Вариант 4, страница 71 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

Вариант 4

1. Напишите уравнения всех возможных реакций между следующими веществами: нитрат бария, гидроксид натрия, сульфат меди(II), соляная кислота.

2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений веществ:

Водород → Соляная кислота → Хлорид железа(II) → Хлорид магния → Соляная кислота → Хлорид натрия.

3. Напишите уравнения реакций, в результате которых образуется а) фосфат кальция, б) гидроксид алюминия. Найдите возможно большее число различных способов.

4. В трех колбах без этикеток находятся растворы серной кислоты, сульфата натрия, нитрата натрия. Как химическим путем идентифицировать вещества? Напишите уравнения реакций; ход распознавания оформите в виде таблицы.

5. Вычислите массу гидроксида калия, образовавшегося при взаимодействии 3,9 г калия с избытком воды.

1. Для определения возможных реакций необходимо попарно рассмотреть взаимодействие предложенных веществ: нитрат бария ($Ba(NO_3)_2$), гидроксид натрия ($NaOH$), сульфат меди(II) ($CuSO_4$), соляная кислота ($HCl$). Реакции ионного обмена идут до конца, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например, вода).

• Взаимодействие сульфата меди(II) с гидроксидом натрия. В результате реакции образуется нерастворимый голубой осадок гидроксида меди(II).

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

• Взаимодействие нитрата бария с сульфатом меди(II). В результате реакции образуется нерастворимый белый осадок сульфата бария.

  $Ba(NO_3)_2 + CuSO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + Cu(NO_3)_2$

• Взаимодействие соляной кислоты с гидроксидом натрия (реакция нейтрализации). В результате образуется соль и вода.

  $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

• Взаимодействие нитрата бария с соляной кислотой. В результате образуется нерастворимый белый осадок сульфата бария (если бы кислота была серной). Однако соляная кислота с сульфатом меди(II) или нитратом бария не реагирует, так как все возможные продукты растворимы и являются сильными электролитами.

Ответ:

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

$Ba(NO_3)_2 + CuSO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + Cu(NO_3)_2$

$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

2. Цепочка превращений: Водород $\rightarrow$ Соляная кислота $\rightarrow$ Хлорид железа(II) $\rightarrow$ Хлорид магния $\rightarrow$ Соляная кислота $\rightarrow$ Хлорид натрия.

1. Получение соляной кислоты из водорода. Реакция прямого синтеза с хлором при освещении или нагревании.

   $H_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$

2. Получение хлорида железа(II) из соляной кислоты. Реакция замещения с железом.

   $2HCl + Fe \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

3. Получение хлорида магния из хлорида железа(II). Реакция замещения с более активным металлом — магнием.

   $FeCl_2 + Mg \rightarrow MgCl_2 + Fe \downarrow$

4. Получение соляной кислоты из хлорида магния. Реакция обмена с концентрированной серной кислотой при нагревании (серная кислота как менее летучая вытесняет летучую соляную кислоту).

   $MgCl_2 (\text{тв.}) + H_2SO_4 (\text{конц.}) \xrightarrow{t} MgSO_4 + 2HCl \uparrow$

5. Получение хлорида натрия из соляной кислоты. Реакция нейтрализации с гидроксидом натрия.

   $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

Ответ:

$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

$2HCl + Fe \rightarrow FeCl_2 + H_2$

$FeCl_2 + Mg \rightarrow MgCl_2 + Fe$

$MgCl_2 + H_2SO_4 (\text{конц.}) \rightarrow MgSO_4 + 2HCl$

$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

3. а) фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$)

Фосфат кальция — нерастворимая соль, которую можно получить несколькими способами:

• Реакция обмена между двумя растворимыми солями:

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

• Реакция нейтрализации между кислотой и основанием:

  $2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6H_2O$

• Взаимодействие основного оксида с кислотой:

