Страница 62 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

9. Кислотную среду имеет водный раствор соли, формула которой

1) $CaCl_2$

2) $NaNO_3$

3) $CrCl_3$

4) $Na_2CO_3$

Решение

Для определения среды водного раствора соли необходимо проанализировать, какими по силе основанием и кислотой она образована. Среда раствора зависит от гидролиза — процесса взаимодействия ионов соли с водой.

• Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, не гидролизуются. Их водные растворы имеют нейтральную среду ($pH \approx 7$).
• Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, гидролизуются по катиону. В результате образуются ионы $H^+$, и среда раствора становится кислотной ($pH < 7$).
• Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой, гидролизуются по аниону. В результате образуются ионы $OH^-$, и среда раствора становится щелочной ($pH > 7$).
• Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, гидролизуются и по катиону, и по аниону. Среда их раствора зависит от относительной силы исходных кислоты и основания.

Проанализируем каждую из предложенных солей:

1) CaCl₂ (хлорид кальция). Эта соль образована сильным основанием $Ca(OH)_2$ и сильной кислотой $HCl$. Такая соль не подвергается гидролизу, поэтому среда её водного раствора нейтральная.

2) NaNO₃ (нитрат натрия). Эта соль образована сильным основанием $NaOH$ и сильной кислотой $HNO_3$. Гидролиз не протекает, среда раствора нейтральная.

3) CrCl₃ (хлорид хрома(III)). Эта соль образована слабым основанием $Cr(OH)_3$ и сильной кислотой $HCl$. В этом случае протекает гидролиз по катиону хрома ($Cr^{3+}$):
$Cr^{3+} + H_2O \rightleftharpoons CrOH^{2+} + H^+$
В результате этой реакции в растворе увеличивается концентрация ионов водорода ($H^+$), что и обуславливает кислотную среду раствора.

4) Na₂CO₃ (карбонат натрия). Эта соль образована сильным основанием $NaOH$ и слабой кислотой $H_2CO_3$. В этом случае протекает гидролиз по аниону ($CO_3^{2-}$):
$CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^{-} + OH^-$
В результате реакции в растворе увеличивается концентрация гидроксид-ионов ($OH^-$), что создает щелочную среду.

Таким образом, кислотную среду имеет водный раствор соли хлорида хрома(III).

Ответ: 3

10. Не подвергается гидролизу соль, формула которой

1) $Al_2(SO_4)_3$

2) $NH_4NO_3$

3) $FeCl_2$

4) $LiNO_3$

Решение

Гидролиз соли — это её взаимодействие с водой, которое приводит к образованию слабого электролита (слабой кислоты или слабого основания) и, как следствие, к изменению pH среды.

Соль не подвергается гидролизу в том случае, если она образована одновременно и сильным основанием, и сильной кислотой. В водном растворе такой соли среда будет нейтральной (pH ≈ 7), так как ни катион металла, ни анион кислотного остатка не будут взаимодействовать с молекулами воды.

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) Al₂(SO₄)₃ (сульфат алюминия). Эта соль образована катионом слабого основания ($Al(OH)_3$) и анионом сильной кислоты ($H_2SO_4$). Следовательно, эта соль подвергается гидролизу по катиону ($Al^{3+}$), и среда её раствора будет кислой.
$Al^{3+} + H_2O \rightleftharpoons AlOH^{2+} + H^+$

2) NH₄NO₃ (нитрат аммония). Эта соль образована катионом слабого основания ($NH_4OH$) и анионом сильной кислоты ($HNO_3$). Эта соль подвергается гидролизу по катиону ($NH_4^+$), среда раствора будет кислой.
$NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O + H^+$

3) FeCl₂ (хлорид железа(II)). Эта соль образована катионом слабого основания ($Fe(OH)_2$) и анионом сильной кислоты ($HCl$). Эта соль подвергается гидролизу по катиону ($Fe^{2+}$), среда раствора будет кислой.
$Fe^{2+} + H_2O \rightleftharpoons FeOH^{+} + H^+$

4) LiNO₃ (нитрат лития). Эта соль образована катионом сильного основания ($LiOH$, гидроксид щелочного металла) и анионом сильной кислоты ($HNO_3$). Поскольку и катион ($Li^+$), и анион ($NO_3^-$) происходят от сильных электролитов, они не вступают в реакцию с водой. Следовательно, эта соль не подвергается гидролизу.

