Страница 272 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

Решение

Пробирка 1: Взаимодействие раствора сульфата меди (II) с раствором гидроксида натрия

Наблюдение: При добавлении бесцветного раствора гидроксида натрия к голубому раствору сульфата меди (II) наблюдается выпадение синего студенистого осадка.

Уравнения реакции:

1. Молекулярное уравнение:

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

2. Полное ионное уравнение:

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

3. Сокращенное ионное уравнение (показывает суть реакции):

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

Ответ: При взаимодействии растворов сульфата меди (II) и гидроксида натрия образуется синий осадок гидроксида меди (II), что свидетельствует о протекании реакции до конца. Сокращенное ионное уравнение: $Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow$.

Пробирка 2: Взаимодействие раствора хлорида калия с раствором фосфата натрия

Наблюдение: При смешивании бесцветных растворов хлорида калия и фосфата натрия видимых признаков химической реакции (выпадение осадка, выделение газа, изменение цвета) не наблюдается.

Уравнения реакции:

1. Запишем возможное молекулярное уравнение реакции обмена:

$3KCl + Na_3PO_4 \leftrightarrow K_3PO_4 + 3NaCl$

2. Проверим растворимость продуктов: хлорид натрия ($NaCl$) и фосфат калия ($K_3PO_4$) хорошо растворимы в воде. Так как все исходные вещества и продукты являются сильными растворимыми электролитами, реакция не идет до конца. Полное ионное уравнение будет выглядеть так:

$3K^+ + 3Cl^- + 3Na^+ + PO_4^{3-} \leftrightarrow 3K^+ + PO_4^{3-} + 3Na^+ + 3Cl^-$

3. Поскольку все ионы в левой и правой частях уравнения одинаковы, сокращенного ионного уравнения не существует. Реакция практически не протекает.

Ответ: Реакция ионного обмена между хлоридом калия и фосфатом натрия не протекает, так как не образуется осадок, газ или слабый электролит; в растворе просто находится смесь ионов $K^+$, $Cl^-$, $Na^+$, $PO_4^{3-}$.

Пробирка 3: Взаимодействие раствора сульфата алюминия с раствором хлорида бария

Наблюдение: При смешивании бесцветных растворов сульфата алюминия и хлорида бария наблюдается выпадение обильного белого мелкокристаллического осадка.

Уравнения реакции:

1. Молекулярное уравнение:

$Al_2(SO_4)_3 + 3BaCl_2 \rightarrow 3BaSO_4\downarrow + 2AlCl_3$

2. Полное ионное уравнение:

$2Al^{3+} + 3SO_4^{2-} + 3Ba^{2+} + 6Cl^- \rightarrow 3BaSO_4\downarrow + 2Al^{3+} + 6Cl^-$

3. Сокращенное ионное уравнение:

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

Ответ: При взаимодействии растворов сульфата алюминия и хлорида бария образуется белый осадок сульфата бария, поэтому реакция идет до конца. Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$.

Вывод

На основании проведенных опытов можно сделать вывод, что реакции ионного обмена в растворах электролитов протекают до конца только в тех случаях, когда один из продуктов реакции удаляется из реакционной среды. Это происходит при:

1. Выпадении осадка (нерастворимого вещества), что наблюдалось в пробирках №1 (образование $Cu(OH)_2$) и №3 (образование $BaSO_4$).

2. Выделении газа.

3. Образовании слабого электролита (например, воды $H_2O$).

Если же все ионы остаются в растворе в неизменном виде (все продукты растворимы и являются сильными электролитами), как в пробирке №2, то реакция обмена не протекает.

Что наблюдаете?

В первой пробирке, содержащей раствор сульфита натрия ($Na_2SO_3$), при добавлении раствора азотной кислоты ($HNO_3$) наблюдается выделение бесцветного газа с резким, удушливым запахом. Это сернистый газ ($SO_2$), его запах напоминает запах зажженной спички.

Во второй пробирке, содержащей раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$), при добавлении раствора азотной кислоты происходит бурная реакция с выделением большого количества пузырьков бесцветного газа без запаха (вскипание). Это углекислый газ ($CO_2$).

Ответ: В первой пробирке выделяется газ с резким запахом, во второй — газ без запаха.

Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций.

