Страница 73 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

12. Определите массу гидроксида кальция, использованного в реакции с углекислым газом для получения 10 г карбоната кальция.

Дано:

$m(CaCO_3) = 10 \text{ г}$

Найти:

$m(Ca(OH)_2)$ – ?

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции взаимодействия гидроксида кальция (гашеная известь) с углекислым газом. В результате реакции образуется карбонат кальция (выпадает в виде осадка) и вода.

$Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

Уравнение сбалансировано, и мы видим, что стехиометрические коэффициенты перед гидроксидом кальция ($Ca(OH)_2$) и карбонатом кальция ($CaCO_3$) равны 1. Это означает, что количества веществ этих соединений в реакции равны:

$n(Ca(OH)_2) = n(CaCO_3)$

2. Рассчитаем молярную массу карбоната кальция ($M(CaCO_3)$), используя относительные атомные массы элементов из таблицы Менделеева ($Ar(Ca) \approx 40 \text{ а.е.м.}$, $Ar(C) \approx 12 \text{ а.е.м.}$, $Ar(O) \approx 16 \text{ а.е.м.}$):

$M(CaCO_3) = Ar(Ca) + Ar(C) + 3 \cdot Ar(O) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100 \text{ г/моль}$

3. Теперь найдем количество вещества ($n$) для 10 г карбоната кальция по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)} = \frac{10 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 0.1 \text{ моль}$

4. Исходя из стехиометрического соотношения (пункт 1), количество вещества гидроксида кальция, необходимого для реакции, также составляет 0.1 моль:

$n(Ca(OH)_2) = 0.1 \text{ моль}$

5. Рассчитаем молярную массу гидроксида кальция ($M(Ca(OH)_2)$), используя относительные атомные массы ($Ar(H) \approx 1 \text{ а.е.м.}$):

$M(Ca(OH)_2) = Ar(Ca) + 2 \cdot (Ar(O) + Ar(H)) = 40 + 2 \cdot (16 + 1) = 40 + 34 = 74 \text{ г/моль}$

6. Наконец, рассчитаем массу гидроксида кальция, которая вступила в реакцию, по формуле $m = n \cdot M$:

$m(Ca(OH)_2) = n(Ca(OH)_2) \cdot M(Ca(OH)_2) = 0.1 \text{ моль} \cdot 74 \text{ г/моль} = 7.4 \text{ г}$

Ответ: масса гидроксида кальция, использованного в реакции, равна 7.4 г.

13. Дана схема превращений веществ:

$Li \rightarrow LiOH \rightarrow Li_2SO_4$

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить эти превращения, укажите названия веществ и тип каждой реакции.

Li → LiOH

Для осуществления первого превращения необходимо провести реакцию взаимодействия металлического лития ($Li$) с водой ($H_2O$). Литий является активным щелочным металлом и вступает в реакцию с водой, замещая в ней один из атомов водорода. В результате этой реакции образуется растворимое основание (щёлочь) — гидроксид лития ($LiOH$), и выделяется газообразный водород ($H_2$).

Уравнение реакции:

$2Li + 2H_2O \rightarrow 2LiOH + H_2 \uparrow$

Названия веществ: $Li$ — литий, $H_2O$ — вода, $LiOH$ — гидроксид лития, $H_2$ — водород.

Тип реакции: реакция замещения, так как простое вещество (литий) взаимодействует со сложным (вода), в результате чего образуются новое сложное вещество (гидроксид лития) и новое простое вещество (водород).

Ответ: Уравнение реакции: $2Li + 2H_2O \rightarrow 2LiOH + H_2 \uparrow$. Названия веществ: литий, вода, гидроксид лития, водород. Тип реакции: замещения.

LiOH → Li₂SO₄

Чтобы осуществить второе превращение и получить сульфат лития ($Li_2SO_4$) из гидроксида лития ($LiOH$), необходимо провести реакцию между основанием и кислотой. В данном случае гидроксид лития реагирует с серной кислотой ($H_2SO_4$). Эта реакция является реакцией нейтрализации.

