Страница 255 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

Решение

1-я пробирка

В первой пробирке взаимодействуют силикат натрия ($Na_2SiO_3$) и серная кислота ($H_2SO_4$). Эта реакция является реакцией обмена, в ходе которой более сильная серная кислота вытесняет из соли более слабую и нерастворимую кремниевую кислоту ($H_2SiO_3$). В результате наблюдается образование гелеобразного осадка.

Молекулярное уравнение реакции:

$Na_2SiO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2SiO_3 \downarrow$

Полное ионное уравнение (в растворе силикат натрия, серная кислота и сульфат натрия диссоциируют на ионы):

$2Na^+ + SiO_3^{2-} + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-} + H_2SiO_3 \downarrow$

Сокращенное ионное уравнение (показывает суть химического процесса, ионы $Na^+$ и $SO_4^{2-}$ являются "зрителями" и сокращаются):

$2H^+ + SiO_3^{2-} \rightarrow H_2SiO_3 \downarrow$

Ответ: Происходит реакция с образованием осадка кремниевой кислоты.

Молекулярное уравнение: $Na_2SiO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2SiO_3 \downarrow$

Полное ионное уравнение: $2Na^+ + SiO_3^{2-} + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-} + H_2SiO_3 \downarrow$

Сокращенное ионное уравнение: $2H^+ + SiO_3^{2-} \rightarrow H_2SiO_3 \downarrow$

2-я пробирка

Во второй пробирке взаимодействуют карбонат натрия ($Na_2CO_3$) и азотная кислота ($HNO_3$). Сильная азотная кислота вытесняет из соли слабую угольную кислоту ($H_2CO_3$), которая неустойчива и сразу же разлагается на углекислый газ ($CO_2$) и воду ($H_2O$). Наблюдается "вскипание" раствора из-за выделения пузырьков газа.

Молекулярное уравнение реакции:

$Na_2CO_3 + 2HNO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Полное ионное уравнение:

$2Na^+ + CO_3^{2-} + 2H^+ + 2NO_3^- \rightarrow 2Na^+ + 2NO_3^- + H_2O + CO_2 \uparrow$

Сокращенное ионное уравнение (после сокращения ионов- "зрителей" $Na^+$ и $NO_3^-$):

$2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: Происходит реакция с выделением углекислого газа.

Молекулярное уравнение: $Na_2CO_3 + 2HNO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Полное ионное уравнение: $2Na^+ + CO_3^{2-} + 2H^+ + 2NO_3^- \rightarrow 2Na^+ + 2NO_3^- + H_2O + CO_2 \uparrow$

Сокращенное ионное уравнение: $2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

3-я пробирка

В третьей пробирке смешивают растворы нитрата натрия ($NaNO_3$) и серной кислоты ($H_2SO_4$). Нитрат натрия — соль, образованная сильным основанием (NaOH) и сильной кислотой ($HNO_3$). Серная кислота также является сильной. В водном растворе все исходные вещества и возможные продукты ($Na_2SO_4$ и $HNO_3$) являются сильными электролитами и полностью диссоциированы на ионы. Условия для протекания реакции ионного обмена (образование осадка, газа или слабого электролита) не выполняются. Следовательно, в данных условиях реакция не идет.

$2NaNO_3 + H_2SO_4 \nrightarrow$

Если записать ионное уравнение, все ионы сократятся, что подтверждает отсутствие реакции.

$2Na^+ + 2NO_3^- + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-} + 2H^+ + 2NO_3^-$

Ответ: Реакция не протекает, так как в растворе не образуется ни осадок, ни газ, ни слабый электролит. Все вещества в растворе остаются в виде ионов.

При каких условиях соли взаимодействуют с кислотами?

Взаимодействие солей с кислотами относится к реакциям ионного обмена. Такие реакции протекают до конца только в тех случаях, когда один из продуктов реакции уходит из сферы реакции. Для системы "соль + кислота" это означает, что реакция будет идти, если:

1. Образуется нерастворимое вещество (выпадает осадок). Чаще всего это новая, нерастворимая кислота, как в опыте 1 ($H_2SiO_3$).
2. Выделяется газ. Обычно это происходит, когда образуется неустойчивая кислота, которая разлагается с выделением газа, как в опыте 2 ($H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2$).
3. Образуется слабый электролит (например, вода или более слабая кислота, чем исходная). Это условие является обобщающим для предыдущих двух.

В общем виде правило можно сформулировать так: более сильная кислота вытесняет более слабую кислоту из её соли, или более летучая кислота вытесняется менее летучей (при нагревании).

Ответ: Соли взаимодействуют с кислотами, если в результате реакции образуется осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (например, более слабая кислота, чем та, что вступает в реакцию).

