Страница 45 - 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) $KNO_3$

2) $BaCl_2$

3) $Na_2CO_3$

4) $CuO$

5) $NH_4Cl$

Решение

Реакции ионного обмена в растворах протекают до конца (являются необратимыми) только в том случае, если в результате реакции образуется:

• осадок (нерастворимое вещество);
• газ;
• слабый электролит (например, вода, слабая кислота или слабое основание).

Рассмотрим взаимодействие серной кислоты ($H_2SO_4$), являющейся сильной кислотой, с каждым из предложенных веществ.

1) KNO₃ (нитрат калия)

Нитрат калия - это соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и сильной кислотой ($HNO_3$).

Предполагаемое уравнение реакции: $H_2SO_4 + 2KNO_3 \rightleftharpoons K_2SO_4 + 2HNO_3$.

Все вещества, участвующие в реакции (и реагенты, и продукты), являются сильными электролитами и хорошо растворимы в воде. В результате реакции не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита. Следовательно, реакция ионного обмена не протекает.

Полное ионное уравнение: $2H^+ + SO_4^{2-} + 2K^+ + 2NO_3^- \rightleftharpoons 2K^+ + SO_4^{2-} + 2H^+ + 2NO_3^-$.

Сокращенного ионного уравнения нет, так как все ионы являются "ионами-наблюдателями".

Ответ: реакция ионного обмена не идет.

2) BaCl₂ (хлорид бария)

Хлорид бария - растворимая соль. При реакции с серной кислотой образуется сульфат бария ($BaSO_4$), который, согласно таблице растворимости, является нерастворимым веществом и выпадает в виде белого осадка.

Молекулярное уравнение: $H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$.

Образование осадка является условием протекания реакции ионного обмена.

Полное ионное уравнение: $2H^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2H^+ + 2Cl^-$.

Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$.

Ответ: реакция ионного обмена идет.

3) Na₂CO₃ (карбонат натрия)

Карбонат натрия - соль слабой угольной кислоты ($H_2CO_3$) и сильного основания ($NaOH$). При реакции с сильной кислотой (серной) образуется слабая и неустойчивая угольная кислота, которая тут же разлагается на углекислый газ ($CO_2$) и воду ($H_2O$).

Молекулярное уравнение: $H_2SO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2CO_3$, где $H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$.

Итоговое молекулярное уравнение: $H_2SO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$.

Образование газа ($CO_2$) и слабого электролита ($H_2O$) является условием протекания реакции.

Полное ионное уравнение: $2H^+ + SO_4^{2-} + 2Na^+ + CO_3^{2-} \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-} + H_2O + CO_2 \uparrow$.

Сокращенное ионное уравнение: $2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$.

Ответ: реакция ионного обмена идет.

4) CuO (оксид меди(II))

Оксид меди(II) - это основный оксид, который нерастворим в воде, но реагирует с кислотами. Реакции между кислотами и основными оксидами являются реакциями обмена. В результате взаимодействия образуется соль и вода.

Молекулярное уравнение: $H_2SO_4 + CuO \rightarrow CuSO_4 + H_2O$.

Образование слабого электролита (воды) является движущей силой этой реакции.

Сокращенное ионное уравнение (учитывая, что $CuO$ - твердое вещество): $2H^+ + CuO(тв.) \rightarrow Cu^{2+} + H_2O$.

Ответ: реакция ионного обмена идет.

5) NH₄Cl (хлорид аммония)

Хлорид аммония - это соль, образованная слабым основанием ($NH_4OH$) и сильной кислотой ($HCl$). Серная кислота также является сильной кислотой, поэтому она не может вытеснить соляную кислоту из ее соли в растворе.

Предполагаемое уравнение реакции: $H_2SO_4 + 2NH_4Cl \rightleftharpoons (NH_4)_2SO_4 + 2HCl$.

Все вещества в данной системе являются растворимыми сильными электролитами. Осадка, газа или слабого электролита не образуется. Реакция обратима и не идет в значительной степени.

Ответ: реакция ионного обмена не идет.

Таким образом, серная кислота в растворе вступает в реакцию ионного обмена с веществами, формулы которых приведены под номерами 2, 3 и 4.

Ответ: 234

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

РЕАГЕНТЫ

А) $ \text{HNO}_3 $ + $ \text{K}_2\text{SO}_3 $ →

Б) $ \text{H}_3\text{PO}_4 $ + $ \text{AgNO}_3 $ →

В) $ \text{H}_2\text{SO}_4 $ + $ \text{Zn} $ →

ПРИЗНАК РЕАКЦИИ

1) выделение тепла и света

2) образование белого осадка

3) появление запаха

4) выделение газа

5) образование жёлтого осадка

А) $HNO_3 + K_2SO_3 \rightarrow$

Решение

Реакция между сильной азотной кислотой ($HNO_3$) и солью слабой сернистой кислоты, сульфитом калия ($K_2SO_3$), является реакцией ионного обмена. В результате реакции образуется неустойчивая сернистая кислота ($H_2SO_3$), которая сразу разлагается на воду и сернистый газ ($SO_2$):

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$2HNO_3 + K_2SO_3 \rightarrow 2KNO_3 + H_2O + SO_2 \uparrow$

Сернистый газ ($SO_2$) имеет характерный резкий, удушливый запах (похож на запах зажжённой спички). Поэтому основным наблюдаемым признаком данной реакции будет появление запаха.

