Страница 72 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

6. Найдите массы исходных реагентов, необходимых для получения в лаборатории аммиака, объём которого был рассчитан в задаче 5.

Дано:

Решение:

Поскольку условие задачи 6 ссылается на данные из задачи 5, которая не предоставлена, для решения примем, что в задаче 5 был рассчитан объем аммиака, равный 5,6 л (при нормальных условиях, н.у.).

В лаборатории аммиак обычно получают реакцией хлорида аммония с гашеной известью (гидроксидом кальция) при нагревании.

Дано:

$V(NH_3) = 5.6 \text{ л}$

Найти:

$m(NH_4Cl) - ?$

$m(Ca(OH)_2) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции получения аммиака:

$2NH_4Cl + Ca(OH)_2 \xrightarrow{t} CaCl_2 + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$

2. Найдем количество вещества (моль) полученного аммиака ($NH_3$). При нормальных условиях молярный объем любого газа ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

$n(NH_3) = \frac{V(NH_3)}{V_m} = \frac{5.6 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.25 \text{ моль}$

3. Используя уравнение реакции, определим количество вещества исходных реагентов: хлорида аммония ($NH_4Cl$) и гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$).

Из уравнения видно, что соотношение молей реагентов и продуктов следующее:

$\frac{n(NH_4Cl)}{2} = \frac{n(Ca(OH)_2)}{1} = \frac{n(NH_3)}{2}$

Рассчитаем количество вещества хлорида аммония:

$n(NH_4Cl) = n(NH_3) = 0.25 \text{ моль}$

Рассчитаем количество вещества гидроксида кальция:

$n(Ca(OH)_2) = \frac{1}{2} n(NH_3) = \frac{1}{2} \cdot 0.25 \text{ моль} = 0.125 \text{ моль}$

4. Рассчитаем молярные массы реагентов, используя относительные атомные массы из периодической таблицы (округляя до целых, кроме хлора): $Ar(N)=14$, $Ar(H)=1$, $Ar(Cl)=35.5$, $Ar(Ca)=40$, $Ar(O)=16$.

$M(NH_4Cl) = 14 + 4 \cdot 1 + 35.5 = 53.5 \text{ г/моль}$

$M(Ca(OH)_2) = 40 + 2 \cdot (16 + 1) = 74 \text{ г/моль}$

5. Найдем массы исходных реагентов по формуле $m = n \cdot M$:

Масса хлорида аммония:

$m(NH_4Cl) = n(NH_4Cl) \cdot M(NH_4Cl) = 0.25 \text{ моль} \cdot 53.5 \text{ г/моль} = 13.375 \text{ г}$

Масса гидроксида кальция:

$m(Ca(OH)_2) = n(Ca(OH)_2) \cdot M(Ca(OH)_2) = 0.125 \text{ моль} \cdot 74 \text{ г/моль} = 9.25 \text{ г}$

Ответ: для получения 5,6 л аммиака необходимо взять 13,375 г хлорида аммония и 9,25 г гидроксида кальция.

Часть I

1. Соли аммония — это ____

1. Соли аммония — это сложные вещества, которые состоят из катионов аммония ($NH_4^+$) и анионов кислотных остатков.

По своей сути, это класс химических соединений, образующихся при взаимодействии аммиака ($NH_3$), который является слабым основанием, с различными кислотами. В ходе реакции нейтрализации протон ($H^+$) кислоты присоединяется к молекуле аммиака по донорно-акцепторному механизму, образуя сложнозаряженный ион — катион аммония ($NH_4^+$). Этот катион затем соединяется с анионом кислоты, формируя ионную связь.

Пример реакции образования соли аммония (хлорида аммония):

$NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$

Другой пример (сульфат аммония):

$2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$

Ключевые характеристики солей аммония:

Физические свойства: Большинство солей аммония представляют собой твердые кристаллические вещества, обычно белого цвета или бесцветные, и, как правило, хорошо растворяются в воде. Их кристаллическая решетка имеет ионное строение, подобно солям щелочных металлов.

Химические свойства:

1. Термическое разложение: Соли аммония термически неустойчивы и при нагревании разлагаются. Продукты разложения зависят от свойств аниона.
• Если соль образована летучей кислотой (например, $HCl$), она разлагается на аммиак и кислоту: $NH_4Cl(тв.) \leftrightarrow NH_3(г.) + HCl(г.)$
• Если анион является окислителем (например, в нитрате или дихромате аммония), происходит внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция: $(NH_4)_2Cr_2O_7 \xrightarrow{t} N_2 + Cr_2O_3 + 4H_2O$

2. Гидролиз: Так как ион аммония является катионом слабого основания, водные растворы солей аммония (образованных сильными кислотами) имеют слабокислую среду ($pH < 7$) из-за гидролиза: $NH_4^+ + H_2O \leftrightarrow NH_3 \cdot H_2O + H^+$

3. Взаимодействие со щелочами: Это качественная реакция на ион аммония. При нагревании солей аммония с сильными основаниями (щелочами) выделяется газообразный аммиак с характерным резким запахом.
$NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t} NaCl + NH_3\uparrow + H_2O$
В ионном виде: $NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t} NH_3\uparrow + H_2O$

Соли аммония широко применяются, в частности, как азотные удобрения (например, нитрат аммония $NH_4NO_3$ и сульфат аммония $(NH_4)_2SO_4$).

