Страница 52 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

4. Запишите уравнения гидролиза следующих солей, укажите тип гидролиза и среду образовавшегося раствора: $Cu(NO_3)_2$, $FeSO_4$, $ZnCl_2$, $K_2S$, $Na_2SiO_3$, $NH_4Cl$, $Al(NO_3)_3$.

$Cu(NO_3)_2$ (нитрат меди(II))

Соль образована катионом слабого основания ($Cu^{2+}$ от $Cu(OH)_2$) и анионом сильной кислоты ($NO_3^-$ от $HNO_3$).

Гидролиз протекает по катиону. В результате в растворе накапливаются ионы водорода ($H^+$), что создает кислую среду.

Сокращенное ионное уравнение (I ступень):

$Cu^{2+} + HOH \rightleftharpoons CuOH^+ + H^+$

Молекулярное уравнение (I ступень):

$Cu(NO_3)_2 + H_2O \rightleftharpoons CuOHNO_3 + HNO_3$

Ответ: тип гидролиза — по катиону, среда раствора — кислая ($pH < 7$).

$FeSO_4$ (сульфат железа(II))

Соль образована катионом слабого основания ($Fe^{2+}$ от $Fe(OH)_2$) и анионом сильной кислоты ($SO_4^{2-}$ от $H_2SO_4$).

Гидролиз протекает по катиону. В растворе создается кислая среда из-за избытка ионов $H^+$.

Сокращенное ионное уравнение (I ступень):

$Fe^{2+} + HOH \rightleftharpoons FeOH^+ + H^+$

Молекулярное уравнение (I ступень):

$2FeSO_4 + 2H_2O \rightleftharpoons (FeOH)_2SO_4 + H_2SO_4$

Ответ: тип гидролиза — по катиону, среда раствора — кислая ($pH < 7$).

$ZnCl_2$ (хлорид цинка)

Соль образована катионом слабого основания ($Zn^{2+}$ от $Zn(OH)_2$) и анионом сильной кислоты ($Cl^-$ от $HCl$).

Гидролиз протекает по катиону. Среда раствора становится кислой.

Сокращенное ионное уравнение (I ступень):

$Zn^{2+} + HOH \rightleftharpoons ZnOH^+ + H^+$

Молекулярное уравнение (I ступень):

$ZnCl_2 + H_2O \rightleftharpoons Zn(OH)Cl + HCl$

Ответ: тип гидролиза — по катиону, среда раствора — кислая ($pH < 7$).

$K_2S$ (сульфид калия)

Соль образована катионом сильного основания ($K^+$ от $KOH$) и анионом слабой кислоты ($S^{2-}$ от $H_2S$).

Гидролиз протекает по аниону. В результате в растворе накапливаются гидроксид-ионы ($OH^-$), что создает щелочную среду.

Сокращенное ионное уравнение (I ступень):

$S^{2-} + HOH \rightleftharpoons HS^- + OH^-$

Молекулярное уравнение (I ступень):

$K_2S + H_2O \rightleftharpoons KHS + KOH$

Ответ: тип гидролиза — по аниону, среда раствора — щелочная ($pH > 7$).

$Na_2SiO_3$ (силикат натрия)

Соль образована катионом сильного основания ($Na^+$ от $NaOH$) и анионом слабой кислоты ($SiO_3^{2-}$ от $H_2SiO_3$).

Гидролиз протекает по аниону. В растворе создается щелочная среда из-за избытка ионов $OH^-$.

Сокращенное ионное уравнение (I ступень):

$SiO_3^{2-} + HOH \rightleftharpoons HSiO_3^- + OH^-$

Молекулярное уравнение (I ступень):

$Na_2SiO_3 + H_2O \rightleftharpoons NaHSiO_3 + NaOH$

Ответ: тип гидролиза — по аниону, среда раствора — щелочная ($pH > 7$).

$NH_4Cl$ (хлорид аммония)

Соль образована катионом слабого основания ($NH_4^+$ от $NH_3 \cdot H_2O$) и анионом сильной кислоты ($Cl^-$ от $HCl$).

Гидролиз протекает по катиону. В растворе накапливаются ионы $H^+$, создавая кислую среду.

Сокращенное ионное уравнение:

$NH_4^+ + HOH \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O + H^+$

Молекулярное уравнение:

$NH_4Cl + H_2O \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O + HCl$

Ответ: тип гидролиза — по катиону, среда раствора — кислая ($pH < 7$).

$Al(NO_3)_3$ (нитрат алюминия)

Соль образована катионом слабого основания ($Al^{3+}$ от $Al(OH)_3$) и анионом сильной кислоты ($NO_3^-$ от $HNO_3$).

Гидролиз протекает по катиону. Среда раствора становится сильнокислой.