Ответ: 4

11. С раствором сульфата железа(II) реагируют вещества, формулы которых

1) $BaCl_2$

2) $H_2SO_4$

3) $Na_2O$

4) $Mg$

5) $KCl$

Для определения, какие из предложенных веществ реагируют с раствором сульфата железа(II) ($FeSO_4$), рассмотрим каждый вариант отдельно, анализируя возможные химические взаимодействия.

1) $BaCl_2$

Хлорид бария ($BaCl_2$) — это растворимая соль. При взаимодействии с сульфатом железа(II) ($FeSO_4$), также растворимой солью, происходит реакция ионного обмена. В результате этой реакции образуется нерастворимый в воде сульфат бария ($BaSO_4$), который выпадает в виде белого осадка. Это является признаком протекания реакции.

Уравнение реакции: $FeSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + FeCl_2$

Ответ: Вещество реагирует с раствором сульфата железа(II).

2) $H_2SO_4$

Серная кислота ($H_2SO_4$) и сульфат железа(II) ($FeSO_4$) содержат одинаковый анион — сульфат-ион ($SO_4^{2-}$). Реакция ионного обмена между ними невозможна, так как не образуется ни осадок, ни газ, ни слабый электролит (например, вода). Окислительно-восстановительная реакция (окисление $Fe^{2+}$ до $Fe^{3+}$) возможна только с концентрированной серной кислотой, а в условиях обычного раствора реакция не протекает.

Ответ: Вещество не реагирует с раствором сульфата железа(II).

3) $Na_2O$

Оксид натрия ($Na_2O$) является основным оксидом. При попадании в водный раствор он в первую очередь реагирует с водой, образуя сильное основание — гидроксид натрия ($NaOH$).

Уравнение реакции с водой: $Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH$

Образовавшийся гидроксид натрия немедленно вступает в реакцию ионного обмена с сульфатом железа(II). В результате образуется нерастворимый гидроксид железа(II) ($Fe(OH)_2$), выпадающий в осадок грязно-зеленого цвета.

Уравнение реакции: $FeSO_4 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

Ответ: Вещество реагирует с раствором сульфата железа(II).

4) $Mg$

Магний ($Mg$) — это металл, который находится в электрохимическом ряду активности металлов левее (выше) железа ($Fe$). Это означает, что магний является более активным металлом и способен вытеснять менее активное железо из растворов его солей. Происходит реакция замещения.

Уравнение реакции: $Mg + FeSO_4 \rightarrow MgSO_4 + Fe$

В ходе реакции магний растворяется, а на его поверхности выделяется металлическое железо.

Ответ: Вещество реагирует с раствором сульфата железа(II).

5) $KCl$

Хлорид калия ($KCl$) — растворимая соль. Реакция ионного обмена между $KCl$ и $FeSO_4$ теоретически могла бы привести к образованию сульфата калия ($K_2SO_4$) и хлорида железа(II) ($FeCl_2$).

Гипотетическое уравнение: $FeSO_4 + 2KCl \rightleftharpoons K_2SO_4 + FeCl_2$

Однако, согласно таблице растворимости, все четыре вещества (и реагенты, и продукты) хорошо растворимы в воде. Поскольку в результате реакции не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита, видимых изменений не происходит, и реакция считается необратимой, то есть не идущей в заметной степени.

Ответ: Вещество не реагирует с раствором сульфата железа(II).

12. Установите соответствие между солью и её отношением к гидролизу.

