Страница 111 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Вариант 1

$\text{MgCO}_3 \rightarrow \text{MgCl}_2 \rightarrow \text{Mg(OH)}_2 \rightarrow \text{MgSO}_4$

Для осуществления данной цепочки превращений необходимо провести три последовательные химические реакции.

$MgCO_3 \rightarrow MgCl_2$

Для получения хлорида магния ($MgCl_2$) из карбоната магния ($MgCO_3$) необходимо провести реакцию с соляной кислотой ($HCl$). В результате реакции обмена между солью и кислотой образуется новая соль (хлорид магния), вода и выделяется углекислый газ.

Ответ: $MgCO_3 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$

$MgCl_2 \rightarrow Mg(OH)_2$

Для получения гидроксида магния ($Mg(OH)_2$) из хлорида магния ($MgCl_2$) нужно провести реакцию обмена с растворимым основанием (щёлочью), например, с гидроксидом натрия ($NaOH$). Гидроксид магния является нерастворимым основанием и выпадает в осадок, что является движущей силой реакции.

Ответ: $MgCl_2 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

$Mg(OH)_2 \rightarrow MgSO_4$

Чтобы из гидроксида магния ($Mg(OH)_2$) получить сульфат магния ($MgSO_4$), необходимо провести реакцию нейтрализации с серной кислотой ($H_2SO_4$). В результате реакции основного гидроксида и кислоты образуется соль и вода.

Ответ: $Mg(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + 2H_2O$

Вариант 2

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

Для осуществления данной цепочки превращений необходимо последовательно провести три химические реакции, соответствующие каждому переходу в схеме.

$CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2$

Чтобы получить гидроксид меди(II) из сульфата меди(II), необходимо провести реакцию обмена с растворимым основанием (щёлочью). В качестве реагента можно использовать гидроксид натрия ($NaOH$) или гидроксид калия ($KOH$). При взаимодействии раствора сульфата меди(II) со щёлочью выпадает осадок гидроксида меди(II) голубого цвета.

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

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

$Cu(OH)_2 \rightarrow CuO$

Гидроксид меди(II) является нерастворимым и термически неустойчивым основанием. При нагревании он разлагается на оксид меди(II) и воду. Оксид меди(II) — это твёрдое вещество чёрного цвета.

Уравнение реакции разложения (знак $t^{\circ}C$ над стрелкой указывает на необходимость нагревания): $Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^{\circ}C} CuO + H_2O$

Ответ: $Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^{\circ}C} CuO + H_2O$

$CuO \rightarrow Cu$

Для получения металлической меди из её оксида необходимо провести реакцию восстановления. Это можно сделать, нагревая оксид меди(II) с восстановителем, например, с водородом ($H_2$), угарным газом ($CO$) или углеродом ($C$). В результате реакции оксид меди(II) восстанавливается до чистой меди.

Уравнение реакции восстановления водородом: $CuO + H_2 \xrightarrow{t^{\circ}C} Cu + H_2O$

Ответ: $CuO + H_2 \xrightarrow{t^{\circ}C} Cu + H_2O$

Вариант 3

$ZnCl_2 \to Zn(OH)_2 \to ZnCl_2$

$\downarrow$

$Na_2[Zn(OH)_4]$

Решение

Для осуществления данной цепи превращений необходимо написать уравнения для трех соответствующих химических реакций.

1. Превращение $ZnCl_2 \rightarrow Zn(OH)_2$

Чтобы получить гидроксид цинка из хлорида цинка, необходимо провести реакцию с раствором щелочи, например, с гидроксидом натрия. Эта реакция ионного обмена приводит к образованию нерастворимого в воде осадка гидроксида цинка белого цвета. Важно отметить, что гидроксид цинка амфотерен, поэтому щелочь следует добавлять аккуратно, чтобы избежать растворения осадка в ее избытке.

Молекулярное уравнение реакции:

$ZnCl_2 + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_2\downarrow + 2NaCl$

Полное ионное уравнение:

$Zn^{2+} + 2Cl^{-} + 2Na^{+} + 2OH^{-} \rightarrow Zn(OH)_2\downarrow + 2Na^{+} + 2Cl^{-}$

Сокращенное ионное уравнение:

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

Ответ: $ZnCl_2 + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_2\downarrow + 2NaCl$

2. Превращение $Zn(OH)_2 \rightarrow ZnCl_2$

Гидроксид цинка, будучи основанием, вступает в реакцию нейтрализации с кислотами. Для получения хлорида цинка необходимо к осадку гидроксида цинка добавить соляную кислоту. В результате реакции осадок растворится с образованием соли (хлорида цинка) и воды.

Молекулярное уравнение реакции:

$Zn(OH)_2 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + 2H_2O$

Полное ионное уравнение (учитывая, что $Zn(OH)_2$ — твердое вещество):

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

Сокращенное ионное уравнение:

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

Ответ: $Zn(OH)_2 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + 2H_2O$

3. Превращение $Zn(OH)_2 \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$

Эта реакция демонстрирует амфотерные свойства гидроксида цинка — его способность реагировать как с кислотами, так и со щелочами. При добавлении к гидроксиду цинка избытка концентрированного раствора сильного основания, такого как гидроксид натрия, происходит растворение осадка с образованием растворимой комплексной соли — тетрагидроксоцинката натрия.

