Страница 234 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

Решение

Реакция между сульфатом калия и нитратом бария

Эта реакция ионного обмена протекает между двумя растворимыми солями в водном растворе. В результате взаимодействия сульфата калия ($K_2SO_4$) и нитрата бария ($Ba(NO_3)_2$) образуется нерастворимое вещество — сульфат бария ($BaSO_4$), которое выпадает в виде белого осадка, и растворимая соль — нитрат калия ($KNO_3$).

Молекулярное уравнение реакции:

$$K_2SO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2KNO_3$$

Полное ионное уравнение записывается с учетом диссоциации сильных электролитов (растворимых солей и сильных кислот/оснований) на ионы. Сульфат бария является нерастворимым, поэтому его формула записывается в молекулярном виде.

$$2K^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2NO_3^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2K^+ + 2NO_3^-$$

Сокращенное ионное уравнение показывает, какие именно ионы вступают в реакцию. Оно получается путем исключения из полного ионного уравнения "ионов-наблюдателей" (тех, что присутствуют в левой и правой частях уравнения) — в данном случае это ионы калия ($K^+$) и нитрат-ионы ($NO_3^-$).

$$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$$

Ответ: Молекулярное уравнение: $K_2SO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2KNO_3$. Полное ионное уравнение: $2K^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2NO_3^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2K^+ + 2NO_3^-$. Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$.

Реакция между серной кислотой и хлоридом бария

Это также реакция ионного обмена, но между сильной кислотой ($H_2SO_4$) и растворимой солью ($BaCl_2$). В результате реакции образуется тот же нерастворимый осадок сульфата бария ($BaSO_4$) и сильная соляная кислота ($HCl$).

Молекулярное уравнение реакции:

$$H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$$

Полное ионное уравнение, учитывая, что серная кислота, хлорид бария и соляная кислота являются сильными электролитами:

$$2H^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2H^+ + 2Cl^-$$

Сокращенное ионное уравнение получается после исключения ионов-наблюдателей — ионов водорода ($H^+$) и хлорид-ионов ($Cl^-$).

$$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$$

Ответ: Молекулярное уравнение: $H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$. Полное ионное уравнение: $2H^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2H^+ + 2Cl^-$. Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$.

В чём суть обеих реакций?

Несмотря на то, что исходные вещества в двух реакциях разные, их химическая суть одинакова. Это наглядно демонстрируют идентичные сокращенные ионные уравнения. В обоих случаях реакция сводится к взаимодействию катионов бария ($Ba^{2+}$) и сульфат-анионов ($SO_4^{2-}$), которые связываются друг с другом, образуя малорастворимое соединение — сульфат бария ($BaSO_4$), выпадающий в осадок. Остальные ионы ($K^+$ и $NO_3^-$ в первом случае; $H^+$ и $Cl^-$ во втором) в химическом превращении не участвуют и остаются в растворе. Такие реакции являются качественными реакциями на ион бария или сульфат-ион.

Ответ: Суть обеих реакций заключается во взаимодействии ионов бария $Ba^{2+}$ с сульфат-ионами $SO_4^{2-}$ с образованием нерастворимого осадка сульфата бария $BaSO_4$.

Данная задача посвящена реакциям ионного обмена, в частности, реакции нейтрализации между нерастворимым основанием и сильными кислотами.

Гидроксид меди(II) $Cu(OH)_2$ — это нерастворимое в воде основание голубого цвета. Соляная кислота $HCl$ — сильная кислота. При их взаимодействии происходит реакция нейтрализации, в результате которой образуются растворимая соль хлорид меди(II) $CuCl_2$ и вода $H_2O$. Раствор приобретает голубой цвет, характерный для гидратированных ионов меди(II).

1. Молекулярное уравнение:

$Cu(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + 2H_2O$

2. Полное ионное уравнение.Учитываем, что $Cu(OH)_2$ — нерастворимое вещество (осадок), $HCl$ — сильная кислота, $CuCl_2$ — растворимая соль, а $H_2O$ — слабый электролит (молекула):

$Cu(OH)_2 + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Cu^{2+} + 2Cl^- + 2H_2O$

3. Сокращенное ионное уравнение.Исключаем из полного ионного уравнения ионы-«наблюдатели», которые не участвуют в реакции (в данном случае это хлорид-ионы $Cl^-$):

$Cu(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $Cu(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + 2H_2O$.

