Страница 117 - гдз по химии 7 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Какие соединения называются солями?

1. Какие соединения называются солями?

Соли — это класс сложных химических соединений, которые с точки зрения теории электролитической диссоциации представляют собой электролиты, при диссоциации в водных растворах или расплавах образующие катионы металла (или ион аммония $NH_4^+$) и анионы кислотного остатка.

С точки зрения строения, соли — это вещества с ионной кристаллической решёткой, состоящие из положительно заряженных ионов (катионов) и отрицательно заряженных ионов (анионов). В качестве катионов обычно выступают ионы металлов (например, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Fe^{3+}$) или более сложные катионы, такие как ион аммония $NH_4^+$. В качестве анионов выступают кислотные остатки (например, $Cl^-$, $SO_4^{2-}$, $PO_4^{3-}$).

Соли можно рассматривать как продукты замещения атомов водорода в молекуле кислоты на атомы металла (или ион аммония) или как продукты замещения гидроксогрупп ($OH^−$) в молекуле основания на кислотный остаток. Классический пример образования соли — реакция нейтрализации между кислотой и основанием:
$NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$

В зависимости от состава и строения соли классифицируют на несколько типов:
Средние (нормальные) соли — продукты полного замещения атомов водорода в кислоте на ионы металла. Они не содержат ни атомов водорода, способных замещаться на металл, ни гидроксогрупп. Примеры: хлорид натрия ($NaCl$), сульфат калия ($K_2SO_4$), нитрат кальция ($Ca(NO_3)_2$).
Кислые соли — образуются при неполном замещении атомов водорода в многоосновной кислоте на ионы металла. В составе их аниона остаются атомы водорода. Примеры: гидрокарбонат натрия ($NaHCO_3$), дигидрофосфат калия ($KH_2PO_4$).
Основные соли — образуются при неполном замещении гидроксогрупп в многокислотном основании на кислотные остатки. В составе их катиона остаются гидроксогруппы ($OH^−$). Примеры: гидроксохлорид магния ($Mg(OH)Cl$), гидроксокарбонат меди(II) ($(CuOH)_2CO_3$).
Двойные соли — в их составе присутствуют два разных типа катионов и один тип анионов. Пример: алюмокалиевые квасцы ($KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$).
Смешанные соли — содержат один тип катионов и два разных типа анионов. Пример: хлорид-гипохлорит кальция ($Ca(OCl)Cl$).
Комплексные соли — содержат комплексный ион (катион или анион), который способен существовать как в кристаллической решётке, так и в растворе. Примеры: гексацианоферрат(III) калия ($K_3[Fe(CN)_6]$), сульфат тетраамминмеди(II) ($[Cu(NH_3)_4]SO_4$).

Ответ: Соли — это сложные вещества ионного строения, которые состоят из катионов металла (или иона аммония $NH_4^+$) и анионов кислотного остатка.

2. Составьте формулы солей натрия, кальция и алюминия для следующих кислот: азотной, серной и фосфорной. Какие из них растворимы в воде?

Решение

Для того чтобы составить формулы солей, необходимо знать степени окисления (валентности) металлов и заряды кислотных остатков (анионов). Формула соли составляется таким образом, чтобы суммарный заряд всех катионов и анионов был равен нулю (принцип электронейтральности).

Степени окисления металлов:
- Натрий (Na) всегда проявляет степень окисления +1 ($Na^+$).
- Кальций (Ca) всегда проявляет степень окисления +2 ($Ca^{2+}$).
- Алюминий (Al) всегда проявляет степень окисления +3 ($Al^{3+}$).

Формулы и заряды кислотных остатков:
- Азотная кислота ($HNO_3$) образует нитрат-ион $NO_3^−$ (заряд -1).
- Серная кислота ($H_2SO_4$) образует сульфат-ион $SO_4^{2−}$ (заряд -2).
- Фосфорная кислота ($H_3PO_4$) образует фосфат-ион $PO_4^{3−}$ (заряд -3).

