Страница 52 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

13. Приведите два примера молекулярных уравнений реакций, соответствующих сокращённому ионному уравнению

$NH_4^+ + OH^- = NH_3 + H_2O$

Решение

Сокращенное ионное уравнение $NH_4^+ + OH^- \rightarrow NH_3 + H_2O$ описывает взаимодействие иона аммония $NH_4^+$ и гидроксид-иона $OH^-$. Чтобы составить соответствующие молекулярные уравнения, необходимо подобрать реагенты, которые при диссоциации в водном растворе образуют эти ионы. В качестве источника ионов $NH_4^+$ можно взять любую растворимую соль аммония, а в качестве источника ионов $OH^-$ — любую щелочь (растворимое основание). Продуктами реакции будут соль, образованная катионом щелочи и анионом соли аммония, газообразный аммиак и вода.

Пример 1

В качестве реагентов выберем хлорид аммония ($NH_4Cl$) и гидроксид натрия ($NaOH$). Оба вещества хорошо растворимы в воде. Хлорид аммония диссоциирует на ионы $NH_4^+$ и $Cl^-$. Гидроксид натрия диссоциирует на ионы $Na^+$ и $OH^-$. При их взаимодействии ионы $NH_4^+$ и $OH^-$ образуют аммиак и воду, а ионы-наблюдатели $Na^+$ и $Cl^-$ образуют растворимую соль хлорид натрия ($NaCl$).

Молекулярное уравнение реакции:

$NH_4Cl + NaOH \rightarrow NaCl + NH_3\uparrow + H_2O$

Ответ: $NH_4Cl + NaOH \rightarrow NaCl + NH_3\uparrow + H_2O$.

Пример 2

В качестве реагентов выберем сульфат аммония ($(NH_4)_2SO_4$) и гидроксид калия ($KOH$). Сульфат аммония диссоциирует на ионы $NH_4^+$ и $SO_4^{2-}$. Гидроксид калия диссоциирует на ионы $K^+$ и $OH^-$. В результате реакции образуются сульфат калия ($K_2SO_4$), аммиак и вода. Уравнение необходимо сбалансировать.

Молекулярное уравнение реакции:

$(NH_4)_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$

Ответ: $(NH_4)_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$.

14. Гидроксид кальция (гашёную известь) применяют при строительных работах, известковании почв, дублении кожи, для смягчения воды и нейтрализации кислотных сточных вод. Напишите пример уравнения реакции нейтрализации гашёной извести в молекулярной и ионной форме.

Решение

Реакция нейтрализации – это реакция между кислотой и основанием, в результате которой образуются соль и вода. Гидроксид кальция $Ca(OH)_2$, или гашёная известь, является основанием. Для написания уравнения реакции нейтрализации необходимо выбрать кислоту. В качестве примера возьмем соляную (хлороводородную) кислоту ($HCl$), которая может содержаться в кислотных сточных водах.

Уравнение в молекулярной форме

При взаимодействии гидроксида кальция с соляной кислотой образуются соль (хлорид кальция, $CaCl_2$) и вода ($H_2O$). Запишем и сбалансируем уравнение реакции, чтобы число атомов каждого элемента в левой и правой частях было одинаковым.

$$ Ca(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O $$

Уравнения в ионной форме

Для составления ионных уравнений необходимо учесть растворимость и степень диссоциации веществ.
• Гидроксид кальция $Ca(OH)_2$ – малорастворимое в воде вещество (основание), поэтому в ионных уравнениях его принято записывать в молекулярном виде с указанием твердого состояния (тв).
• Соляная кислота $HCl$ – сильная кислота, в водном растворе полностью диссоциирует на ионы водорода $H^+$ и хлорид-ионы $Cl^-$.
• Хлорид кальция $CaCl_2$ – растворимая соль, в растворе диссоциирует на ионы кальция $Ca^{2+}$ и хлорид-ионы $Cl^-$.
• Вода $H_2O$ – очень слабый электролит, записывается в молекулярном виде.

Полное ионное уравнение включает все ионы, образующиеся в растворе, и недиссоциирующие вещества:

$$ Ca(OH)_2(тв) + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Ca^{2+} + 2Cl^- + 2H_2O $$

Сокращенное ионное уравнение получается после исключения из полного ионного уравнения одинаковых ионов (ионов-наблюдателей), присутствующих в обеих его частях. В данном случае это хлорид-ионы ($2Cl^-$). Сокращенное ионное уравнение отражает суть химического взаимодействия.

$$ Ca(OH)_2(тв) + 2H^+ \rightarrow Ca^{2+} + 2H_2O $$

Ответ:

Пример уравнения реакции нейтрализации гашёной извести ($Ca(OH)_2$) соляной кислотой ($HCl$):

Молекулярная форма: $ Ca(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O $

Ионная форма (сокращенное уравнение): $ Ca(OH)_2(тв) + 2H^+ \rightarrow Ca^{2+} + 2H_2O $

1. К двухосновным нерастворимым основаниям относят гидроксид

1) бария

2) стронция

3) натрия

4) магния

Для решения этой задачи необходимо проанализировать свойства гидроксидов металлов, предложенных в вариантах ответа, по двум критериям: кислотность основания и его растворимость в воде.