Уравнение реакции:

$2LiOH + H_2SO_4 \rightarrow Li_2SO_4 + 2H_2O$

Названия веществ: $LiOH$ — гидроксид лития, $H_2SO_4$ — серная кислота, $Li_2SO_4$ — сульфат лития, $H_2O$ — вода.

Тип реакции: реакция обмена, так как два сложных вещества (гидроксид лития и серная кислота) обмениваются своими составными частями с образованием двух новых сложных веществ (сульфата лития и воды).

Ответ: Уравнение реакции: $2LiOH + H_2SO_4 \rightarrow Li_2SO_4 + 2H_2O$. Названия веществ: гидроксид лития, серная кислота, сульфат лития, вода. Тип реакции: обмена.

1. Выберите ряд формул веществ, в котором каждое вещество относится к основаниям.

1) $\text{NaOH}$, $\text{Cu(OH)}_2$, $\text{CaO}$

2) $\text{LiOH}$, $\text{Fe(OH)}_2$, $\text{Cr(OH)}_2$

3) $\text{Ba(OH)}_2$, $\text{FeO}$, $\text{KOH}$

4) $\text{CaCl}_2$, $\text{Sr(OH)}_2$, $\text{CH}_4$

Решение

Основания (или гидроксиды) — это сложные вещества, состоящие из катиона металла и одной или нескольких гидроксогрупп ($OH^{-}$). Общая формула оснований: $Me(OH)_n$, где $Me$ — металл, а $n$ — его степень окисления, равная числу гидроксогрупп. Проанализируем каждый из предложенных рядов.

1) $NaOH, Cu(OH)_2, CaO$

В этом ряду $NaOH$ (гидроксид натрия) и $Cu(OH)_2$ (гидроксид меди(II)) являются основаниями, так как состоят из металла и гидроксогруппы. Однако, вещество $CaO$ (оксид кальция) относится к классу основных оксидов, а не оснований. Следовательно, этот ряд не является верным.

2) $LiOH, Fe(OH)_2, Cr(OH)_2$

Рассмотрим вещества в этом ряду:

• $LiOH$ — гидроксид лития, состоит из металла лития ($Li$) и одной гидроксогруппы ($OH^{-}$). Является основанием.
• $Fe(OH)_2$ — гидроксид железа(II), состоит из металла железа ($Fe$) и двух гидроксогрупп ($OH^{-}$). Является основанием.
• $Cr(OH)_2$ — гидроксид хрома(II), состоит из металла хрома ($Cr$) и двух гидроксогрупп ($OH^{-}$). Является основанием.

3) $Ba(OH)_2, FeO, KOH$

В этом ряду $Ba(OH)_2$ (гидроксид бария) и $KOH$ (гидроксид калия) являются основаниями. Но вещество $FeO$ (оксид железа(II)) является основным оксидом. Таким образом, этот ряд не подходит.

4) $CaCl_2, Sr(OH)_2, CH_4$

В этом ряду только $Sr(OH)_2$ (гидроксид стронция) является основанием. Вещество $CaCl_2$ (хлорид кальция) — это соль, а $CH_4$ (метан) — это органическое соединение, алкан. Следовательно, этот ряд не подходит.

Таким образом, единственным рядом, в котором все перечисленные вещества являются основаниями, является второй ряд.

Ответ: 2

2. Укажите формулу вещества, которое относится к нерастворимым основаниям.

1) $MgO$

2) $KOH$

3) $Cu(OH)_2$

4) $CaCO_3$

Решение

Для того чтобы определить, какое из предложенных веществ является нерастворимым основанием, необходимо проанализировать каждое из них по двум критериям: принадлежность к классу оснований и растворимость в воде.