Ответ: 3

Б) $H_3PO_4 + AgNO_3 \rightarrow$

Решение

Взаимодействие ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$) с нитратом серебра ($AgNO_3$) является качественной реакцией на фосфат-ионы. В ходе этой реакции ионного обмена образуется нерастворимый фосфат серебра(I) ($Ag_3PO_4$):

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$H_3PO_4 + 3AgNO_3 \rightarrow Ag_3PO_4 \downarrow + 3HNO_3$

Фосфат серебра(I) ($Ag_3PO_4$) — это осадок ярко-жёлтого цвета. Следовательно, признаком протекания реакции является образование жёлтого осадка.

Ответ: 5

В) $H_2SO_4 + Zn \rightarrow$

Решение

Реакция между разбавленной серной кислотой ($H_2SO_4$) и цинком ($Zn$) — это реакция замещения. Цинк, как металл, стоящий в электрохимическом ряду напряжений до водорода, вытесняет его из раствора кислоты. В результате образуются соль сульфат цинка ($ZnSO_4$) и газообразный водород ($H_2$):

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$H_2SO_4(разб.) + Zn \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

Выделяющийся водород ($H_2$) — это газ без цвета и запаха. Его образование наблюдается как "вскипание" раствора из-за множества пузырьков газа. Таким образом, признаком реакции является выделение газа.

Ответ: 4

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

$CuO \rightarrow CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2$

CuO → CuSO₄

Первое превращение – это получение сульфата меди(II) из оксида меди(II). Оксид меди(II) ($CuO$) является основным оксидом, поэтому для получения соли он должен прореагировать с кислотой. В данном случае, чтобы получить сульфат ($SO_4$), необходима серная кислота ($H_2SO_4$).

Молекулярное уравнение реакции:

$CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

Для составления ионных уравнений запишем вещества в ионной форме, если они являются сильными электролитами в растворе. $CuO$ – твёрдое нерастворимое вещество, на ионы не расписывается. $H_2SO_4$ – сильная кислота, диссоциирует на $2H^+$ и $SO_4^{2-}$. $CuSO_4$ – растворимая соль, диссоциирует на $Cu^{2+}$ и $SO_4^{2-}$. $H_2O$ - слабый электролит, на ионы не расписывается.

Полное ионное уравнение:

$CuO + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-} + H_2O$

Сокращённое ионное уравнение получается после исключения одинаковых ионов (ионов-наблюдателей $SO_4^{2-}$) из обеих частей уравнения:

$CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O$

Ответ:
Молекулярное уравнение: $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$.
Полное ионное уравнение: $CuO + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-} + H_2O$.
Сокращённое ионное уравнение: $CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O$.

CuSO₄ → Cu(OH)₂

Второе превращение – получение гидроксида меди(II) из сульфата меди(II). Гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) является нерастворимым основанием. Его можно получить в результате реакции ионного обмена между раствором соли меди и раствором щёлочи, например, гидроксидом натрия ($NaOH$). В результате реакции выпадает осадок $Cu(OH)_2$.

Молекулярное уравнение реакции:

$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$

Для составления ионных уравнений учтём, что $CuSO_4$, $NaOH$ и $Na_2SO_4$ – растворимые соли и основания (сильные электролиты), а $Cu(OH)_2$ – нерастворимое вещество (осадок), на ионы не расписывается.

Полное ионное уравнение:

$Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2-}$

Сокращённое ионное уравнение получается после исключения ионов-наблюдателей ($Na^+$ и $SO_4^{2-}$):

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

Ответ:
Молекулярное уравнение: $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$.
Полное ионное уравнение: $Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2-}$.
Сокращённое ионное уравнение: $Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow$.

14. Определите объём $CO_2$ (н. у.), выделившегося при взаимодействии 53 г $Na_2CO_3$ с избытком $HCl$.

Дано:

Масса карбоната натрия $m(Na_2CO_3) = 53$ г

Соляная кислота ($HCl$) в избытке

Найти:

Объём углекислого газа $V(CO_2)$ (н. у.) — ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции. Карбонат натрия реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида натрия, воды и углекислого газа:

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

Поскольку соляная кислота дана в избытке, расчёт количества продуктов реакции ведётся по недостающему реагенту — карбонату натрия.

2. Рассчитаем молярную массу карбоната натрия ($Na_2CO_3$), используя относительные атомные массы элементов из Периодической системы Д.И. Менделеева:

$M(Na_2CO_3) = 2 \cdot A_r(Na) + A_r(C) + 3 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 46 + 12 + 48 = 106$ г/моль.

