Страница 45 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

Лабораторный опыт 28

Закрепите в пробиркодержателе пробирку с полученным в предыдущем опыте синим осадком. Осторожно нагревайте её в пламени спиртовки (не до кипения). Что наблюдаете?

В предыдущем лабораторном опыте, как правило, получают синий осадок гидроксида меди(II) путем реакции обмена между растворимой солью меди(II) (например, сульфатом меди(II), $CuSO_4$) и щелочью (например, гидроксидом натрия, $NaOH$).

Решение

При нагревании пробирки с гидроксидом меди(II) ($Cu(OH)_2$) происходит реакция его термического разложения. Нерастворимые гидроксиды металлов при нагревании разлагаются на соответствующий оксид и воду. Гидроксид меди(II) имеет характерный синий цвет. В результате его разложения образуется оксид меди(II) ($CuO$), который является твердым веществом черного цвета, и вода ($H_2O$).

Уравнение протекающей химической реакции:

$Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} CuO \downarrow + H_2O$

Таким образом, наблюдаемым явлением будет изменение цвета осадка с синего на черный.

Ответ: При нагревании пробирки наблюдается изменение цвета осадка с синего на черный. Синий осадок гидроксида меди(II) разлагается с образованием черного оксида меди(II) и воды.

1. Какие химические свойства характерны для щелочей? Какие — для нерастворимых оснований? Какие химические свойства характерны для обеих групп оснований?

Основания — это сложные вещества, которые состоят из атомов металла (или иона аммония $NH_4^+$) и одной или нескольких гидроксогрупп ($-OH$). Их делят на растворимые в воде (щёлочи) и нерастворимые.

Какие химические свойства характерны для щелочей?

Щёлочи — это сильные основания, растворимые в воде. Помимо общих для всех оснований свойств, для них характерны следующие реакции:

1. Взаимодействие с кислотными оксидами с образованием соли и воды.
   Пример: $2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

2. Взаимодействие с растворами солей, если в результате реакции образуется нерастворимое вещество (осадок) или газ.
   Пример: $2KOH + CuCl_2 \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2KCl$

3. Взаимодействие с амфотерными металлами, оксидами и гидроксидами.
   Пример с металлом: $2Al + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow 2NaAlO_2 + 3H_2\uparrow$
   Пример с оксидом: $ZnO + 2KOH \xrightarrow{сплавление} K_2ZnO_2 + H_2O$
   Пример с гидроксидом (в растворе): $Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$ (тетрагидроксоалюминат натрия)

4. Изменение окраски индикаторов: в растворах щелочей лакмус становится синим, метиловый оранжевый — желтым, а фенолфталеин — малиновым. Это связано с высокой концентрацией гидроксид-ионов ($OH^-$) в растворе.

Ответ: Для щелочей характерны реакции с кислотными оксидами, солями (с образованием осадка), амфотерными соединениями и металлами, а также способность изменять окраску индикаторов.

Какие — для нерастворимых оснований?

Нерастворимые основания — это слабые основания, которые не растворяются в воде. Их специфическим свойством является:

1. Термическое разложение. При нагревании нерастворимые основания разлагаются на соответствующий оксид металла и воду. Щёлочи (кроме гидроксида лития $LiOH$) термически устойчивы.
   Пример: $Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^{\circ}C} CuO + H_2O$
   Пример: $2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t^{\circ}C} Fe_2O_3 + 3H_2O$

Ответ: Для нерастворимых оснований характерна реакция термического разложения на оксид и воду.

Какие химические свойства характерны для обеих групп оснований?

Общим и наиболее важным химическим свойством для всех оснований (как растворимых, так и нерастворимых) является:

1. Взаимодействие с кислотами (реакция нейтрализации). В результате этой реакции образуются соль и вода.
   Пример со щёлочью: $KOH + HCl \rightarrow KCl + H_2O$
   Пример с нерастворимым основанием: $Mg(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + 2H_2O$

Ответ: Для обеих групп оснований характерна реакция нейтрализации с кислотами с образованием соли и воды.

2. Какие свойства оснований обусловлены гидроксид-анионами, а какие — катионами металла или аммония?

Свойства оснований можно разделить на две группы в зависимости от того, какой ион в их составе их определяет: общие для всех оснований гидроксид-анионы или индивидуальные для каждого основания катионы металла/аммония.

