Страница 101 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

8-51. Даны вещества: оксид магния, оксид серы(IV), гидроксид цинка, сульфат натрия, корбанат магния. Выберите, с какими из данных веществ реагирует $HCl$, и напишите уравнения возможных реакций.

Соляная кислота ($HCl$) является сильной кислотой. Для определения возможности реакции с предложенными веществами, необходимо проанализировать их химические свойства. Реакция будет протекать с основными и амфотерными оксидами и гидроксидами, а также с солями, образованными более слабыми или летучими кислотами.

Оксид магния

Оксид магния ($MgO$) является основным оксидом. Основные оксиды реагируют с кислотами с образованием соли и воды.

$MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O$

Ответ: Соляная кислота реагирует с оксидом магния. Уравнение реакции: $MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O$.

Оксид серы(IV)

Оксид серы(IV) ($SO_2$) является кислотным оксидом. Кислотные оксиды не вступают в реакцию с кислотами.

Ответ: Соляная кислота не реагирует с оксидом серы(IV).

Гидроксид цинка

Гидроксид цинка ($Zn(OH)_2$) — это амфотерный гидроксид. Амфотерные гидроксиды реагируют как с кислотами, так и с щелочами. При взаимодействии с соляной кислотой образуется соль и вода.

$Zn(OH)_2 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + 2H_2O$

Ответ: Соляная кислота реагирует с гидроксидом цинка. Уравнение реакции: $Zn(OH)_2 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + 2H_2O$.

Сульфат натрия

Сульфат натрия ($Na_2SO_4$) — это соль, образованная сильным основанием ($NaOH$) и сильной кислотой ($H_2SO_4$). Реакция обмена с соляной кислотой не идет, поскольку в результате не образуется ни осадок, ни газ, ни слабый электролит.

Ответ: Соляная кислота не реагирует с сульфатом натрия.

Карбонат магния

Карбонат магния ($MgCO_3$) — это соль слабой угольной кислоты ($H_2CO_3$). Соляная кислота, как более сильная, вытесняет угольную кислоту. Образующаяся угольная кислота неустойчива и сразу разлагается на углекислый газ и воду, что является движущей силой реакции.

$MgCO_3 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

Ответ: Соляная кислота реагирует с карбонатом магния. Уравнение реакции: $MgCO_3 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$.

8-52. Даны вещества: оксид меди(II) ($CuO$), оксид фосфора(V) ($P_2O_5$), гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$), нитрат калия ($KNO_3$), сульфид натрия ($Na_2S$). С какими из данных веществ реагирует соляная кислота ($HCl$)? Напишите уравнения возможных реакций.

Соляная кислота ($HCl$) является сильной кислотой и будет вступать в реакцию с веществами, проявляющими основные свойства (основные и амфотерные оксиды, основания), а также с солями, если в результате реакции образуется осадок, газ или слабый электролит (например, вода). Рассмотрим каждое из предложенных веществ.

Оксид меди(II)

Оксид меди(II) ($CuO$) — это основный оксид, который реагирует с кислотами с образованием соли и воды. В данном случае образуется хлорид меди(II) и вода.

Уравнение реакции:

$CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$

Ответ: Соляная кислота реагирует с оксидом меди(II).

Оксид фосфора(V)

Оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) — это кислотный оксид. Кислотные оксиды не реагируют с кислотами, так как оба вещества являются кислотными по своей природе.

Ответ: Соляная кислота не реагирует с оксидом фосфора(V).

Гидроксид кальция

Гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$) — это основание (щёлочь). Соляная кислота вступает с ним в реакцию нейтрализации, в результате которой образуются соль (хлорид кальция) и вода.

Уравнение реакции:

$Ca(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O$

Ответ: Соляная кислота реагирует с гидроксидом кальция.

Нитрат калия

Нитрат калия ($KNO_3$) — это соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и сильной кислотой ($HNO_3$). Реакция обмена между соляной кислотой и нитратом калия не происходит, так как все возможные продукты ($KCl$ и $HNO_3$) являются сильными электролитами и хорошо растворимы в воде. Не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита.

Ответ: Соляная кислота не реагирует с нитратом калия.

