Страница 191 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

а) хлорида кальция и фосфата калия;

Реакция обмена между растворами хлорида кальция ($CaCl_2$) и фосфата калия ($K_3PO_4$) является ионной реакцией, которая протекает, так как в результате образуется нерастворимое вещество — фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$), выпадающий в осадок. Вторым продуктом является растворимая соль — хлорид калия ($KCl$).

Сначала запишем молекулярное уравнение реакции и уравняем его. Для этого подбираем коэффициенты так, чтобы число атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения было одинаковым.

Молекулярное уравнение:

$3CaCl_2 + 2K_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6KCl$

Далее составим полное ионное уравнение. Для этого все сильные электролиты (растворимые соли, сильные кислоты и щелочи), находящиеся в растворе, записываем в виде ионов. Нерастворимые вещества (осадки), газы и слабые электролиты (например, вода) оставляем в молекулярной форме.

Полное ионное уравнение:

$3Ca^{2+} + 6Cl^- + 6K^+ + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6K^+ + 6Cl^-$

Чтобы получить сокращенное ионное уравнение, необходимо исключить из обеих частей полного ионного уравнения одинаковые ионы (так называемые ионы-наблюдатели), которые не участвуют в реакции. В данном случае это ионы $K^+$ и $Cl^-$.

Сокращенное ионное уравнение:

$3Ca^{2+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow$

Ответ: $3CaCl_2 + 2K_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6KCl$

б) серной кислоты и гидроксида железа (III).

Реакция обмена между серной кислотой ($H_2SO_4$) и гидроксидом железа (III) ($Fe(OH)_3$) — это реакция нейтрализации. Сильная кислота реагирует с нерастворимым основанием. Реакция протекает, так как образуется слабый электролит — вода ($H_2O$). Продуктами реакции являются соль — сульфат железа (III) ($Fe_2(SO_4)_3$) — и вода.

Запишем и уравняем молекулярное уравнение:

Молекулярное уравнение:

$2Fe(OH)_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 6H_2O$

Составим полное ионное уравнение. Серная кислота — сильный электролит, сульфат железа (III) — растворимая соль, поэтому их записываем в виде ионов. Гидроксид железа (III) — нерастворимое основание, а вода — слабый электролит, их оставляем в молекулярном виде.

Полное ионное уравнение:

$2Fe(OH)_3 + 6H^+ + 3SO_4^{2-} \rightarrow 2Fe^{3+} + 3SO_4^{2-} + 6H_2O$

Для получения сокращенного ионного уравнения исключим ионы-наблюдатели ($SO_4^{2-}$) из обеих частей уравнения.

Сокращенное ионное уравнение:

$2Fe(OH)_3 + 6H^+ \rightarrow 2Fe^{3+} + 6H_2O$

Все коэффициенты в этом уравнении можно разделить на 2, чтобы упростить его:

$Fe(OH)_3 + 3H^+ \rightarrow Fe^{3+} + 3H_2O$

Ответ: $2Fe(OH)_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 6H_2O$

Реакции ионного обмена протекают до конца, если в результате их протекания выполняется хотя бы одно из следующих условий:

• образуется нерастворимое или малорастворимое вещество (выпадает осадок);
• выделяется газ;
• образуется слабый электролит (например, вода $H_2O$).

Чтобы определить, протекает ли реакция, необходимо проанализировать продукты возможной реакции обмена, используя таблицу растворимости гидроксидов и солей в воде.

а) $BaCl_2 + AgNO_3 \rightarrow$

В результате реакции обмена между хлоридом бария и нитратом серебра могут образоваться нитрат бария и хлорид серебра. Уравнение реакции: $BaCl_2 + 2AgNO_3 \rightarrow Ba(NO_3)_2 + 2AgCl$. Проверим растворимость продуктов. Согласно таблице растворимости, нитрат бария $Ba(NO_3)_2$ является растворимым, а хлорид серебра $AgCl$ — нерастворимым веществом. Образование осадка $AgCl$ является признаком протекания реакции до конца.

Ответ: реакция протекает до конца с образованием осадка $AgCl$: $BaCl_2 + 2AgNO_3 \rightarrow Ba(NO_3)_2 + 2AgCl\downarrow$.

