Страница 217 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

5. С оксидом натрия реагирует каждое из двух веществ:

1) кислород и вода

2) оксид углерода(IV) и оксид бария

3) калий и азотная кислота

4) вода и оксид фосфора(V)

Оксид натрия ($Na_2O$) — это типичный основный оксид. Для него характерны реакции с веществами кислотного характера (кислотами, кислотными и амфотерными оксидами) и с водой. Проанализируем предложенные пары веществ.

1) кислород и вода

С водой оксид натрия реагирует, образуя щелочь — гидроксид натрия:$Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH$

С кислородом оксид натрия может реагировать при нагревании, окисляясь до пероксида натрия:$2Na_2O + O_2 \xrightarrow{t} 2Na_2O_2$Хотя обе реакции возможны,通常 в школьном курсе химии под реакциями с основными оксидами подразумеваются прежде всего кислотно-основные взаимодействия.

2) оксид углерода(IV) и оксид бария

Оксид углерода(IV) ($CO_2$) является кислотным оксидом и реагирует с основным оксидом натрия с образованием соли — карбоната натрия:$Na_2O + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3$

Оксид бария ($BaO$) является основным оксидом. Основные оксиды между собой не реагируют.$Na_2O + BaO \rightarrow$ реакция не протекает.Следовательно, этот вариант неверен.

3) калий и азотная кислота

С азотной кислотой ($HNO_3$) оксид натрия реагирует как основный оксид с кислотой (реакция нейтрализации), образуя соль и воду:$Na_2O + 2HNO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O$

С калием ($K$) оксид натрия не реагирует. Металлы не вытесняют другие металлы из оксидов в таких комбинациях.$Na_2O + K \rightarrow$ реакция не протекает.Следовательно, этот вариант неверен.

4) вода и оксид фосфора(V)

С водой оксид натрия, как оксид щелочного металла, бурно реагирует, образуя гидроксид натрия:$Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH$

Оксид фосфора(V) ($P_2O_5$ или $P_4O_{10}$) — это кислотный оксид, который реагирует с основным оксидом натрия с образованием соли — фосфата натрия:$3Na_2O + P_2O_5 \rightarrow 2Na_3PO_4$

Оба вещества в этой паре вступают в характерные для основного оксида реакции. Этот вариант является наиболее корректным.

Ответ: 4

6. Разбавленная серная кислота не взаимодействует с

1) оксидом кремния

2) магнием

3) оксидом алюминия

4) карбонатом калия

Разбавленная серная кислота ($H_2SO_4$) — сильная кислота, проявляющая все характерные для этого класса соединений свойства. Для определения правильного ответа проанализируем её взаимодействие с каждым из предложенных веществ.

1) оксидом кремния

Оксид кремния(IV) ($SiO_2$) является кислотным оксидом. Кислотные оксиды не реагируют с кислотами, за исключением особых случаев (например, $SiO_2$ реагирует с плавиковой кислотой $HF$). С разбавленной серной кислотой реакция не протекает.

Ответ: не взаимодействует.

2) магнием

Магний ($Mg$) — это металл, который в электрохимическом ряду напряжений стоит до водорода. Такие металлы вытесняют водород из разбавленных кислот (кроме азотной). Реакция идет с образованием соли и водорода:

$Mg + H_2SO_4(разб.) \rightarrow MgSO_4 + H_2 \uparrow$

Ответ: взаимодействует.

3) оксидом алюминия

Оксид алюминия ($Al_2O_3$) — амфотерный оксид. Амфотерные оксиды реагируют как с кислотами, так и со щелочами. При взаимодействии с серной кислотой образуются соль и вода:

$Al_2O_3 + 3H_2SO_4(разб.) \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2O$

Ответ: взаимодействует.

4) карбонатом калия

Карбонат калия ($K_2CO_3$) — это соль слабой угольной кислоты ($H_2CO_3$). Более сильная серная кислота вытесняет угольную кислоту из ее соли. Образующаяся угольная кислота неустойчива и разлагается на углекислый газ и воду:

$K_2CO_3 + H_2SO_4(разб.) \rightarrow K_2SO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: взаимодействует.

Исходя из анализа, единственное вещество, с которым разбавленная серная кислота не взаимодействует, — это оксид кремния.

Ответ: 1

7. С гидроксидом натрия взаимодействует вещество, формула которого

1) $Cr(NO_3)_3$

2) $NH_3$

3) $CaO$

4) $O_2$

Гидроксид натрия ($NaOH$) — это сильное основание (щёлочь). Чтобы определить, какое из предложенных веществ будет с ним взаимодействовать, необходимо проанализировать химические свойства каждого вещества.