1-я пробирка

В первой пробирке смешиваются растворы сульфата железа(III) и гидроксида натрия. Происходит реакция ионного обмена между солью и щелочью.

Молекулярное уравнение реакции:

$Fe_2(SO_4)_3 + 6NaOH \rightarrow 2Fe(OH)_3 \downarrow + 3Na_2SO_4$

В результате реакции образуется гидроксид железа(III) $Fe(OH)_3$ — нерастворимое в воде основание, которое выпадает в виде бурого осадка. Второй продукт, сульфат натрия $Na_2SO_4$, является растворимой солью и остается в растворе.

Полное ионное уравнение:

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

Сокращенное ионное уравнение:

$Fe^{3+} + 3OH^- \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow$

Наблюдение: образование объемистого осадка бурого цвета.

Ответ: При взаимодействии растворов сульфата железа(III) и гидроксида натрия образуется нерастворимый гидроксид железа(III) $Fe(OH)_3$ в виде бурого осадка.

2-я пробирка

Во второй пробирке смешиваются растворы сульфата аммония и гидроксида калия. Это также реакция ионного обмена. При нагревании один из продуктов реакции разлагается с выделением газа.

Молекулярное уравнение реакции:

$(NH_4)_2SO_4 + 2KOH \xrightarrow{t} K_2SO_4 + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$

В ходе реакции образуется гидроксид аммония $NH_4OH$, который является неустойчивым соединением и при небольшом нагревании разлагается на аммиак $NH_3$ и воду $H_2O$. Аммиак — это газ с характерным резким запахом (запах нашатырного спирта), который можно определить по запаху.

Полное ионное уравнение:

$2NH_4^+ + SO_4^{2-} + 2K^+ + 2OH^- \xrightarrow{t} 2K^+ + SO_4^{2-} + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t} NH_3 \uparrow + H_2O$

Наблюдение: при нагревании выделяется бесцветный газ с резким запахом.

Ответ: При нагревании смеси сульфата аммония и гидроксида калия выделяется аммиак $NH_3$ — газ с резким запахом.

3-я пробирка

В третьей пробирке смешиваются растворы нитрата бария и гидроксида калия.

Предполагаемое уравнение реакции обмена:

$Ba(NO_3)_2 + 2KOH \rightarrow Ba(OH)_2 + 2KNO_3$

Однако, для того чтобы реакция ионного обмена протекала до конца, необходимо, чтобы один из продуктов был нерастворим, газообразен или являлся слабым электролитом. В данном случае оба продукта реакции — гидроксид бария $Ba(OH)_2$ и нитрат калия $KNO_3$ — являются растворимыми в воде веществами и сильными электролитами. Исходные вещества также растворимы. Следовательно, в растворе просто находятся ионы $Ba^{2+}$, $NO_3^-$, $K^+$ и $OH^-$, и видимых признаков реакции не наблюдается.

Ионное уравнение показывает, что все ионы остаются в растворе и реакция не идет:

$Ba^{2+} + 2NO_3^- + 2K^+ + 2OH^- \rightarrow Ba^{2+} + 2OH^- + 2K^+ + 2NO_3^-$

Наблюдение: видимых изменений не происходит.

Ответ: Реакция между нитратом бария и гидроксидом калия не протекает, так как все исходные вещества и возможные продукты реакции растворимы в воде и являются сильными электролитами.

Ответьте на вопрос: при каких условиях соли взаимодействуют с щелочами?

На основе проведенного лабораторного опыта и общих правил протекания реакций ионного обмена можно сделать вывод, что взаимодействие солей со щелочами (растворимыми основаниями) возможно при соблюдении двух главных условий.

Первое условие: исходные вещества (и соль, и щелочь) должны быть растворимы в воде, чтобы в растворе присутствовали ионы, способные вступить в реакцию.

Второе условие: в результате реакции должен образовываться хотя бы один продукт, который уходит из сферы реакции. Таким продуктом может быть:

а) Нерастворимое вещество (осадок). В данном опыте это образование нерастворимого основания $Fe(OH)_3$ в первой пробирке.

б) Газообразное вещество. Это наблюдалось во второй пробирке, где при реакции соли аммония со щелочью выделился газ аммиак $NH_3$.

в) Слабый электролит (например, вода). В данном опыте этот случай проявляется косвенно при разложении гидроксида аммония на аммиак и воду.

Если ни одно из этих условий не выполняется (как в третьей пробирке, где все возможные продукты растворимы и являются сильными электролитами), то реакция ионного обмена не протекает.

Ответ: Соли взаимодействуют со щелочами, если оба исходных вещества растворимы, и в результате реакции образуется нерастворимый осадок (нерастворимое основание), выделяется газ (аммиак из солей аммония) или образуется слабый электролит (например, вода).