Номер B, страница 148 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

B

1. Творческое задание.

Даны цинк, сера и серная кислота. Как можно получить сероводород, используя эти соединения? Напишите соответствующие уравнения реакций. Какова роль сероводорода в окислительно-восстановительных реакциях?

2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

$H_2S \to S$

$S \to SO_2$

$SO_2 \to SO_3$

$SO_3 \to H_2SO_4$

$H_2SO_4 \to CuSO_4$

$SO_2 \to Na_2SO_3$

$Na_2SO_3 \to Na_2SO_4$

$H_2SO_4 \to Na_2SO_4$

Найдите окислительно-восстановительные реакции, уравняйте их. Напишите уравнения реакции гидролиза солей, которые подвергаются гидролизу.

3. Какой объем газа выделится при взаимодействии 500 мл серной кислоты ($\rho= 1,055$ г/мл) с магнием? $\omega (H_2SO_4) = 8,42\%$.

Ответ: 10,15 л $H_2$.

4. Какую массу гидроксида натрия необходимо взять для нейтрализации 30 г 50%-го раствора серной кислоты?

Ответ: 12,24 г NaOH.

1. Творческое задание.

Для получения сероводорода ($H_2S$) из данных веществ (цинк $Zn$, сера $S$ и серная кислота $H_2SO_4$) можно использовать два основных способа.

Способ 1: В два этапа

Сначала получаем сульфид цинка, сплавляя цинк с серой при нагревании:

$Zn + S \xrightarrow{t} ZnS$

Затем, действуем на полученный сульфид цинка разбавленной серной кислотой. Происходит реакция обмена, в результате которой выделяется газообразный сероводород:

$ZnS + H_2SO_4(разб.) \rightarrow ZnSO_4 + H_2S \uparrow$

Способ 2: В один этап

Можно получить сероводород прямым взаимодействием цинка с концентрированной серной кислотой. В этой реакции серная кислота выступает в роли сильного окислителя, а цинк – в роли восстановителя. Сера в кислоте ($S^{+6}$) восстанавливается до сероводорода ($S^{-2}$):

$4Zn + 5H_2SO_4(конц.) \rightarrow 4ZnSO_4 + H_2S \uparrow + 4H_2O$

Роль сероводорода в окислительно-восстановительных реакциях

В молекуле сероводорода ($H_2S$) сера имеет свою низшую степень окисления, равную -2. Это означает, что в окислительно-восстановительных реакциях сера может только отдавать электроны, повышая свою степень окисления (например, до 0, +4, +6). Следовательно, сероводород всегда выступает в роли восстановителя.

Ответ: Сероводород можно получить, например, по реакциям $ZnS + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2S \uparrow$ (предварительно получив $ZnS$ из $Zn$ и $S$) или $4Zn + 5H_2SO_4(конц.) \rightarrow 4ZnSO_4 + H_2S \uparrow + 4H_2O$. В окислительно-восстановительных реакциях сероводород является восстановителем.

2. Решение:

1. Уравнения реакций для заданных превращений:

$H_2S \rightarrow S \rightarrow SO_2 \rightarrow SO_3 \rightarrow H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4$

1) $2H_2S + O_2 \rightarrow 2S \downarrow + 2H_2O$ (неполное сгорание, недостаток кислорода)

2) $S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$ (сгорание серы)

3) $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$ (катализатор $V_2O_5$, температура)

4) $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

5) $H_2SO_4 + CuO \rightarrow CuSO_4 + H_2O$ (или реакция с $Cu(OH)_2$)

$S \rightarrow Na_2SO_3 \rightarrow Na_2SO_4$ и $H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4$

6) Из реакции 2) имеем $SO_2$. Далее: $SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$

7) $2Na_2SO_3 + O_2 \xrightarrow{t} 2Na_2SO_4$

8) $H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$

2. Окислительно-восстановительные реакции и их уравнивание:

Реакция 1) $2H_2S^{-2} + O_2^0 \rightarrow 2S^0 + 2H_2O^{-2}$

$S^{-2} - 2e^- \rightarrow S^0$ | 2 | восстановитель

$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | окислитель

Реакция 2) $S^0 + O_2^0 \rightarrow S^{+4}O_2^{-2}$

$S^0 - 4e^- \rightarrow S^{+4}$ | 1 | восстановитель

$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | окислитель

Реакция 3) $2S^{+4}O_2 + O_2^0 \rightleftharpoons 2S^{+6}O_3$

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

$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | окислитель

Реакция 7) $2Na_2S^{+4}O_3 + O_2^0 \rightarrow 2Na_2S^{+6}O_4$

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

$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | окислитель

3. Уравнения реакций гидролиза солей:

В ходе реакций были получены соли: $CuSO_4$, $Na_2SO_3$, $Na_2SO_4$.

