Страница 110 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Какие вещества называют кислотами? В приведённом списке веществ укажите формулы кислот: $H_2$, $HCl$, $SO_2$, $H_2SO_4$, $NO_2$, $HNO_3$, $NaOH$.

Решение

Кислотами называют сложные вещества, молекулы которых состоят из одного или нескольких атомов водорода и кислотного остатка. Атомы водорода в кислотах могут замещаться на атомы металлов с образованием солей. С точки зрения теории электролитической диссоциации, кислоты – это электролиты, которые в водных растворах диссоциируют с образованием катионов водорода ($H^+$) и анионов кислотного остатка.

Рассмотрим вещества из приведённого списка:

$H_2$ – водород. Является простым веществом, молекула состоит из двух атомов водорода. Не является кислотой.

$HCl$ – соляная (хлороводородная) кислота. Состоит из атома водорода и кислотного остатка ($Cl^-$). Является кислотой.

$SO_2$ – оксид серы(IV). Является кислотным оксидом. При взаимодействии с водой образует сернистую кислоту ($H_2SO_3$), но сам по себе не является кислотой.

$H_2SO_4$ – серная кислота. Состоит из двух атомов водорода и кислотного остатка ($SO_4^{2-}$). Является кислотой.

$NO_2$ – оксид азота(IV). Является кислотным оксидом, но не кислотой.

$HNO_3$ – азотная кислота. Состоит из одного атома водорода и кислотного остатка ($NO_3^-$). Является кислотой.

$NaOH$ – гидроксид натрия. Является основанием (щёлочью), так как состоит из катиона металла ($Na^+$) и гидроксильной группы ($OH^-$). Не является кислотой.

Таким образом, к кислотам из данного перечня относятся $HCl$, $H_2SO_4$ и $HNO_3$.

Ответ: Кислоты – это сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотного остатка. В приведённом списке формулами кислот являются: $HCl$, $H_2SO_4$, $HNO_3$.

2. Какие вещества называют солями? В приведённом списке веществ укажите формулы солей: $NaCl$, $HCl$, $Mg(NO_3)_2$, $N_2O$, $K_2SO_4$, $H_2O$, $P_2O_5$, $BaCl_2$.

Решение

Соли — это сложные вещества, которые, как правило, состоят из катионов металла и анионов кислотного остатка. Их можно рассматривать как продукты полного или частичного замещения атомов водорода в молекуле кислоты на атомы металла или полного/частичного замещения гидроксогрупп в молекуле основания на кислотный остаток.

Проанализируем каждое вещество из приведённого списка:

$NaCl$ (хлорид натрия) — это соль, образованная катионом металла натрия ($Na^+$) и анионом кислотного остатка соляной кислоты ($Cl^-$).
$HCl$ (соляная кислота) — это кислота, так как в её составе есть атом водорода, способный замещаться на металл, и кислотный остаток.
$Mg(NO_3)_2$ (нитрат магния) — это соль, образованная катионом металла магния ($Mg^{2+}$) и анионом кислотного остатка азотной кислоты ($NO_3^-$).
$N_2O$ (оксид азота(I)) — это оксид, соединение неметалла с кислородом.
$K_2SO_4$ (сульфат калия) — это соль, образованная катионом металла калия ($K^+$) и анионом кислотного остатка серной кислоты ($SO_4^{2-}$).
$H_2O$ (вода) — это оксид водорода.
$P_2O_5$ (оксид фосфора(V)) — это кислотный оксид.
$BaCl_2$ (хлорид бария) — это соль, образованная катионом металла бария ($Ba^{2+}$) и анионом кислотного остатка соляной кислоты ($Cl^-$).

Таким образом, формулы солей в данном списке: $NaCl, Mg(NO_3)_2, K_2SO_4, BaCl_2$.

Ответ: $NaCl, Mg(NO_3)_2, K_2SO_4, BaCl_2$.

3. С какой целью в химических лабораториях используют индикаторы?

Индикаторы в химических лабораториях — это химические вещества, которые позволяют визуально определять состав или свойства анализируемой среды, а также следить за протеканием химических реакций. Основная цель их использования — получение быстрой качественной или количественной информации об исследуемой системе.

