Страница 49 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

6. Сульфат бария используют в качестве контрастного вещества при рентгеноскопии желудочно-кишечного тракта, в качестве наполнителя при изготовлении бумаги и резины, как пигмент белой краски. Какая масса 20%-ных растворов сульфата натрия и хлорида бария потребуется для получения 93,2 кг сульфата бария?

Дано:

масса сульфата бария $m(BaSO_4) = 93.2 \text{ кг}$
массовая доля сульфата натрия в растворе $\omega(Na_2SO_4) = 20\% = 0.2$
массовая доля хлорида бария в растворе $\omega(BaCl_2) = 20\% = 0.2$

Найти:

массу раствора сульфата натрия $m_{р-ра}(Na_2SO_4) - ?$
массу раствора хлорида бария $m_{р-ра}(BaCl_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции получения сульфата бария из сульфата натрия и хлорида бария:

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

Из уравнения видно, что для получения 1 моль сульфата бария ($BaSO_4$) требуется 1 моль сульфата натрия ($Na_2SO_4$) и 1 моль хлорида бария ($BaCl_2$).

2. Для проведения расчетов переведем массу продукта в граммы:

$m(BaSO_4) = 93.2 \text{ кг} = 93200 \text{ г}$

3. Рассчитаем молярные массы веществ, используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы (округляя до целых, кроме хлора): $Ar(Na)=23$, $Ar(S)=32$, $Ar(O)=16$, $Ar(Ba)=137$, $Ar(Cl)=35.5$.

Молярная масса сульфата бария ($BaSO_4$):
$M(BaSO_4) = 137 + 32 + 4 \cdot 16 = 233 \text{ г/моль}$

Молярная масса сульфата натрия ($Na_2SO_4$):
$M(Na_2SO_4) = 2 \cdot 23 + 32 + 4 \cdot 16 = 142 \text{ г/моль}$

Молярная масса хлорида бария ($BaCl_2$):
$M(BaCl_2) = 137 + 2 \cdot 35.5 = 208 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (в молях) полученного сульфата бария:

$\nu(BaSO_4) = \frac{m(BaSO_4)}{M(BaSO_4)} = \frac{93200 \text{ г}}{233 \text{ г/моль}} = 400 \text{ моль}$

5. Согласно стехиометрии реакции (соотношение 1:1:1), количество вещества вступивших в реакцию реагентов равно количеству вещества полученного продукта:

$\nu(Na_2SO_4) = \nu(BaSO_4) = 400 \text{ моль}$

$\nu(BaCl_2) = \nu(BaSO_4) = 400 \text{ моль}$

6. Рассчитаем массы чистых веществ (реагентов), которые необходимы для реакции:

Масса сульфата натрия:
$m(Na_2SO_4) = \nu(Na_2SO_4) \cdot M(Na_2SO_4) = 400 \text{ моль} \cdot 142 \text{ г/моль} = 56800 \text{ г} = 56.8 \text{ кг}$

Масса хлорида бария:
$m(BaCl_2) = \nu(BaCl_2) \cdot M(BaCl_2) = 400 \text{ моль} \cdot 208 \text{ г/моль} = 83200 \text{ г} = 83.2 \text{ кг}$

7. Зная массы чистых веществ и их массовые доли в растворах, найдем массы требуемых растворов. Масса раствора ($m_{р-ра}$) вычисляется по формуле:

$m_{р-ра} = \frac{m_{вещества}}{\omega}$

Масса 20%-ного раствора сульфата натрия:
$m_{р-ра}(Na_2SO_4) = \frac{m(Na_2SO_4)}{\omega(Na_2SO_4)} = \frac{56.8 \text{ кг}}{0.20} = 284 \text{ кг}$

Масса 20%-ного раствора хлорида бария:
$m_{р-ра}(BaCl_2) = \frac{m(BaCl_2)}{\omega(BaCl_2)} = \frac{83.2 \text{ кг}}{0.20} = 416 \text{ кг}$

Ответ: для получения 93,2 кг сульфата бария потребуется 284 кг 20%-ного раствора сульфата натрия и 416 кг 20%-ного раствора хлорида бария.

7. Железную пластинку погрузили в раствор сульфата меди(II), в результате чего её масса увеличилась на 1,3 г. Рассчитайте массу меди, выделившейся на пластинке.

Дано:

Увеличение массы железной пластинки $\Delta m = 1.3$ г.

Найти:

Массу выделившейся меди $m(Cu)$ - ?

