Страница 173 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Составьте уравнения химических реакций, схемы которых даны ниже:

a) $Ca + ... \rightarrow CaSO_4 + H_2$

б) $SO_3 + ... \rightarrow CaSO_4$

в) $N_2O_5 + ... \rightarrow Ca(NO_3)_2$

г) $CaO + ... \rightarrow CaCO_3$

д) $Ca(OH)_2 + ... \rightarrow CaSO_4 + H_2O$

е) $P_2O_5 + ... \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + H_2O$

а)Решение: В левой части уравнения находится активный металл кальций ($Ca$), а в продуктах реакции — соль сульфат кальция ($CaSO_4$) и газообразный водород ($H_2$). Такой набор продуктов характерен для реакции замещения между металлом, стоящим в ряду активности до водорода, и кислотой. Так как в продуктах образуется соль $CaSO_4$, содержащая сульфат-анион ($SO_4^{2-}$), следовательно, недостающим реагентом является серная кислота ($H_2SO_4$). Уравнение реакции будет выглядеть так: $Ca + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2$. Проверка баланса атомов показывает, что количество атомов каждого элемента слева и справа одинаково, поэтому дополнительные коэффициенты не требуются. Ответ: $Ca + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2$.

б)Решение: В реакции участвует кислотный оксид серы(VI) ($SO_3$), а продуктом является соль сульфат кальция ($CaSO_4$). Это реакция соединения. Чтобы из кислотного оксида получить соль кальция, необходимо добавить основный оксид или основание, содержащее кальций. Поскольку в продуктах нет воды, в реакцию вступает основный оксид кальция ($CaO$). Уравнение реакции: $SO_3 + CaO \rightarrow CaSO_4$. Реакция является реакцией соединения, и уравнение уже сбалансировано. Ответ: $SO_3 + CaO \rightarrow CaSO_4$.

в)Решение: В левой части уравнения находится кислотный оксид азота(V) ($N_2O_5$), а в правой — соль нитрат кальция ($Ca(NO_3)_2$). По аналогии с предыдущим примером, это реакция соединения кислотного оксида с основным оксидом для образования соли. Недостающим реагентом является оксид кальция ($CaO$). Уравнение реакции: $N_2O_5 + CaO \rightarrow Ca(NO_3)_2$. Проверим баланс атомов: слева 2 атома N, (5+1)=6 атомов O, 1 атом Ca; справа 1 атом Ca, 2 атома N, (3*2)=6 атомов O. Уравнение сбалансировано. Ответ: $N_2O_5 + CaO \rightarrow Ca(NO_3)_2$.

г)Решение: В реакции участвует основный оксид кальция ($CaO$), а продуктом является соль карбонат кальция ($CaCO_3$). Чтобы из основного оксида получить соль угольной кислоты (карбонат), необходимо добавить соответствующий кислотный оксид, которым является оксид углерода(IV) или углекислый газ ($CO_2$). Уравнение реакции: $CaO + CO_2 \rightarrow CaCO_3$. Это реакция соединения, и она уже сбалансирована. Ответ: $CaO + CO_2 \rightarrow CaCO_3$.

д)Решение: В левой части находится основание — гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$), а в правой — соль сульфат кальция ($CaSO_4$) и вода ($H_2O$). Это типичная реакция нейтрализации. Недостающим реагентом должна быть кислота, содержащая сульфат-анион, то есть серная кислота ($H_2SO_4$). Составим уравнение: $Ca(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2O$. Теперь необходимо его сбалансировать. Слева 4 атома водорода (2 в $Ca(OH)_2$ и 2 в $H_2SO_4$), а справа только 2. Поставим коэффициент 2 перед водой: $Ca(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + 2H_2O$. Теперь проверим кислород: слева 2+4=6, справа 4+2=6. Все атомы уравнены. Ответ: $Ca(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + 2H_2O$.

е)Решение: В левой части находится кислотный оксид фосфора(V) ($P_2O_5$), а в правой — соль фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$) и вода ($H_2O$). Это реакция между кислотным оксидом и основанием. Основанием, содержащим кальций, является гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$). Составим схему реакции и уравняем ее: $P_2O_5 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + H_2O$. Сначала уравняем металл (Ca): справа 3 атома, значит, ставим коэффициент 3 перед $Ca(OH)_2$. Получаем: $P_2O_5 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + H_2O$. Теперь уравняем водород: слева 3*2=6 атомов, значит, ставим коэффициент 3 перед $H_2O$. Получаем: $P_2O_5 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2O$. Проверяем по кислороду: слева 5 + 3*2 = 11; справа 4*2 + 3 = 11. Уравнение сбалансировано. Ответ: $P_2O_5 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2O$.

