Страница 14 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

3. Соляная кислота вступает в реакцию замещения

1) с гидроксидом меди(II)

2) с медью

3) с оксидом железа(II)

4) с железом

Ответ:

Приведите уравнение реакции, соответствующей верному ответу.

Реакция замещения — это химическая реакция, в которой атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. Общая схема такой реакции: $A + BC \rightarrow AC + B$. Необходимо определить, в каком из предложенных случаев соляная кислота ($HCl$) вступает в реакцию замещения.

1) с гидроксидом меди(II)
Реакция соляной кислоты с гидроксидом меди(II) ($Cu(OH)_2$) является реакцией обмена (в частности, реакцией нейтрализации), в результате которой образуются соль и вода. Это не реакция замещения.
$2HCl + Cu(OH)_2 \rightarrow CuCl_2 + 2H_2O$

2) с медью
Медь ($Cu$) находится в электрохимическом ряду активности металлов после водорода, поэтому она не может вытеснить водород из раствора соляной кислоты. Реакция не протекает.

3) с оксидом железа(II)
Реакция соляной кислоты с оксидом железа(II) ($FeO$) является реакцией обмена между кислотой и основным оксидом. Это не реакция замещения.
$2HCl + FeO \rightarrow FeCl_2 + H_2O$

4) с железом
Реакция соляной кислоты с железом ($Fe$) является реакцией замещения. Железо — это металл, стоящий в ряду активности до водорода, поэтому он вытесняет водород из кислоты. В этой реакции атомы простого вещества (железа) замещают атомы водорода в сложном веществе (соляной кислоте).

Уравнение реакции, соответствующей верному ответу:

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

Ответ: 4

Напишите уравнения реакций получения сульфата цинка с помощью реакций замещения и обмена.

Решение

Реакция замещения
Реакция замещения — это химическая реакция, в которой атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. Для получения сульфата цинка ($ZnSO_4$) можно использовать реакцию металлического цинка с серной кислотой. Цинк находится в ряду активности металлов левее водорода, поэтому он способен вытеснять водород из разбавленных кислот.
В ходе этой реакции атом цинка (простое вещество) замещает атомы водорода в серной кислоте (сложное вещество), в результате чего образуется соль сульфат цинка и выделяется газообразный водород.
Уравнение реакции:
$Zn + H_2SO_4 (разб.) \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$
Также примером реакции замещения может служить вытеснение цинком менее активного металла из его соли, например, меди из сульфата меди(II):
$Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu \downarrow$

Ответ: $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

Реакция обмена
Реакция обмена — это химическая реакция, в которой два сложных вещества обмениваются своими составными частями (атомами или группами атомов, ионами). Для получения сульфата цинка можно провести реакцию между оксидом цинка и серной кислотой. Эта реакция является частным случаем реакции обмена — реакцией нейтрализации между основным оксидом и кислотой, которая протекает с образованием соли и воды.
В этой реакции происходит обмен ионами: ион цинка ($Zn^{2+}$) из оксида цинка соединяется с сульфат-ионом ($SO_4^{2-}$) из кислоты, а ионы водорода ($H^+$) из кислоты соединяются с ионом кислорода ($O^{2-}$) из оксида цинка.
Уравнение реакции:
$ZnO + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2O$
Другим примером реакции обмена является взаимодействие гидроксида цинка с серной кислотой:
$Zn(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + 2H_2O$

Ответ: $ZnO + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2O$

5. Найдите объём газообразного продукта, полученного при растворении 96 г меди в разбавленной азотной кислоте согласно схеме

$\text{HNO}_3 + \text{Cu} = \text{Cu}(\text{NO}_3)_2 + \text{NO} + \text{H}_2\text{O}$

Рассчитайте массу 5%-ного раствора азотной кислоты, необходимого для этой реакции, и массовую долю соли в полученном растворе.

Дано:

Решение:

Дано:

$m(\text{Cu}) = 96 \text{ г}$

$\omega(\text{HNO}_3) = 5\% = 0.05$

Найти:

$V(\text{NO}) - ?$

$m(\text{р-ра }\text{HNO}_3) - ?$

$\omega(\text{Cu(NO}_3)_2) \text{ в конечном растворе} - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции. Реакция меди с разбавленной азотной кислотой является окислительно-восстановительной. Расставим коэффициенты методом электронного баланса:

$\text{Cu}^0 - 2e^- \rightarrow \text{Cu}^{+2} \quad | \times 3 \quad (\text{окисление, восстановитель})$

$\text{N}^{+5} + 3e^- \rightarrow \text{N}^{+2} \quad | \times 2 \quad (\text{восстановление, окислитель})$

Уравненное уравнение реакции:

$3\text{Cu} + 8\text{HNO}_3(\text{разб.}) = 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO}\uparrow + 4\text{H}_2\text{O}$

2. Найдем количество вещества меди (Cu), вступившей в реакцию.