Решение:

Когда железную пластинку погружают в раствор сульфата меди(II), происходит реакция замещения. Железо, как более активный металл, вытесняет медь из её соли. Атомы железа с пластинки переходят в раствор в виде ионов $Fe^{2+}$, а ионы меди $Cu^{2+}$ из раствора осаждаются на пластинке в виде металлической меди.

Уравнение химической реакции выглядит следующим образом:

$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$

Из уравнения реакции видно, что 1 моль железа реагирует с 1 молем сульфата меди, в результате чего образуется 1 моль сульфата железа(II) и 1 моль меди.

Для расчетов нам понадобятся молярные массы железа и меди (округлим до целых значений, как это принято в школьном курсе):

$M(Fe) \approx 56$ г/моль

$M(Cu) \approx 64$ г/моль

Пусть количество вещества прореагировавшего железа равно $x$ моль. Тогда масса железа, ушедшего с пластинки в раствор, составляет:

$m(Fe)_{прореаг.} = \nu(Fe) \cdot M(Fe) = 56x$ г

Согласно стехиометрии реакции (соотношение 1:1), количество вещества выделившейся меди также равно $x$ моль. Тогда масса меди, осевшей на пластинке, равна:

$m(Cu)_{выдел.} = \nu(Cu) \cdot M(Cu) = 64x$ г

Увеличение массы пластинки ($\Delta m$) — это разница между массой осевшей меди и массой растворившегося железа:

$\Delta m = m(Cu)_{выдел.} - m(Fe)_{прореаг.}$

Подставим известные и выраженные значения в эту формулу:

$1.3 \text{ г} = 64x - 56x$

$1.3 = 8x$

Теперь найдем значение $x$:

$x = \frac{1.3}{8} = 0.1625$ моль

Зная количество вещества выделившейся меди ($x$), мы можем рассчитать её массу:

$m(Cu) = 0.1625 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 10.4$ г

Ответ: масса меди, выделившейся на пластинке, составляет 10,4 г.

8. Подготовьте сообщение об областях применения и свойствах одной из солей: средней (хлорид натрия ($NaCl$), карбонат кальция ($CaCO_3$), фосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$)), кислой (гидрокарбонат натрия ($NaHCO_3$) или кальция ($Ca(HCO_3)_2$)), основной (малахит ($Cu_2(CO_3)(OH)_2$)). Аргументируйте свой выбор соли.

Аргументация выбора соли

Для подготовки сообщения выбрана средняя соль — хлорид натрия ($NaCl$). Этот выбор аргументирован исключительной важностью данного вещества для жизни человека, живой природы и мировой промышленности. Хлорид натрия, более известный как поваренная соль, является одним из самых распространенных и используемых химических соединений на планете. Его свойства и области применения настолько разнообразны и показательны, что служат прекрасным примером для иллюстрации роли солей в нашей жизни, что делает его идеальным объектом для подробного доклада.

Свойства хлорида натрия ($NaCl$)

Физические свойства:
• Хлорид натрия (химическая формула $NaCl$) в чистом виде — это бесцветное кристаллическое вещество, состоящее из кристаллов кубической формы. В природе встречается в виде минерала галита (каменная соль).
• Обладает хорошо известным соленым вкусом.
• Хорошо растворяется в воде (при 20°C в 100 г воды растворяется около 36 г соли). Растворимость незначительно увеличивается с ростом температуры.
• Является тугоплавким соединением: температура плавления — $801^\circ C$, температура кипения — $1413^\circ C$.
• В твердом виде является диэлектриком (не проводит электрический ток), однако его водный раствор и расплав являются хорошими проводниками электричества, так как хлорид натрия — сильный электролит, полностью диссоциирующий на ионы натрия ($Na^+$) и хлорид-ионы ($Cl^-$).

Химические свойства:
• Хлорид натрия является типичной средней солью, образованной сильным основанием (гидроксидом натрия $NaOH$) и сильной кислотой (соляной кислотой $HCl$). Вследствие этого его водные растворы имеют нейтральную реакцию среды ($pH \approx 7$).
• Вступает в реакции ионного обмена с другими солями, кислотами и основаниями, если в результате реакции образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например, вода). Качественной реакцией на хлорид-ион является взаимодействие с раствором нитрата серебра, при котором выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$):
$NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl \downarrow + NaNO_3$
• Электролиз водного раствора хлорида натрия — один из важнейших процессов в химической промышленности, позволяющий получать три ценных продукта: хлор, водород и гидроксид натрия (каустическую соду):
$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + Cl_2 \uparrow + H_2 \uparrow$
• Электролиз расплава $NaCl$ используется для промышленного получения металлического натрия и газообразного хлора:
$2NaCl \xrightarrow{электролиз, t} 2Na + Cl_2 \uparrow$