б) $Cu(NO_3)_2 + NaCl \rightarrow$

В результате реакции обмена между нитратом меди(II) и хлоридом натрия могут образоваться хлорид меди(II) и нитрат натрия. Уравнение реакции: $Cu(NO_3)_2 + 2NaCl \rightarrow CuCl_2 + 2NaNO_3$. Проверим растворимость продуктов. Согласно таблице растворимости, и хлорид меди(II) $CuCl_2$, и нитрат натрия $NaNO_3$ являются растворимыми веществами. Осадок, газ или слабый электролит не образуются, поэтому реакция не протекает.

Ответ: реакция не протекает.

в) $Pb(NO_3)_2 + K_2S \rightarrow$

В результате реакции обмена между нитратом свинца(II) и сульфидом калия могут образоваться сульфид свинца(II) и нитрат калия. Уравнение реакции: $Pb(NO_3)_2 + K_2S \rightarrow PbS + 2KNO_3$. Проверим растворимость продуктов. Согласно таблице растворимости, сульфид свинца(II) $PbS$ является нерастворимым веществом, а нитрат калия $KNO_3$ — растворимым. Образование осадка $PbS$ свидетельствует о том, что реакция идет до конца.

Ответ: реакция протекает до конца с образованием осадка $PbS$: $Pb(NO_3)_2 + K_2S \rightarrow PbS\downarrow + 2KNO_3$.

г) $MgCl_2 + K_2SO_4 \rightarrow$

В результате реакции обмена между хлоридом магния и сульфатом калия могут образоваться сульфат магния и хлорид калия. Уравнение реакции: $MgCl_2 + K_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + 2KCl$. Проверим растворимость продуктов. Согласно таблице растворимости, и сульфат магния $MgSO_4$, и хлорид калия $KCl$ являются растворимыми веществами. Признаков протекания реакции нет.

Ответ: реакция не протекает.

д) $HNO_3 + ZnSO_4 \rightarrow$

В результате реакции обмена между азотной кислотой и сульфатом цинка могут образоваться серная кислота и нитрат цинка. Уравнение реакции: $2HNO_3 + ZnSO_4 \rightarrow H_2SO_4 + Zn(NO_3)_2$. Все исходные вещества и продукты являются сильными электролитами и хорошо растворимы в воде. Реакция является обратимой и практически не протекает.

Ответ: реакция не протекает.

е) $Ca(NO_3)_2 + H_3PO_4 \rightarrow$

В результате реакции обмена между нитратом кальция и ортофосфорной кислотой могут образоваться фосфат кальция и азотная кислота. Уравнение реакции: $3Ca(NO_3)_2 + 2H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 6HNO_3$. Проверим растворимость продуктов. Согласно таблице растворимости, фосфат кальция $Ca_3(PO_4)_2$ является нерастворимым веществом, а азотная кислота $HNO_3$ — растворима. Образование осадка $Ca_3(PO_4)_2$ является признаком протекания реакции.

Ответ: реакция протекает до конца с образованием осадка $Ca_3(PO_4)_2$: $3Ca(NO_3)_2 + 2H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6HNO_3$.

ж) $Ba(NO_3)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow$

В результате реакции обмена между нитратом бария и сульфатом натрия могут образоваться сульфат бария и нитрат натрия. Уравнение реакции: $Ba(NO_3)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 + 2NaNO_3$. Проверим растворимость продуктов. Согласно таблице растворимости, сульфат бария $BaSO_4$ является нерастворимым веществом, а нитрат натрия $NaNO_3$ — растворимым. Образование осадка $BaSO_4$ говорит о том, что реакция идет до конца.

Ответ: реакция протекает до конца с образованием осадка $BaSO_4$: $Ba(NO_3)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaNO_3$.

Дано:

Масса раствора серной кислоты, $m(р-ра\; H_2SO_4) = 980 \text{ г}$

Массовая доля серной кислоты, $\omega(H_2SO_4) = 20\% = 0.2$

Переведем массу раствора в основную единицу системы СИ (килограммы):

$m(р-ра\; H_2SO_4) = 980 \text{ г} = 0.98 \text{ кг}$

Найти:

Количество вещества гидроксида натрия, $n(NaOH)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации серной кислоты гидроксидом натрия. Это реакция обмена между кислотой и основанием, в результате которой образуются соль и вода.

$H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$

Из стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции видно, что для полной нейтрализации 1 моль серной кислоты требуется 2 моль гидроксида натрия. Таким образом, их количества вещества соотносятся как 1:2.

$\frac{n(H_2SO_4)}{1} = \frac{n(NaOH)}{2}$, откуда следует, что $n(NaOH) = 2 \cdot n(H_2SO_4)$.

