Страница 159 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

3. Вещества, которые при диссоциации в водном растворе образуют катионы металлов и анионы кислотных остатков, относят

1) к кислотам

2) к щелочам

3) к оксидам

4) к солям

Решение

В соответствии с теорией электролитической диссоциации С. Аррениуса, вещества можно классифицировать по типу ионов, которые они образуют при растворении в воде.

1) Кислоты – это электролиты, которые при диссоциации в водном растворе образуют катионы водорода ($H^+$) и анионы кислотного остатка. Например, соляная кислота диссоциирует следующим образом:
$HCl \rightleftharpoons H^+ + Cl^-$
В качестве катионов образуются ионы водорода, а не металлов. Следовательно, этот вариант не подходит.

2) Щелочи (растворимые основания) – это электролиты, которые при диссоциации в водном растворе образуют катионы металла и гидроксид-анионы ($OH^-$). Например, гидроксид натрия диссоциирует так:
$NaOH \rightleftharpoons Na^+ + OH^-$
В качестве анионов образуются гидроксид-ионы, а не анионы кислотных остатков. Следовательно, этот вариант не подходит.

3) Оксиды – это соединения элементов с кислородом. Большинство из них не являются электролитами и не диссоциируют в воде. Некоторые оксиды (оксиды активных металлов или кислотные оксиды) реагируют с водой с образованием оснований или кислот, которые затем диссоциируют. Но сами оксиды не определяются через диссоциацию на катионы металла и анионы кислотного остатка. Следовательно, этот вариант не подходит.

4) Соли – это электролиты, которые при диссоциации в водном растворе образуют катионы металла (или катион аммония $NH_4^+$) и анионы кислотного остатка. Например, хлорид натрия (поваренная соль) диссоциирует на катион натрия и анион хлора (кислотный остаток соляной кислоты):
$NaCl \rightleftharpoons Na^+ + Cl^-$
Сульфат меди(II) диссоциирует на катион меди и анион сульфата (кислотный остаток серной кислоты):
$CuSO_4 \rightleftharpoons Cu^{2+} + SO_4^{2-}$
Это определение полностью соответствует условию задачи.

Таким образом, вещества, которые при диссоциации в водном растворе образуют катионы металлов и анионы кислотных остатков, относятся к солям.

Ответ: 4) к солям.

4. Нитрат-ионы содержатся в растворе вещества, формула которого

1) $K_3N$

2) $HNO_2$

3) $NaCl$

4) $Ca(NO_3)_2$

Решение

Для того чтобы определить, в растворе какого вещества содержатся нитрат-ионы, необходимо проанализировать формулу каждого соединения и его поведение в водном растворе. Нитрат-ион имеет формулу $NO_3^-$.

1) K₃N
Нитрид калия. Это соединение состоит из катионов калия $K^+$ и нитрид-анионов $N^{3-}$. Нитрид-ион в воде подвергается необратимому гидролизу с образованием аммиака и гидроксид-ионов. Таким образом, в растворе будут ионы $K^+$ и $OH^-$, а также молекулы $NH_3$, но не нитрат-ионы.

2) HNO₂
Азотистая кислота. Это слабая кислота, которая при растворении в воде обратимо диссоциирует на катион водорода $H^+$ и нитрит-анион $NO_2^-$. Нитрит-ион ($NO_2^-$) не является нитрат-ионом ($NO_3^-$).

3) NaCl
Хлорид натрия. Это соль, которая в водном растворе диссоциирует на катионы натрия $Na^+$ и хлорид-анионы $Cl^-$. В составе этого вещества нет группы $NO_3$, поэтому нитрат-ионы в растворе отсутствуют.

4) Ca(NO₃)₂
Нитрат кальция. Это соль, образованная катионом кальция $Ca^{2+}$ и двумя нитрат-анионами $NO_3^-$. Нитраты являются солями сильной азотной кислоты ($HNO_3$) и хорошо растворимы в воде. При растворении нитрат кальция полностью диссоциирует на ионы:
$Ca(NO_3)_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2NO_3^-$
Следовательно, раствор этого вещества содержит нитрат-ионы.

Ответ: 4) $Ca(NO_3)_2$

5. Наибольшее число анионов образуется при полной диссоциации

1 моль вещества, формула которого

1) $CaCl_2$

2) $K_2CO_3$

3) $Al_2(SO_4)_3$

4) $Na_3PO_4$

Дано:

Количество каждого вещества: 1 моль.
Вещества: $CaCl_2$, $K_2CO_3$, $Al_2(SO_4)_3$, $Na_3PO_4$.
Условие: полная диссоциация.

