Страница 44 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

Лабораторный опыт 27

Повторите уже знакомый вам эксперимент. В пробирку налейте 2–3 мл раствора сульфата меди(II) — медного купороса — и прилейте 1–2 мл раствора щёлочи.

Что наблюдаете?

Содержимое пробирки сохраните для проведения следующего опыта.

Что наблюдаете?

При проведении данного лабораторного опыта в пробирку с раствором сульфата меди(II) ($CuSO_4$), который имеет характерный голубой цвет, добавляется бесцветный раствор щёлочи (например, гидроксида натрия $NaOH$).

В результате взаимодействия этих двух веществ происходит реакция ионного обмена. Продуктами реакции являются гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) и сульфат натрия ($Na_2SO_4$). Гидроксид меди(II) является нерастворимым в воде основанием.

Уравнение химической реакции в молекулярном виде:

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

Полное ионное уравнение, отражающее все ионы в растворе:

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

Сокращенное ионное уравнение, показывающее суть реакции (взаимодействие ионов меди и гидроксид-ионов):

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

Визуально наблюдается выпадение осадка синего или голубого цвета — это и есть гидроксид меди(II). Осадок имеет характерную студенистую (гелеобразную) структуру. По мере протекания реакции и расходования ионов меди($Cu^{2+}$), которые придавали исходному раствору голубую окраску, раствор над осадком становится бесцветным.

Ответ: При приливании раствора щёлочи к раствору сульфата меди(II) наблюдается образование студенистого осадка синего цвета.

Запишите молекулярное уравнение, соответствующее приведённому сокращённому ионному уравнению.

В представленном вопросе отсутствует само сокращённое ионное уравнение. Для демонстрации решения задачи возьмём в качестве примера одно из распространённых сокращённых ионных уравнений:

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

Решение

Сокращённое ионное уравнение показывает только те ионы и молекулы, которые непосредственно участвуют в химической реакции. Чтобы составить соответствующее ему молекулярное уравнение, необходимо "вернуть" ионы-наблюдатели, которые присутствовали в растворе, но не принимали участия в реакции.

1. Подбор реагентов. Нам нужно выбрать вещества, которые при диссоциации в водном растворе дадут ионы $H^+$ и $CO_3^{2-}$.

• Ионы водорода $H^+$ образуются при диссоциации сильных кислот. В качестве источника ионов $H^+$ можно взять, например, соляную кислоту ($HCl$), серную кислоту ($H_2SO_4$) или азотную кислоту ($HNO_3$). Выберем соляную кислоту. Так как в ионном уравнении участвуют два иона $H^+$, нам понадобятся 2 молекулы $HCl$. При диссоциации $2HCl$ образуются ионы $2H^+$ и $2Cl^-$.

• Карбонат-ионы $CO_3^{2-}$ должны поступить из растворимой соли. Согласно таблице растворимости, растворимыми являются карбонаты щелочных металлов, например, карбонат натрия ($Na_2CO_3$) или карбонат калия ($K_2CO_3$). Выберем карбонат натрия. При его диссоциации образуются ионы $2Na^+$ и $CO_3^{2-}$.

Таким образом, в качестве исходных веществ (реагентов) мы выбрали соляную кислоту $HCl$ и карбонат натрия $Na_2CO_3$.

2. Составление молекулярного уравнения.

Запишем левую часть уравнения в молекулярном виде: $2HCl + Na_2CO_3 \rightarrow$

Продукты реакции уже частично известны из ионного уравнения: это вода ($H_2O$) и углекислый газ ($CO_2$). Оставшиеся в растворе ионы-наблюдатели ($2Cl^-$ от кислоты и $2Na^+$ от соли) образуют новое вещество — хлорид натрия ($NaCl$). Так как ионов было по два, образуется 2 формульные единицы $NaCl$.

Теперь запишем полное молекулярное уравнение:

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

Данное молекулярное уравнение полностью соответствует исходному сокращённому ионному уравнению.

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

Запишите два молекулярных уравнения, соответствующих приведённому сокращённому ионному уравнению.

В предоставленном изображении отсутствует само сокращённое ионное уравнение. Поскольку для решения задачи необходимо это уравнение, в качестве примера будет рассмотрена реакция, приводящая к образованию нерастворимого сульфата бария. Это одна из классических реакций ионного обмена.

Пример сокращённого ионного уравнения:

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

Решение

Сокращённое ионное уравнение описывает суть химического превращения, показывая только те частицы (ионы), которые непосредственно вступают в реакцию. Чтобы на его основе составить молекулярное уравнение, необходимо подобрать исходные вещества (реагенты). Эти вещества должны удовлетворять следующим условиям:

1. Быть сильными электролитами (хорошо диссоциировать в воде).
2. Быть растворимыми в воде.
3. При диссоциации давать ионы, участвующие в реакции (в нашем случае $Ba^{2+}$ и $SO_4^{2-}$).

К каждому из этих ионов нужно добавить противоион ("ион-наблюдатель"), который не участвует в реакции и остается в растворе. Продукт реакции, помимо осадка $BaSO_4$, будет представлять собой растворимую соль, состоящую из этих ионов-наблюдателей.

Первое молекулярное уравнение

В качестве источника ионов бария $Ba^{2+}$ можно использовать растворимую соль, например, хлорид бария ($BaCl_2$). В качестве источника сульфат-ионов $SO_4^{2-}$ возьмем другую растворимую соль — сульфат натрия ($Na_2SO_4$). В ходе реакции обмена между этими солями образуется нерастворимый сульфат бария ($BaSO_4$) и растворимый хлорид натрия ($NaCl$).

Молекулярное уравнение реакции:

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

Для проверки можно составить полное ионное уравнение: $Ba^{2+} + 2Cl^{-} + 2Na^{+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2Na^{+} + 2Cl^{-}$. Сократив ионы-наблюдатели ($Na^{+}$ и $Cl^{-}$), мы получим исходное сокращённое ионное уравнение.

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

Второе молекулярное уравнение

Подберем другую пару реагентов. Источником ионов $Ba^{2+}$ может служить нитрат бария ($Ba(NO_3)_2$), а источником ионов $SO_4^{2-}$ — серная кислота ($H_2SO_4$). Оба вещества являются сильными электролитами и хорошо растворимы в воде.

Молекулярное уравнение реакции:

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

Полное ионное уравнение для этого случая: $Ba^{2+} + 2NO_3^{-} + 2H^{+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2H^{+} + 2NO_3^{-}$. Ионы водорода $H^{+}$ и нитрат-ионы $NO_3^{-}$ являются ионами-наблюдателями. Их сокращение также приводит к исходному сокращенному ионному уравнению.

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