Страница 55 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

МОИ ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучение свойств солей.

«ПОМОЩНИК»

В склянках находятся твёрдые соли: карбонат натрия, карбонат кальция, сульфат меди(II) и хлорид железа(III).

Опишите внешний вид этих веществ.

Возьмите 4 пробирки и поместите в них по $1/4$ ложки-дозатора каждой соли.

Долейте в пробирки по 2–3 мл воды и тщательно перемешайте.

Запишите наблюдения.

Опишите внешний вид этих веществ.

Внешний вид предоставленных твёрдых солей:
Карбонат натрия ($Na_2CO_3$): представляет собой белый кристаллический порошок или гранулы, не имеющие запаха.
Карбонат кальция ($CaCO_3$): представляет собой белый мелкокристаллический порошок, без запаха, внешне напоминающий мел.
Сульфат меди(II) ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$): в лабораторной практике обычно используется в виде пентагидрата (медного купороса) — это кристаллы насыщенного синего или голубого цвета. Безводная соль $CuSO_4$ является белым порошком.
Хлорид железа(III) ($FeCl_3 \cdot 6H_2O$): обычно встречается в виде гексагидрата — это гигроскопичные кристаллы жёлтого или жёлто-коричневого цвета, которые могут слипаться из-за поглощения влаги из воздуха.

Ответ: Карбонат натрия и карбонат кальция — белые кристаллические вещества. Сульфат меди(II) — синие кристаллы. Хлорид железа(III) — жёлто-коричневые кристаллы.

Возьмите 4 пробирки и поместите в них по 1/4 ложки-дозатора каждой соли.

Данный пункт является частью методики проведения эксперимента. Для его выполнения необходимо подготовить четыре чистые сухие пробирки и поместить в каждую из них небольшое количество (примерно 1/4 шпателя или ложки-дозатора) соответствующей соли: в первую — карбонат натрия, во вторую — карбонат кальция, в третью — сульфат меди(II), в четвёртую — хлорид железа(III).

Ответ: В четырёх пробирках размещены образцы твёрдых солей: карбоната натрия, карбоната кальция, сульфата меди(II) и хлорида железа(III).

Долейте в пробирки по 2-3 мл воды и тщательно перемешайте.

Следующий шаг эксперимента — исследование растворимости солей в воде. В каждую из четырёх пробирок с солью необходимо прилить по 2–3 мл дистиллированной воды и аккуратно перемешать содержимое стеклянной палочкой или встряхиванием для наблюдения за процессом растворения.

Ответ: В каждую пробирку с солью добавлено 2-3 мл воды и содержимое перемешано.

Запишите наблюдения.

При добавлении воды к солям и перемешивании наблюдаются следующие изменения, связанные с их растворимостью:
Пробирка 1 (Карбонат натрия, $Na_2CO_3$): Белый порошок полностью растворяется в воде, образуя прозрачный бесцветный раствор. Среда раствора становится щелочной из-за гидролиза по аниону: $CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$.
Пробирка 2 (Карбонат кальция, $CaCO_3$): Белый порошок не растворяется в воде. При перемешивании образуется белая мутная взвесь (суспензия), которая при отстаивании оседает на дно пробирки в виде белого осадка. Согласно таблице растворимости, карбонат кальция является нерастворимым веществом.
Пробирка 3 (Сульфат меди(II), $CuSO_4 \cdot 5H_2O$): Синие кристаллы растворяются в воде, в результате чего образуется прозрачный раствор ярко-синего цвета. Цвет обусловлен гидратированными ионами меди(II) $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$. Происходит диссоциация: $CuSO_4 \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-}$.
Пробирка 4 (Хлорид железа(III), $FeCl_3 \cdot 6H_2O$): Жёлто-коричневые кристаллы хорошо растворяются в воде, образуя прозрачный раствор жёлто-коричневого (бурого) цвета. Раствор имеет кислую среду из-за сильного гидролиза по катиону: $Fe^{3+} + H_2O \rightleftharpoons FeOH^{2+} + H^+$.

Ответ: Карбонат натрия, сульфат меди(II) и хлорид железа(III) растворились в воде с образованием бесцветного, синего и жёлто-коричневого растворов соответственно. Карбонат кальция в воде не растворился, образовав белый осадок.

