Страница 33 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

8. В растворе одновременно не могут присутствовать ионы

1) $Cu^{2+}$ и $OH^{-}$

2) $Ba^{2+}$ и $NO_3^{-}$

3) $Ca^{2+}$ и $Cl^{-}$

4) $Na^{+}$ и $PO_3^{3-}$

В водном растворе не могут одновременно находиться ионы, которые при взаимодействии друг с другом образуют нерастворимое соединение (осадок), газ или слабый электролит (например, воду). Чтобы ответить на вопрос, необходимо проанализировать каждую пару ионов, используя таблицу растворимости.

1) Cu²⁺ и OH⁻

Ионы меди(II) $Cu^{2+}$ и гидроксид-ионы $OH^{-}$ реагируют с образованием гидроксида меди(II) $Cu(OH)_2$. Согласно таблице растворимости, $Cu(OH)_2$ — это нерастворимое в воде вещество синего цвета, которое выпадает в осадок. Реакция в ионном виде: $Cu^{2+} + 2OH^{-} \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow$. Следовательно, эти ионы не могут сосуществовать в растворе.

2) Ba²⁺ и NO₃⁻

Ионы бария $Ba^{2+}$ и нитрат-ионы $NO_3^{-}$ могут образовывать соль нитрат бария $Ba(NO_3)_2$. Все нитраты являются растворимыми солями, поэтому $Ba(NO_3)_2$ растворяется в воде, и реакции с образованием осадка не происходит. Эти ионы могут свободно находиться в одном растворе.

3) Ca²⁺ и Cl⁻

Ионы кальция $Ca^{2+}$ и хлорид-ионы $Cl^{-}$ могут образовывать хлорид кальция $CaCl_2$. Это хорошо растворимая в воде соль. Реакция не идет, ионы могут сосуществовать в растворе.

4) Na⁺ и PO₄³⁻

Ионы натрия $Na^{+}$ и фосфат-ионы $PO_4^{3-}$ могут образовывать фосфат натрия $Na_3PO_4$. Все соли натрия растворимы, поэтому реакции с образованием осадка не происходит. Эти ионы могут сосуществовать в растворе.

Таким образом, единственная пара ионов, которая не может одновременно присутствовать в растворе из-за образования осадка, — это ионы $Cu^{2+}$ и $OH^{-}$.
Ответ: 1

9. Ступенчато диссоциирует электролит, формула которого

2) $H_3PO_4$

3) $Na_2CO_3$

4) $HNO_2$

Решение

Ступенчатая диссоциация — это процесс распада электролита на ионы, который протекает в несколько последовательных стадий. Такой тип диссоциации характерен для многоосновных кислот и многокислотных оснований, так как отщепление каждого последующего иона (H⁺ или OH⁻) происходит труднее, чем предыдущего. Рассмoтрим каждый из предложенных вариантов.

1) NaOH

Гидроксид натрия (NaOH) — это сильное основание (щёлочь). Он является однокислотным основанием, так как содержит только одну гидроксогруппу. Его диссоциация в водном растворе происходит в одну стадию и практически необратимо:
$NaOH \rightarrow Na^+ + OH^-$
Следовательно, диссоциация NaOH не является ступенчатой.

2) H₃PO₄

Ортофосфорная кислота (H₃PO₄) — это трехосновная кислота средней силы. Наличие трех атомов водорода, способных отщепляться в виде протонов, обуславливает её ступенчатую диссоциацию. Процесс происходит в три стадии:
I ступень: $H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^-$ (диссоциация по первой ступени протекает в наибольшей степени)
II ступень: $H_2PO_4^- \rightleftharpoons H^+ + HPO_4^{2-}$ (протекает в значительно меньшей степени)
III ступень: $HPO_4^{2-} \rightleftharpoons H^+ + PO_4^{3-}$ (протекает в очень незначительной степени)
Таким образом, ортофосфорная кислота диссоциирует ступенчато.