Соли азотной кислоты

- Соль натрия (нитрат натрия): катион $Na^+$ и анион $NO_3^−$. Заряды (+1) и (-1) уравновешивают друг друга. Формула: $NaNO_3$.
- Соль кальция (нитрат кальция): катион $Ca^{2+}$ и анион $NO_3^−$. Для нейтрализации заряда +2 требуется два аниона с зарядом -1. Формула: $Ca(NO_3)_2$.
- Соль алюминия (нитрат алюминия): катион $Al^{3+}$ и анион $NO_3^−$. Для нейтрализации заряда +3 требуется три аниона с зарядом -1. Формула: $Al(NO_3)_3$.

Растворимость: Согласно таблице растворимости, все соли азотной кислоты (нитраты) растворимы в воде.

Ответ: Формулы солей: $NaNO_3$, $Ca(NO_3)_2$, $Al(NO_3)_3$. Все эти соли растворимы в воде.

Соли серной кислоты

- Соль натрия (сульфат натрия): катион $Na^+$ и анион $SO_4^{2−}$. Для нейтрализации заряда -2 требуется два катиона с зарядом +1. Формула: $Na_2SO_4$.
- Соль кальция (сульфат кальция): катион $Ca^{2+}$ и анион $SO_4^{2−}$. Заряды (+2) и (-2) уравновешивают друг друга. Формула: $CaSO_4$.
- Соль алюминия (сульфат алюминия): катион $Al^{3+}$ и анион $SO_4^{2−}$. Наименьшее общее кратное для зарядов 3 и 2 равно 6. Требуется два катиона $Al^{3+}$ (суммарный заряд +6) и три аниона $SO_4^{2−}$ (суммарный заряд -6). Формула: $Al_2(SO_4)_3$.

Растворимость:
- $Na_2SO_4$ — растворим (все соли натрия растворимы).
- $CaSO_4$ — малорастворим.
- $Al_2(SO_4)_3$ — растворим.

Ответ: Формулы солей: $Na_2SO_4$, $CaSO_4$, $Al_2(SO_4)_3$. Растворимы в воде $Na_2SO_4$ и $Al_2(SO_4)_3$. Соль $CaSO_4$ является малорастворимой.

Соли фосфорной кислоты

- Соль натрия (фосфат натрия): катион $Na^+$ и анион $PO_4^{3−}$. Для нейтрализации заряда -3 требуется три катиона с зарядом +1. Формула: $Na_3PO_4$.
- Соль кальция (фосфат кальция): катион $Ca^{2+}$ и анион $PO_4^{3−}$. Наименьшее общее кратное для зарядов 2 и 3 равно 6. Требуется три катиона $Ca^{2+}$ (+6) и два аниона $PO_4^{3−}$ (-6). Формула: $Ca_3(PO_4)_2$.
- Соль алюминия (фосфат алюминия): катион $Al^{3+}$ и анион $PO_4^{3−}$. Заряды (+3) и (-3) уравновешивают друг друга. Формула: $AlPO_4$.

Растворимость:
- $Na_3PO_4$ — растворим (все соли натрия растворимы).
- $Ca_3(PO_4)_2$ — нерастворим.
- $AlPO_4$ — нерастворим.

Ответ: Формулы солей: $Na_3PO_4$, $Ca_3(PO_4)_2$, $AlPO_4$. Растворимой в воде является только соль $Na_3PO_4$.

3. Запишите формулы следующих солей: карбоната лития, сульфида свинца(II), нитрата железа(III), хлорида свинца(IV), фосфата магния, нитрата алюминия. Какие из них растворимы в воде?

Для составления формул солей необходимо знать заряды ионов (катионов металлов и анионов кислотных остатков) и руководствоваться правилом электронейтральности молекулы, согласно которому суммарный заряд всех ионов в формульной единице должен быть равен нулю.

карбонат лития
Ион лития $Li^+$ имеет заряд +1, а карбонат-ион $CO_3^{2-}$ имеет заряд -2. Для того чтобы молекула была электронейтральной, необходимо два иона лития на один карбонат-ион.
Формула соли: $Li_2CO_3$.

сульфид свинца(II)
В названии указана валентность свинца (II), следовательно, ион свинца имеет заряд +2 ($Pb^{2+}$). Сульфид-ион ($S^{2-}$) имеет заряд -2. Заряды ионов уравновешивают друг друга.
Формула соли: $PbS$.

нитрат железа(III)
В названии указана валентность железа (III), следовательно, ион железа имеет заряд +3 ($Fe^{3+}$). Нитрат-ион ($NO_3^{-}$) имеет заряд -1. Для нейтрализации заряда иона железа необходимо три нитрат-иона.
Формула соли: $Fe(NO_3)_3$.

