Страница 61 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

3. Химическая реакция ионного обмена возможна между веществами, формулы которых

1) $Fe(NO_3)_2$ и $KOH$

2) $Na_2SO_4$ и $HCl$

3) $KCl$ и $LiNO_3$

4) $K_2SO_4$ и $MgCl_2$

Химическая реакция ионного обмена в растворе возможна и протекает до конца, если в результате взаимодействия веществ выполняется хотя бы одно из следующих условий:

• образуется нерастворимое или малорастворимое вещество (выпадает осадок);
• выделяется газообразное вещество;
• образуется слабый электролит (например, вода $H_2O$, слабая кислота или слабое основание).

Проанализируем каждую из предложенных пар веществ на соответствие этим условиям.

1) Fe(NO₃)₂ и KOH

При взаимодействии нитрата железа(II) $Fe(NO_3)_2$ и гидроксида калия $KOH$ (оба вещества растворимы) происходит реакция обмена с образованием нитрата калия $KNO_3$ и гидроксида железа(II) $Fe(OH)_2$.

Молекулярное уравнение реакции:

$Fe(NO_3)_2 + 2KOH \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow + 2KNO_3$

Согласно таблице растворимости, гидроксид железа(II) $Fe(OH)_2$ является нерастворимым веществом, то есть выпадает в осадок. Так как условие образования осадка выполняется, реакция ионного обмена возможна.

Ответ: реакция возможна.

2) Na₂SO₄ и HCl

При гипотетическом взаимодействии сульфата натрия $Na_2SO_4$ и соляной кислоты $HCl$ могли бы образоваться хлорид натрия $NaCl$ и серная кислота $H_2SO_4$.

$Na_2SO_4 + 2HCl \leftrightarrow 2NaCl + H_2SO_4$

Все исходные вещества и продукты реакции являются сильными электролитами и хорошо растворимы в воде. Осадок, газ или слабый электролит не образуются, поэтому реакция ионного обмена не протекает.

Ответ: реакция невозможна.

3) KCl и LiNO₃

При гипотетическом взаимодействии хлорида калия $KCl$ и нитрата лития $LiNO_3$ могли бы образоваться нитрат калия $KNO_3$ и хлорид лития $LiCl$.

$KCl + LiNO_3 \leftrightarrow KNO_3 + LiCl$

Все соли, участвующие в этой системе, хорошо растворимы в воде и являются сильными электролитами. Условия протекания реакции ионного обмена не выполняются.

Ответ: реакция невозможна.

4) K₂SO₄ и MgCl₂

При гипотетическом взаимодействии сульфата калия $K_2SO_4$ и хлорида магния $MgCl_2$ могли бы образоваться хлорид калия $KCl$ и сульфат магния $MgSO_4$.

$K_2SO_4 + MgCl_2 \leftrightarrow 2KCl + MgSO_4$

Все соли в данной системе являются растворимыми. Реакция не идет, так как не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита.

Ответ: реакция невозможна.

Таким образом, единственная пара веществ, между которыми возможна реакция ионного обмена, — это $Fe(NO_3)_2$ и $KOH$, поскольку в результате реакции образуется нерастворимый осадок $Fe(OH)_2$.

4. Химическая реакция невозможна между веществами, формулы которых

1) $Fe$ и $MgSO_4$

2) $Al$ и $H_2SO_4$

3) $Cu$ и $AgNO_3$

4) $Zn$ и $HCl$

Для определения возможности протекания данных химических реакций необходимо воспользоваться электрохимическим рядом активности металлов. Этот ряд показывает сравнительную активность металлов в реакциях замещения.

Основные правила:

• Более активный металл (стоящий левее в ряду активности) вытесняет менее активный металл (стоящий правее) из раствора его соли.
• Металлы, стоящие в ряду активности до водорода ($H$), вытесняют его из растворов неокисляющих кислот (например, $HCl$, разбавленная $H_2SO_4$).

