Страница 78 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Какие вещества называются кислотами? На какие группы можно разделить этот класс веществ:

а) по растворимости;

б) по содержанию кислорода?

Кислоты — это сложные вещества, состоящие из одного или нескольких атомов водорода и кислотного остатка. Согласно теории электролитической диссоциации, кислоты представляют собой электролиты, которые при диссоциации в водном растворе в качестве катионов образуют только ионы водорода ($H^+$).

а) по растворимости

По способности растворяться в воде кислоты делят на две основные группы. Растворимость конкретной кислоты можно проверить по таблице растворимости.

• Растворимые: к этой группе относится абсолютное большинство кислот. Например, серная кислота ($H_2SO_4$), соляная кислота ($HCl$), азотная кислота ($HNO_3$), фосфорная кислота ($H_3PO_4$).
• Нерастворимые: единственным примером нерастворимой неорганической кислоты, который часто рассматривается в школьном курсе, является кремниевая кислота ($H_2SiO_3$). Она представляет собой гелеобразное вещество.

Ответ: По растворимости кислоты делятся на растворимые (например, $H_2SO_4$, $HCl$) и нерастворимые (например, $H_2SiO_3$).

б) по содержанию кислорода

В зависимости от наличия атомов кислорода в составе молекулы кислоты классифицируют на кислородсодержащие и бескислородные.

• Кислородсодержащие (оксокислоты): в состав их молекул входят атомы кислорода. Примеры: серная кислота ($H_2SO_4$), азотная кислота ($HNO_3$), угольная кислота ($H_2CO_3$), фосфорная кислота ($H_3PO_4$).
• Бескислородные: в их молекулах атомы кислорода отсутствуют. Они состоят из водорода и неметалла. Примеры: соляная (хлороводородная) кислота ($HCl$), сероводородная кислота ($H_2S$), плавиковая (фтороводородная) кислота ($HF$).

Ответ: По содержанию кислорода кислоты делятся на кислородсодержащие (например, $H_2SO_4$, $HNO_3$) и бескислородные (например, $HCl$, $H_2S$).

2. Дайте характеристику фосфорной кислоты по плану:

а) формула: $H_3PO_4$

б) наличие кислорода

в) растворимость в воде

г) валентность кислотного остатка

а) формула

Фосфорная кислота (или ортофосфорная кислота) — это неорганическая кислота, которая в своей молекуле содержит три атома водорода, один атом фосфора и четыре атома кислорода. Её химическая формула правильно отражает этот состав.

Ответ: $H_3PO_4$

б) наличие кислорода

По составу кислоты делятся на две большие группы: бескислородные (например, $HCl$, $H_2S$) и кислородсодержащие. Так как в химической формуле фосфорной кислоты ($H_3PO_4$) присутствует элемент кислород (O), она относится к группе кислородсодержащих кислот.

Ответ: Кислородсодержащая.

в) растворимость в воде

Фосфорная кислота представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы, которые неограниченно растворяются в воде. Согласно таблице растворимости, фосфорная кислота является растворимым соединением.

Ответ: Растворима.

г) валентность кислотного остатка

Кислотный остаток фосфорной кислоты — это фосфат-ион, имеющий формулу $PO_4$. Валентность кислотного остатка равна основности кислоты, то есть числу атомов водорода, способных замещаться на атомы металла с образованием соли. В молекуле $H_3PO_4$ содержится три атома водорода, поэтому валентность кислотного остатка $PO_4$ равна трём.

Ответ: III

3. Сравните состав азотной и азотистой кислот. В какой из этих кислот массовая доля азота выше? Ответ подтвердите расчётами.

Сравним состав азотной и азотистой кислот.

Химическая формула азотной кислоты — $HNO_3$. Молекула состоит из одного атома водорода ($H$), одного атома азота ($N$) и трёх атомов кислорода ($O$).

Химическая формула азотистой кислоты — $HNO_2$. Молекула состоит из одного атома водорода ($H$), одного атома азота ($N$) и двух атомов кислорода ($O$).

Обе кислоты являются кислородсодержащими кислотами азота. Их качественный состав одинаков (содержат атомы $H$, $N$, $O$), но количественный состав различается числом атомов кислорода.

Чтобы определить, в какой из кислот массовая доля азота выше, произведём расчёты.

Дано:
Азотная кислота — $HNO_3$
Азотистая кислота — $HNO_2$
Относительные атомные массы:
$Ar(H) = 1$
$Ar(N) = 14$
$Ar(O) = 16$

Найти:
$\omega(N)$ в $HNO_3$ — ?
$\omega(N)$ в $HNO_2$ — ?

