Страница 42 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

Вспомните общее уравнение электролитической диссоциации оснований:

$M(OH)_n = M^{n+} + nOH^-$

В растворах щелочей присутствуют два типа ионов: общие для всех оснований гидроксид-анионы и индивидуальные для каждого основания катионы конкретных металлов. Какие ионы, образующиеся при диссоциации оснований, обусловливают их общие свойства?

Решение

Согласно теории электролитической диссоциации, основания — это электролиты, которые при растворении в воде диссоциируют с образованием катионов металла (или катиона аммония $NH_4^+$) и гидроксид-анионов $OH^-$. Общее уравнение этого процесса можно записать следующим образом:

$M(OH)_n \rightleftharpoons M^{n+} + nOH^-$

Как видно из этого уравнения, в растворе любого основания всегда присутствуют два типа ионов:

• Катионы металла $M^{n+}$, которые различны для каждого конкретного основания (например, $Na^+$ в гидроксиде натрия $NaOH$, $Ca^{2+}$ в гидроксиде кальция $Ca(OH)_2$). Эти ионы определяют индивидуальные, специфические свойства каждого основания.
• Гидроксид-анионы $OH^-$, которые являются общими для всех оснований.

Общие свойства целого класса химических соединений определяются теми ионами или функциональными группами, которые являются одинаковыми для всех представителей этого класса. Поскольку все основания при диссоциации образуют в растворе гидроксид-анионы $OH^-$, именно эти ионы и обусловливают их общие свойства.

К таким общим свойствам оснований относятся: способность изменять окраску индикаторов (лакмус синеет, фенолфталеин становится малиновым), мылкость растворов на ощупь, а также способность вступать в реакцию нейтрализации с кислотами с образованием соли и воды.

Ответ: Общие свойства оснований обусловливают гидроксид-анионы ($OH^-$), так как они образуются при диссоциации любого основания.

Лабораторный опыт 24

В три пробирки налейте по 2 мл раствора гидроксида натрия. В каждую пробирку добавьте по 2–3 капли растворов индикаторов: в первую — фенолфталеина, во вторую — лакмуса, в третью — метилового оранжевого. Как изменилась окраска индикаторов?

Решение

Гидроксид натрия ($NaOH$) — это сильное основание, которое также называют щёлочью. При растворении в воде гидроксид натрия диссоциирует с образованием катионов натрия ($Na^+$) и гидроксид-анионов ($OH^-$), которые и создают в растворе щелочную среду ($pH > 7$). Кислотно-основные индикаторы — это вещества, которые изменяют свою окраску в зависимости от кислотности ($pH$) среды. Рассмотрим, как изменят свой цвет указанные индикаторы в щелочной среде раствора $NaOH$.

В первой пробирке

В первую пробирку с раствором гидроксида натрия добавляют фенолфталеин. В нейтральной и кислой средах этот индикатор бесцветен. В щелочной среде (при $pH > 8,2$) фенолфталеин приобретает яркую малиновую окраску.

Ответ: Раствор в первой пробирке окрасился в малиновый цвет.

Во второй пробирке

Во вторую пробирку добавляют лакмус. В нейтральной среде лакмус фиолетовый. В щелочной среде (при $pH > 8,3$) он изменяет свой цвет на синий.

Ответ: Раствор во второй пробирке окрасился в синий цвет.

В третьей пробирке

В третью пробирку добавляют метиловый оранжевый (метилоранж). В нейтральной среде он оранжевый. В щелочной среде (при $pH > 4,4$) его окраска изменяется на желтую.

Ответ: Раствор в третьей пробирке окрасился в желтый цвет.

Приведите по два молекулярных уравнения, соответствующих приведённым сокращённым ионным уравнениям реакций.

Поскольку в задании не приведены конкретные сокращенные ионные уравнения, рассмотрим несколько типичных примеров и составим для каждого по два соответствующих молекулярных уравнения.

Общий принцип: чтобы составить молекулярное уравнение по сокращенному ионному, необходимо подобрать такие исходные вещества (реагенты), которые являются сильными электролитами (хорошо растворимы и диссоциируют в воде) и содержат ионы, участвующие в реакции. Ионы, не участвующие в реакции (ионы-наблюдатели), образуют в продуктах растворимое соединение.

а) $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

Решение:

Данное сокращенное ионное уравнение описывает реакцию нейтрализации, где ион водорода ($H^+$) из сильной кислоты реагирует с гидроксид-ионом ($OH^-$) из сильного основания (щелочи) с образованием слабого электролита — воды ($H_2O$).

1. В качестве сильной кислоты возьмем соляную кислоту ($HCl$), а в качестве щелочи — гидроксид натрия ($NaOH$). Ионы-наблюдатели $Na^+$ и $Cl^-$ образуют растворимую соль хлорид натрия ($NaCl$).

$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

2. В качестве другого примера возьмем серную кислоту ($H_2SO_4$) и гидроксид калия ($KOH$). Ионы-наблюдатели $K^+$ и $SO_4^{2-}$ образуют растворимую соль сульфат калия ($K_2SO_4$).

$H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

Ответ:

1) $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

2) $H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

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

Решение:

Это уравнение реакции ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимый в воде осадок сульфата бария ($BaSO_4$). Для составления молекулярного уравнения нужно подобрать растворимую соль бария (источник ионов $Ba^{2+}$) и растворимый сульфат или серную кислоту (источник ионов $SO_4^{2-}$).

1. Возьмем растворимую соль бария, например, хлорид бария ($BaCl_2$), и растворимую соль-сульфат, например, сульфат натрия ($Na_2SO_4$). Ионы $Na^+$ и $Cl^-$ являются наблюдателями и образуют растворимую соль $NaCl$.

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

2. В качестве источника ионов $Ba^{2+}$ можно взять нитрат бария ($Ba(NO_3)_2$), а в качестве источника сульфат-ионов $SO_4^{2-}$ — серную кислоту ($H_2SO_4$). Ионы-наблюдатели $H^+$ и $NO_3^-$ образуют азотную кислоту ($HNO_3$), которая является сильным растворимым электролитом.

$Ba(NO_3)_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HNO_3$

Ответ:

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

2) $Ba(NO_3)_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HNO_3$

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

Решение:

Данное уравнение описывает реакцию между сильной кислотой и растворимым карбонатом. В результате образуется слабая и неустойчивая угольная кислота ($H_2CO_3$), которая сразу разлагается на воду ($H_2O$) и углекислый газ ($CO_2$), который выделяется из раствора.

1. Возьмем сильную кислоту — соляную ($HCl$) и растворимый карбонат — карбонат натрия ($Na_2CO_3$). Ионы-наблюдатели $Na^+$ и $Cl^-$ образуют растворимую соль $NaCl$.

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

2. В качестве другого примера возьмем азотную кислоту ($HNO_3$) и карбонат калия ($K_2CO_3$). Ионы-наблюдатели $K^+$ и $NO_3^-$ образуют растворимую соль $KNO_3$.

$K_2CO_3 + 2HNO_3 \rightarrow 2KNO_3 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ:

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

2) $K_2CO_3 + 2HNO_3 \rightarrow 2KNO_3 + H_2O + CO_2 \uparrow$