Страница 31 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

6. Из предложенного перечня выберите формулу сильного электролита.

1) $H_2O$

2) $Cu(OH)_2$

3) $KOH$

4) $NH_3 \cdot H_2O$

Решение

Электролиты — это вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток благодаря распаду на ионы (диссоциации). Сила электролита определяется его способностью к диссоциации. Сильные электролиты при растворении в воде практически полностью диссоциируют на ионы. К ним относят сильные кислоты, сильные основания (гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов) и большинство растворимых солей. Слабые электролиты диссоциируют лишь в незначительной степени. К ним относятся слабые кислоты, слабые основания и вода.

Проанализируем предложенные вещества:

1) H₂O – вода является классическим примером очень слабого электролита. Её диссоциация на ионы $H^+$ и $OH^−$ крайне незначительна.

2) Cu(OH)₂ – гидроксид меди(II) является нерастворимым основанием. Нерастворимые гидроксиды металлов относятся к слабым электролитам.

3) KOH – гидроксид калия является гидроксидом щелочного металла. Щёлочи (растворимые основания) являются сильными основаниями и, соответственно, сильными электролитами. В водном растворе $KOH$ полностью диссоциирует на ионы калия ($K^+$) и гидроксид-ионы ($OH^−$).

4) NH₃ · H₂O – гидрат аммиака является слабым основанием. Его диссоциация обратима и протекает лишь в малой степени, поэтому он является слабым электролитом.

Следовательно, единственным сильным электролитом в перечне является гидроксид калия.

Ответ: 3) $KOH$.

7. Наибольшее количество ионов образуется при диссоциации 1 моль

1) сульфата меди(II)

2) серной кислоты

3) хлорида алюминия

4) гидроксида натрия

Решение

Для того чтобы определить, какое из предложенных веществ образует наибольшее количество ионов при диссоциации 1 моль, необходимо записать уравнения электролитической диссоциации для каждого вещества и подсчитать суммарное количество моль ионов, которое образуется из 1 моль каждого соединения. В рамках данной задачи будем считать, что все вещества, являющиеся сильными электролитами, диссоциируют в водном растворе полностью.

1) сульфата меди(II)

Химическая формула сульфата меди(II) – $CuSO_4$. Это растворимая соль, которая является сильным электролитом. При диссоциации она распадается на один катион меди и один сульфат-анион.

Уравнение диссоциации:

$CuSO_4 \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-}$

Из 1 моль $CuSO_4$ образуется 1 моль катионов меди $Cu^{2+}$ и 1 моль сульфат-анионов $SO_4^{2-}$.

Суммарное количество моль ионов: $1 + 1 = 2$ моль.

2) серной кислоты

Химическая формула серной кислоты – $H_2SO_4$. Это сильная двухосновная кислота. Для таких задач принимается, что диссоциация идет полностью по обеим ступеням.

Суммарное уравнение диссоциации:

$H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}$

Из 1 моль $H_2SO_4$ образуется 2 моль катионов водорода $H^+$ и 1 моль сульфат-анионов $SO_4^{2-}$.

Суммарное количество моль ионов: $2 + 1 = 3$ моль.

3) хлорида алюминия

Химическая формула хлорида алюминия – $AlCl_3$. Это растворимая соль, сильный электролит. При диссоциации она распадается на один катион алюминия и три хлорид-аниона.

Уравнение диссоциации:

$AlCl_3 \rightarrow Al^{3+} + 3Cl^-$

Из 1 моль $AlCl_3$ образуется 1 моль катионов алюминия $Al^{3+}$ и 3 моль хлорид-анионов $Cl^-$.

Суммарное количество моль ионов: $1 + 3 = 4$ моль.

4) гидроксида натрия

Химическая формула гидроксида натрия – $NaOH$. Это сильное основание (щёлочь), сильный электролит.

Уравнение диссоциации:

$NaOH \rightarrow Na^+ + OH^-$

Из 1 моль $NaOH$ образуется 1 моль катионов натрия $Na^+$ и 1 моль гидроксид-анионов $OH^-$.

Суммарное количество моль ионов: $1 + 1 = 2$ моль.

Сравнивая количество моль ионов, образующихся при диссоциации 1 моль каждого вещества (2, 3, 4 и 2 моль соответственно), мы приходим к выводу, что наибольшее количество ионов образуется при диссоциации хлорида алюминия.