Решение:

Массовая доля элемента в веществе ($\omega$) вычисляется по формуле:

$\omega(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)} \cdot 100\%$

где $n$ — число атомов элемента в молекуле, $Ar(Э)$ — относительная атомная масса элемента, $Mr(вещества)$ — относительная молекулярная масса вещества.

1. Расчёт для азотной кислоты ($HNO_3$):

Сначала найдём относительную молекулярную массу азотной кислоты:
$Mr(HNO_3) = Ar(H) + Ar(N) + 3 \cdot Ar(O) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 15 + 48 = 63$

Теперь вычислим массовую долю азота в азотной кислоте:
$\omega(N \text{ в } HNO_3) = \frac{Ar(N)}{Mr(HNO_3)} \cdot 100\% = \frac{14}{63} \cdot 100\% \approx 22.22\%$

2. Расчёт для азотистой кислоты ($HNO_2$):

Сначала найдём относительную молекулярную массу азотистой кислоты:
$Mr(HNO_2) = Ar(H) + Ar(N) + 2 \cdot Ar(O) = 1 + 14 + 2 \cdot 16 = 15 + 32 = 47$

Теперь вычислим массовую долю азота в азотистой кислоте:
$\omega(N \text{ в } HNO_2) = \frac{Ar(N)}{Mr(HNO_2)} \cdot 100\% = \frac{14}{47} \cdot 100\% \approx 29.79\%$

3. Сравнение результатов:

$29.79\% > 22.22\%$

Следовательно, массовая доля азота выше в азотистой кислоте.

Ответ: Массовая доля азота выше в азотистой кислоте ($HNO_2$). В азотистой кислоте она составляет примерно $29.79\%$, а в азотной ($HNO_3$) — $22.22\%$.

4. Какую роль играет соляная кислота в процессе пищеварения? Почему эту кислоту называют также хлороводородной? Предложите способ образования названий бескислородных кислот.

Какую роль играет соляная кислота в процессе пищеварения?

Соляная кислота ($HCl$) является ключевым компонентом желудочного сока и выполняет несколько важнейших функций в процессе пищеварения:

• Активация ферментов: Соляная кислота создает в желудке сильнокислую среду (pH 1.5-2.5), которая необходима для превращения неактивного фермента пепсиногена в его активную форму — пепсин. Пепсин, в свою очередь, расщепляет белки до более простых пептидов.
• Денатурация белков: Кислая среда вызывает денатурацию (разбухание и потерю структуры) белков, поступивших с пищей. Это делает их более доступными для воздействия пепсина.
• Бактерицидное действие: Высокая кислотность желудочного сока уничтожает большинство вредоносных бактерий и микроорганизмов, попадающих в желудок вместе с едой и водой, тем самым защищая организм от инфекций.
• Стимуляция моторики и секреции: Соляная кислота способствует продвижению пищевого комка (химуса) из желудка в двенадцатиперстную кишку и стимулирует выработку гормонов, регулирующих дальнейшие этапы пищеварения.

Ответ: Соляная кислота активирует пищеварительные ферменты (в частности, пепсин), денатурирует белки для облегчения их расщепления, обеззараживает пищу, уничтожая бактерии, и стимулирует дальнейшие этапы пищеварения.

Почему эту кислоту называют также хлороводородной?

Название «хлороводородная кислота» отражает химический состав этого вещества. Соляная кислота представляет собой водный раствор газообразного соединения — хлороводорода. Молекула хлороводорода состоит из одного атома водорода ($H$) и одного атома хлора ($Cl$), её химическая формула — $HCl$.

Таким образом, название «хлороводородная» образовано от названий элементов, входящих в её состав: хлор и водород. Название же «соляная кислота» является историческим (тривиальным) и связано со способом её получения в прошлом — действием серной кислоты на поваренную соль ($NaCl$).

Ответ: Название «хлороводородная» указывает на то, что кислота является соединением хлора и водорода (представляет собой водный раствор хлороводорода $HCl$).

Предложите способ образования названий бескислородных кислот.

Бескислородные кислоты — это, как правило, водные растворы бинарных соединений водорода с неметаллами (чаще всего галогенами или халькогенами). Их систематические названия образуются по следующему принципу:

[Название неметалла (корень)] + [соединительная гласная «о»] + [слово «водородная»] + [слово «кислота»].

