Страница 91 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Объясните с точки зрения теории электролитической диссоциации сущность химических реакций, протекающих в водной среде.

Согласно теории электролитической диссоциации (ТЭД), сущность химических реакций, протекающих в водных растворах электролитов (кислот, оснований и солей), заключается во взаимодействии ионов, на которые диссоциируют (распадаются) эти вещества при растворении в воде.

Диссоциация электролитов. При растворении в воде электролиты распадаются на подвижные гидратированные ионы: положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы. Например, поваренная соль $NaCl$ диссоциирует на ионы натрия $Na^+$ и хлорид-ионы $Cl^-$. Этот процесс происходит благодаря полярности молекул воды, которые ослабляют связи в кристалле или молекуле электролита.

Сущность реакций. С точки зрения ТЭД, химическое взаимодействие в растворах — это не реакция между исходными молекулами, а реакция между ионами, которые они образуют. Поэтому для описания таких процессов используют ионные уравнения. Сокращенное ионное уравнение, из которого исключены ионы, не участвующие в реакции (ионы-наблюдатели), наиболее точно отражает суть происходящего химического превращения.

Движущая сила реакций. Реакции ионного обмена в растворах протекают до конца (т.е. равновесие необратимо смещается вправо) только в том случае, если образуется продукт, который уходит из сферы реакции. Это происходит при выполнении одного из трех условий:

1. Образование осадка (малорастворимого вещества). Ионы связываются в прочное соединение и выпадают из раствора. Пример: реакция между нитратом серебра и хлоридом натрия. Суть реакции сводится к взаимодействию ионов серебра и хлора: $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow$.

2. Выделение газа. Ионы соединяются, образуя летучее вещество. Пример: взаимодействие карбоната натрия с кислотой. Суть: $2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$.

3. Образование слабого электролита (чаще всего воды). Ионы связываются в малодиссоциирующие молекулы. Классический пример — реакция нейтрализации кислоты и основания, суть которой: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$.

Таким образом, ТЭД объясняет, что реакции в водных растворах — это ионные процессы, движущей силой которых является образование соединений, покидающих реакционную среду и смещающих химическое равновесие.

Ответ: С точки зрения теории электролитической диссоциации, сущность химических реакций в водной среде заключается во взаимодействии ионов, на которые распадаются электролиты (кислоты, основания, соли) при растворении. Реакции протекают в направлении связывания ионов, если в результате образуется малорастворимое вещество (осадок), газообразное вещество или малодиссоциирующее соединение (например, вода).

2. Напишите в молекулярной и ионной форме уравнения реакций, протекающих в водных растворах.

1)$AgNO_3 + FeCl_3 \rightarrow ...$

2)$Ba(OH)_2 + HNO_3 \rightarrow ...$

3)$CuSO_4 + NaOH \rightarrow ...$

4)$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow ...$

5)$K_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow ...$

6)$Ba(HCO_3)_2 + Ba(OH)_2 \rightarrow ...$

) $AgNO_3 + FeCl_3 \rightarrow ...$

При взаимодействии нитрата серебра ($AgNO_3$) и хлорида железа(III) ($FeCl_3$) в водном растворе происходит реакция ионного обмена. Реакция протекает, так как в результате образуется нерастворимый в воде осадок белого цвета — хлорид серебра ($AgCl$). Второй продукт, нитрат железа(III) ($Fe(NO_3)_3$), является растворимой солью.

Сначала запишем сбалансированное молекулярное уравнение:
$3AgNO_3 + FeCl_3 \rightarrow 3AgCl \downarrow + Fe(NO_3)_3$

Затем составим полное ионное уравнение, представив сильные растворимые электролиты ($AgNO_3$, $FeCl_3$, $Fe(NO_3)_3$) в виде ионов. Осадок ($AgCl$) оставляем в молекулярном виде:
$3Ag^+ + 3NO_3^- + Fe^{3+} + 3Cl^- \rightarrow 3AgCl \downarrow + Fe^{3+} + 3NO_3^-$

Исключив из обеих частей уравнения одинаковые ионы (ионы-наблюдатели $Fe^{3+}$ и $NO_3^-$), получим сокращенное ионное уравнение, которое отражает суть химического процесса:
$Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow$

Ответ:
Молекулярное уравнение: $3AgNO_3 + FeCl_3 \rightarrow 3AgCl \downarrow + Fe(NO_3)_3$
Полное ионное уравнение: $3Ag^+ + 3NO_3^- + Fe^{3+} + 3Cl^- \rightarrow 3AgCl \downarrow + Fe^{3+} + 3NO_3^-$
Сокращенное ионное уравнение: $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow$

2) $Ba(OH)_2 + HNO_3 \rightarrow ...$

Это реакция нейтрализации между сильным основанием, гидроксидом бария ($Ba(OH)_2$), и сильной кислотой, азотной кислотой ($HNO_3$). Реакция идет до конца, так как образуется слабый электролит — вода ($H_2O$). Второй продукт, нитрат бария ($Ba(NO_3)_2$), является растворимой солью.