Молекулярное уравнение реакции:

$Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$

Полное ионное уравнение:

$Zn(OH)_2 + 2Na^{+} + 2OH^{-} \rightarrow 2Na^{+} + [Zn(OH)_4]^{2-}$

Сокращенное ионное уравнение:

$Zn(OH)_2 + 2OH^{-} \rightarrow [Zn(OH)_4]^{2-}$

Ответ: $Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$

Задание 1

В математике действует правило — «от перемены мест слагаемых сумма не меняется». Справедливо ли оно для химии? Проверьте это на примере следующего опыта.

Получите гидроксид алюминия по реакции обмена и докажите его амфотерный характер. Для этого вы можете использовать следующую реакцию:

$AlCl_3 + 3NaOH = Al(OH)_3\downarrow + 3NaCl$

Проведите эту реакцию в двух вариантах, используя в каждом варианте одинаковые объёмы исходных веществ: сначала к раствору одного из исходных веществ (реагенту) прибавляйте по каплям раствор другого реагента, затем поменяйте последовательность введения в реакцию реагентов. Наблюдайте, в каком случае выпадает осадок, а в каком — нет.

Объясните результаты и запишите уравнения проведённых реакций в молекулярной и ионной формах.

В химии, в отличие от математики, правило «от перемены мест слагаемых сумма не меняется» часто не работает. Результат химической реакции может кардинально зависеть от порядка смешивания реагентов. Это особенно ярко проявляется в реакциях с участием амфотерных соединений. Проверим это на предложенном опыте.

Опыт 1: Приливание по каплям раствора гидроксида натрия ($NaOH$) к раствору хлорида алюминия ($AlCl_3$).

В этом случае в реакционной смеси изначально находится избыток хлорида алюминия. По мере добавления щёлочи происходит реакция обмена с образованием нерастворимого в воде гидроксида алюминия в виде белого студенистого осадка.

Наблюдение: образуется белый осадок, который не исчезает при добавлении всего объёма щёлочи (взятой в стехиометрическом соотношении).

Уравнения реакции:

• Молекулярное уравнение: $AlCl_3 + 3NaOH = Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$
• Полное ионное уравнение: $Al^{3+} + 3Cl^{-} + 3Na^{+} + 3OH^{-} = Al(OH)_3 \downarrow + 3Na^{+} + 3Cl^{-}$
• Сокращённое ионное уравнение: $Al^{3+} + 3OH^{-} = Al(OH)_3 \downarrow$

Опыт 2: Приливание по каплям раствора хлорида алюминия ($AlCl_3$) к раствору гидроксида натрия ($NaOH$).

В этом варианте опыта в реакционной смеси изначально находится большой избыток гидроксида натрия. Гидроксид алюминия является амфотерным, то есть способен реагировать как с кислотами, так и с сильными основаниями (щелочами). Поэтому, как только образуются первые порции осадка $Al(OH)_3$, они тут же вступают в реакцию с избытком щёлочи, образуя растворимое комплексное соединение — тетрагидроксоалюминат натрия $Na[Al(OH)_4]$.

Наблюдение: видимого образования осадка не происходит. Раствор остается прозрачным.

Протекают две последовательные реакции:

1. Образование гидроксида алюминия (происходит в микрообъёме капли):
$AlCl_3 + 3NaOH = Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

2. Растворение образовавшегося гидроксида в избытке щёлочи:
$Al(OH)_3 + NaOH_{(изб.)} = Na[Al(OH)_4]$

Суммарное уравнение реакции в избытке щёлочи:

• Молекулярное уравнение: $AlCl_3 + 4NaOH = Na[Al(OH)_4] + 3NaCl$
• Полное ионное уравнение: $Al^{3+} + 3Cl^{-} + 4Na^{+} + 4OH^{-} = Na^{+} + [Al(OH)_4]^{-} + 3Na^{+} + 3Cl^{-}$
• Сокращённое ионное уравнение: $Al^{3+} + 4OH^{-} = [Al(OH)_4]^{-}$

Объяснение результатов

Результаты двух опытов различны, так как порядок смешивания реагентов определяет, какое вещество будет находиться в избытке в каждый момент времени. Амфотерный гидроксид алюминия $Al(OH)_3$ выпадает в осадок только при недостатке или стехиометрическом количестве щёлочи (Опыт 1). В избытке же щёлочи он проявляет свои кислотные свойства и растворяется, образуя комплексную соль (Опыт 2). Таким образом, данный эксперимент доказывает, что химические реакции не подчиняются математическому правилу о перемене мест слагаемых, так как последовательность действий может привести к образованию разных продуктов.

Ответ: Правило «от перемены мест слагаемых сумма не меняется» для химии несправедливо. При приливании раствора щёлочи к раствору соли алюминия выпадает осадок $Al(OH)_3$. При обратном порядке смешивания (раствор соли к щёлочи) осадок не образуется, так как амфотерный гидроксид алюминия растворяется в избытке щёлочи с образованием растворимой комплексной соли $Na[Al(OH)_4]$. Это доказывает, что порядок смешивания реагентов влияет на конечный результат реакции.