Сульфид натрия

Сульфид натрия ($Na_2S$) — это соль, образованная сильным основанием ($NaOH$) и слабой кислотой (сероводородной, $H_2S$). Сильная соляная кислота вытесняет слабую сероводородную кислоту из её соли. В результате реакции образуется сероводород — газ с неприятным запахом.

Уравнение реакции:

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

Ответ: Соляная кислота реагирует с сульфидом натрия.

8-53. В трех склянках без этикеток находятся соляная кислота, раствор хлорида натрия, раствор нитрата натрия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из склянок?

Решение

Для того чтобы распознать вещества в трех склянках (соляная кислота, раствор хлорида натрия, раствор нитрата натрия), необходимо провести последовательные химические тесты. Весь процесс можно разделить на два этапа.

Этап 1: Определение соляной кислоты

Соляная кислота ($HCl$) является кислотой, в то время как хлорид натрия ($NaCl$) и нитрат натрия ($NaNO_3$) являются солями с нейтральной средой. Этим различием можно воспользоваться для идентификации кислоты. Для этого отберем пробы из каждой склянки в три отдельные пронумерованные пробирки и добавим в каждую по нескольку капель индикатора, например, лакмуса.

В той пробирке, где находится соляная кислота, раствор окрасит лакмус в красный цвет. В двух других пробирках с растворами солей цвет индикатора не изменится. Таким образом, мы определяем склянку с соляной кислотой.

Этап 2: Распознавание растворов хлорида натрия и нитрата натрия

Теперь необходимо различить два оставшихся раствора солей: $NaCl$ и $NaNO_3$. Оба раствора содержат катион натрия ($Na^+$), поэтому различать их нужно по анионам: хлорид-иону ($Cl^−$) и нитрат-иону ($NO_3^−$). Для определения хлорид-иона используется качественная реакция с раствором нитрата серебра ($AgNO_3$).

Добавим в пробирки с оставшимися двумя растворами по нескольку капель раствора нитрата серебра.

В пробирке, содержащей хлорид натрия, немедленно выпадет белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$), который нерастворим в кислотах.

Уравнение реакции в молекулярном виде:
$AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$

Уравнение реакции в сокращенном ионном виде:
$Ag^+ + Cl^− \rightarrow AgCl\downarrow$

В пробирке, содержащей нитрат натрия, при добавлении нитрата серебра никаких видимых изменений не произойдет, так как все образующиеся вещества растворимы.

Таким образом, склянка, в которой при добавлении $AgNO_3$ образуется осадок, содержит хлорид натрия. Оставшаяся склянка содержит нитрат натрия.

Ответ: Сначала необходимо во все три пробы добавить индикатор (например, лакмус). Та проба, где индикатор станет красным, содержит соляную кислоту. Затем в две оставшиеся пробы нужно добавить раствор нитрата серебра. В той пробе, где выпадет белый творожистый осадок, находится раствор хлорида натрия. Проба, в которой не произойдет видимых изменений, содержит раствор нитрата натрия.

8-54. В трех склянках без этикеток находятся соляная кислота, раствор хлорида бария, раствор нитрата калия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из склянок?

Дано:

В трех пронумерованных склянках без этикеток находятся три бесцветных раствора: соляная кислота ($HCl$), хлорид бария ($BaCl_2$) и нитрат калия ($KNO_3$).

Найти:

Химический способ для идентификации вещества в каждой склянке.

Решение:

Для того чтобы определить, какое вещество находится в каждой из трех склянок, необходимо провести качественные реакции, характерные для данных соединений. Для этого отберем из каждой склянки небольшие пробы в три отдельные пробирки, пронумеровав их соответственно.

Наиболее эффективным способом является использование одного реактива, который даст разные наблюдаемые эффекты с каждым из трех растворов. В качестве такого реагента можно использовать раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$). Добавим по несколько капель раствора карбоната натрия в каждую из трех пробирок.

1. В той пробирке, где находится соляная кислота ($HCl$), мы будем наблюдать бурное выделение бесцветного газа без запаха (шипение). Этот газ — диоксид углерода ($CO_2$), образующийся в результате реакции нейтрализации кислоты карбонатом:

$2HCl + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

2. В пробирке с раствором хлорида бария ($BaCl_2$) мы увидим образование белого осадка. Это нерастворимый в воде карбонат бария ($BaCO_3$), который образуется в результате реакции ионного обмена:

$BaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow BaCO_3\downarrow + 2NaCl$

3. В пробирке, содержащей раствор нитрата калия ($KNO_3$), никаких видимых изменений не произойдет. Реакция ионного обмена не идет, так как все возможные продукты (нитрат натрия и карбонат калия) хорошо растворимы в воде.

