Страница 135 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

8. Сернистый газ, подобно углекислому газу, вызывает помутнение известковой воды (раствора гидроксида кальция). Напишите уравнение реакции.

$SO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaSO_3 \downarrow + H_2O$

Решение

В задаче описывается взаимодействие сернистого газа с известковой водой. Сернистый газ, или оксид серы(IV), имеет химическую формулу $SO_2$. Известковая вода — это насыщенный водный раствор гидроксида кальция, формула которого $Ca(OH)_2$.

Сернистый газ является кислотным оксидом, а гидроксид кальция — сильным основанием (щёлочью). При их взаимодействии происходит реакция нейтрализации, в результате которой образуются соль и вода.

Кислотному оксиду $SO_2$ соответствует сернистая кислота $H_2SO_3$. Соль, которая образуется в реакции, будет состоять из катиона кальция ($Ca^{2+}$) и аниона сернистой кислоты — сульфит-иона ($SO_3^{2-}$). Таким образом, образуется соль сульфит кальция ($CaSO_3$).

Сульфит кальция является малорастворимым в воде веществом, поэтому он выпадает в виде белого осадка. Именно образование этого осадка и вызывает помутнение известковой воды, что служит качественным признаком данной реакции.

Следовательно, уравнение реакции выглядит следующим образом:

$SO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaSO_3 \downarrow + H_2O$

Проверим, сбалансировано ли уравнение:

• Атомы кальция ($Ca$): 1 слева, 1 справа.
• Атомы серы ($S$): 1 слева, 1 справа.
• Атомы кислорода ($O$): 2 + 2 = 4 слева, 3 + 1 = 4 справа.
• Атомы водорода ($H$): 2 слева, 2 справа.

Уравнение сбалансировано.

Ответ: $SO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaSO_3\downarrow + H_2O$

9. Если через иодную настойку пропустить ток сероводорода, бурая окраска исчезает, а раствор становится мутным. Объясните это явление.

Наблюдаемое явление объясняется протеканием окислительно-восстановительной реакции между иодом ($I_2$), который придает настойке характерный бурый цвет, и сероводородом ($H_2S$). В этой реакции иод выступает в роли окислителя, а сероводород — в роли восстановителя.

Общее уравнение химической реакции выглядит так:

$$I_2 + H_2S \rightarrow 2HI + S\downarrow$$

Это явление можно разбить на два одновременных процесса, объясняющих каждое из наблюдений:

Исчезновение бурой окраски

Молекулярный иод ($I_2$), имеющий в водном растворе бурый цвет, в ходе реакции восстанавливается, принимая электроны от сероводорода. При этом он переходит в иодид-ионы ($I^-$), которые являются бесцветными. Эти ионы входят в состав образующейся иодоводородной кислоты ($HI$). Так как окрашенное вещество ($I_2$) полностью расходуется, раствор теряет свою окраску.

Процесс восстановления иода: $I_2^0 + 2e^- \rightarrow 2I^{-1}$

Помутнение раствора

Одновременно с восстановлением иода происходит окисление сероводорода. Сера в составе сероводорода ($H_2S$) имеет степень окисления -2 и, отдавая электроны иоду, окисляется до элементарной серы ($S$) со степенью окисления 0. Элементарная сера представляет собой твердое вещество желтого цвета, нерастворимое в воде. Она выпадает в осадок в виде мелких частиц, образуя суспензию, что и приводит к помутнению раствора.

Процесс окисления серы: $S^{-2} - 2e^- \rightarrow S^0$

Ответ: Бурая окраска исчезает в результате восстановления окрашенного молекулярного иода ($I_2$) до бесцветных иодид-ионов ($I^-$). Раствор становится мутным из-за образования нерастворимой в воде элементарной серы ($S$), которая выпадает в осадок в ходе окисления сероводорода.

10. Приведите уравнения реакций, соответствующие сокращённым ионным уравнениям:

$Cu^{2+} + S^{2-} = CuS;$

$FeS + 2H^{+} = Fe^{2+} + H_2S;$

$SO_2 + 2OH^{-} = SO_3^{2-} + H_2O.$

$Cu^{2+} + S^{2-} = CuS;$

Чтобы составить молекулярное уравнение, соответствующее данному сокращенному ионному уравнению, необходимо подобрать реагенты, которые при диссоциации в водном растворе образуют ионы $Cu^{2+}$ и $S^{2-}$. При этом в результате реакции должен образовываться нерастворимый сульфид меди(II) ($CuS$).

В качестве источника ионов $Cu^{2+}$ можно использовать любую растворимую соль меди(II), например, хлорид меди(II) ($CuCl_2$). В качестве источника ионов $S^{2-}$ можно взять растворимый сульфид щелочного металла, например, сульфид натрия ($Na_2S$).

Молекулярное уравнение реакции будет выглядеть следующим образом:

$CuCl_2 + Na_2S = CuS↓ + 2NaCl$

Проверим его, написав полное ионное уравнение:

$Cu^{2+} + 2Cl^{-} + 2Na^{+} + S^{2-} = CuS↓ + 2Na^{+} + 2Cl^{-}$

Сократив ионы-наблюдатели ($Na^{+}$ и $Cl^{-}$), которые присутствуют в обеих частях уравнения, мы получим исходное сокращенное ионное уравнение.

