Страница 80 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Какие соединения называются солями?

Соли — это класс сложных химических соединений, которые, с точки зрения теории электролитической диссоциации, состоят из катионов металла (или катиона аммония $NH_4^+$) и анионов кислотного остатка. Иными словами, соли являются продуктами реакции нейтрализации между кислотой и основанием, в которой атомы водорода в кислоте замещаются на атомы металла.

Общая формула соли может быть представлена как $Me_x(Ac)_y$, где $Me$ — катион металла или аммония, а $Ac$ — анион кислотного остатка. Индексы $x$ и $y$ определяются валентностями (степенями окисления) катиона и аниона таким образом, чтобы молекула была электронейтральной.

Классический пример образования соли — реакция нейтрализации:

Кислота + Основание → Соль + Вода

Например, при реакции соляной кислоты ($HCl$) и гидроксида натрия ($NaOH$) образуется хлорид натрия ($NaCl$) и вода ($H_2O$):

$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

Соли классифицируют по их составу и строению на несколько типов:

Средние (нормальные) соли: Продукты полного замещения атомов водорода в молекуле кислоты на атомы металла. Они не содержат ни ионов $H^+$, ни гидроксид-ионов $OH^-$. Примеры: хлорид натрия ($NaCl$), сульфат калия ($K_2SO_4$), нитрат кальция ($Ca(NO_3)_2$).

Кислые соли: Продукты неполного замещения атомов водорода в многоосновной кислоте на атомы металла. В их состав входят катионы водорода $H^+$, способные замещаться на металл. Примеры: гидрокарбонат натрия ($NaHCO_3$), дигидрофосфат калия ($KH_2PO_4$).

Основные соли: Продукты неполного замещения гидроксогрупп ($OH^-$) в многокислотном основании на кислотные остатки. В их состав входят гидроксогруппы $OH^-$, способные замещаться на кислотный остаток. Примеры: гидроксохлорид магния ($(MgOH)Cl$), дигидроксонитрат железа(III) ($(Fe(OH)_2)NO_3$).

Двойные соли: В их состав входят два различных катиона и один анион. Пример: алюмокалиевые квасцы ($KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$).

Смешанные соли: Содержат один вид катионов и два различных аниона. Пример: хлорид-гипохлорит кальция ($Ca(OCl)Cl$).

Комплексные соли: Содержат комплексный ион (катион или анион), который при диссоциации существует как единое целое. Примеры: гексацианоферрат(III) калия ($K_3[Fe(CN)_6]$), тетрагидроксоцинкат натрия ($Na_2[Zn(OH)_4]$).

Таким образом, соли представляют собой обширный и разнообразный класс неорганических соединений с преимущественно ионным строением, играющих важную роль в химии, биологии и промышленности.

Ответ: Соли — это сложные вещества, которые состоят из катионов металла (или иона аммония $NH_4^+$) и анионов кислотного остатка. Они образуются в результате полного или частичного замещения атомов водорода в кислоте на металл или в результате полного или частичного замещения гидроксогрупп в основании на кислотный остаток.

2. Составьте формулы солей натрия, кальция и алюминия азотной, серной и фосфорной кислот. Используя таблицу растворимости, определите, какие соли растворимы в воде.

Для составления формул солей необходимо знать валентности (или степени окисления) металлов и кислотных остатков. Формула составляется так, чтобы суммарный положительный заряд катионов металла уравновешивал суммарный отрицательный заряд анионов кислотного остатка. Растворимость определяется по таблице растворимости.

Используемые ионы:

Катионы металлов: натрий $Na^+$, кальций $Ca^{2+}$, алюминий $Al^{3+}$.

Анионы кислотных остатков: нитрат $NO_3^-$, сульфат $SO_4^{2-}$, фосфат $PO_4^{3-}$.

Соли натрия (Na)

С азотной кислотой: нитрат натрия. Формула: $NaNO_3$. Согласно таблице растворимости, соль растворима (Р).

С серной кислотой: сульфат натрия. Формула: $Na_2SO_4$. Согласно таблице растворимости, соль растворима (Р).

С фосфорной кислотой: фосфат натрия. Формула: $Na_3PO_4$. Согласно таблице растворимости, соль растворима (Р).

