Страница 246 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Задача 5

Определите, содержит ли поваренная соль примесь сульфатов. Напишите уравнения реакций в молекулярном и ионном виде.

Решение:

Определение примеси сульфатов

Чтобы определить, содержит ли поваренная соль ($NaCl$) примесь сульфатов, необходимо провести качественную реакцию на сульфат-ион ($SO_4^{2-}$). Качественным реагентом на сульфат-ионы являются растворимые соли бария, например, хлорид бария ($BaCl_2$) или нитрат бария ($Ba(NO_3)_2$).

Порядок проведения анализа:

1. Небольшое количество исследуемой поваренной соли растворяют в дистиллированной воде.

2. К полученному раствору добавляют несколько капель раствора хлорида бария ($BaCl_2$).

3. Если в поваренной соли есть примесь сульфатов (например, сульфата натрия $Na_2SO_4$), то при добавлении хлорида бария будет наблюдаться выпадение белого мелкокристаллического осадка сульфата бария ($BaSO_4$).

4. Для подтверждения, что осадок — это именно сульфат бария ($BaSO_4$), а не, например, карбонат бария ($BaCO_3$) или сульфит бария ($BaSO_3$), к раствору с осадком добавляют сильную кислоту, например, соляную ($HCl$). Если осадок не растворяется в кислоте, это доказывает наличие сульфат-ионов в исходном образце.

Уравнения реакций в молекулярном и ионном виде

Примесь сульфатов может присутствовать в виде сульфата натрия ($Na_2SO_4$). Реакция с хлоридом бария ($BaCl_2$) записывается следующим образом:

Молекулярное уравнение:
$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$

Полное ионное уравнение:
$2Na^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2Na^+ + 2Cl^-$

Сокращенное ионное уравнение:
$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

Ответ: Для определения примеси сульфатов в поваренной соли к ее водному раствору добавляют раствор соли бария (например, $BaCl_2$). Появление белого осадка, нерастворимого в сильных кислотах, указывает на наличие сульфат-ионов. Уравнения качественной реакции (на примере примеси $Na_2SO_4$): молекулярное $Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$; полное ионное $2Na^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2Na^+ + 2Cl^-$; сокращенное ионное $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$.

Задача 6

С помощью характерных реакций установите, является выданная вам соль сульфатом, иодидом или хлоридом. Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном виде.

Для того чтобы установить, является ли выданная соль сульфатом, иодидом или хлоридом, необходимо провести качественные реакции на соответствующие анионы: сульфат-ион ($SO_4^{2-}$), иодид-ион ($I^-$) и хлорид-ион ($Cl^-$). Для этого образец неизвестной соли растворяют в дистиллированной воде, и полученный раствор делят на несколько проб (например, в три пробирки), с каждой из которых проводят отдельный тест.

Качественным реактивом на сульфат-ион является растворимая соль бария, например, хлорид бария ($BaCl_2$) или нитрат бария ($Ba(NO_3)_2$). При добавлении к исследуемому раствору раствора соли бария в присутствии сульфат-ионов выпадает белый кристаллический осадок сульфата бария ($BaSO_4$), который не растворяется в кислотах (например, в $HNO_3$).

Пример реакции для сульфата натрия ($Na_2SO_4$):

Молекулярное уравнение:

$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$

Полное ионное уравнение:

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

Сокращенное ионное уравнение:

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

Ответ: Для определения сульфат-иона используют раствор соли бария (например, $BaCl_2$). Признак реакции — образование белого осадка, нерастворимого в кислотах.

Качественным реактивом на хлорид-ион является раствор нитрата серебра ($AgNO_3$). При взаимодействии с ионами хлора образуется белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$). Важным отличительным свойством этого осадка является его способность растворяться в водном растворе аммиака с образованием комплексного иона диамминсеребра(I) $[Ag(NH_3)_2]^+$.

Пример реакции для хлорида натрия ($NaCl$):

1. Образование осадка:

Молекулярное уравнение:

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

Полное ионное уравнение:

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

Сокращенное ионное уравнение:

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

2. Растворение осадка в аммиаке:

Молекулярное уравнение:

$AgCl + 2(NH_3 \cdot H_2O) \rightarrow [Ag(NH_3)_2]Cl + 2H_2O$

Ионное уравнение:

$AgCl \downarrow + 2NH_3 \rightarrow [Ag(NH_3)_2]^+ + Cl^-$

Ответ: Для определения хлорид-иона используют раствор нитрата серебра. Признак реакции — образование белого творожистого осадка, который растворяется при добавлении раствора аммиака.

Для определения иодид-ионов также используют раствор нитрата серебра ($AgNO_3$). В результате реакции образуется желтый творожистый осадок иодида серебра ($AgI$). В отличие от хлорида серебра, иодид серебра нерастворим ни в кислотах, ни в водном растворе аммиака, что позволяет отличить его от $AgCl$.

Пример реакции для иодида калия ($KI$):

Молекулярное уравнение:

$KI + AgNO_3 \rightarrow AgI \downarrow + KNO_3$

Полное ионное уравнение:

$K^+ + I^- + Ag^+ + NO_3^- \rightarrow AgI \downarrow + K^+ + NO_3^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$Ag^+ + I^- \rightarrow AgI \downarrow$

Ответ: Для определения иодид-иона используют раствор нитрата серебра. Признак реакции — образование желтого осадка, нерастворимого в растворе аммиака.

Задача 7

Исходя из оксида меди (II), получите раствор сульфата меди (II) и выделите из него кристаллический медный купорос. Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном виде.