Ответ: 3) хлорида алюминия.

8. В растворе одновременно могут присутствовать ионы

1) $Fe^{2+}$ и $OH^{-}$

2) $H^{+}$ и $OH^{-}$

3) $Ba^{2+}$ и $Cl^{-}$

4) $Ba^{2+}$ и $PO_4^{3-}$

Для того чтобы ионы могли одновременно существовать в растворе, они не должны вступать в реакцию друг с другом с образованием нерастворимого вещества (осадка), газа или слабого электролита (например, воды). Проанализируем каждую предложенную пару ионов.

1) Fe²⁺ и OH⁻

При взаимодействии катионов железа(II) $Fe^{2+}$ и гидроксид-анионов $OH^-$ образуется нерастворимое в воде основание — гидроксид железа(II) $Fe(OH)_2$. Эта реакция приводит к образованию осадка, поэтому данные ионы не могут сосуществовать в растворе. Сокращенное ионное уравнение выглядит так:

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

2) H⁺ и OH⁻

Катионы водорода $H^+$ и гидроксид-анионы $OH^-$ вступают в реакцию нейтрализации, образуя воду $H_2O$, которая является очень слабым электролитом. Из-за этой реакции данные ионы не могут одновременно находиться в растворе в значительных концентрациях.

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

3) Ba²⁺ и Cl⁻

Катионы бария $Ba^{2+}$ и хлорид-анионы $Cl^-$ образуют соль хлорид бария $BaCl_2$. Согласно таблице растворимости, $BaCl_2$ является хорошо растворимой в воде солью и сильным электролитом, то есть в растворе она полностью диссоциирует на ионы. Это означает, что при смешивании растворов, содержащих эти ионы, не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита. Таким образом, эти ионы могут сосуществовать в растворе.

4) Ba²⁺ и PO₄³⁻

При взаимодействии катионов бария $Ba^{2+}$ и фосфат-анионов $PO_4^{3-}$ образуется нерастворимая соль — фосфат бария $Ba_3(PO_4)_2$, которая выпадает в осадок. Следовательно, эти ионы не могут одновременно присутствовать в растворе.

$3Ba^{2+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ba_3(PO_4)_2 \downarrow$

Решение

Проанализировав все варианты, мы видим, что только пара ионов $Ba^{2+}$ и $Cl^-$ не вступает в реакцию в водном растворе, так как образующееся соединение $BaCl_2$ является растворимым в воде и сильным электролитом. В остальных случаях происходит реакция ионного обмена с образованием осадка ($Fe(OH)_2$, $Ba_3(PO_4)_2$) или слабого электролита ($H_2O$), что делает невозможным их одновременное нахождение в растворе в значительных количествах.

Ответ: 3

9. Ступенчато диссоциирует электролит, формула которого

1) $CsOH$

2) $K_3PO_4$

3) $H_2SO_3$

4) $Ca(NO_3)_2$

Ступенчатая диссоциация — это процесс поэтапного распада электролита на ионы. Такой тип диссоциации характерен для многоосновных кислот, многокислотных оснований и некоторых комплексных ионов. На каждой последующей ступени диссоциация протекает в значительно меньшей степени, чем на предыдущей.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) CsOH (гидроксид цезия) является щёлочью, то есть сильным однокислотным основанием. Сильные электролиты диссоциируют в водном растворе практически полностью и в одну ступень.

$CsOH \rightarrow Cs^+ + OH^-$

Диссоциация протекает в одну стадию.

2) K₃PO₄ (фосфат калия) — это средняя соль, образованная сильным основанием (KOH) и слабой трехосновной кислотой (H₃PO₄). Как и большинство солей, фосфат калия является сильным электролитом и диссоциирует в растворе на ионы в одну ступень.

$K_3PO_4 \rightarrow 3K^+ + PO_4^{3-}$

Диссоциация самой соли протекает в одну стадию. (Последующий гидролиз аниона $PO_4^{3-}$ является ступенчатым процессом, но это не диссоциация исходного вещества).

3) H₂SO₃ (сернистая кислота) — это слабая двухосновная кислота. Слабые многоосновные кислоты всегда диссоциируют ступенчато.

Первая ступень: $H_2SO_3 \rightleftharpoons H^+ + HSO_3^-$

Вторая ступень: $HSO_3^- \rightleftharpoons H^+ + SO_3^{2-}$

Диссоциация по второй ступени протекает в значительно меньшей степени, чем по первой. Следовательно, сернистая кислота — это электролит, который диссоциирует ступенчато.

