Страница 72 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

7. Назовите две растворимые в воде соли разных кислот, при обработке которых сильной кислотой выделяются газообразные продукты.

Для выполнения условия задачи необходимо выбрать соли, образованные слабыми кислотами, которые либо сами являются газами, либо неустойчивы и разлагаются с выделением газа. При добавлении сильной кислоты (например, соляной $HCl$, серной $H_2SO_4$ или азотной $HNO_3$) она будет вытеснять слабую кислоту из её соли. В качестве примеров можно привести соли угольной, сернистой или сероводородной кислот.

1. Соль угольной кислоты: Карбонат натрия ($Na_2CO_3$)

Карбонат натрия — это хорошо растворимая в воде соль, образованная слабой и неустойчивой угольной кислотой ($H_2CO_3$). При взаимодействии с сильной кислотой, например, соляной, происходит реакция обмена. Образующаяся угольная кислота мгновенно разлагается на воду и углекислый газ, который выделяется в виде пузырьков.

Реакция протекает в две стадии:

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2CO_3$

$H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$

Суммарное уравнение реакции:

$Na_2CO_3(р-р) + 2HCl(р-р) \rightarrow 2NaCl(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$

Выделяющийся газ — диоксид углерода ($CO_2$).

2. Соль сернистой кислоты: Сульфит калия ($K_2SO_3$)

Сульфит калия — это растворимая в воде соль другой слабой и неустойчивой кислоты — сернистой ($H_2SO_3$). По аналогии с карбонатом, при добавлении сильной кислоты, сернистая кислота вытесняется из соли и тут же разлагается с выделением сернистого газа (диоксида серы) с резким запахом.

Реакция протекает в две стадии:

$K_2SO_3 + 2HCl \rightarrow 2KCl + H_2SO_3$

$H_2SO_3 \rightarrow H_2O + SO_2\uparrow$

Суммарное уравнение реакции:

$K_2SO_3(р-р) + 2HCl(р-р) \rightarrow 2KCl(р-р) + H_2O(ж) + SO_2(г)\uparrow$

Выделяющийся газ — диоксид серы ($SO_2$).

Обе соли, карбонат натрия и сульфит калия, растворимы в воде, являются солями разных кислот и при обработке сильной кислотой выделяют газообразные продукты.

Ответ: Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) и сульфит калия ($K_2SO_3$).

8. Допишите уравнения реакций:

a) $MgSO_4$ + ... = ...$\downarrow$ + $K_2SO_4$;

б) ... + $HCl$ = ...$\downarrow$ + $HNO_3$;

в) $FeS$ + ... = $FeCl_2$ + ...$\uparrow$;

г) ... + ... = $Fe(OH)_2\downarrow$ + $BaSO_4\downarrow$.

Напишите уравнения этих реакций в полном и сокращённом ионном виде.

а) В данной реакции обмена одним из продуктов является сульфат калия $K_2SO_4$, значит, один из реагентов должен содержать ион калия $K^+$. Второй продукт — осадок, который должен содержать ион магния $Mg^{2+}$. Таким образом, реакция происходит между сульфатом магния $MgSO_4$ и гидроксидом калия $KOH$ с образованием нерастворимого гидроксида магния $Mg(OH)_2$.

Молекулярное уравнение: $MgSO_4 + 2KOH = Mg(OH)_2\downarrow + K_2SO_4$

Полное ионное уравнение: $Mg^{2+} + SO_4^{2-} + 2K^+ + 2OH^- = Mg(OH)_2\downarrow + 2K^+ + SO_4^{2-}$

Сокращённое ионное уравнение: $Mg^{2+} + 2OH^- = Mg(OH)_2\downarrow$

Ответ: Молекулярное уравнение: $MgSO_4 + 2KOH = Mg(OH)_2\downarrow + K_2SO_4$. Полное ионное уравнение: $Mg^{2+} + SO_4^{2-} + 2K^+ + 2OH^- = Mg(OH)_2\downarrow + 2K^+ + SO_4^{2-}$. Сокращённое ионное уравнение: $Mg^{2+} + 2OH^- = Mg(OH)_2\downarrow$.