Главные цели использования индикаторов можно разделить на несколько ключевых направлений:

1. Определение кислотности (pH) среды. Это самое известное применение индикаторов. Кислотно-основные индикаторы представляют собой слабые органические кислоты или основания, цвет которых зависит от концентрации ионов водорода ($H^+$) в растворе. Добавляя несколько капель индикатора в раствор, можно быстро оценить, является ли он кислым, нейтральным или щелочным. Например, лакмус в кислой среде становится красным, а в щелочной — синим. Фенолфталеин бесцветен в кислой и нейтральной средах, но приобретает малиновую окраску в сильнощелочной среде (при pH > 8,2). Для более точного определения pH используют универсальные индикаторы — смеси нескольких индикаторов, которые изменяют цвет в широком диапазоне значений pH.

2. Фиксация точки эквивалентности при титровании. Титрование — это метод количественного анализа для определения концентрации вещества. В ходе титрования к исследуемому раствору (аналиту) постепенно по каплям добавляют раствор другого вещества (титрант) с точно известной концентрацией. Индикатор, предварительно добавленный в аналит, резко изменяет свой цвет в момент, когда реакция между веществами полностью завершена. Этот момент называется точкой эквивалентности. Визуально наблюдаемая точка, в которой индикатор меняет цвет, называется конечной точкой титрования. Правильно подобранный индикатор обеспечивает минимальное расхождение между этими точками, что позволяет с высокой точностью рассчитать концентрацию искомого вещества.

3. Использование в специфических видах анализа. Помимо определения pH и кислотно-основного титрования, существуют и другие типы индикаторов. Например, окислительно-восстановительные (редокс) индикаторы меняют цвет при достижении определённого окислительно-восстановительного потенциала системы, что используется в редокс-титровании. Комплексонометрические (металлохромные) индикаторы применяются для определения концентрации ионов металлов, образуя с ними окрашенные комплексы, которые разрушаются в точке эквивалентности, вызывая изменение цвета.

Таким образом, индикаторы служат простым, доступным и эффективным инструментом для визуального контроля химических процессов и определения характеристик растворов в лабораторных условиях.

Ответ: В химических лабораториях индикаторы используют с целью визуального определения химических свойств среды (в первую очередь, её кислотности или щелочности, то есть pH) и для фиксации момента завершения химической реакции, например, в методе титрования для определения концентрации вещества.

4. Расставьте коэффициенты в схемах реакций и назовите все вещества.

а) $Zn + HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$

б) $Na + H_3PO_4 \rightarrow Na_3PO_4 + H_2$

в) $Fe_2O_3 + H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + H_2O$

г) $CaO + HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O$

а) Исходная схема реакции: $Zn + HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$.
Для уравнивания (балансировки) реакции необходимо, чтобы количество атомов каждого элемента в левой (реагенты) и правой (продукты) частях уравнения было одинаковым.
1. Считаем атомы:

• Слева: 1 атом цинка ($Zn$), 1 атом водорода ($H$), 1 атом хлора ($Cl$).
• Справа: 1 атом цинка ($Zn$), 2 атома хлора ($Cl$), 2 атома водорода ($H$).

2. Атомы цинка сбалансированы. Количество атомов водорода и хлора в правой части в два раза больше. Чтобы это исправить, ставим коэффициент 2 перед молекулой соляной кислоты ($HCl$) в левой части.
Итоговое уравнение реакции: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$.
3. Проверяем:

• Слева: 1 $Zn$, 2 $H$, 2 $Cl$.
• Справа: 1 $Zn$, 2 $H$, 2 $Cl$.

Количества атомов равны, уравнение сбалансировано.
Названия веществ:
$Zn$ – цинк (простое вещество, металл);
$HCl$ – хлороводородная (соляная) кислота;
$ZnCl_2$ – хлорид цинка (соль);
$H_2$ – водород (простое вещество, газ).
Ответ: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$.

б) Исходная схема реакции: $Na + H_3PO_4 \rightarrow Na_3PO_4 + H_2$.
1. Считаем атомы:

• Слева: 1 $Na$, 3 $H$, 1 $P$, 4 $O$.
• Справа: 3 $Na$, 2 $H$, 1 $P$, 4 $O$.

