Страница 67 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

2. Оформите схему, используя дополнительную информацию.

Карбонат кальция в природе

$CaCO_3$

2. Оформите схему, используя дополнительную информацию.

Карбонат кальция ($CaCO_3$) — это химическое соединение, которое очень широко распространено в природе. Он является основным компонентом множества минералов, горных пород, а также скелетных образований живых организмов. Представленная схема иллюстрирует многообразие форм карбоната кальция и природные процессы, связывающие их. Двусторонние стрелки указывают на возможность взаимных превращений или на то, что центральное вещество ($CaCO_3$) является основой для указанных форм. Пустые блоки на схеме можно заполнить следующими примерами.

Известняк, мел, мрамор
Это горные породы, состоящие из карбоната кальция. Известняк — осадочная порода, часто биогенного происхождения (из остатков раковин). Мел — его рыхлая разновидность. Мрамор — метаморфическая порода, образующаяся из известняка под действием высокой температуры и давления.

Раковины моллюсков и скелеты кораллов
Многие водные и наземные организмы формируют свои защитные и опорные структуры из карбоната кальция. Например, раковины улиток и двустворчатых моллюсков, а также внешние скелеты коралловых полипов, из которых строятся коралловые рифы.

Сталактиты и сталагмиты
Это натечные образования в пещерах. Они образуются в результате медленного осаждения карбоната кальция из воды, насыщенной гидрокарбонатом кальция. Этот процесс является обратимым, что хорошо иллюстрирует суть схемы: растворение известняка водой с углекислым газом и последующее выпадение $CaCO_3$ в осадок. Реакция выглядит так: $CaCO_3 + H_2O + CO_2 \rightleftharpoons Ca(HCO_3)_2$.

Яичная скорлупа
Скорлупа яиц птиц и рептилий является ярким примером использования карбоната кальция в животном мире для создания прочной защитной оболочки. Она состоит из $CaCO_3$ более чем на 95%.

Жемчуг
Жемчужины, образующиеся в раковинах некоторых моллюсков, состоят из концентрических слоев арагонита — одной из кристаллических разновидностей карбоната кальция, — скрепленных органическим веществом конхиолином.

Кальцит и арагонит
Это две наиболее распространенные кристаллические модификации (минералы) карбоната кальция. Кальцит является более стабильной формой. Из него состоят известняк, мел, мрамор. Арагонит входит в состав раковин многих моллюсков и кораллов.

Ответ: Пустые ячейки на схеме можно заполнить следующими понятиями (можно выбрать любые шесть): известняк, мрамор, мел, раковины моллюсков, скелеты кораллов, сталактиты и сталагмиты, яичная скорлупа, жемчуг, минералы кальцит и арагонит.

3. Запишите формулы солей серной кислоты — сульфатов — следующих металлов:

_________________________

_________________________

_________________________

Расположите сульфаты в порядке возрастания в них $w(S)$:

$) =$ _________________________

$w(S) =$ _________________________, или _________________________ %

$) =$ _________________________

$w(S) =$ _________________________, или _________________________ %

$) =$ _________________________

$w(S) =$ _________________________, или _________________________ %

Ответ: $\Box\Box\Box$

Для составления формул солей серной кислоты (сульфатов) необходимо знать валентности металлов и кислотного остатка. Сульфат-ион ($SO_4$) имеет валентность II.

а) калия Калий (K) — металл I группы, его валентность I. Формула соли: $K_2SO_4$.

б) кальция Кальций (Ca) — металл II группы, его валентность II. Валентности металла и кислотного остатка совпадают, поэтому формула соли: $CaSO_4$.

в) алюминия Алюминий (Al) — металл III группы, его валентность III. По правилу крест-накрест формула соли: $Al_2(SO_4)_3$.

Далее, для того чтобы расположить сульфаты в порядке возрастания массовой доли серы ($w(S)$), необходимо рассчитать эту величину для каждой соли.

Дано:

Соли: $K_2SO_4$ (сульфат калия), $CaSO_4$ (сульфат кальция), $Al_2(SO_4)_3$ (сульфат алюминия).
Относительные атомные массы элементов (округленные до целых):
$A_r(K) = 39$
$A_r(Ca) = 40$
$A_r(Al) = 27$
$A_r(S) = 32$
$A_r(O) = 16$

Найти:

$M_r$ (относительную молекулярную массу) и $w(S)$ (массовую долю серы) для каждой соли. Расположить соли в порядке возрастания $w(S)$.

Решение:

Общая формула для расчета массовой доли элемента в соединении: $w(Э) = \frac{n \cdot A_r(Э)}{M_r(соединения)}$, где $n$ — количество атомов элемента в формульной единице.

а) Сульфат калия ($K_2SO_4$)
$M_r(K_2SO_4) = 2 \cdot A_r(K) + A_r(S) + 4 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 39 + 32 + 4 \cdot 16 = 78 + 32 + 64 = 174$.
$w(S) = \frac{A_r(S)}{M_r(K_2SO_4)} = \frac{32}{174} \approx 0,184$, или $18,4\%$.
Ответ: $M_r(K_2SO_4) = 174$; $w(S) \approx 0,184$ или $18,4\%$.

б) Сульфат кальция ($CaSO_4$)
$M_r(CaSO_4) = A_r(Ca) + A_r(S) + 4 \cdot A_r(O) = 40 + 32 + 4 \cdot 16 = 136$.
$w(S) = \frac{A_r(S)}{M_r(CaSO_4)} = \frac{32}{136} \approx 0,235$, или $23,5\%$.
Ответ: $M_r(CaSO_4) = 136$; $w(S) \approx 0,235$ или $23,5\%$.