б) Продуктами реакции являются азотная кислота $HNO_3$ и осадок. Это указывает на то, что исходное вещество содержало нитрат-ион $NO_3^-$. Осадок образуется при взаимодействии катиона этого вещества с хлорид-ионом $Cl^-$ из соляной кислоты $HCl$. Качественной реакцией на ион хлора является реакция с ионом серебра $Ag^+$. Следовательно, исходным веществом был нитрат серебра $AgNO_3$, а осадком — хлорид серебра $AgCl$.

Молекулярное уравнение: $AgNO_3 + HCl = AgCl\downarrow + HNO_3$

Полное ионное уравнение: $Ag^+ + NO_3^- + H^+ + Cl^- = AgCl\downarrow + H^+ + NO_3^-$

Сокращённое ионное уравнение: $Ag^+ + Cl^- = AgCl\downarrow$

Ответ: Молекулярное уравнение: $AgNO_3 + HCl = AgCl\downarrow + HNO_3$. Полное ионное уравнение: $Ag^+ + NO_3^- + H^+ + Cl^- = AgCl\downarrow + H^+ + NO_3^-$. Сокращённое ионное уравнение: $Ag^+ + Cl^- = AgCl\downarrow$.

в) Реакция сульфида железа(II) $FeS$ с кислотой. Продуктами являются соль железа(II) $FeCl_2$ и газ. При реакции сульфидов с сильными кислотами выделяется газ сероводород $H_2S$. Так как в продуктах хлорид железа(II), то в качестве кислоты нужно использовать соляную кислоту $HCl$.

Молекулярное уравнение: $FeS + 2HCl = FeCl_2 + H_2S\uparrow$

Полное ионное уравнение (сульфид железа(II) - нерастворимое вещество): $FeS + 2H^+ + 2Cl^- = Fe^{2+} + 2Cl^- + H_2S\uparrow$

Сокращённое ионное уравнение: $FeS + 2H^+ = Fe^{2+} + H_2S\uparrow$

Ответ: Молекулярное уравнение: $FeS + 2HCl = FeCl_2 + H_2S\uparrow$. Полное ионное уравнение: $FeS + 2H^+ + 2Cl^- = Fe^{2+} + 2Cl^- + H_2S\uparrow$. Сокращённое ионное уравнение: $FeS + 2H^+ = Fe^{2+} + H_2S\uparrow$.

г) В результате реакции образуются два осадка: гидроксид железа(II) $Fe(OH)_2$ и сульфат бария $BaSO_4$. Это означает, что в реакцию должны вступать растворимые вещества, содержащие ионы $Fe^{2+}$, $OH^-$, $Ba^{2+}$ и $SO_4^{2-}$. Такими веществами являются сульфат железа(II) $FeSO_4$ и гидроксид бария $Ba(OH)_2$.

Молекулярное уравнение: $FeSO_4 + Ba(OH)_2 = Fe(OH)_2\downarrow + BaSO_4\downarrow$

Полное ионное уравнение: $Fe^{2+} + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2OH^- = Fe(OH)_2\downarrow + BaSO_4\downarrow$

Сокращённое ионное уравнение: Так как все ионы связываются в осадки, сокращённое ионное уравнение совпадает с полным. $Fe^{2+} + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2OH^- = Fe(OH)_2\downarrow + BaSO_4\downarrow$

Ответ: Молекулярное уравнение: $FeSO_4 + Ba(OH)_2 = Fe(OH)_2\downarrow + BaSO_4\downarrow$. Полное ионное уравнение: $Fe^{2+} + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2OH^- = Fe(OH)_2\downarrow + BaSO_4\downarrow$. Сокращённое ионное уравнение: $Fe^{2+} + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2OH^- = Fe(OH)_2\downarrow + BaSO_4\downarrow$.

