Страница 106 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

10. Сокращённое ионное уравнение $HCO_3^- + H^+ = H_2O + CO_2\uparrow$ соответствует взаимодействию веществ, формулы которых

1) $H_2CO_3$ и $NaOH$

2) $KHCO_3$ и $KOH$

3) $Ca(HCO_3)_2$ и $HNO_3$

4) $NaHCO_3$ и $H_2SiO_3$

Решение

Данное сокращенное ионное уравнение $HCO_3^- + H^+ = H_2O + CO_2 \uparrow$ описывает взаимодействие гидрокарбонат-иона ($HCO_3^-$) с ионом водорода ($H^+$). Чтобы такое уравнение было верным, исходные вещества должны удовлетворять следующим условиям:

• Одно из веществ должно быть растворимым электролитом, диссоциирующим с образованием гидрокарбонат-иона $HCO_3^-$. Обычно это растворимые кислые соли угольной кислоты, например, $NaHCO_3$, $KHCO_3$, $Ca(HCO_3)_2$.
• Второе вещество должно быть сильной кислотой, которая в водном растворе диссоциирует нацело, являясь источником ионов водорода $H^+$. Примерами могут служить $HCl$, $H_2SO_4$, $HNO_3$. Слабые кислоты в ионных уравнениях записываются в молекулярной форме.
• Продуктами реакции являются вода и углекислый газ, образующиеся при разложении неустойчивой угольной кислоты ($H_2CO_3$).

Проанализируем каждую из предложенных пар веществ.

1) $H_2CO_3$ и $NaOH$

Взаимодействие слабой угольной кислоты и сильного основания (щелочи).

Молекулярное уравнение: $H_2CO_3 + NaOH \rightarrow NaHCO_3 + H_2O$

Полное ионное уравнение (угольная кислота – слабый электролит): $H_2CO_3 + Na^+ + OH^- \rightarrow Na^+ + HCO_3^- + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение: $H_2CO_3 + OH^- \rightarrow HCO_3^- + H_2O$

Это уравнение не соответствует заданному.

2) $KHCO_3$ и $KOH$

Взаимодействие кислой соли (гидрокарбоната калия) и сильного основания (щелочи).

Молекулярное уравнение: $KHCO_3 + KOH \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$

Полное ионное уравнение: $K^+ + HCO_3^- + K^+ + OH^- \rightarrow 2K^+ + CO_3^{2-} + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение: $HCO_3^- + OH^- \rightarrow CO_3^{2-} + H_2O$

Это уравнение не соответствует заданному.

3) $Ca(HCO_3)_2$ и $HNO_3$

Взаимодействие растворимой кислой соли (гидрокарбоната кальция) и сильной азотной кислоты.

Молекулярное уравнение: $Ca(HCO_3)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + 2H_2O + 2CO_2 \uparrow$

Полное ионное уравнение (все исходные соли и кислота, а также продукт-соль являются сильными электролитами):

$Ca^{2+} + 2HCO_3^- + 2H^+ + 2NO_3^- \rightarrow Ca^{2+} + 2NO_3^- + 2H_2O + 2CO_2 \uparrow$

После сокращения ионов-наблюдателей ($Ca^{2+}$ и $2NO_3^-$) получаем:

$2HCO_3^- + 2H^+ \rightarrow 2H_2O + 2CO_2 \uparrow$

Разделив все стехиометрические коэффициенты на 2, получаем искомое сокращенное ионное уравнение:

$HCO_3^- + H^+ \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

Данный вариант полностью соответствует условию задачи.

4) $NaHCO_3$ и $H_2SiO_3$

Взаимодействие гидрокарбоната натрия и кремниевой кислоты. Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) является очень слабой, нерастворимой в воде кислотой. Она значительно слабее угольной кислоты ($H_2CO_3$), поэтому не может вытеснить ее из солей. Реакция между этими веществами не протекает.

$NaHCO_3 + H_2SiO_3 \nrightarrow$

Этот вариант не подходит.

Ответ: 3

11. Карбонат натрия взаимодействует с веществами, формулы которых

1) $K_2SO_4$

2) $H_2SiO_3$

3) $HCl$

4) $KOH$

5) $CuCl_2$

Решение

Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) — это соль, образованная сильным основанием ($NaOH$) и слабой кислотой ($H_2CO_3$). Чтобы определить, с какими из предложенных веществ он будет взаимодействовать, проанализируем каждую возможную реакцию на предмет соблюдения условий ее протекания (образование осадка, газа, слабого электролита).

1)

Взаимодействие с сульфатом калия ($K_2SO_4$). Это реакция ионного обмена между двумя солями. Уравнение возможной реакции: $Na_2CO_3 + K_2SO_4 \rightleftarrows Na_2SO_4 + K_2CO_3$. Все соли, участвующие в этой реакции (исходные и продукты), являются растворимыми в воде. Поскольку в результате реакции не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита, реакция не протекает. Ответ: не взаимодействует.