Основания (в рамках школьного курса химии) — это сложные вещества, состоящие из катиона металла и одной или нескольких гидроксид-анионов ($OH^−$). Растворимость вещества можно определить по таблице растворимости солей, кислот и оснований.

Рассмотрим каждый вариант:

1) $MgO$ — оксид магния. Это вещество относится к классу оксидов (основных оксидов), а не оснований. Следовательно, этот вариант не подходит.

2) $KOH$ — гидроксид калия. Это вещество состоит из металла калия ($K$) и гидроксогруппы ($OH$), значит, это основание. Калий ($K$) является щелочным металлом, а гидроксиды щелочных металлов хорошо растворимы в воде и называются щелочами. Таким образом, $KOH$ — это растворимое основание.

3) $Cu(OH)_2$ — гидроксид меди(II). Это вещество состоит из металла меди ($Cu$) и двух гидроксогрупп ($OH$), следовательно, является основанием. Обратившись к таблице растворимости, мы видим, что гидроксид меди(II) нерастворим в воде. Это и есть нерастворимое основание.

4) $CaCO_3$ — карбонат кальция. Это вещество является солью, образованной металлом кальцием ($Ca$) и кислотным остатком угольной кислоты ($CO_3$). Хотя карбонат кальция нерастворим в воде, он не относится к классу оснований.

Таким образом, единственное вещество в списке, которое является нерастворимым основанием, — это гидроксид меди(II).

Ответ: 3) $Cu(OH)_2$.

3. Укажите вещество, в растворе которого фенолфталеин будет иметь такой же цвет, как и в растворе гидроксида калия.

1) гидроксид цинка

2) гидроксид бария

3) гидроксид меди(I)

4) соляная кислота

Решение

Фенолфталеин — это кислотно-основный индикатор, который меняет свой цвет в зависимости от водородного показателя (pH) среды. В кислой и нейтральной среде (при $pH < 8.2$) он бесцветен, а в щелочной среде (при $pH > 8.2$) он приобретает малиновую (розовую) окраску.

Гидроксид калия ($KOH$) — это сильное основание, хорошо растворимое в воде, то есть щёлочь. В водном растворе он диссоциирует на ионы:

$KOH \rightarrow K^+ + OH^-$

Образующиеся гидроксид-ионы ($OH^-$) создают в растворе сильнощелочную среду, поэтому фенолфталеин в таком растворе будет иметь малиновый цвет. Следовательно, нам нужно найти вещество, которое также является щёлочью (растворимым сильным основанием) и создаст в растворе щелочную среду.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) гидроксид цинка

Гидроксид цинка ($Zn(OH)_2$) является амфотерным гидроксидом и практически нерастворим в воде. Поскольку он не создаёт в растворе избытка гидроксид-ионов, среда остаётся нейтральной, и фенолфталеин будет бесцветным.

Ответ: Не подходит.

2) гидроксид бария

Гидроксид бария ($Ba(OH)_2$) — это сильное основание, которое растворимо в воде (является щёлочью). При растворении он диссоциирует с образованием гидроксид-ионов:

$Ba(OH)_2 \rightleftharpoons Ba^{2+} + 2OH^-$

Это приводит к созданию щелочной среды в растворе. Фенолфталеин в таком растворе окрасится в малиновый цвет, так же как и в растворе гидроксида калия.

Ответ: Подходит.

3) гидроксид меди(I)

Гидроксид меди(I) ($CuOH$) — это слабое основание, нерастворимое в воде. Он не создаёт в растворе щелочную среду, поэтому фенолфталеин останется бесцветным.

Ответ: Не подходит.

4) соляная кислота

Соляная кислота ($HCl$) — это сильная кислота. В растворе она создаёт кислую среду за счёт диссоциации с образованием ионов водорода ($H^+$). В кислой среде фенолфталеин бесцветен.

Ответ: Не подходит.

Таким образом, единственным веществом из списка, в растворе которого фенолфталеин будет иметь такую же окраску, как и в растворе гидроксида калия, является гидроксид бария.