Полное ионное уравнение: $Cu(OH)_2 + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Cu^{2+} + 2Cl^- + 2H_2O$.

Сокращенное ионное уравнение: $Cu(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O$.

Аналогично предыдущей реакции, нерастворимый гидроксид меди(II) $Cu(OH)_2$ взаимодействует с сильной азотной кислотой $HNO_3$. В результате образуются растворимая соль нитрат меди(II) $Cu(NO_3)_2$ и вода $H_2O$.

1. Молекулярное уравнение:

$Cu(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2H_2O$

2. Полное ионное уравнение.Учитываем, что $Cu(OH)_2$ — осадок, $HNO_3$ — сильная кислота, $Cu(NO_3)_2$ — растворимая соль:

$Cu(OH)_2 + 2H^+ + 2NO_3^- \rightarrow Cu^{2+} + 2NO_3^- + 2H_2O$

3. Сокращенное ионное уравнение.Исключаем ионы-«наблюдатели» (в данном случае это нитрат-ионы $NO_3^-$):

$Cu(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $Cu(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2H_2O$.

Полное ионное уравнение: $Cu(OH)_2 + 2H^+ + 2NO_3^- \rightarrow Cu^{2+} + 2NO_3^- + 2H_2O$.

Сокращенное ионное уравнение: $Cu(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O$.

Суть обеих реакций становится очевидной при сравнении их сокращенных ионных уравнений. Они абсолютно идентичны: $Cu(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O$.

Это означает, что химическое превращение в обоих случаях одно и то же: нерастворимое основание $Cu(OH)_2$ взаимодействует с ионами водорода $H^+$ (носителями кислотных свойств) с образованием ионов меди $Cu^{2+}$, переходящих в раствор, и молекул воды $H_2O$. Кислотные остатки ($Cl^-$ и $NO_3^-$) в самой реакции не участвуют и остаются в растворе в виде ионов-«наблюдателей».

Ответ: Суть обеих реакций заключается во взаимодействии нерастворимого гидроксида меди(II) с ионами водорода $H^+$, поставляемыми кислотой, что приводит к растворению осадка и образованию катионов меди(II) и воды. Это типичная реакция нейтрализации, протекающая между нерастворимым основанием и сильной кислотой, описываемая одним и тем же сокращенным ионным уравнением: $Cu(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O$.

Дано:

Реагенты: карбонат калия ($K_2CO_3$) и фосфорная кислота ($H_3PO_4$).

Найти:

1. Молекулярное и ионное уравнения реакции.

2. Что объединяет эту реакцию и реакции, о которых говорилось в конце параграфа.

Решение:

1. Запишем уравнения реакции между карбонатом калия и фосфорной кислотой. Эта реакция является реакцией ионного обмена, в которой более сильная фосфорная кислота вытесняет более слабую и неустойчивую угольную кислоту из её соли. Угольная кислота ($H_2CO_3$) немедленно разлагается на углекислый газ ($CO_2$) и воду ($H_2O$). Примем, что реакция идет до образования средней соли — фосфата калия.

Молекулярное уравнение:

Сначала запишем реагенты и продукты, а затем уравняем коэффициенты.

$3K_2CO_3 + 2H_3PO_4 \rightarrow 2K_3PO_4 + 3H_2O + 3CO_2 \uparrow$

Ионные уравнения:

Для составления ионных уравнений необходимо учесть, что сильные электролиты (растворимые соли) диссоциируют на ионы, а слабые электролиты (вода, фосфорная кислота), газы и осадки записываются в молекулярном виде.

Полное ионное уравнение:

$6K^+ + 3CO_3^{2-} + 2H_3PO_4 \rightarrow 6K^+ + 2PO_4^{3-} + 3H_2O + 3CO_2 \uparrow$

Сократив одинаковые ионы ($6K^+$) в левой и правой частях, получим сокращенное ионное уравнение, которое отражает суть химического взаимодействия:

$3CO_3^{2-} + 2H_3PO_4 \rightarrow 2PO_4^{3-} + 3H_2O + 3CO_2 \uparrow$

2. Предположительно, в конце параграфа говорилось об условиях, при которых реакции ионного обмена протекают до конца (являются необратимыми). Такими условиями являются:

• образование осадка;
• выделение газа;
• образование слабого электролита (например, воды).

