Страница 79 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

5. Приведите примеры кислот, используемых в быту. Какие из них относятся к органическим, а какие — к неорганическим?

В быту используется множество кислот, которые можно разделить на две большие группы в зависимости от их химического строения: органические и неорганические.

Органические кислоты

Это класс органических соединений, в молекулах которых содержится одна или несколько карбоксильных групп ($-COOH$). Как правило, они имеют природное происхождение и содержатся в продуктах питания.

• Уксусная кислота ($CH_3COOH$) — является основным компонентом столового уксуса. Её используют в кулинарии для приготовления маринадов и заправок, для консервирования продуктов, а также в качестве бытового чистящего средства для удаления накипи.
• Лимонная кислота ($C_6H_8O_7$) — содержится в цитрусовых фруктах. Широко применяется как пищевая добавка (E330), придающая кислый вкус напиткам и продуктам, а также как эффективное и безопасное средство для очистки чайников и стиральных машин от накипи.
• Аскорбиновая кислота ($C_6H_8O_6$) — более известна как витамин С. Используется в качестве пищевой добавки для обогащения продуктов и как антиоксидант (E300), предотвращающий их порчу.
• Молочная кислота ($C_3H_6O_3$) — образуется в результате молочнокислого брожения. Содержится в кисломолочных продуктах (йогурт, кефир, квашеная капуста) и используется в пищевой промышленности как консервант.
• Щавелевая кислота ($H_2C_2O_4$) — содержится в таких растениях, как щавель и ревень. Применяется в бытовой химии для выведения пятен ржавчины и чернил.

Неорганические (минеральные) кислоты

Это кислоты, не содержащие в своем составе углеродного скелета. Они, как правило, более сильные, чем органические, и требуют осторожного обращения.

• Соляная (хлороводородная) кислота ($HCl$) — в концентрированном виде является очень едким веществом, но её разбавленные растворы входят в состав некоторых мощных чистящих средств для удаления известкового налёта и ржавчины с сантехники, кафеля и кирпича.
• Серная кислота ($H_2SO_4$) — используется в качестве электролита в свинцово-кислотных аккумуляторах, которые применяются в автомобилях. Также может входить в состав некоторых средств для прочистки канализационных труб.
• Борная кислота ($H_3BO_3$) — применяется в виде водного раствора как слабое антисептическое средство, а в сухом виде — как инсектицид для борьбы с тараканами и муравьями.
• Угольная кислота ($H_2CO_3$) — слабая и неустойчивая кислота, образующаяся при растворении углекислого газа в воде. Именно она создаёт "пузырьки" и придаёт характерный кисловатый вкус газированным напиткам.

Ответ:
Примерами кислот, используемых в быту, являются: уксусная, лимонная, аскорбиновая, молочная, щавелевая, соляная, серная, борная, угольная.
К органическим относятся: уксусная кислота ($CH_3COOH$), лимонная кислота ($C_6H_8O_7$), аскорбиновая кислота ($C_6H_8O_6$), молочная кислота ($C_3H_6O_3$), щавелевая кислота ($H_2C_2O_4$).
К неорганическим относятся: соляная кислота ($HCl$), серная кислота ($H_2SO_4$), борная кислота ($H_3BO_3$), угольная кислота ($H_2CO_3$).

6. Как вы думаете, можно ли считать воду кислотой? Попадает ли она под определение кислот?

Вопрос о том, можно ли считать воду кислотой, является очень интересным и затрагивает фундаментальные понятия кислотно-основных теорий в химии. Ответ на него — да, можно, но с важным уточнением.

Чтобы понять, почему вода может считаться кислотой, необходимо рассмотреть, что такое кислота. Существует несколько определений, но наиболее универсальной является протонная теория Брёнстеда-Лоури. Согласно этой теории:

• Кислота — это частица (молекула или ион), которая является донором протона ($H^+$).
• Основание — это частица, которая является акцептором протона ($H^+$).

Вода ($H_2O$) обладает уникальным свойством: она может вести себя и как кислота, и как основание. Такие вещества называются амфотерными или амфолитами.

1. Вода как кислота (донор протона)

Когда вода реагирует с веществом, которое является более сильным основанием (т.е. более охотно принимает протон), она выступает в роли кислоты. Классический пример — реакция с аммиаком ($NH_3$): $H_2O + NH_3 \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$ В этой реакции молекула воды отдает протон ($H^+$) молекуле аммиака, превращаясь в гидроксид-ион ($OH^-$). Таким образом, здесь вода — это кислота Брёнстеда-Лоури.

2. Вода как основание (акцептор протона)

Когда вода реагирует с веществом, которое является более сильной кислотой (т.е. более охотно отдает протон), она выступает в роли основания. Например, при растворении в воде хлороводорода ($HCl$): $H_2O + HCl \rightarrow H_3O^+ + Cl^-$ Здесь молекула воды принимает протон от молекулы $HCl$, образуя ион гидроксония ($H_3O^+$). В этом случае вода — это основание Брёнстеда-Лоури.

