Страница 41 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. Серная кислота в растворе вступает в реакцию ионного обмена с веществами, формулы которых

1) $Ca(OH)_2$

2) $Na_2O$

3) $Ba(NO_3)_2$

4) $CuCl_2$

5) $Al$

Реакции ионного обмена – это реакции, протекающие в растворах электролитов, в ходе которых реагенты обмениваются своими ионами. Такая реакция является необратимой и протекает до конца только в том случае, если в результате образуется осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (например, вода). Серная кислота ($H_2SO_4$) — это сильная двухосновная кислота, являющаяся сильным электролитом. Проанализируем взаимодействие серной кислоты с каждым из предложенных веществ.

1) Ca(OH)₂

Гидроксид кальция $Ca(OH)_2$ является основанием (щелочью). Реакция между кислотой и основанием называется реакцией нейтрализации и является классическим примером реакции ионного обмена. В ходе реакции ион водорода $H^+$ из кислоты соединяется с гидроксид-ионом $OH^-$ из основания, образуя воду, а катион металла $Ca^{2+}$ соединяется с кислотным остатком $SO_4^{2-}$, образуя соль.

Молекулярное уравнение реакции:

$H_2SO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaSO_4 \downarrow + 2H_2O$

Эта реакция протекает до конца, так как образуются сразу два продукта, являющихся движущей силой реакции: малорастворимое вещество (осадок) сульфат кальция $CaSO_4$ и слабый электролит — вода $H_2O$.

Ответ: да, серная кислота вступает в реакцию ионного обмена с гидроксидом кальция.

2) Na₂O

Оксид натрия $Na_2O$ — это основный оксид. Он вступает в реакцию с серной кислотой, образуя соль и воду. Однако эта реакция классифицируется как взаимодействие кислоты с основным оксидом и, в строгом определении, не является реакцией ионного обмена, которая предполагает обмен ионами между двумя сложными веществами-электролитами (например, кислотой и основанием, кислотой и солью, двумя солями и т.д.).

Уравнение реакции:

$H_2SO_4 + Na_2O \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

Несмотря на образование воды, тип реакции другой.

Ответ: нет, данная реакция не является реакцией ионного обмена.

3) Ba(NO₃)₂

Нитрат бария $Ba(NO_3)_2$ — это растворимая соль. Реакция между серной кислотой и нитратом бария является типичной реакцией ионного обмена между кислотой и солью.

Молекулярное уравнение реакции:

$H_2SO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HNO_3$

Реакция протекает до конца, так как в результате образуется сульфат бария $BaSO_4$ — вещество, нерастворимое в воде и кислотах (выпадает в виде белого осадка). Образование осадка является достаточным условием для протекания реакции ионного обмена.

Ответ: да, серная кислота вступает в реакцию ионного обмена с нитратом бария.

4) CuCl₂

Хлорид меди(II) $CuCl_2$ — это растворимая соль. Возможная реакция ионного обмена с серной кислотой:

$H_2SO_4 + CuCl_2 \rightleftharpoons CuSO_4 + 2HCl$

В результате этой гипотетической реакции образуются сульфат меди(II) $CuSO_4$ и соляная кислота $HCl$. Оба продукта являются хорошо растворимыми в воде сильными электролитами. Так как в результате реакции не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита, то нет движущей силы, и реакция практически не протекает. Равновесие сильно смещено влево.

Ответ: нет, серная кислота не вступает в практически осуществимую реакцию ионного обмена с хлоридом меди(II).

5) Al

Алюминий ($Al$) — это металл. Реакция металлов с кислотами является реакцией замещения, а не ионного обмена. Кроме того, это окислительно-восстановительная реакция, так как в ее ходе элементы изменяют свои степени окисления, что нехарактерно для реакций ионного обмена.

Уравнение реакции (с разбавленной кислотой):

$3H_2SO_4 + 2Al \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2 \uparrow$

Алюминий изменяет степень окисления с 0 до +3, а водород — с +1 до 0.

Ответ: нет, реакция с алюминием является реакцией замещения (окислительно-восстановительной), а не ионного обмена.

12. Установите соответствие между реагентами и признаком протекающей между ними реакции.

РЕАГЕНТЫ

А) $HCl + Al \to$

Б) $H_2SiO_3 + KOH \to$

В) $H_2SO_4 + Na_2CO_3 \to$

ПРИЗНАК РЕАКЦИИ

1) образование белого осадка

2) изменение цвета

3) выделение газа

4) нет видимых признаков

5) растворение студенистого вещества

Для установления соответствия между реагентами и признаком реакции проанализируем каждое взаимодействие.

Взаимодействие соляной кислоты (HCl) с алюминием (Al) является реакцией замещения. Алюминий — активный металл, стоящий в электрохимическом ряду напряжений до водорода, поэтому он вытесняет водород из кислоты. Происходит следующая химическая реакция:

$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2 \uparrow$

В результате реакции образуется хлорид алюминия (растворимая соль) и выделяется газообразный водород ($H_2$). Наблюдаемым признаком этой реакции является выделение пузырьков газа.