Какие вещества называются кислотами?

Кислотами называют сложные вещества, которые обладают характерными химическими свойствами, обусловленными наличием в их молекулах атомов водорода, способных замещаться на атомы металлов или диссоциировать в виде катионов водорода ($H^+$) в водных растворах.

Существует несколько теорий, определяющих, что такое кислота. Наиболее распространенные из них:

• Теория электролитической диссоциации Аррениуса: Согласно этой теории, кислоты — это электролиты, которые при диссоциации в воде образуют в качестве единственного вида катионов ионы водорода ($H^+$) и анионы кислотного остатка. Например, диссоциация соляной кислоты:
  $HCl \leftrightarrow H^+ + Cl^-$
• Протолитическая теория Брёнстеда-Лоури: Эта теория расширяет понятие кислоты. Кислота — это частица (молекула или ион), которая является донором протона (иона водорода $H^+$).
• Электронная теория Льюиса: Самое общее определение. Кислота — это любое вещество (молекула, ион), способное принимать электронную пару для образования ковалентной связи.

В общем виде формулу неорганической кислоты можно представить как $H_n(Кисл. ост.)$, где $H$ — атом водорода, $n$ — его количество (основность кислоты), а $(Кисл. ост.)$ — кислотный остаток.

Классификация кислот

Кислоты классифицируют по нескольким признакам:

1. По содержанию кислорода:
   • Кислородсодержащие (оксикислоты): в их состав входит кислород. Примеры: серная кислота ($H_2SO_4$), азотная кислота ($HNO_3$), фосфорная кислота ($H_3PO_4$).
   • Бескислородные: не содержат атомов кислорода. Примеры: соляная (хлороводородная) кислота ($HCl$), сероводородная кислота ($H_2S$), бромоводородная кислота ($HBr$).
2. По основности (по числу атомов водорода, способных к диссоциации):
   • Одноосновные: содержат один атом водорода. Пример: $HNO_3$, $HCl$.
   • Двухосновные: содержат два атома водорода. Пример: $H_2SO_4$, $H_2CO_3$.
   • Трехосновные: содержат три атома водорода. Пример: $H_3PO_4$.
3. По силе (по степени электролитической диссоциации):
   • Сильные: практически полностью диссоциируют в водных растворах. Примеры: $H_2SO_4$, $HCl$, $HNO_3$.
   • Слабые: диссоциируют в незначительной степени. Примеры: угольная кислота ($H_2CO_3$), уксусная кислота ($CH_3COOH$), сероводородная кислота ($H_2S$).

Общие химические свойства кислот

• Имеют кислый вкус (пробовать на вкус вещества в лаборатории категорически запрещено).
• Изменяют окраску индикаторов (лакмус — в красный, метилоранж — в розовый).
• Взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды (реакция нейтрализации).
  $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$
• Взаимодействуют с основными и амфотерными оксидами с образованием соли и воды.
  $2HNO_3 + CuO \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O$
• Взаимодействуют с металлами, стоящими в ряду активности до водорода, с образованием соли и выделением водорода.
  $H_2SO_4(разб.) + Zn \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$
• Взаимодействуют с солями более слабых или летучих кислот.
  $2HCl + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ:
С точки зрения теории электролитической диссоциации, кислоты — это сложные вещества, молекулы которых состоят из одного или нескольких атомов водорода и кислотного остатка, и которые при растворении в воде диссоциируют с образованием катионов водорода ($H^+$) и анионов кислотного остатка.

Что общего и чем различаются кислоты по составу?

Кислоты — это класс сложных веществ, состав которых имеет как общие черты, так и важные различия.

Что общего

Главной общей чертой всех кислот является наличие в их молекулах одного или нескольких атомов водорода ($H$), которые способны замещаться на атомы металлов с образованием солей. Оставшаяся часть молекулы называется кислотным остатком ($A$). Поэтому общую формулу кислот можно записать как $H_nA$.

Именно наличие этих атомов водорода обуславливает общие химические свойства всего класса соединений. В формулах кислот атомы водорода всегда записываются на первом месте.