Ответ: сложные вещества ионного строения, состоящие из катионов аммония $NH_4^+$ и анионов кислотных остатков.

2. Общая формула солей аммония для кислоты $H_n Acd$

2. Общая формула солей аммония для кислоты H_n Acd

Дано:

Общая формула кислоты: $H_n Acd$.

Найти:

Общую формулу соли аммония, образованной данной кислотой.

Решение:

Соль аммония состоит из катиона аммония ($NH_4^+$) и аниона кислотного остатка. Чтобы составить формулу соли, нужно определить заряды этих ионов и уравнять их в формуле для достижения электронейтральности.

1. Катион аммония ($NH_4^+$) всегда имеет заряд $+1$.

2. Кислота с общей формулой $H_n Acd$ является $n$-основной. Это означает, что при полной диссоциации она отдает $n$ ионов водорода $H^+$. Кислотный остаток $Acd$ при этом приобретает заряд, равный $-n$. Таким образом, формула аниона — $Acd^{n-}$.

3. Молекула соли должна быть электронейтральной. Это значит, что суммарный положительный заряд всех катионов должен быть равен по модулю суммарному отрицательному заряду всех анионов. Для определения индексов в формуле соли можно использовать правило креста: численное значение заряда одного иона становится индексом для другого.

Катион: $NH_4^+$ (заряд 1+)
Анион: $Acd^{n-}$ (заряд n-)

Индекс для катиона $NH_4^+$ будет равен $n$.
Индекс для аниона $Acd^{n-}$ будет равен $1$.

Таким образом, общая формула соли будет $(NH_4)_n (Acd)_1$, что для простоты записывается как $(NH_4)_n Acd$.

Ответ: $(NH_4)_n Acd$

3. Физические свойства солей аммония.

Соли аммония — это ионные соединения, состоящие из катионов аммония $NH_4^+$ и анионов кислотных остатков. Их физические свойства обусловлены типом кристаллической решётки и особенностями иона аммония.

Агрегатное состояние и внешний вид

При стандартных условиях все соли аммония представляют собой твёрдые кристаллические вещества. Большинство из них бесцветны или имеют белый цвет, например, хлорид аммония $NH_4Cl$ (нашатырь), сульфат аммония $(NH_4)_2SO_4$, нитрат аммония $NH_4NO_3$. Окраска солей аммония обычно связана с цветом аниона. Так, дихромат аммония $(NH_4)_2Cr_2O_7$ имеет оранжевый цвет, а перманганат аммония $NH_4MnO_4$ — тёмно-фиолетовый.

Растворимость

Подавляющее большинство солей аммония хорошо растворяется в воде. Растворение многих из них, например, нитрата аммония, является эндотермическим процессом, то есть сопровождается поглощением тепла и охлаждением раствора. Это свойство используется в быстродействующих охлаждающих пакетах. К малорастворимым солям аммония относятся, например, фосфат магния-аммония $MgNH_4PO_4$ и гексахлороплатинат(IV) аммония $(NH_4)_2[PtCl_6]$.

Строение

Соли аммония имеют ионное строение. Их кристаллические решётки состоят из катионов аммония $NH_4^+$ и соответствующих анионов. Катион аммония $NH_4^+$ имеет тетраэдрическую структуру, в центре которой находится атом азота, ковалентно связанный с четырьмя атомами водорода по вершинам тетраэдра.

Термическая устойчивость

Важнейшей характеристикой солей аммония является их термическая неустойчивость. При нагревании они, как правило, разлагаются, не достигая температуры плавления. Продукты разложения зависят от природы кислотного остатка:

1. Соли, образованные нелетучими кислотами-неокислителями (например, ортофосфорной), разлагаются с выделением аммиака.