Таким образом, по характерным признакам (выделение газа, образование осадка, отсутствие реакции) можно однозначно идентифицировать содержимое каждой из трех склянок с помощью одного реактива.

Ответ:

Для распознавания веществ необходимо отобрать из каждой склянки пробы и добавить к ним раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$). В склянке с соляной кислотой будет наблюдаться выделение газа. В склянке с хлоридом бария выпадет белый осадок. В склянке с нитратом калия видимых изменений не произойдет.

8-55. В трех колбах без этикеток находятся раствор хлорида натрия, раствор хлорида бария, раствор хлорида алюминия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из колб?

Для распознавания водных растворов хлорида натрия ($NaCl$), хлорида бария ($BaCl_2$) и хлорида алюминия ($AlCl_3$) необходимо провести качественные реакции на катионы $Na^+$, $Ba^{2+}$ и $Al^{3+}$, так как анион ($Cl^-$) у всех солей одинаковый. Для этого можно использовать двухэтапный план с применением доступных реагентов, таких как раствор сульфата и раствор щелочи.

Решение

Весь процесс распознавания можно разделить на два последовательных этапа.

Этап 1. Определение раствора хлорида бария ($BaCl_2$)

Сначала необходимо отобрать пробы из каждой из трех колб в отдельные пронумерованные пробирки. Затем в каждую пробирку следует добавить несколько капель реагента, содержащего сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$), например, раствор серной кислоты ($H_2SO_4$) или раствор сульфата натрия ($Na_2SO_4$).

В той пробирке, где наблюдается образование белого кристаллического осадка сульфата бария, нерастворимого в кислотах, находится раствор хлорида бария ($BaCl_2$). В двух других пробирках видимых изменений не произойдет.

Уравнение химической реакции:

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

Ионное уравнение:

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

Таким образом, колба с хлоридом бария будет идентифицирована.

Этап 2. Определение растворов хлорида алюминия ($AlCl_3$) и хлорида натрия ($NaCl$)

Далее нужно взять новые пробы из двух оставшихся колб. В обе пробирки необходимо по каплям добавить раствор сильной щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$).

В пробирке, где выпадет объемный белый студенистый (гелеобразный) осадок гидроксида алюминия ($Al(OH)_3$), находится раствор хлорида алюминия ($AlCl_3$).

Уравнение химической реакции:

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

Ионное уравнение:

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

В пробирке, где при добавлении щелочи не произойдет никаких видимых изменений, находится раствор хлорида натрия ($NaCl$).

Для дополнительной уверенности в определении хлорида алюминия можно продолжить добавлять раствор щелочи в пробирку с осадком. Гидроксид алюминия является амфотерным, поэтому он растворится в избытке щелочи с образованием растворимого комплексного соединения - тетрагидроксоалюмината натрия.

$Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$

Это подтвердит наличие ионов алюминия в растворе.

Ответ: Чтобы распознать вещества в колбах, необходимо провести следующие действия: 1. В образцы из каждой колбы добавить раствор сульфата (например, $Na_2SO_4$). Выпадение белого осадка укажет на колбу с хлоридом бария ($BaCl_2$). 2. В образцы из двух оставшихся колб добавить по каплям раствор щелочи (например, $NaOH$). Образование белого студенистого осадка укажет на колбу с хлоридом алюминия ($AlCl_3$). Колба, в которой не произошло видимых изменений ни на первом, ни на втором этапе, содержит хлорид натрия ($NaCl$).

8-56. В трех колбах без этикеток находятся раствор хлорида натрия ($NaCl$), раствор хлорида меди($II$) ($CuCl_2$), раствор хлорида алюминия ($AlCl_3$). Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из колб?

Решение

Для того чтобы распознать, какое вещество находится в каждой из трех колб (раствор хлорида натрия, раствор хлорида меди(II), раствор хлорида алюминия), можно использовать комбинацию визуального наблюдения и химических качественных реакций.