СОЛЬ

А) $K_2SO_4$

Б) $HgCl_2$

В) $Fe(NO_3)_3$

Г) $Na_2S$

ОТНОШЕНИЕ К ГИДРОЛИЗУ

1) гидролиз по катиону

2) гидролиз по аниону

3) гидролиз по катиону и аниону

4) гидролизу не подвергается

А) K₂SO₄

Соль сульфат калия ($K_2SO_4$) образована катионом сильного основания, гидроксида калия ($KOH$), и анионом сильной серной кислоты ($H_2SO_4$). Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, не подвергаются гидролизу, так как ни катион, ни анион не взаимодействуют с водой. Среда раствора такой соли нейтральная ($pH \approx 7$).

$K^+ + H_2O \neq$

$SO_4^{2-} + H_2O \neq$

Следовательно, сульфат калия гидролизу не подвергается.

Ответ: 4

Б) HgCl₂

Соль хлорид ртути(II) ($HgCl_2$) образована катионом слабого основания, гидроксида ртути(II) ($Hg(OH)_2$), и анионом сильной соляной кислоты ($HCl$). В водном растворе катион слабого основания ($Hg^{2+}$) будет взаимодействовать с водой, вызывая гидролиз по катиону. Это приводит к накоплению ионов водорода ($H^+$) в растворе, и среда становится кислой ($pH < 7$).

Уравнение гидролиза в ионной форме (по первой ступени):

$Hg^{2+} + H_2O \rightleftharpoons HgOH^+ + H^+$

Следовательно, хлорид ртути(II) подвергается гидролизу по катиону.

Ответ: 1

В) Fe(NO₃)₃

Соль нитрат железа(III) ($Fe(NO_3)_3$) образована катионом слабого основания, гидроксида железа(III) ($Fe(OH)_3$), и анионом сильной азотной кислоты ($HNO_3$). В водном растворе катион слабого основания ($Fe^{3+}$) будет взаимодействовать с водой, вызывая гидролиз по катиону. В результате в растворе образуются ионы водорода ($H^+$), и среда становится кислой ($pH < 7$).

Уравнение гидролиза в ионной форме (по первой ступени):

$Fe^{3+} + H_2O \rightleftharpoons FeOH^{2+} + H^+$

Следовательно, нитрат железа(III) подвергается гидролизу по катиону.

Ответ: 1

Г) Na₂S

Соль сульфид натрия ($Na_2S$) образована катионом сильного основания, гидроксида натрия ($NaOH$), и анионом слабой сероводородной кислоты ($H_2S$). В водном растворе анион слабой кислоты ($S^{2-}$) будет взаимодействовать с водой, вызывая гидролиз по аниону. Это приводит к накоплению гидроксид-ионов ($OH^-$) в растворе, и среда становится щелочной ($pH > 7$).

Уравнение гидролиза в ионной форме (по первой ступени):

$S^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HS^{-} + OH^-$

Следовательно, сульфид натрия подвергается гидролизу по аниону.

Ответ: 2

13. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

$P_2O_5 \rightarrow H_3PO_4 \rightarrow Na_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$

Для одной из реакций ионного обмена напишите сокращённое ионное уравнение.

Решение

Для осуществления данной цепочки превращений необходимо написать уравнения для трех последовательных химических реакций, а затем составить сокращенное ионное уравнение для одной из реакций ионного обмена.

$P_2O_5 \rightarrow H_3PO_4$
Оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) является кислотным оксидом. При его взаимодействии с водой образуется соответствующая кислота — ортофосфорная ($H_3PO_4$). Это реакция соединения.
$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$
Ответ: $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

$H_3PO_4 \rightarrow Na_3PO_4$
Для получения средней соли, фосфата натрия ($Na_3PO_4$), из ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$) необходимо провести реакцию нейтрализации с соответствующим основанием, гидроксидом натрия ($NaOH$).
$H_3PO_4 + 3NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 3H_2O$
Ответ: $H_3PO_4 + 3NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 3H_2O$

