Страница 115 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Дайте определение солей, исходя из состава этих соединений. Для каких солей это определение справедливо?

Дайте определение солей, исходя из состава этих соединений. Для каких солей это определение справедливо?

Решение:

С точки зрения состава, соли — это сложные вещества, которые состоят из катионов металла (или сложных катионов, таких как ион аммония $NH_4^+$) и анионов кислотного остатка.

Например, поваренная соль, хлорид натрия ($NaCl$), состоит из катиона натрия ($Na^+$) и аниона кислотного остатка соляной кислоты — хлорид-иона ($Cl^-$). Другой пример, сульфат кальция ($CaSO_4$), состоит из катиона кальция ($Ca^{2+}$) и аниона кислотного остатка серной кислоты — сульфат-иона ($SO_4^{2-}$).

Это определение также можно сформулировать через продукты реакции нейтрализации: соли — это продукты замещения атомов водорода в молекуле кислоты на атомы металла (или ион аммония) и/или гидроксогрупп ($OH^-$) в молекуле основания на кислотный остаток.

Ответ: Соли — это сложные ионные соединения, состоящие из катионов металла (или аммония $NH_4^+$) и анионов кислотного остатка.

Приведенное выше классическое определение наиболее точно и полно описывает средние (нормальные) соли. Это соли, в которых все атомы водорода в молекуле кислоты замещены на катионы металла, а все гидроксогруппы основания — на кислотные остатки. Примеры средних солей: $KCl$, $Na_2SO_4$, $Al(NO_3)_3$.

Для других типов солей это определение является верным, но требует уточнений, так как состав катиона или аниона может быть более сложным:

- Кислые соли: образуются при неполном замещении атомов водорода в многоосновной кислоте. Их анион содержит атомы водорода (например, гидрокарбонат-ион $HCO_3^-$ в соли $NaHCO_3$).

- Основные соли: образуются при неполном замещении гидроксогрупп в многокислотном основании. Их катион содержит гидроксогруппы $OH^-$ (например, гидроксокарбонат меди(II) $(CuOH)_2CO_3$).

- Двойные соли: содержат в своем составе два разных вида катионов (например, алюмокалиевые квасцы $KAl(SO_4)_2$).

- Смешанные соли: содержат один вид катионов и два разных вида анионов (например, хлорид-гипохлорит кальция $Ca(OCl)Cl$).

- Комплексные соли: содержат комплексный катион или анион, который представляет собой центральный атом (ион), связанный с лигандами (например, гексацианоферрат(III) калия $K_3[Fe(CN)_6]$ содержит комплексный анион $[Fe(CN)_6]^{3-}$).

Ответ: Данное определение наиболее полно и точно справедливо для средних (нормальных) солей.

это определение справедливо.

2. Как классифицируют соли? Каковы различия между основными и кислыми солями? В чём их сходство?

Как классифицируют соли?

Соли — это сложные вещества, которые в общем случае состоят из катионов металла (или катиона аммония $NH_4^+$) и анионов кислотного остатка. Их классифицируют по составу, который отражает полноту реакции нейтрализации между кислотой и основанием.

• Средние (нормальные) соли — продукты полного замещения атомов водорода в кислоте на катионы металла и гидроксогрупп $OH^−$ в основании на кислотные остатки. Например, хлорид натрия ($NaCl$), сульфат калия ($K_2SO_4$).
• Кислые соли — продукты неполного замещения атомов водорода в многоосновной кислоте на катионы металла. В их составе, помимо катиона металла и кислотного остатка, есть ионы водорода (в составе аниона). Например, гидрокарбонат натрия ($NaHCO_3$), дигидрофосфат калия ($KH_2PO_4$).
• Основные соли — продукты неполного замещения гидроксогрупп в многокислотном основании на кислотные остатки. В их составе содержатся гидроксогруппы $OH^−$ (в составе катиона). Например, гидроксохлорид магния ($(MgOH)Cl$), дигидроксонитрат алюминия ($(Al(OH)_2)NO_3$).
• Двойные соли — содержат два разных типа катионов и один тип анионов. Например, алюмокалиевые квасцы ($KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$).
• Смешанные соли — содержат один тип катионов и два разных типа анионов. Например, хлорид-гипохлорит кальция ($Ca(OCl)Cl$).
• Комплексные соли — содержат комплексный ион (катион или анион), который представляет собой центральный атом, связанный с лигандами. Например, гексацианоферрат(II) калия ($K_4[Fe(CN)_6]$).