Кислотность основания определяется числом гидроксогрупп ($OH^-$) в его химической формуле. Двухкислотные основания содержат две гидроксогруппы.

Растворимость оснований определяется по таблице растворимости. Нерастворимые основания — это те, которые не растворяются или очень плохо растворяются в воде.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) бария
Гидроксид бария имеет химическую формулу $Ba(OH)_2$. В его составе две гидроксогруппы, следовательно, это двухкислотное основание. Однако, согласно таблице растворимости, гидроксид бария является растворимым основанием (щелочью). Таким образом, этот вариант не удовлетворяет условию "нерастворимое".

2) стронция
Гидроксид стронция имеет химическую формулу $Sr(OH)_2$. В его составе две гидроксогруппы, что делает его двухкислотным основанием. Гидроксид стронция также является растворимым в воде основанием (щелочью). Следовательно, этот вариант не подходит.

3) натрия
Гидроксид натрия имеет химическую формулу $NaOH$. В его составе только одна гидроксогруппа, поэтому он является однокислотным основанием, а не двухкислотным. Этот вариант не подходит.

4) магния
Гидроксид магния имеет химическую формулу $Mg(OH)_2$. В его составе две гидроксогруппы, значит, это двухкислотное основание. Согласно таблице растворимости, гидроксид магния является нерастворимым в воде. Таким образом, это соединение удовлетворяет обоим условиям задачи: оно является и двухкислотным, и нерастворимым.

Ответ: 4

2. К сильным электролитам относят

1) гидрат аммиака

2) нитрат магния

3) кремниевую кислоту

4) гидроксид цинка

Электролиты — это вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток вследствие диссоциации на ионы. Сила электролита определяется его способностью к диссоциации, то есть степенью, в которой вещество распадается на ионы в растворе.

Сильные электролиты — это вещества, которые при растворении в воде практически полностью (нацело) диссоциируют на ионы. К ним относятся:

• Большинство растворимых солей.
• Сильные кислоты (например, $HNO_3, H_2SO_4, HCl, HBr, HI, HClO_4$).
• Сильные основания — щёлочи (гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов, например, $NaOH, KOH, Ba(OH)_2$).

Слабые электролиты — это вещества, которые диссоциируют на ионы лишь частично, в растворе они существуют преимущественно в виде недиссоциированных молекул. К ним относятся:

• Слабые кислоты (например, $H_2S, H_2CO_3, H_2SiO_3, CH_3COOH$).
• Слабые основания (например, гидрат аммиака $NH_3 \cdot H_2O$, нерастворимые гидроксиды металлов, например, $Cu(OH)_2, Fe(OH)_3, Zn(OH)_2$).
• Вода ($H_2O$).

Рассмотрим предложенные в задаче варианты:

1) гидрат аммиака

Гидрат аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$) является слабым основанием. Его диссоциация в водном растворе происходит обратимо и в незначительной степени. В растворе одновременно присутствуют и ионы, и молекулы. Уравнение диссоциации: $NH_3 \cdot H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$. Следовательно, это слабый электролит.

2) нитрат магния

Нитрат магния ($Mg(NO_3)_2$) — это растворимая в воде соль, образованная сильной азотной кислотой ($HNO_3$) и основанием средней силы — гидроксидом магния ($Mg(OH)_2$). Все растворимые соли являются сильными электролитами. В водном растворе нитрат магния практически полностью диссоциирует на ионы: $Mg(NO_3)_2 \rightarrow Mg^{2+} + 2NO_3^-$. Следовательно, это сильный электролит.

3) кремниевую кислоту

Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) — это очень слабая, практически нерастворимая в воде кислота. Она относится к слабым электролитам.

4) гидроксид цинка

Гидроксид цинка ($Zn(OH)_2$) — это нерастворимое в воде амфотерное основание. Как и большинство нерастворимых гидроксидов, он является слабым электролитом.

Таким образом, из перечисленных веществ к сильным электролитам относится только нитрат магния.

Ответ: 2.

3. Наибольшее число ионов образуется при диссоциации в воде

1 моль гидроксида

Для решения этой задачи необходимо определить, какое из предложенных веществ при диссоциации в воде образует наибольшее количество ионов на 1 моль вещества. Для этого запишем уравнения электролитической диссоциации для каждого гидроксида и посчитаем суммарное количество моль образующихся ионов, предполагая полную диссоциацию, так как все перечисленные вещества являются сильными электролитами (щелочами).