Ответ: 3

Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) — это слабая нерастворимая кислота, которая представляет собой студенистое (гелеобразное) вещество белого цвета. При взаимодействии с сильным основанием, таким как гидроксид калия (KOH), происходит реакция нейтрализации с образованием растворимой соли (силиката калия) и воды.

$H_2SiO_3 \downarrow + 2KOH \rightarrow K_2SiO_3 + 2H_2O$

Видимым признаком этой реакции является растворение исходного студенистого осадка кремниевой кислоты в растворе щелочи.

Ответ: 5

Реакция между сильной серной кислотой ($H_2SO_4$) и солью слабой угольной кислоты — карбонатом натрия ($Na_2CO_3$). Это реакция обмена, в результате которой более сильная кислота вытесняет более слабую из её соли. Образующаяся угольная кислота ($H_2CO_3$) очень неустойчива и сразу же разлагается на воду и углекислый газ ($CO_2$).

$H_2SO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2CO_3$

$H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

Суммарное уравнение реакции:

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

Основным видимым признаком реакции является бурное выделение бесцветного газа без запаха (углекислого газа).

Ответ: 3

13. Напишите молекулярные и ионные уравнения, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

$FeO \rightarrow FeCl_2 \rightarrow Fe(OH)_2$

FeO → FeCl₂

Для осуществления первого превращения необходимо провести реакцию между основным оксидом железа(II) и соляной кислотой. В результате реакции образуется растворимая соль хлорид железа(II) и вода.

Молекулярное уравнение:

$FeO + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2O$

Полное ионное уравнение (учитывая, что $FeO$ — твердое вещество, $HCl$ — сильная кислота, $FeCl_2$ — растворимая соль):

$FeO + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Fe^{2+} + 2Cl^- + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение (после сокращения ионов-наблюдателей $Cl^-$):

$FeO + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $FeO + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2O$. Сокращенное ионное уравнение: $FeO + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2O$.

FeCl₂ → Fe(OH)₂

Для осуществления второго превращения необходимо провести реакцию ионного обмена между раствором хлорида железа(II) и раствором щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$). В результате реакции выпадает осадок гидроксида железа(II).

Молекулярное уравнение:

$FeCl_2 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

Полное ионное уравнение (учитывая, что $Fe(OH)_2$ — нерастворимый осадок, а остальные вещества — сильные растворимые электролиты):

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

Сокращенное ионное уравнение (после сокращения ионов-наблюдателей $Na^+$ и $Cl^-$):

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

Ответ: Молекулярное уравнение: $FeCl_2 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$. Сокращенное ионное уравнение: $Fe^{2+} + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow$.

14. Определите массу магния, необходимого для получения 4,48 л водорода (н. у.) при взаимодействии металла с избытком соляной кислоты.

Дано:

$V(\text{H}_2) = 4,48$ л (н. у.)
Соляная кислота (HCl) - в избытке

Найти:

$m(\text{Mg})$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции взаимодействия магния с соляной кислотой. Магний, как активный металл, стоящий в ряду активности до водорода, вытесняет его из кислоты:

$\text{Mg} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2\uparrow$

2. Рассчитаем количество вещества (число моль) водорода, который выделился в ходе реакции. По условию, объем дан для нормальных условий (н. у.), при которых молярный объем любого газа $V_m$ составляет 22,4 л/моль.

$n(\text{H}_2) = \frac{V(\text{H}_2)}{V_m} = \frac{4,48 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции определим количество вещества магния, которое прореагировало. Из уравнения видно, что на 1 моль прореагировавшего магния выделяется 1 моль водорода. Следовательно, их количества соотносятся как 1:1.

$\frac{n(\text{Mg})}{1} = \frac{n(\text{H}_2)}{1}$

Отсюда следует, что количество вещества магния равно количеству вещества водорода:

$n(\text{Mg}) = n(\text{H}_2) = 0,2 \text{ моль}$

4. Теперь, зная количество вещества магния, можно рассчитать его массу. Для этого нам понадобится молярная масса магния ($M(\text{Mg})$), которую мы найдем в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. $M(\text{Mg}) \approx 24$ г/моль.

$m(\text{Mg}) = n(\text{Mg}) \times M(\text{Mg})$

$m(\text{Mg}) = 0,2 \text{ моль} \times 24 \text{ г/моль} = 4,8 \text{ г}$

Ответ: для получения 4,48 л водорода необходима масса магния 4,8 г.

1. Какая формула соответствует двухосновной бескислородной кислоте?

1) $H_2CO_3$

2) $HBr$

3) $H_2SiO_3$

4) $H_2S$

Решение

Для ответа на вопрос необходимо найти формулу, которая удовлетворяет двум критериям: кислота должна быть двухосновной и бескислородной.