Соли кальция (Ca)

С азотной кислотой: нитрат кальция. Формула: $Ca(NO_3)_2$. Согласно таблице растворимости, соль растворима (Р).

С серной кислотой: сульфат кальция. Формула: $CaSO_4$. Согласно таблице растворимости, соль малорастворима (М).

С фосфорной кислотой: фосфат кальция. Формула: $Ca_3(PO_4)_2$. Согласно таблице растворимости, соль нерастворима (Н).

Соли алюминия (Al)

С азотной кислотой: нитрат алюминия. Формула: $Al(NO_3)_3$. Согласно таблице растворимости, соль растворима (Р).

С серной кислотой: сульфат алюминия. Формула: $Al_2(SO_4)_3$. Согласно таблице растворимости, соль растворима (Р).

С фосфорной кислотой: фосфат алюминия. Формула: $AlPO_4$. Согласно таблице растворимости, соль нерастворима (Н).

Ответ:

Формулы солей:
Соли натрия: $NaNO_3, Na_2SO_4, Na_3PO_4$.
Соли кальция: $Ca(NO_3)_2, CaSO_4, Ca_3(PO_4)_2$.
Соли алюминия: $Al(NO_3)_3, Al_2(SO_4)_3, AlPO_4$.

Растворимые в воде соли:
$NaNO_3$ (нитрат натрия),
$Na_2SO_4$ (сульфат натрия),
$Na_3PO_4$ (фосфат натрия),
$Ca(NO_3)_2$ (нитрат кальция),
$Al(NO_3)_3$ (нитрат алюминия),
$Al_2(SO_4)_3$ (сульфат алюминия).

3. Из предложенного перечня выберите формулы оксидов, кислот и солей: $H_2S$, $KCl$, $SO_3$, $FeO$, $N_2O_3$, $Cu_3(PO_4)_2$, $Cu_2O$, $P_2O_5$, $H_3PO_4$. Приведите названия всех веществ.

Решение

Для выполнения задания классифицируем каждое вещество из предложенного перечня и приведем его название.

Оксиды

Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых — кислород. В данном списке к оксидам относятся:
$SO_3$ — оксид серы(VI) (также называют серный ангидрид);
$FeO$ — оксид железа(II);
$N_2O_3$ — оксид азота(III) (также называют азотистый ангидрид);
$Cu_2O$ — оксид меди(I);
$P_2O_5$ — оксид фосфора(V) (также называют фосфорный ангидрид).
Ответ: $SO_3$ (оксид серы(VI)), $FeO$ (оксид железа(II)), $N_2O_3$ (оксид азота(III)), $Cu_2O$ (оксид меди(I)), $P_2O_5$ (оксид фосфора(V)).

Кислоты

Кислоты — это сложные вещества, молекулы которых содержат атомы водорода и кислотный остаток. В данном списке к кислотам относятся:
$H_2S$ — сероводородная кислота;
$H_3PO_4$ — ортофосфорная кислота (или фосфорная кислота).
Ответ: $H_2S$ (сероводородная кислота), $H_3PO_4$ (ортофосфорная кислота).

Соли

Соли — это сложные вещества, которые состоят из катионов металла (или иона аммония) и анионов кислотного остатка. В данном списке к солям относятся:
$KCl$ — хлорид калия;
$Cu_3(PO_4)_2$ — фосфат меди(II).
Ответ: $KCl$ (хлорид калия), $Cu_3(PO_4)_2$ (фосфат меди(II)).

4. Охарактеризуйте распространённость хлорида натрия в природе. Какие области применения этой соли вы можете назвать?

Охарактеризуйте распространённость хлорида натрия в природе.

