в растворе, необходимо найти реагент, который вступает с ним в качественную реакцию. Качественной реакцией называют реакцию, сопровождающуюся явным внешним признаком, таким как выделение газа, выпадение осадка или изменение окраски раствора.

Карбонат-ион — это анион слабой и неустойчивой угольной кислоты ($H_2CO_3$). Характерной реакцией для обнаружения карбонат-ионов является их взаимодействие с более сильными кислотами. При этом образуется угольная кислота, которая мгновенно разлагается на воду и углекислый газ ($CO_2$), что наблюдается как "вскипание" раствора из-за выделения пузырьков газа.

Рассмотрим предложенные варианты реагентов:

1) нитрата калия

Нитрат калия ($KNO_3$) — это растворимая соль. При добавлении его раствора к раствору, содержащему карбонат-ионы (например, к раствору карбоната натрия $Na_2CO_3$), возможна реакция ионного обмена:
$2KNO_3 + Na_2CO_3 \rightarrow K_2CO_3 + 2NaNO_3$
Все исходные вещества и продукты реакции являются растворимыми в воде солями. Никаких видимых изменений (осадка, газа) не произойдет. Следовательно, этот реагент не подходит для обнаружения карбонат-ионов.

2) соляной кислоты

Соляная кислота ($HCl$) — сильная кислота. Она реагирует с карбонат-ионами по следующей реакции ионного обмена:
$CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$
В результате реакции образуется вода и выделяется углекислый газ ($CO_2$), что наблюдается как вскипание раствора (выделение пузырьков газа). Это является качественной реакцией на карбонат-ион. Следовательно, соляная кислота подходит для определения карбонат-ионов.

3) гидроксида натрия

Гидроксид натрия ($NaOH$) — сильное основание (щелочь). Карбонат-ион не будет реагировать с гидроксид-ионами в растворе, так как оба являются анионами и не образуют друг с другом осадка, газа или слабого электролита. Видимых изменений не произойдет.

4) хлорида натрия

Хлорид натрия ($NaCl$) — это соль. По аналогии с нитратом калия, при смешивании с раствором другого карбоната (например, $K_2CO_3$) реакция обмена не будет протекать до конца, так как не образуется нерастворимое или газообразное вещество. Видимых признаков реакции не будет.

Таким образом, для определения наличия карбонат-иона в растворе следует использовать раствор соляной кислоты.

Ответ: 2