Страница 126 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

а) формула

Химическая формула ортофосфорной кислоты, которая является наиболее распространенной и стабильной из фосфорных кислот.

Ответ: $H_3PO_4$.

б) наличие кислорода

В химической формуле $H_3PO_4$ присутствует элемент кислород, поэтому данная кислота относится к классу кислородсодержащих кислот (оксокислот).

Ответ: Кислородсодержащая.

в) основность

Основность кислоты определяется числом атомов водорода в ее молекуле, способных замещаться на атомы металла с образованием соли. В молекуле фосфорной кислоты $H_3PO_4$ содержится три таких атома водорода, связанных с атомами кислорода, поэтому кислота является трехосновной.

Ответ: Трехосновная.

г) растворимость

Ортофосфорная кислота представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы. Согласно таблице растворимости кислот, оснований и солей, она хорошо растворяется в воде.

Ответ: Растворима.

д) степени окисления элементов, образующих кислоту

Сумма степеней окисления всех атомов в электронейтральной молекуле равна нулю. Степень окисления водорода в кислотах, как правило, равна +1, а кислорода – -2. Обозначим степень окисления фосфора как $x$. Составим и решим уравнение: $3 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$, откуда $3 + x - 8 = 0$, следовательно $x = +5$.

Ответ: Степень окисления водорода (H) +1, фосфора (P) +5, кислорода (O) -2. Формула с указанием степеней окисления: $H_3^{+1}P^{+5}O_4^{-2}$.

е) заряд иона, образуемого кислотным остатком

Кислотным остатком фосфорной кислоты является фосфат-ион. При полной диссоциации кислота отдает три иона водорода ($H^+$), в результате чего кислотный остаток приобретает заряд, равный 3-.

Ответ: Кислотный остаток $PO_4$ образует ион с зарядом 3-, фосфат-ион $PO_4^{3-}$.

ж) соответствующий оксид

Кислоте соответствует кислотный оксид, в котором центральный элемент проявляет ту же степень окисления. В фосфорной кислоте $H_3PO_4$ фосфор имеет степень окисления +5. Соответствующим ему оксидом является высший оксид фосфора — оксид фосфора(V).

Ответ: Оксид фосфора(V), формула $P_2O_5$.

Решение

Разбавление серной кислоты ($H_2SO_4$) водой — это сильно экзотермический процесс, то есть он сопровождается выделением большого количества теплоты. Причина, по которой категорически запрещено приливать воду в концентрированную серную кислоту, заключается в сочетании нескольких физико-химических факторов.

Во-первых, разница в плотности. Концентрированная серная кислота ($ \rho \approx 1.84 \text{ г/см}^3 $) почти в два раза плотнее воды ($ \rho \approx 1.00 \text{ г/см}^3 $). Поэтому, если приливать воду в кислоту, она, как менее плотная жидкость, останется на поверхности, образуя отдельный слой и не смешиваясь с основной массой кислоты.

Во-вторых, локальный перегрев и вскипание. Реакция гидратации (взаимодействия с водой) происходит очень бурно именно на границе двух слоев. Вся выделяющаяся теплота концентрируется в этом небольшом объеме добавленной воды. Теплоемкость серной кислоты значительно ниже теплоемкости воды, поэтому выделяющаяся энергия быстро нагревает небольшой объем воды до температуры кипения (100 °C).

В-третьих, опасность разбрызгивания. Вскипание воды носит взрывной характер. Образующийся пар с силой выбрасывает из сосуда брызги горячей концентрированной кислоты. Попадание этих брызг на кожу, в глаза или на одежду вызывает тяжелейшие химические ожоги.

Поэтому существует единственно верное правило безопасности: для разбавления серной кислоты необходимо медленно и осторожно, тонкой струйкой, при постоянном перемешивании, приливать кислоту в воду (а не наоборот). В этом случае более плотная кислота сразу опускается на дно и равномерно распределяется в большом объеме воды. Вода, обладая высокой теплоемкостью, поглощает выделяющееся тепло, и раствор нагревается постепенно и равномерно, без опасного вскипания.

Ответ: Нельзя приливать воду в серную кислоту, потому что растворение кислоты в воде — сильно экзотермический процесс. Вода легче кислоты, поэтому она останется на поверхности, где от выделившегося тепла мгновенно вскипит, что приведет к опасному разбрызгиванию горячей концентрированной кислоты.

Для определения соответствующей кислоты для каждого кислотного оксида, как правило, к формуле оксида необходимо добавить молекулу воды ($H_2O$). При этом степень окисления кислотообразующего элемента должна оставаться неизменной. Ниже приведены формулы и названия для каждого оксида и соответствующей ему кислоты.