Свойства, обусловленные гидроксид-анионами ($OH^-$)

Эти свойства являются общими для всех оснований, поскольку они определяются наличием в их водных растворах свободных гидроксид-анионов $OH^-$. Именно эти ионы отвечают за основные свойства. К таким свойствам относятся:

• Реакция с кислотами (реакция нейтрализации). Это фундаментальное свойство всех оснований, в результате которого образуются соль и вода. Суть реакции заключается во взаимодействии ионов водорода и гидроксид-ионов: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$. Пример: $2KOH + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$.

• Изменение окраски индикаторов. В присутствии ионов $OH^-$ среда становится щелочной ($pH>7$), что вызывает характерное изменение цвета индикаторов: лакмус синеет, фенолфталеин становится малиновым, а метиловый оранжевый — желтым.

• Взаимодействие с кислотными оксидами. Растворимые основания (щелочи) реагируют с кислотными оксидами, образуя соль и воду. Пример: $Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$.

• Взаимодействие с растворами солей. Щелочи вступают в реакцию с растворимыми солями, если в результате образуется нерастворимое основание (осадок) или выделяется газ (аммиак). Пример: $3NaOH + FeCl_3 \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$.

• Органолептические свойства. Водные растворы щелочей мылкие (скользкие) на ощупь и имеют горький вкус.

Свойства, обусловленные катионами металла ($Me^{n+}$) или аммония ($NH_4^+$)

Эти свойства являются специфическими, то есть они отличают одно основание от другого. Они зависят от природы катиона, входящего в состав основания. К ним относятся:

• Растворимость в воде и сила основания. Это свойство напрямую зависит от катиона. Гидроксиды щелочных металлов (например, $NaOH$, $KOH$) и некоторых щелочноземельных ($Ca(OH)_2$, $Ba(OH)_2$) хорошо растворимы в воде и являются сильными основаниями (щелочами). Большинство других гидроксидов (например, $Cu(OH)_2$, $Fe(OH)_3$) нерастворимы и являются слабыми основаниями. Гидроксид аммония $NH_4OH$ также является слабым основанием.

• Термическая устойчивость. Гидроксиды щелочных металлов (кроме $LiOH$) термически стабильны и плавятся без разложения. Большинство других гидроксидов, включая гидроксид аммония, при нагревании разлагаются. Пример разложения нерастворимого основания: $Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} CuO + H_2O$. Гидроксид аммония неустойчив и разлагается уже при комнатной температуре: $NH_4OH \rightleftharpoons NH_3 \uparrow + H_2O$.

• Амфотерность. Способность некоторых гидроксидов (например, $Al(OH)_3$, $Zn(OH)_2$, $Cr(OH)_3$) реагировать не только с кислотами, но и со щелочами, определяется природой катиона металла. Пример реакции амфотерного гидроксида со щелочью: $Al(OH)_3 + NaOH_{ (конц.)} \rightarrow Na[Al(OH)_4]$.

• Цвет основания. Цвет соединения зависит от катиона металла, особенно это касается переходных металлов. Например, гидроксид меди(II) $Cu(OH)_2$ — голубого цвета, гидроксид железа(III) $Fe(OH)_3$ — бурого, гидроксид никеля(II) $Ni(OH)_2$ — светло-зеленого, в то время как гидроксиды натрия $NaOH$ и цинка $Zn(OH)_2$ — белые.

• Специфические реакции. Наличие катиона аммония $NH_4^+$ обусловливает выделение газа аммиака с характерным резким запахом при разложении или при реакции с другими щелочами.

Ответ:

Свойства, обусловленные гидроксогруппами ($OH^-$), являются общими для класса оснований и определяют их основный характер: способность реагировать с кислотами, кислотными оксидами, некоторыми солями, а также изменять цвет индикаторов. Свойства, обусловленные катионами металла или аммония, являются индивидуальными для каждого основания и определяют его физические характеристики (растворимость, цвет, термическая устойчивость) и специфические химические свойства (сила основания, амфотерность).

3. Перечислите условия протекания реакций между растворами щелочей и солей.

Решение

Реакции между растворами щелочей и солей относятся к реакциям ионного обмена. Для того чтобы такая реакция протекала до конца (была необратимой), необходимо выполнение двух основных условий:

1. Исходные реагенты (и щелочь, и соль) должны быть растворимы в воде.