2. Начнем с балансировки атомов натрия ($Na$). Справа их 3, слева 1. Ставим коэффициент 3 перед $Na$: $3Na + H_3PO_4 \rightarrow Na_3PO_4 + H_2$.
3. Теперь водород ($H$): слева 3 атома, справа 2. Наименьшее общее кратное для 3 и 2 равно 6. Чтобы получить 6 атомов водорода слева, ставим коэффициент 2 перед $H_3PO_4$. Чтобы получить 6 атомов водорода справа, ставим 3 перед $H_2$: $3Na + 2H_3PO_4 \rightarrow Na_3PO_4 + 3H_2$.
4. Этот шаг нарушил баланс фосфат-ионов ($PO_4$) и натрия ($Na$). Слева теперь 2 группы $PO_4$, значит, справа перед $Na_3PO_4$ нужно поставить коэффициент 2: $3Na + 2H_3PO_4 \rightarrow 2Na_3PO_4 + 3H_2$.
5. Наконец, пересчитываем натрий. Справа теперь $2 \times 3 = 6$ атомов $Na$. Значит, коэффициент перед $Na$ слева должен быть 6.
Итоговое уравнение реакции: $6Na + 2H_3PO_4 \rightarrow 2Na_3PO_4 + 3H_2$.
6. Проверяем:

• Слева: 6 $Na$, $2 \times 3 = 6$ $H$, 2 $P$, $2 \times 4 = 8$ $O$.
• Справа: $2 \times 3 = 6$ $Na$, $2 \times 1 = 2$ $P$, $2 \times 4 = 8$ $O$, $3 \times 2 = 6$ $H$.

Уравнение сбалансировано.
Названия веществ:
$Na$ – натрий (простое вещество, щелочной металл);
$H_3PO_4$ – ортофосфорная (или фосфорная) кислота;
$Na_3PO_4$ – фосфат натрия (средняя соль);
$H_2$ – водород (простое вещество, газ).
Ответ: $6Na + 2H_3PO_4 \rightarrow 2Na_3PO_4 + 3H_2$.

в) Исходная схема реакции: $Fe_2O_3 + H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + H_2O$.
1. Атомы железа ($Fe$) уже сбалансированы (по 2 в каждой части).
2. В правой части 3 сульфат-иона ($SO_4$), а в левой только один. Поставим коэффициент 3 перед серной кислотой ($H_2SO_4$): $Fe_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + H_2O$.
3. Теперь в левой части стало $3 \times 2 = 6$ атомов водорода ($H$). Чтобы сбалансировать их, поставим коэффициент 3 перед водой ($H_2O$) в правой части: $Fe_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3H_2O$.
4. Проверим баланс по кислороду ($O$), не входящему в сульфат-ион: слева 3 атома в $Fe_2O_3$, справа $3 \times 1 = 3$ атома в $3H_2O$. Уравнение сбалансировано.
Итоговое уравнение реакции: $Fe_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3H_2O$.
Названия веществ:
$Fe_2O_3$ – оксид железа(III) (основный оксид);
$H_2SO_4$ – серная кислота;
$Fe_2(SO_4)_3$ – сульфат железа(III) (соль);
$H_2O$ – вода (оксид водорода).
Ответ: $Fe_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3H_2O$.

г) Исходная схема реакции: $CaO + HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O$.
1. Считаем атомы:

• Слева: 1 $Ca$, 1 $O$, 1 $H$, 1 $Cl$.
• Справа: 1 $Ca$, 2 $Cl$, 2 $H$, 1 $O$.

2. Атомы кальция ($Ca$) и кислорода ($O$) сбалансированы. В правой части 2 атома хлора ($Cl$) и 2 атома водорода ($H$). Чтобы уравнять их, поставим коэффициент 2 перед $HCl$ в левой части.
Итоговое уравнение реакции: $CaO + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O$.
3. Проверяем:

• Слева: 1 $Ca$, 1 $O$, 2 $H$, 2 $Cl$.
• Справа: 1 $Ca$, 1 $O$, 2 $H$, 2 $Cl$.

Уравнение сбалансировано.
Названия веществ:
$CaO$ – оксид кальция (основный оксид);
$HCl$ – хлороводородная (соляная) кислота;
$CaCl_2$ – хлорид кальция (соль);
$H_2O$ – вода (оксид водорода).
Ответ: $CaO + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O$.