Рассмотрим каждую пару веществ:

1) Fe и MgSO₄

В данной паре представлены металл железо ($Fe$) и соль сульфат магния ($MgSO_4$). Чтобы реакция замещения произошла, железо должно быть активнее магния. Обратимся к ряду активности металлов: ... Mg ... Al ... Zn ... Fe ... . Магний ($Mg$) стоит левее железа ($Fe$), что означает, что магний является более активным металлом. Следовательно, железо не может вытеснить магний из раствора его соли.

$Fe + MgSO_4 \rightarrow$ реакция не идет.

Ответ: реакция невозможна.

2) Al и H₂SO₄

Здесь мы имеем металл алюминий ($Al$) и серную кислоту ($H_2SO_4$). В ряду активности металлов алюминий ($Al$) находится до водорода ($H$). Это означает, что алюминий является достаточно активным металлом, чтобы вытеснять водород из раствора серной кислоты. Реакция протекает с образованием сульфата алюминия и выделением водорода.

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

Ответ: реакция возможна.

3) Cu и AgNO₃

В этой паре мы рассматриваем металл медь ($Cu$) и соль нитрат серебра ($AgNO_3$). Сравним активность меди и серебра в ряду активности металлов: ... H ... Cu ... Ag ... . Медь ($Cu$) стоит левее серебра ($Ag$), следовательно, медь активнее и может вытеснить серебро из раствора его соли. В результате реакции образуется нитрат меди(II) и выделяется металлическое серебро.

$Cu + 2AgNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2Ag\downarrow$

Ответ: реакция возможна.

4) Zn и HCl

В этой паре представлены металл цинк ($Zn$) и соляная кислота ($HCl$). В ряду активности металлов цинк ($Zn$) стоит до водорода ($H$). Это означает, что цинк будет реагировать с соляной кислотой, вытесняя из нее водород. Продуктами реакции являются хлорид цинка и газообразный водород.

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

Ответ: реакция возможна.

Таким образом, химическая реакция невозможна между веществами, указанными в первом пункте: железом и сульфатом магния.

5. Отличить хлорид бария $BaCl_2$ от хлорида натрия $NaCl$ можно с помощью реактива

1) $K_2SO_4$ 2) $H_2O$ 3) $HCl$ 4) $AgNO_3$

Решение

Чтобы отличить раствор хлорида бария ($BaCl_2$) от раствора хлорида натрия ($NaCl$), необходимо найти реагент, который будет по-разному взаимодействовать с этими солями, давая видимый признак реакции (например, выпадение осадка) только с одной из них. Рассмотрим каждый из предложенных вариантов.

1) $K_2SO_4$

При добавлении раствора сульфата калия ($K_2SO_4$) к раствору хлорида бария ($BaCl_2$) произойдет реакция ионного обмена, в результате которой образуется белый нерастворимый в воде и кислотах осадок сульфата бария ($BaSO_4$).

Уравнение реакции: $BaCl_2 + K_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2KCl$

При добавлении раствора сульфата калия к раствору хлорида натрия ($NaCl$) видимых изменений не произойдет, так как все возможные продукты реакции (сульфат натрия и хлорид калия) хорошо растворимы в воде. Реакция обмена не идет.

Таким образом, сульфат калия позволяет однозначно отличить хлорид бария от хлорида натрия.

2) $H_2O$

И хлорид бария, и хлорид натрия являются хорошо растворимыми в воде солями. При добавлении воды оба вещества просто растворятся, образовав бесцветные растворы. Видимых отличий не будет, поэтому вода не подходит для их различения.

3) $HCl$

Хлорид бария и хлорид натрия являются солями соляной кислоты. При добавлении соляной кислоты ($HCl$) к их растворам реакции не произойдут, так как не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита. Этот реагент не подходит.

4) $AgNO_3$

Нитрат серебра ($AgNO_3$) является качественным реактивом на хлорид-ионы ($Cl^-$). Так как оба вещества содержат хлорид-ионы, в обоих случаях при добавлении нитрата серебра будет выпадать одинаковый белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$).

Уравнения реакций:

$BaCl_2 + 2AgNO_3 \rightarrow 2AgCl \downarrow + Ba(NO_3)_2$

$NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl \downarrow + NaNO_3$

Поскольку в обоих случаях наблюдается одинаковый результат, различить вещества с помощью нитрата серебра невозможно.