Ответ: Соли классифицируют на средние (нормальные), кислые, основные, двойные, смешанные и комплексные в зависимости от их состава, который определяется полнотой замещения ионов водорода в кислоте и/или гидроксогрупп в основании.

Каковы различия между основными и кислыми солями?

Основные и кислые соли являются продуктами неполной нейтрализации, но принципиально различаются по своему составу, способу образования и химическим свойствам.

1. Состав:
   • Кислые соли образуются из многоосновных кислот и содержат в своём анионе атомы водорода, способные замещаться на металл. Пример: гидросульфат натрия ($NaHSO_4$), где есть анион $HSO_4^-$.
   • Основные соли образуются из многокислотных оснований и содержат в своём катионе гидроксогруппы $OH^-$, способные замещаться на кислотный остаток. Пример: гидроксохлорид магния ($(MgOH)Cl$), где есть катион $[Mg(OH)]^+$.
2. Процесс образования:
   • Кислые соли получаются при реакции многоосновной кислоты с недостатком основания (или избытком кислоты):
     $H_2SO_4 + NaOH \rightarrow NaHSO_4 + H_2O$
   • Основные соли получаются при реакции многокислотного основания с недостатком кислоты (или избытком основания):
     $Mg(OH)_2 + HCl \rightarrow (MgOH)Cl + H_2O$
3. Химические свойства:
   • Кислые соли проявляют свойства, характерные для кислот: они могут реагировать с основаниями, образуя среднюю соль и воду.
     $NaHCO_3 + NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$
   • Основные соли проявляют свойства, характерные для оснований: они могут реагировать с кислотами, образуя среднюю соль и воду.
     $(Fe(OH)_2)Cl + 2HCl \rightarrow FeCl_3 + 2H_2O$

Ответ: Основные различия заключаются в составе (кислые соли содержат в анионе замещаемый водород, основные – в катионе замещаемую гидроксогруппу), способе образования (кислые – избыток многоосновной кислоты, основные – избыток многокислотного основания) и химических свойствах (кислые реагируют с основаниями, основные – с кислотами).

В чём их сходство?

Несмотря на различия, кислые и основные соли имеют ряд общих характеристик:

• Принадлежность к классу солей: И те, и другие являются солями, то есть ионными соединениями, состоящими из катионов и анионов.
• Продукты неполной нейтрализации: Обе группы солей образуются в результате незавершенной реакции нейтрализации между кислотой и основанием.
• Ионное строение: В твердом состоянии они, как правило, имеют ионную кристаллическую решетку.
• Электролиты: При растворении в воде или в расплавленном состоянии они диссоциируют на ионы и являются электролитами, то есть проводят электрический ток.
• Способность к дальнейшим реакциям: И кислые, и основные соли могут вступать в реакции с основаниями или кислотами соответственно, чтобы образовать среднюю (нормальную) соль. Это показывает, что они являются промежуточными продуктами в ступенчатой нейтрализации.
  Кисл. соль + Основание $\rightarrow$ Сред. соль + Вода
  Осн. соль + Кислота $\rightarrow$ Сред. соль + Вода

Ответ: Сходство кислых и основных солей заключается в том, что они обе принадлежат к классу солей, являются ионными соединениями и электролитами, образуются в результате неполной реакции нейтрализации и способны реагировать дальше с образованием средних солей.

3. Охарактеризуйте растворимость солей в воде.

Растворимость солей в воде — это их способность образовывать с водой гомогенную систему (раствор), состоящую из ионов соли, гидратированных молекулами воды, и самих молекул воды. Этот процесс зависит от многих факторов, включая природу самой соли и внешние условия.