Примеры образования названий:

• $HF$ — фтор + о + водородная кислота = фтороводородная кислота (также имеет тривиальное название плавиковая кислота).
• $HCl$ — хлор + о + водородная кислота = хлороводородная кислота (соляная кислота).
• $HBr$ — бром + о + водородная кислота = бромоводородная кислота.
• $H_2S$ — сер(а) + о + водородная кислота = сероводородная кислота.
• $HCN$ — в растворе циан + о + водородная кислота = циановодородная кислота (синильная кислота).

Ответ: Названия бескислородных кислот образуются путем добавления к корню названия кислотообразующего неметалла соединительной гласной «-о-» и слов «водородная кислота». Общая схема: [корень неметалла]-о-водородная кислота.

5. Какие свойства серной кислоты требуют чрезвычайно осторожного обращения с ней? Каким правилом следует руководствоваться, разбавляя серную кислоту? Почему?

Какие свойства серной кислоты требуют чрезвычайно осторожного обращения с ней?

Серная кислота ($H_2SO_4$) требует чрезвычайно осторожного обращения из-за следующих ключевых свойств:

• Сильное водоотнимающее (гигроскопичное) действие: концентрированная серная кислота является мощным дегидратирующим агентом. Она не только поглощает влагу из воздуха, но и отнимает элементы воды (водород и кислород) от органических веществ, таких как сахар, древесина, кожа, вызывая их обугливание. Попадание кислоты на кожу приводит к тяжелейшим химическим ожогам.
• Выделение большого количества теплоты при растворении в воде: разбавление концентрированной серной кислоты — это сильно экзотермический процесс. Смешивание кислоты с водой сопровождается значительным разогревом раствора, что создает опасность.
• Сильные окислительные свойства: особенно в концентрированном виде и при нагревании, серная кислота является сильным окислителем. Она реагирует со многими металлами (включая неактивные, как медь) и неметаллами, при этом могут выделяться токсичные газы, например, диоксид серы ($SO_2$).

Ответ: Свойства, требующие чрезвычайной осторожности: сильное водоотнимающее действие, выделение большого количества тепла при смешивании с водой и сильные окислительные свойства.

Каким правилом следует руководствоваться, разбавляя серную кислоту?

При разбавлении концентрированной серной кислоты необходимо строго следовать правилу: приливать кислоту тонкой струйкой в воду при постоянном перемешивании, и ни в коем случае не наоборот. Существует известное мнемоническое правило: «сначала вода, потом кислота, иначе случится большая беда».

Ответ: Следует приливать кислоту в воду.

Почему?

Следование этому правилу критически важно по двум причинам, связанным с физическими свойствами веществ:

1. Разница в плотности: концентрированная серная кислота ($ \rho \approx 1,84~г/см^3 $) почти в два раза плотнее воды ($ \rho \approx 1~г/см^3 $). Когда кислоту льют в воду, она как более тяжелая жидкость опускается на дно, что способствует лучшему перемешиванию и более равномерному распределению тепла.
2. Тепловой эффект: процесс растворения кислоты в воде сильно экзотермичен. Если приливать воду (менее плотную) в кислоту (более плотную), вода останется на поверхности. Все выделяющееся тепло сконцентрируется в этом тонком верхнем слое воды и может привести к его мгновенному вскипанию. Это вызовет взрывообразное разбрызгивание капель горячей концентрированной кислоты, что чрезвычайно опасно. При правильном же способе разбавления (кислота в воду) выделяющееся тепло поглощается всем объемом воды, которая обладает высокой теплоемкостью, и сильного локального перегрева не происходит.

Ответ: Это правило обусловлено тем, что серная кислота плотнее воды, а ее растворение сопровождается выделением большого количества тепла. Приливание воды в кислоту приведет к ее локальному вскипанию на поверхности и разбрызгиванию едкой жидкости.

6. Какие вещества называются индикаторами? Приготовьте самодельный индикатор1 и определите, содержатся ли кислоты в выбранных продуктах питания.

Какие вещества называются индикаторами?

Индикаторы — это сложные органические вещества, которые способны обратимо изменять свой цвет в зависимости от концентрации ионов водорода ($H^+$) в растворе, то есть от кислотности среды (значения $pH$). Они служат для визуального определения среды раствора (кислотная, щелочная или нейтральная) и для установления точки эквивалентности при титровании.

Механизм их действия основан на том, что молекулы индикаторов представляют собой слабые кислоты или основания, у которых молекулярная и ионная формы имеют разную окраску. Изменение $pH$ среды смещает химическое равновесие, приводя к преобладанию той или иной формы и, соответственно, к изменению цвета раствора.