9. Выпишите формулы веществ, с которыми реагирует гидроксид калия в водном растворе: $HCl$, $NaNO_3$, $Ca(OH)_2$, $MgCl_2$.

Напишите уравнения реакций в молекулярном, полном и сокращённом ионном виде.

Гидроксид калия ($KOH$) — это сильное основание (щёлочь). В водном растворе он будет взаимодействовать с веществами, с которыми возможна реакция ионного обмена, приводящая к образованию слабого электролита (например, воды), осадка или газа.

Проанализируем вещества из списка: $HCl$, $NaNO_3$, $Ca(OH)_2$, $MgCl_2$.

• Реакция с $HCl$ (соляная кислота) идёт, так как это реакция нейтрализации с образованием воды.
• Реакция с $NaNO_3$ (нитрат натрия) не идёт, так как в результате возможного обмена образуются растворимые вещества ($KNO_3$ и $NaOH$), и все ионы остаются в растворе.
• Реакция с $Ca(OH)_2$ (гидроксид кальция) не идёт, так как основания друг с другом не реагируют.
• Реакция с $MgCl_2$ (хлорид магния) идёт, так как в результате обмена выпадает нерастворимый осадок гидроксида магния ($Mg(OH)_2\downarrow$).

Следовательно, гидроксид калия реагирует с $HCl$ и $MgCl_2$.

Уравнения реакции с HCl

Молекулярное уравнение:

$KOH + HCl \rightarrow KCl + H_2O$

Полное ионное уравнение:

$K^+ + OH^- + H^+ + Cl^- \rightarrow K^+ + Cl^- + H_2O$

Сокращённое ионное уравнение:

$H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

Ответ: Вещество, с которым реагирует гидроксид калия: $HCl$.

Уравнения реакции с MgCl₂

Молекулярное уравнение:

$2KOH + MgCl_2 \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + 2KCl$

Полное ионное уравнение:

$2K^+ + 2OH^- + Mg^{2+} + 2Cl^- \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + 2K^+ + 2Cl^-$

Сокращённое ионное уравнение:

$Mg^{2+} + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow$

Ответ: Вещество, с которым реагирует гидроксид калия: $MgCl_2$.

10. Выпишите формулы солей, которые реагируют с соляной кислотой: $KBr$, $AgNO_3$, $CaCO_3$, $MgSO_4$. Напишите уравнения реакций в молекулярном, полном и сокращённом ионном виде.

Из предложенного списка солей ($KBr$, $AgNO_3$, $CaCO_3$, $MgSO_4$) с соляной кислотой ($HCl$) будут реагировать те, в результате взаимодействия с которыми образуется осадок, газ или слабый электролит (например, вода). Такими солями являются нитрат серебра ($AgNO_3$) и карбонат кальция ($CaCO_3$).

Соли $KBr$ и $MgSO_4$ не реагируют с $HCl$, так как они образованы сильными кислотами, и реакция обмена не приводит к образованию продуктов, выводящих ионы из раствора.

AgNO₃

При взаимодействии нитрата серебра с соляной кислотой образуется нерастворимый в воде и кислотах белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$).

Молекулярное уравнение реакции:

$AgNO_3 + HCl \rightarrow AgCl\downarrow + HNO_3$

Полное ионное уравнение:

$Ag^{+} + NO_3^{-} + H^{+} + Cl^{-} \rightarrow AgCl\downarrow + H^{+} + NO_3^{-}$

Сокращенное ионное уравнение (суть реакции):

$Ag^{+} + Cl^{-} \rightarrow AgCl\downarrow$

Ответ:

Молекулярное уравнение: $AgNO_3 + HCl \rightarrow AgCl\downarrow + HNO_3$

Полное ионное уравнение: $Ag^{+} + NO_3^{-} + H^{+} + Cl^{-} \rightarrow AgCl\downarrow + H^{+} + NO_3^{-}$

Сокращенное ионное уравнение: $Ag^{+} + Cl^{-} \rightarrow AgCl\downarrow$

CaCO₃

При взаимодействии карбоната кальция (нерастворимой соли) с сильной соляной кислотой происходит реакция, в результате которой выделяется углекислый газ ($CO_2$), так как образующаяся угольная кислота ($H_2CO_3$) является слабой и неустойчивой и сразу разлагается на воду и газ.