   Это необходимое условие, чтобы в растворе были свободные ионы, способные вступать в реакцию. Поскольку в задании речь идет о растворах щелочей (растворимых оснований), то ключевым моментом является растворимость исходной соли.

2. В результате реакции должен образовываться хотя бы один продукт, который покидает сферу реакции.

   Таким продуктом может быть:

   • Нерастворимое вещество (осадок). Это самый частый случай. Происходит образование нового основания или новой соли, которые нерастворимы в воде.

     Пример образования нерастворимого основания:

     $FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl$

     Пример образования нерастворимой соли:

     $Na_2CO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaOH$

   • Газообразное вещество. Это происходит, если в реакцию со щелочью вступает соль аммония. Образующийся гидроксид аммония ($NH_4OH$) неустойчив и разлагается с выделением газа аммиака ($NH_3$).

     Пример:

     $2NH_4Cl + Ba(OH)_2 \rightarrow BaCl_2 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$

   • Малодиссоциирующее вещество (слабый электролит), как правило, вода. Это условие выполняется при реакции щелочи с кислой солью, что по сути является реакцией нейтрализации.

     Пример:

     $KOH + NaHSO_4 \rightarrow K_2SO_4 + H_2O$

Ответ: Реакция между растворами щелочи и соли протекает, если: 1) оба исходных реагента (щелочь и соль) растворимы в воде; 2) в результате реакции образуется нерастворимое вещество (осадок), или газообразное вещество, или слабый электролит (например, вода).

4. Напишите ионные и молекулярные уравнения реакций, протекающих при взаимодействии:

а) раствора гидроксида натрия и оксида азота(V);

б) гидроксида хрома(II) и соляной кислоты;

в) растворов сульфата аммония и гидроксида натрия.

а) раствора гидроксида натрия и оксида азота(V)

Решение

Оксид азота(V) ($N_2O_5$) является кислотным оксидом, которому соответствует азотная кислота ($HNO_3$). При взаимодействии с основанием (гидроксидом натрия, $NaOH$) образуется соль (нитрат натрия, $NaNO_3$) и вода ($H_2O$).

Молекулярное уравнение реакции:

$2NaOH + N_2O_5 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O$

Для составления ионного уравнения распишем сильные электролиты на ионы. Гидроксид натрия ($NaOH$) и нитрат натрия ($NaNO_3$) являются сильными электролитами. Оксид азота(V) ($N_2O_5$) и вода ($H_2O$) — слабые электролиты и на ионы не расписываются.

Полное ионное уравнение:

$2Na^+ + 2OH^- + N_2O_5 \rightarrow 2Na^+ + 2NO_3^- + H_2O$

Сократив одинаковые ионы ($Na^+$) в левой и правой частях уравнения, получим сокращенное ионное уравнение:

$2OH^- + N_2O_5 \rightarrow 2NO_3^- + H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $2NaOH + N_2O_5 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O$. Сокращенное ионное уравнение: $2OH^- + N_2O_5 \rightarrow 2NO_3^- + H_2O$.

б) гидроксида хрома(II) и соляной кислоты

Решение

Гидроксид хрома(II) ($Cr(OH)_2$) является нерастворимым основанием. Он реагирует с сильной соляной кислотой ($HCl$) по типу реакции нейтрализации с образованием соли (хлорида хрома(II), $CrCl_2$) и воды ($H_2O$).

Молекулярное уравнение реакции:

$Cr(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CrCl_2 + 2H_2O$

Для составления ионного уравнения распишем сильные электролиты на ионы. Соляная кислота ($HCl$) и хлорид хрома(II) ($CrCl_2$) являются сильными электролитами. Гидроксид хрома(II) ($Cr(OH)_2$) — нерастворимое вещество, вода ($H_2O$) — слабый электролит, поэтому они на ионы не расписываются.

Полное ионное уравнение:

$Cr(OH)_2 + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Cr^{2+} + 2Cl^- + 2H_2O$

Сократив одинаковые ионы ($Cl^-$) в обеих частях, получим сокращенное ионное уравнение:

$Cr(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Cr^{2+} + 2H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $Cr(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CrCl_2 + 2H_2O$. Сокращенное ионное уравнение: $Cr(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Cr^{2+} + 2H_2O$.

