Страница 113 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Задание 5

Проведите реакции, подтверждающие качественный состав сульфата железа (II). Запишите уравнения соответствующих реакций в молекулярной и ионной формах.

Для подтверждения качественного состава сульфата железа(II), химическая формула которого $FeSO_4$, необходимо провести качественные реакции на ионы, из которых он состоит: катион железа(II) $Fe^{2+}$ и сульфат-анион $SO_4^{2-}$.

Качественная реакция на катион железа(II) $Fe^{2+}$

Качественной реакцией на катион железа(II) является взаимодействие с растворами щелочей, например, с гидроксидом натрия ($NaOH$). В результате реакции образуется осадок гидроксида железа(II) $Fe(OH)_2$ характерного грязно-зеленого цвета. На воздухе этот осадок постепенно буреет из-за окисления до гидроксида железа(III) $Fe(OH)_3$.

Уравнение реакции в молекулярной форме:

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

Уравнение реакции в полной ионной форме:

$Fe^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2-}$

Уравнение реакции в сокращенной ионной форме:

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

Ответ: Признаком присутствия в растворе катионов железа(II) $Fe^{2+}$ является образование грязно-зеленого осадка при добавлении раствора щелочи. Сокращенное ионное уравнение: $Fe^{2+} + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow$.

Качественная реакция на сульфат-анион $SO_4^{2-}$

Качественной реакцией на сульфат-анион является взаимодействие с растворимыми солями бария, например, с хлоридом бария ($BaCl_2$). В результате реакции выпадает белый мелкокристаллический осадок сульфата бария $BaSO_4$. Важным подтверждением является то, что этот осадок не растворяется в сильных кислотах (например, в $HCl$ или $HNO_3$).

Уравнение реакции в молекулярной форме:

$FeSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + FeCl_2$

Уравнение реакции в полной ионной форме:

$Fe^{2+} + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + Fe^{2+} + 2Cl^-$

Уравнение реакции в сокращенной ионной форме:

$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

Ответ: Признаком присутствия в растворе сульфат-анионов $SO_4^{2-}$ является образование белого осадка, нерастворимого в кислотах, при добавлении раствора соли бария. Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$.

Вариант 1

а) гидроксид натрия; $NaOH$

б) карбонат калия; $K_2CO_3$

в) хлорид бария; $BaCl_2$

а) гидроксид натрия;

Гидроксид натрия (также известный как каустическая сода или едкий натр) — это неорганическое химическое соединение, относящееся к классу оснований, является сильной щёлочью. Молекула гидроксида натрия состоит из одного катиона натрия ($Na^+$) и одного гидроксид-аниона ($OH^-$). Натрий ($Na$) — это щелочной металл, расположенный в I группе периодической таблицы, и в соединениях он проявляет степень окисления +1, образуя ион с зарядом 1+. Гидроксид-ион ($OH^-$) представляет собой группу атомов с общим зарядом 1-. Поскольку заряды ионов равны по величине и противоположны по знаку, для образования электронейтрального соединения требуется один катион натрия на один гидроксид-анион.

Ответ: Химическая формула гидроксида натрия — $NaOH$.

б) карбонат калия;

Карбонат калия (также известный как поташ) — это неорганическое соединение, средняя соль щелочного металла калия и угольной кислоты. Данное соединение состоит из катионов калия ($K^+$) и карбонат-анионов ($CO_3^{2-}$). Калий ($K$) — это щелочной металл из I группы периодической таблицы, его ион имеет заряд 1+. Карбонат-ион ($CO_3^{2-}$) — это кислотный остаток слабой двухосновной угольной кислоты ($H_2CO_3$), и его заряд равен 2-. Для того чтобы соединение было электронейтральным, суммарный положительный заряд катионов должен компенсировать суммарный отрицательный заряд анионов. Поэтому на один карбонат-анион с зарядом 2- необходимо два катиона калия с зарядом 1+ каждый ($2 \cdot (+1) + (-2) = 0$).

Ответ: Химическая формула карбоната калия — $K_2CO_3$.

в) хлорид бария.

Хлорид бария — это неорганическое бинарное соединение, представляющее собой соль, образованную щелочноземельным металлом барием и галогеном хлором. Соединение состоит из катионов бария ($Ba^{2+}$) и хлорид-анионов ($Cl^-$). Барий ($Ba$) — элемент II группы периодической таблицы, его степень окисления в соединениях постоянна и равна +2, следовательно, заряд иона — 2+. Хлор ($Cl$) — галоген из VII группы, в солях-хлоридах он проявляет степень окисления -1, образуя ион с зарядом 1-. Для составления электронейтральной формулы необходимо, чтобы суммарный заряд был равен нулю. Один катион бария с зарядом 2+ требует для компенсации два хлорид-аниона с зарядом 1- каждый ($(+2) + 2 \cdot (-1) = 0$).

Ответ: Химическая формула хлорида бария — $BaCl_2$.

Вариант 2

а) карбонат кальция;

б) сульфат натрия;

в) хлорид калия.