2. С какими веществами реагирует хлорид кальция, если получается:

а) сульфат кальция;

б) карбонат кальция;

в) фосфат кальция;

г) гидроксид кальция;

д) хлороводород?

Напишите уравнения реакций и поясните, почему они идут до конца.

Хлорид кальция ($CaCl_2$) — это соль, образованная сильным основанием ($Ca(OH)_2$) и сильной кислотой (HCl). Реакции ионного обмена с его участием протекают до конца в тех случаях, когда в результате образуется осадок, газ или слабодиссоциирующее вещество (например, вода).

а) сульфат кальция;

Для получения сульфата кальция ($CaSO_4$) хлорид кальция должен прореагировать с веществом, содержащим сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$). Таким веществом может быть серная кислота ($H_2SO_4$) или ее растворимая соль, например, сульфат натрия ($Na_2SO_4$).

Уравнение реакции:

$CaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow CaSO_4\downarrow + 2NaCl$

Реакция идет до конца, так как в результате образуется малорастворимое вещество — сульфат кальция ($CaSO_4$), которое выпадает в осадок. Удаление ионов $Ca^{2+}$ и $SO_4^{2-}$ из раствора в виде осадка смещает равновесие реакции вправо.

Ответ: с растворимыми сульфатами, например, сульфатом натрия ($Na_2SO_4$), или с серной кислотой ($H_2SO_4$).

б) карбонат кальция;

Для получения карбоната кальция ($CaCO_3$) хлорид кальция вводят в реакцию с растворимым карбонатом, например, карбонатом натрия ($Na_2CO_3$) или карбонатом калия ($K_2CO_3$).

Уравнение реакции:

$CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaCl$

Реакция необратима, так как образуется нерастворимый в воде карбонат кальция ($CaCO_3$), который выпадает в виде белого осадка. Это смещает равновесие в сторону продуктов.

Ответ: с растворимыми карбонатами, например, карбонатом натрия ($Na_2CO_3$).

в) фосфат кальция;

Чтобы получить фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$), необходимо провести реакцию между хлоридом кальция и растворимой солью ортофосфорной кислоты, например, фосфатом натрия ($Na_3PO_4$).

Уравнение реакции:

$3CaCl_2 + 2Na_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6NaCl$

Реакция идет до конца из-за образования нерастворимого осадка фосфата кальция ($Ca_3(PO_4)_2$).

Ответ: с растворимыми фосфатами, например, фосфатом натрия ($Na_3PO_4$).

г) гидроксид кальция;

Для получения гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$) хлорид кальция должен прореагировать с сильным растворимым основанием (щелочью), например, с гидроксидом натрия ($NaOH$) или гидроксидом калия ($KOH$).

Уравнение реакции:

$CaCl_2 + 2NaOH \rightarrow Ca(OH)_2\downarrow + 2NaCl$

Реакция идет до конца, потому что гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$) является малорастворимым веществом и при достаточной концентрации исходных веществ выпадает в осадок.

Ответ: со щелочами, например, с гидроксидом натрия ($NaOH$).

д) хлороводород?

Чтобы получить хлороводород ($HCl$) из хлорида кальция, необходимо подействовать на его твердую соль сильной, менее летучей кислотой, например, концентрированной серной кислотой ($H_2SO_4$), при нагревании.

Уравнение реакции:

$CaCl_2(тв.) + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} CaSO_4 + 2HCl\uparrow$

Реакция идет до конца, так как один из продуктов — хлороводород ($HCl$) — является газом и улетучивается из сферы реакции, что смещает равновесие вправо. Образование малорастворимого сульфата кальция также способствует протеканию реакции.

Ответ: с концентрированной серной кислотой ($H_2SO_4$) при нагревании.