1. Реакция в пробирке с сульфитом натрия:

• Молекулярное уравнение:

  $Na_2SO_3 + 2HNO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + SO_2 \uparrow + H_2O$

• Полное ионное уравнение:

  $2Na^+ + SO_3^{2-} + 2H^+ + 2NO_3^- \rightarrow 2Na^+ + 2NO_3^- + SO_2 \uparrow + H_2O$

• Сокращенное ионное уравнение:

  $SO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow SO_2 \uparrow + H_2O$

2. Реакция в пробирке с карбонатом натрия:

• Молекулярное уравнение:

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

• Полное ионное уравнение:

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

• Сокращенное ионное уравнение:

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

Ответ: Уравнения реакций приведены выше.

Сделайте вывод.

Данный опыт демонстрирует общее свойство солей, образованных слабыми кислотами. Сильная азотная кислота вытесняет более слабые кислоты (сернистую $H_2SO_3$ и угольную $H_2CO_3$) из их солей. Обе эти кислоты являются неустойчивыми соединениями и в момент образования разлагаются с выделением газообразных оксидов ($SO_2$ и $CO_2$) и воды. Сущность обоих процессов отражают сокращенные ионные уравнения: взаимодействие ионов водорода $H^+$ с анионом слабой кислоты ($SO_3^{2-}$ или $CO_3^{2-}$) приводит к образованию слабого электролита (воды) и газа. Данные реакции являются качественными реакциями на сульфит- и карбонат-ионы.

Ответ: Сильные кислоты (в данном случае азотная) вступают в реакцию с солями слабых и неустойчивых кислот (сульфитом и карбонатом натрия), вытесняя их из солей с образованием газа и воды.

Составьте уравнения происходящих реакций в молекулярном и ионном виде.

Первая пробирка (взаимодействие гидроксида натрия с кислотой, на примере соляной кислоты):

Молекулярное уравнение:

$NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$

Полное ионное уравнение:

$Na^+ + OH^- + H^+ + Cl^- \rightarrow Na^+ + Cl^- + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

Вторая пробирка (образование и растворение гидроксида меди(II)):

1. Реакция образования осадка гидроксида меди(II):

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:

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

2. Реакция растворения осадка гидроксида меди(II) в серной кислоте:

Молекулярное уравнение:

$Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$

Полное ионное уравнение (гидроксид меди(II) — нерастворимое вещество, поэтому на ионы не расписывается):

$Cu(OH)_2 + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

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

Ответ: Уравнения всех реакций в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде представлены выше.

Поясните, почему в первой пробирке произошло обесцвечивание, а во второй — растворение осадка.

В первой пробирке обесцвечивание раствора произошло потому, что в ней протекала реакция нейтрализации. Изначально в растворе гидроксида натрия ($NaOH$) была щелочная среда (избыток ионов $OH^-$), в которой индикатор фенолфталеин окрашивается в малиновый цвет. При добавлении кислоты ($HCl$ или $H_2SO_4$) ионы водорода ($H^+$) из кислоты вступали в реакцию с гидроксид-ионами ($OH^-$), образуя нейтральные молекулы воды ($H_2O$). В результате среда раствора стала нейтральной, а в нейтральной среде фенолфталеин бесцветен.

Во второй пробирке растворение осадка также является результатом химической реакции. Голубой осадок гидроксида меди(II) ($Cu(OH)_2$) — это нерастворимое в воде основание. При добавлении серной кислоты ($H_2SO_4$) происходит реакция нейтрализации, в ходе которой нерастворимое основание превращается в растворимую соль — сульфат меди(II) ($CuSO_4$) — и воду. Так как продукт реакции является растворимым веществом, осадок исчезает (растворяется).

Ответ: Обесцвечивание в первой пробирке вызвано нейтрализацией щелочной среды кислотой, из-за чего индикатор фенолфталеин теряет свою окраску. Растворение осадка во второй пробирке объясняется химической реакцией нерастворимого основания с кислотой с образованием растворимой соли.

Каким общим свойством обладают растворимые и нерастворимые основания?

Общим химическим свойством как растворимых оснований (щелочей), так и нерастворимых, является их способность реагировать с кислотами. Эта реакция, называемая реакцией нейтрализации, приводит к образованию соли и воды. Описанные в задаче опыты как раз и демонстрируют это свойство: и растворимый гидроксид натрия ($NaOH$), и нерастворимый гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) реагируют с кислотой.

Ответ: Общим свойством растворимых и нерастворимых оснований является их способность вступать в реакцию нейтрализации с кислотами с образованием соли и воды.