а) карбонат кальция;

Карбонат кальция – это ионное соединение (соль), состоящее из катиона металла кальция и аниона кислотного остатка угольной кислоты (карбонат-иона).

1. Кальций ($Ca$) является элементом второй группы главной подгруппы периодической системы. Как металл, он отдает 2 электрона, образуя катион с зарядом +2, то есть $Ca^{2+}$.

2. Карбонат-ион является кислотным остатком двухосновной угольной кислоты ($H_2CO_3$). Его формула $CO_3^{2-}$, заряд иона равен -2.

3. Чтобы составить формулу соединения, необходимо уравнять суммарный положительный заряд катионов и суммарный отрицательный заряд анионов. В данном случае заряд катиона $Ca^{2+}$ (+2) и заряд аниона $CO_3^{2-}$ (-2) равны по модулю. Следовательно, для образования электронейтральной формульной единицы требуется один ион кальция и один карбонат-ион.

4. Записываем химическую формулу, ставя на первое место катион, а на второе — анион: $CaCO_3$.

Ответ: $CaCO_3$.

б) сульфат натрия;

Сульфат натрия – это соль, образованная катионом металла натрия и анионом кислотного остатка серной кислоты (сульфат-ионом).

1. Натрий ($Na$) – щелочной металл, элемент первой группы главной подгруппы. В соединениях он всегда проявляет степень окисления +1, образуя катион $Na^{+}$.

2. Сульфат-ион – это кислотный остаток двухосновной серной кислоты ($H_2SO_4$). Его формула $SO_4^{2-}$, заряд иона равен -2.

3. Для составления электронейтральной формулы необходимо, чтобы сумма зарядов была равна нулю. Заряд одного иона натрия равен +1, а заряд сульфат-иона равен -2. Чтобы уравновесить заряд -2, необходимо взять два катиона натрия ($2 \times (+1) = +2$). Таким образом, на один сульфат-ион приходится два иона натрия.

4. Записываем химическую формулу. Индекс, показывающий число атомов, ставится справа внизу от символа элемента. Получаем: $Na_2SO_4$.

Ответ: $Na_2SO_4$.

в) хлорид калия.

Хлорид калия – это соль, образованная катионом металла калия и анионом кислотного остатка соляной кислоты (хлорид-ионом).

1. Калий ($K$) – это щелочной металл, находящийся в первой группе главной подгруппы. Подобно натрию, он образует катион с зарядом +1, то есть $K^{+}$.

2. Хлорид-ион – это анион, образованный из атома хлора ($Cl$), элемента седьмой группы главной подгруппы (галогена). Принимая один электрон, хлор образует анион с зарядом -1, то есть $Cl^{-}$.

3. Сравниваем заряды катиона калия ($K^{+}$) и хлорид-иона ($Cl^{-}$). Заряды +1 и -1 взаимно компенсируют друг друга. Это означает, что для образования соединения требуется один ион калия и один хлорид-ион.

4. Записываем формулу, указывая сначала катион, а затем анион: $KCl$.

Ответ: $KCl$.

Вариант 3

а) нитрат бария;

б) сульфат натрия;

в) карбонат кальция.

а) нитрат бария

Нитрат бария — это соль, образованная катионом металла бария ($Ba$) и анионом кислотного остатка азотной кислоты ($HNO_3$). Ион бария имеет заряд $2+$, так как барий является элементом II группы главной подгруппы периодической системы. Формула иона: $Ba^{2+}$. Нитрат-ион — это кислотный остаток азотной кислоты, его заряд равен $-1$. Формула иона: $NO_3^{-}$.

Для того чтобы соединение было электронейтральным, суммарный положительный заряд катионов должен быть равен суммарному отрицательному заряду анионов. Следовательно, на один ион бария $Ba^{2+}$ необходимо два нитрат-иона $NO_3^{-}$. Группа $NO_3$ берется в скобки. Таким образом, химическая формула нитрата бария: $Ba(NO_3)_2$.

Нитрат бария является растворимой в воде солью. Уравнение электролитической диссоциации в водном растворе выглядит следующим образом: $Ba(NO_3)_2 \rightarrow Ba^{2+} + 2NO_3^{-}$

Ответ: химическая формула нитрата бария — $Ba(NO_3)_2$.

б) сульфат натрия

Сульфат натрия — это соль, образованная катионом металла натрия ($Na$) и анионом кислотного остатка серной кислоты ($H_2SO_4$). Ион натрия имеет заряд $1+$, так как натрий — элемент I группы главной подгруппы. Формула иона: $Na^{+}$. Сульфат-ион — это кислотный остаток серной кислоты, его заряд равен $-2$. Формула иона: $SO_4^{2-}$.

Для соблюдения принципа электронейтральности на один сульфат-ион $SO_4^{2-}$ должно приходиться два иона натрия $Na^{+}$. Таким образом, химическая формула сульфата натрия: $Na_2SO_4$.