Хлорид натрия, химическая формула которого $NaCl$, также известный как поваренная соль, каменная соль или минерал галит, является одним из самых распространённых соединений на планете. Его можно найти в природе в нескольких основных формах:

• В растворённом виде: Это основная форма нахождения хлорида натрия. Он является главным компонентом, определяющим солёность вод Мирового океана (содержание в среднем около 27-28 г/л). Также в высоких концентрациях он растворён в воде соляных озёр (например, Мёртвое море, Большое Солёное озеро) и в подземных минерализованных водах (рассолах).
• В твёрдом виде: В земной коре хлорид натрия образует огромные отложения в виде минерала галита (каменной соли). Эти пласты сформировались на месте высохших древних морей и океанов. Крупнейшие месторождения каменной соли разрабатываются по всему миру для промышленной добычи.
• В живых организмах: Хлорид натрия — жизненно важное вещество для большинства живых организмов, включая человека. Ионы $Na^+$ и $Cl^-$ играют ключевую роль в поддержании водно-солевого баланса, осмотического давления и функционировании нервной системы. Он содержится в крови, слезах и других тканевых жидкостях.

Ответ: Хлорид натрия широко распространён в природе в растворённом виде в водах морей, океанов и соляных озёр, а также в твёрдом виде, образуя мощные залежи минерала галита (каменной соли) в земной коре. Кроме того, он является неотъемлемым компонентом всех живых организмов.

Какие области применения этой соли вы можете назвать?

Области применения хлорида натрия ($NaCl$) чрезвычайно разнообразны и охватывают практически все сферы человеческой деятельности:

• Пищевая промышленность: Наиболее известное применение — в качестве поваренной соли. Её используют как важнейшую вкусовую добавку и как эффективный консервант при солении, квашении, мариновании и консервировании различных продуктов (мяса, рыбы, овощей).
• Химическая промышленность: Хлорид натрия является фундаментальным сырьём для получения целого ряда важнейших химических продуктов, включая:
  • гидроксид натрия ($NaOH$, или каустическая сода);
  • газообразный хлор ($Cl_2$);
  • соляную кислоту ($HCl$);
  • металлический натрий ($Na$);
  • карбонат натрия ($Na_2CO_3$, или кальцинированная сода) по методу Сольве.
• Коммунальное хозяйство: В зимний период техническую соль (галит) в огромных количествах используют в качестве антигололёдного реагента для обработки дорог, тротуаров и взлётно-посадочных полос. Раствор соли замерзает при более низкой температуре, чем чистая вода, что способствует таянию льда и снега.
• Медицина: Стерильный изотонический (0,9%) раствор хлорида натрия, известный как "физиологический раствор", широко применяется для внутривенных инфузий с целью восполнения жидкости в организме, в качестве растворителя для лекарственных препаратов, а также для промывания ран и слизистых оболочек.
• Сельское хозяйство: Используется как минеральная подкормка для скота в виде солевых брикетов (лизунцов) для поддержания нормального обмена веществ у животных.
• Другие отрасли: Применяется в котельных установках для регенерации ионообменных фильтров при умягчении воды, в кожевенном и текстильном производстве, при изготовлении мыла, красителей, бумаги и во многих других технологических процессах.

Ответ: Основные области применения хлорида натрия включают пищевую промышленность (как приправа и консервант), химическую промышленность (как сырьё для производства хлора, щелочей и соды), коммунальное хозяйство (для борьбы со льдом), медицину (в виде физиологического раствора), а также сельское хозяйство и многие другие отрасли промышленности.

5. Какие природные разновидности карбоната кальция вы знаете? Какую роль играет это соединение в живой и неживой природе?

Какие природные разновидности карбоната кальция вы знаете?

Карбонат кальция ($CaCO_3$) — одно из самых распространенных соединений на Земле, встречающееся в природе в различных формах. Основные его разновидности можно разделить на минералы и горные породы, а также биогенные образования.