1) бария

Гидроксид бария имеет химическую формулу $Ba(OH)_2$. Барий является двухвалентным металлом, поэтому его гидроксид содержит две гидроксильные группы.
Уравнение диссоциации в водном растворе:
$Ba(OH)_2 \rightarrow Ba^{2+} + 2OH^-$
Из 1 моль гидроксида бария образуется 1 моль катионов бария ($Ba^{2+}$) и 2 моль гидроксид-анионов ($OH^-$).
Суммарное количество моль ионов: $1 \text{ моль} + 2 \text{ моль} = 3 \text{ моль}$.

2) калия

Гидроксид калия имеет химическую формулу $KOH$. Калий является одновалентным металлом.
Уравнение диссоциации в водном растворе:
$KOH \rightarrow K^+ + OH^-$
Из 1 моль гидроксида калия образуется 1 моль катионов калия ($K^+$) и 1 моль гидроксид-анионов ($OH^-$).
Суммарное количество моль ионов: $1 \text{ моль} + 1 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$.

3) натрия

Гидроксид натрия имеет химическую формулу $NaOH$. Натрий является одновалентным металлом.
Уравнение диссоциации в водном растворе:
$NaOH \rightarrow Na^+ + OH^-$
Из 1 моль гидроксида натрия образуется 1 моль катионов натрия ($Na^+$) и 1 моль гидроксид-анионов ($OH^-$).
Суммарное количество моль ионов: $1 \text{ моль} + 1 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$.

4) цезия

Гидроксид цезия имеет химическую формулу $CsOH$. Цезий является одновалентным металлом.
Уравнение диссоциации в водном растворе:
$CsOH \rightarrow Cs^+ + OH^-$
Из 1 моль гидроксида цезия образуется 1 моль катионов цезия ($Cs^+$) и 1 моль гидроксид-анионов ($OH^-$).
Суммарное количество моль ионов: $1 \text{ моль} + 1 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$.

Сравнивая количество ионов, образующихся при диссоциации 1 моль каждого гидроксида, видим, что гидроксид бария дает 3 моль ионов, в то время как гидроксиды калия, натрия и цезия дают по 2 моль ионов. Следовательно, наибольшее число ионов образуется при диссоциации гидроксида бария.

Ответ: 1) бария.

4. Одинаковое число отрицательных и положительных ионов образуется при полной диссоциации

1) $Ba(OH)_2$

2) $Na_2CO_3$

3) $KOH$

4) $H_2SO_4$

Решение

Для решения задачи необходимо рассмотреть уравнения полной электролитической диссоциации каждого из предложенных веществ и сравнить количество образующихся положительных ионов (катионов) и отрицательных ионов (анионов).

1) Ba(OH)₂

Гидроксид бария является сильным основанием и диссоциирует полностью. Уравнение диссоциации:

$Ba(OH)₂ \rightarrow Ba^{2+} + 2OH⁻$

Из одной формульной единицы гидроксида бария образуется один катион бария ($Ba^{2+}$) и два гидроксид-аниона ($OH⁻$). Число катионов (1) не равно числу анионов (2).

2) Na₂CO₃

Карбонат натрия — растворимая соль, сильный электролит. Уравнение диссоциации:

$Na₂CO₃ \rightarrow 2Na^{+} + CO₃^{2-}$

Из одной формульной единицы карбоната натрия образуется два катиона натрия ($Na^{+}$) и один карбонат-анион ($CO₃^{2-}$). Число катионов (2) не равно числу анионов (1).

3) KOH

Гидроксид калия — сильное основание (щёлочь) и диссоциирует полностью. Уравнение диссоциации:

$KOH \rightarrow K^{+} + OH⁻$

Из одной формульной единицы гидроксида калия образуется один катион калия ($K^{+}$) и один гидроксид-анион ($OH⁻$). Число катионов (1) равно числу анионов (1).

4) H₂SO₄

Серная кислота — сильная двухосновная кислота, диссоциирует полностью. Уравнение полной диссоциации:

$H₂SO₄ \rightarrow 2H^{+} + SO₄^{2-}$

Из одной молекулы серной кислоты образуется два катиона водорода ($H^{+}$) и один сульфат-анион ($SO₄^{2-}$). Число катионов (2) не равно числу анионов (1).

Следовательно, одинаковое количество положительных и отрицательных ионов образуется при диссоциации гидроксида калия.