Сокращенное ионное уравнение (I ступень):

$Al^{3+} + HOH \rightleftharpoons AlOH^{2+} + H^+$

Молекулярное уравнение (I ступень):

$Al(NO_3)_3 + H_2O \rightleftharpoons Al(OH)(NO_3)_2 + HNO_3$

Ответ: тип гидролиза — по катиону, среда раствора — кислая ($pH < 7$).

5. Допишите левые части уравнений реакций гидролиза:

а) ... $ \rightleftharpoons LiHSiO_3 + LiOH $

б) ... $ \rightleftharpoons MgOHBr + HBr $

в) ... $ \to 2Cr(OH)_3 + 3H_2S $

а) В правой части уравнения находятся гидроксид лития ($LiOH$) — сильное основание, и гидросиликат лития ($LiHSiO_3$) — кислая соль. Эти вещества являются продуктами гидролиза по первой ступени соли, образованной сильным основанием ($LiOH$) и слабой двухосновной кислотой (кремниевой, $H_2SiO_3$). Такой солью является силикат лития ($Li_2SiO_3$). Гидролиз протекает по аниону ($SiO_3^{2-}$), так как он связывает ионы $H^+$ из воды, оставляя в растворе избыток ионов $OH^-$, что и приводит к образованию щелочной среды и продуктов реакции. Полное уравнение реакции:

$Li_2SiO_3 + H_2O \rightleftharpoons LiHSiO_3 + LiOH$

Ответ: $Li_2SiO_3 + H_2O$

б) В правой части уравнения находятся бромоводородная кислота ($HBr$) — сильная кислота, и гидроксобромид магния ($MgOHBr$) — основная соль. Это продукты гидролиза по первой ступени соли, образованной слабым двукислотным основанием (гидроксидом магния, $Mg(OH)_2$) и сильной кислотой ($HBr$). Такой солью является бромид магния ($MgBr_2$). Гидролиз протекает по катиону ($Mg^{2+}$), так как он связывает гидроксид-ионы ($OH^-$) из воды, оставляя в растворе избыток ионов $H^+$, что приводит к образованию кислой среды и указанных продуктов. Полное уравнение реакции:

$MgBr_2 + H_2O \rightleftharpoons MgOHBr + HBr$

Ответ: $MgBr_2 + H_2O$

в) В правой части уравнения находятся гидроксид хрома(III) ($Cr(OH)_3$) — слабое нерастворимое основание, и сероводород ($H_2S$) — слабая летучая кислота. Стрелка в одну сторону ($\rightarrow$) указывает на то, что реакция протекает необратимо до конца. Это характерно для совместного гидролиза солей, образованных катионом слабого основания и анионом слабой кислоты. В данном случае катион — $Cr^{3+}$ (из основания $Cr(OH)_3$), а анион — $S^{2-}$ (из кислоты $H_2S$). Исходной солью является сульфид хрома(III) — $Cr_2S_3$. При его взаимодействии с водой происходит полный гидролиз с образованием осадка и выделением газа. Для уравнивания реакции необходимо подобрать стехиометрические коэффициенты. Слева не хватает $Cr_2S_3$ и 6 молекул воды. Полное уравнение реакции:

$Cr_2S_3 + 6H_2O \rightarrow 2Cr(OH)_3\downarrow + 3H_2S\uparrow$

Ответ: $Cr_2S_3 + 6H_2O$

6. Смешали растворы карбоната натрия и сульфата алюминия. При этом выделился газ и выпал осадок (объясните почему). Напишите уравнение реакции.

При смешивании водных растворов карбоната натрия ($Na_2CO_3$) и сульфата алюминия ($Al_2(SO_4)_3$) происходит не стандартная реакция обмена, а так называемый совместный необратимый гидролиз. Это явление объясняется тем, что в реакции участвуют соли, образованные:

• Сульфат алюминия ($Al_2(SO_4)_3$): соль, образованная слабой основой (гидроксидом алюминия, $Al(OH)_3$) и сильной кислотой (серной кислотой, $H_2SO_4$). В растворе катион $Al^{3+}$ подвергается гидролизу по катиону, создавая кислую среду.
• Карбонат натрия ($Na_2CO_3$): соль, образованная сильным основанием (гидроксидом натрия, $NaOH$) и слабой кислотой (угольной кислотой, $H_2CO_3$). В растворе анион $CO_3^{2-}$ подвергается гидролизу по аниону, создавая щелочную среду.

Когда эти два раствора смешивают, гидролиз одного иона усиливает гидролиз другого, и процесс идет до конца (становится необратимым). В результате образуются не карбонат алюминия, а продукты полного гидролиза:

1. Выпадение осадка: Ионы алюминия ($Al^{3+}$) реагируют с водой (точнее, с гидроксид-ионами $OH^-$ из-за гидролиза карбонат-иона), образуя нерастворимое основание — гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$). Это и есть наблюдаемый белый студенистый осадок.