хлорид свинца(IV)
В названии указана валентность свинца (IV), следовательно, ион свинца имеет заряд +4 ($Pb^{4+}$). Хлорид-ион ($Cl^{-}$) имеет заряд -1. Для нейтрализации заряда иона свинца необходимо четыре хлорид-иона.
Формула соли: $PbCl_4$.

фосфат магния
Ион магния ($Mg^{2+}$) имеет заряд +2. Фосфат-ион ($PO_4^{3-}$) имеет заряд -3. Наименьшее общее кратное для модулей зарядов 2 и 3 равно 6. Следовательно, необходимо взять три иона магния ($3 \cdot (+2) = +6$) и два фосфат-иона ($2 \cdot (-3) = -6$).
Формула соли: $Mg_3(PO_4)_2$.

нитрат алюминия
Ион алюминия ($Al^{3+}$) имеет заряд +3. Нитрат-ион ($NO_3^{-}$) имеет заряд -1. Для нейтрализации заряда иона алюминия необходимо три нитрат-иона.
Формула соли: $Al(NO_3)_3$.

Какие из них растворимы в воде?
Для определения растворимости солей в воде воспользуемся таблицей растворимости.
- $Li_2CO_3$ (карбонат лития) — растворим (Р).
- $PbS$ (сульфид свинца(II)) — нерастворим (Н).
- $Fe(NO_3)_3$ (нитрат железа(III)) — растворим (Р).
- $PbCl_4$ (хлорид свинца(IV)) — разлагается водой (гидролизует), в таблицах обычно помечается прочерком, что означает, что вещество в водном растворе не существует.
- $Mg_3(PO_4)_2$ (фосфат магния) — нерастворим (Н).
- $Al(NO_3)_3$ (нитрат алюминия) — растворим (Р).
Таким образом, растворимыми в воде являются карбонат лития, нитрат железа(III) и нитрат алюминия.

Ответ: Формулы солей: $Li_2CO_3$, $PbS$, $Fe(NO_3)_3$, $PbCl_4$, $Mg_3(PO_4)_2$, $Al(NO_3)_3$.
Растворимы в воде: $Li_2CO_3$ (карбонат лития), $Fe(NO_3)_3$ (нитрат железа(III)), $Al(NO_3)_3$ (нитрат алюминия).

4. Из следующего перечня формул выпишите формулы оксидов, кислот, оснований и солей: $H_2S$, $K_2SO_3$, $KOH$, $SO_3$, $Fe(OH)_3$, $FeO$, $N_2O_3$, $Cu_3(PO_4)_2$, $Cu_2O$, $P_2O_5$, $H_3PO_4$. Дайте названия всем веществам.

Для выполнения задания классифицируем каждое вещество из предложенного списка и дадим ему название.

Оксиды

Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых — кислород в степени окисления -2.

• $SO_3$ — оксид серы(VI)
• $FeO$ — оксид железа(II)
• $N_2O_3$ — оксид азота(III)
• $Cu_2O$ — оксид меди(I)
• $P_2O_5$ — оксид фосфора(V)

Ответ: Формулы оксидов: $SO_3$, $FeO$, $N_2O_3$, $Cu_2O$, $P_2O_5$.

Кислоты

Кислоты — это сложные вещества, которые состоят из атомов водорода, способных замещаться на атомы металлов, и кислотного остатка.

• $H_2S$ — сероводородная кислота
• $H_3PO_4$ — ортофосфорная (или фосфорная) кислота

Ответ: Формулы кислот: $H_2S$, $H_3PO_4$.

Основания

Основания — это сложные вещества, состоящие из атомов металла (или иона аммония) и одной или нескольких гидроксогрупп ($OH^−$).

• $KOH$ — гидроксид калия
• $Fe(OH)_3$ — гидроксид железа(III)

Ответ: Формулы оснований: $KOH$, $Fe(OH)_3$.

Соли

Соли — это сложные вещества, которые состоят из катионов металлов (или аммония) и анионов кислотных остатков.

• $K_2SO_3$ — сульфит калия
• $Cu_3(PO_4)_2$ — фосфат меди(II)

Ответ: Формулы солей: $K_2SO_3$, $Cu_3(PO_4)_2$.