Найти:

Вещество, при диссоциации 1 моль которого образуется наибольшее число моль анионов.

Решение:

Для решения задачи необходимо определить количество моль анионов, образующихся при полной диссоциации 1 моль каждого из предложенных веществ. Для этого запишем уравнения электролитической диссоциации.

1) CaCl₂

Уравнение диссоциации хлорида кальция:
$CaCl_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2Cl^-$
При диссоциации 1 моль $CaCl_2$ образуется 2 моль анионов $Cl^-$.

2) K₂CO₃

Уравнение диссоциации карбоната калия:
$K_2CO_3 \rightarrow 2K^+ + CO_3^{2-}$
При диссоциации 1 моль $K_2CO_3$ образуется 1 моль анионов $CO_3^{2-}$.

3) Al₂(SO₄)₃

Уравнение диссоциации сульфата алюминия:
$Al_2(SO_4)_3 \rightarrow 2Al^{3+} + 3SO_4^{2-}$
При диссоциации 1 моль $Al_2(SO_4)_3$ образуется 3 моль анионов $SO_4^{2-}$.

4) Na₃PO₄

Уравнение диссоциации фосфата натрия:
$Na_3PO_4 \rightarrow 3Na^+ + PO_4^{3-}$
При диссоциации 1 моль $Na_3PO_4$ образуется 1 моль анионов $PO_4^{3-}$.

Сравним количество моль анионов, образующихся в каждом случае:
- Вариант 1 ($CaCl_2$): 2 моль анионов.
- Вариант 2 ($K_2CO_3$): 1 моль анионов.
- Вариант 3 ($Al_2(SO_4)_3$): 3 моль анионов.
- Вариант 4 ($Na_3PO_4$): 1 моль анионов.
Наибольшее количество анионов (3 моль) образуется при диссоциации сульфата алюминия.

Ответ: 3.

6. Реакция ионного обмена возможна между веществами, формулы которых

1) $K_2CO_3$ и $LiNO_3$

2) $Na_2CO_3$ и $H_2SO_4$

3) $Al_2(SO_4)_3$ и $MgCl_2$

4) $HNO_3$ и $FeSO_4$

Решение

Реакции ионного обмена в водных растворах электролитов протекают до конца (считаются возможными) только в том случае, если в результате взаимодействия ионов образуется хотя бы один из следующих продуктов:

• нерастворимое или малорастворимое вещество (выпадает осадок $\downarrow$);
• газообразное вещество (выделяется газ $\uparrow$);
• слабый электролит (например, вода $H_2O$, слабая кислота или слабое основание).

Проанализируем каждую пару предложенных веществ.

1) $K_2CO_3$ и $LiNO_3$

При смешивании растворов карбоната калия и нитрата лития могла бы произойти следующая реакция:

$K_2CO_3 + 2LiNO_3 \rightarrow 2KNO_3 + Li_2CO_3$

Продукты реакции — нитрат калия ($KNO_3$) и карбонат лития ($Li_2CO_3$). Согласно таблице растворимости, $KNO_3$ хорошо растворим в воде. $Li_2CO_3$ является малорастворимым веществом, но его растворимость достаточна, чтобы в разбавленных растворах реакция не шла до конца. Таким образом, видимых признаков реакции (образование обильного осадка) может не наблюдаться, и реакция считается обратимой.

2) $Na_2CO_3$ и $H_2SO_4$

При взаимодействии карбоната натрия (соль) и серной кислоты (сильная кислота) происходит реакция обмена:

$Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2CO_3$

Образующаяся в результате угольная кислота ($H_2CO_3$) является крайне неустойчивой и немедленно разлагается на воду и углекислый газ:

$H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$

Суммарное уравнение реакции:

$Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2\uparrow$

В результате реакции образуется газ ($CO_2$) и слабый электролит ($H_2O$), что является признаком необратимого протекания реакции ионного обмена. Следовательно, эта реакция возможна.

3) $Al_2(SO_4)_3$ и $MgCl_2$

При смешивании растворов сульфата алюминия и хлорида магния гипотетически могла бы произойти реакция:

$Al_2(SO_4)_3 + 3MgCl_2 \rightarrow 2AlCl_3 + 3MgSO_4$

Все исходные вещества ($Al_2(SO_4)_3$ и $MgCl_2$) и все возможные продукты ($AlCl_3$ и $MgSO_4$) являются хорошо растворимыми в воде солями и сильными электролитами. Ни осадка, ни газа, ни слабого электролита не образуется. Реакция не идет.