в) растворов сульфата аммония и гидроксида натрия

Решение

Реакция между сульфатом аммония ($(NH_4)_2SO_4$) и гидроксидом натрия ($NaOH$) является реакцией ионного обмена. В результате образуется соль (сульфат натрия, $Na_2SO_4$), а также неустойчивый гидроксид аммония ($NH_4OH$), который разлагается на аммиак ($NH_3$) и воду ($H_2O$). Выделение газа ($NH_3$) является признаком протекания реакции.

Молекулярное уравнение реакции:

$(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$

Для составления ионного уравнения распишем сильные электролиты на ионы. Сульфат аммония, гидроксид натрия и сульфат натрия — растворимые соли и сильное основание, они диссоциируют на ионы. Аммиак ($NH_3$) — газ, вода ($H_2O$) — слабый электролит, на ионы не расписываются.

Полное ионное уравнение:

$2NH_4^+ + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-} + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$

Сократив одинаковые ионы ($Na^+$ и $SO_4^{2-}$) в обеих частях, получим сокращенное ионное уравнение:

$2NH_4^+ + 2OH^- \rightarrow 2NH_3\uparrow + 2H_2O$

Все коэффициенты можно сократить на 2:

$NH_4^+ + OH^- \rightarrow NH_3\uparrow + H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$. Сокращенное ионное уравнение: $NH_4^+ + OH^- \rightarrow NH_3\uparrow + H_2O$.

5. Напишите по одному молекулярному уравнению реакций, которым соответствуют сокращённые ионные уравнения:

а) $Al^{3+} + 3OH^{-} = Al(OH)_3\downarrow$

б) $CO_2 + 2OH^{-} = CO_3^{2-} + H_2O$

в) $2H^{+} + Cu(OH)_2 = Cu^{2+} + 2H_2O$

а) $Al^{3+} + 3OH^{-} = Al(OH)_3 \downarrow$

Решение:

Данное сокращенное ионное уравнение описывает реакцию ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимое вещество — гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$). Чтобы составить соответствующее молекулярное уравнение, необходимо подобрать реагенты: растворимую соль алюминия (источник ионов $Al^{3+}$) и растворимое сильное основание, т.е. щелочь (источник ионов $OH^{-}$).

В качестве растворимой соли алюминия можно взять хлорид алюминия ($AlCl_3$) или нитрат алюминия ($Al(NO_3)_3$). В качестве щелочи — гидроксид натрия ($NaOH$) или гидроксид калия ($KOH$).

Возьмем, к примеру, хлорид алюминия и гидроксид натрия. Молекулярное уравнение реакции будет выглядеть так:

$AlCl_3 + 3NaOH = Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

Проверим, соответствует ли это уравнение заданному сокращенному ионному уравнению. Для этого напишем полное ионное уравнение, расписав сильные электролиты (растворимые соли и щелочи) на ионы:

$Al^{3+} + 3Cl^{-} + 3Na^{+} + 3OH^{-} = Al(OH)_3 \downarrow + 3Na^{+} + 3Cl^{-}$

Исключив из обеих частей уравнения одинаковые ионы (ионы-наблюдатели $Na^{+}$ и $Cl^{-}$), получим исходное сокращенное ионное уравнение:

$Al^{3+} + 3OH^{-} = Al(OH)_3 \downarrow$

Ответ: $AlCl_3 + 3NaOH = Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$.

б) $CO_2 + 2OH^{-} = CO_3^{2-} + H_2O$

Решение:

Данное сокращенное ионное уравнение описывает реакцию между кислотным оксидом (диоксидом углерода $CO_2$) и щелочью (источник ионов $OH^{-}$), в результате которой образуется соль (карбонат-ион $CO_3^{2-}$) и вода.

В качестве щелочи можно использовать любое растворимое сильное основание, например, гидроксид калия ($KOH$) или гидроксид натрия ($NaOH$). При реакции $CO_2$ с щелочью образуется средняя соль (карбонат) и вода.