Сначала следует обратить внимание на цвет растворов. Водные растворы солей меди(II) имеют характерную окраску. Раствор хлорида меди(II) ($CuCl_2$) будет синего или сине-зеленого цвета. В отличие от него, растворы хлорида натрия ($NaCl$) и хлорида алюминия ($AlCl_3$) являются бесцветными. Таким образом, колба с окрашенным раствором может быть сразу идентифицирована как содержащая хлорид меди(II).

Далее, для различения двух оставшихся бесцветных растворов необходимо провести химический эксперимент. В качестве реагента для качественного определения катионов алюминия $Al^{3+}$ и натрия $Na^{+}$ можно использовать раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$).

Нужно отобрать пробы из двух колб с бесцветными растворами в разные пробирки и добавить в каждую по каплям раствор $NaOH$.

1. В колбе с раствором хлорида алюминия ($AlCl_3$) при добавлении щелочи выпадет белый студенистый осадок гидроксида алюминия $Al(OH)_3$.
Уравнение реакции: $AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$
Важной особенностью гидроксида алюминия является его амфотерность. Это означает, что он будет реагировать с избытком сильной щелочи. При дальнейшем добавлении раствора $NaOH$ образовавшийся осадок растворится, и раствор снова станет прозрачным из-за образования растворимой комплексной соли — тетрагидроксоалюмината натрия.
Уравнение реакции: $Al(OH)_3 + NaOH_{изб.} \rightarrow Na[Al(OH)_4]$

2. В колбе с раствором хлорида натрия ($NaCl$) при добавлении раствора гидроксида натрия никаких видимых изменений не произойдет, так как реакция ионного обмена не идет.

Для подтверждения правильности определения можно также добавить раствор щелочи в колбу с хлоридом меди(II). В результате выпадет синий осадок гидроксида меди(II) $Cu(OH)_2$, который, в отличие от гидроксида алюминия, не является амфотерным и не растворяется в избытке щелочи.
Уравнение реакции: $CuCl_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

Ответ:
Чтобы определить вещества в колбах, необходимо:
1. Идентифицировать раствор хлорида меди(II) ($CuCl_2$) по его синему или сине-зеленому цвету.
2. В две пробирки с пробами из оставшихся бесцветных растворов добавить по каплям раствор щелочи (например, $NaOH$).
3. В той пробирке, где сначала образуется белый студенистый осадок, а затем он растворяется при добавлении избытка щелочи, находится исходный раствор хлорида алюминия ($AlCl_3$).
4. В той пробирке, где при добавлении щелочи не наблюдается видимых изменений, находится исходный раствор хлорида натрия ($NaCl$).

8-57. В трех склянках без этикеток находятся соляная кислота, раствор карбоната натрия, раствор хлорида натрия. Как химическим путем, не используя других реактивов, распознать, какое вещество находится в каждой из склянок?

Дано:

В трех пронумерованных склянках без этикеток находятся водные растворы: соляная кислота ($HCl$), карбонат натрия ($Na_2CO_3$) и хлорид натрия ($NaCl$).

Найти:

Определить химическим путем, в какой склянке находится каждое из веществ, не используя других реактивов.

Решение:

Для определения веществ в склянках необходимо провести серию экспериментов, попарно смешивая пробы растворов.

Этап 1. Определение хлорида натрия ($NaCl$).

Из всех возможных пар веществ только соляная кислота и карбонат натрия вступают в реакцию с видимым эффектом — выделением газа (диоксида углерода):

$2HCl + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

Реакции с хлоридом натрия не происходит:

$HCl + NaCl \rightarrow$ нет реакции

$Na_2CO_3 + NaCl \rightarrow$ нет реакции

Следовательно, можно определить склянку с $NaCl$, найдя вещество, которое не реагирует ни с одним из двух других. Для этого отбираем пробы из каждой склянки (№1, №2, №3) и поочередно смешиваем их. Та склянка, содержимое которой при добавлении к двум другим пробам не вызывает никаких изменений, содержит раствор хлорида натрия ($NaCl$).

Допустим, мы установили, что в склянке №3 находится $NaCl$. Тогда в склянках №1 и №2 находятся $HCl$ и $Na_2CO_3$.