4) $HNO_3$ и $FeSO_4$

В этой паре азотная кислота ($HNO_3$) является сильным окислителем, а сульфат железа(II) ($FeSO_4$) содержит ион $Fe^{2+}$, который может быть окислен. Поэтому между этими веществами протекает окислительно-восстановительная реакция, а не реакция ионного обмена.

Если бы мы предположили протекание реакции обмена, то получили бы:

$2HNO_3 + FeSO_4 \rightarrow H_2SO_4 + Fe(NO_3)_2$

Все вещества в этом уравнении являются сильными электролитами, и нет никаких условий для протекания реакции обмена. Поэтому реакция ионного обмена невозможна.

Таким образом, единственная пара веществ, между которыми возможна реакция ионного обмена, идущая до конца, — это карбонат натрия и серная кислота.

Ответ:

2

7. Сокращённое ионное уравнение $2\text{H}^+ + \text{SO}_3^{2-} = \text{SO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$ соответствует взаимодействию

1) сероводородной кислоты с сульфатом кальция

2) соляной кислоты с сульфитом калия

3) кремниевой кислоты с сульфидом калия

4) азотной кислоты с оксидом серы(VI)

Данное сокращённое ионное уравнение $2H^+ + SO_3^{2-} = SO_2 \uparrow + H_2O$ описывает взаимодействие сильной кислоты (источник ионов водорода $H^+$) и растворимой соли-сульфита (источник сульфит-ионов $SO_3^{2-}$). В результате реакции образуется неустойчивая сернистая кислота $H_2SO_3$, которая сразу же разлагается на сернистый газ $SO_2$ и воду $H_2O$. Для того чтобы ионы $H^+$ и $SO_3^{2-}$ присутствовали в растворе, исходные вещества должны быть сильными электролитами и растворимыми в воде.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов взаимодействия.

1) сероводородной кислоты с сульфатом кальция
Сероводородная кислота $H_2S$ является слабой кислотой, а сульфат кальция $CaSO_4$ – малорастворимой солью (осадком). В ионных уравнениях слабые кислоты и нерастворимые вещества записываются в молекулярной форме. Кроме того, в реакции участвует сульфат-ион $SO_4^{2-}$, а не сульфит-ион $SO_3^{2-}$. Эта реакция не будет протекать и не соответствует заданному уравнению.
Ответ: Неверно.

2) соляной кислоты с сульфитом калия
Соляная кислота $HCl$ – сильная кислота, в растворе полностью диссоциирует на ионы $H^+$ и $Cl^-$. Сульфит калия $K_2SO_3$ – растворимая в воде соль, которая диссоциирует на ионы $2K^+$ и $SO_3^{2-}$.
Молекулярное уравнение реакции:
$2HCl(aq) + K_2SO_3(aq) \rightarrow 2KCl(aq) + SO_2(g) \uparrow + H_2O(l)$
Полное ионное уравнение, учитывая, что $HCl$, $K_2SO_3$ и $KCl$ являются сильными электролитами:
$2H^+(aq) + 2Cl^-(aq) + 2K^+(aq) + SO_3^{2-}(aq) \rightarrow 2K^+(aq) + 2Cl^-(aq) + SO_2(g) + H_2O(l)$
Исключив ионы-наблюдатели ($K^+$ и $Cl^-$), которые присутствуют в левой и правой частях уравнения, получим сокращённое ионное уравнение:
$2H^+(aq) + SO_3^{2-}(aq) \rightarrow SO_2(g) + H_2O(l)$
Это уравнение полностью совпадает с приведённым в задании.
Ответ: Верно.

3) кремниевой кислоты с сульфидом калия
Кремниевая кислота $H_2SiO_3$ – нерастворимая и очень слабая кислота. Сульфид калия $K_2S$ предоставляет сульфид-ионы $S^{2-}$, а не сульфит-ионы $SO_3^{2-}$. Таким образом, реагенты не соответствуют тем, что указаны в ионном уравнении.
Ответ: Неверно.

4) азотной кислоты с оксидом серы(VI)
Азотная кислота $HNO_3$ является сильной кислотой, но оксид серы(VI) $SO_3$ – это кислотный оксид, а не соль, и он не является источником сульфит-ионов $SO_3^{2-}$ (это ион, соответствующий оксиду серы(IV) $SO_2$). Реакция между кислотой и кислотным оксидом не протекает таким образом.
Ответ: Неверно.