3) Na₂CO₃

Карбонат натрия (Na₂CO₃) — это соль, образованная сильным основанием (NaOH) и слабой двухосновной кислотой (H₂CO₃). Как соль, являющаяся сильным электролитом, она диссоциирует в водном растворе в одну стадию, полностью распадаясь на ионы:
$Na_2CO_3 \rightarrow 2Na^+ + CO_3^{2-}$
Ступенчатым является последующий процесс гидролиза аниона $CO_3^{2-}$, но не диссоциация самого вещества Na₂CO₃.

4) HNO₂

Азотистая кислота (HNO₂) — это слабая одноосновная кислота. Поскольку в её молекуле есть только один атом водорода, способный к диссоциации, процесс распада на ионы происходит в одну стадию:
$HNO_2 \rightleftharpoons H^+ + NO_2^-$
Диссоциация не является ступенчатой.

Из всех перечисленных веществ только ортофосфорная кислота является многоосновной и диссоциирует ступенчато.
Ответ: 2.

10. Выберите утверждения, справедливые для процесса электролитической диссоциации.

1) Степень электролитической диссоциации не зависит от природы электролита.

2) Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато.

3) Все соли диссоциируют ступенчато.

4) Образующиеся при диссоциации ионы в растворе гидратированы.

5) Для сильных электролитов процесс диссоциации обратим.

1) Степень электролитической диссоциации не зависит от природы электролита.

Данное утверждение является неверным. Степень диссоциации, обозначаемая как $ \alpha $, показывает долю молекул электролита, распавшихся на ионы. Эта величина является ключевой характеристикой электролита и напрямую зависит от его природы. Например, сильные кислоты ($HCl$, $HNO_3$), щелочи ($NaOH$, $KOH$) и большинство солей являются сильными электролитами и диссоциируют практически полностью ($ \alpha \to 1 $). В то же время, слабые кислоты ($CH_3COOH$, $H_2S$) и основания ($NH_3 \cdot H_2O$) являются слабыми электролитами, их диссоциация происходит лишь в незначительной степени ($ \alpha \ll 1 $). Таким образом, природа химических связей в веществе определяет его способность к диссоциации.

Ответ: Неверно.

2) Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато.

Это утверждение верно. Многоосновные кислоты, то есть кислоты, содержащие в молекуле два или более атома водорода, способных к ионизации, диссоциируют в несколько стадий (ступенчато). На каждой ступени отщепляется один протон ($H^+$). Диссоциация по каждой последующей ступени всегда протекает слабее, чем по предыдущей. Классическим примером является диссоциация фосфорной кислоты $H_3PO_4$:
I ступень: $H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^-$
II ступень: $H_2PO_4^- \rightleftharpoons H^+ + HPO_4^{2-}$
III ступень: $HPO_4^{2-} \rightleftharpoons H^+ + PO_4^{3-}$

Ответ: Верно.

3) Все соли диссоциируют ступенчато.

Это утверждение неверно. Ступенчатая диссоциация не является характерной для всех солей. Большинство солей (например, $NaCl$, $K_2SO_4$, $Al(NO_3)_3$) являются сильными электролитами и диссоциируют в водном растворе в одну стадию, практически полностью распадаясь на ионы. Например: $Al(NO_3)_3 \rightarrow Al^{3+} + 3NO_3^-$. Ступенчато могут диссоциировать анионы кислых солей (например, ион $HCO_3^-$ в растворе $NaHCO_3$) или катионы основных солей, но это свойство иона, а не правило диссоциации для всех солей как класса соединений. Поэтому обобщение "все соли" делает утверждение ложным.

Ответ: Неверно.

4) Образующиеся при диссоциации ионы в растворе гидратированы.