Этап 2. Различение соляной кислоты ($HCl$) и карбоната натрия ($Na_2CO_3$).

Чтобы различить оставшиеся два раствора, нужно воспользоваться особенностью их взаимодействия. Реакция может протекать по-разному в зависимости от порядка смешивания реагентов.

1. Если к раствору карбоната натрия медленно, по каплям, добавлять соляную кислоту, то сначала кислота будет в недостатке, и реакция пойдет с образованием кислой соли (гидрокарбоната натрия) без выделения газа:

$Na_2CO_3 (\text{избыток}) + HCl \rightarrow NaHCO_3 + NaCl$

Выделение газа ($CO_2$) начнется только тогда, когда весь карбонат превратится в гидрокарбонат и кислота начнет реагировать уже с ним.

2. Если же к раствору соляной кислоты добавлять раствор карбоната натрия, то карбонат сразу попадает в избыток сильной кислоты. Реакция идет до конца с немедленным и бурным выделением углекислого газа:

$2HCl (\text{избыток}) + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

Эксперимент для различения: Берем пробу раствора из склянки №1 и медленно, по каплям, приливаем к ней раствор из склянки №2.

• Если наблюдается немедленное вскипание (выделение газа), значит, в пробирку с соляной кислотой (склянка №1) добавляли карбонат натрия (склянка №2).
• Если газ начинает выделяться не сразу, а после добавления некоторого объема раствора, значит, в пробирку с карбонатом натрия (склянка №1) добавляли соляную кислоту (склянка №2).

Таким образом, можно однозначно определить содержимое каждой из трех склянок.

Ответ:

1. Необходимо попарно смешать пробы из трех склянок. Раствор, который не дает видимых реакций (выделения газа) при смешивании с двумя другими, — это раствор хлорида натрия ($NaCl$).

2. Два других раствора — это соляная кислота ($HCl$) и карбонат натрия ($Na_2CO_3$). Чтобы их различить, нужно в пробирку с одним из этих растворов медленно по каплям приливать другой.

3. Если при добавлении раствора Б к раствору А наблюдается немедленное выделение газа, то раствор А — это соляная кислота ($HCl$), а раствор Б — раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$).

4. Если при добавлении раствора Б к раствору А выделение газа начинается не сразу, то раствор А — это раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$), а раствор Б — соляная кислота ($HCl$).

8-58. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения веществ:

а) Хлор → Хлороводород → Хлорид натрия → Хлороводород → Хлор;

б) Хлорид калия → Хлороводород → Хлорид меди(II) → Хлорид цинка;

в) Натрий → Хлорид натрия → Сульфат натрия → Хлорид натрия → Хлорид серебра;

г) Серебро → Нитрат серебра → Хлорид серебра → Серебро.

а) Хлор → Хлороводород → Хлорид натрия → Хлороводород → Хлор;

1. Получение хлороводорода из хлора происходит в реакции с водородом при нагревании или на свету:

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

2. Получение хлорида натрия из хлороводорода (соляной кислоты) возможно в реакции нейтрализации с гидроксидом натрия:

$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

3. Для получения хлороводорода из хлорида натрия используют реакцию с концентрированной серной кислотой при нагревании:

$NaCl_{ (тв) } + H_2SO_{4 (конц.)} \xrightarrow{t} NaHSO_4 + HCl \uparrow$

4. Для получения хлора из хлороводорода (концентрированной соляной кислоты) используют реакцию окисления, например, диоксидом марганца:

$4HCl_{ (конц.)} + MnO_2 \xrightarrow{t} MnCl_2 + Cl_2 \uparrow + 2H_2O$

Ответ:

$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

$NaCl + H_2SO_4 \rightarrow NaHSO_4 + HCl$

$4HCl + MnO_2 \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$

б) Хлорид калия → Хлороводород → Хлорид меди(II) → Хлорид цинка;

1. Хлороводород получают из хлорида калия действием концентрированной серной кислоты при нагревании:

$2KCl_{ (тв) } + H_2SO_{4 (конц.)} \xrightarrow{t} K_2SO_4 + 2HCl \uparrow$

2. Хлорид меди(II) можно получить при реакции соляной кислоты с оксидом меди(II):