2. Вычислим массу чистой серной кислоты, содержащейся в растворе. Для этого умножим массу раствора на массовую долю растворенного вещества, используя данные в СИ.

$m(H_2SO_4) = m(р-ра\; H_2SO_4) \cdot \omega(H_2SO_4)$

$m(H_2SO_4) = 0.98 \text{ кг} \cdot 0.2 = 0.196 \text{ кг}$

3. Рассчитаем молярную массу серной кислоты ($H_2SO_4$), используя округленные значения относительных атомных масс элементов: $A_r(H)=1$, $A_r(S)=32$, $A_r(O)=16$.

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot A_r(H) + A_r(S) + 4 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

Переведем молярную массу в единицы СИ (кг/моль):

$M(H_2SO_4) = 98 \text{ г/моль} = 0.098 \text{ кг/моль}$

4. Определим количество вещества (в молях) серной кислоты, которое вступает в реакцию, по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{0.196 \text{ кг}}{0.098 \text{ кг/моль}} = 2 \text{ моль}$

5. Используя найденное количество вещества серной кислоты и стехиометрическое соотношение из уравнения реакции, рассчитаем необходимое количество вещества гидроксида натрия.

$n(NaOH) = 2 \cdot n(H_2SO_4) = 2 \cdot 2 \text{ моль} = 4 \text{ моль}$

Ответ: для полной нейтрализации 980 г 20%-го раствора серной кислоты потребуется 4 моль гидроксида натрия.

Дано:

Массовая доля сульфата меди(II), $\omega(CuSO_4) = 20\%$

Масса раствора сульфата меди(II), $m_{р-ра}(CuSO_4) = 980 \, \text{г}$

Перевод в систему СИ:

$m_{р-ра}(CuSO_4) = 980 \, \text{г} = 0.98 \, \text{кг}$

$\omega(CuSO_4) = 20\% = 0.2$

Найти:

Количество вещества осадка, $n_{осадка} - ?$

Масса осадка, $m_{осадка} - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции между сульфатом меди(II) и гидроксидом калия. В результате реакции обмена образуется нерастворимый гидроксид меди(II), который и является осадком, и растворимый сульфат калия.

$CuSO_4 + 2KOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + K_2SO_4$

2. Вычислим массу чистого сульфата меди(II) в 20%-м растворе массой 980 г. Массовая доля вещества в растворе ($\omega$) связана с массой вещества ($m_{в-ва}$) и массой раствора ($m_{р-ра}$) формулой:

$\omega = \frac{m_{в-ва}}{m_{р-ра}}$

Отсюда масса сульфата меди(II) равна:

$m(CuSO_4) = m_{р-ра}(CuSO_4) \cdot \omega(CuSO_4) = 980 \, \text{г} \cdot 0.20 = 196 \, \text{г}$

3. Найдем количество вещества (число моль) сульфата меди(II), вступившего в реакцию. Для этого нам понадобится молярная масса $CuSO_4$.

$M(CuSO_4) = M(Cu) + M(S) + 4 \cdot M(O) \approx 64 + 32 + 4 \cdot 16 = 160 \, \text{г/моль}$

Количество вещества $CuSO_4$:

$n(CuSO_4) = \frac{m(CuSO_4)}{M(CuSO_4)} = \frac{196 \, \text{г}}{160 \, \text{г/моль}} = 1.225 \, \text{моль}$

4. По уравнению реакции определим количество вещества выпавшего осадка — гидроксида меди(II) ($Cu(OH)_2$). Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении, из 1 моль $CuSO_4$ образуется 1 моль $Cu(OH)_2$. Следовательно, их количества вещества равны:

$n(Cu(OH)_2) = n(CuSO_4) = 1.225 \, \text{моль}$

Это первая искомая величина.

5. Вычислим массу осадка $Cu(OH)_2$, зная его количество вещества и молярную массу.

$M(Cu(OH)_2) = M(Cu) + 2 \cdot (M(O) + M(H)) \approx 64 + 2 \cdot (16 + 1) = 98 \, \text{г/моль}$

Масса осадка:

$m(Cu(OH)_2) = n(Cu(OH)_2) \cdot M(Cu(OH)_2) = 1.225 \, \text{моль} \cdot 98 \, \text{г/моль} = 120.05 \, \text{г}$

Это вторая искомая величина.

Ответ: количество вещества выпавшего осадка ($Cu(OH)_2$) составляет $1.225 \, \text{моль}$, а его масса равна $120.05 \, \text{г}$.