8. Одновременно не могут находиться в растворе ионы

1) $Mg^{2+}$ и $Cl^{-}$

2) $Ba^{2+}$ и $SO_{4}^{2-}$

3) $H^{+}$ и $NO_{3}^{-}$

4) $Ag^{+}$ и $NO_{3}^{-}$

Решение

Чтобы ионы могли одновременно находиться в растворе, они не должны взаимодействовать друг с другом с образованием нерастворимого вещества (осадка), газа или слабого электролита (например, воды). Для определения возможности сосуществования ионов необходимо обратиться к таблице растворимости солей, кислот и оснований в воде. Проанализируем каждую предложенную пару ионов.

1) $Mg^{2+}$ и $Cl^{-}$

Ионы магния $Mg^{2+}$ и хлорид-ионы $Cl^{-}$ при слиянии растворов, их содержащих, образуют хлорид магния $MgCl_2$. Согласно таблице растворимости, $MgCl_2$ является хорошо растворимой в воде солью. Это означает, что в растворе она существует в виде отдельных ионов $Mg^{2+}$ и $Cl^{-}$. Следовательно, эти ионы могут одновременно находиться в растворе.

2) $Ba^{2+}$ и $SO_4^{2-}$

При взаимодействии ионов бария $Ba^{2+}$ и сульфат-ионов $SO_4^{2-}$ образуется сульфат бария $BaSO_4$. Если посмотреть в таблицу растворимости, можно увидеть, что $BaSO_4$ — нерастворимое вещество. Оно выпадает в виде белого кристаллического осадка. Происходит химическая реакция:
$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$
Поскольку ионы связываются в нерастворимое соединение, они не могут одновременно присутствовать в растворе в значительных количествах.

3) $H^{+}$ и $NO_3^{-}$

Ионы водорода $H^{+}$ (катионы гидроксония $H_3O^{+}$) и нитрат-ионы $NO_3^{-}$ образуют азотную кислоту $HNO_3$. Азотная кислота является сильной кислотой, что означает её полную диссоциацию в водном растворе на ионы $H^{+}$ и $NO_3^{-}$. Таким образом, эти ионы могут свободно сосуществовать в растворе.

4) $Ag^{+}$ и $NO_3^{-}$

Ионы серебра $Ag^{+}$ и нитрат-ионы $NO_3^{-}$ образуют нитрат серебра $AgNO_3$. Согласно правилу растворимости, все нитраты являются растворимыми в воде солями. Следовательно, $AgNO_3$ хорошо растворяется в воде, и ионы $Ag^{+}$ и $NO_3^{-}$ могут одновременно находиться в растворе.

Вывод: единственной парой ионов, которая не может одновременно находиться в растворе из-за образования осадка, является пара $Ba^{2+}$ и $SO_4^{2-}$.

Ответ: 2

9. Верны ли следующие суждения о гидролизе солей?

A. Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергаются.

Б. Водные растворы солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой, имеют кислотную среду.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Для ответа на вопрос проанализируем каждое суждение по отдельности.

А. Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергаются.

Гидролиз соли — это обменное взаимодействие ионов соли с молекулами воды, приводящее к образованию слабого электролита (слабой кислоты или слабого основания). Соли, образованные сильным основанием (например, NaOH, KOH) и сильной кислотой (например, HCl, H₂SO₄), диссоциируют в воде на ионы, которые являются очень слабыми сопряженными кислотами и основаниями. Они не способны связывать ионы $H^+$ или $OH^-$ из воды, так как соответствующие им кислота и основание полностью диссоциированы.

Например, хлорид калия ($KCl$) диссоциирует на ионы $K^+$ и $Cl^-$.

Катион $K^+$ — ион сильного основания KOH, он не реагирует с водой.

Анион $Cl^-$ — ион сильной кислоты HCl, он также не реагирует с водой.

В результате равновесие диссоциации воды $H_2O \leftrightarrow H^+ + OH^-$ не смещается, концентрации ионов $H^+$ и $OH^-$ остаются равными, и среда раствора остается нейтральной ($pH = 7$). Таким образом, гидролиз не происходит.

Ответ: суждение верно.

Б. Водные растворы солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой, имеют кислотную среду.