$2HCl + CuO \rightarrow CuCl_2 + H_2O$

3. Хлорид цинка получают, вытесняя медь из раствора её соли более активным металлом — цинком:

$CuCl_2 + Zn \rightarrow ZnCl_2 + Cu \downarrow$

Ответ:

$2KCl + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2HCl$

$2HCl + CuO \rightarrow CuCl_2 + H_2O$

$CuCl_2 + Zn \rightarrow ZnCl_2 + Cu$

в) Натрий → Хлорид натрия → Сульфат натрия → Хлорид натрия → Хлорид серебра;

1. Хлорид натрия образуется при взаимодействии металлического натрия с хлором:

$2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$

2. Сульфат натрия получают из хлорида натрия при реакции с концентрированной серной кислотой при сильном нагревании:

$2NaCl + H_2SO_4 \xrightarrow{t > 120^{\circ}C} Na_2SO_4 + 2HCl \uparrow$

3. Чтобы получить хлорид натрия из сульфата натрия, можно провести реакцию обмена с хлоридом бария, в результате которой выпадает осадок сульфата бария:

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

4. Хлорид серебра — нерастворимое соединение, его получают реакцией обмена между хлоридом натрия и нитратом серебра:

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

Ответ:

$2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$

$2NaCl + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2HCl$

$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow 2NaCl + BaSO_4$

$NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl + NaNO_3$

г) Серебро → Нитрат серебра → Хлорид серебра → Серебро.

1. Нитрат серебра получают растворением серебра в азотной кислоте (например, в разбавленной):

$3Ag + 4HNO_{3 (разб.)} \rightarrow 3AgNO_3 + NO \uparrow + 2H_2O$

2. Хлорид серебра получают из нитрата серебра реакцией с растворимым хлоридом, например, с соляной кислотой:

$AgNO_3 + HCl \rightarrow AgCl \downarrow + HNO_3$

3. Серебро можно восстановить из хлорида серебра с помощью более активного металла, например, цинка:

$2AgCl + Zn \rightarrow 2Ag \downarrow + ZnCl_2$

Ответ:

$3Ag + 4HNO_3 \rightarrow 3AgNO_3 + NO + 2H_2O$

$AgNO_3 + HCl \rightarrow AgCl + HNO_3$

$2AgCl + Zn \rightarrow 2Ag + ZnCl_2$

8-59. Вычислите массу и объем хлороводорода, образовавшегося при взаимодействии 56,8 г хлора с водородом, взятым в стехиометрическом соотношении.

8-59.

Дано:

$m(Cl_2) = 56.8 \text{ г}$
Водород взят в стехиометрическом соотношении.

Найти:

$m(HCl) - ?$
$V(HCl) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции взаимодействия хлора с водородом. В результате реакции образуется хлороводород:

$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

Согласно уравнению реакции, из 1 моль хлора ($Cl_2$) и 1 моль водорода ($H_2$) образуется 2 моль хлороводорода ($HCl$). Соотношение количеств веществ реагирующих и образующихся веществ следующее:

$n(H_2) : n(Cl_2) : n(HCl) = 1 : 1 : 2$

2. Рассчитаем молярные массы хлора ($Cl_2$) и хлороводорода ($HCl$). Используем относительные атомные массы: $Ar(Cl) \approx 35.5$, $Ar(H) \approx 1$.

Молярная масса хлора:

$M(Cl_2) = 2 \cdot Ar(Cl) = 2 \cdot 35.5 = 71 \text{ г/моль}$

Молярная масса хлороводорода:

$M(HCl) = Ar(H) + Ar(Cl) = 1 + 35.5 = 36.5 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число молей) хлора, вступившего в реакцию, используя формулу $n = m/M$:

$n(Cl_2) = \frac{m(Cl_2)}{M(Cl_2)} = \frac{56.8 \text{ г}}{71 \text{ г/моль}} = 0.8 \text{ моль}$

4. Используя стехиометрическое соотношение из уравнения реакции, определим количество вещества образовавшегося хлороводорода:

$n(HCl) = 2 \cdot n(Cl_2) = 2 \cdot 0.8 \text{ моль} = 1.6 \text{ моль}$

5. Теперь мы можем вычислить массу образовавшегося хлороводорода, используя формулу $m = n \cdot M$:

$m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = 1.6 \text{ моль} \cdot 36.5 \text{ г/моль} = 58.4 \text{ г}$

6. Для вычисления объема хлороводорода (газ) воспользуемся молярным объемом газов при нормальных условиях (н.у.), который составляет $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.

