Страница 26 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

6. Кислоты взаимодействуют с металлами, если:

—

—

—

—

Дано сокращённое ионное уравнение:

$Zn + 2H^+ = Zn^{2+} + H_2 \uparrow$

Составьте соответствующие молекулярные уравнения:

a)

б)

Формулы кислот, не соответствующих этому ионному уравне-

нию:

Кислоты взаимодействуют с металлами, если:

— металл находится в электрохимическом ряду напряжений (ряду активности) левее водорода;

— кислота не является сильной кислотой-окислителем (такой как азотная кислота любой концентрации или концентрированная серная кислота), так как в этих случаях реакция идет по другому механизму без выделения водорода;

— в результате реакции образуется растворимая соль (иначе на поверхности металла образуется нерастворимая пленка, которая прекращает реакцию, т.е. происходит пассивация).

Дано сокращённое ионное уравнение:

Данное сокращенное ионное уравнение описывает процесс окисления металлического цинка ($Zn$) ионами водорода ($H^{+}$). Атом цинка отдает 2 электрона, превращаясь в катион $Zn^{2+}$, а два катиона водорода принимают эти электроны, превращаясь в молекулу газообразного водорода $H_2$.

Таким образом, пропущенные частицы в уравнении — это ион водорода $H^{+}$ и молекула водорода $H_2$.

Полное сокращенное ионное уравнение выглядит так:

$Zn + 2H^{+} = Zn^{2+} + H_2 \uparrow$

Составьте соответствующие молекулярные уравнения:

a)

Для составления молекулярного уравнения можно использовать любую сильную кислоту, анион которой не будет участвовать в окислительно-восстановительном процессе и образует с цинком растворимую соль. Возьмем соляную кислоту ($HCl$).

Молекулярное уравнение реакции цинка с соляной кислотой:

$Zn + 2HCl = ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Хлорид цинка ($ZnCl_2$) является растворимой солью. Хлорид-ионы ($Cl^{-}$) являются ионами-наблюдателями и сокращаются при переходе от полного ионного уравнения к сокращенному.

Ответ: $Zn + 2HCl = ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

б)

В качестве второго примера можно использовать разбавленную серную кислоту ($H_2SO_4$).

Молекулярное уравнение реакции цинка с разбавленной серной кислотой:

$Zn + H_2SO_4 (разб.) = ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

Сульфат цинка ($ZnSO_4$) — растворимая соль. Сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$) в данном случае также являются ионами-наблюдателями.

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

Формулы кислот, не соответствующих этому ионному уравнению:

Этому ионному уравнению не соответствуют реакции, в которых не выделяется водород. Это происходит при взаимодействии цинка с кислотами-окислителями, а также с кислотами, которые не реагируют с цинком.

1. Азотная кислота ($HNO_3$) любой концентрации. При реакции с цинком восстанавливается не водород, а азот из нитрат-иона, с образованием различных продуктов ($NO_2, NO, N_2O, N_2, NH_4NO_3$), но не $H_2$.

2. Концентрированная серная кислота ($H_2SO_4$ (конц.)). При реакции с цинком восстанавливается сера из сульфат-иона, обычно до $SO_2$, а не водород.

3. Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$). Это очень слабая и нерастворимая в воде кислота, которая практически не вступает в реакцию с цинком.

Ответ: $HNO_3$, $H_2SO_4$ (конц.), $H_2SiO_3$.

7. Чтобы запомнить правило Бертолле, можно использовать такую схему:

$\uparrow, \downarrow, \mathrm{H_2O}$

Сформулируйте правило Бертолле.

Решение

Данная схема [↑, ↓, $H_2O$] — это мнемоническое представление правила Бертолле, которое описывает условия необратимого протекания реакций ионного обмена в растворах. Реакция считается идущей до конца, если один из продуктов покидает сферу реакции, что и символизируют элементы схемы:

↑ (стрелка вверх) — обозначает выделение газа. Газообразный продукт улетучивается из раствора, что препятствует протеканию обратной реакции. Например, при взаимодействии карбоната кальция с соляной кислотой выделяется углекислый газ: $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2↑$.

↓ (стрелка вниз) — обозначает выпадение осадка. В результате реакции образуется нерастворимое или малорастворимое в воде вещество, которое выпадает в осадок. Это выводит ионы из раствора и смещает равновесие вправо. Например, при реакции сульфата меди(II) с гидроксидом натрия образуется осадок гидроксида меди(II): $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2↓ + Na_2SO_4$.

$H_2O$ — обозначает образование малодиссоциирующего вещества, то есть слабого электролита. Самым частым примером является вода, образующаяся в реакциях нейтрализации. Ионы водорода ($H^+$) и гидроксид-ионы ($OH^-$) связываются в молекулы воды, которые очень слабо диссоциируют, благодаря чему реакция становится практически необратимой. Например: $HCl + KOH \rightarrow KCl + H_2O$.