• Минералы: Существует несколько кристаллических модификаций (полиморфов) карбоната кальция:
  • Кальцит — наиболее стабильная и распространенная форма. Имеет тригональную кристаллическую структуру. Является основным компонентом известняков и мрамора.
  • Арагонит — менее стабильная, ромбическая модификация. Образуется при более высоких давлениях и температурах, а также в результате биологических процессов. Входит в состав раковин многих моллюсков, жемчуга и коралловых скелетов. Со временем превращается в кальцит.
  • Ватерит — редкая и наименее стабильная гексагональная модификация.
• Горные породы:
  • Известняк — осадочная порода, состоящая преимущественно из кальцита. Образуется как химическим путем, так и из останков живых организмов.
  • Мел — мягкая, пористая разновидность известняка, состоящая из микроскопических скелетов планктонных водорослей (кокколитофорид).
  • Мрамор — метаморфическая порода, образовавшаяся в результате перекристаллизации известняка под воздействием высоких температур и давлений.
  • Травертин (известковый туф) — пористая порода, образующаяся в результате осаждения карбоната кальция из вод минеральных источников. Из него формируются сталактиты и сталагмиты в пещерах.
• Биогенные образования (созданные живыми организмами):
  • Раковины моллюсков и фораминифер — служат защитным внешним скелетом.
  • Жемчуг — состоит из концентрических слоев арагонита, откладывающихся внутри раковины моллюска.
  • Коралловые рифы — массивные подводные структуры, построенные из скелетов колониальных коралловых полипов.
  • Яичная скорлупа — у птиц и рептилий состоит в основном из карбоната кальция, обеспечивая защиту зародыша.

Ответ: Природными разновидностями карбоната кальция являются минералы (кальцит, арагонит, ватерит), горные породы (известняк, мел, мрамор, травертин) и биогенные образования (раковины, кораллы, жемчуг, яичная скорлупа).

Какую роль играет это соединение в живой и неживой природе?

Карбонат кальция играет фундаментальную роль как в геологических процессах, так и в жизнедеятельности организмов.

Роль в неживой природе:

• Породообразование: Карбонат кальция является основой для формирования огромных толщ осадочных пород (известняков, мела) и продуктов их метаморфизма (мрамора). Эти породы составляют значительную часть земной коры.
• Формирование рельефа: Растворение известняков под действием воды, содержащей углекислый газ, приводит к образованию уникальных карстовых ландшафтов: пещер, воронок, подземных рек. Процесс описывается уравнением: $CaCO_3(тв) + H_2O(ж) + CO_2(р-р) \rightleftharpoons Ca(HCO_3)_2(р-р)$. При обратном процессе (испарении воды или снижении концентрации $CO_2$) происходит осаждение $CaCO_3$ и рост пещерных образований — сталактитов и сталагмитов.
• Участие в глобальном круговороте углерода: Карбонатные породы являются крупнейшим резервуаром углерода на планете. Процессы их образования и разрушения связывают и высвобождают углекислый газ, регулируя его концентрацию в атмосфере в геологических масштабах времени и влияя на климат Земли.

Роль в живой природе:

• Структурная и защитная функция: Карбонат кальция является основным строительным материалом для скелетных и защитных образований множества организмов. Он формирует:
  • Внешние скелеты (раковины) моллюсков, фораминифер, остракод.
  • Внутренние скелеты кораллов, которые строят коралловые рифы — одни из самых биоразнообразных экосистем мира.
  • Яичную скорлупу птиц и рептилий, которая защищает развивающийся эмбрион от механических повреждений и высыхания.
• Источник ионов кальция: Хотя сам карбонат кальция малорастворим, его постепенное растворение в природной среде высвобождает ионы кальция ($Ca^{2+}$), которые необходимы всем живым организмам для важнейших процессов: сокращения мышц, передачи нервных импульсов, свертывания крови и построения костной ткани у позвоночных.
• Регуляция среды обитания: В почве карбонат кальция влияет на ее кислотность (pH), определяя, какие растения могут на ней произрастать. В Мировом океане карбонатная система выступает в качестве буфера, поддерживая стабильность pH воды, что критически важно для выживания морских обитателей.

Ответ: В неживой природе карбонат кальция формирует горные породы и рельеф (карст), а также является ключевым участником глобального круговорота углерода. В живой природе он выполняет структурную и защитную функции, являясь материалом для раковин, скелетов и яичной скорлупы, а также служит источником ионов кальция и регулятором pH среды обитания.

6. Рассчитайте массовую долю кальция в хлориде, нитрате и фосфате. Расположите эти соли в порядке возрастания массовой доли металла. Охарактеризуйте растворимость этих солей в воде.

Для решения задачи сначала определим химические формулы солей кальция: хлорида, нитрата и фосфата. Затем, используя относительные атомные массы элементов из Периодической системы, рассчитаем их относительные молекулярные массы и массовые доли кальция.