1) Cr(NO₃)₃

Нитрат хрома(III) — это соль, образованная катионом металла, гидроксид которого проявляет амфотерные свойства ($Cr(OH)_3$), и анионом сильной кислоты ($HNO_3$). При взаимодействии солей со щелочами происходит реакция ионного обмена, если один из продуктов выпадает в осадок, выделяется в виде газа или является слабым электролитом (например, водой). В данном случае образуется нерастворимый в воде гидроксид хрома(III) зеленого цвета.

Уравнение реакции: $Cr(NO_3)_3 + 3NaOH \rightarrow Cr(OH)_3 \downarrow + 3NaNO_3$.

Так как гидроксид хрома(III) является амфотерным, он способен растворяться в избытке щёлочи с образованием комплексной соли — гексагидроксохромата(III) натрия.

Уравнение реакции: $Cr(OH)_3 + 3NaOH_{ (изб.)} \rightarrow Na_3[Cr(OH)_6]$.

Следовательно, нитрат хрома(III) взаимодействует с гидроксидом натрия.

Ответ: взаимодействует.

2) NH₃

Аммиак ($NH_3$), а точнее его водный раствор (гидрат аммиака $NH_3 \cdot H_2O$), является слабым основанием. Два основания (сильное $NaOH$ и слабое $NH_3 \cdot H_2O$) друг с другом не реагируют.

Ответ: не взаимодействует.

3) CaO

Оксид кальция ($CaO$) — это основный оксид. Основные оксиды реагируют с кислотами и кислотными оксидами, но не вступают в реакцию с основаниями.

Ответ: не взаимодействует.

4) O₂

Кислород ($O_2$) — простое вещество-неметалл. В обычных условиях он не вступает в реакцию с водным раствором гидроксида натрия.

Ответ: не взаимодействует.

Таким образом, единственное вещество из предложенного списка, которое взаимодействует с гидроксидом натрия, — это нитрат хрома(III).

8. Установите соответствие между исходными веществами и продуктами реакции.

ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА

А) $Na_2SO_3 + HCl \rightarrow$

Б) $H_2S + NaOH \rightarrow$

В) $Na_2SO_3 + O_2 \rightarrow$

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ

1) $Na_2SO_4$

2) $NaCl + H_2SO_4$

3) $NaCl + SO_2 + H_2O$

4) $Na_2SO_3 + H_2O$

5) $Na_2S + H_2O$

Решение

Для того чтобы установить соответствие между исходными веществами и продуктами реакции, необходимо составить уравнения для каждой из предложенных химических реакций.

А) $Na_2SO_3 + HCl \rightarrow$

Реакция между сульфитом натрия ($Na_2SO_3$) и соляной кислотой ($HCl$) является реакцией ионного обмена. Соляная кислота, будучи более сильной, чем сернистая кислота ($H_2SO_3$), вытесняет последнюю из ее соли. Образующаяся сернистая кислота неустойчива и распадается на оксид серы(IV) ($SO_2$) и воду ($H_2O$).

Уравнение реакции в полном виде:

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

Таким образом, продуктами реакции являются хлорид натрия ($NaCl$), оксид серы(IV) ($SO_2$) и вода ($H_2O$). Этот набор продуктов соответствует варианту 3.

Ответ: 3

Б) $H_2S + NaOH \rightarrow$

Реакция между сероводородом ($H_2S$), который является слабой кислотой, и гидроксидом натрия ($NaOH$), сильным основанием, является реакцией нейтрализации. В результате образуется соль и вода. В зависимости от соотношения реагентов могут получиться кислая соль ($NaHS$) или средняя соль ($Na_2S$). В предложенных вариантах ответов присутствует средняя соль - сульфид натрия ($Na_2S$).

Уравнение реакции образования средней соли:

$H_2S + 2NaOH \rightarrow Na_2S + 2H_2O$

Продуктами реакции являются сульфид натрия ($Na_2S$) и вода ($H_2O$). Этот набор продуктов соответствует варианту 5.

Ответ: 5

В) $Na_2SO_3 + O_2 \rightarrow$

Реакция между сульфитом натрия ($Na_2SO_3$) и кислородом ($O_2$) является окислительно-восстановительной реакцией. Кислород выступает в роли окислителя, а сера в сульфите натрия, имеющая степень окисления +4, — в роли восстановителя. В ходе реакции сера окисляется до своей высшей степени окисления +6, образуя сульфат натрия ($Na_2SO_4$).