в) Сульфат алюминия ($Al_2(SO_4)_3$)
$M_r(Al_2(SO_4)_3) = 2 \cdot A_r(Al) + 3 \cdot A_r(S) + 12 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 27 + 3 \cdot 32 + 12 \cdot 16 = 54 + 96 + 192 = 342$.
$w(S) = \frac{3 \cdot A_r(S)}{M_r(Al_2(SO_4)_3)} = \frac{3 \cdot 32}{342} = \frac{96}{342} \approx 0,281$, или $28,1\%$.
Ответ: $M_r(Al_2(SO_4)_3) = 342$; $w(S) \approx 0,281$ или $28,1\%$.

Сравниваем полученные значения массовой доли серы:
$w(S)$ в $K_2SO_4 \approx 18,4\%$ (а)
$w(S)$ в $CaSO_4 \approx 23,5\%$ (б)
$w(S)$ в $Al_2(SO_4)_3 \approx 28,1\%$ (в)
Таким образом, $18,4\% < 23,5\% < 28,1\%$.

Порядок возрастания массовой доли серы: сульфат калия $\rightarrow$ сульфат кальция $\rightarrow$ сульфат алюминия.

Ответ: а, б, в.

4. Запишите формулы солей фосфорной кислоты — фосфа-тов — следующих металлов:

a) натрия _________

б) магния _________

в) алюминия _________

Расположите фосфаты в порядке возрастания в них $w(\text{P})$:

a) $M_r($ _________ $)$ $=$ _________

$w(\text{P})$ $=$ _________ , или _________ %

б) $M_r($ _________ $)$ $=$ _________

$w(\text{P})$ $=$ _________ , или _________ %

в) $M_r($ _________ $)$ $=$ _________

$w(\text{P})$ $=$ _________ , или _________ %

Ответ: □□□

Дано:

Относительные атомные массы элементов: $A_r(Na)=23$; $A_r(Mg)=24$; $A_r(Al)=27$; $A_r(P)=31$; $A_r(O)=16$.

Найти:

1. Формулы фосфатов натрия, магния, алюминия.

2. Расположить полученные фосфаты в порядке возрастания в них массовой доли фосфора $w(P)$.

Решение

Сначала определим формулы солей, а затем для каждой из них рассчитаем относительную молекулярную массу ($M_r$) и массовую долю фосфора ($w(P)$). Фосфорная кислота $H_3PO_4$ образует кислотный остаток (фосфат-ион) $PO_4^{3-}$ с зарядом 3-.

а) натрия

Ион натрия имеет заряд 1+ ($Na^+$). Для образования электронейтральной молекулы требуется три иона натрия на один фосфат-ион. Формула соли: $Na_3PO_4$.

$M_r(Na_3PO_4) = 3 \cdot A_r(Na) + A_r(P) + 4 \cdot A_r(O) = 3 \cdot 23 + 31 + 4 \cdot 16 = 69 + 31 + 64 = 164$.

$w(P) = \frac{A_r(P)}{M_r(Na_3PO_4)} = \frac{31}{164} \approx 0.189$ или $18.9\%$.

Ответ: Формула: $Na_3PO_4$; $M_r = 164$; $w(P) \approx 18.9\%$.

б) магния

Ион магния имеет заряд 2+ ($Mg^{2+}$). Для баланса зарядов (наименьшее общее кратное 6) необходимо три иона магния и два фосфат-иона. Формула соли: $Mg_3(PO_4)_2$.

$M_r(Mg_3(PO_4)_2) = 3 \cdot A_r(Mg) + 2 \cdot A_r(P) + 8 \cdot A_r(O) = 3 \cdot 24 + 2 \cdot 31 + 8 \cdot 16 = 72 + 62 + 128 = 262$.

$w(P) = \frac{2 \cdot A_r(P)}{M_r(Mg_3(PO_4)_2)} = \frac{2 \cdot 31}{262} = \frac{62}{262} \approx 0.237$ или $23.7\%$.

Ответ: Формула: $Mg_3(PO_4)_2$; $M_r = 262$; $w(P) \approx 23.7\%$.

в) алюминия

Ион алюминия имеет заряд 3+ ($Al^{3+}$). Заряды ионов алюминия и фосфат-иона равны по модулю и противоположны по знаку, поэтому они берутся в соотношении 1:1. Формула соли: $AlPO_4$.

$M_r(AlPO_4) = A_r(Al) + A_r(P) + 4 \cdot A_r(O) = 27 + 31 + 4 \cdot 16 = 27 + 31 + 64 = 122$.

$w(P) = \frac{A_r(P)}{M_r(AlPO_4)} = \frac{31}{122} \approx 0.254$ или $25.4\%$.

Ответ: Формула: $AlPO_4$; $M_r = 122$; $w(P) \approx 25.4\%$.

Теперь расположим фосфаты в порядке возрастания в них массовой доли фосфора:

$w(P)_{Na_3PO_4} (18.9\%) < w(P)_{Mg_3(PO_4)_2} (23.7\%) < w(P)_{AlPO_4} (25.4\%)$.

Следовательно, порядок соответствует последовательности: а) $\to$ б) $\to$ в).

Ответ: а, б, в.