Возьмем для примера реакцию диоксида углерода с гидроксидом калия. Молекулярное уравнение будет иметь вид:

$CO_2 + 2KOH = K_2CO_3 + H_2O$

Проверим соответствие. Полное ионное уравнение (учитывая, что $CO_2$ и $H_2O$ — слабые электролиты и на ионы не расписываются, а $KOH$ и $K_2CO_3$ — сильные):

$CO_2 + 2K^{+} + 2OH^{-} = 2K^{+} + CO_3^{2-} + H_2O$

Сократив ионы калия ($K^{+}$), которые присутствуют в обеих частях уравнения, получаем исходное сокращенное ионное уравнение:

$CO_2 + 2OH^{-} = CO_3^{2-} + H_2O$

Ответ: $CO_2 + 2KOH = K_2CO_3 + H_2O$.

в) $2H^{+} + Cu(OH)_2 = Cu^{2+} + 2H_2O$

Решение:

Данное сокращенное ионное уравнение представляет собой реакцию нейтрализации нерастворимого основания (гидроксида меди(II) $Cu(OH)_2$) сильной кислотой (источник ионов $H^{+}$). В результате реакции образуется растворимая соль (источник ионов $Cu^{2+}$) и вода.

В качестве сильной кислоты можно взять соляную кислоту ($HCl$), серную кислоту ($H_2SO_4$) или азотную кислоту ($HNO_3$).

Напишем молекулярное уравнение реакции гидроксида меди(II) с серной кислотой. Продуктами будут сульфат меди(II) ($CuSO_4$) и вода.

$Cu(OH)_2 + H_2SO_4 = CuSO_4 + 2H_2O$

Проверим соответствие. Запишем полное ионное уравнение. Гидроксид меди(II) — нерастворимое основание, на ионы не диссоциирует. Серная кислота — сильная, сульфат меди(II) — растворимая соль.

$Cu(OH)_2 + 2H^{+} + SO_4^{2-} = Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2H_2O$

Исключив ионы-наблюдатели ($SO_4^{2-}$), получим исходное сокращенное ионное уравнение:

$Cu(OH)_2 + 2H^{+} = Cu^{2+} + 2H_2O$

Ответ: $Cu(OH)_2 + H_2SO_4 = CuSO_4 + 2H_2O$.

6. Найдите массу 20%-ной соляной кислоты, необходимой для реакции со 160 г 25%-ного раствора гидроксида натрия.

Дано:

Масса раствора гидроксида натрия: $m_{р-ра}(NaOH) = 160$ г
Массовая доля гидроксида натрия: $\omega(NaOH) = 25\% = 0.25$
Массовая доля соляной кислоты: $\omega(HCl) = 20\% = 0.20$

Найти:

Массу раствора соляной кислоты: $m_{р-ра}(HCl) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции нейтрализации между соляной кислотой и гидроксидом натрия:

$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

Из уравнения реакции следует, что соляная кислота и гидроксид натрия реагируют в мольном соотношении 1:1.

2. Рассчитаем массу чистого гидроксида натрия (NaOH) в 160 г 25%-ного раствора:

$m(NaOH) = m_{р-ра}(NaOH) \cdot \omega(NaOH)$

$m(NaOH) = 160 \text{ г} \cdot 0.25 = 40 \text{ г}$

3. Вычислим молярные массы реагентов, используя периодическую таблицу химических элементов:

Молярная масса гидроксида натрия: $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

Молярная масса соляной кислоты: $M(HCl) = 1 + 35.5 = 36.5 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (число молей) гидроксида натрия:

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{40 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 1 \text{ моль}$

5. Согласно стехиометрии реакции, количество вещества соляной кислоты, необходимой для полной нейтрализации, равно количеству вещества гидроксида натрия:

$n(HCl) = n(NaOH) = 1 \text{ моль}$

6. Рассчитаем массу чистой соляной кислоты (HCl), которая потребуется для реакции:

$m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = 1 \text{ моль} \cdot 36.5 \text{ г/моль} = 36.5 \text{ г}$

7. Зная массу чистой соляной кислоты и ее массовую долю в растворе, найдем массу 20%-ного раствора HCl:

$m_{р-ра}(HCl) = \frac{m(HCl)}{\omega(HCl)} = \frac{36.5 \text{ г}}{0.20} = 182.5 \text{ г}$

Ответ: для реакции необходимо 182.5 г 20%-ной соляной кислоты.

7. Какой объём аммиака (н. у.) образуется при взаимодействии 535 мг 20%-ного раствора хлорида аммония с избытком раствора гидроксида калия? Какая масса 40%-ного раствора щёлочи потребуется для проведения этой реакции?