Молекулярное уравнение реакции:
$Ba(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Ba(NO_3)_2 + 2H_2O$

Полное ионное уравнение. Гидроксид бария, азотная кислота и нитрат бария являются сильными электролитами и диссоциируют в растворе:
$Ba^{2+} + 2OH^- + 2H^+ + 2NO_3^- \rightarrow Ba^{2+} + 2NO_3^- + 2H_2O$

Сокращенное ионное уравнение получается после сокращения ионов-наблюдателей ($Ba^{2+}$ и $NO_3^-$):
$2H^+ + 2OH^- \rightarrow 2H_2O$
Разделив коэффициенты на 2, получим:
$H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

Ответ:
Молекулярное уравнение: $Ba(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Ba(NO_3)_2 + 2H_2O$
Полное ионное уравнение: $Ba^{2+} + 2OH^- + 2H^+ + 2NO_3^- \rightarrow Ba^{2+} + 2NO_3^- + 2H_2O$
Сокращенное ионное уравнение: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

3) $CuSO_4 + NaOH \rightarrow ...$

Реакция обмена между солью, сульфатом меди(II) ($CuSO_4$), и щелочью, гидроксидом натрия ($NaOH$). Протекает с образованием нерастворимого основания голубого цвета — гидроксида меди(II) ($Cu(OH)_2$). Второй продукт, сульфат натрия ($Na_2SO_4$), растворим.

Молекулярное уравнение:
$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

Полное ионное уравнение. Сильные электролиты ($CuSO_4$, $NaOH$, $Na_2SO_4$) записываем в виде ионов, нерастворимый $Cu(OH)_2$ — в молекулярном виде:
$Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2-}$

Сокращенное ионное уравнение после исключения ионов-наблюдателей ($Na^+$ и $SO_4^{2-}$):
$Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow$

Ответ:
Молекулярное уравнение: $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$
Полное ионное уравнение: $Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2-}$
Сокращенное ионное уравнение: $Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow$

4) $Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow ...$

Реакция ионного обмена между двумя растворимыми солями: сульфатом натрия ($Na_2SO_4$) и хлоридом бария ($BaCl_2$). Реакция идет, так как образуется нерастворимый в воде и кислотах белый осадок — сульфат бария ($BaSO_4$). Это качественная реакция на сульфат-ион и ион бария.

Молекулярное уравнение:
$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$

Полное ионное уравнение. Все исходные вещества и хлорид натрия являются сильными растворимыми электролитами:
$2Na^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2Na^+ + 2Cl^-$

Сокращенное ионное уравнение после исключения ионов-наблюдателей ($Na^+$ и $Cl^-$):
$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

Ответ:
Молекулярное уравнение: $Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$
Полное ионное уравнение: $2Na^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2Na^+ + 2Cl^-$
Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

5) $K_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow ...$

Реакция обмена между солью, карбонатом калия ($K_2CO_3$), и сильной кислотой, серной кислотой ($H_2SO_4$). Реакция протекает, так как образующаяся угольная кислота ($H_2CO_3$) является слабой и неустойчивой и сразу разлагается на углекислый газ ($CO_2$) и воду ($H_2O$).

Молекулярное уравнение:
$K_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + CO_2 \uparrow + H_2O$

Полное ионное уравнение. Сильные электролиты ($K_2CO_3$, $H_2SO_4$, $K_2SO_4$) диссоциируют, а газ ($CO_2$) и слабый электролит ($H_2O$) остаются в молекулярной форме:
$2K^+ + CO_3^{2-} + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow 2K^+ + SO_4^{2-} + CO_2 \uparrow + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение после исключения ионов-наблюдателей ($K^+$ и $SO_4^{2-}$):
$2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow CO_2 \uparrow + H_2O$

Ответ:
Молекулярное уравнение: $K_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$
Полное ионное уравнение: $2K^+ + CO_3^{2-} + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow 2K^+ + SO_4^{2-} + H_2O + CO_2 \uparrow$
Сокращенное ионное уравнение: $2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

6) $Ba(HCO_3)_2 + Ba(OH)_2 \rightarrow ...$

Реакция между кислой солью, гидрокарбонатом бария ($Ba(HCO_3)_2$), и сильным основанием, гидроксидом бария ($Ba(OH)_2$). Гидрокарбонат-ион ($HCO_3^-$) реагирует с гидроксид-ионом ($OH^-$) с образованием карбонат-иона ($CO_3^{2-}$) и воды ($H_2O$). Карбонат-ион, в свою очередь, реагирует с ионом бария ($Ba^{2+}$) с образованием нерастворимого осадка карбоната бария ($BaCO_3$).

Молекулярное уравнение:
$Ba(HCO_3)_2 + Ba(OH)_2 \rightarrow 2BaCO_3 \downarrow + 2H_2O$

Полное ионное уравнение. Обе исходные соли являются сильными электролитами. Продукты — осадок ($BaCO_3$) и слабый электролит ($H_2O$) — записываются в молекулярной форме:
$Ba^{2+} + 2HCO_3^- + Ba^{2+} + 2OH^- \rightarrow 2BaCO_3 \downarrow + 2H_2O$
Объединив ионы бария, получим:
$2Ba^{2+} + 2HCO_3^- + 2OH^- \rightarrow 2BaCO_3 \downarrow + 2H_2O$

В этой реакции нет ионов-наблюдателей. Все ионы участвуют в образовании продуктов. Поэтому полное ионное уравнение является и сокращенным. Его можно упростить, разделив все коэффициенты на 2:
$Ba^{2+} + HCO_3^- + OH^- \rightarrow BaCO_3 \downarrow + H_2O$

Ответ:
Молекулярное уравнение: $Ba(HCO_3)_2 + Ba(OH)_2 \rightarrow 2BaCO_3 \downarrow + 2H_2O$
Полное ионное уравнение: $2Ba^{2+} + 2HCO_3^- + 2OH^- \rightarrow 2BaCO_3 \downarrow + 2H_2O$
Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + HCO_3^- + OH^- \rightarrow BaCO_3 \downarrow + H_2O$