Молекулярное уравнение реакции:

$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

Полное ионное уравнение:

$CaCO_3 + 2H^{+} + 2Cl^{-} \rightarrow Ca^{2+} + 2Cl^{-} + H_2O + CO_2\uparrow$

Сокращенное ионное уравнение:

$CaCO_3 + 2H^{+} \rightarrow Ca^{2+} + H_2O + CO_2\uparrow$

Ответ:

Молекулярное уравнение: $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

Полное ионное уравнение: $CaCO_3 + 2H^{+} + 2Cl^{-} \rightarrow Ca^{2+} + 2Cl^{-} + H_2O + CO_2\uparrow$

Сокращенное ионное уравнение: $CaCO_3 + 2H^{+} \rightarrow Ca^{2+} + H_2O + CO_2\uparrow$

11. Используя таблицу растворимости, предложите реактивы для обнаружения следующих ионов:

а) $SO_4^{2-}$;

б) $Cl^{-}$;

в) $S^{2-}$;

г) $Ag^{+}$.

а) $SO_4^{2-}$

Для обнаружения сульфат-ионов ($SO_4^{2-}$) в растворе используют качественную реакцию с ионами бария ($Ba^{2+}$). В качестве реактива можно использовать любую растворимую соль бария, например, хлорид бария ($BaCl_2$) или нитрат бария ($Ba(NO_3)_2$). При добавлении этого реактива к раствору, содержащему сульфат-ионы, выпадает белый мелкокристаллический осадок сульфата бария ($BaSO_4$). Характерной особенностью этого осадка является то, что он не растворяется в сильных кислотах (например, в $HCl$ или $HNO_3$), что позволяет отличить его от других осадков бария (например, сульфита $BaSO_3$ или фосфата $Ba_3(PO_4)_2$).

Реакция в ионном виде: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

Пример реакции в молекулярном виде: $Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$

Ответ: Растворимые соли бария (например, $BaCl_2$). Признак реакции — выпадение белого осадка, нерастворимого в кислотах.

б) $Cl^-$

Хлорид-ионы ($Cl^-$) обнаруживают с помощью ионов серебра ($Ag^+$). В качестве реактива используют раствор нитрата серебра ($AgNO_3$). При взаимодействии с хлорид-ионами образуется белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$). Этот осадок не растворяется в азотной кислоте ($HNO_3$), но хорошо растворяется в водном растворе аммиака ($NH_4OH$) с образованием комплексного соединения.

Реакция в ионном виде: $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow$

Пример реакции в молекулярном виде: $KCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl \downarrow + KNO_3$

Ответ: Раствор нитрата серебра ($AgNO_3$). Признак реакции — выпадение белого творожистого осадка.

в) $S^{2-}$

Для обнаружения сульфид-ионов ($S^{2-}$) можно использовать два основных метода.

1. Осаждение ионами тяжелых металлов. Многие сульфиды металлов нерастворимы и имеют характерную окраску. Например, при добавлении к раствору, содержащему сульфид-ионы, раствора соли свинца(II) (например, нитрата свинца $Pb(NO_3)_2$) выпадает черный осадок сульфида свинца(II) ($PbS$).