4) Ca(NO₃)₂ (нитрат кальция) — это соль, образованная сильным основанием (Ca(OH)₂) и сильной кислотой (HNO₃). Является сильным электролитом и диссоциирует в одну ступень.

$Ca(NO_3)_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2NO_3^-$

Диссоциация протекает в одну стадию.

Ответ: 3.

10. Выберите утверждения, справедливые для процесса электролитической диссоциации.

1) Свойства гидратированных и негидратированных ионов одинаковые.

2) Основания диссоциируют ступенчато.

3) Свойства сильных электролитов обусловлены свойствами образующихся при их диссоциации ионов.

4) При диссоциации солей всегда образуются сложные катионы и анионы.

5) Степень электролитической диссоциации зависит от природы электролита.

1) Гидратированный ион — это ион, окруженный дипольными молекулами воды (гидратной оболочкой). Негидратированный ион — это ион без такой оболочки (например, в газовой фазе или в узлах ионной кристаллической решетки). Гидратная оболочка существенно изменяет свойства иона: его размер, подвижность в растворе, химическую активность и даже цвет. Например, безводный сульфат меди(II) ($CuSO_4$) белого цвета, а его водный раствор, содержащий гидратированные ионы $Cu^{2+}$, имеет голубую окраску. Следовательно, свойства гидратированных и негидратированных ионов различны.

Ответ: утверждение неверно.

2) Ступенчатая диссоциация характерна для многокислотных оснований, то есть оснований, содержащих две или более гидроксильные группы ($OH^−$). Например, гидроксид железа(III) $Fe(OH)_3$ диссоциирует в три ступени:

I ступень: $Fe(OH)_3 \rightleftharpoons Fe(OH)_2^+ + OH^−$

II ступень: $Fe(OH)_2^+ \rightleftharpoons FeOH^{2+} + OH^−$

III ступень: $FeOH^{2+} \rightleftharpoons Fe^{3+} + OH^−$

Однако однокислотные основания, особенно сильные (щелочи), такие как гидроксид натрия $NaOH$ или гидроксид калия $KOH$, диссоциируют в одну ступень: $NaOH \rightarrow Na^+ + OH^−$. Поскольку утверждение сделано для всех оснований в целом, оно является неверным.

Ответ: утверждение неверно.

3) Сильные электролиты — это вещества, которые при растворении в воде практически полностью распадаются на ионы (диссоциируют). Степень их диссоциации близка к 1 ($\alpha \approx 1$). Это означает, что в растворе сильного электролита (например, соляной кислоты $HCl$ или хлорида натрия $NaCl$) практически отсутствуют недиссоциированные молекулы. Поэтому все свойства такого раствора (электропроводность, химические реакции, коллигативные свойства) определяются именно свойствами и концентрацией ионов ($H^+$, $Cl^−$, $Na^+$ и т.д.), образующихся в результате диссоциации.

Ответ: утверждение верно.

4) Сложные ионы (или многоатомные ионы) состоят из нескольких атомов, соединенных ковалентными связями (например, $NH_4^+$, $SO_4^{2−}$). Простые ионы (или одноатомные) состоят из одного атома (например, $Na^+$, $Cl^−$). Утверждение, что при диссоциации солей всегда образуются сложные катионы и анионы, неверно. Существует множество солей, которые образуют простые ионы. Классический пример — хлорид натрия: $NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^−$. Здесь и катион $Na^+$, и анион $Cl^−$ являются простыми. Использование слова «всегда» делает утверждение ложным.

Ответ: утверждение неверно.

5) Степень электролитической диссоциации ($\alpha$) — это отношение числа молей вещества, распавшихся на ионы, к общему числу молей растворенного вещества. Этот показатель в первую очередь зависит от природы самого электролита, а именно от прочности и полярности химических связей в его молекуле. Вещества с ионной или сильнополярной ковалентной связью (например, $NaCl$, $HCl$) являются сильными электролитами и имеют высокую степень диссоциации. Вещества со слабополярной ковалентной связью (например, уксусная кислота $CH_3COOH$) являются слабыми электролитами с низкой степенью диссоциации. Таким образом, природа электролита — определяющий фактор для степени его диссоциации.

Ответ: утверждение верно.

11. Установите соответствие между формулой электролита и продуктами его электролитической диссоциации.