Относительные атомные массы (округленные):

• Кальций ($Ca$): $Ar(Ca) = 40$
• Хлор ($Cl$): $Ar(Cl) = 35.5$
• Азот ($N$): $Ar(N) = 14$
• Кислород ($O$): $Ar(O) = 16$
• Фосфор ($P$): $Ar(P) = 31$

Рассчитайте массовую долю кальция в хлориде, нитрате и фосфате.

Дано:

Найти:

Решение:

Массовая доля элемента в веществе ($ω$) рассчитывается по формуле:

$ω(элемента) = \frac{n \cdot Ar(элемента)}{Mr(вещества)} \cdot 100\%$

где $n$ — число атомов элемента в формульной единице, $Ar$ — относительная атомная масса элемента, $Mr$ — относительная молекулярная (формульная) масса вещества.

1. Расчет для хлорида кальция ($CaCl_2$)

Относительная молекулярная масса $CaCl_2$:

$Mr(CaCl_2) = Ar(Ca) + 2 \cdot Ar(Cl) = 40 + 2 \cdot 35.5 = 111$

Массовая доля кальция в $CaCl_2$:

$ω(Ca) = \frac{1 \cdot Ar(Ca)}{Mr(CaCl_2)} \cdot 100\% = \frac{40}{111} \cdot 100\% \approx 36.04\%$

2. Расчет для нитрата кальция ($Ca(NO_3)_2$)

Относительная молекулярная масса $Ca(NO_3)_2$:

$Mr(Ca(NO_3)_2) = Ar(Ca) + 2 \cdot (Ar(N) + 3 \cdot Ar(O)) = 40 + 2 \cdot (14 + 3 \cdot 16) = 40 + 2 \cdot 62 = 164$

Массовая доля кальция в $Ca(NO_3)_2$:

$ω(Ca) = \frac{1 \cdot Ar(Ca)}{Mr(Ca(NO_3)_2)} \cdot 100\% = \frac{40}{164} \cdot 100\% \approx 24.39\%$

3. Расчет для фосфата кальция ($Ca_3(PO_4)_2$)

Относительная молекулярная масса $Ca_3(PO_4)_2$:

$Mr(Ca_3(PO_4)_2) = 3 \cdot Ar(Ca) + 2 \cdot (Ar(P) + 4 \cdot Ar(O)) = 3 \cdot 40 + 2 \cdot (31 + 4 \cdot 16) = 120 + 2 \cdot 95 = 310$

Массовая доля кальция в $Ca_3(PO_4)_2$:

$ω(Ca) = \frac{3 \cdot Ar(Ca)}{Mr(Ca_3(PO_4)_2)} \cdot 100\% = \frac{120}{310} \cdot 100\% \approx 38.71\%$

Ответ: Массовая доля кальция составляет: в хлориде кальция ($CaCl_2$) ≈ 36.04%; в нитрате кальция ($Ca(NO_3)_2$) ≈ 24.39%; в фосфате кальция ($Ca_3(PO_4)_2$) ≈ 38.71%.

Расположите эти соли в порядке возрастания массовой доли металла.

Сравнивая полученные значения массовых долей кальция, располагаем соли в порядке их увеличения:

1. Нитрат кальция ($Ca(NO_3)_2$) с $ω(Ca) \approx 24.39\%$

2. Хлорид кальция ($CaCl_2$) с $ω(Ca) \approx 36.04\%$

3. Фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$) с $ω(Ca) \approx 38.71\%$

Ответ: Порядок возрастания массовой доли кальция: нитрат кальция → хлорид кальция → фосфат кальция ($Ca(NO_3)_2 \rightarrow CaCl_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$).

Охарактеризуйте растворимость этих солей в воде.

Для определения растворимости солей в воде используется таблица растворимости кислот, оснований и солей.

• Хлорид кальция ($CaCl_2$): хорошо растворимая в воде соль (Р).
• Нитрат кальция ($Ca(NO_3)_2$): хорошо растворимая в воде соль (Р). Практически все нитраты растворимы.
• Фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$): нерастворимая в воде соль (Н).

Ответ: Хлорид кальция и нитрат кальция — растворимые соли, фосфат кальция — нерастворимая соль.