Рассматриваемую реакцию между карбонатом калия и фосфорной кислотой объединяет с этими реакциями то, что она также является необратимой реакцией ионного обмена. Движущей силой этой реакции является удаление ионов из раствора в виде продуктов, которые покидают сферу реакции: выделяется газ (углекислый газ, $CO_2$) и образуется слабый электролит (вода, $H_2O$). Таким образом, эта реакция полностью соответствует признакам необратимости реакций ионного обмена.

Ответ: Молекулярное уравнение реакции: $3K_2CO_3 + 2H_3PO_4 \rightarrow 2K_3PO_4 + 3H_2O + 3CO_2 \uparrow$.

Сокращенное ионное уравнение: $3CO_3^{2-} + 2H_3PO_4 \rightarrow 2PO_4^{3-} + 3H_2O + 3CO_2 \uparrow$.

Эту реакцию с другими реакциями, упомянутыми в параграфе, объединяет то, что она является реакцией ионного обмена, протекающей до конца из-за образования продуктов, уходящих из сферы реакции, — газа ($CO_2$) и слабого электролита ($H_2O$).

Решение

Реакции ионного обмена протекают до конца, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например, вода). Для подбора примеров реакций с образованием осадков воспользуемся таблицей растворимости солей, кислот и оснований в воде. Необходимо выбрать два растворимых исходных вещества (реагента), которые при взаимодействии дадут хотя бы одно нерастворимое вещество (продукт).

Пример 1. Получение нерастворимого хлорида серебра(I)

Возьмем два растворимых вещества: нитрат серебра(I) ($AgNO_3$) и хлорид натрия ($NaCl$). Согласно таблице растворимости, хлорид серебра(I) ($AgCl$) является нерастворимым (выпадает в виде белого творожистого осадка), а нитрат натрия ($NaNO_3$) — растворимым.

Молекулярное уравнение:

$AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl \downarrow + NaNO_3$

Полное ионное уравнение (записываем растворимые сильные электролиты в виде ионов):

$Ag^+ + NO_3^- + Na^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow + Na^+ + NO_3^-$

Сокращенное ионное уравнение (исключаем одинаковые ионы-«наблюдатели» из обеих частей уравнения):

$Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow$

Ответ: Молекулярное уравнение: $AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl \downarrow + NaNO_3$. Сокращенное ионное уравнение: $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow$.

Пример 2. Получение нерастворимого сульфата бария

Возьмем два растворимых вещества: хлорид бария ($BaCl_2$) и сульфат калия ($K_2SO_4$). По таблице растворимости, сульфат бария ($BaSO_4$) — нерастворим (выпадает в виде белого мелкокристаллического осадка), а хлорид калия ($KCl$) — растворим.

Молекулярное уравнение:

$BaCl_2 + K_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2KCl$

Полное ионное уравнение:

$Ba^{2+} + 2Cl^- + 2K^+ + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2K^+ + 2Cl^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

Ответ: Молекулярное уравнение: $BaCl_2 + K_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2KCl$. Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$.

Пример 3. Получение нерастворимого гидроксида меди(II)

Возьмем растворимую соль сульфат меди(II) ($CuSO_4$) и растворимое основание (щелочь) гидроксид натрия ($NaOH$). По таблице растворимости, гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) нерастворим (выпадает в виде голубого студенистого осадка), а сульфат натрия ($Na_2SO_4$) растворим.

Молекулярное уравнение:

$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

Полное ионное уравнение:

$Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2-}$

Сокращенное ионное уравнение:

$Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow$

Ответ: Молекулярное уравнение: $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$. Сокращенное ионное уравнение: $Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow$.

а) Для составления молекулярных уравнений для ионного уравнения $3Ca^{2+} + 2PO_4^{3-} = Ca_3(PO_4)_2 \downarrow$ необходимо подобрать растворимые соли, содержащие ионы $Ca^{2+}$ и $PO_4^{3-}$. В качестве противоионов, которые не будут участвовать в реакции (ионы-наблюдатели), выберем ионы щелочных металлов ($Na^+, K^+$) и анионы сильных кислот ($Cl^-, NO_3^-$), так как их соли в основном растворимы.