Соли данного типа состоят из катиона слабого основания и аниона сильной кислоты. При растворении в воде анион сильной кислоты не вступает в реакцию с водой. Однако катион, который является сопряженной кислотой для слабого основания, взаимодействует с водой, отдавая ей протон. Этот процесс называется гидролизом по катиону.

Рассмотрим в качестве примера хлорид меди(II) ($CuCl_2$), соль, образованную слабым основанием $Cu(OH)_2$ и сильной кислотой HCl. В воде соль диссоциирует: $CuCl_2 \rightarrow Cu^{2+} + 2Cl^-$.

Ион $Cu^{2+}$ реагирует с водой:

$Cu^{2+} + H_2O \leftrightarrow CuOH^+ + H^+$

В результате этой реакции в растворе образуются ионы водорода $H^+$. Увеличение их концентрации приводит к тому, что среда раствора становится кислотной ($pH < 7$).

Ответ: суждение верно.

Поскольку оба суждения (А и Б) верны, правильным является вариант ответа, утверждающий, что верны оба суждения.

Ответ: 3) оба суждения верны

10. Нейтральную среду имеют водные растворы солей, формулы ко-

торых

1) $Na_2SO_4$ и $KCl$

2) $BaCl_2$ и $K_2S$

3) $NaNO_3$ и $K_2SO_3$

4) $FeSO_4$ и $AlCl_3$

Среда водного раствора соли определяется гидролизом — взаимодействием ионов соли с водой. Нейтральную среду ($pH \approx 7$) имеют растворы солей, образованных сильным основанием и сильной кислотой, так как ионы таких солей не вступают в реакцию гидролиза.

Рассмотрим каждый вариант:

1) Na₂SO₄ и KCl
Сульфат натрия ($Na_2SO_4$) — соль, образованная сильным основанием $NaOH$ (гидроксид натрия) и сильной кислотой $H_2SO_4$ (серная кислота). Гидролизу не подвергается, среда раствора нейтральная.
Хлорид калия ($KCl$) — соль, образованная сильным основанием $KOH$ (гидроксид калия) и сильной кислотой $HCl$ (соляная кислота). Гидролизу не подвергается, среда раствора нейтральная.
Оба раствора имеют нейтральную среду.

2) BaCl₂ и K₂S
Хлорид бария ($BaCl_2$) — соль сильного основания $Ba(OH)_2$ (гидроксид бария) и сильной кислоты $HCl$ (соляная кислота). Раствор нейтральный.
Сульфид калия ($K_2S$) — соль сильного основания $KOH$ (гидроксид калия) и слабой кислоты $H_2S$ (сероводородная кислота). Подвергается гидролизу по аниону, что приводит к накоплению гидроксид-ионов $OH^-$ и созданию щелочной среды ($pH > 7$).
$S^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HS^- + OH^-$
Так как один из растворов имеет щелочную среду, этот вариант не подходит.

3) NaNO₃ и K₂SO₃
Нитрат натрия ($NaNO_3$) — соль сильного основания $NaOH$ (гидроксид натрия) и сильной кислоты $HNO_3$ (азотная кислота). Раствор нейтральный.
Сульфит калия ($K_2SO_3$) — соль сильного основания $KOH$ (гидроксид калия) и слабой кислоты $H_2SO_3$ (сернистая кислота). Подвергается гидролизу по аниону, что создаёт щелочную среду ($pH > 7$).
$SO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HSO_3^- + OH^-$
Этот вариант не подходит.

4) FeSO₄ и AlCl₃
Сульфат железа(II) ($FeSO_4$) — соль слабого основания $Fe(OH)_2$ (гидроксид железа(II)) и сильной кислоты $H_2SO_4$ (серная кислота). Подвергается гидролизу по катиону, что приводит к накоплению ионов водорода $H^+$ и созданию кислотной среды ($pH < 7$).
$Fe^{2+} + H_2O \rightleftharpoons FeOH^+ + H^+$
Хлорид алюминия ($AlCl_3$) — соль слабого основания $Al(OH)_3$ (гидроксид алюминия) и сильной кислоты $HCl$ (соляная кислота). Также подвергается гидролизу по катиону, создавая кислотную среду ($pH < 7$).
$Al^{3+} + H_2O \rightleftharpoons AlOH^{2+} + H^+$
Оба раствора имеют кислотную среду, поэтому вариант не подходит.

Таким образом, только соли в первом варианте образуют водные растворы с нейтральной средой.

Ответ: 1