Соли представляют собой ионные соединения, в твердом состоянии их ионы (катионы и анионы) удерживаются в узлах кристаллической решетки за счет сил электростатического притяжения. Вода является полярным растворителем: её молекулы ($H_2O$) представляют собой диполи с частичным отрицательным зарядом на атоме кислорода и частичными положительными зарядами на атомах водорода.

Процесс растворения включает в себя несколько этапов:

1. Молекулы воды своей полярностью ориентируются вокруг ионов на поверхности кристалла соли: положительно заряженные катионы притягивают отрицательные полюса диполей воды (атомы кислорода), а отрицательно заряженные анионы — положительные полюса (атомы водорода).
2. Энергия, выделяющаяся при взаимодействии ионов с молекулами воды (энергия гидратации), должна быть достаточной для преодоления энергии, удерживающей ионы в кристаллической решетке (энергия кристаллической решетки).
3. Если энергия гидратации превышает энергию решетки, ионы отрываются от кристалла и переходят в раствор в виде гидратированных ионов, равномерно распределяясь по всему объему растворителя.

Уравнение диссоциации соли в общем виде: $K_m A_n \rightleftharpoons mK^{n+} + nA^{m−}$, где $K^{n+}$ и $A^{m−}$ — гидратированные ионы.

Для качественной оценки растворимости солей в воде (обычно при комнатной температуре, ~20 °C) используют следующую классификацию:

• Растворимые (Р): вещества, растворимость которых превышает 1 г на 100 г воды. Примеры: $NaCl$ (поваренная соль), $KNO_3$ (нитрат калия), $CuSO_4$ (сульфат меди(II)).
• Малорастворимые (М): вещества, растворимость которых находится в диапазоне от 0,01 г до 1 г на 100 г воды. Примеры: $CaSO_4$ (гипс), $Ag_2SO_4$ (сульфат серебра).
• Практически нерастворимые (Н): вещества, растворимость которых менее 0,01 г на 100 г воды. Примеры: $AgCl$ (хлорид серебра), $BaSO_4$ (сульфат бария), $CaCO_3$ (карбонат кальция, мел).

Важно понимать, что абсолютно нерастворимых веществ не существует. Даже у "нерастворимых" солей небольшое количество ионов переходит в раствор, устанавливая равновесие между твердой фазой и ионами в растворе. Это равновесие характеризуется константой, называемой произведением растворимости ($ПР$ или $K_{sp}$).

Для определения растворимости солей удобно пользоваться таблицей растворимости, но существуют и общие правила:

• Все соли азотной кислоты (нитраты) и уксусной кислоты (ацетаты) растворимы.
• Все соли щелочных металлов ($Li^+$, $Na^+$, $K^+$ и др.) и аммония ($NH_4^+$) растворимы.
• Большинство хлоридов, бромидов и иодидов растворимы, за исключением солей серебра ($Ag^+$), свинца(II) ($Pb^{2+}$) и ртути(I) ($Hg_2^{2+}$).
• Большинство сульфатов ($SO_4^{2−}$) растворимы, кроме сульфатов бария ($Ba^{2+}$), стронция ($Sr^{2+}$), свинца ($Pb^{2+}$). Сульфаты кальция ($Ca^{2+}$) и серебра ($Ag^+$) малорастворимы.
• Большинство карбонатов ($CO_3^{2−}$), фосфатов ($PO_4^{3−}$), силикатов ($SiO_3^{2−}$) и сульфидов ($S^{2−}$) нерастворимы, за исключением солей щелочных металлов и аммония.

1. Температура:

Зависимость растворимости от температуры определяется тепловым эффектом процесса растворения. Для большинства солей растворение является эндотермическим процессом (протекает с поглощением теплоты), поэтому их растворимость увеличивается с повышением температуры. Например, растворимость $KNO_3$ резко возрастает при нагревании. Однако существуют соли (например, $CaSO_4$, $Ce_2(SO_4)_3$), растворение которых — экзотермический процесс, и их растворимость с ростом температуры уменьшается. Растворимость $NaCl$ от температуры зависит незначительно.

2. Природа растворителя:

Соли, как ионные соединения, лучше всего растворяются в полярных растворителях, таких как вода. В неполярных растворителях (например, в бензоле, гексане) они практически нерастворимы.