1. В качестве соли кальция возьмем хлорид кальция ($CaCl_2$), а в качестве фосфата – фосфат натрия ($Na_3PO_4$). Оба вещества растворимы в воде. Продуктами реакции будут нерастворимый фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$) и растворимый хлорид натрия ($NaCl$).

$3CaCl_2 + 2Na_3PO_4 = Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6NaCl$

2. В качестве другой пары реагентов можно взять нитрат кальция ($Ca(NO_3)_2$) и фосфат калия ($K_3PO_4$).

$3Ca(NO_3)_2 + 2K_3PO_4 = Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6KNO_3$

Ответ: $3CaCl_2 + 2Na_3PO_4 = Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6NaCl$; $3Ca(NO_3)_2 + 2K_3PO_4 = Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6KNO_3$.

б) Ионное уравнение $Fe^{3+} + 3OH^{-} = Fe(OH)_3 \downarrow$ описывает реакцию осаждения гидроксида железа(III). Для этого необходима растворимая соль железа(III) и растворимое основание (щелочь).

1. В качестве соли железа(III) можно использовать хлорид железа(III) ($FeCl_3$), а в качестве щелочи – гидроксид натрия ($NaOH$).

$FeCl_3 + 3NaOH = Fe(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

2. Другой пример: сульфат железа(III) ($Fe_2(SO_4)_3$) и гидроксид калия ($KOH$).

$Fe_2(SO_4)_3 + 6KOH = 2Fe(OH)_3 \downarrow + 3K_2SO_4$

Ответ: $FeCl_3 + 3NaOH = Fe(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$; $Fe_2(SO_4)_3 + 6KOH = 2Fe(OH)_3 \downarrow + 3K_2SO_4$.

в) Ионное уравнение $2H^{+} + S^{2-} = H_2S \uparrow$ соответствует реакции сильной кислоты с растворимым сульфидом, в результате которой выделяется газообразный сероводород.

1. В качестве сильной кислоты возьмем соляную кислоту ($HCl$), а в качестве растворимого сульфида – сульфид натрия ($Na_2S$).

$2HCl + Na_2S = H_2S \uparrow + 2NaCl$

2. Другой вариант: серная кислота ($H_2SO_4$) и сульфид калия ($K_2S$).

$H_2SO_4 + K_2S = H_2S \uparrow + K_2SO_4$

Ответ: $2HCl + Na_2S = H_2S \uparrow + 2NaCl$; $H_2SO_4 + K_2S = H_2S \uparrow + K_2SO_4$.

г) Уравнение $H_2SiO_3 + 2OH^{-} = SiO_3^{2-} + 2H_2O$ описывает реакцию нерастворимой кремниевой кислоты (слабая кислота) с сильным основанием (щелочью). В результате образуется растворимая соль (силикат) и вода.

1. В качестве щелочи используем гидроксид натрия ($NaOH$).

$H_2SiO_3 + 2NaOH = Na_2SiO_3 + 2H_2O$

2. В качестве второй щелочи можно взять гидроксид калия ($KOH$).

$H_2SiO_3 + 2KOH = K_2SiO_3 + 2H_2O$

Ответ: $H_2SiO_3 + 2NaOH = Na_2SiO_3 + 2H_2O$; $H_2SiO_3 + 2KOH = K_2SiO_3 + 2H_2O$.

д) Уравнение $Fe(OH)_3 + 3H^{+} = Fe^{3+} + 3H_2O$ описывает реакцию растворения нерастворимого основания, гидроксида железа(III), в сильной кислоте с образованием растворимой соли и воды.

1. В качестве сильной кислоты можно использовать соляную кислоту ($HCl$).

$Fe(OH)_3 + 3HCl = FeCl_3 + 3H_2O$

2. В качестве другой сильной кислоты возьмем азотную кислоту ($HNO_3$).

$Fe(OH)_3 + 3HNO_3 = Fe(NO_3)_3 + 3H_2O$

Ответ: $Fe(OH)_3 + 3HCl = FeCl_3 + 3H_2O$; $Fe(OH)_3 + 3HNO_3 = Fe(NO_3)_3 + 3H_2O$.