Следовательно, единственным подходящим реагентом является сульфат калия.

Ответ: 1

6. Карбонат кальция нельзя получить взаимодействием веществ,
формулы которых

1) $CaO$ и $CO_2$

2) $Ca(OH)_2$ и $CO_2$

3) $K_2CO_3$ и $CaCl_2$

4) $BaCO_3$ и $KCl$

Для того чтобы определить, какая из предложенных пар веществ не может быть использована для получения карбоната кальция ($CaCO_3$), необходимо проанализировать каждую реакцию.

1) CaO и CO₂

Взаимодействие основного оксида кальция ($CaO$) с кислотным оксидом углерода(IV) ($CO_2$) является реакцией соединения. В результате этой реакции образуется соль — карбонат кальция. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$CaO + CO_2 \rightarrow CaCO_3$

Следовательно, этот способ позволяет получить карбонат кальция.

2) Ca(OH)₂ и CO₂

Взаимодействие гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$, известковая вода) с оксидом углерода(IV) ($CO_2$) — это классическая реакция, приводящая к образованию нерастворимого осадка карбоната кальция и воды. Эта реакция часто используется как качественная для обнаружения углекислого газа.

Уравнение реакции:

$Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

Таким образом, этот метод также пригоден для синтеза карбоната кальция.

3) K₂CO₃ и CaCl₂

Реакция между двумя растворимыми солями, карбонатом калия ($K_2CO_3$) и хлоридом кальция ($CaCl_2$), является реакцией ионного обмена. Она протекает, поскольку одним из продуктов является нерастворимое вещество — карбонат кальция, выпадающий в осадок.

Уравнение реакции:

$K_2CO_3 + CaCl_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2KCl$

Этот способ тоже позволяет получить карбонат кальция.

4) BaCO₃ и KCl

Чтобы получить карбонат кальция ($CaCO_3$), в исходных веществах обязательно должен присутствовать кальций (Ca). В паре веществ карбонат бария ($BaCO_3$) и хлорид калия ($KCl$) кальций отсутствует. Следовательно, получить из них карбонат кальция химическим путём невозможно. Кроме того, сама по себе реакция ионного обмена между нерастворимым $BaCO_3$ и растворимым $KCl$ не протекает, так как для этого требуется образование еще менее растворимого вещества, газа или воды, чего в данном случае не происходит.

Таким образом, карбонат кальция нельзя получить взаимодействием карбоната бария и хлорида калия.

Ответ: 4

7. Сокращённое ионное уравнение $Cu^{2+} + S^{2-} = CuS\downarrow$ соответствует взаимодействию

1) меди и серы

2) оксида меди(II) и сероводородной кислоты

3) нитрата меди(II) и сульфида калия

4) гидроксида меди(II) и серной кислоты

Решение

Сокращенное ионное уравнение $Cu^{2+} + S^{2-} = CuS↓$ описывает реакцию ионного обмена, в которой из ионов меди ($Cu^{2+}$) и сульфид-ионов ($S^{2-}$), находящихся в растворе, образуется нерастворимый осадок сульфида меди(II) ($CuS$). Для того чтобы такое сокращенное ионное уравнение было верным, исходные вещества (реагенты) должны быть растворимыми в воде электролитами, которые при диссоциации образуют ионы $Cu^{2+}$ и $S^{2-}$.

Рассмотрим каждый предложенный вариант:

1) меди и серы
Взаимодействие простого вещества меди ($Cu$) и простого вещества серы ($S$) приводит к образованию сульфида меди(II).
Уравнение реакции: $Cu + S \rightarrow CuS$.
Эта реакция протекает между твердыми веществами (обычно при нагревании), а не между ионами в растворе. Следовательно, данный вариант не подходит.
Ответ: неверно.