Уравнение реакции:

$2Na_2SO_3 + O_2 \xrightarrow{t} 2Na_2SO_4$

Продуктом реакции является сульфат натрия ($Na_2SO_4$). Это соответствует варианту 1.

Ответ: 1

9. Дана схема превращений:

$P \rightarrow P_2O_5 \rightarrow H_3PO_4 \rightarrow Na_3PO_4 \rightarrow Ag_3PO_4$

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для последнего превращения составьте сокращённое ионное уравнение.

P → P₂O₅

Для получения оксида фосфора(V) из фосфора необходимо провести реакцию его горения в избытке кислорода. Это реакция соединения.

Ответ: $4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

P₂O₅ → H₃PO₄

Оксид фосфора(V) — это кислотный оксид, который при взаимодействии с водой образует соответствующую кислоту — ортофосфорную.

Ответ: $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

H₃PO₄ → Na₃PO₄

Чтобы получить среднюю соль (фосфат натрия), нужно провести реакцию полной нейтрализации ортофосфорной кислоты подходящим основанием, например, гидроксидом натрия.

Ответ: $H_3PO_4 + 3NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 3H_2O$

Na₃PO₄ → Ag₃PO₄

Для получения нерастворимого фосфата серебра(I) из растворимого фосфата натрия необходимо провести реакцию ионного обмена с растворимой солью серебра, например, с нитратом серебра(I). В результате реакции выпадает характерный желтый осадок фосфата серебра(I).

Молекулярное уравнение реакции:

$Na_3PO_4 + 3AgNO_3 \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow + 3NaNO_3$

Для составления сокращенного ионного уравнения сначала запишем полное ионное уравнение, расписав сильные растворимые электролиты на ионы:

$3Na^+ + PO_4^{3-} + 3Ag^+ + 3NO_3^- \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow + 3Na^+ + 3NO_3^-$

Затем сократим одинаковые ионы (ионы-наблюдатели) в обеих частях уравнения. В данном случае это ионы $Na^+$ и $NO_3^-$.

Ответ: Молекулярное уравнение: $Na_3PO_4 + 3AgNO_3 \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow + 3NaNO_3$; сокращенное ионное уравнение: $3Ag^+ + PO_4^{3-} \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow$.

10. Дана схема превращений:

$Na_2CO_3 \xrightarrow{+HCl} X_1 \rightarrow CaCO_3 \xrightarrow{+HNO_3} X_2$

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для первого превращения составьте сокращённое ионное уравнение.

Решение

Для осуществления данной цепи превращений необходимо последовательно провести три химические реакции. Из схемы видно, что вещество $X_1$ получается из карбоната натрия при действии соляной кислоты, а вещество $X_2$ — из карбоната кальция при действии азотной кислоты. Проанализировав реакции, можно установить, что $X_1$ — это углекислый газ ($CO_2$), а $X_2$ — нитрат кальция ($Ca(NO_3)_2$).

Первое превращение: $Na_2CO_3 \xrightarrow{+HCl} X_1$

При взаимодействии раствора карбоната натрия с соляной кислотой происходит реакция обмена. Образуется хлорид натрия и угольная кислота ($H_2CO_3$), которая является неустойчивой и распадается на воду и углекислый газ ($CO_2$). Таким образом, вещество $X_1$ — это $CO_2$.

Молекулярное уравнение реакции:

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

Для написания сокращенного ионного уравнения запишем сначала полное ионное уравнение, расписав сильные электролиты на ионы:

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

Сократим ионы-наблюдатели ($Na^+$ и $Cl^-$), присутствующие в обеих частях уравнения. В результате получим сокращенное ионное уравнение, которое показывает суть химического процесса:

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

Ответ: Молекулярное уравнение: $Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$. Сокращенное ионное уравнение: $CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$.

Второе превращение: $X_1 \rightarrow CaCO_3$

Чтобы получить из углекислого газа ($X_1$) карбонат кальция, необходимо пропустить газ через раствор гидроксида кальция (известковую воду). В результате реакции образуется нерастворимый в воде белый осадок карбоната кальция.

Молекулярное уравнение реакции:

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

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

Третье превращение: $CaCO_3 \xrightarrow{+HNO_3} X_2$

Карбонат кальция, будучи солью слабой кислоты, реагирует с сильной азотной кислотой. В результате реакции обмена образуется растворимая соль нитрат кальция, вода и выделяется углекислый газ. Следовательно, вещество $X_2$ — это нитрат кальция ($Ca(NO_3)_2$).