Например:

• Соляная кислота — $HCl$ (один атом водорода и кислотный остаток хлорид-ион $Cl^-$)
• Серная кислота — $H_2SO_4$ (два атома водорода и кислотный остаток сульфат-ион $SO_4^{2-}$)
• Фосфорная кислота — $H_3PO_4$ (три атома водорода и кислотный остаток фосфат-ион $PO_4^{3-}$)

Ответ: Общим для всех кислот по составу является наличие в их молекулах атомов водорода, связанных с кислотным остатком.

Чем различаются

Различия в составе кислот являются основой для их классификации по нескольким признакам.

1. По наличию атомов кислорода в составе:

• Кислородсодержащие — это кислоты, в состав кислотного остатка которых входит кислород. Например: серная кислота $H_2SO_4$, азотная кислота $HNO_3$, угольная кислота $H_2CO_3$.
• Бескислородные — это кислоты, не содержащие атомов кислорода. Их кислотный остаток состоит, как правило, из атома неметалла. Например: соляная кислота $HCl$, сероводородная кислота $H_2S$, плавиковая кислота $HF$.

2. По количеству атомов водорода (по основности):

• Одноосновные — содержат один атом водорода, способный к замещению. Например: $HCl$, $HNO_3$.
• Двухосновные — содержат два таких атома водорода. Например: $H_2SO_4$, $H_2S$.
• Трёхосновные — содержат три таких атома водорода. Например: $H_3PO_4$.

Ответ: Кислоты различаются по составу: а) наличием или отсутствием в них атомов кислорода (бывают кислородсодержащие и бескислородные); б) количеством атомов водорода, то есть основностью (бывают одно-, двух-, трёхосновные).

Какие вещества относятся к классу солей?

С точки зрения химии, соли — это класс сложных веществ, которые в водных растворах диссоциируют на катионы металла (или более сложный катион, например, катион аммония $NH_4^+$) и анионы кислотного остатка.

Проще говоря, соли состоят из двух частей: металлической части, которая пришла от основания (например, $Na^+$ от $NaOH$), и кислотного остатка, который пришел от кислоты (например, $Cl^-$ от $HCl$).

Образование солей чаще всего происходит в результате реакции нейтрализации, когда кислота взаимодействует с основанием:

$Кислота + Основание \rightarrow Соль + Вода$

Например: $H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

Соли классифицируют по их составу на несколько основных групп.

Образуются при полном замещении всех атомов водорода в кислоте на катионы металла. Это "классический" тип солей.

Примеры:

• $NaCl$ (хлорид натрия) — поваренная соль.
• $KNO_3$ (нитрат калия) — калийная селитра.
• $Ca_3(PO_4)_2$ (фосфат кальция).

Образуются, когда атомы водорода в многоосновной кислоте замещаются на катионы металла лишь частично. В составе таких солей остаются атомы водорода.

Примеры:

• $NaHCO_3$ (гидрокарбонат натрия) — пищевая сода.
• $KHSO_4$ (гидросульфат калия).
• $Ca(HCO_3)_2$ (гидрокарбонат кальция) — обуславливает временную жесткость воды.

Образуются при неполном замещении гидроксогрупп ($OH^-$) в многокислотном основании на кислотные остатки. В их составе остаются гидроксогруппы.

Примеры:

• $MgOHCl$ (гидроксохлорид магния).
• $(CuOH)_2CO_3$ (гидроксокарбонат меди(II)) — основной компонент минерала малахита.
• $Al(OH)SO_4$ (гидроксосульфат алюминия).

Двойные соли содержат в своем составе два разных катиона и один анион. Смешанные соли содержат один катион и два разных аниона.

Примеры:

• $KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$ (алюмокалиевые квасцы) — двойная соль.
• $Ca(OCl)Cl$ (хлорид-гипохлорит кальция) — смешанная соль, основной компонент хлорной извести.

Содержат сложный (комплексный) ион, который заключен в квадратные скобки в химической формуле. Этот ион состоит из центрального атома (комплексообразователя) и связанных с ним молекул или ионов (лигандов).