Реакция в ионном виде: $Pb^{2+} + S^{2-} \rightarrow PbS \downarrow$

2. Действие сильных кислот. При добавлении к раствору сульфида сильной кислоты (например, соляной $HCl$ или серной $H_2SO_4$) выделяется газ сероводород ($H_2S$), который имеет характерный резкий запах тухлых яиц. Обнаружить газ также можно с помощью смоченной раствором ацетата свинца бумажки, которая почернеет из-за образования $PbS$.

Реакция в ионном виде: $S^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2S \uparrow$

Ответ: Растворимые соли свинца(II) (например, $Pb(NO_3)_2$), признак — черный осадок. Либо сильные кислоты (например, $HCl$), признак — выделение газа с запахом тухлых яиц.

г) $Ag^+$

Ионы серебра ($Ag^+$) являются реактивом на галогенид-ионы, и, в свою очередь, могут быть обнаружены с помощью этих же ионов. Чаще всего для обнаружения ионов серебра используют растворимые хлориды, например, хлорид натрия ($NaCl$) или соляную кислоту ($HCl$). При добавлении раствора хлорида к раствору, содержащему ионы $Ag^+$, выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$), нерастворимый в азотной кислоте.

Реакция в ионном виде: $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow$

Пример реакции в молекулярном виде: $AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl \downarrow + NaNO_3$

Ответ: Растворимые хлориды (например, $NaCl$ или $HCl$). Признак реакции — выпадение белого творожистого осадка.

12. Как отличить друг от друга следующие вещества:

a) $NaCl$ и $BaCl_2$;

б) $AgNO_3$ и $KNO_3$;

в) $MgCl_2$ и $MgSO_4$;

г) $H_2SO_4$ и $CuSO_4$;

д) $Na_2CO_3$ и $CaCO_3$;

е) $KNO_3$ и $K_2CO_3$?

Опишите экспериментальные процедуры, которые вы придумали.

Для различения предложенных пар веществ необходимо провести качественные реакции, характерные для ионов, входящих в их состав, или использовать их физические свойства (например, растворимость или цвет раствора).

Решение

а) NaCl и BaCl₂

Оба вещества – белые кристаллические соли, хорошо растворимые в воде. Различие заключается в катионах: $Na^+$ и $Ba^{2+}$. Качественной реакцией на ион бария $Ba^{2+}$ является реакция с сульфат-ионами $SO_4^{2-}$, в результате которой образуется белый нерастворимый осадок сульфата бария ($BaSO_4$).

Экспериментальная процедура:

1. В две пробирки поместить небольшое количество каждого из выданных веществ и добавить воды для их растворения.

2. В каждую пробирку добавить несколько капель раствора сульфата натрия ($Na_2SO_4$) или серной кислоты ($H_2SO_4$).

3. В пробирке с хлоридом бария ($BaCl_2$) наблюдается выпадение белого осадка. В пробирке с хлоридом натрия ($NaCl$) видимых изменений не происходит.

Уравнение реакции: $BaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$

Ответ: К растворам веществ добавить раствор сульфата (например, $Na_2SO_4$). В пробирке с $BaCl_2$ выпадет белый осадок.

б) AgNO₃ и KNO₃

Оба вещества – нитраты, хорошо растворимые в воде. Различие заключается в катионах: $Ag^+$ и $K^+$. Качественной реакцией на ион серебра $Ag^+$ является реакция с хлорид-ионами $Cl^-$, в результате которой образуется белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$).

Экспериментальная процедура:

1. Растворить образцы солей в воде в двух разных пробирках.

2. В каждую пробирку добавить несколько капель раствора хлорида натрия ($NaCl$) или соляной кислоты ($HCl$).

3. В пробирке с нитратом серебра ($AgNO_3$) выпадет белый творожистый осадок. В пробирке с нитратом калия ($KNO_3$) изменений не будет.

Уравнение реакции: $AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl \downarrow + NaNO_3$

Ответ: К растворам веществ добавить раствор хлорида (например, $NaCl$). В пробирке с $AgNO_3$ выпадет белый творожистый осадок.