Это утверждение верно. Диссоциация в водных растворах — это не просто распад молекулы на ионы, а сложный физико-химический процесс, включающий взаимодействие ионов с молекулами растворителя (воды). Молекулы воды являются диполями и ориентируются вокруг ионов: положительные полюсы (атомы водорода) притягиваются к анионам, а отрицательные (атомы кислорода) — к катионам. В результате каждый ион оказывается окруженным оболочкой из молекул воды, то есть становится гидратированным. Этот процесс стабилизирует ионы в растворе.

Ответ: Верно.

5) Для сильных электролитов процесс диссоциации обратим.

Это утверждение неверно. Характерной чертой сильных электролитов является их практически полная и необратимая диссоциация в разбавленных растворах. Равновесие реакции диссоциации у них настолько сильно смещено вправо (в сторону продуктов), что обратным процессом (ассоциацией ионов в молекулы) принято пренебрегать. Поэтому в уравнениях их диссоциации используют стрелку в одну сторону ($ \rightarrow $). Обратимость диссоциации ($ \rightleftharpoons $) — это свойство слабых электролитов, которые диссоциируют лишь частично.

Ответ: Неверно.

11. Установите соответствие между ионом и электролитом, при диссоциации которого этот ион образуется.

ИОН

ЭЛЕКТРОЛИТ

A) $S^{2-}$

Б) $OH^{-}$

В) $Cu^{2+}$

1) $CuS$

2) $KOH$

3) $Cu(OH)_2$

4) $CuCl_2$

5) $Na_2S$

Для того чтобы установить соответствие, необходимо проанализировать диссоциацию каждого из предложенных электролитов в водном растворе. Электролитическая диссоциация — это процесс распада вещества на ионы при его растворении или расплавлении.

А) Ищем электролит, при диссоциации которого в водном растворе образуется сульфид-ион $S^{2-}$. Рассмотрим вещества, содержащие в своем составе серу:

1) $CuS$ (сульфид меди(II)) — является практически нерастворимой в воде солью, и, следовательно, очень слабым электролитом. Его диссоциация на ионы $Cu^{2+}$ и $S^{2-}$ в водном растворе крайне незначительна.

5) $Na_2S$ (сульфид натрия) — это растворимая в воде соль, которая является сильным электролитом. В водном растворе она полностью диссоциирует на ионы: $Na_2S \rightarrow 2Na^{+} + S^{2-}$.

Следовательно, сульфид натрия является подходящим электролитом для получения ионов $S^{2-}$ в растворе.

Ответ: 5

Б) Ищем электролит, при диссоциации которого образуется гидроксид-ион $OH^{-}$. Рассмотрим вещества, являющиеся основаниями:

2) $KOH$ (гидроксид калия) — это сильное основание (щёлочь), которое является сильным электролитом. В водном растворе полностью диссоциирует с образованием ионов калия и гидроксид-ионов: $KOH \rightarrow K^{+} + OH^{-}$.

3) $Cu(OH)_2$ (гидроксид меди(II)) — нерастворимое в воде основание, является слабым электролитом. Его диссоциация в воде незначительна: $Cu(OH)_2 \rightleftharpoons Cu^{2+} + 2OH^{-}$.

Следовательно, гидроксид калия является электролитом, который образует ионы $OH^{-}$ при диссоциации.

Ответ: 2

В) Ищем электролит, при диссоциации которого образуется ион меди(II) $Cu^{2+}$. Рассмотрим вещества, содержащие в своем составе медь:

1) $CuS$ (сульфид меди(II)) — нерастворимое вещество, слабый электролит.

3) $Cu(OH)_2$ (гидроксид меди(II)) — нерастворимое вещество, слабый электролит.

4) $CuCl_2$ (хлорид меди(II)) — это растворимая в воде соль, которая является сильным электролитом. В водном растворе она полностью диссоциирует на ионы меди(II) и хлорид-ионы: $CuCl_2 \rightarrow Cu^{2+} + 2Cl^{-}$.

Следовательно, хлорид меди(II) является источником ионов $Cu^{2+}$ в растворе.