Даже в чистой воде происходит процесс автопротолиза, где одна молекула воды выступает кислотой, а другая — основанием: $H_2O + H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^-$ Это равновесие показывает двойственную природу воды.

Таким образом, вода полностью попадает под определение кислоты, но только в определённых химических реакциях. Поскольку она также попадает и под определение основания, наиболее полной и правильной её характеристикой является "амфотерное соединение".

Ответ: Да, воду можно считать кислотой, так как она способна отдавать протон в химических реакциях (например, с аммиаком), что соответствует определению кислоты по теории Брёнстеда-Лоури. Однако вода также может принимать протон, действуя как основание. Поэтому более точная и полная характеристика воды — это амфотерное соединение (амфолит), проявляющее как кислотные, так и основные свойства в зависимости от партнера по реакции.

7. Определите по названиям, какие из перечисленных веществ относятся к солям: сульфат магния (английская соль), оксид железа $Fe_2O_3$, гидрокарбонат натрия (питьевая сода), лимонная кислота, глюконат кальция.

Для того чтобы определить, какие из перечисленных веществ относятся к солям, необходимо проанализировать их названия и состав. Соли — это сложные вещества, которые состоят из катионов металла (или катиона аммония $NH_4^+$) и анионов кислотного остатка.

Сульфат магния (английская соль)
Данное вещество состоит из катиона металла магния ($Mg^{2+}$) и аниона кислотного остатка серной кислоты ($H_2SO_4$) — сульфат-иона ($SO_4^{2-}$). Соединение, состоящее из катиона металла и аниона кислотного остатка, является солью. Химическая формула — $MgSO_4$.
Ответ: сульфат магния является солью.

Оксид железа (II)
Название "оксид" прямо указывает на класс соединения. Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2. Химическая формула оксида железа(II) — $FeO$. Это вещество не является солью.
Ответ: оксид железа (II) не является солью.

Гидрокарбонат натрия (питьевая сода)
Это вещество состоит из катиона металла натрия ($Na^+$) и аниона кислотного остатка угольной кислоты ($H_2CO_3$) — гидрокарбонат-иона ($HCO_3^-$). Так как в кислотном остатке присутствует атом водорода, эта соль является кислой солью. Химическая формула — $NaHCO_3$.
Ответ: гидрокарбонат натрия является солью.

Лимонная кислота
Название "кислота" прямо указывает на класс соединения. Кислоты — это сложные вещества, состоящие из атомов водорода, способных замещаться на атомы металла, и кислотного остатка. Лимонная кислота — это органическая кислота с формулой $C_6H_8O_7$. Она не является солью.
Ответ: лимонная кислота не является солью.

Глюконат кальция
Это вещество является солью, образованной катионом металла кальция ($Ca^{2+}$) и анионом глюконовой кислоты (органической кислоты) — глюконат-ионом ($C_6H_{11}O_7^-$). Химическая формула — $Ca(C_6H_{11}O_7)_2$.
Ответ: глюконат кальция является солью.

Таким образом, к солям из перечисленного списка относятся: сульфат магния, гидрокарбонат натрия и глюконат кальция.

8. Выясните из курса биологии, какие соли входят в состав организма человека.

Соли, или минеральные вещества, играют ключевую роль в жизнедеятельности организма человека. Они находятся в организме в двух состояниях: в виде твёрдых отложений (в костях, зубах) и в растворённом состоянии в виде ионов (в плазме крови, цитоплазме клеток).

Основные соли и их функции в организме человека:

• Соли кальция (фосфаты и карбонаты). Фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$) является основным неорганическим компонентом костной ткани и зубов, придавая им твёрдость и прочность. В растворённом виде ионы кальция ($Ca^{2+}$) участвуют в важнейших процессах: свёртывании крови, мышечном сокращении, передаче нервных импульсов и работе некоторых ферментов.

• Соли натрия (в основном хлорид натрия $NaCl$). Ионы натрия ($Na^+$) и хлора ($Cl^-$) являются основными ионами межклеточной жидкости и плазмы крови. Они поддерживают осмотическое давление, участвуют в водно-солевом обмене. Ионы $Na^+$ необходимы для генерации и проведения нервного импульса, а ионы $Cl^-$ входят в состав соляной кислоты ($HCl$) желудочного сока.

• Соли калия (хлориды, фосфаты, гидрокарбонаты). Ионы калия ($K^+$) — это преобладающие катионы внутри клеток. Они играют ключевую роль в проведении нервных импульсов, мышечных сокращениях (особенно важны для работы сердечной мышцы — миокарда) и поддержании клеточного гомеостаза.