3. Составьте уравнения реакций, соответствующие следующим превращениям:

а) $Ca \rightarrow CaO \rightarrow Ca(OH)_2 \rightarrow Ca(NO_3)_2 \rightarrow CaSO_4$

б) $C \rightarrow CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 \rightarrow CO_2 \rightarrow CaCO_3$

в) $Fe_2(SO_4)_3 \rightarrow Fe(OH)_3 \rightarrow Fe_2O_3 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3$

г) $P \rightarrow P_2O_5 \rightarrow H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \rightarrow H_3PO_4 \rightarrow Ca(H_2PO_4)_2$

а)

1) $2Ca + O_2 \xrightarrow{t} 2CaO$

2) $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

3) $Ca(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + 2H_2O$

4) $Ca(NO_3)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 \downarrow + 2HNO_3$

Ответ:

1) $2Ca + O_2 \xrightarrow{t} 2CaO$

2) $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

3) $Ca(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + 2H_2O$

4) $Ca(NO_3)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 \downarrow + 2HNO_3$

б)

1) $C + O_2 \xrightarrow{t} CO_2$

2) $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

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

4) $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

Ответ:

1) $C + O_2 \xrightarrow{t} CO_2$

2) $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

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

4) $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

в)

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

2) $2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + 3H_2O$

3) $Fe_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3H_2O$

Ответ:

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

2) $2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + 3H_2O$

3) $Fe_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3H_2O$

г)

1) $4P + 5O_2 \xrightarrow{t} 2P_2O_5$

2) $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

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

4) $Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2H_3PO_4 + 3CaSO_4 \downarrow$

5) $2H_3PO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca(H_2PO_4)_2 + 2H_2O$

Ответ:

1) $4P + 5O_2 \xrightarrow{t} 2P_2O_5$

2) $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

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

4) $Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2H_3PO_4 + 3CaSO_4 \downarrow$

5) $2H_3PO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca(H_2PO_4)_2 + 2H_2O$

4. По уравнению реакции определите, в каких мольных отношениях следует смешать гидроксид кальция с фосфорной кислотой, чтобы произошла реакция нейтрализации.

Дано:

Реагенты: гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$) и фосфорная кислота ($H_3PO_4$).
Тип реакции: полная нейтрализация.

Найти:

Мольное отношение реагентов $n(Ca(OH)_2) : n(H_3PO_4)$.

Решение:

Реакция нейтрализации — это реакция взаимодействия кислоты и основания, в результате которой образуются соль и вода. Для определения мольных отношений реагентов необходимо составить и уравнять уравнение химической реакции.

1. Запишем исходные вещества и продукты реакции. Гидроксид кальция $Ca(OH)_2$ (основание) реагирует с фосфорной кислотой $H_3PO_4$ (кислота). В результате полной нейтрализации образуется средняя соль — фосфат кальция $Ca_3(PO_4)_2$ и вода $H_2O$.
Схема реакции:
$Ca(OH)_2 + H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + H_2O$

2. Уравняем реакцию, расставив стехиометрические коэффициенты.

• Начнем с уравнивания атомов кальция (Ca). В правой части в молекуле $Ca_3(PO_4)_2$ их 3, а в левой в $Ca(OH)_2$ — только 1. Ставим коэффициент 3 перед $Ca(OH)_2$:
  $3Ca(OH)_2 + H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + H_2O$
• Теперь уравняем кислотные остатки ($PO_4$). В правой части их 2, а в левой — 1. Ставим коэффициент 2 перед $H_3PO_4$:
  $3Ca(OH)_2 + 2H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + H_2O$
• Осталось уравнять атомы водорода (H) и кислорода (O), посчитав их количество в левой части и подобрав коэффициент для воды ($H_2O$) в правой части.
  Атомов водорода в левой части: в $3Ca(OH)_2$ их $3 \times 2 = 6$; в $2H_3PO_4$ их $2 \times 3 = 6$. Всего $6 + 6 = 12$ атомов H.
  Чтобы в правой части также было 12 атомов водорода, перед $H_2O$ необходимо поставить коэффициент 6 ($6 \times 2 = 12$).
  $3Ca(OH)_2 + 2H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 6H_2O$
• Проверим баланс атомов кислорода.
  Слева: в $3Ca(OH)_2$ их $3 \times 2 = 6$; в $2H_3PO_4$ их $2 \times 4 = 8$. Всего $6 + 8 = 14$ атомов O.
  Справа: в $Ca_3(PO_4)_2$ их $2 \times 4 = 8$; в $6H_2O$ их $6 \times 1 = 6$. Всего $8 + 6 = 14$ атомов O.
  Уравнение сбалансировано.

3. Сбалансированное уравнение реакции показывает, что для полной нейтрализации 3 моль гидроксида кальция реагируют с 2 моль фосфорной кислоты.
Таким образом, мольное отношение реагентов составляет:
$n(Ca(OH)_2) : n(H_3PO_4) = 3 : 2$

Ответ: Чтобы произошла реакция нейтрализации, гидроксид кальция и фосфорную кислоту следует смешать в мольном отношении $3:2$.