Обобщая эти три условия, мы можем сформулировать правило Бертолле.

Ответ: Правило Бертолле гласит: реакции ионного обмена в растворах электролитов протекают до конца (практически необратимо) в том случае, если в результате реакции один из продуктов выводится из сферы реакции, а именно: образуется газ (↑), выпадает осадок (↓) или образуется слабый электролит (например, вода, $H_2O$).

Часть II

1. Запишите уравнения реакций, соответствующих следующим превращениям:

$FeS \to SO_2 \to SO_3 \to H_2SO_4(разб.) \to MgSO_4 \to BaSO_4$

2. Для окислительно-восстановительных реакций напишите электронный баланс, а для реакций с участием электролитов — полные и сокращённые ионные уравнения.

1)

2)

3)

4)

5)

6) (А) $CO + H_2S = CO_2 + H_2O$
(Б) $Cl_2 + Ba = BaCl_2$

7) (В) $CaCO_3 + HCl$
(Г) $CO + HNO_3$

1) Превращение сульфида железа(II) в оксид серы(IV) — это обжиг сульфида в кислороде. Данная реакция является окислительно-восстановительной (ОВР).
Молекулярное уравнение реакции:
$4FeS + 7O_2 \xrightarrow{t} 2Fe_2O_3 + 4SO_2$
Электронный баланс:
$4 | Fe^{+2}S^{-2} - 7e^- \rightarrow Fe^{+3} + S^{+4}$ (Процесс окисления, FeS - восстановитель)
$7 | O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ (Процесс восстановления, $O_2$ - окислитель)
Ответ: $4FeS + 7O_2 \xrightarrow{t} 2Fe_2O_3 + 4SO_2$

2) Превращение оксида серы(IV) в оксид серы(VI) — это каталитическое окисление кислородом. Это также ОВР.
Молекулярное уравнение реакции:
$2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5, t} 2SO_3$
Электронный баланс:
$2 | S^{+4} - 2e^- \rightarrow S^{+6}$ (Процесс окисления, $SO_2$ - восстановитель)
$1 | O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ (Процесс восстановления, $O_2$ - окислитель)
Ответ: $2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5, t} 2SO_3$

3) Получение серной кислоты из оксида серы(VI). В промышленности этот процесс обычно проводят в две стадии, чтобы избежать образования кислотного тумана. Сначала оксид серы(VI) поглощают концентрированной серной кислотой с образованием олеума.
Молекулярное уравнение реакции:
$SO_3 + H_2SO_4 (конц.) \rightarrow H_2S_2O_7$
Ответ: $SO_3 + H_2SO_4 (конц.) \rightarrow H_2S_2O_7$

4) Вторая стадия получения серной кислоты — разбавление олеума водой.
Молекулярное уравнение реакции:
$H_2S_2O_7 + H_2O \rightarrow 2H_2SO_4$
Ответ: $H_2S_2O_7 + H_2O \rightarrow 2H_2SO_4$

5) Получение сульфата магния из разбавленной серной кислоты. Это можно сделать, проведя реакцию с оксидом, гидроксидом или карбонатом магния. Возьмём реакцию с гидроксидом магния, которая является реакцией ионного обмена (нейтрализации).
Молекулярное уравнение:
$H_2SO_4 + Mg(OH)_2 \rightarrow MgSO_4 + 2H_2O$
Полное ионное уравнение (учитывая, что $Mg(OH)_2$ - малорастворимое основание):
$2H^+ + SO_4^{2-} + Mg(OH)_2(тв.) \rightarrow Mg^{2+} + SO_4^{2-} + 2H_2O$
Сокращённое ионное уравнение:
$2H^+ + Mg(OH)_2(тв.) \rightarrow Mg^{2+} + 2H_2O$
Ответ: $H_2SO_4 + Mg(OH)_2 \rightarrow MgSO_4 + 2H_2O$

6) Получение сульфата бария из сульфата магния. Это качественная реакция на сульфат-ион, проводимая с помощью растворимой соли бария (например, хлорида бария). Выпадает белый осадок сульфата бария. Это реакция ионного обмена.
Молекулярное уравнение:
$MgSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + MgCl_2$
Полное ионное уравнение:
$Mg^{2+} + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4\downarrow + Mg^{2+} + 2Cl^-$
Сокращённое ионное уравнение:
$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$
Ответ: $MgSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + MgCl_2$

7) Альтернативный способ получения сульфата магния, указанный в схеме (переход от $SO_3$ к $MgSO_4$). Это реакция кислотного оксида с основным оксидом.
Молекулярное уравнение реакции:
$SO_3 + MgO \rightarrow MgSO_4$
Ответ: $SO_3 + MgO \rightarrow MgSO_4$