• Соли магния. Ионы магния ($Mg^{2+}$) необходимы для работы сотен ферментов, особенно тех, что участвуют в процессах получения и использования энергии (синтез и расщепление АТФ). Магний также важен для нормального функционирования нервной системы и расслабления мышц.

• Соли железа. Железо в виде ионов ($Fe^{2+}$) входит в состав гемоглобина — белка эритроцитов, который отвечает за транспорт кислорода кровью. Также железо содержится в миоглобине (мышечный белок) и многих ферментах, участвующих в клеточном дыхании.

• Фосфаты (соли фосфорной кислоты). Фосфат-ионы ($PO_4^{3-}$) входят в состав костной ткани, нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), фосфолипидов клеточных мембран и АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) — универсального источника энергии для всех процессов в клетке. Фосфаты образуют буферную систему, помогающую поддерживать постоянство pH крови.

• Карбонаты и гидрокарбонаты (соли угольной кислоты). Гидрокарбонат-ионы ($HCO_3^-$) являются основным компонентом бикарбонатной буферной системы крови, которая играет главную роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия (pH) в организме. Карбонат кальция ($CaCO_3$) в небольших количествах также присутствует в костях.

Ответ: В состав организма человека входят соли кальция (фосфаты $Ca_3(PO_4)_2$ и карбонаты $CaCO_3$), натрия (хлорид $NaCl$), калия (например, $KCl$), магния, железа, а также фосфаты и гидрокарбонаты. Эти соединения обеспечивают прочность скелета (соли кальция), поддерживают водно-солевой баланс и проведение нервных импульсов (соли натрия и калия), участвуют в переносе кислорода (соли железа), энергетическом обмене (фосфаты) и поддержании кислотно-щелочного равновесия (гидрокарбонаты).

✓ Чем отличаются химические явления от физических?

Решение

Основное различие между химическими явлениями и физическими явлениями заключается в том, что при химических явлениях происходит превращение одних веществ в другие, а при физических — состав веществ остается неизменным.

Физические явления — это процессы, в результате которых изменяется агрегатное состояние вещества, его форма, размеры, но не изменяется его молекулярный состав. Молекулы вещества остаются теми же самыми. Физические явления, как правило, обратимы.

Примеры физических явлений:

• Плавление льда (вода из твердого состояния переходит в жидкое, но химическая формула $H_2O$ остается прежней).
• Кипение воды (переход жидкой воды в пар).
• Растворение сахара в воде (молекулы сахара распределяются между молекулами воды, но не изменяются).
• Изменение формы предмета (например, сгибание металлической проволоки).

Химические явления (или химические реакции) — это процессы, в ходе которых из исходных веществ образуются совершенно новые вещества с новыми свойствами. Происходит разрушение старых химических связей и образование новых за счет перегруппировки атомов. Эти процессы часто необратимы или требуют для своего обращения специальных условий.

Примеры химических явлений:

• Горение древесины (древесина и кислород превращаются в золу, углекислый газ и воду).
• Ржавление железа (железо взаимодействует с кислородом и водой, образуя оксид железа — ржавчину).
• Скисание молока (молочный сахар превращается в молочную кислоту).
• Гашение соды уксусом (происходит реакция с выделением углекислого газа).

Химические явления часто сопровождаются характерными внешними признаками, по которым их можно распознать:

• изменение цвета;
• выделение газа;
• образование или растворение осадка;
• появление или исчезновение запаха;
• выделение или поглощение тепла и света.

Ответ: Химические явления отличаются от физических тем, что в результате химических явлений (реакций) образуются новые вещества с иным составом и свойствами, в то время как при физических явлениях меняется лишь форма, размер или агрегатное состояние вещества, а его состав на молекулярном уровне остается неизменным.

✓ Каковы признаки химических реакций?

Химическая реакция — это процесс превращения одних веществ в другие, отличающиеся от исходных по составу и свойствам. Узнать о том, что происходит химическая реакция, можно по следующим внешним признакам:

Изменение цвета

Появление нового цвета, не свойственного исходным веществам, является одним из самых явных признаков реакции. Это происходит из-за образования нового вещества с другими оптическими свойствами.
Пример: при взаимодействии бесцветного раствора хлорида железа(III) ($FeCl_3$) с желтоватым раствором роданида калия ($KSCN$) образуется раствор кроваво-красного цвета из-за образования роданида железа(III).

Выпадение осадка

Если при смешивании двух прозрачных растворов образуется нерастворимое твердое вещество (осадок), это свидетельствует о протекании химической реакции. Раствор становится мутным или на дне сосуда появляются частицы твердого вещества.
Пример: при сливании бесцветных растворов сульфата меди(II) ($CuSO_4$) и гидроксида натрия ($NaOH$) выпадает голубой студенистый осадок гидроксида меди(II) ($Cu(OH)_2$). Уравнение реакции: $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$.