2. Соли, образованные летучими кислотами-неокислителями (например, $HCl, H_2CO_3$), при нагревании обратимо разлагаются на аммиак и соответствующую кислоту. Например, хлорид аммония при нагревании возгоняется (сублимирует) — распадается на газообразные аммиак и хлороводород, которые при охлаждении вновь соединяются в твердое вещество:
$NH_4Cl(тв.) \rightleftharpoons NH_3(г) + HCl(г)$

3. Соли, содержащие анион-окислитель ($NO_3^-, NO_2^-, Cr_2O_7^{2-}$), разлагаются в результате внутримолекулярной окислительно-восстановительной реакции, где азот в катионе аммония выступает восстановителем. Например:
- Разложение нитрита аммония до азота и воды: $NH_4NO_2 \xrightarrow{t} N_2 \uparrow + 2H_2O$
- Разложение нитрата аммония до оксида азота(I) и воды: $NH_4NO_3 \xrightarrow{t} N_2O \uparrow + 2H_2O$
- Разложение дихромата аммония (реакция «вулкан»): $(NH_4)_2Cr_2O_7 \xrightarrow{t} Cr_2O_3 + N_2 \uparrow + 4H_2O$

Прочие свойства

В твёрдом состоянии соли аммония не проводят электрический ток (являются диэлектриками). Однако их водные растворы и расплавы являются хорошими электролитами благодаря наличию подвижных ионов. Водные растворы солей аммония, образованных сильными кислотами, имеют слабокислую среду ($pH < 7$) из-за гидролиза катиона аммония: $NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O + H^+$.

Ответ:

Соли аммония — это твёрдые кристаллические вещества, в основном белого цвета и хорошо растворимые в воде, часто с поглощением тепла. Они имеют ионное строение, термически неустойчивы и при нагревании разлагаются. Их водные растворы и расплавы проводят электрический ток, а растворы, как правило, имеют слабокислую среду из-за гидролиза.

4. Химические свойства солей аммония.

1) Взаимодействуют со щелочами:

$NH_4Cl + Ca(OH)_2 = \text{______} + \text{______}$

Полное ионное уравнение ____________________

Сокращённое ионное уравнение ____________________

2) Разлагаются при нагревании:

а) $NH_4Cl = \text{______}$

б) $(NH_4)_2CO_3 = \text{______}$

в) $(NH_4)_2SO_4 = NH_4HSO_4 + \text{______}$

1) Взаимодействуют со щелочами:

Реакция между солью аммония и щёлочью является качественной реакцией на ион аммония ($NH_4^+$). В ходе реакции ионного обмена выделяется аммиак ($NH_3$) — газ с резким запахом, а также образуются соль и вода. Сбалансированное молекулярное уравнение реакции хлорида аммония с гидроксидом кальция выглядит так:

$2NH_4Cl + Ca(OH)_2 = CaCl_2 + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$

Полное ионное уравнение, где сильные растворимые электролиты записаны в виде ионов:

$2NH_4^+ + 2Cl^- + Ca^{2+} + 2OH^- = Ca^{2+} + 2Cl^- + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$

Сокращённое ионное уравнение получается после исключения ионов-наблюдателей ($Ca^{2+}$ и $Cl^-$). Оно отражает суть химического процесса:

$NH_4^+ + OH^- = NH_3 \uparrow + H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $2NH_4Cl + Ca(OH)_2 = CaCl_2 + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$. Полное ионное уравнение: $2NH_4^+ + 2Cl^- + Ca^{2+} + 2OH^- = Ca^{2+} + 2Cl^- + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$. Сокращённое ионное уравнение: $NH_4^+ + OH^- = NH_3 \uparrow + H_2O$.

2) Разлагаются при нагревании:

а) Хлорид аммония, соль, образованная слабой основой (аммиак) и сильной кислотой (соляная кислота), при нагревании обратимо разлагается на составляющие её газы.

$NH_4Cl \rightleftharpoons NH_3 \uparrow + HCl \uparrow$

Ответ: $NH_4Cl \rightleftharpoons NH_3 \uparrow + HCl \uparrow$.

б) Карбонат аммония — соль, образованная слабой основой (аммиак) и слабой, неустойчивой кислотой (угольная). При нагревании она легко разлагается на аммиак, углекислый газ и воду.

$(NH_4)_2CO_3 \xrightarrow{t} 2NH_3 \uparrow + CO_2 \uparrow + H_2O$

Ответ: $(NH_4)_2CO_3 \xrightarrow{t} 2NH_3 \uparrow + CO_2 \uparrow + H_2O$.

в) Сульфат аммония, как соль сильной двухосновной кислоты (серной), разлагается при нагревании ступенчато. На первой стадии образуется кислая соль (гидросульфат аммония) и выделяется аммиак.

$(NH_4)_2SO_4 \xrightarrow{t} NH_4HSO_4 + NH_3 \uparrow$

Ответ: $(NH_4)_2SO_4 \xrightarrow{t} NH_4HSO_4 + NH_3 \uparrow$.