Области применения хлорида натрия

Применение хлорида натрия охватывает практически все сферы деятельности человека.
• Пищевая промышленность: основное применение — в качестве поваренной соли для придания вкуса пище. Также это важнейший консервант, используемый при солении и консервировании рыбы, мяса, овощей.
• Химическая промышленность: служит фундаментальным сырьем для производства хлора ($Cl_2$), гидроксида натрия ($NaOH$), металлического натрия ($Na$), соляной кислоты ($HCl$), а также кальцинированной соды ($Na_2CO_3$) по методу Сольве.
• Медицина: изотонический (физиологический) раствор ($0.9\%$-ный водный раствор $NaCl$) используется для внутривенных вливаний при обезвоживании, как растворитель для лекарств, для промывания ран, глаз и носа. Гипертонические растворы (например, $10\%$-ный) применяют наружно в виде компрессов для лечения гнойных процессов.
• Коммунальное хозяйство: техническая соль (галит) — основной реагент для борьбы с гололедом на дорогах в зимний период. Раствор соли замерзает при более низкой температуре, чем вода, что способствует таянию льда и снега.
• Водоподготовка: таблетированная соль используется для регенерации (восстановления) ионообменных смол в фильтрах для умягчения воды.
• Животноводство: соль является необходимой минеральной подкормкой для сельскохозяйственных животных (соль-лизунец).

Ответ: В качестве объекта для сообщения была выбрана средняя соль — хлорид натрия ($NaCl$). Выбор обусловлен её ключевой ролью в жизни человека и промышленности. Хлорид натрия — это кристаллическое вещество с соленым вкусом, хорошо растворимое в воде. Как соль сильного основания и сильной кислоты, она образует нейтральные растворы. Основные химические свойства связаны с реакциями ионного обмена и электролизом. Сферы применения хлорида натрия многообразны: от пищевой промышленности (поваренная соль, консервант) и медицины (физиологический раствор) до химической промышленности (сырье для получения хлора, щелочи, соды) и коммунального хозяйства (борьба с гололедом).

Проанализируйте этимологию слова «гидролиз». Какое определение можно дать процессу гидролиза?

Этимология слова «гидролиз»

Слово «гидролиз» имеет греческое происхождение и является составным термином, образованным от двух корней:

• гидро- (от др.-греч. ὕδωρ, hýdōr) — означает «вода».
• -лиз (от др.-греч. λύσις, lýsis) — означает «разложение», «расщепление», «растворение».

Таким образом, дословный перевод термина «гидролиз» — это «разложение водой» или «расщепление с помощью воды». Этимология слова точно отражает сущность химического процесса, который оно обозначает.

Определение процесса гидролиза

Исходя из этимологии, можно дать следующее развернутое определение.

Гидролиз — это химическая реакция обмена между различными веществами и водой, в результате которой происходит разложение исходного вещества с образованием новых соединений. В этой реакции вода выступает не просто как растворитель, а как один из реагентов.

В общем виде реакцию гидролиза для соединения $A-B$ можно представить уравнением: $A-B + H-OH \rightleftharpoons A-H + B-OH$

Процесс гидролиза широко распространен в природе и технике. Гидролизу могут подвергаться как неорганические, так и органические вещества:

• Гидролиз солей: это взаимодействие катионов или анионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита (слабой кислоты или слабого основания) и, как следствие, к изменению кислотности (pH) раствора. Например, при растворении в воде ацетата натрия ($CH_3COONa$) происходит гидролиз по аниону: $CH_3COO^{-} + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^{-}$. В результате образуются ионы $OH^{-}$, и раствор приобретает щелочную среду.
• Гидролиз органических соединений: этот процесс лежит в основе многих биологических и промышленных реакций. Например, гидролиз жиров приводит к образованию глицерина и жирных кислот, гидролиз белков — к образованию аминокислот, а гидролиз полисахаридов (крахмала, целлюлозы) — к образованию моносахаридов (глюкозы).

Ответ: Этимологически слово «гидролиз» происходит от древнегреческих слов «гидро» (вода) и «лиз» (разложение), то есть дословно означает «разложение водой». Соответственно, гидролиз — это химический процесс взаимодействия вещества с водой, в результате которого исходное вещество разлагается с образованием новых соединений.