Дано:

Найти:

$V(NH_3)$ - ?

$m_{p-pa}(KOH)$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение реакции взаимодействия хлорида аммония ($NH_4Cl$) с гидроксидом калия ($KOH$):

$NH_4Cl + KOH \rightarrow NH_3 \uparrow + KCl + H_2O$

2. Рассчитаем массу чистого хлорида аммония, содержащегося в 535 мг 20%-ного раствора.

$m(NH_4Cl) = m_{p-pa}(NH_4Cl) \cdot \omega(NH_4Cl) = 0.535 \text{ г} \cdot 0.20 = 0.107 \text{ г}$

3. Определим количество вещества хлорида аммония. Для этого сначала рассчитаем его молярную массу.

$M(NH_4Cl) = 14 + 4 \cdot 1 + 35.5 = 53.5 \text{ г/моль}$

Теперь находим количество вещества:

$n(NH_4Cl) = \frac{m(NH_4Cl)}{M(NH_4Cl)} = \frac{0.107 \text{ г}}{53.5 \text{ г/моль}} = 0.002 \text{ моль}$

Поскольку гидроксид калия взят в избытке, дальнейшие расчеты ведем по хлориду аммония.

Какой объём аммиака (н. у.) образуется при взаимодействии 535 мг 20%-ного раствора хлорида аммония с избытком раствора гидроксида калия?

4. По уравнению реакции, из 1 моль $NH_4Cl$ образуется 1 моль аммиака ($NH_3$). Следовательно, их количества веществ равны:

$n(NH_3) = n(NH_4Cl) = 0.002 \text{ моль}$

5. Рассчитаем объем аммиака при нормальных условиях (н. у.), используя молярный объем газа $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.

$V(NH_3) = n(NH_3) \cdot V_m = 0.002 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 0.0448 \text{ л}$

Объем можно также выразить в миллилитрах: $0.0448 \text{ л} = 44.8 \text{ мл}$.

Ответ: объем образовавшегося аммиака составляет 0.0448 л (44.8 мл).

Какая масса 40%-ного раствора щёлочи потребуется для проведения этой реакции?

6. Для нахождения массы раствора щёлочи ($KOH$) определим, какое количество вещества $KOH$ вступает в реакцию. Согласно уравнению, соотношение $n(NH_4Cl) : n(KOH)$ равно 1:1.

$n(KOH) = n(NH_4Cl) = 0.002 \text{ моль}$

7. Рассчитаем массу чистого гидроксида калия. Молярная масса $M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$.

$m(KOH) = n(KOH) \cdot M(KOH) = 0.002 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 0.112 \text{ г}$

8. Зная массу чистого вещества и массовую долю, найдем массу 40%-ного раствора щёлочи.

$m_{p-pa}(KOH) = \frac{m(KOH)}{\omega(KOH)} = \frac{0.112 \text{ г}}{0.40} = 0.28 \text{ г}$

Ответ: для проведения реакции потребуется 0.28 г 40%-ного раствора щёлочи.

8. Подготовьте сообщение об областях применения и свойствах едких щелочей.

Едкими щелочами называют гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов, которые являются сильными основаниями и хорошо растворимы в воде. Наиболее известными и широко используемыми представителями являются гидроксид натрия ($NaOH$, каустическая сода, едкий натр) и гидроксид калия ($KOH$, едкое кали). Также к сильным щелочам относят гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$, гашёная известь), гидроксид бария ($Ba(OH)_2$) и другие.

Свойства едких щелочей

Свойства едких щелочей можно разделить на физические и химические.