2)

Взаимодействие с кремниевой кислотой ($H_2SiO_3$). Это реакция между солью и кислотой. Угольная кислота ($H_2CO_3$), соответствующая карбонат-иону, является более сильной кислотой, чем кремниевая ($H_2SiO_3$). Поэтому в водных растворах кремниевая кислота не может вытеснить угольную из её соли. Реакция возможна только при сплавлении, но в стандартных условиях в растворе она не протекает. Ответ: не взаимодействует.

3)

Взаимодействие с соляной кислотой ($HCl$). Это реакция между солью слабой кислоты и сильной кислотой. Соляная кислота ($HCl$) сильнее угольной ($H_2CO_3$), поэтому она вытесняет её из соли. Реакция протекает с выделением газа: $Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$. Образовавшаяся в ходе реакции угольная кислота ($H_2CO_3$) неустойчива и разлагается на углекислый газ и воду, что и является признаком протекания реакции. Ответ: взаимодействует.

4)

Взаимодействие с гидроксидом калия ($KOH$). Карбонат натрия является солью сильного основания ($NaOH$), а гидроксид калия ($KOH$) также является сильным основанием (щёлочью). Реакция обмена между ними невозможна, так как не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита. Ответ: не взаимодействует.

5)

Взаимодействие с хлоридом меди(II) ($CuCl_2$). Это реакция ионного обмена между двумя солями. При взаимодействии водных растворов карбоната натрия и хлорида меди(II) образуется нерастворимый карбонат меди(II): $Na_2CO_3 + CuCl_2 \rightarrow 2NaCl + CuCO_3\downarrow$. Выпадение осадка $CuCO_3$ свидетельствует о том, что реакция протекает. Ответ: взаимодействует.

12. Установите соответствие между названием вещества и формулами реагентов, с которыми это вещество может взаимодействовать.

НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА

А) кокс

Б) оксид углерода(IV)

В) карбонат кальция

ФОРМУЛЫ РЕАГЕНТОВ

1) $KCl$

2) $ZnO$

3) $O_2$

4) $H_2O + CO_2$

5) $NaOH$

А) кокс

Кокс представляет собой практически чистый углерод ($C$). Как простое вещество, углерод является восстановителем (реагирует с оксидами металлов) и горючим веществом (реагирует с кислородом). Проанализируем его реакции с предложенными реагентами. Углерод вступает в реакцию с оксидом цинка (2), кислородом (3), а также с водяным паром и углекислым газом (4) при высоких температурах. Чтобы сделать однозначный выбор, рассмотрим другие пункты задания. Как будет показано ниже, для карбоната кальция единственно возможным реагентом является (4), а для оксида углерода(IV) наиболее характерным является (5). Таким образом, для кокса остаются варианты (2) и (3). Реакция горения в кислороде является одной из самых фундаментальных и общих для углерода.

Реакция горения: $C + O_2 \xrightarrow{t} CO_2$.

Ответ: 3

Б) оксид углерода(IV)

Оксид углерода(IV) ($CO_2$) — это кислотный оксид. Кислотные оксиды реагируют с основаниями, основными и амфотерными оксидами. Из списка реагентов $CO_2$ может реагировать с амфотерным оксидом цинка (2) и с гидроксидом натрия (5), который является сильным основанием (щелочью).

Реакция с оксидом цинка: $ZnO + CO_2 \xrightarrow{t} ZnCO_3$.

Реакция с гидроксидом натрия: $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$.

Взаимодействие со щелочью является наиболее характерным свойством для кислотных оксидов, поэтому этот вариант является предпочтительным.

Ответ: 5

В) карбонат кальция

Карбонат кальция ($CaCO_3$) — это нерастворимая соль слабой угольной кислоты. Она реагирует с кислотами. Из предложенных вариантов только смесь воды и углекислого газа (4) образует угольную кислоту ($H_2CO_3$), которая способна перевести нерастворимый карбонат в растворимый гидрокарбонат кальция.

Реакция: $CaCO_3 + H_2O + CO_2 \rightarrow Ca(HCO_3)_2$.

С остальными веществами из списка карбонат кальция не взаимодействует. Следовательно, это единственно верный вариант для данного вещества.

Ответ: 4

13. При добавлении к раствору нитрата кальция массой 50 г избытка раствора карбоната натрия выпал осадок массой 1 г. Определите массовую долю нитрата кальция (%) в исходном растворе.

Дано:

Масса раствора нитрата кальция ($m_{р-ра(Ca(NO_3)_2)}$) = 50 г
Масса осадка ($m_{осадка}$) = 1 г

Найти:

Массовая доля нитрата кальция ($\omega(Ca(NO_3)_2)$) в исходном растворе, %

Решение:

При добавлении к раствору нитрата кальция избытка раствора карбоната натрия происходит реакция обмена. В результате образуется нерастворимый в воде осадок — карбонат кальция ($CaCO_3$).

