Страница 43 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

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

1) $KOH$

2) $HCl$

3) $KNO_3$

4) $CaCl_2$

5) $Zn$

Фосфорная кислота, формула которой $H_3PO_4$, является трехосновной кислотой средней силы. В растворах она вступает в реакции ионного обмена. Реакции ионного обмена протекают до конца, если в их результате образуется малодиссоциирующее вещество (например, вода), газ или осадок. Проанализируем взаимодействие фосфорной кислоты с каждым из предложенных веществ.

1) KOH

Гидроксид калия (KOH) — это сильное основание (щёлочь). Реакция между кислотой и основанием называется реакцией нейтрализации и является частным случаем реакции ионного обмена. В результате взаимодействия фосфорной кислоты и гидроксида калия образуется соль (фосфат калия) и вода, которая является слабым электролитом. Это является условием протекания реакции.

Молекулярное уравнение реакции:

$H_3PO_4 + 3KOH \rightarrow K_3PO_4 + 3H_2O$

Полное ионное уравнение (учитывая, что $H_3PO_4$ — кислота средней силы и диссоциирует ступенчато, для простоты запишем её диссоциацию по первой ступени, но реакция нейтрализации идет до конца):

$3H^+ + PO_4^{3-} + 3K^+ + 3OH^- \rightarrow 3K^+ + PO_4^{3-} + 3H_2O$

Сокращенное ионное уравнение показывает образование воды:

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

Реакция идет, так как образуется слабый электролит — вода.

Ответ: вступает в реакцию ионного обмена.

2) HCl

Соляная кислота (HCl) — сильная кислота. Реакция ионного обмена между двумя кислотами не происходит, так как при обмене ионами не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита. В растворе будут присутствовать ионы обеих кислот.

$H_3PO_4 + HCl \nrightarrow$

Ответ: не вступает в реакцию ионного обмена.

3) KNO₃

Нитрат калия ($KNO_3$) — это соль, образованная сильным основанием (KOH) и сильной кислотой ($HNO_3$). При гипотетической реакции ионного обмена между фосфорной кислотой и нитратом калия должны были бы образоваться азотная кислота ($HNO_3$) и фосфат калия ($K_3PO_4$).

$H_3PO_4 + 3KNO_3 \rightleftharpoons K_3PO_4 + 3HNO_3$

Оба продукта (азотная кислота и фосфат калия) хорошо растворимы в воде и являются сильными электролитами. Реакция обратима и не протекает в заметной степени в прямом направлении.

Ответ: не вступает в реакцию ионного обмена.

4) CaCl₂

Хлорид кальция ($CaCl_2$) — это растворимая соль. При взаимодействии фосфорной кислоты с хлоридом кальция происходит реакция ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимый в воде фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$), который выпадает в осадок.

Молекулярное уравнение реакции:

$2H_3PO_4 + 3CaCl_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6HCl$

Полное ионное уравнение:

$2H_3PO_4 + 3Ca^{2+} + 6Cl^- \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6H^+ + 6Cl^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$2H_3PO_4 + 3Ca^{2+} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6H^+$

Или, если считать фосфорную кислоту полностью диссоциированной (упрощенный вариант):

$3Ca^{2+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow$

Реакция идет, так как образуется осадок.

Ответ: вступает в реакцию ионного обмена.

5) Zn

Цинк (Zn) — это металл, стоящий в ряду активности металлов до водорода. Он может реагировать с кислотами, но эта реакция является реакцией замещения, а не ионного обмена. Реакции замещения с участием простых веществ относятся к окислительно-восстановительным реакциям.

$3Zn + 2H_3PO_4 \rightarrow Zn_3(PO_4)_2\downarrow + 3H_2\uparrow$

Хотя в результате образуются осадок и газ, по своему механизму это не ионный обмен, а реакция замещения (окислительно-восстановительная).

Ответ: не вступает в реакцию ионного обмена.

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

РЕАГЕНТЫ

ПРИЗНАК РЕАКЦИИ

А) $HNO_3 + CuO \xrightarrow{t}$

1) образование белого осадка

Б) $H_2SO_4 + Mg(OH)_2 \rightarrow$

2) образование голубого раствора

В) $HCl + AgNO_3 \rightarrow$

3) выделение газа

4) растворение вещества белого цвета

5) образование жёлтого осадка

Для установления соответствия между реагентами и признаками реакций, проанализируем каждую реакцию отдельно.

А) $HNO_3 + CuO$

Взаимодействие азотной кислоты с оксидом меди(II) является реакцией кислотно-основного типа. Оксид меди(II) ($CuO$) — это основный оксид чёрного цвета. Азотная кислота ($HNO_3$) — сильная кислота. В результате их реакции образуется соль нитрат меди(II) и вода:

$2HNO_3 + CuO \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O$

Соль нитрат меди(II) ($Cu(NO_3)_2$) хорошо растворима в воде и образует раствор характерного голубого цвета. Таким образом, в ходе реакции наблюдается растворение чёрного порошка и образование голубого раствора. Из предложенных вариантов этому соответствует признак под номером 2.