2) оксида меди(II) и сероводородной кислоты
Оксид меди(II) ($CuO$) является нерастворимым в воде веществом, а сероводородная кислота ($H_2S$) — слабой кислотой и, следовательно, слабым электролитом. В ионных уравнениях нерастворимые вещества и слабые электролиты записываются в молекулярной форме.
Молекулярное уравнение: $CuO + H_2S \rightarrow CuS↓ + H_2O$.
Это уравнение не может быть сведено к виду $Cu^{2+} + S^{2-} = CuS↓$, так как реагенты не диссоциируют на ионы $Cu^{2+}$ и $S^{2-}$ в значительной степени.
Ответ: неверно.

3) нитрата меди(II) и сульфида калия
Нитрат меди(II) ($Cu(NO_3)_2$) — растворимая соль (все нитраты растворимы). Сульфид калия ($K_2S$) — растворимая соль (соли щелочных металлов растворимы). Оба вещества являются сильными электролитами и в водном растворе полностью диссоциируют на ионы.
Молекулярное уравнение реакции: $Cu(NO_3)_2 + K_2S \rightarrow CuS↓ + 2KNO_3$.
Полное ионное уравнение: $Cu^{2+} + 2NO_3^{-} + 2K^{+} + S^{2-} \rightarrow CuS↓ + 2K^{+} + 2NO_3^{-}$.
После сокращения одинаковых ионов (спектаторов) $K^{+}$ и $NO_3^{-}$ в обеих частях уравнения получаем сокращенное ионное уравнение:
$Cu^{2+} + S^{2-} \rightarrow CuS↓$.
Это уравнение полностью совпадает с приведенным в условии задачи.
Ответ: верно.

4) гидроксида меди(II) и серной кислоты
Гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) — нерастворимое в воде основание. Серная кислота ($H_2SO_4$) — сильная кислота.
Молекулярное уравнение реакции нейтрализации: $Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$.
Полное ионное уравнение (где нерастворимый $Cu(OH)_2$ не диссоциирует): $Cu(OH)_2 + 2H^{+} + SO_4^{2-} \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2H_2O$.
Сокращенное ионное уравнение: $Cu(OH)_2 + 2H^{+} \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O$.
Это уравнение не соответствует заданному в условии.
Ответ: неверно.

8. Гидролизу по катиону подвергается соль

1) хлорид железа(III)

2) карбонат натрия

3) нитрат калия

4) сульфат лития

Решение

Гидролиз по катиону происходит у солей, образованных катионом слабого основания и анионом сильной кислоты. В водном растворе катион такой соли вступает в реакцию с молекулами воды, что приводит к образованию ионов водорода $H^+$ и, как следствие, к кислой среде раствора.

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) хлорид железа(III) - соль с формулой $FeCl_3$. Она образована катионом железа(III) ($Fe^{3+}$), который соответствует слабому основанию $Fe(OH)_3$ (гидроксид железа(III)), и хлорид-анионом ($Cl^−$), который соответствует сильной кислоте $HCl$ (соляная кислота). Так как соль образована слабым основанием и сильной кислотой, она подвергается гидролизу по катиону.
Сокращенное ионное уравнение гидролиза по первой ступени:
$Fe^{3+} + H_2O \leftrightarrow FeOH^{2+} + H^+$

2) карбонат натрия - соль с формулой $Na_2CO_3$. Она образована катионом натрия ($Na^+$) от сильного основания $NaOH$ (гидроксид натрия) и карбонат-анионом ($CO_3^{2−}$) от слабой кислоты $H_2CO_3$ (угольная кислота). Такая соль подвергается гидролизу по аниону.

3) нитрат калия - соль с формулой $KNO_3$. Она образована катионом калия ($K^+$) от сильного основания $KOH$ (гидроксид калия) и нитрат-анионом ($NO_3^−$) от сильной кислоты $HNO_3$ (азотная кислота). Соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергается, среда раствора нейтральная.

4) сульфат лития - соль с формулой $Li_2SO_4$. Она образована катионом лития ($Li^+$) от сильного основания $LiOH$ (гидроксид лития) и сульфат-анионом ($SO_4^{2−}$) от сильной кислоты $H_2SO_4$ (серная кислота). Эта соль, как и нитрат калия, не подвергается гидролизу.

Таким образом, единственная соль из списка, которая подвергается гидролизу по катиону, — это хлорид железа(III).

Ответ: 1