Молярная масса меди: $M(\text{Cu}) = 64 \text{ г/моль}$.

Количество вещества: $n(\text{Cu}) = \frac{m(\text{Cu})}{M(\text{Cu})} = \frac{96 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 1.5 \text{ моль}$.

Нахождение объёма газообразного продукта (NO)

По уравнению реакции из 3 моль меди образуется 2 моль оксида азота(II). Составим пропорцию для нахождения количества вещества NO:

$\frac{n(\text{Cu})}{3} = \frac{n(\text{NO})}{2} \implies n(\text{NO}) = \frac{2 \times n(\text{Cu})}{3} = \frac{2 \times 1.5 \text{ моль}}{3} = 1 \text{ моль}$.

Объём газа (при нормальных условиях) рассчитывается по формуле: $V = n \times V_m$, где $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$ - молярный объём газа.

$V(\text{NO}) = 1 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 22.4 \text{ л}$.

Ответ: объём газообразного продукта (NO) равен 22.4 л.

Расчёт массы раствора азотной кислоты

По уравнению реакции на 3 моль меди расходуется 8 моль азотной кислоты. Рассчитаем количество вещества $\text{HNO}_3$:

$\frac{n(\text{Cu})}{3} = \frac{n(\text{HNO}_3)}{8} \implies n(\text{HNO}_3) = \frac{8 \times n(\text{Cu})}{3} = \frac{8 \times 1.5 \text{ моль}}{3} = 4 \text{ моль}$.

Найдем массу чистой азотной кислоты. Молярная масса $\text{HNO}_3$:

$M(\text{HNO}_3) = 1 + 14 + 3 \times 16 = 63 \text{ г/моль}$.

$m(\text{HNO}_3) = n(\text{HNO}_3) \times M(\text{HNO}_3) = 4 \text{ моль} \times 63 \text{ г/моль} = 252 \text{ г}$.

Теперь рассчитаем массу 5%-ного раствора азотной кислоты:

$m(\text{р-ра }\text{HNO}_3) = \frac{m(\text{HNO}_3)}{\omega(\text{HNO}_3)} = \frac{252 \text{ г}}{0.05} = 5040 \text{ г}$.

Ответ: масса 5%-ного раствора азотной кислоты составляет 5040 г.

Расчёт массовой доли соли в полученном растворе

Сначала найдем массу образовавшейся соли - нитрата меди(II) $\text{Cu(NO}_3)_2$. По уравнению реакции из 3 моль меди образуется 3 моль соли, т.е. $n(\text{Cu}) = n(\text{Cu(NO}_3)_2) = 1.5 \text{ моль}$.

Молярная масса $\text{Cu(NO}_3)_2$:

$M(\text{Cu(NO}_3)_2) = 64 + 2 \times (14 + 3 \times 16) = 188 \text{ г/моль}$.

$m(\text{Cu(NO}_3)_2) = n(\text{Cu(NO}_3)_2) \times M(\text{Cu(NO}_3)_2) = 1.5 \text{ моль} \times 188 \text{ г/моль} = 282 \text{ г}$.

Теперь найдем массу конечного раствора. Она складывается из массы исходных реагентов (меди и раствора кислоты) за вычетом массы улетевшего газа (NO).

$m(\text{конечного р-ра}) = m(\text{Cu}) + m(\text{р-ра }\text{HNO}_3) - m(\text{NO})$.

Найдем массу 1 моль NO. Молярная масса $M(\text{NO}) = 14 + 16 = 30 \text{ г/моль}$.

$m(\text{NO}) = n(\text{NO}) \times M(\text{NO}) = 1 \text{ моль} \times 30 \text{ г/моль} = 30 \text{ г}$.

$m(\text{конечного р-ра}) = 96 \text{ г} + 5040 \text{ г} - 30 \text{ г} = 5106 \text{ г}$.

Наконец, рассчитаем массовую долю соли в конечном растворе:

$\omega(\text{Cu(NO}_3)_2) = \frac{m(\text{Cu(NO}_3)_2)}{m(\text{конечного р-ра})} = \frac{282 \text{ г}}{5106 \text{ г}} \approx 0.05523$

В процентах: $0.05523 \times 100\% \approx 5.52\%$.

Ответ: массовая доля соли $\text{Cu(NO}_3)_2$ в полученном растворе равна 5.52%.