5. Заполните таблицу, вписав в неё по 2–3 формулы веществ, относящихся к каждому классу. Обсудите это задание с соседом по парте.

Заполнение таблицы основывается на классификации химических веществ. Вещества делятся на простые, состоящие из атомов одного химического элемента, и сложные, состоящие из атомов разных химических элементов.

Простые вещества

Металлы

Металлы — это простые вещества, образованные атомами металлических химических элементов. В обычных условиях (кроме ртути) являются твердыми веществами, обладают характерным блеском, ковкостью, пластичностью, высокой тепло- и электропроводностью. Формулы металлов записываются символом элемента.

Примеры формул металлов: $Na$ (натрий), $Fe$ (железо), $Cu$ (медь).

Ответ: $Na$, $Fe$, $Cu$.

Неметаллы

Неметаллы — это простые вещества, образованные атомами неметаллических химических элементов. Они не обладают свойствами металлов. Могут быть газами (например, кислород, азот), жидкостями (бром) или твердыми веществами (сера, углерод). Формулы некоторых неметаллов состоят из одного атома (например, $C$ - углерод), а некоторые — из двух или более (например, $O_2$ - кислород, $P_4$ - белый фосфор).

Примеры формул неметаллов: $O_2$ (кислород), $S$ (сера), $N_2$ (азот).

Ответ: $O_2$, $S$, $N_2$.

Сложные вещества

Оксиды

Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления $-2$. Оксиды могут быть основными (оксиды металлов, например, $CaO$), кислотными (оксиды неметаллов, например, $CO_2$) или амфотерными ($Al_2O_3$).

Примеры формул оксидов: $CaO$ (оксид кальция), $CO_2$ (оксид углерода(IV)), $H_2O$ (оксид водорода или вода).

Ответ: $CaO$, $CO_2$, $H_2O$.

Гидроксиды

Гидроксиды (основания) — это сложные вещества, в состав которых входят атомы металла и одна или несколько гидроксогрупп ($OH^-$). Растворимые в воде основания называются щелочами.

Примеры формул гидроксидов: $NaOH$ (гидроксид натрия), $Ca(OH)_2$ (гидроксид кальция), $Cu(OH)_2$ (гидроксид меди(II)).

Ответ: $NaOH$, $Ca(OH)_2$, $Cu(OH)_2$.

Кислоты

Кислоты — это сложные вещества, состоящие из атомов водорода, которые могут замещаться на атомы металла, и кислотного остатка.

Примеры формул кислот: $HCl$ (соляная или хлороводородная кислота), $H_2SO_4$ (серная кислота), $HNO_3$ (азотная кислота).

Ответ: $HCl$, $H_2SO_4$, $HNO_3$.

Соли

Соли — это сложные вещества, состоящие из катионов металла (или катиона аммония $NH_4^+$) и анионов кислотного остатка.

Примеры формул солей: $NaCl$ (хлорид натрия), $CaCO_3$ (карбонат кальция), $CuSO_4$ (сульфат меди(II)).

Ответ: $NaCl$, $CaCO_3$, $CuSO_4$.

6. Вычислите объём углекислого газа, полученного при действии 0,4 моль соляной кислоты на гидрокарбонат натрия.

Дано:

$n(\text{HCl}) = 0,4 \text{ моль}$

Найти:

$V(\text{CO}_2) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции взаимодействия соляной кислоты (HCl) с гидрокарбонатом натрия (NaHCO₃):

$\text{HCl} + \text{NaHCO}_3 \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$

В результате реакции образуются хлорид натрия, вода и углекислый газ.

2. Согласно уравнению реакции, стехиометрические коэффициенты перед соляной кислотой и углекислым газом равны 1. Это означает, что количество вещества соляной кислоты, вступающей в реакцию, равно количеству вещества образующегося углекислого газа.

$\frac{n(\text{HCl})}{1} = \frac{n(\text{CO}_2)}{1}$

Таким образом, количество вещества углекислого газа равно:

$n(\text{CO}_2) = n(\text{HCl}) = 0,4 \text{ моль}$

3. Рассчитаем объём полученного углекислого газа. В задачах, где не указаны особые условия (температура и давление), по умолчанию принимаются нормальные условия (н.у.). Молярный объём газа при нормальных условиях ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

Объём газа ($V$) можно найти по формуле:

$V = n \cdot V_m$

Подставим известные значения:

$V(\text{CO}_2) = n(\text{CO}_2) \cdot V_m = 0,4 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 8,96 \text{ л}$

Ответ: объём полученного углекислого газа составляет 8,96 л.