Ответ: 4

12. Приведите примеры веществ, образующих в водном растворе цветные ионы:

а) катионы;

б) анионы.

Приведите соответствующие уравнения диссоциации.

Решение

Цветные ионы в водных растворах, как правило, образуют d-элементы (переходные металлы). Окраска их ионов связана с переходами электронов между d-орбиталями, которые расщепляются на разные энергетические уровни под влиянием лигандов (в данном случае молекул воды).

а) катионы

Примером вещества, образующего в водном растворе цветные катионы, является сульфат меди(II) ($CuSO_4$). Его водный раствор имеет характерный голубой или синий цвет, обусловленный гидратированными катионами меди(II) $Cu^{2+}$.

Уравнение диссоциации сульфата меди(II):
$CuSO_4 \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-}$

Другим примером может служить хлорид железа(III) ($FeCl_3$). Его водный раствор имеет желто-коричневый цвет из-за гидратированных катионов железа(III) $Fe^{3+}$.

Уравнение диссоциации хлорида железа(III):
$FeCl_3 \rightarrow Fe^{3+} + 3Cl^{-}$

Ответ: Вещества, образующие цветные катионы: сульфат меди(II) ($CuSO_4$, голубой катион $Cu^{2+}$) и хлорид железа(III) ($FeCl_3$, желто-коричневый катион $Fe^{3+}$). Уравнения диссоциации: $CuSO_4 \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-}$; $FeCl_3 \rightarrow Fe^{3+} + 3Cl^{-}$.

б) анионы

Примером вещества, образующего в водном растворе цветные анионы, является перманганат калия ($KMnO_4$). Его раствор окрашен в интенсивный фиолетовый цвет благодаря перманганат-анионам $MnO_4^{-}$.

Уравнение диссоциации перманганата калия:
$KMnO_4 \rightarrow K^{+} + MnO_4^{-}$

Еще один пример – дихромат калия ($K_2Cr_2O_7$). Его водный раствор имеет оранжевый цвет, который придают дихромат-анионы $Cr_2O_7^{2-}$.

Уравнение диссоциации дихромата калия:
$K_2Cr_2O_7 \rightarrow 2K^{+} + Cr_2O_7^{2-}$

Ответ: Вещества, образующие цветные анионы: перманганат калия ($KMnO_4$, фиолетовый анион $MnO_4^{-}$) и дихромат калия ($K_2Cr_2O_7$, оранжевый анион $Cr_2O_7^{2-}$). Уравнения диссоциации: $KMnO_4 \rightarrow K^{+} + MnO_4^{-}$; $K_2Cr_2O_7 \rightarrow 2K^{+} + Cr_2O_7^{2-}$.

13. Напишите уравнения ступенчатой диссоциации фосфорной кислоты по первой и второй ступени.

Решение

Фосфорная (ортофосфорная) кислота ($H_3PO_4$) является трехосновной кислотой, что означает ее способность отдавать три протона ($H^+$) в водном растворе. Этот процесс, называемый электролитической диссоциацией, для многоосновных кислот происходит ступенчато. Каждая последующая ступень диссоциации протекает в значительно меньшей степени, чем предыдущая.

1. Диссоциация по первой ступени

На первой ступени от молекулы фосфорной кислоты отщепляется один ион водорода (протон), в результате чего образуется дигидрофосфат-анион ($H_2PO_4^-$). Это основная стадия, определяющая кислотность раствора.
$H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^-$

2. Диссоциация по второй ступени

На второй ступени дигидрофосфат-анион, образовавшийся на первой стадии, сам диссоциирует, отщепляя второй ион водорода. В результате образуется гидрофосфат-анион ($HPO_4^{2-}$).
$H_2PO_4^- \rightleftharpoons H^+ + HPO_4^{2-}$

Ответ:
Уравнение диссоциации по первой ступени: $H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^-$
Уравнение диссоциации по второй ступени: $H_2PO_4^- \rightleftharpoons H^+ + HPO_4^{2-}$