3. Присутствие других веществ:

Наличие в растворе одноименных ионов (ионов, входящих в состав растворяемой соли) снижает растворимость малорастворимой соли. Это явление называется эффектом одноименного иона.

Ответ: Растворимость солей в воде — это их способность диссоциировать на ионы под действием полярных молекул воды и переходить в раствор. Процесс определяется соотношением энергии кристаллической решетки соли и энергии гидратации её ионов. По растворимости соли делят на растворимые (большинство нитратов, ацетатов, солей щелочных металлов и аммония), малорастворимые (например, $CaSO_4$) и практически нерастворимые (например, $AgCl$, $BaSO_4$). Основными факторами, влияющими на растворимость, являются природа катиона и аниона соли, температура (для большинства солей растворимость растет с температурой) и наличие в растворе других ионов. Для практического определения растворимости используют специальные таблицы.

4. Из предложенного перечня выберите формулы солей: $NiCl_2$, $LiOH$, $POCl_3$, $SiH_4$, $Pb(NO_3)_2$, $Fe_2(SO_4)_3$, $SCl_4$, $CaSO_4$, $Ba_3(PO_4)_2$, $CuSO_4$, $Sn(NO_3)_2$ — и дайте их названия. Укажите, какие из них растворимы, малорастворимы или нерастворимы в воде.

Для выполнения задания сначала необходимо выбрать из предложенного перечня формулы солей. Соль — это ионное соединение, состоящее из катиона металла (или катиона аммония $NH_4^+$) и аниона кислотного остатка.

Проанализируем предложенный список веществ: $NiCl_2$ (соль), $LiOH$ (основание), $POCl_3$ (оксохлорид неметалла), $SiH_4$ (гидрид), $Pb(NO_3)_2$ (соль), $Fe_2(SO_4)_3$ (соль), $SCl_4$ (хлорид неметалла), $CaSO_4$ (соль), $Ba_3(PO_4)_2$ (соль), $CuSO_4$ (соль), $Sn(NO_3)_2$ (соль).

Таким образом, формулы солей, которые нужно рассмотреть: $NiCl_2$, $Pb(NO_3)_2$, $Fe_2(SO_4)_3$, $CaSO_4$, $Ba_3(PO_4)_2$, $CuSO_4$, $Sn(NO_3)_2$.

Далее для каждой соли приведем ее название и определим растворимость в воде, используя таблицу растворимости кислот, оснований и солей.

$NiCl_2$ — это хлорид никеля(II). Согласно таблице растворимости, эта соль является растворимой в воде.
Ответ: $NiCl_2$, хлорид никеля(II) — растворима.

$Pb(NO_3)_2$ — это нитрат свинца(II). Все соли азотной кислоты (нитраты) являются растворимыми в воде.
Ответ: $Pb(NO_3)_2$, нитрат свинца(II) — растворима.

$Fe_2(SO_4)_3$ — это сульфат железа(III). Данная соль растворима в воде.
Ответ: $Fe_2(SO_4)_3$, сульфат железа(III) — растворима.

$CaSO_4$ — это сульфат кальция. Эта соль является малорастворимой в воде.
Ответ: $CaSO_4$, сульфат кальция — малорастворима.

$Ba_3(PO_4)_2$ — это фосфат бария. Большинство солей фосфорной кислоты (кроме солей щелочных металлов и аммония) нерастворимы. Фосфат бария нерастворим в воде.
Ответ: $Ba_3(PO_4)_2$, фосфат бария — нерастворима.

$CuSO_4$ — это сульфат меди(II). Эта соль хорошо растворима в воде.
Ответ: $CuSO_4$, сульфат меди(II) — растворима.

$Sn(NO_3)_2$ — это нитрат олова(II). Как и все нитраты, эта соль растворима в воде.
Ответ: $Sn(NO_3)_2$, нитрат олова(II) — растворима.

5. Запишите уравнения пяти реакций, с помощью которых можно получить сульфат цинка.

Сульфат цинка ($ZnSO_4$) — это соль, образованная металлом цинком и остатком серной кислоты. Существует несколько общих способов получения солей, которые применимы для синтеза сульфата цинка. Ниже приведены пять уравнений реакций, с помощью которых можно его получить.