2. Выделение газа: Карбонат-ионы ($CO_3^{2-}$) реагируют с водой (точнее, с ионами водорода $H^+$ из-за гидролиза иона алюминия), образуя слабую и неустойчивую угольную кислоту ($H_2CO_3$). Она немедленно разлагается на воду и углекислый газ ($CO_2$), который выделяется из раствора.

Суммарное молекулярное уравнение реакции, которое описывает эти процессы, выглядит так:

$Al_2(SO_4)_3 + 3 Na_2CO_3 + 3 H_2O \rightarrow 2 Al(OH)_3 \downarrow + 3 CO_2 \uparrow + 3 Na_2SO_4$

Ответ: Выделение газа и выпадение осадка обусловлено совместным необратимым гидролизом ионов алюминия и карбонат-ионов. Уравнение реакции: $Al_2(SO_4)_3 + 3 Na_2CO_3 + 3 H_2O \rightarrow 2 Al(OH)_3 \downarrow + 3 CO_2 \uparrow + 3 Na_2SO_4$.

Практическая работа 1

РЕШЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ «ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ»

Вариант 1

1. Докажите опытным путём состав:

а) серной кислоты;

б) хлорида железа(III).

2. Испытайте растворы хлорида калия, карбоната калия и хлорида цинка раствором индикатора или индикаторной бумагой и объясните результаты испытаний. Запишите молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза.

3. Практически осуществите следующие превращения:

$CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2 \rightarrow CuO \rightarrow CuCl_2 \rightarrow Cu$

Оформите отчёт о наблюдениях и условиях проведения реакций. Запишите уравнения реакций с участием электролитов в молекулярной и ионной формах. Реакции с участием простых веществ рассмотрите как окислительно-восстановительные.

Вариант 2

1. Докажите опытным путём состав:

а) гидроксида кальция;

б) сульфата аммония.

2. Испытайте растворы нитрата натрия, карбоната натрия и нитрата цинка раствором индикатора или индикаторной бумагой и объясните результаты испытаний. Запишите молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза.

3. Практически осуществите следующие превращения:

$Fe \rightarrow FeSO_4 \rightarrow Fe(OH)_2 \rightarrow FeCl_2 \rightarrow Fe(NO_3)_2$

Оформите отчёт о наблюдениях и условиях проведения реакций. Запишите их уравнения для реакций с участием электролитов в молекулярной и ионной формах. Реакции с участием простых веществ рассмотрите как окислительно-восстановительные.

1. Докажите опытным путём состав:

а) серной кислоты;

Состав серной кислоты ($H_2SO_4$) доказывается проведением качественных реакций на ионы водорода ($H^+$) и сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$), из которых она состоит.

1. Обнаружение ионов водорода ($H^+$). В пробирку с раствором серной кислоты добавляем несколько капель индикатора лакмуса или опускаем универсальную индикаторную бумагу.

Наблюдение:Лакмус приобретает красную окраску, что свидетельствует о кислой среде, создаваемой ионами водорода.

2. Обнаружение сульфат-ионов ($SO_4^{2-}$). В другую пробирку с раствором серной кислоты добавляем раствор хлорида бария ($BaCl_2$).

Наблюдение:Выпадает белый мелкокристаллический осадок сульфата бария ($BaSO_4$), который не растворяется при добавлении кислот.

Уравнения реакции:

• Молекулярное: $H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$
• Полное ионное: $2H^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2H^+ + 2Cl^-$
• Сокращенное ионное: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

Ответ:Наличие в растворе ионов $H^+$ (доказано с помощью индикатора) и ионов $SO_4^{2-}$ (доказано реакцией с ионами $Ba^{2+}$) подтверждает, что исследуемое вещество является серной кислотой.

б) хлорида железа(III).

Состав хлорида железа(III) ($FeCl_3$) доказывается проведением качественных реакций на ионы железа(III) ($Fe^{3+}$) и хлорид-ионы ($Cl^-$).

1. Обнаружение ионов железа(III) ($Fe^{3+}$). В пробирку с раствором хлорида железа(III) добавляем раствор гидроксида натрия ($NaOH$).

Наблюдение:Образуется объёмный студенистый осадок бурого цвета – гидроксид железа(III) ($Fe(OH)_3$).

Уравнения реакции:

• Молекулярное: $FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$
• Полное ионное: $Fe^{3+} + 3Cl^- + 3Na^+ + 3OH^- \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow + 3Na^+ + 3Cl^-$
• Сокращенное ионное: $Fe^{3+} + 3OH^- \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow$

В качестве альтернативного реактива можно использовать тиоцианат калия ($KSCN$), который дает с ионами $Fe^{3+}$ характерное кроваво-красное окрашивание.