$V(HCl) = n(HCl) \cdot V_m = 1.6 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 35.84 \text{ л}$

Ответ: масса образовавшегося хлороводорода составляет 58,4 г, а его объем (при н.у.) равен 35,84 л.

8-60. Вычислите концентрацию соляной кислоты, образовавшейся при растворении 56 л хлороводорода в 500 г воды.

Дано:

$V(\text{HCl}) = 56 \text{ л} = 0.056 \text{ м}^3$

$m(\text{H}_2\text{O}) = 500 \text{ г} = 0.5 \text{ кг}$

Найти:

$\omega(\text{HCl}) - ?$

Решение:

Концентрацию раствора в данном случае будем выражать через массовую долю растворенного вещества ($\omega$), которая является отношением массы растворенного вещества к общей массе раствора и выражается в процентах. Формула для расчета массовой доли:

$\omega(\text{вещества}) = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})} \times 100\%$

Растворенным веществом является хлороводород (HCl), а растворителем — вода ($H_2O$).

1. Сначала найдем массу растворенного хлороводорода. Нам дан его объем. Предполагая, что объем измерен при нормальных условиях (н.у.), мы можем найти количество вещества HCl, используя молярный объем газов ($V_m = 22.4$ л/моль).

$n(\text{HCl}) = \frac{V(\text{HCl})}{V_m} = \frac{56 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 2.5 \text{ моль}$

2. Теперь, зная количество вещества, найдем массу хлороводорода. Для этого вычислим его молярную массу.

$M(\text{HCl}) = M(\text{H}) + M(\text{Cl}) = 1.008 + 35.453 \approx 36.5 \text{ г/моль}$

Масса хлороводорода равна:

$m(\text{HCl}) = n(\text{HCl}) \times M(\text{HCl}) = 2.5 \text{ моль} \times 36.5 \text{ г/моль} = 91.25 \text{ г}$

3. Далее найдем массу всего раствора. Масса раствора складывается из массы растворителя (воды) и массы растворенного вещества (хлороводорода).

$m(\text{раствора}) = m(\text{H}_2\text{O}) + m(\text{HCl}) = 500 \text{ г} + 91.25 \text{ г} = 591.25 \text{ г}$

4. Наконец, вычислим массовую долю (концентрацию) соляной кислоты в полученном растворе.

$\omega(\text{HCl}) = \frac{m(\text{HCl})}{m(\text{раствора})} \times 100\% = \frac{91.25 \text{ г}}{591.25 \text{ г}} \times 100\% \approx 15.433\%$

Округлим результат до сотых долей процента.

Ответ: концентрация (массовая доля) образовавшейся соляной кислоты составляет $15.43\%$.

8-61. При взаимодействии порции соляной кислоты, в которой содержится 73 г хлороводорода, с раствором, содержащим гидроксид натрия в стехиометрическом соотношении, образовалось 11,7 г соли. Вычислите массовую долю хлороводорода в исходной соляной кислоте.

Дано:

$m(\text{соли NaCl}) = 11,7 \text{ г}$

$m(\text{раствора HCl}) = 73 \text{ г}$

Примечание: В условии задачи указано, что в порции соляной кислоты "содержится 73 г хлороводорода". Однако, расчет показывает, что для образования 11,7 г соли NaCl необходимо всего 7,3 г HCl. Если бы в реакцию вступило 73 г HCl, то образовалось бы 117 г NaCl ($73 \text{ г} / 36,5 \text{ г/моль} = 2 \text{ моль}$; $2 \text{ моль} \cdot 58,5 \text{ г/моль} = 117 \text{ г}$). Таким образом, наиболее вероятной является опечатка в условии, и 73 г – это масса всего раствора соляной кислоты, а не чистого хлороводорода.

Найти:

$\omega(HCl) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции взаимодействия соляной кислоты (HCl) с гидроксидом натрия (NaOH). В результате реакции нейтрализации образуются соль хлорид натрия (NaCl) и вода ($H_2O$).