В лабораторной практике широко известны такие индикаторы, как:

• Лакмус: в кислой среде становится красным, в щелочной — синим, в нейтральной — фиолетовым.
• Фенолфталеин: в сильнощелочной среде ($pH > 8.2$) становится малиновым, а в кислой и нейтральной средах остается бесцветным.
• Метиловый оранжевый (метилоранж): в кислой среде ($pH < 3.1$) — красный, в щелочной ($pH > 4.4$) — желтый.

Ответ: Индикаторами называют вещества, которые изменяют свой цвет в ответ на изменение кислотности среды, что позволяет наглядно определить, является ли раствор кислым, щелочным или нейтральным.

Приготовьте самодельный индикатор и определите, содержатся ли кислоты в выбранных продуктах питания.

Для определения кислотности продуктов в домашних условиях можно приготовить натуральный индикатор из сока краснокочанной капусты. Пигменты антоцианы, содержащиеся в капусте, чувствительны к изменению $pH$ среды.

Ход эксперимента:

1. Приготовление индикатора

1. Мелко нарежьте или натрите на терке 2-3 листа краснокочанной капусты.
2. Поместите капусту в кастрюлю или термостойкую миску и залейте кипятком так, чтобы вода полностью покрывала листья.
3. Оставьте настаиваться на 20–30 минут. Вода должна окраситься в насыщенный фиолетовый цвет.
4. Процедите полученный отвар через сито или марлю. Фиолетовая жидкость — это готовый к использованию индикатор. В нейтральной среде он имеет фиолетовый цвет.

2. Определение кислотности продуктов

1. Подготовьте несколько чистых прозрачных емкостей (стаканов, банок).
2. В каждую емкость поместите небольшое количество исследуемого продукта. Для эксперимента можно взять:
   • Лимонный сок (или дольку лимона)
   • Столовый уксус
   • Молоко
   • Раствор пищевой соды (1 чайная ложка на полстакана воды)
   • Водопроводную воду (в качестве контроля)
3. В каждую емкость с продуктом добавьте 1–2 чайные ложки капустного индикатора и аккуратно перемешайте.
4. Наблюдайте за изменением цвета.

Результаты и выводы:

Изменение цвета индикатора указывает на среду раствора:

• Красный или розовый цвет свидетельствует о наличии кислоты (кислотная среда, $pH < 7$).
• Фиолетовый цвет (без изменений) указывает на нейтральную среду ($pH \approx 7$).
• Синий, зеленый или желтый цвет указывает на щелочную среду ($pH > 7$).

Результаты эксперимента с выбранными продуктами, скорее всего, будут следующими:

Таким образом, данный эксперимент наглядно демонстрирует, что в таких продуктах, как лимон и уксус, содержатся кислоты.

Ответ: Приготовив индикатор из отвара краснокочанной капусты и добавив его к пищевым продуктам, можно определить наличие в них кислот. Продукты, содержащие кислоты (например, лимонный сок, уксус, молоко), окрасят фиолетовый индикатор в розовые или красные оттенки.

Наиболее известный представитель класса солей — поваренная соль $NaCl$.

Её можно рассматривать как продукт замещения атома водорода в соляной кислоте на металл — натрий.

В случае кислородсодержащих кислот, например серной, с двухвалентным кислотным остатком $SO_4$ связаны два одновалентных атома водорода. При образовании соли они могут замещаться двумя атомами натрия: $Na_2SO_4$

Какое определение вы можете предложить для класса солей?

Какое определение вы можете предложить для класса солей?

Чтобы сформулировать определение для класса солей, проанализируем примеры, приведённые в тексте.

В первом примере рассматривается поваренная соль — хлорид натрия ($NaCl$). Указано, что её можно получить, если в молекуле соляной кислоты ($HCl$) заместить атом водорода на атом металла — натрия.

Во втором примере рассматривается сульфат натрия ($Na_2SO_4$). Он образуется из серной кислоты ($H_2SO_4$), в которой с двухвалентным кислотным остатком $SO_4$ связаны два атома водорода. При образовании соли оба этих атома водорода замещаются на два атома натрия.

Обобщая эти наблюдения, можно заметить общую закономерность: соли являются продуктами замещения атомов водорода в кислотах на атомы металлов. Кислотный остаток при этом остаётся неизменным. На основе этого можно дать определение классу солей.

Ответ: Соли — это сложные вещества, которые состоят из катионов металла и анионов кислотного остатка. С точки зрения их образования, соли можно рассматривать как продукты замещения одного или нескольких атомов водорода в молекуле кислоты на атомы металла.