ФОРМУЛА ЭЛЕКТРОЛИТА

А) $K_2SO_4$

Б) $NH_4Cl$

В) $HNO_3$

ПРОДУКТЫ ДИССОЦИАЦИИ

1) $NH_3 + HCl$

2) $K^+ + HSO_4^-$

3) $NH_4^+ + Cl^-$

4) $2K^+ + SO_4^{2-}$

5) $H^+ + NO_3^-$

Решение

Для того чтобы установить соответствие, необходимо проанализировать диссоциацию каждого электролита в водном растворе.

А) K₂SO₄

Сульфат калия ($K_2SO_4$) является солью, образованной сильным основанием ($KOH$) и сильной кислотой ($H_2SO_4$). Как сильный электролит, он полностью диссоциирует в воде на ионы. В молекуле два атома калия и один сульфат-ион. Уравнение электролитической диссоциации выглядит следующим образом:

$K_2SO_4 \rightarrow 2K^+ + SO_4^{2-}$

Этот процесс соответствует продуктам, указанным в пункте 4.

Ответ: 4

Б) NH₄Cl

Хлорид аммония ($NH_4Cl$) — это соль, образованная слабым основанием (гидратом аммиака $NH_3 \cdot H_2O$) и сильной кислотой (соляной кислотой $HCl$). Как и все растворимые соли, хлорид аммония является сильным электролитом и полностью диссоциирует на катион аммония и хлорид-анион:

$NH_4Cl \rightarrow NH_4^+ + Cl^-$

Этот процесс соответствует продуктам, указанным в пункте 3.

Ответ: 3

В) HNO₃

Азотная кислота ($HNO_3$) — это сильная одноосновная кислота. Сильные кислоты в водных растворах практически полностью диссоциируют на ионы водорода (протоны) и анионы кислотного остатка:

$HNO_3 \rightarrow H^+ + NO_3^-$

Этот процесс соответствует продуктам, указанным в пункте 5.

Ответ: 5

12. Напишите формулы двух электролитов, при растворении которых в воде образуются одинаковые:

а) катионы;

б) простые анионы.

Приведите соответствующие уравнения диссоциации.

Электролиты — это вещества, которые при растворении в воде или расплавлении распадаются на ионы (положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы) и поэтому их растворы или расплавы проводят электрический ток.

а) катионы

Чтобы при диссоциации двух различных электролитов образовывались одинаковые катионы, необходимо взять два вещества, в состав которых входит один и тот же металл или катион аммония ($NH_4^+$), но разные кислотные остатки (анионы). Например, можно взять две разные соли натрия или соль и основание натрия.

Возьмем в качестве примера сульфат натрия ($Na_2SO_4$) и хлорид натрия ($NaCl$). Оба этих вещества являются сильными электролитами и при растворении в воде диссоциируют с образованием катиона натрия ($Na^+$).

Уравнения диссоциации:

1. Сульфат натрия:

$Na_2SO_4 \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-}$

2. Хлорид натрия:

$NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^-$

В обоих случаях в растворе образуются одинаковые катионы — катионы натрия ($Na^+$).

Ответ: Формулы электролитов: $Na_2SO_4$ и $NaCl$. Уравнения диссоциации: $Na_2SO_4 \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-}$; $NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^-$.

б) простые анионы

Простой анион — это отрицательно заряженный ион, состоящий из атома одного химического элемента (например, $Cl^-, S^{2-}$). Чтобы при диссоциации двух разных электролитов образовывались одинаковые простые анионы, нужно взять два вещества, которые содержат этот анион, но имеют разные катионы. Например, можно взять две соли с разными металлами, но одинаковым кислотным остатком, или кислоту и соль.

Возьмем в качестве примера хлорид-анион ($Cl^-$). Электролитами, образующими при диссоциации этот анион, могут быть соляная кислота ($HCl$) и хлорид магния ($MgCl_2$).

Уравнения диссоциации:

1. Соляная кислота:

$HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$

2. Хлорид магния:

$MgCl_2 \rightarrow Mg^{2+} + 2Cl^-$

В обоих случаях в растворе образуются одинаковые простые анионы — хлорид-ионы ($Cl^-$).

Ответ: Формулы электролитов: $HCl$ и $MgCl_2$. Уравнения диссоциации: $HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$; $MgCl_2 \rightarrow Mg^{2+} + 2Cl^-$.