3. Найдём количество вещества (число молей) карбоната натрия, содержащееся в 53 г:

$n(Na_2CO_3) = \frac{m(Na_2CO_3)}{M(Na_2CO_3)} = \frac{53 \text{ г}}{106 \text{ г/моль}} = 0.5$ моль.

4. По уравнению реакции определим количество вещества углекислого газа. Стехиометрические коэффициенты перед $Na_2CO_3$ и $CO_2$ равны 1, следовательно, их количества вещества соотносятся как 1:1.

$n(CO_2) = n(Na_2CO_3) = 0.5$ моль.

5. Рассчитаем объём выделившегося углекислого газа при нормальных условиях (н. у.). Молярный объём идеального газа при н. у. ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

$V(CO_2) = n(CO_2) \cdot V_m = 0.5 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 11.2$ л.

Ответ: объём выделившегося углекислого газа при нормальных условиях составляет 11,2 л.

1. Какая формула соответствует двукислотному растворимому ос-нованию?

1) $Ba(OH)_2$

2) $LiOH$

3) $Cu(OH)_2$

4) $Fe(OH)_2$

Решение

В задаче требуется определить, какая из предложенных химических формул соответствует основанию, обладающему двумя свойствами одновременно: оно должно быть двухкислотным и растворимым в воде.

Разберем эти понятия:

• Двухкислотное основание — это гидроксид, в молекуле которого содержатся две гидроксогруппы ($OH^-$). Число гидроксогрупп определяет кислотность основания.

• Растворимое основание — это гидроксид, который хорошо растворяется в воде. Такие основания также называют щелочами. Для определения растворимости используют таблицу растворимости солей, кислот и оснований.

Теперь проанализируем каждый вариант:

1) $Ba(OH)_2$ — гидроксид бария. В его составе две гидроксогруппы, следовательно, это двухкислотное основание. Обратившись к таблице растворимости, мы видим, что гидроксид бария является растворимым в воде (буква "Р"). Таким образом, $Ba(OH)_2$ удовлетворяет обоим условиям.

2) $LiOH$ — гидроксид лития. В его составе одна гидроксогруппа, поэтому он является однокислотным основанием. Это не соответствует условию задачи.

3) $Cu(OH)_2$ — гидроксид меди(II). В его составе две гидроксогруппы, что делает его двухкислотным основанием. Однако, согласно таблице растворимости, гидроксид меди(II) нерастворим в воде (буква "Н"). Это не соответствует второму условию.

4) $Fe(OH)_2$ — гидроксид железа(II). В его составе также две гидроксогруппы, он является двухкислотным основанием. Но, как и предыдущий гидроксид, он нерастворим в воде (буква "Н"). Это также не соответствует условию задачи.

Следовательно, единственным веществом, которое является одновременно и двухкислотным, и растворимым основанием, является гидроксид бария.

Ответ: 1) $Ba(OH)_2$.

2. К слабым электролитам относят

1) серную кислоту

2) хлорид натрия

3) гидроксид кальция

4) гидрат аммиака

Электролиты — это вещества, которые в растворе или расплаве диссоциируют (распадаются) на ионы и поэтому проводят электрический ток. Сила электролита определяется его способностью к диссоциации.

Сильные электролиты в растворах практически полностью распадаются на ионы. К ним относятся сильные кислоты (например, серная, соляная, азотная), сильные основания (гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов) и большинство растворимых солей.

Слабые электролиты диссоциируют лишь частично, в растворе они существуют преимущественно в виде недиссоциированных молекул. К ним относятся слабые кислоты (например, угольная, сероводородная, уксусная), слабые основания (например, гидрат аммиака) и вода.

Проанализируем предложенные варианты:

1) серную кислоту

Серная кислота ($H_2SO_4$) является сильной кислотой. В водном растворе она практически полностью диссоциирует на ионы, особенно по первой ступени: $H_2SO_4 \rightarrow H^+ + HSO_4^-$. Следовательно, это сильный электролит.

2) хлорид натрия

Хлорид натрия ($NaCl$) — это соль, образованная сильным основанием ($NaOH$) и сильной кислотой ($HCl$). В воде он полностью диссоциирует на ионы натрия и хлорид-ионы: $NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^-$. Это сильный электролит.

3) гидроксид кальция

Гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$) — основание щелочноземельного металла. Несмотря на невысокую растворимость, та часть, которая переходит в раствор, полностью диссоциирует на ионы кальция и гидроксид-ионы: $Ca(OH)_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2OH^-$. Его относят к сильным основаниям и, соответственно, к сильным электролитам.

4) гидрат аммиака

Гидрат аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$, часто записываемый как $NH_4OH$) — это водный раствор аммиака, который является слабым основанием. В растворе он диссоциирует обратимо и в очень малой степени: $NH_3 \cdot H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$. Большая часть вещества остается в виде молекул. Следовательно, гидрат аммиака — это слабый электролит.

Таким образом, из перечисленных веществ к слабым электролитам относится только гидрат аммиака.

Ответ: 4) гидрат аммиака.