1. Взаимодействие металла с кислотой

Сульфат цинка можно получить при реакции металлического цинка с разбавленной серной кислотой. Цинк стоит в ряду активности металлов до водорода, поэтому он способен вытеснять водород из кислот.

$Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

Ответ: $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

2. Взаимодействие основного оксида с кислотой

Оксид цинка ($ZnO$) является амфотерным оксидом, который в реакциях с сильными кислотами, такими как серная кислота, проявляет основные свойства, образуя соль и воду.

$ZnO + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2O$

Ответ: $ZnO + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2O$

3. Взаимодействие основания с кислотой (реакция нейтрализации)

Гидроксид цинка ($Zn(OH)_2$) — амфотерное основание. Он реагирует с серной кислотой, вступая в реакцию нейтрализации, в результате которой образуются сульфат цинка и вода.

$Zn(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + 2H_2O$

Ответ: $Zn(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + 2H_2O$

4. Взаимодействие металла с солью менее активного металла

Цинк является более активным металлом, чем медь. Поэтому при погружении цинка в раствор соли меди, например, сульфата меди(II) ($CuSO_4$), цинк вытесняет медь из соли.

$Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu \downarrow$

Ответ: $Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu \downarrow$

5. Реакция обмена между солью и кислотой

Сульфат цинка можно получить при взаимодействии соли цинка, образованной более слабой или летучей кислотой (например, угольной), с серной кислотой. В ходе реакции выделяется газ.

$ZnCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: $ZnCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$

6. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

$C \to CO_2 \to MgCO_3 \to MgO \to Mg(NO_3)_2 \to Mg(OH)_2 \to MgO$

Решение

1. C → CO₂

Для получения диоксида углерода (углекислого газа) из углерода необходимо провести реакцию горения углерода в избытке кислорода. Это окислительно-восстановительная реакция.

Ответ: $C + O_2 \rightarrow CO_2$

2. CO₂ → MgCO₃

Карбонат магния можно получить при реакции кислотного оксида CO₂ с основным оксидом MgO или с основанием Mg(OH)₂. Выберем реакцию с оксидом магния.

Ответ: $CO_2 + MgO \rightarrow MgCO_3$

3. MgCO₃ → MgO

Оксид магния образуется при термическом разложении карбоната магния. При сильном нагревании соль разлагается на оксид магния и углекислый газ.

Ответ: $MgCO_3 \xrightarrow{t} MgO + CO_2\uparrow$

4. MgO → Mg(NO₃)₂

Нитрат магния является солью, которую можно получить в результате реакции основного оксида магния с азотной кислотой. Это реакция обмена (нейтрализации).

Ответ: $MgO + 2HNO_3 \rightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2O$

5. Mg(NO₃)₂ → Mg(OH)₂

Гидроксид магния — нерастворимое в воде основание. Его можно получить реакцией обмена, добавив к раствору соли нитрата магния раствор щёлочи (например, гидроксида натрия или калия). В результате реакции выпадает осадок гидроксида магния.

Ответ: $Mg(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + 2NaNO_3$

6. Mg(OH)₂ → MgO

При нагревании нерастворимые основания, к которым относится гидроксид магния, разлагаются на соответствующий оксид и воду. Это реакция термического разложения.

Ответ: $Mg(OH)_2 \xrightarrow{t} MgO + H_2O$

7. Какая масса гидрокарбоната натрия (разрыхлителя теста) потребуется для получения 9 л газов (н. у.), включая водяные пары?

Дано:

$V_{газов} = 9$ л

Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

$m(NaHCO_3)$ — ?

Решение:

Гидрокарбонат натрия ($NaHCO_3$), известный как разрыхлитель теста или пищевая сода, при нагревании разлагается. Уравнение термического разложения гидрокарбоната натрия выглядит следующим образом:

$2NaHCO_3 \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + CO_2\uparrow + H_2O\uparrow$

В ходе реакции образуются два газообразных продукта: углекислый газ ($CO_2$) и водяной пар ($H_2O$). Согласно условию, их суммарный объем составляет 9 литров при нормальных условиях.