в) MgCl₂ и MgSO₄

Обе соли содержат одинаковый катион $Mg^{2+}$, но разные анионы: хлорид-ион $Cl^-$ и сульфат-ион $SO_4^{2-}$. Следовательно, различать их нужно по анионам. Качественная реакция на сульфат-ион – взаимодействие с ионами бария $Ba^{2+}$.

Экспериментальная процедура:

1. Растворить образцы солей в воде в двух разных пробирках.

2. В каждую пробирку добавить несколько капель раствора хлорида бария ($BaCl_2$) или нитрата бария ($Ba(NO_3)_2$).

3. В пробирке с сульфатом магния ($MgSO_4$) образуется белый осадок сульфата бария ($BaSO_4$). В пробирке с хлоридом магния ($MgCl_2$) видимых изменений не произойдет.

Уравнение реакции: $MgSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + MgCl_2$

Ответ: К растворам веществ добавить раствор соли бария (например, $BaCl_2$). В пробирке с $MgSO_4$ выпадет белый осадок.

г) H₂SO₄ и CuSO₄

Серная кислота ($H_2SO_4$) – бесцветная жидкость. Сульфат меди(II) ($CuSO_4$) в виде водного раствора имеет характерный голубой или синий цвет из-за гидратированных ионов меди(II) $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$.

Экспериментальная процедура (метод 1):

Сравнить цвет растворов. Раствор сульфата меди(II) будет голубым, а раствор серной кислоты – бесцветным.

Экспериментальная процедура (метод 2):

Если необходима химическая проба, можно использовать реакцию на ион меди(II) $Cu^{2+}$.

1. В две пробирки налить растворы исследуемых веществ.

2. В каждую пробирку добавить несколько капель раствора щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$).

3. В пробирке с сульфатом меди(II) выпадет голубой студенистый осадок гидроксида меди(II) ($Cu(OH)_2$). В пробирке с серной кислотой видимых изменений не будет (произойдет реакция нейтрализации).

Уравнение реакции: $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

Ответ: Раствор $CuSO_4$ имеет голубой цвет, а раствор $H_2SO_4$ бесцветен. Альтернативно, при добавлении раствора щелочи (например, $NaOH$) к $CuSO_4$ выпадает голубой осадок.

д) Na₂CO₃ и CaCO₃

Основное различие между карбонатом натрия ($Na_2CO_3$) и карбонатом кальция ($CaCO_3$) заключается в их растворимости в воде. Карбонат натрия – растворимая соль, а карбонат кальция – нерастворимая.

Экспериментальная процедура:

1. В две пробирки поместить образцы твердых веществ.

2. В каждую пробирку добавить дистиллированную воду и перемешать.

3. Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) полностью растворится, образовав прозрачный раствор. Карбонат кальция ($CaCO_3$) не растворится, образовав мутную суспензию или белый осадок на дне.

Ответ: Добавить к веществам воду. Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) растворится, а карбонат кальция ($CaCO_3$) – нет.

е) KNO₃ и K₂CO₃

Обе соли содержат одинаковый катион $K^+$, но разные анионы: нитрат-ион $NO_3^-$ и карбонат-ион $CO_3^{2-}$. Качественная реакция на карбонат-ион – взаимодействие с кислотами с выделением углекислого газа ($CO_2$).

Экспериментальная процедура:

1. Растворить образцы солей в воде в двух разных пробирках.

2. В каждую пробирку осторожно добавить несколько капель сильной кислоты, например, соляной ($HCl$) или серной ($H_2SO_4$).

3. В пробирке с карбонатом калия ($K_2CO_3$) начнется бурное выделение газа (вскипание) – это углекислый газ. В пробирке с нитратом калия ($KNO_3$) никаких видимых изменений не произойдет.

Уравнение реакции: $K_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2KCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: К растворам веществ добавить раствор кислоты (например, $HCl$). В пробирке с $K_2CO_3$ будет наблюдаться выделение пузырьков газа.