5. Какое строение имеет хлорид натрия? Расскажите о его распространённости в природе. Какие области применения хлорида натрия вы знаете?

Какое строение имеет хлорид натрия?

Хлорид натрия ($NaCl$), широко известный как поваренная соль, является типичным ионным соединением. В твёрдом состоянии он образует кристаллическую решётку. Тип кристаллической решётки хлорида натрия — кубическая гранецентрированная, подобная структуре многих других галогенидов щелочных металлов. В этой структуре каждый ион натрия ($Na^+$) окружён шестью ионами хлора ($Cl^-$), расположенными в вершинах правильного октаэдра. Аналогично, каждый ион хлора ($Cl^-$) окружён шестью ионами натрия ($Na^+$), также образующими октаэдр. Таким образом, координационное число для обоих ионов равно 6. Связь между ионами является ионной и обусловлена электростатическим притяжением между положительно заряженными катионами натрия и отрицательно заряженными анионами хлора. Эта прочная и упорядоченная структура объясняет физические свойства хлорида натрия, такие как его твёрдость, хрупкость и относительно высокую температуру плавления (801 °C).

Ответ: Хлорид натрия имеет ионное строение и в твёрдом состоянии образует кубическую гранецентрированную кристаллическую решётку, в которой каждый ион натрия ($Na^+$) окружён шестью ионами хлора ($Cl^-$), и наоборот.

Расскажите о его распространённости в природе.

Хлорид натрия — одно из самых распространённых минеральных соединений на Земле. Он встречается в природе в различных формах:
- Морская вода: Является основным компонентом солей, растворённых в воде морей и океанов, и определяет её солёность (в среднем около 2.7-3.5% по массе).
- Каменная соль (галит): Встречается в виде мощных пластов и залежей в земной коре. Эти месторождения образовались в результате испарения воды из древних морей и солёных озёр. Галит является основным промышленным источником поваренной соли.
- Соляные озёра и солончаки: В больших концентрациях содержится в воде гиперсолёных озёр (например, Мёртвое море, Большое Солёное озеро) и образует соляные корки на поверхности солончаков в засушливых регионах.
- Подземные рассолы: Часто встречается в виде концентрированных водных растворов под землёй.
Кроме того, хлорид натрия является жизненно важным электролитом для большинства живых организмов, включая человека, участвуя в регуляции водно-солевого баланса, работе нервной системы и мышечных сокращениях.

Ответ: Хлорид натрия широко распространён в природе в виде минерала галита (каменная соль), в растворённом виде в водах морей, океанов, солёных озёр, а также в подземных рассолах.

Какие области применения хлорида натрия вы знаете?

Хлорид натрия имеет чрезвычайно широкое и разнообразное применение:
- Пищевая промышленность: Наиболее известное применение — как поваренная соль. Используется как важнейшая вкусовая добавка и как эффективный консервант для засолки мяса, рыбы, овощей и других продуктов.
- Химическая промышленность: Является одним из ключевых видов сырья. Из него получают хлор ($Cl_2$), гидроксид натрия ($NaOH$), соляную кислоту ($HCl$), металлический натрий ($Na$), а также карбонат натрия ($Na_2CO_3$) по методу Сольве.
- Коммунальное хозяйство: Массово используется в качестве противогололёдного реагента для обработки дорог и тротуаров в зимний период, так как его растворы замерзают при более низких температурах, чем чистая вода.
- Медицина: Изотонический (0.9%) раствор хлорида натрия, известный как физиологический раствор, применяется для внутривенных инфузий с целью восполнения жидкости в организме, а также для растворения лекарственных препаратов и промывания ран.
- Водоподготовка: Применяется для регенерации ионообменных смол в системах умягчения воды.
- Животноводство: Используется в качестве минеральной подкормки для сельскохозяйственных животных (соль-лизунец).
- Другие отрасли: Применяется в нефтедобыче, при производстве мыла, красителей, бумаги, кожи и в текстильной промышленности.

Ответ: Основные области применения хлорида натрия включают пищевую промышленность (поваренная соль, консервант), химическую промышленность (сырьё для производства хлора, щелочей, соды), коммунальное хозяйство (борьба с обледенением) и медицину (физиологический раствор).