$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

2. Вычислим молярные массы хлорида натрия (NaCl) и хлороводорода (HCl), используя относительные атомные массы элементов: $Ar(H) \approx 1$, $Ar(Cl) \approx 35,5$, $Ar(Na) \approx 23$.

$M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5 \text{ г/моль}$

$M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число молей) образовавшейся соли (NaCl) по известной массе:

$n(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{M(NaCl)} = \frac{11,7 \text{ г}}{58,5 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, реагенты и продукты находятся в стехиометрическом соотношении 1:1:1:1. Это означает, что для образования 0,2 моль NaCl потребовалось 0,2 моль HCl.

$n(HCl) = n(NaCl) = 0,2 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу хлороводорода, которая содержалась в исходном растворе и прореагировала:

$m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = 0,2 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} = 7,3 \text{ г}$

6. Теперь можно вычислить массовую долю хлороводорода ($\omega$) в исходном растворе соляной кислоты, масса которого, как мы определили из анализа условия, составляет 73 г.

$\omega(HCl) = \frac{m(HCl)}{m(\text{раствора HCl})} \cdot 100\%$

$\omega(HCl) = \frac{7,3 \text{ г}}{73 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,1 \cdot 100\% = 10\%$

Ответ: массовая доля хлороводорода в исходной соляной кислоте равна 10%.

8-62. При взаимодействии порции соляной кислоты, в которой содержится 73 г хлороводорода, с избытком раствора гидроксида калия образовалось 29,8 г соли. Вычислите концентрацию исходной соляной кислоты.

Дано:

Масса хлороводорода, которая по условию содержится в порции соляной кислоты: $m_{усл.}(HCl) = 73 \text{ г}$
Масса образовавшейся соли (хлорида калия): $m(KCl) = 29,8 \text{ г}$
Раствор гидроксида калия ($KOH$) взят в избытке.

Найти:

Концентрацию (массовую долю) исходной соляной кислоты: $\omega(HCl) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции нейтрализации соляной кислоты гидроксидом калия:

$HCl + KOH \rightarrow KCl + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы хлороводорода ($HCl$) и хлорида калия ($KCl$), используя округленные значения атомных масс: $Ar(H) = 1$, $Ar(Cl) = 35,5$, $Ar(K) = 39$.

$M(KCl) = 39 + 35,5 = 74,5 \text{ г/моль}$

$M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

3. Зная массу образовавшейся соли, найдем ее количество вещества:

$n(KCl) = \frac{m(KCl)}{M(KCl)} = \frac{29,8 \text{ г}}{74,5 \text{ г/моль}} = 0,4 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции видно, что соляная кислота и хлорид калия находятся в мольном соотношении 1:1. Следовательно, количество вещества соляной кислоты, вступившей в реакцию, равно количеству вещества образовавшейся соли:

$n(HCl) = n(KCl) = 0,4 \text{ моль}$

5. Теперь вычислим массу хлороводорода, которая фактически прореагировала:

$m(HCl)_{прореаг.} = n(HCl) \times M(HCl) = 0,4 \text{ моль} \times 36,5 \text{ г/моль} = 14,6 \text{ г}$

6. В условии задачи дано, что в порции кислоты содержится 73 г хлороводорода. Однако, согласно нашим расчетам, для образования 29,8 г соли требуется всего 14,6 г хлороводорода. Это указывает на вероятную неточность в условии задачи. Наиболее логичным предположением является то, что 73 г — это масса всей порции раствора соляной кислоты, а не масса чистого $HCl$. Исходя из этого предположения, продолжим решение.

Итак, примем массу раствора соляной кислоты равной 73 г: $m_{раствора} = 73 \text{ г}$.

7. Рассчитаем массовую долю (концентрацию) хлороводорода в исходном растворе, используя найденную массу прореагировавшего $HCl$ и предполагаемую массу раствора:

$\omega(HCl) = \frac{m(HCl)_{прореаг.}}{m_{раствора}} \times 100\% = \frac{14,6 \text{ г}}{73 \text{ г}} \times 100\% = 0,2 \times 100\% = 20\%$

Ответ: концентрация исходной соляной кислоты составляет 20%.