Номер A, страница 147 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

A

1. Подготовьте сообщение о сере, оксидах серы, серной кислоте, сульфатах.

2. Из предложенных реакций найдите качественную реакцию на сульфат-ион $SO_4^{2-}$:

a)$H_2SO_4 + Mg \rightarrow MgSO_4 + H_2 \uparrow$

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

в)$SO_3 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

г)$SO_3 + Na_2o \rightarrow Na_2SO_4$

д)$H_2SO_4 + Zno \rightarrow ZnSO_4 + H_2O$

3. Напишите уравнения реакции гидролиза тех солей, которые подвергаются гидролизу: $K_2S$, $K_2SO_3$, $K_2SO_4$. С помощью каких индикаторов можно установить реакцию среды?

4. Напишите уравнение реакции обжига халькозина ($Cu_2S$) и расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

5. Определите формулу кристаллогидрата, если при нагревании 0,644 г кристаллогидрата сульфата натрия выделилось 0,284 г безводной соли.

1. Сера (S) – химический элемент 16-й группы таблицы Менделеева, неметалл. В природе встречается как в самородном виде, так и в виде соединений (сульфидов и сульфатов). При обычных условиях представляет собой хрупкие кристаллы желтого цвета. Сера химически активна, при нагревании реагирует со многими металлами и неметаллами. Она является важным компонентом аминокислот (цистеин, метионин), а следовательно, белков и ферментов.

Оксиды серы – наиболее важными являются оксид серы(IV) $SO_2$ (сернистый газ) и оксид серы(VI) $SO_3$ (серный ангидрид). $SO_2$ – бесцветный газ с резким удушливым запахом, образуется при сжигании серы или сульфидных руд. $SO_3$ – бесцветная летучая жидкость, получаемая каталитическим окислением $SO_2$. Оба оксида являются кислотными, им соответствуют сернистая ($H_2SO_3$) и серная ($H_2SO_4$) кислоты.

Серная кислота ($H_2SO_4$) – сильная двухосновная кислота, одна из самых важных в химической промышленности. Безводная кислота – тяжелая маслянистая жидкость. Концентрированная серная кислота является сильным окислителем и водоотнимающим средством. Применяется в производстве минеральных удобрений, красителей, взрывчатых веществ, в металлургии и нефтепереработке.

Сульфаты – соли серной кислоты. Большинство из них хорошо растворимы в воде. Нерастворимыми или малорастворимыми являются сульфаты бария ($BaSO_4$), стронция ($SrSO_4$), свинца ($PbSO_4$) и кальция ($CaSO_4$). Нерастворимость сульфата бария используется для качественного определения сульфат-ионов в растворе.

Ответ: Представлена краткая информация о сере, ее оксидах, серной кислоте и сульфатах.

2. Качественной реакцией на сульфат-ион $SO_4^{2-}$ является его взаимодействие с ионами бария $Ba^{2+}$ (обычно в виде раствора солей, например, $BaCl_2$ или $Ba(NO_3)_2$). В результате реакции образуется белый мелкокристаллический осадок сульфата бария ($BaSO_4$), нерастворимый в воде и сильных кислотах.

Из предложенных реакций этому условию соответствует реакция под буквой б):

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

В ионном виде: $2H^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2H^+ + 2Cl^-$

Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

Ответ: б) $H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$

3. Гидролизу подвергаются соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, сильным основанием и слабой кислотой, или слабым основанием и слабой кислотой. Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергаются.

• $K_2S$ – соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и слабой кислотой ($H_2S$). Подвергается гидролизу по аниону. Среда щелочная ($pH>7$).

  Уравнение гидролиза (I ступень):

  Молекулярное: $K_2S + H_2O \rightleftharpoons KHS + KOH$

  Полное ионное: $2K^+ + S^{2-} + H_2O \rightleftharpoons K^+ + HS^- + K^+ + OH^-$

  Сокращенное ионное: $S^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HS^- + OH^-$

• $K_2SO_4$ – соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и сильной кислотой ($H_2SO_4$). Гидролизу не подвергается. Среда нейтральная ($pH=7$).
• $K_2SO_3$ – соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и слабой кислотой ($H_2SO_3$). Подвергается гидролизу по аниону. Среда щелочная ($pH>7$).