  $3CaO + 2H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 3H_2O$

• Взаимодействие кислотного оксида с основанием:

  $P_2O_5 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 3H_2O$

Ответ:

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

$2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6H_2O$

$3CaO + 2H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 3H_2O$

б) гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$)

Гидроксид алюминия — нерастворимое амфотерное основание, его можно получить следующими способами:

• Реакция обмена между солью алюминия и щелочью (щелочь нужно добавлять аккуратно, не допуская избытка, так как $Al(OH)_3$ в нем растворяется):

  $AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

• Реакция обмена между солью алюминия и слабым основанием (например, гидратом аммиака):

  $Al_2(SO_4)_3 + 6NH_3 \cdot H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3(NH_4)_2SO_4$

• Пропускание углекислого газа через раствор алюмината (соли, содержащей алюминий в анионе):

  $Na[Al(OH)_4] + CO_2 \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + NaHCO_3$

• Полный необратимый гидролиз солей, образованных катионом алюминия и анионом слабой летучей кислоты (например, сульфида алюминия):

  $Al_2S_3 + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3H_2S \uparrow$

Ответ:

$AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

$Al_2(SO_4)_3 + 6NH_3 \cdot H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3(NH_4)_2SO_4$

$Na[Al(OH)_4] + CO_2 \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + NaHCO_3$

4. В трех колбах находятся растворы: серная кислота ($H_2SO_4$), сульфат натрия ($Na_2SO_4$) и нитрат натрия ($NaNO_3$).

Решение

План распознавания:

1. Сначала определим кислоту. Кислоты реагируют с карбонатами с выделением углекислого газа. Это позволит однозначно идентифицировать серную кислоту.

2. Далее различим оставшиеся две соли: сульфат натрия и нитрат натрия. Для этого проведем качественную реакцию на сульфат-ион ($SO_4^{2-}$) с помощью растворимой соли бария (например, $BaCl_2$). С сульфатом натрия выпадет белый осадок сульфата бария, а с нитратом натрия реакции не будет.

Ход распознавания в виде таблицы:

Вывод: Вещество, реагирующее с карбонатом натрия, — серная кислота. Из двух оставшихся веществ то, которое не реагирует с хлоридом бария, — нитрат натрия. Третье вещество — сульфат натрия.

Уравнения реакций:

$H_2SO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$

$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$

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

Ответ: Сначала с помощью раствора карбоната натрия идентифицируется серная кислота (выделение газа). Затем с помощью раствора хлорида бария из двух оставшихся солей определяется сульфат натрия (выпадение осадка). Колба, в которой не произошло видимых изменений ни в одном из тестов, содержит нитрат натрия. Уравнения реакций приведены выше.

5. Дано:

$m(K) = 3,9 \text{ г}$

Вода ($H_2O$) в избытке

Найти:

$m(KOH) - ?$

Решение:

1. Составляем уравнение реакции взаимодействия калия с водой:

$2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2 \uparrow$

2. Вычисляем молярные массы калия и гидроксида калия. Используем значения относительных атомных масс из Периодической системы Д.И. Менделеева: $Ar(K) = 39$, $Ar(O) = 16$, $Ar(H) = 1$.

$M(K) = 39 \text{ г/моль}$

$M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$

3. Находим количество вещества (число моль) калия, вступившего в реакцию:

$n(K) = \frac{m(K)}{M(K)} = \frac{3,9 \text{ г}}{39 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции определяем количество вещества образовавшегося гидроксида калия. Соотношение количеств веществ калия и гидроксида калия составляет $n(K) : n(KOH) = 2 : 2 = 1 : 1$.

$n(KOH) = n(K) = 0,1 \text{ моль}$

5. Рассчитываем массу образовавшегося гидроксида калия:

$m(KOH) = n(KOH) \times M(KOH) = 0,1 \text{ моль} \times 56 \text{ г/моль} = 5,6 \text{ г}$

Ответ: $5,6$ г