• Соль $Na_2SO_4$ образована сильным основанием ($NaOH$) и сильной кислотой ($H_2SO_4$), поэтому гидролизу не подвергается. Среда нейтральная.

• Соль $CuSO_4$ образована слабым основанием ($Cu(OH)_2$) и сильной кислотой ($H_2SO_4$), подвергается гидролизу по катиону. Среда кислая ($pH < 7$).

Краткое ионное уравнение (I ступень): $Cu^{2+} + H_2O \rightleftharpoons Cu(OH)^+ + H^+$

• Соль $Na_2SO_3$ образована сильным основанием ($NaOH$) и слабой кислотой ($H_2SO_3$), подвергается гидролизу по аниону. Среда щелочная ($pH > 7$).

Краткое ионное уравнение (I ступень): $SO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HSO_3^- + OH^-$

Ответ: Уравнения реакций для всех превращений, а также окислительно-восстановительные реакции с балансом и уравнения гидролиза солей представлены в решении.

3. Дано:

$V(р-ра H_2SO_4) = 500$ мл

$\rho(р-ра) = 1,055$ г/мл

$\omega(H_2SO_4) = 8,42\% = 0,0842$

Перевод в СИ:

$V(р-ра H_2SO_4) = 500 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 5 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$

$\rho(р-ра) = 1,055 \cdot 10^3$ кг/м³ = 1055 кг/м³

Найти:

$V(газа) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции магния с серной кислотой:

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

Выделяющийся газ - водород ($H_2$).

2. Найдем массу раствора серной кислоты:

$m(р-ра) = \rho \cdot V = 1,055 \text{ г/мл} \cdot 500 \text{ мл} = 527,5$ г

3. Найдем массу чистой серной кислоты в растворе:

$m(H_2SO_4) = m(р-ра) \cdot \omega(H_2SO_4) = 527,5 \text{ г} \cdot 0,0842 = 44,4155$ г

4. Вычислим количество вещества (моль) серной кислоты. Молярная масса $M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98$ г/моль.

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{44,4155 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} \approx 0,4532$ моль

5. По уравнению реакции, количество вещества выделившегося водорода равно количеству вещества прореагировавшей кислоты:

$n(H_2) = n(H_2SO_4) = 0,4532$ моль

6. Найдем объем водорода (при нормальных условиях, н.у.), используя молярный объем газов $V_m = 22,4$ л/моль:

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 0,4532 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 10,15$ л

Ответ: 10,15 л $H_2$.

4. Дано:

$m(р-ра H_2SO_4) = 30$ г

$\omega(H_2SO_4) = 50\% = 0,50$

Перевод в СИ:

$m(р-ра H_2SO_4) = 0,03$ кг

Найти:

$m(NaOH) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации серной кислоты гидроксидом натрия:

$H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$

2. Найдем массу чистой серной кислоты в растворе:

$m(H_2SO_4) = m(р-ра) \cdot \omega(H_2SO_4) = 30 \text{ г} \cdot 0,50 = 15$ г

3. Вычислим количество вещества (моль) серной кислоты. Молярная масса $M(H_2SO_4) = 98$ г/моль.

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{15 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} \approx 0,15306$ моль

4. По уравнению реакции, для полной нейтрализации серной кислоты требуется в два раза больше моль гидроксида натрия:

$n(NaOH) = 2 \cdot n(H_2SO_4) = 2 \cdot 0,15306 \text{ моль} = 0,30612$ моль

5. Найдем массу гидроксида натрия, необходимую для реакции. Молярная масса $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль.

$m(NaOH) = n(NaOH) \cdot M(NaOH) = 0,30612 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} \approx 12,24$ г

Ответ: 12,24 г NaOH.