$N_2O_3$

Оксид $N_2O_3$ — это оксид азота(III) или азотистый ангидрид. Степень окисления азота в нем равна +3. При взаимодействии с водой он образует кислоту, в которой азот также имеет степень окисления +3. Уравнение реакции: $N_2O_3 + H_2O \rightarrow 2HNO_2$. Соответствующая кислота — $HNO_2$, азотистая кислота.

Ответ: химическая формула кислоты — $HNO_2$ (азотистая кислота); название оксида — оксид азота(III).

$CO_2$

Оксид $CO_2$ — это оксид углерода(IV), также известный как диоксид углерода или углекислый газ. Степень окисления углерода +4. Ему соответствует угольная кислота. Уравнение реакции: $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$. Соответствующая кислота — $H_2CO_3$, угольная кислота.

Ответ: химическая формула кислоты — $H_2CO_3$ (угольная кислота); название оксида — оксид углерода(IV).

$P_2O_5$

Оксид $P_2O_5$ — это оксид фосфора(V) или фосфорный ангидрид. Степень окисления фосфора +5. В зависимости от условий реакции с водой (количества воды) могут образовываться разные фосфорные кислоты. Наиболее распространенной и стабильной является ортофосфорная кислота. Уравнение реакции: $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$. Соответствующая кислота — $H_3PO_4$, ортофосфорная кислота (или просто фосфорная кислота).

Ответ: химическая формула кислоты — $H_3PO_4$ (ортофосфорная кислота); название оксида — оксид фосфора(V).

$SiO_2$

Оксид $SiO_2$ — это оксид кремния(IV) или диоксид кремния. Степень окисления кремния +4. Этот оксид нерастворим в воде и не реагирует с ней напрямую. Однако ему соответствует кремниевая кислота, которую получают косвенными путями (например, действием кислот на силикаты). Простейшая формула соответствующей кислоты — $H_2SiO_3$, кремниевая кислота (точнее, метакремниевая кислота).

Ответ: химическая формула кислоты — $H_2SiO_3$ (кремниевая кислота); название оксида — оксид кремния(IV).

$SO_2$

Оксид $SO_2$ — это оксид серы(IV), также известный как диоксид серы или сернистый газ (сернистый ангидрид). Степень окисления серы +4. При растворении в воде образует сернистую кислоту. Уравнение реакции: $SO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2SO_3$. Соответствующая кислота — $H_2SO_3$, сернистая кислота.

Ответ: химическая формула кислоты — $H_2SO_3$ (сернистая кислота); название оксида — оксид серы(IV).

а) 490 г серной кислоты H₂SO₄

Дано:

$m(\text{H}_2\text{SO}_4) = 490 \text{ г}$

Найти:

$n(\text{H}_2\text{SO}_4) - ?$

Решение:

Количество вещества ($n$) можно рассчитать по формуле:

$n = \frac{m}{M}$

где $m$ - масса вещества, а $M$ - молярная масса вещества.

Сначала вычислим молярную массу серной кислоты ($M(\text{H}_2\text{SO}_4)$). Для этого используем относительные атомные массы элементов из периодической таблицы (округляя до целых чисел): $Ar(\text{H}) \approx 1$, $Ar(\text{S}) \approx 32$, $Ar(\text{O}) \approx 16$.

$M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2 \cdot Ar(\text{H}) + Ar(\text{S}) + 4 \cdot Ar(\text{O}) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 2 + 32 + 64 = 98 \text{ г/моль}$

Теперь подставим известные значения в формулу для расчета количества вещества:

$n(\text{H}_2\text{SO}_4) = \frac{m(\text{H}_2\text{SO}_4)}{M(\text{H}_2\text{SO}_4)} = \frac{490 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 5 \text{ моль}$

Ответ: количество вещества серной кислоты равно 5 моль.

б) 9,8 г фосфорной кислоты H₃PO₄

Дано:

$m(\text{H}_3\text{PO}_4) = 9,8 \text{ г}$

Найти:

$n(\text{H}_3\text{PO}_4) - ?$

Решение:

Количество вещества ($n$) рассчитывается по той же формуле:

$n = \frac{m}{M}$

Сначала вычислим молярную массу фосфорной кислоты ($M(\text{H}_3\text{PO}_4)$). Используем относительные атомные массы элементов: $Ar(\text{H}) \approx 1$, $Ar(\text{P}) \approx 31$, $Ar(\text{O}) \approx 16$.

$M(\text{H}_3\text{PO}_4) = 3 \cdot Ar(\text{H}) + Ar(\text{P}) + 4 \cdot Ar(\text{O}) = 3 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 3 + 31 + 64 = 98 \text{ г/моль}$

Теперь подставим известные значения в формулу:

$n(\text{H}_3\text{PO}_4) = \frac{m(\text{H}_3\text{PO}_4)}{M(\text{H}_3\text{PO}_4)} = \frac{9,8 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Ответ: количество вещества фосфорной кислоты равно 0,1 моль.