Ответ: 3

5. К общим свойствам щелочей не относится

1) изменение окраски фенолфталеина и лакмуса

2) взаимодействие с кислотными оксидами

3) разложение при нагревании

4) взаимодействие с кислотами

Решение:

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать каждое из предложенных свойств и определить, является ли оно общим для всех щелочей. Щёлочи — это растворимые в воде основания. К ним относят гидроксиды щелочных металлов (например, $NaOH$, $KOH$) и некоторых щёлочноземельных металлов (например, $Ca(OH)_2$, $Ba(OH)_2$).

1) изменение окраски фенолфталеина и лакмуса

Все щёлочи при растворении в воде диссоциируют с образованием гидроксид-ионов ($OH^-$), которые создают щелочную среду. Индикаторы, такие как фенолфталеин и лакмус, изменяют свой цвет в щелочной среде (фенолфталеин становится малиновым, лакмус — синим). Это свойство характерно для всех щелочей, поэтому оно является общим.

2) взаимодействие с кислотными оксидами

Как сильные основания, все щёлочи вступают в реакцию с кислотными оксидами, образуя соль и воду. Например, реакция гидроксида калия с оксидом серы(VI):
$2KOH + SO_3 \rightarrow K_2SO_4 + H_2O$
Это свойство является общим для всех щелочей.

3) разложение при нагревании

Это свойство не является общим для всех щелочей. Гидроксиды щелочных металлов ($NaOH$, $KOH$) являются термически устойчивыми и плавятся при высоких температурах без разложения. В то же время, гидроксиды щёлочноземельных металлов, которые также относятся к щелочам (например, гидроксид кальция $Ca(OH)_2$), разлагаются при нагревании:
$Ca(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} CaO + H_2O$
Так как не все представители класса щелочей обладают этим свойством, оно не может считаться общим. Для сравнения, нерастворимые основания, такие как $Cu(OH)_2$, разлагаются при значительно более низких температурах.

4) взаимодействие с кислотами

Реакция нейтрализации — это фундаментальное свойство всех оснований, включая щёлочи. Все они реагируют с кислотами с образованием соли и воды. Например, реакция гидроксида натрия с соляной кислотой:
$NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$
Это свойство является общим для всех щелочей.

Таким образом, единственное свойство из перечисленных, которое не является общим для всех щелочей, — это разложение при нагревании.

Ответ: 3

6. Реакция ионного обмена протекает с образованием воды между водными растворами веществ, формулы которых

1) $NaOH$ и $CuSO_4$

2) $LiOH$ и $HNO_3$

3) $Ca(OH)_2$ и $Na_2CO_3$

4) $KOH$ и $CO_2$

Решение

Реакция ионного обмена в растворе протекает до конца, если в результате образуется малодиссоциирующее вещество (например, вода), осадок или газ. В данном задании требуется найти пару веществ, реакция между которыми приводит к образованию воды. Реакция образования воды из кислоты и основания называется реакцией нейтрализации.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) NaOH и CuSO₄

Реакция между гидроксидом натрия (щелочь) и сульфатом меди(II) (соль) является реакцией ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимый гидроксид меди(II) и растворимая соль сульфат натрия.

Молекулярное уравнение реакции: $2NaOH + CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$.

Эта реакция протекает, так как образуется осадок $Cu(OH)_2$, а не вода.

2) LiOH и HNO₃

Реакция между гидроксидом лития (щелочь, основание) и азотной кислотой (кислота) является реакцией нейтрализации.

Молекулярное уравнение реакции: $LiOH + HNO_3 \rightarrow LiNO_3 + H_2O$.

В результате реакции образуются соль (нитрат лития) и вода. Это полностью соответствует условию задачи.

Сокращенное ионное уравнение этой реакции показывает образование воды: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$.

3) Ca(OH)₂ и Na₂CO₃

Реакция между гидроксидом кальция (щелочь) и карбонатом натрия (соль) является реакцией ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимый карбонат кальция.

Молекулярное уравнение реакции: $Ca(OH)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaOH$.

Эта реакция протекает, так как образуется осадок $CaCO_3$, а не вода.

4) KOH и CO₂

Реакция между гидроксидом калия (щелочь) и оксидом углерода(IV) (кислотный оксид). $CO_2$ не является электролитом в водном растворе в том же смысле, что и соли, кислоты или основания. Он реагирует с водой, образуя угольную кислоту ($H_2CO_3$), которая затем вступает в реакцию с щелочью.

Молекулярное уравнение реакции: $2KOH + CO_2 \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$.

Хотя в результате этой реакции и образуется вода, она не является классической реакцией ионного обмена между двумя электролитами в растворе, как того требует формулировка вопроса ("между водными растворами веществ"). Вариант 2, реакция кислоты и основания, является наиболее точным и прямым примером.

Таким образом, реакция ионного обмена, протекающая с образованием воды, происходит между гидроксидом лития и азотной кислотой.

Ответ: 2