Задача 1, страница 246 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Задача 1

Проведите реакции, с помощью которых можно доказать, что выданное вам в закрытых сосудах вещество является:

а) хлоридом аммония;

б) карбонатом натрия;

в) нитратом аммония;

г) нашатырным спиртом;

д) карбонатом кальция;

е) силикатом натрия.

Напишите уравнения проведённых реакций в молекулярном и ионном виде.

а) хлоридом аммония;

Чтобы доказать, что выданное вещество является хлоридом аммония ($NH_4Cl$), необходимо провести качественные реакции для обнаружения катиона аммония ($NH_4^+$) и хлорид-аниона ($Cl^-$).

1. Качественная реакция на катион аммония ($NH_4^+$). К раствору исследуемого вещества добавляют раствор сильной щелочи (например, $NaOH$) и нагревают. Выделение газа с резким характерным запахом (аммиака) указывает на присутствие ионов аммония. Газ также окрасит влажную красную лакмусовую бумагу в синий цвет.

Молекулярное уравнение:

$NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t} NaCl + NH_3\uparrow + H_2O$

Полное ионное уравнение:

$NH_4^+ + Cl^- + Na^+ + OH^- \xrightarrow{t} Na^+ + Cl^- + NH_3\uparrow + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t} NH_3\uparrow + H_2O$

2. Качественная реакция на хлорид-ион ($Cl^-$). К другой пробе раствора вещества добавляют раствор нитрата серебра ($AgNO_3$). Образование белого творожистого осадка хлорида серебра ($AgCl$), нерастворимого в сильных кислотах, подтверждает наличие хлорид-ионов.

Молекулярное уравнение:

$NH_4Cl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NH_4NO_3$

Полное ионное уравнение:

$NH_4^+ + Cl^- + Ag^+ + NO_3^- \rightarrow AgCl\downarrow + NH_4^+ + NO_3^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow$

Ответ: Для доказательства, что вещество является хлоридом аммония, нужно провести реакцию со щелочью при нагревании (признак — выделение аммиака) и реакцию с нитратом серебра (признак — выпадение белого творожистого осадка).

б) карбонатом натрия;

Для идентификации карбоната натрия ($Na_2CO_3$) проводят качественную реакцию на карбонат-ион ($CO_3^{2-}$). Присутствие иона натрия ($Na^+$) обычно подтверждают с помощью пламенного теста (ярко-желтое окрашивание пламени).

Качественная реакция на карбонат-ион ($CO_3^{2-}$). К раствору карбоната натрия добавляют любую сильную кислоту (например, соляную $HCl$ или серную $H_2SO_4$). Наблюдается бурное выделение газа без цвета и запаха (углекислого газа $CO_2$).

Молекулярное уравнение:

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

Полное ионное уравнение:

$2Na^+ + CO_3^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow 2Na^+ + 2Cl^- + H_2O + CO_2\uparrow$

Сокращенное ионное уравнение:

$CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$

Для подтверждения, что выделившийся газ — именно диоксид углерода, его пропускают через известковую воду (раствор $Ca(OH)_2$), которая мутнеет из-за образования нерастворимого карбоната кальция ($CaCO_3$).

Молекулярное уравнение:

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

Полное ионное уравнение:

$CO_2 + Ca^{2+} + 2OH^- \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение совпадает с полным, так как $CO_2$ и $H_2O$ — малодиссоциирующие вещества.

Ответ: Наличие карбонат-иона доказывается реакцией с сильной кислотой (выделение углекислого газа), а наличие иона натрия — с помощью пламенного теста (желтое пламя).

в) нитратом аммония;

Чтобы доказать, что вещество является нитратом аммония ($NH_4NO_3$), необходимо провести качественные реакции на ион аммония ($NH_4^+$) и нитрат-ион ($NO_3^-$).

1. Качественная реакция на катион аммония ($NH_4^+$). Реакция аналогична реакции для хлорида аммония. К раствору вещества добавляют раствор щелочи ($NaOH$) и нагревают. Выделение аммиака с резким запахом подтверждает наличие иона $NH_4^+$.

Молекулярное уравнение:

$NH_4NO_3 + NaOH \xrightarrow{t} NaNO_3 + NH_3\uparrow + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t} NH_3\uparrow + H_2O$

2. Качественная реакция на нитрат-ион ($NO_3^-$). После проведения реакции на ион аммония в ту же пробирку, содержащую теперь нитрат натрия и избыток щелочи, добавляют порошок алюминия (или цинка) и снова нагревают. Восстановление нитрат-иона до аммиака приведет к повторному выделению газа с резким запахом.

Молекулярное уравнение (с алюминием):

$3NaNO_3 + 8Al + 5NaOH + 2H_2O \xrightarrow{t} 8NaAlO_2 + 3NH_3\uparrow$

Сокращенное ионное уравнение:

$3NO_3^- + 8Al + 5OH^- + 2H_2O \xrightarrow{t} 8AlO_2^- + 3NH_3\uparrow$

Ответ: Наличие иона аммония доказывается выделением аммиака при действии щелочи и нагревании. Затем в эту же смесь добавляют алюминий и снова нагревают; повторное выделение аммиака доказывает наличие нитрат-иона.