Ответ: $CuCl_2 + Na_2S = CuS↓ + 2NaCl$ (возможны и другие варианты, например, с использованием $CuSO_4$ и $K_2S$).

$FeS + 2H^{+} = Fe^{2+} + H_2S;$

Данное сокращенное ионное уравнение показывает взаимодействие твердого сульфида железа(II) ($FeS$) с сильной кислотой, которая является донором ионов водорода $H^{+}$. Продуктами реакции являются растворимая соль железа(II) (ион $Fe^{2+}$) и газообразный сероводород ($H_2S$).

В качестве сильной кислоты можно выбрать соляную ($HCl$) или серную ($H_2SO_4$) кислоту. Возьмем соляную кислоту.

Молекулярное уравнение реакции:

$FeS + 2HCl = FeCl_2 + H_2S↑$

Полное ионное уравнение, учитывая, что $FeS$ - нерастворимое твердое вещество, а $H_2S$ - слабый электролит (газ):

$FeS + 2H^{+} + 2Cl^{-} = Fe^{2+} + 2Cl^{-} + H_2S↑$

Сократив ионы хлора ($Cl^{-}$), получаем исходное сокращенное ионное уравнение.

Ответ: $FeS + 2HCl = FeCl_2 + H_2S↑$ (возможен также вариант с другой сильной кислотой, например, $H_2SO_4$).

$SO_2 + 2OH^{-} = SO_3^{2-} + H_2O.$

Это уравнение описывает реакцию между кислотным оксидом — диоксидом серы ($SO_2$) — и сильным основанием (щелочью), которое поставляет в раствор гидроксид-ионы $OH^{-}$. В результате реакции образуются соль-сульфит (ион $SO_3^{2-}$) и вода ($H_2O$).

В качестве щелочи можно использовать гидроксид натрия ($NaOH$) или гидроксид калия ($KOH$). Возьмем гидроксид натрия.

Молекулярное уравнение реакции:

$SO_2 + 2NaOH = Na_2SO_3 + H_2O$

Полное ионное уравнение, учитывая, что $SO_2$ и $H_2O$ являются молекулярными соединениями (слабыми электролитами):

$SO_2 + 2Na^{+} + 2OH^{-} = 2Na^{+} + SO_3^{2-} + H_2O$

Сократив ионы натрия ($Na^{+}$), мы получаем исходное сокращенное ионное уравнение.

Ответ: $SO_2 + 2NaOH = Na_2SO_3 + H_2O$ (возможен также вариант с другой щелочью, например, $KOH$).

11. Где в природе встречаются сероводород и сернистый газ?

Сероводород ($H_2S$)

Сероводород (сульфид водорода) — это бесцветный газ с характерным запахом тухлых яиц, который в природе образуется в результате различных геологических и биологических процессов.

• Вулканическая деятельность: $H_2S$ является постоянной составляющей вулканических газов, выделяющихся из кратеров действующих вулканов и фумарол (трещин на склонах).
• Процессы гниения: Основное количество природного сероводорода образуется при анаэробном (бескислородном) бактериальном разложении серосодержащих белков и других органических веществ. Этот процесс активно идет в болотах, трясинах, на дне застойных водоемов, в сточных водах и в донных илах. Ярким примером является Черное море, где на глубине более 150-200 метров вода насыщена сероводородом.
• Природные ископаемые: Сероводород в значительных количествах содержится в попутных нефтяных и природных газах, а также в некоторых месторождениях нефти.
• Минеральные источники: Растворенный в воде сероводород придает специфический запах и лечебные свойства многим минеральным источникам, таким как источники в Пятигорске или Мацесте.

Ответ: В природе сероводород встречается в составе вулканических газов, в качестве продукта гниения органических остатков (в болотах, иле, на дне водоемов), в месторождениях природного газа и нефти, а также в растворенном виде в водах некоторых минеральных источников.

Сернистый газ ($SO_2$)

Сернистый газ (диоксид серы, сернистый ангидрид) — это бесцветный газ с резким, удушливым запахом (похож на запах загорающейся спички). В природе он имеет в основном вулканическое происхождение.

• Вулканическая деятельность: Главным природным источником диоксида серы являются вулканы. Во время извержений в атмосферу выбрасываются огромные объемы этого газа.
• Окислительные процессы: Сернистый газ образуется в атмосфере при окислении сероводорода ($H_2S$) и других серосодержащих соединений, которые выделяются, например, при гниении органики.
• Горение биомассы: $SO_2$ также выделяется в атмосферу во время лесных и степных пожаров при сгорании растительности.

Стоит отметить, что в современную эпоху основным источником сернистого газа в атмосфере является деятельность человека: сжигание серосодержащего ископаемого топлива (угля, мазута) на электростанциях и промышленных предприятиях, а также металлургическое производство (обжиг сульфидных руд).

Ответ: В природе сернистый газ встречается главным образом в составе вулканических газов, а также в небольших количествах образуется при окислении сероводорода в атмосфере и во время горения биомассы (лесных пожаров).