Молекулярное уравнение реакции:

$CaCO_3 + 2HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

Ответ: $CaCO_3 + 2HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + H_2O + CO_2\uparrow$.

11. Вычислите массу осадка, образующегося при действии избытка раствора хлорида меди(II) на 40 г 10%-ного раствора гидроксида натрия.

Дано:

$m_{р-ра}(NaOH) = 40 \text{ г}$

$\omega(NaOH) = 10\% = 0.1$

Раствор $CuCl_2$ в избытке.

Найти:

$m(осадка) - ?$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции. При взаимодействии хлорида меди(II) ($CuCl_2$) и гидроксида натрия ($NaOH$) происходит реакция ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимое основание — гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$), выпадающий в виде осадка, и хлорид натрия ($NaCl$).

$CuCl_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

2. Согласно условию задачи, раствор хлорида меди(II) взят в избытке. Это означает, что гидроксид натрия полностью вступит в реакцию, и расчеты необходимо вести по нему (он является лимитирующим реагентом).

3. Вычислим массу чистого гидроксида натрия, содержащегося в 40 г 10%-ного раствора, по формуле:

$m(вещества) = m(раствора) \times \omega(вещества)$

$m(NaOH) = 40 \text{ г} \times 0.1 = 4 \text{ г}$

4. Рассчитаем молярные массы реагента ($NaOH$) и продукта-осадка ($Cu(OH)_2$), используя значения атомных масс из периодической таблицы (округляя до целых, для меди $Ar(Cu)=64$):

$M(NaOH) = Ar(Na) + Ar(O) + Ar(H) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

$M(Cu(OH)_2) = Ar(Cu) + 2 \times (Ar(O) + Ar(H)) = 64 + 2 \times (16 + 1) = 98 \text{ г/моль}$

5. Найдем количество вещества (в молях) гидроксида натрия:

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{4 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0.1 \text{ моль}$

6. Используя стехиометрические коэффициенты из уравнения реакции, определим количество вещества образовавшегося осадка $Cu(OH)_2$. Из уравнения видно, что на 2 моль $NaOH$ образуется 1 моль $Cu(OH)_2$.

$n(Cu(OH)_2) = \frac{1}{2} n(NaOH)$

$n(Cu(OH)_2) = \frac{1}{2} \times 0.1 \text{ моль} = 0.05 \text{ моль}$

7. Наконец, вычислим массу осадка гидроксида меди(II):

$m(Cu(OH)_2) = n(Cu(OH)_2) \times M(Cu(OH)_2)$

$m(Cu(OH)_2) = 0.05 \text{ моль} \times 98 \text{ г/моль} = 4.9 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося осадка составляет 4,9 г.

12. Необходимо в две стадии получить гидроксид железа(II), используя любые реактивы из следующего перечня: железо, цинк, сульфат железа(II), сульфат железа(III), гидроксид натрия, серная кислота, вода. Опишите признаки предлагаемых реакций. Для второй реакции напишите сокращённое ионное уравнение.

Решение

Для получения гидроксида железа(II) в две стадии необходимо сначала получить растворимую соль железа(II), а затем, действуя на нее щелочью, осадить гидроксид.

Стадия 1: Получение сульфата железа(II)

Для получения сульфата железа(II) используем реакцию замещения между металлическим железом и серной кислотой. Железо, как более активный металл, вытесняет водород из кислоты.

Молекулярное уравнение реакции:

$Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2 \uparrow$

Признаки реакции: Наблюдается растворение твердого железа и активное выделение пузырьков бесцветного газа (водорода). Раствор приобретает характерную для солей железа(II) бледно-зеленую окраску.

Стадия 2: Получение гидроксида железа(II)

К полученному на первой стадии раствору сульфата железа(II) добавляем раствор гидроксида натрия. Происходит реакция ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимый гидроксид железа(II).

Молекулярное уравнение реакции:

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

Признаки реакции: При смешивании растворов выпадает объемный осадок грязно-зеленого (серо-зеленого) цвета. Со временем на воздухе этот осадок может буреть из-за окисления до гидроксида железа(III).

Полное ионное уравнение:

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

Сокращенное ионное уравнение, как и требовалось в задаче:

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

Ответ:

Для получения гидроксида железа(II) необходимо провести следующие реакции:

1. $Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2 \uparrow$. Признаки: растворение железа, выделение газа, образование бледно-зеленого раствора.

2. $FeSO_4 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$. Признаки: образование грязно-зеленого осадка. Сокращенное ионное уравнение для этой реакции: $Fe^{2+} + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow$.