Из уравнения реакции следует, что из 2 моль гидрокарбоната натрия образуется 1 моль углекислого газа и 1 моль водяного пара. Таким образом, общее количество вещества газов, образующихся из 2 моль $NaHCO_3$, равно:

$n_{газов} = n(CO_2) + n(H_2O) = 1 \text{ моль} + 1 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$

Соотношение количеств вещества исходного реагента и суммарного количества вещества газообразных продуктов составляет:

$n(NaHCO_3) : n_{газов} = 2 : 2 = 1 : 1$

Это означает, что количество вещества вступившего в реакцию гидрокарбоната натрия равно общему количеству вещества образовавшихся газов.

Рассчитаем общее количество вещества газов, используя молярный объем газа при нормальных условиях ($V_m = 22.4$ л/моль):

$n_{газов} = \frac{V_{газов}}{V_m} = \frac{9 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} \approx 0.4018 \text{ моль}$

Следовательно, количество вещества гидрокарбоната натрия, которое необходимо взять для реакции, равно:

$n(NaHCO_3) = n_{газов} \approx 0.4018 \text{ моль}$

Вычислим молярную массу гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$):

$M(NaHCO_3) = Ar(Na) + Ar(H) + Ar(C) + 3 \cdot Ar(O) = 23 + 1 + 12 + 3 \cdot 16 = 84 \text{ г/моль}$

Теперь мы можем найти массу гидрокарбоната натрия:

$m(NaHCO_3) = n(NaHCO_3) \cdot M(NaHCO_3) = \frac{9}{22.4} \text{ моль} \cdot 84 \text{ г/моль} = 33.75 \text{ г}$

Ответ: для получения 9 л газов потребуется 33,75 г гидрокарбоната натрия.

8. К 62,4 г 5%-ного раствора хлорида бария добавили избыток раствора сульфата натрия. Рассчитайте массу выпавшего осадка.

Дано:

$m_{р-ра}(BaCl_2) = 62.4 \text{ г}$

$\omega(BaCl_2) = 5\% = 0.05$

Раствор $Na_2SO_4$ в избытке.

Найти:

$m_{осадка}$ - ?

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции между хлоридом бария и сульфатом натрия. Это реакция ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимый сульфат бария, который и является осадком.

$BaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$

2. Найдем массу чистого хлорида бария ($BaCl_2$) в 62,4 г 5%-ного раствора. Массовая доля вещества в растворе ($\omega$) вычисляется по формуле:

$\omega = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}}$

Отсюда масса вещества:

$m(BaCl_2) = m_{р-ра}(BaCl_2) \cdot \omega(BaCl_2) = 62.4 \text{ г} \cdot 0.05 = 3.12 \text{ г}$

3. Рассчитаем молярные массы хлорида бария ($BaCl_2$) и образующегося осадка — сульфата бария ($BaSO_4$), используя периодическую таблицу химических элементов.

$M(BaCl_2) = M(Ba) + 2 \cdot M(Cl) = 137 + 2 \cdot 35.5 = 208 \text{ г/моль}$

$M(BaSO_4) = M(Ba) + M(S) + 4 \cdot M(O) = 137 + 32 + 4 \cdot 16 = 233 \text{ г/моль}$

4. Определим количество вещества (число молей) хлорида бария ($BaCl_2$), которое вступило в реакцию. Так как сульфат натрия дан в избытке, то хлорид бария прореагирует полностью.

$n(BaCl_2) = \frac{m(BaCl_2)}{M(BaCl_2)} = \frac{3.12 \text{ г}}{208 \text{ г/моль}} = 0.015 \text{ моль}$

5. По уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между хлоридом бария и сульфатом бария составляет 1:1. Это означает, что из 1 моль $BaCl_2$ образуется 1 моль $BaSO_4$.

$n(BaSO_4) = n(BaCl_2) = 0.015 \text{ моль}$

6. Теперь, зная количество вещества сульфата бария, мы можем рассчитать его массу (массу выпавшего осадка).

$m(BaSO_4) = n(BaSO_4) \cdot M(BaSO_4) = 0.015 \text{ моль} \cdot 233 \text{ г/моль} = 3.495 \text{ г}$

Ответ: масса выпавшего осадка составляет 3,495 г.