г) нашатырным спиртом;

Нашатырный спирт — это водный раствор аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$), который является слабым основанием. Его можно идентифицировать по нескольким признакам.

1. Физические свойства и реакция среды. Вещество имеет характерный резкий запах аммиака. Раствор проявляет щелочную реакцию, окрашивая красный лакмус в синий цвет, а фенолфталеин — в малиновый.

2. Реакция с кислотой. При добавлении кислоты, например, соляной ($HCl$), происходит реакция нейтрализации, и запах аммиака исчезает. Если использовать концентрированную соляную кислоту, то при сближении с сосудом с нашатырным спиртом образуется белый "дым" — мельчайшие кристаллы хлорида аммония.

Молекулярное уравнение:

$NH_3 \cdot H_2O + HCl \rightarrow NH_4Cl + H_2O$

Полное ионное уравнение:

$NH_3 \cdot H_2O + H^+ + Cl^- \rightarrow NH_4^+ + Cl^- + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$NH_3 \cdot H_2O + H^+ \rightarrow NH_4^+ + H_2O$

3. Реакция с солями металлов. При добавлении нашатырного спирта к раствору соли, катион которой образует нерастворимый гидроксид (например, $CuSO_4$), выпадает осадок этого гидроксида.

Молекулярное уравнение:

$2(NH_3 \cdot H_2O) + CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + (NH_4)_2SO_4$

Полное ионное уравнение:

$2NH_3 \cdot H_2O + Cu^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2NH_4^+ + SO_4^{2-}$

Сокращенное ионное уравнение:

$2NH_3 \cdot H_2O + Cu^{2+} \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2NH_4^+$

Ответ: Нашатырный спирт определяется по резкому запаху, щелочной реакции среды и по реакции с кислотой (нейтрализация) или с раствором соли меди(II) (выпадение голубого осадка гидроксида меди(II)).

д) карбонатом кальция;

Карбонат кальция ($CaCO_3$) — это белое твердое вещество, нерастворимое в воде. Для его идентификации нужно доказать наличие катиона кальция ($Ca^{2+}$) и карбонат-аниона ($CO_3^{2-}$).

1. Качественная реакция на карбонат-ион ($CO_3^{2-}$). При действии на вещество сильной кислоты (например, $HCl$) оно растворяется с шипением — выделением углекислого газа ($CO_2$).

Молекулярное уравнение:

$CaCO_3(s) + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

Полное ионное уравнение:

$CaCO_3(s) + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Ca^{2+} + 2Cl^- + H_2O + CO_2\uparrow$

Сокращенное ионное уравнение:

$CaCO_3(s) + 2H^+ \rightarrow Ca^{2+} + H_2O + CO_2\uparrow$

2. Качественная реакция на катион кальция ($Ca^{2+}$). После растворения осадка в кислоте к полученному раствору хлорида кальция ($CaCl_2$) добавляют раствор оксалата аммония ($(NH_4)_2C_2O_4$). Выпадение белого кристаллического осадка оксалата кальция ($CaC_2O_4$) подтверждает наличие ионов $Ca^{2+}$.

Молекулярное уравнение:

$CaCl_2 + (NH_4)_2C_2O_4 \rightarrow CaC_2O_4\downarrow + 2NH_4Cl$

Полное ионное уравнение:

$Ca^{2+} + 2Cl^- + 2NH_4^+ + C_2O_4^{2-} \rightarrow CaC_2O_4\downarrow + 2NH_4^+ + 2Cl^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$Ca^{2+} + C_2O_4^{2-} \rightarrow CaC_2O_4\downarrow$

Также ион кальция можно определить по кирпично-красному окрашиванию пламени.

Ответ: Карбонат кальция — нерастворимое в воде твердое вещество, которое реагирует с кислотой с выделением газа. После растворения в кислоте ионы кальция можно обнаружить реакцией с оксалатом аммония (выпадает белый осадок).

е) силикатом натрия.

Силикат натрия ($Na_2SiO_3$), также известный как "жидкое стекло", обычно представляет собой вязкий водный раствор. Для его идентификации проводят качественную реакцию на силикат-ион ($SiO_3^{2-}$). Ион натрия ($Na^+$) определяют по желтому окрашиванию пламени.

Качественная реакция на силикат-ион ($SiO_3^{2-}$). К раствору силиката натрия добавляют сильную кислоту (например, $HCl$ или $H_2SO_4$). При этом образуется объемистый белый студенистый (гелеобразный) осадок кремниевой кислоты ($H_2SiO_3$).

Молекулярное уравнение:

$Na_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + 2NaCl$

Полное ионное уравнение:

$2Na^+ + SiO_3^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + 2Na^+ + 2Cl^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$2H^+ + SiO_3^{2-} \rightarrow H_2SiO_3\downarrow$

Ответ: Наличие силикат-иона доказывается реакцией с сильной кислотой, в результате которой образуется гелеобразный осадок кремниевой кислоты. Наличие иона натрия подтверждается пламенным тестом.