Ответ: 2) гидроксид бария.

4. Выберите формулу основания, которое не разлагается при нагревании.

1) $KOH$

2) $Ni(OH)_2$

3) $CuOH$

4) $Mg(OH)_2$

Решение

Для того чтобы выбрать основание, которое не разлагается при нагревании, необходимо знать общие закономерности термической устойчивости гидроксидов.

• Гидроксиды щелочных металлов (элементы IA группы, например Li, Na, K) и щелочноземельных металлов, начиная с кальция (Ca, Sr, Ba), являются термически устойчивыми. При нагревании они плавятся, но не разлагаются.
• Нерастворимые основания, гидроксиды амфотерных металлов, а также гидроксид магния ($Mg(OH)_2$) и гидроксид лития ($LiOH$) являются термически неустойчивыми и при нагревании разлагаются на соответствующий оксид и воду.

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) KOH
Гидроксид калия ($KOH$) — это гидроксид щелочного металла калия (K). Согласно правилу, он является щёлочью и термически устойчив. При нагревании он плавится (температура плавления 360°C), но не разлагается.

2) Ni(OH)₂
Гидроксид никеля(II) ($Ni(OH)_2$) — это нерастворимое в воде основание. При нагревании оно разлагается на оксид никеля(II) и воду:
$Ni(OH)_2 \xrightarrow{t°} NiO + H_2O$

3) CuOH
Гидроксид меди(I) ($CuOH$) — это очень неустойчивое соединение, которое разлагается уже при комнатной температуре или незначительном нагревании на оксид меди(I) и воду:
$2CuOH \xrightarrow{} Cu_2O\downarrow + H_2O$

4) Mg(OH)₂
Гидроксид магния ($Mg(OH)_2$) — это нерастворимое основание. Несмотря на то, что магний относится к щелочноземельным металлам, его гидроксид (в отличие от $Ca(OH)_2$, $Sr(OH)_2$ и $Ba(OH)_2$) термически неустойчив и разлагается при нагревании:
$Mg(OH)_2 \xrightarrow{t°} MgO + H_2O$

Таким образом, единственным основанием из предложенного списка, которое не разлагается при нагревании, является гидроксид калия.

Ответ: 1) KOH

5. Верны ли утверждения об основаниях?

А. Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами.

Б. При взаимодействии оснований с кислотами образуются соль и вода.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

Проанализируем последовательно оба утверждения, чтобы определить их истинность.

А. Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами.

Данное утверждение является верным. Щёлочи – это растворимые в воде сильные основания (например, гидроксид натрия $NaOH$, гидроксид калия $KOH$). Кислотные оксиды – это оксиды неметаллов (например, диоксид углерода $CO_2$, оксид серы(VI) $SO_3$) или металлов в высших степенях окисления, которые проявляют кислотные свойства. При их взаимодействии происходит химическая реакция с образованием соли и воды.
Например, реакция между гидроксидом натрия и оксидом серы(VI):
$2NaOH + SO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$
Здесь щёлочь $NaOH$ реагирует с кислотным оксидом $SO_3$, образуя соль сульфат натрия $Na_2SO_4$ и воду $H_2O$. Следовательно, утверждение А верно.

Б. При взаимодействии оснований с кислотами образуются соль и вода.

Это утверждение также верно. Реакция между любым основанием (растворимым или нерастворимым) и кислотой является реакцией нейтрализации. Это одно из фундаментальных свойств этих классов соединений. В результате такой реакции происходит обмен ионами, и продуктами всегда являются соль и вода.
Пример реакции растворимого основания (щёлочи) с кислотой:
$KOH + HNO_3 \rightarrow KNO_3 + H_2O$
Пример реакции нерастворимого основания с кислотой:
$Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$
Следовательно, утверждение Б верно.

Так как оба утверждения (А и Б) являются верными, то следует выбрать вариант ответа, который подтверждает истинность обоих суждений.

Ответ: 3