Ответ: 2

Б) $H_2SO_4 + Mg(OH)_2$

Это реакция нейтрализации между сильной серной кислотой ($H_2SO_4$) и слабым, нерастворимым основанием — гидроксидом магния ($Mg(OH)_2$). Гидроксид магния представляет собой твёрдое вещество белого цвета. Продуктами реакции являются растворимая соль сульфат магния и вода:

$H_2SO_4 + Mg(OH)_2 \rightarrow MgSO_4 + 2H_2O$

Сульфат магния ($MgSO_4$) — растворимая соль, образующая бесцветный раствор. Следовательно, видимым признаком реакции будет исчезновение (растворение) исходного твёрдого вещества белого цвета. Этому соответствует признак под номером 4.

Ответ: 4

В) $HCl + AgNO_3$

При смешивании растворов соляной кислоты ($HCl$) и нитрата серебра ($AgNO_3$) протекает реакция ионного обмена. Эта реакция является качественной для определения хлорид-ионов ($Cl^-$) в растворе. В результате образуется нерастворимый в воде и кислотах хлорид серебра ($AgCl$) и азотная кислота:

$HCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + HNO_3$

Хлорид серебра ($AgCl$) выпадает в виде обильного творожистого осадка белого цвета. Исходные растворы реагентов бесцветны. Таким образом, признаком реакции является образование белого осадка, что соответствует варианту под номером 1.

Ответ: 1

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

$MgO \to Mg(NO_3)_2 \to Mg(OH)_2$

MgO → Mg(NO₃)₂

Для осуществления этого превращения необходимо провести реакцию между основным оксидом магния ($MgO$) и азотной кислотой ($HNO_3$). В результате реакции нейтрализации образуется растворимая соль нитрат магния и вода.

Молекулярное уравнение:
$MgO + 2HNO_3 \rightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2O$

Полное ионное уравнение:
В ионном виде записываются сильные электролиты. Оксид магния ($MgO$) – твёрдое вещество, не диссоциирует в растворе и записывается в молекулярной форме. Азотная кислота ($HNO_3$) и нитрат магния ($Mg(NO_3)_2$) – сильные электролиты, диссоциируют на ионы. Вода ($H_2O$) – слабый электролит, записывается в молекулярной форме.
$MgO + 2H^+ + 2NO_3^- \rightarrow Mg^{2+} + 2NO_3^- + H_2O$

Сокращённое ионное уравнение:
Для получения сокращённого ионного уравнения необходимо исключить из полного ионного уравнения ионы, которые не участвуют в реакции (ионы-наблюдатели). В данном случае это нитрат-ионы ($NO_3^-$).
$MgO + 2H^+ \rightarrow Mg^{2+} + H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $MgO + 2HNO_3 \rightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2O$. Сокращённое ионное уравнение: $MgO + 2H^+ \rightarrow Mg^{2+} + H_2O$.

Mg(NO₃)₂ → Mg(OH)₂

Для получения нерастворимого гидроксида магния ($Mg(OH)_2$) из раствора его соли, нитрата магния ($Mg(NO_3)_2$), необходимо провести реакцию ионного обмена. Для этого к раствору нитрата магния добавляют раствор щёлочи, например, гидроксид натрия ($NaOH$) или гидроксид калия ($KOH$). В результате реакции выпадает белый осадок гидроксида магния.

Молекулярное уравнение:
$Mg(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + 2NaNO_3$

Полное ионное уравнение:
Нитрат магния, гидроксид натрия и нитрат натрия являются сильными электролитами и хорошо растворимы в воде, поэтому записываются в виде ионов. Гидроксид магния – нерастворимое основание (осадок), записывается в молекулярной форме.
$Mg^{2+} + 2NO_3^- + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + 2Na^+ + 2NO_3^-$

Сокращённое ионное уравнение:
Исключаем из полного ионного уравнения ионы-наблюдатели ($Na^+$ и $NO_3^-$).
$Mg^{2+} + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow$

Ответ: Молекулярное уравнение: $Mg(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + 2NaNO_3$. Сокращённое ионное уравнение: $Mg^{2+} + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow$.

14. Определите объем водорода (н. у.), который выделится при взаимодействии 6,5 г цинка с избытком соляной кислоты.

Дано:

масса цинка $m(Zn) = 6,5$ г
соляная кислота $HCl$ в избытке
нормальные условия (н. у.)