Выделение газа

Образование газообразного продукта можно наблюдать по появлению пузырьков в жидкости, иногда сопровождаемому шипением. Некоторые газы также можно обнаружить по характерному запаху.
Пример: взаимодействие пищевой соды (гидрокарбоната натрия, $NaHCO_3$) с уксусной кислотой ($CH_3COOH$) приводит к бурному выделению пузырьков углекислого газа ($CO_2$). Уравнение реакции: $NaHCO_3 + CH_3COOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O + CO_2\uparrow$.

Выделение или поглощение энергии

Многие реакции сопровождаются заметными тепловыми эффектами. Реакции, идущие с выделением тепла и света, называются экзотермическими. К ним относятся все реакции горения. Пример: горение метана ($CH_4$) в кислороде ($O_2$) сопровождается выделением большого количества тепла и света.
Реакции, идущие с поглощением тепла из окружающей среды, называются эндотермическими. При их протекании реакционная смесь охлаждается. Пример: растворение нитрата аммония ($NH_4NO_3$) в воде вызывает сильное понижение температуры.

Появление или исчезновение запаха

Образование нового пахучего вещества или, наоборот, превращение вещества с запахом в вещество без запаха также является признаком химической реакции.
Пример: при горении серы ($S$), которая практически не имеет запаха, образуется оксид серы(IV) ($SO_2$) с резким, удушливым запахом (запах зажженной спички). Уравнение реакции: $S + O_2 \rightarrow SO_2$.

Следует помнить, что часто одна реакция может сопровождаться несколькими признаками одновременно (например, выделением газа и тепла).

Ответ:

Основными признаками химических реакций являются: изменение цвета, выпадение осадка, выделение газа, выделение или поглощение энергии (тепла, света), появление или исчезновение запаха.

✓ Что такое уравнение реакции?

Уравнение реакции — это условная запись химической реакции с помощью химических формул и математических знаков. Оно отражает качественный и количественный состав всех веществ, участвующих в реакции, и подчиняется закону сохранения массы.

В левой части уравнения записывают формулы реагентов (исходных веществ), соединяя их знаком «+». В правой части записывают формулы продуктов реакции (веществ, образовавшихся в результате реакции), также соединяя их знаком «+». Между левой и правой частями ставят стрелку (→), которая символизирует превращение реагентов в продукты. Иногда используются и другие знаки, например, знак обратимости (⇌) для обратимых реакций.

Ключевым элементом уравнения реакции являются стехиометрические коэффициенты — числа, которые ставятся перед химическими формулами. Они показывают, в каких мольных (или молекулярных) соотношениях вещества вступают в реакцию и образуются. Подбор коэффициентов называется уравниванием реакции. Этот процесс основан на законе сохранения массы, согласно которому число атомов каждого химического элемента в левой части уравнения (у реагентов) должно быть равно числу атомов этого же элемента в правой части (у продуктов).

Рассмотрим составление уравнения на примере реакции горения метана ($CH_4$) в кислороде ($O_2$) с образованием углекислого газа ($CO_2$) и воды ($H_2O$).

1. Сначала записывается схема реакции, где указаны формулы реагентов и продуктов:
$CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$

2. Затем производится уравнивание (подбор коэффициентов), чтобы число атомов каждого элемента слева и справа было одинаковым:

• Атомы углерода (C) уже сбалансированы (1 слева, 1 справа).
• Слева 4 атома водорода (H), а справа только 2. Чтобы их уравнять, ставим коэффициент 2 перед формулой воды ($H_2O$):
  $CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$
• Теперь пересчитаем атомы кислорода (O). Слева их 2, а справа — 4 (2 в $CO_2$ и 2 в $2H_2O$). Чтобы уравнять кислород, ставим коэффициент 2 перед формулой $O_2$ в левой части:
  $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$
• Финальная проверка: Слева: C=1, H=4, O=4. Справа: C=1, H=4, O=4. Число атомов всех элементов совпадает. Уравнение сбалансировано.

Кроме того, в уравнении реакции часто указывают агрегатные состояния веществ: (г) — газ, (ж) — жидкость, (т) или (s) — твёрдое вещество, (р-р) или (aq) — водный раствор. Условия протекания реакции (температура t°, давление P, наличие катализатора) указываются над стрелкой.

Пример с указанием состояний и условий: $N_2(г) + 3H_2(г) \xrightarrow{P, t^\circ, кат.} 2NH_3(г)$

Таким образом, уравнение реакции несет в себе как качественную (какие вещества участвуют), так и количественную (в каких соотношениях) информацию о химическом превращении.

Ответ: Уравнение реакции — это условная запись химического процесса с помощью химических формул и стехиометрических коэффициентов, которая показывает, какие вещества и в каких количественных соотношениях вступают в реакцию и образуются в её результате, в соответствии с законом сохранения массы.