2. Обнаружение хлорид-ионов ($Cl^-$). В другую пробирку с раствором хлорида железа(III) добавляем раствор нитрата серебра ($AgNO_3$).

Наблюдение:Выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$), нерастворимый в азотной кислоте.

Уравнения реакции:

• Молекулярное: $FeCl_3 + 3AgNO_3 \rightarrow 3AgCl \downarrow + Fe(NO_3)_3$
• Полное ионное: $Fe^{3+} + 3Cl^- + 3Ag^+ + 3NO_3^- \rightarrow 3AgCl \downarrow + Fe^{3+} + 3NO_3^-$
• Сокращенное ионное: $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow$

Ответ:Наличие в растворе ионов $Fe^{3+}$ (доказано реакцией со щёлочью) и ионов $Cl^-$ (доказано реакцией с ионами $Ag^+$) подтверждает, что исследуемое вещество является хлоридом железа(III).

2. Испытайте растворы хлорида калия, карбоната калия и хлорида цинка раствором индикатора или индикаторной бумагой и объясните результаты испытаний. Запишите молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза.

При испытании растворов солей индикатором наблюдается следующая картина:

• Хлорид калия ($KCl$): среда нейтральная (pH ≈ 7), окраска индикатора не изменяется. Соль образована сильным основанием ($KOH$) и сильной кислотой ($HCl$), поэтому гидролизу не подвергается.

• Карбонат калия ($K_2CO_3$): среда щелочная (pH > 7), лакмус синеет, фенолфталеин становится малиновым. Соль образована сильным основанием ($KOH$) и слабой кислотой ($H_2CO_3$), поэтому гидролизуется по аниону:

  Молекулярное уравнение: $K_2CO_3 + H_2O \rightleftharpoons KHCO_3 + KOH$

  Ионное уравнение: $CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$

  Накопление гидроксид-ионов ($OH^-$) обусловливает щелочную среду раствора.

• Хлорид цинка ($ZnCl_2$): среда кислая (pH < 7), лакмус розовеет. Соль образована слабым основанием ($Zn(OH)_2$) и сильной кислотой ($HCl$), поэтому гидролизуется по катиону:

  Молекулярное уравнение: $ZnCl_2 + H_2O \rightleftharpoons Zn(OH)Cl + HCl$

  Ионное уравнение: $Zn^{2+} + H_2O \rightleftharpoons ZnOH^+ + H^+$

  Накопление ионов водорода ($H^+$) обусловливает кислую среду раствора.

Ответ:Среда раствора $KCl$ нейтральная, так как соль не гидролизуется. Среда раствора $K_2CO_3$ щелочная из-за гидролиза по аниону. Среда раствора $ZnCl_2$ кислая из-за гидролиза по катиону.

3. Практически осуществите следующие превращения: $CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2 \rightarrow CuO \rightarrow CuCl_2 \rightarrow Cu$.

1. $CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2$
Условия и наблюдения:К раствору сульфата меди(II) голубого цвета приливаем раствор щёлочи (например, $NaOH$). Выпадает голубой студенистый осадок гидроксида меди(II).
Уравнения:
Молекулярное: $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$
Сокращенное ионное: $Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow$

2. $Cu(OH)_2 \rightarrow CuO$
Условия и наблюдения:Пробирку с полученным осадком $Cu(OH)_2$ осторожно нагреваем. Голубой осадок чернеет в результате разложения и образования оксида меди(II).
Уравнение:
Молекулярное: $Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO + H_2O$

3. $CuO \rightarrow CuCl_2$
Условия и наблюдения:К полученному чёрному осадку $CuO$ приливаем соляную кислоту ($HCl$). Осадок растворяется, образуя раствор зелёного цвета - хлорид меди(II).
Уравнения:
Молекулярное: $CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$
Сокращенное ионное: $CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O$

4. $CuCl_2 \rightarrow Cu$
Условия и наблюдения:В раствор хлорида меди(II) опускаем гранулу цинка ($Zn$). На поверхности цинка появляется красно-коричневый налёт металлической меди, а зелёная окраска раствора постепенно исчезает.
Уравнения (окислительно-восстановительная реакция):
Молекулярное: $CuCl_2 + Zn \rightarrow ZnCl_2 + Cu \downarrow$
Сокращенное ионное: $Cu^{2+} + Zn^0 \rightarrow Zn^{2+} + Cu^0$
Процессы:
$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ (восстановление, $Cu^{2+}$ - окислитель)
$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$ (окисление, $Zn$ - восстановитель)

Ответ:Цепочка превращений успешно осуществлена путем последовательного проведения реакций ионного обмена ($CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2$, $CuO \rightarrow CuCl_2$), термического разложения ($Cu(OH)_2 \rightarrow CuO$) и окислительно-восстановительной реакции замещения ($CuCl_2 \rightarrow Cu$).