  Уравнение гидролиза (I ступень):

  Молекулярное: $K_2SO_3 + H_2O \rightleftharpoons KHSO_3 + KOH$

  Полное ионное: $2K^+ + SO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons K^+ + HSO_3^- + K^+ + OH^-$

  Сокращенное ионное: $SO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HSO_3^- + OH^-$

Так как в результате гидролиза солей $K_2S$ и $K_2SO_3$ в растворе накапливаются гидроксид-ионы ($OH^-$), среда становится щелочной. Установить реакцию среды можно с помощью индикаторов:

• Лакмус станет синим.
• Фенолфталеин станет малиновым.
• Метиловый оранжевый (метилоранж) станет желтым.

Ответ: Гидролизу подвергаются $K_2S$ и $K_2SO_3$. Уравнение гидролиза для $K_2S$: $S^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HS^- + OH^-$. Уравнение гидролиза для $K_2SO_3$: $SO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HSO_3^- + OH^-$. Реакцию среды можно установить с помощью индикаторов (лакмуса, фенолфталеина, метилоранжа), которые изменят свой цвет в щелочной среде.

4. Обжиг халькозина (сульфида меди(I)) — это его окисление кислородом воздуха при высокой температуре. В результате реакции образуются оксид меди(II) и оксид серы(IV).

Схема реакции: $Cu_2S + O_2 \rightarrow CuO + SO_2$

Расставим коэффициенты методом электронного баланса. Определим степени окисления элементов:

$Cu_2^{+1}S^{-2} + O_2^0 \rightarrow Cu^{+2}O^{-2} + S^{+4}O_2^{-2}$

Составим полуреакции окисления и восстановления. В данном случае окисляются два элемента из одного соединения ($Cu$ и $S$).

$2Cu^{+1} - 2e^- \rightarrow 2Cu^{+2}$

$S^{-2} - 6e^- \rightarrow S^{+4}$

Суммарно восстановитель $Cu_2S$ отдает 8 электронов.

$Cu_2S - 8e^- \rightarrow 2Cu^{+2} + S^{+4}$ | 1 (процесс окисления)

$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 2 (процесс восстановления)

Наименьшее общее кратное для 8 и 4 равно 8. Коэффициент для окислителя ($O_2$) равен $8/4=2$, для восстановителя ($Cu_2S$) равен $8/8=1$.

Подставляем коэффициенты в уравнение реакции:

$1Cu_2S + 2O_2 \rightarrow 2CuO + 1SO_2$

Уравнение реакции обжига халькозина:

$Cu_2S + 2O_2 \xrightarrow{t} 2CuO + SO_2$

Ответ: $Cu_2S + 2O_2 \rightarrow 2CuO + SO_2$. Электронный баланс: $Cu_2S - 8e^- \rightarrow 2Cu^{+2} + S^{+4}$ (окисление), $O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ (восстановление).

5. Дано:

$m(Na_2SO_4 \cdot xH_2O) = 0,644 \text{ г}$

$m(Na_2SO_4) = 0,284 \text{ г}$

Найти:

Формулу кристаллогидрата, т.е. значение $x$ в $Na_2SO_4 \cdot xH_2O$.

Решение:

1. При нагревании кристаллогидрата вода испаряется, а безводная соль остается. Масса испарившейся воды равна разности масс кристаллогидрата и безводной соли:

$m(H_2O) = m(Na_2SO_4 \cdot xH_2O) - m(Na_2SO_4) = 0,644 \text{ г} - 0,284 \text{ г} = 0,360 \text{ г}$

2. Найдем молярные массы безводной соли ($Na_2SO_4$) и воды ($H_2O$):

$M(Na_2SO_4) = 2 \cdot 23 + 32 + 4 \cdot 16 = 142 \text{ г/моль}$

$M(H_2O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$

3. Вычислим количество вещества (в молях) безводной соли и воды:

$n(Na_2SO_4) = \frac{m(Na_2SO_4)}{M(Na_2SO_4)} = \frac{0,284 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} = 0,002 \text{ моль}$

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{0,360 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,02 \text{ моль}$

4. Индекс $x$ в формуле кристаллогидрата $Na_2SO_4 \cdot xH_2O$ показывает соотношение молей воды к молям безводной соли:

$x = \frac{n(H_2O)}{n(Na_2SO_4)} = \frac{0,02 \text{ моль}}{0,002 \text{ моль}} = 10$

Следовательно, формула кристаллогидрата — $Na_2SO_4 \cdot 10H_2O$.

Ответ: Формула кристаллогидрата сульфата натрия — $Na_2SO_4 \cdot 10H_2O$.