Страница 29 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

5. Запишите уравнения реакций разложения: а) сернистой кислоты; б) угольной кислоты; в) кремниевой кислоты; г) азотной кислоты.

а) _______

б) _______

в) _______

г) _______

К окислительно-восстановительным реакциям относится реак- ция разложения _______. Рассмотрите её с позиций окисления—восстановления.

а) Сернистая кислота ($H_2SO_3$) — это неустойчивое соединение, которое существует преимущественно в водном растворе и легко разлагается на оксид серы(IV) и воду. Уравнение реакции:

$H_2SO_3 \rightleftharpoons SO_2\uparrow + H_2O$

Эта реакция не является окислительно-восстановительной, так как степени окисления всех элементов ($H^{+1}, S^{+4}, O^{-2}$) остаются неизменными.

Ответ: $H_2SO_3 = SO_2 + H_2O$

б) Угольная кислота ($H_2CO_3$) также является крайне неустойчивой и разлагается на углекислый газ (оксид углерода(IV)) и воду. Уравнение реакции:

$H_2CO_3 \rightleftharpoons CO_2\uparrow + H_2O$

Степени окисления элементов ($H^{+1}, C^{+4}, O^{-2}$) в ходе реакции не меняются, следовательно, это не окислительно-восстановительная реакция.

Ответ: $H_2CO_3 = CO_2 + H_2O$

в) Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) — это слабая, нерастворимая в воде кислота, которая при нагревании разлагается на оксид кремния(IV) и воду. Уравнение реакции:

$H_2SiO_3 \xrightarrow{t} SiO_2 + H_2O$

Степени окисления элементов ($H^{+1}, Si^{+4}, O^{-2}$) остаются прежними. Реакция не является окислительно-восстановительной.

Ответ: $H_2SiO_3 = SiO_2 + H_2O$

г) Азотная кислота ($HNO_3$) разлагается под действием света или при нагревании. Продуктами реакции являются оксид азота(IV), кислород и вода. Уравнение реакции:

$4HNO_3 \xrightarrow{t, h\nu} 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow + 2H_2O$

Эта реакция является окислительно-восстановительной, так как происходит изменение степеней окисления азота и кислорода.

Ответ: $4HNO_3 = 4NO_2 + O_2 + 2H_2O$

К окислительно-восстановительным реакциям относится реакция разложения азотной кислоты.
Рассмотрим её с позиций окисления-восстановления.
Запишем уравнение реакции, указав степени окисления у элементов, которые их изменяют:
$4H\overset{+5}{N}\overset{-2}{O_3} \rightarrow 4\overset{+4}{N}O_2 + \overset{0}{O_2} + 2H_2O$
Определим процессы окисления и восстановления, составив электронный баланс:
$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 4 | процесс восстановления
$2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$ | 1 | процесс окисления
В данной реакции атом азота в степени окисления +5 ($N^{+5}$), принимая электроны, является окислителем. Атомы кислорода в степени окисления -2 ($O^{-2}$), отдавая электроны, являются восстановителем. Поскольку и окислитель, и восстановитель входят в состав одного и того же исходного вещества ($HNO_3$), данная реакция является примером внутримолекулярной окислительно-восстановительной реакции.

6. Найдите объём выделившегося газообразного продукта (н. у.), полученного взаимодействием 50 мг мрамора, содержащего 20 % примесей, с азотной кислотой. Какая масса 15%-ного раствора азотной кислоты потребовалась для реакции?

Дано:

Решение:

Дано:

$m(\text{мрамора}) = 50 \text{ мг}$
$\omega(\text{примесей}) = 20\%$
$\omega(\text{р-ра } HNO_3) = 15\%$

Перевод в систему СИ и рабочие единицы:

$m(\text{мрамора}) = 0.05 \text{ г}$
$\omega(\text{примесей}) = 0.20$
$\omega(\text{р-ра } HNO_3) = 0.15$

Найти:

$V(\text{газа})$ (н.у.) - ?
$m(\text{р-ра } HNO_3)$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение реакции. Мрамор — это природный минерал, основной компонент которого карбонат кальция ($CaCO_3$). При его взаимодействии с азотной кислотой ($HNO_3$) образуются нитрат кальция, вода и углекислый газ:

$CaCO_3 + 2HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

2. Определим массу чистого карбоната кальция в образце мрамора. Если массовая доля примесей составляет 20%, то массовая доля $CaCO_3$ равна $100\% - 20\% = 80\%$.

$\omega(CaCO_3) = 0.8$

$m(CaCO_3) = m(\text{мрамора}) \times \omega(CaCO_3) = 50 \text{ мг} \times 0.8 = 40 \text{ мг} = 0.04 \text{ г}$

3. Вычислим количество вещества (моль) карбоната кальция. Молярная масса $M(CaCO_3) = 40 + 12 + 3 \times 16 = 100 \text{ г/моль}$.

$n(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)} = \frac{0.04 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 0.0004 \text{ моль}$

Теперь решим каждую часть задачи отдельно.

Объём выделившегося газообразного продукта (н. у.)

Газообразный продукт реакции — углекислый газ ($CO_2$). Согласно уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между $CaCO_3$ и $CO_2$ составляет 1:1. Следовательно, количество вещества выделившегося газа равно количеству вещества прореагировавшего карбоната кальция:

$n(CO_2) = n(CaCO_3) = 0.0004 \text{ моль}$

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

$V(CO_2) = n(CO_2) \times V_m = 0.0004 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 0.00896 \text{ л}$

Переведем в миллилитры: $0.00896 \text{ л} = 8.96 \text{ мл}$.

Ответ: объём выделившегося газообразного продукта составляет 8.96 мл.

Масса 15%-ного раствора азотной кислоты

Из уравнения реакции следует, что на 1 моль $CaCO_3$ требуется 2 моль $HNO_3$. Найдем количество вещества азотной кислоты:

$n(HNO_3) = 2 \times n(CaCO_3) = 2 \times 0.0004 \text{ моль} = 0.0008 \text{ моль}$

Вычислим массу чистой азотной кислоты. Молярная масса $M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \times 16 = 63 \text{ г/моль}$.

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \times M(HNO_3) = 0.0008 \text{ моль} \times 63 \text{ г/моль} = 0.0504 \text{ г}$

Эта масса чистого вещества содержится в 15%-ном растворе. Массу всего раствора найдем по формуле массовой доли:

$m(\text{р-ра } HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{\omega(HNO_3)} = \frac{0.0504 \text{ г}}{0.15} = 0.336 \text{ г}$

Переведем в миллиграммы: $0.336 \text{ г} = 336 \text{ мг}$.

Ответ: для реакции потребовалась масса 15%-ного раствора азотной кислоты, равная 336 мг.