9. Достаточно ли 50 мл 10 %-ной соляной кислоты (плотность 1.05 г/мл) для полного растворения кусочка мела (карбонат кальция) массой 5 г?

Дано:

$V_{р-ра(HCl)} = 50 \text{ мл} = 5 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$

$\omega_{(HCl)} = 10\% = 0.1$

$\rho_{р-ра(HCl)} = 1.05 \text{ г/мл} = 1050 \text{ кг/м}^3$

$m_{(CaCO_3)} = 5 \text{ г} = 5 \cdot 10^{-3} \text{ кг}$

Найти:

Достаточно ли данного количества соляной кислоты для полного растворения мела?

Решение:

1. Для решения задачи необходимо сравнить количество вещества (моль) имеющейся соляной кислоты с количеством, которое требуется для реакции с 5 г карбоната кальция. Напишем уравнение реакции:

$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

Из стехиометрических коэффициентов уравнения следует, что на 1 моль карбоната кальция ($CaCO_3$) расходуется 2 моль соляной кислоты ($HCl$).

2. Рассчитаем количество вещества в 5 г мела ($CaCO_3$). Сначала определим молярную массу карбоната кальция:

$M(CaCO_3) = 40.08 + 12.01 + 3 \cdot 16.00 = 100.09 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества:

$\nu(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)} = \frac{5 \text{ г}}{100.09 \text{ г/моль}} \approx 0.05 \text{ моль}$

3. Определим, какое количество вещества $HCl$ теоретически необходимо для полного растворения 0.05 моль $CaCO_3$. Согласно уравнению реакции, кислоты требуется вдвое больше:

$\nu_{теор.}(HCl) = 2 \cdot \nu(CaCO_3) = 2 \cdot 0.05 \text{ моль} = 0.1 \text{ моль}$

4. Теперь рассчитаем, какое количество вещества $HCl$ содержится в 50 мл 10%-го раствора. Сначала найдем массу раствора соляной кислоты:

$m_{р-ра(HCl)} = V_{р-ра(HCl)} \cdot \rho_{р-ра(HCl)} = 50 \text{ мл} \cdot 1.05 \text{ г/мл} = 52.5 \text{ г}$

Далее найдем массу чистого хлороводорода ($HCl$) в этом растворе:

$m_{(HCl)} = m_{р-ра(HCl)} \cdot \omega_{(HCl)} = 52.5 \text{ г} \cdot 0.10 = 5.25 \text{ г}$

Рассчитаем количество вещества $HCl$, используя его молярную массу:

$M(HCl) = 1.01 + 35.45 = 36.46 \text{ г/моль}$

$\nu_{практ.}(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{5.25 \text{ г}}{36.46 \text{ г/моль}} \approx 0.144 \text{ моль}$

5. Сравним имеющееся (практическое) количество соляной кислоты с теоретически необходимым:

$\nu_{практ.}(HCl) \approx 0.144 \text{ моль}$

$\nu_{теор.}(HCl) = 0.1 \text{ моль}$

Поскольку $\nu_{практ.}(HCl) > \nu_{теор.}(HCl)$ ($0.144 > 0.1$), соляная кислота находится в избытке.

Ответ: Да, данного количества соляной кислоты достаточно для полного растворения 5 г мела. После реакции еще останется избыток кислоты.

10. Подготовьте сообщение на тему «Значение соды в народном хозяйстве и история содового производства».

Введение: разновидности и общая характеристика соды

Под общим названием «сода» понимают группу натриевых солей угольной кислоты, которые играют важнейшую роль в промышленности и быту. Основными видами соды являются:

• Кальцинированная сода (карбонат натрия, $Na_2CO_3$) — основной продукт содовой промышленности, широко используемый в производстве стекла, химикатов и моющих средств.
• Пищевая или питьевая сода (гидрокарбонат натрия, $NaHCO_3$) — известна как разрыхлитель в кулинарии, а также применяется в медицине и химической промышленности.
• Каустическая сода (гидроксид натрия, $NaOH$) — хотя химически является щелочью, а не солью угольной кислоты, её производство тесно связано с содовой промышленностью, и она часто рассматривается в этом контексте.