Найти:

объём водорода $V(H_2)$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции взаимодействия цинка с соляной кислотой. Цинк — металл, стоящий в электрохимическом ряду напряжений до водорода, поэтому он вытесняет водород из кислот. В результате реакции образуются хлорид цинка(II) и газообразный водород.

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$

2. Так как соляная кислота дана в избытке, расчёт будем вести по цинку, который является лимитирующим реагентом. Вычислим количество вещества цинка ($n$) по формуле $n = \frac{m}{M}$, где $m$ — масса вещества, а $M$ — его молярная масса.

Молярная масса цинка $M(Zn)$ равна его относительной атомной массе и составляет 65 г/моль.

$n(Zn) = \frac{m(Zn)}{M(Zn)} = \frac{6,5 \text{ г}}{65 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции определим количество вещества выделившегося водорода. Из уравнения видно, что стехиометрические коэффициенты перед цинком и водородом равны 1. Это означает, что их количества вещества соотносятся как 1:1.

$\frac{n(Zn)}{1} = \frac{n(H_2)}{1}$

Следовательно, $n(H_2) = n(Zn) = 0,1 \text{ моль}$.

4. Теперь можно рассчитать объём водорода, который выделится при нормальных условиях (н. у.). При н. у. молярный объём любого газа ($V_m$) — это константа, равная 22,4 л/моль. Объём газа находится по формуле $V = n \cdot V_m$.

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 0,1 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 2,24 \text{ л}$

Ответ: объём водорода, который выделится при взаимодействии 6,5 г цинка с избытком соляной кислоты, составляет 2,24 л.

1. Какая формула соответствует одноосновной кислородсодержащей кислоте?

1) $\text{H}_3\text{PO}_4$

2) $\text{H}_2\text{SO}_4$

3) $\text{HNO}_3$

4) $\text{HCl}$

Решение

Чтобы ответить на вопрос, необходимо определить, какая из предложенных формул соответствует кислоте, обладающей двумя свойствами одновременно: она должна быть одноосновной и кислородсодержащей.

Кислородсодержащая кислота — это неорганическая кислота, в молекуле которой, кроме атомов водорода и кислотообразующего элемента, содержатся атомы кислорода.

Основность кислоты определяется количеством атомов водорода в ее молекуле, которые способны замещаться на атомы металла с образованием соли. Одноосновная кислота содержит один такой атом водорода.

Рассмотрим каждый вариант:

1) $H_3PO_4$ — ортофосфорная кислота. Она является кислородсодержащей, но ее основность равна трем (трехосновная), так как она содержит три атома водорода, способных к диссоциации. Этот вариант не подходит.

2) $H_2SO_4$ — серная кислота. Она является кислородсодержащей, но ее основность равна двум (двухосновная), так как она содержит два атома водорода. Этот вариант не подходит.

3) $HNO_3$ — азотная кислота. Она является кислородсодержащей и содержит один атом водорода, то есть является одноосновной. Этот вариант полностью удовлетворяет условиям задачи.

4) $HCl$ — соляная (хлороводородная) кислота. Она является одноосновной, так как содержит один атом водорода. Однако она не содержит атомов кислорода и относится к классу бескислородных кислот. Этот вариант не подходит.

Ответ: 3

2. К сильным электролитам относят кислоту

1) угольную

2) серную

3) кремниевую

4) азотистую

Решение

Электролиты — это вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток благодаря диссоциации на ионы. Сила электролита определяется степенью его диссоциации ($\alpha$). Сильные электролиты в растворах практически полностью распадаются на ионы ($\alpha \approx 1$).

Чтобы определить, какая из предложенных кислот является сильным электролитом, необходимо рассмотреть их способность к диссоциации в водном растворе.

1) угольную
Угольная кислота ($H_2CO_3$) — слабая и нестабильная двухосновная кислота. Она диссоциирует обратимо и в очень незначительной степени. Поэтому является слабым электролитом.

2) серную
Серная кислота ($H_2SO_4$) — сильная двухосновная кислота. В разбавленных растворах она диссоциирует практически нацело по первой ступени: $H_2SO_4 \rightarrow H^+ + HSO_4^-$. Высокая степень диссоциации характеризует серную кислоту как сильный электролит.

3) кремниевую
Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) — очень слабая кислота, практически нерастворимая в воде. Её диссоциация ничтожно мала, следовательно, это очень слабый электролит.

4) азотистую
Азотистая кислота ($HNO_2$) — слабая одноосновная кислота. В водном растворе она диссоциирует лишь частично: $HNO_2 \rightleftharpoons H^+ + NO_2^-$. Является слабым электролитом (в отличие от сильной азотной кислоты $HNO_3$).

Вывод: из перечисленных вариантов только серная кислота относится к сильным электролитам.

Ответ: 2.