$Na_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$
Фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$) является нерастворимой в воде солью. Его можно получить в результате реакции ионного обмена между раствором фосфата натрия ($Na_3PO_4$) и раствором какой-либо соли кальция, например, хлорида кальция ($CaCl_2$). В результате реакции образуется нерастворимый осадок фосфата кальция.
$2Na_3PO_4 + 3CaCl_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6NaCl$
Ответ: $2Na_3PO_4 + 3CaCl_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6NaCl$

Сокращенное ионное уравнение для одной из реакций ионного обмена
В качестве примера возьмем последнюю реакцию, так как она является реакцией ионного обмена, идущей с образованием осадка.
Молекулярное уравнение:
$2Na_3PO_4 + 3CaCl_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6NaCl$
Запишем полное ионное уравнение, представив сильные растворимые электролиты в виде ионов:
$6Na^+ + 2PO_4^{3-} + 3Ca^{2+} + 6Cl^- \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6Na^+ + 6Cl^-$
Исключим из обеих частей уравнения ионы-наблюдатели ($Na^+$ и $Cl^-$), которые не принимают участия в реакции. В результате получим сокращенное ионное уравнение:
$3Ca^{2+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow$
Ответ: $3Ca^{2+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow$

14. Нитраты калия, бария, стронция и других металлов применяют в пиротехнике (ракеты, фейерверки), нитрат калия — для производства чёрного пороха. Эти соли при нагревании разлагаются с образованием нитритов и выделением кислорода. Напишите уравнение реакции разложения нитрата калия. Является ли эта реакция окислительно-восстановительной?

Решение

Согласно условию задачи, нитрат калия при нагревании разлагается с образованием нитрита калия и кислорода.

Химическая формула нитрата калия — $KNO_3$.
Химическая формула нитрита калия — $KNO_2$.
Химическая формула кислорода — $O_2$.

Составим схему реакции:
$KNO_3 \xrightarrow{\ t\ } KNO_2 + O_2$

Для того чтобы уравнение стало верным, необходимо уравнять количество атомов каждого элемента в левой и правой частях. Подберем коэффициенты.
В левой части 3 атома кислорода, в правой — 4 ($2+2$). Чтобы уравнять их количество, поставим коэффициент 2 перед $KNO_3$ и $KNO_2$:
$2KNO_3 \xrightarrow{\ t\ } 2KNO_2 + O_2$
Проверим количество атомов:
- Калий (K): слева 2, справа 2.
- Азот (N): слева 2, справа 2.
- Кислород (O): слева $2 \cdot 3 = 6$, справа $2 \cdot 2 + 2 = 6$.
Количества атомов всех элементов равны, уравнение составлено верно.

Далее определим, является ли эта реакция окислительно-восстановительной. Для этого необходимо расставить степени окисления для всех элементов в реагентах и продуктах.

В исходном веществе $\overset{+1}{K}\overset{+5}{N}\overset{-2}{O}_3$:
- $K$ имеет степень окисления $+1$.
- $O$ имеет степень окисления $-2$.
- $N$ имеет степень окисления $+5$.

В продуктах реакции:
- В нитрите калия $\overset{+1}{K}\overset{+3}{N}\overset{-2}{O}_2$: $N$ имеет степень окисления $+3$.
- В простом веществе, кислороде $\overset{0}{O}_2$: $O$ имеет степень окисления $0$.

Сравним степени окисления до и после реакции:
$N^{+5} + 2e^- \rightarrow N^{+3}$ (степень окисления понизилась, азот является окислителем, прошел процесс восстановления).
$2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$ (степень окисления повысилась, кислород является восстановителем, прошел процесс окисления).

Так как в ходе реакции произошло изменение степеней окисления атомов азота и кислорода, данная реакция является окислительно-восстановительной.

Ответ: Уравнение реакции разложения нитрата калия: $2KNO_3 \xrightarrow{\ t\ } 2KNO_2 + O_2\uparrow$. Эта реакция является окислительно-восстановительной, поскольку в ней изменяются степени окисления элементов: азот восстанавливается (с +5 до +3), а кислород окисляется (с -2 до 0).