Для решения данной задачи необходимо выполнить два последовательных химических превращения: сначала получить водный раствор сульфата меди(II) из оксида меди(II), а затем из этого раствора выделить кристаллы медного купороса.

1. Получение раствора сульфата меди (II)

Оксид меди(II) ($CuO$) является основным оксидом и вступает в реакцию с кислотами. Для получения сульфата меди(II) ($CuSO_4$) нужно провести реакцию оксида меди(II) с серной кислотой ($H_2SO_4$). В результате реакции образуется растворимая в воде соль — сульфат меди(II) — и вода. Раствор приобретает характерный голубой цвет.

Молекулярное уравнение реакции:

$CuO(тв) + H_2SO_4(р-р) \rightarrow CuSO_4(р-р) + H_2O(ж)$

Для составления ионных уравнений учтем, что оксид меди(II) — твердое, нерастворимое в воде вещество, поэтому записывается в молекулярной форме. Серная кислота является сильным электролитом и в растворе диссоциирует на ионы. Сульфат меди(II) — растворимая соль, также диссоциирует на ионы.

Полное ионное уравнение:

$CuO(тв) + 2H^+(р-р) + SO_4^{2-}(р-р) \rightarrow Cu^{2+}(р-р) + SO_4^{2-}(р-р) + H_2O(ж)$

Сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$) присутствуют в левой и правой частях уравнения и не участвуют в химическом превращении, поэтому их можно сократить.

Сокращенное ионное уравнение:

$CuO(тв) + 2H^+(р-р) \rightarrow Cu^{2+}(р-р) + H_2O(ж)$

Ответ: Молекулярное уравнение: $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$. Сокращенное ионное уравнение: $CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O$.

2. Выделение кристаллического медного купороса

Медный купорос — это тривиальное название кристаллогидрата сульфата меди(II), химическая формула которого $CuSO_4 \cdot 5H_2O$. Чтобы выделить его из полученного раствора, необходимо сначала увеличить концентрацию соли путем выпаривания части воды (растворителя). Затем полученный насыщенный горячий раствор нужно медленно охладить. При понижении температуры растворимость сульфата меди(II) уменьшается, и он начинает кристаллизоваться из раствора в виде красивых синих кристаллов пентагидрата.

Этот физико-химический процесс кристаллизации можно описать уравнением.

Уравнение в молекулярной форме (схематически):

$CuSO_4(р-р) + 5H_2O(ж) \xrightarrow{кристаллизация} CuSO_4 \cdot 5H_2O(тв)$

Уравнение в ионной форме, отражающее объединение ионов и молекул воды в кристаллическую решетку:

$Cu^{2+}(р-р) + SO_4^{2-}(р-р) + 5H_2O(ж) \xrightarrow{кристаллизация} CuSO_4 \cdot 5H_2O(тв)$

Ответ: Процесс выделения медного купороса из раствора описывается уравнением кристаллизации, которое в ионной форме выглядит так: $Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 5H_2O \rightarrow CuSO_4 \cdot 5H_2O(тв)$.

Задача 8

Вам даны три пробирки с растворами сульфата, сульфита и сульфида натрия. Определите с помощью только одного реактива, в какой пробирке находится каждое из веществ. Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном виде.

Для определения содержимого трех пробирок с растворами сульфата натрия ($Na_2SO_4$), сульфита натрия ($Na_2SO_3$) и сульфида натрия ($Na_2S$) можно использовать один реактив — сильную кислоту, например, соляную кислоту ($HCl$). При добавлении кислоты в каждую из пробирок будут наблюдаться различные эффекты, позволяющие однозначно идентифицировать каждое вещество.

Решение

В каждую из трех пробирок добавляем раствор соляной кислоты ($HCl$).

1. Взаимодействие с сульфидом натрия ($Na_2S$)

В пробирке с сульфидом натрия будет наблюдаться выделение бесцветного газа с резким неприятным запахом тухлых яиц — сероводорода ($H_2S$).

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$Na_2S + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2S\uparrow$

Уравнение реакции в полном ионном виде:

$2Na^+ + S^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow 2Na^+ + 2Cl^- + H_2S\uparrow$

Уравнение реакции в сокращенном ионном виде:

$S^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2S\uparrow$

Ответ: Пробирка, в которой при добавлении кислоты выделяется газ с запахом тухлых яиц, содержит сульфид натрия.

2. Взаимодействие с сульфитом натрия ($Na_2SO_3$)

В пробирке с сульфитом натрия будет наблюдаться выделение бесцветного газа с резким удушливым запахом (похожим на запах зажженной спички) — сернистого газа ($SO_2$).

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$Na_2SO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + SO_2\uparrow$

Уравнение реакции в полном ионном виде:

$2Na^+ + SO_3^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow 2Na^+ + 2Cl^- + H_2O + SO_2\uparrow$

Уравнение реакции в сокращенном ионном виде:

$SO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + SO_2\uparrow$

Ответ: Пробирка, в которой при добавлении кислоты выделяется газ с резким удушливым запахом, содержит сульфит натрия.

3. Взаимодействие с сульфатом натрия ($Na_2SO_4$)

В пробирке с сульфатом натрия видимых изменений наблюдаться не будет. Сульфат натрия — соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой, поэтому она не вступает в реакцию ионного обмена с другой сильной кислотой.

$Na_2SO_4 + HCl \nrightarrow$ (реакция не протекает)

Ответ: Пробирка, в которой при добавлении кислоты не происходит видимых изменений, содержит сульфат натрия.

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.