Все эти вещества представляют собой белые кристаллические порошки, растворимые в воде, и являются фундаментальным сырьем для множества производственных процессов.

Ответ: Сода — это общее название для солей натрия, в первую очередь карбоната и гидрокарбоната натрия, являющихся ключевыми продуктами химической промышленности.

История содового производства: от золы к промышленным методам

История производства соды отражает развитие химической технологии. Изначально соду получали из природных источников — минерала трона ($Na_2CO_3 \cdot NaHCO_3 \cdot 2H_2O$), который добывали в высохших содовых озерах (например, в Египте), или из золы некоторых морских растений и водорослей. Этот способ был малопроизводительным и не мог удовлетворить растущий спрос со стороны стекольной и текстильной промышленности XVIII века.

Промышленная революция в производстве соды началась в 1791 году, когда французский химик Николя Леблан разработал первый синтетический метод. Процесс Леблана основывался на реакции поваренной соли ($NaCl$) с серной кислотой ($H_2SO_4$), углем и известняком. Несмотря на свою революционность, метод был экономически затратным и крайне вредным для окружающей среды из-за выбросов хлороводорода и образования токсичных отходов сульфида кальция.

Настоящим прорывом стал аммиачный метод, разработанный бельгийским инженером-химиком Эрнестом Сольве в 1861 году. Процесс Сольве использует в качестве сырья поваренную соль, аммиак и углекислый газ (получаемый из известняка). Ключевым этапом является осаждение малорастворимого в холодной воде гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$) с последующим его прокаливанием (кальцинацией) для получения карбоната натрия ($Na_2CO_3$). Этот метод оказался значительно более экономичным и экологически чистым, так как позволял регенерировать и повторно использовать дорогостоящий аммиак. Процесс Сольве быстро вытеснил метод Леблана и до сих пор является основным способом производства синтетической соды в мире.

Ответ: Производство соды прошло путь от сбора природного сырья и выщелачивания золы растений до высокотехнологичных промышленных методов Леблана и, впоследствии, более эффективного и экологичного аммиачного метода Сольве, который используется и сегодня.

Значение соды в народном хозяйстве: ключевые области применения

Сода является одним из важнейших продуктов основной химической промышленности, объемы ее производства служат индикатором индустриального развития страны. Сферы ее применения чрезвычайно разнообразны:

• Стекольная промышленность. Это крупнейший потребитель кальцинированной соды (около 50% всего производства). Сода ($Na_2CO_3$) выступает в роли флюса, понижая температуру плавления кварцевого песка и делая стекольную массу более однородной. Без нее невозможно производство листового стекла, стеклянной тары, оптики и стекловолокна.
• Химическая промышленность. Сода служит сырьем для получения множества других химических продуктов: едкого натра ($NaOH$), гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$), силикатов натрия (жидкое стекло), фосфатов и хроматов натрия.
• Производство моющих средств. Кальцинированная сода используется как компонент стиральных порошков и чистящих средств. Она смягчает воду, связывая ионы кальция и магния, что значительно повышает эффективность поверхностно-активных веществ (ПАВ).
• Металлургия. В черной металлургии соду применяют для десульфурации (удаления серы) из чугуна и стали. В цветной металлургии она используется при переработке бокситов для получения глинозема (сырья для производства алюминия), а также при извлечении других металлов.
• Целлюлозно-бумажная промышленность. Сода участвует в процессе варки целлюлозы, помогая отделять волокна от древесной массы.
• Пищевая промышленность и быт. Пищевая сода ($NaHCO_3$) — это известный разрыхлитель теста (пищевая добавка E500) и регулятор кислотности. В быту сода используется для чистки, мытья посуды и в гигиенических целях.
• Охрана окружающей среды. Соду используют для очистки промышленных дымовых газов от диоксида серы ($SO_2$) и для нейтрализации кислых сточных вод.

Ответ: Сода имеет стратегическое значение для экономики, являясь незаменимым сырьем в стекольной, химической, металлургической, целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности, а также в производстве моющих средств и решении экологических задач.