Примеры:

• $K_3[Fe(CN)_6]$ (гексацианоферрат(III) калия) — красная кровяная соль.
• $[Cu(NH_3)_4]SO_4$ (сульфат тетраамминмеди(II)) — вещество ярко-синего цвета.

Ответ: К классу солей относятся сложные химические вещества ионного строения, состоящие из катионов металла (или катиона аммония $NH_4^+$) и анионов кислотного остатка. В зависимости от полноты замещения атомов водорода в кислоте или гидроксогрупп в основании, а также от сложности состава, соли делятся на средние ($K_2SO_4$), кислые ($KHSO_4$), основные ($MgOHCl$), двойные ($KAl(SO_4)_2$), смешанные ($Ca(OCl)Cl$) и комплексные ($K_3[Fe(CN)_6]$).

Используя схему 2.29, приведите свои примеры солей.

Поскольку схема 2.29 недоступна, приведем примеры различных типов солей, основываясь на их общей классификации в химии. Соли — это сложные вещества, которые в простейшем случае состоят из катионов металла (или катиона аммония $NH_4^+$) и анионов кислотного остатка. В зависимости от состава и строения, соли делятся на несколько групп.

Средние (нормальные) соли. Это продукты полного замещения атомов водорода в молекуле кислоты на ионы металла или полного замещения гидроксогрупп в молекуле основания на кислотные остатки. Примерами могут служить: сульфат меди(II) ($CuSO_4$), карбонат калия ($K_2CO_3$) и фосфат натрия ($Na_3PO_4$).

Ответ: $CuSO_4$, $K_2CO_3$, $Na_3PO_4$.

Кислые соли. Образуются при неполном замещении атомов водорода в многоосновной кислоте на ионы металла. В состав их аниона входят атомы водорода, способные к диссоциации. Примеры кислых солей: гидрокарбонат натрия (пищевая сода) ($NaHCO_3$), гидросульфит калия ($KHSO_3$) и дигидрофосфат аммония ($NH_4H_2PO_4$).

Ответ: $NaHCO_3$, $KHSO_3$, $NH_4H_2PO_4$.

Основные соли. Образуются при неполном замещении гидроксогрупп ($OH^-$) в многокислотном основании на кислотные остатки. В состав их катиона входят гидроксогруппы. Примеры: гидроксохлорид магния ($(MgOH)Cl$), гидроксокарбонат меди(II) (минерал малахит) ($(CuOH)_2CO_3$) и дигидроксонитрат висмута(III) ($(Bi(OH)_2)NO_3$).

Ответ: $(MgOH)Cl$, $(CuOH)_2CO_3$, $(Bi(OH)_2)NO_3$.

Двойные соли. В их состав входят два разных типа катионов и один тип анионов. Такие соли диссоциируют в растворе на все составляющие ионы. Примеры: алюмокалиевые квасцы (сульфат калия-алюминия) ($KAl(SO_4)_2$), соль Мора (двойной сульфат железа(II)-аммония) ($(NH_4)_2Fe(SO_4)_2 \cdot 6H_2O$) и карбонат калия-натрия ($KNaCO_3$).

Ответ: $KAl(SO_4)_2$, $(NH_4)_2Fe(SO_4)_2 \cdot 6H_2O$, $KNaCO_3$.

Смешанные соли. В их состав входит один тип катионов и два разных типа анионов. Примеры: хлорид-гипохлорит кальция (основной компонент хлорной извести) ($Ca(OCl)Cl$) и фторид-хлорид кальция ($CaFCl$).

Ответ: $Ca(OCl)Cl$, $CaFCl$.

Комплексные соли. Содержат в своем составе комплексный ион (катион или анион), который при диссоциации в водном растворе существует как единое целое. Комплексный ион заключается в квадратные скобки. Примеры: гексацианоферрат(III) калия (красная кровяная соль) ($K_3[Fe(CN)_6]$), тетрагидроксоалюминат натрия ($Na[Al(OH)_4]$) и хлорид гексаамминкобальта(III) ($[Co(NH_3)_6]Cl_3$).

Ответ: $K_3[Fe(CN)_6]$, $Na[Al(OH)_4]$, $[Co(NH_3)_6]Cl_3$.