1. Запишем уравнение химической реакции:
$Ca(NO_3)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaNO_3$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, необходимых для решения задачи: карбоната кальция ($CaCO_3$) и нитрата кальция ($Ca(NO_3)_2$).
$M(CaCO_3) = 40 + 12 + 3 \times 16 = 100 \text{ г/моль}$
$M(Ca(NO_3)_2) = 40 + 2 \times (14 + 3 \times 16) = 164 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) выпавшего осадка ($CaCO_3$), масса которого составляет 1 г:
$n(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)} = \frac{1 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 0.01 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции видно, что нитрат кальция и карбонат кальция реагируют в мольном соотношении 1:1. Так как карбонат натрия был в избытке, весь нитрат кальция прореагировал. Следовательно, количество вещества нитрата кальция в исходном растворе равно количеству вещества образовавшегося осадка.
$n(Ca(NO_3)_2) = n(CaCO_3) = 0.01 \text{ моль}$

5. Зная количество вещества нитрата кальция, найдем его массу в исходном растворе:
$m(Ca(NO_3)_2) = n(Ca(NO_3)_2) \times M(Ca(NO_3)_2) = 0.01 \text{ моль} \times 164 \text{ г/моль} = 1.64 \text{ г}$

6. Теперь можем определить массовую долю нитрата кальция в исходном 50-граммовом растворе:
$\omega(Ca(NO_3)_2) = \frac{m(Ca(NO_3)_2)}{m_{р-ра}} \times 100\% = \frac{1.64 \text{ г}}{50 \text{ г}} \times 100\% = 3.28\%$

Ответ: массовая доля нитрата кальция в исходном растворе составляет 3,28%.

14. Получаемая после сгорания растений зола содержит карбонат и сульфат калия. Как можно обнаружить присутствие этих солей в золе? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Решение

Для обнаружения карбоната калия ($K_2CO_3$) и сульфата калия ($K_2SO_4$) в золе необходимо провести качественные реакции на соответствующие анионы: карбонат-ион ($CO_3^{2-}$) и сульфат-ион ($SO_4^{2-}$). Для этого золу сначала растворяют в воде и фильтруют, чтобы избавиться от нерастворимых примесей. Полученный прозрачный раствор (фильтрат) делят на две части для проведения двух независимых тестов.

Обнаружение карбоната калия

В первую пробирку с фильтратом добавляют раствор сильной кислоты, например, соляной ($HCl$) или серной ($H_2SO_4$). При наличии в растворе карбонат-ионов произойдет реакция, сопровождающаяся бурным выделением пузырьков бесцветного газа без запаха — углекислого газа ($CO_2$). Это явление называют "вскипанием".

Уравнение реакции, доказывающее наличие карбонат-ионов:
$K_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2KCl + H_2O + CO_2\uparrow$

Ответ: Присутствие карбоната калия можно обнаружить по выделению углекислого газа при добавлении к водному раствору золы сильной кислоты. Уравнение реакции: $K_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2KCl + H_2O + CO_2\uparrow$.

Обнаружение сульфата калия

Во вторую пробирку с фильтратом добавляют реагент на сульфат-ион — раствор растворимой соли бария, например, хлорида бария ($BaCl_2$). Важно предварительно удалить из раствора карбонат-ионы, так как они тоже образуют с ионами бария белый осадок ($BaCO_3$) и будут мешать определению. Для этого в пробирку сначала добавляют соляную кислоту до прекращения выделения газа. После этого добавление раствора хлорида бария в присутствии сульфат-ионов приведет к выпадению белого мелкокристаллического осадка сульфата бария ($BaSO_4$). Этот осадок не растворяется в кислотах, что является подтверждающим тестом.

Уравнение реакции, доказывающее наличие сульфат-ионов:
$K_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2KCl$

Ответ: Присутствие сульфата калия можно обнаружить по образованию белого осадка, нерастворимого в кислотах, при добавлении раствора соли бария в предварительно подкисленный водный раствор золы. Уравнение реакции: $K_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2KCl$.

1. Какая формула соответствует органическому веществу?

1) $H_2CO_3$ 2) $C_3H_8$ 3) $CaC_2$ 4) $CO_2$

Решение

Органическими веществами называют соединения углерода, за исключением некоторых простейших, которые традиционно относят к неорганическим. К таким исключениям относятся оксиды углерода, угольная кислота и её соли (карбонаты), карбиды, цианиды и др. Основу органических соединений составляют углеводороды и их производные.

Проанализируем предложенные варианты:

1) $H_2CO_3$ — угольная кислота. Несмотря на наличие углерода, это соединение классифицируется как неорганическое.

2) $C_3H_8$ — пропан. Это углеводород из класса алканов. Все углеводороды являются органическими веществами.

3) $CaC_2$ — карбид кальция. Карбиды (соединения металлов или неметаллов с углеродом) относятся к неорганическим веществам.

4) $CO_2$ — диоксид углерода (углекислый газ). Является оксидом и относится к неорганическим соединениям.

Следовательно, из перечисленных формул только $C_3H_8$ соответствует органическому веществу.

Ответ: 2