Сульфат натрия является хорошо растворимой в воде солью. Уравнение его электролитической диссоциации: $Na_2SO_4 \rightarrow 2Na^{+} + SO_4^{2-}$

Ответ: химическая формула сульфата натрия — $Na_2SO_4$.

в) карбонат кальция

Карбонат кальция — это соль, образованная катионом металла кальция ($Ca$) и анионом кислотного остатка угольной кислоты ($H_2CO_3$). Ион кальция имеет заряд $2+$, так как кальций — элемент II группы главной подгруппы. Формула иона: $Ca^{2+}$. Карбонат-ион — это кислотный остаток угольной кислоты, его заряд равен $-2$. Формула иона: $CO_3^{2-}$.

В данном случае заряды катиона ($+2$) и аниона ($-2$) равны по модулю, поэтому для составления формулы требуется один ион кальция и один карбонат-ион. Таким образом, химическая формула карбоната кальция: $CaCO_3$.

Карбонат кальция является нерастворимой в воде солью (основной компонент мела, известняка, мрамора), поэтому в водных растворах он практически не диссоциирует на ионы. В химических уравнениях его нерастворимость часто обозначают стрелкой вниз: $CaCO_3 \downarrow$.

Ответ: химическая формула карбоната кальция — $CaCO_3$.

Вариант 4

а) хлорид натрия;

б) хлорид алюминия;

в) хлорид железа (III).

Решение

Поскольку в задании не указано, что именно нужно сделать с перечисленными веществами, наиболее вероятной задачей является составление уравнений гидролиза для их водных растворов и определение реакции среды. Гидролиз — это реакция обменного разложения веществ водой. Характер среды раствора зависит от силы кислоты и основания, образующих соль:

• Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергаются, среда их растворов нейтральная ($pH = 7$).
• Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, подвергаются гидролизу по катиону. В результате в растворе накапливаются ионы водорода ($H^+$), и среда становится кислой ($pH < 7$).
• Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой, подвергаются гидролизу по аниону. В результате в растворе накапливаются гидроксид-ионы ($OH^-$), и среда становится щелочной ($pH > 7$).
• Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, подвергаются гидролизу и по катиону, и по аниону. Среда раствора обычно близка к нейтральной.

а) хлорид натрия

Химическая формула хлорида натрия — $NaCl$. Эта соль образована сильным основанием — гидроксидом натрия ($NaOH$) и сильной кислотой — соляной кислотой ($HCl$).

Поскольку и кислотный остаток, и катион металла соответствуют сильным электролитам, гидролиз в растворе не происходит. Среда водного раствора хлорида натрия нейтральная.

Уравнение реакции с водой:

$NaCl + H_2O \leftrightarrow$ гидролиз не идет.

Ответ: Хлорид натрия ($NaCl$) образован сильным основанием ($NaOH$) и сильной кислотой ($HCl$), гидролизу не подвергается, среда раствора нейтральная ($pH = 7$).

б) хлорид алюминия

Химическая формула хлорида алюминия — $AlCl_3$. Эта соль образована слабым основанием — гидроксидом алюминия ($Al(OH)_3$) и сильной кислотой — соляной кислотой ($HCl$).

Гидролиз протекает по катиону ($Al^{3+}$). При растворении в воде ион алюминия взаимодействует с молекулами воды, что приводит к образованию ионов водорода $H^+$ и подкислению раствора. Гидролиз протекает ступенчато, для определения среды достаточно записать первую ступень.

Сокращенное ионное уравнение (I ступень):

$Al^{3+} + H_2O \leftrightarrow AlOH^{2+} + H^+$

Молекулярное уравнение (I ступень):

$AlCl_3 + H_2O \leftrightarrow Al(OH)Cl_2 + HCl$

Накопление ионов $H^+$ (или образование соляной кислоты $HCl$ в молекулярном уравнении) обуславливает кислую среду раствора.

Ответ: Хлорид алюминия ($AlCl_3$) образован слабым основанием ($Al(OH)_3$) и сильной кислотой ($HCl$), подвергается гидролизу по катиону, среда раствора кислая ($pH < 7$).

в) хлорид железа (III)

Химическая формула хлорида железа (III) — $FeCl_3$. Эта соль образована слабым основанием — гидроксидом железа (III) ($Fe(OH)_3$) и сильной кислотой — соляной кислотой ($HCl$).

Гидролиз протекает по катиону ($Fe^{3+}$), аналогично хлориду алюминия. Ион трехвалентного железа взаимодействует с водой, что приводит к образованию ионов водорода $H^+$ и созданию кислой среды. Рассмотрим первую ступень гидролиза.

Сокращенное ионное уравнение (I ступень):

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

Молекулярное уравнение (I ступень):

$FeCl_3 + H_2O \leftrightarrow Fe(OH)Cl_2 + HCl$

В результате реакции среда раствора становится кислой из-за избытка ионов $H^+$.

Ответ: Хлорид железа (III) ($FeCl_3$) образован слабым основанием ($Fe(OH)_3$) и сильной кислотой ($HCl$), подвергается гидролизу по катиону, среда раствора кислая ($pH < 7$).