• Физические свойства:
  • В твердом состоянии представляют собой белые кристаллические вещества, без запаха.
  • Очень гигроскопичны — поглощают влагу из воздуха, расплываясь. Поэтому их хранят в герметично закрытой таре.
  • Хорошо растворимы в воде, причём процесс растворения сопровождается выделением большого количества теплоты (экзотермический процесс).
  • Водные растворы мылкие на ощупь, но пробовать их на ощупь опасно, так как они разрушают жировую ткань и вызывают сильные химические ожоги кожи.
• Химические свойства:
  • Являются сильными основаниями. В водных растворах практически полностью диссоциируют на ионы металла и гидроксид-ионы: $NaOH \rightleftharpoons Na^+ + OH^-$.
  • Вступают в реакцию нейтрализации с кислотами с образованием соли и воды: $2KOH + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$.
  • Реагируют с кислотными оксидами, образуя соль и воду. Например, поглощают углекислый газ из воздуха: $2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$.
  • Взаимодействуют с амфотерными оксидами (например, $Al_2O_3$, $ZnO$) и гидроксидами (например, $Al(OH)_3$, $Zn(OH)_2$), образуя комплексные соли: $2NaOH_{ (конц.) } + Zn(OH)_2 \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$ (тетрагидроксоцинкат натрия).
  • Вступают в реакции обмена с растворами солей, если в результате образуется нерастворимое вещество (осадок), газ или слабый электролит (например, вода): $Ba(OH)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaOH$.
  • Реагируют с некоторыми неметаллами. Например, с галогенами (реакция диспропорционирования): $Cl_2 + 2NaOH \rightarrow NaCl + NaClO + H_2O$.
  • Взаимодействуют с амфотерными металлами (алюминий, цинк) с выделением водорода: $2Al + 2KOH + 6H_2O \rightarrow 2K[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$.
  • Омыляют жиры (сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот), образуя мыло (соль высшей карбоновой кислоты) и глицерин. Это основа процесса мыловарения.
• Меры безопасности: Едкие щелочи — чрезвычайно едкие и коррозионно-активные вещества. При попадании на кожу, в глаза или на слизистые оболочки вызывают тяжелые химические ожоги. Работа с ними требует использования средств индивидуальной защиты: защитных очков, химически стойких перчаток и спецодежды.

Ответ: Едкие щелочи — это твердые, белые, гигроскопичные вещества, хорошо растворимые в воде с выделением тепла. Они являются сильными основаниями, вступают в реакции с кислотами, кислотными и амфотерными оксидами, солями, некоторыми металлами и неметаллами. Ключевым свойством является их высокая едкость, требующая осторожного обращения.

Области применения едких щелочей

Благодаря своим свойствам едкие щелочи нашли широкое применение в различных отраслях промышленности и в быту.

• Гидроксид натрия ($NaOH$):
  • В химической промышленности — для производства органических и неорганических веществ, нейтрализации кислот, в качестве катализатора.
  • В целлюлозно-бумажной промышленности — для варки целлюлозы (обработка древесины).
  • Производство твердого мыла, шампуней и других моющих средств.
  • В нефтеперерабатывающей промышленности — для очистки нефтепродуктов от сернистых соединений и кислот.
  • В текстильной промышленности — для мерсеризации хлопка (обработки с целью придания блеска и прочности).
  • В пищевой промышленности (добавка E524) — для мойки и очистки овощей и фруктов от кожуры, в производстве карамели и какао.
  • Производство алюминия (процесс Байера) — для переработки бокситов в глинозём.
  • В быту — как основной компонент средств для прочистки канализационных труб (растворяет жировые и белковые отложения).
• Гидроксид калия ($KOH$):
  • Производство жидкого и мягкого мыла, так как калиевые соли жирных кислот более растворимы, чем натриевые.
  • В качестве электролита в щелочных аккумуляторах (например, никель-кадмиевых).
  • В химической промышленности — для получения различных соединений калия.
  • Как агент для поглощения кислых газов ($CO_2$, $SO_2$) из-за высокой реакционной способности.
  • В пищевой промышленности (добавка E525) — как регулятор кислотности.
• Гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$):
  • В строительстве — для приготовления строительных растворов (известь), штукатурки.
  • В сельском хозяйстве — для известкования кислых почв с целью снижения их кислотности.
  • Для очистки воды — для умягчения воды и в качестве флокулянта.
  • В сахарной промышленности — для очистки свекольного сока.
  • При дублении кож — для удаления волосяного покрова со шкур.

Ответ: Едкие щелочи применяются в производстве мыла и моющих средств, бумаги, алюминия, в нефтепереработке, текстильной и пищевой промышленности. Они используются для очистки воды и газов, в качестве электролитов в аккумуляторах, в строительстве и сельском хозяйстве. Гидроксид натрия является основой для производства твердого мыла и средств для прочистки труб, гидроксид калия — для жидкого мыла и как электролит, а гидроксид кальция — в строительстве и для снижения кислотности почв.