Двухосновная кислота — это кислота, молекула которой содержит два атома водорода, способных замещаться на атомы металла (или диссоциировать в водном растворе в виде двух ионов $H^+$). Основность кислоты определяется количеством таких атомов водорода. В данном случае мы ищем кислоту с формулой вида $H_2A$.

Бескислородная кислота — это кислота, в состав молекулы которой не входят атомы кислорода.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) $H_2CO_3$ (угольная кислота). Эта кислота является двухосновной, так как содержит два атома водорода. Однако она содержит кислород, поэтому является кислородсодержащей. Этот вариант не удовлетворяет второму условию.

2) $HBr$ (бромоводородная кислота). Эта кислота является бескислородной. Однако она одноосновная, так как содержит только один атом водорода. Этот вариант не удовлетворяет первому условию.

3) $H_2SiO_3$ (кремниевая кислота). Эта кислота является двухосновной, так как содержит два атома водорода. Но она также является кислородсодержащей. Этот вариант не удовлетворяет второму условию.

4) $H_2S$ (сероводородная кислота). Эта кислота содержит два атома водорода, следовательно, она двухосновная. В ее формуле нет атомов кислорода, следовательно, она бескислородная. Этот вариант удовлетворяет обоим условиям.

Ответ: 4) $H_2S$.

2. К слабым электролитам относят кислоту

1) сернистую

2) серную

3) соляную

4) азотную

Решение

Электролиты — это вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток благодаря диссоциации (распаду) на ионы. Сила электролита зависит от степени его диссоциации ($α$). Сильные электролиты диссоциируют практически полностью ($α \approx 1$), а слабые — лишь частично ($α \ll 1$).

К сильным кислотам относятся серная, соляная, азотная и некоторые другие. Большинство неорганических и органических кислот являются слабыми. Рассмотрим предложенные варианты.

1) сернистую
Сернистая кислота ($H_2SO_3$) является слабой, неустойчивой кислотой. В водном растворе она диссоциирует обратимо и в незначительной степени, в основном по первой ступени: $H_2SO_3 \rightleftharpoons H^+ + HSO_3^-$. Поскольку диссоциация неполная, сернистая кислота является слабым электролитом.

2) серную
Серная кислота ($H_2SO_4$) — это сильная двухосновная кислота. В водном растворе она диссоциирует практически нацело по первой ступени: $H_2SO_4 \rightarrow H^+ + HSO_4^-$. Это делает ее сильным электролитом.

3) соляную
Соляная (хлороводородная) кислота ($HCl$) — сильная одноосновная кислота. В воде она полностью диссоциирует на ионы: $HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$. Следовательно, это сильный электролит.

4) азотную
Азотная кислота ($HNO_3$) также является сильной одноосновной кислотой и, соответственно, сильным электролитом. Она полностью ионизируется в водном растворе: $HNO_3 \rightarrow H^+ + NO_3^-$.

Таким образом, из перечисленных кислот к слабым электролитам относится только сернистая кислота.

Ответ: 1.

3. Анион с зарядом $3-$ образуется в растворе

1) азотной кислоты

2) соляной кислоты

3) сернистой кислоты

4) фосфорной кислоты

Решение

Для того чтобы определить, какая из предложенных кислот образует в растворе анион с зарядом 3-, необходимо проанализировать их химические формулы и основной характер (количество атомов водорода, способных к диссоциации).

1) азотной кислоты

Азотная кислота ($HNO_3$) является одноосновной кислотой. При диссоциации в водном растворе она отдает один протон ($H^+$), образуя нитрат-анион, заряд которого равен 1-.

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

Следовательно, анион с зарядом 3- не образуется.

2) соляной кислоты

Соляная кислота ($HCl$) также является одноосновной. При диссоциации она отдает один протон, образуя хлорид-анион с зарядом 1-.

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

Следовательно, анион с зарядом 3- не образуется.

3) сернистой кислоты

Сернистая кислота ($H_2SO_3$) является двухосновной кислотой. Она диссоциирует ступенчато, образуя анионы с зарядами 1- и 2-.

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

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

Максимальный заряд образующегося аниона (сульфит-иона) равен 2-. Анион с зарядом 3- не образуется.

4) фосфорной кислоты

Фосфорная (ортофосфорная) кислота ($H_3PO_4$) является трехосновной кислотой, так как в ее молекуле содержится три атома водорода, способных к диссоциации. Диссоциация проходит в три ступени:

I ступень: $H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^-$ (образуется дигидрофосфат-ион с зарядом 1-)

II ступень: $H_2PO_4^- \rightleftharpoons H^+ + HPO_4^{2-}$ (образуется гидрофосфат-ион с зарядом 2-)

III ступень: $HPO_4^{2-} \rightleftharpoons H^+ + PO_4^{3-}$ (образуется фосфат-ион с зарядом 3-)

Таким образом, в растворе фосфорной кислоты может образовываться анион $PO_4^{3-}$ с зарядом 3-.

Ответ: 4) фосфорной кислоты.