Страница 122 - гдз по химии 9 класс тетрадь для лабораторных опытов и практических работ Габриелян, Аксенова

Задание 1. Осуществление последовательных превращений.

Проведите химические реакции, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

$MgO \rightarrow MgCl_2 \rightarrow Mg(OH)_2 \rightarrow MgSO_4 \rightarrow MgCO_3$

Все опыты проводите в одной пробирке, добавляя по каплям следующий реагент до прекращения признаков протекания реакции.

Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.

Решение

Для осуществления последовательных превращений $MgO \rightarrow MgCl_2 \rightarrow Mg(OH)_2 \rightarrow MgSO_4 \rightarrow MgCO_3$ необходимо провести следующие химические реакции, добавляя реагенты поочередно в одну пробирку:

1. Превращение $MgO \rightarrow MgCl_2$

На первом этапе оксид магния (нерастворимый) реагирует с соляной кислотой, образуя растворимый хлорид магния и воду.

Молекулярное уравнение: $MgO(тв) + 2HCl(р-р) \rightarrow MgCl_2(р-р) + H_2O(ж)$

Ионное уравнение: $MgO(тв) + 2H^+(р-р) \rightarrow Mg^{2+}(р-р) + H_2O(ж)$

Ответ:

2. Превращение $MgCl_2 \rightarrow Mg(OH)_2$

К полученному раствору хлорида магния добавляют раствор гидроксида натрия (или другого растворимого основания) до образования осадка гидроксида магния.

Молекулярное уравнение: $MgCl_2(р-р) + 2NaOH(р-р) \rightarrow Mg(OH)_2(тв)\downarrow + 2NaCl(р-р)$

Полное ионное уравнение: $Mg^{2+}(р-р) + 2Cl^{-}(р-р) + 2Na^{+}(р-р) + 2OH^{-}(р-р) \rightarrow Mg(OH)_2(тв)\downarrow + 2Na^{+}(р-р) + 2Cl^{-}(р-р)$

Сокращенное ионное уравнение: $Mg^{2+}(р-р) + 2OH^{-}(р-р) \rightarrow Mg(OH)_2(тв)\downarrow$

Ответ:

3. Превращение $Mg(OH)_2 \rightarrow MgSO_4$

К осадку гидроксида магния добавляют серную кислоту. Осадок растворяется с образованием растворимого сульфата магния и воды.

Молекулярное уравнение: $Mg(OH)_2(тв) + H_2SO_4(р-р) \rightarrow MgSO_4(р-р) + 2H_2O(ж)$

Полное ионное уравнение: $Mg(OH)_2(тв) + 2H^+(р-р) + SO_4^{2-}(р-р) \rightarrow Mg^{2+}(р-р) + SO_4^{2-}(р-р) + 2H_2O(ж)$

Сокращенное ионное уравнение: $Mg(OH)_2(тв) + 2H^+(р-р) \rightarrow Mg^{2+}(р-р) + 2H_2O(ж)$

Ответ:

4. Превращение $MgSO_4 \rightarrow MgCO_3$

К полученному раствору сульфата магния добавляют раствор карбоната натрия (или другого растворимого карбоната) до образования осадка карбоната магния.

Молекулярное уравнение: $MgSO_4(р-р) + Na_2CO_3(р-р) \rightarrow MgCO_3(тв)\downarrow + Na_2SO_4(р-р)$

Полное ионное уравнение: $Mg^{2+}(р-р) + SO_4^{2-}(р-р) + 2Na^{+}(р-р) + CO_3^{2-}(р-р) \rightarrow MgCO_3(тв)\downarrow + 2Na^{+}(р-р) + SO_4^{2-}(р-р)$

Сокращенное ионное уравнение: $Mg^{2+}(р-р) + CO_3^{2-}(р-р) \rightarrow MgCO_3(тв)\downarrow$

Ответ:

Задание 2. Получение соединений металлов и изучение их свойств.

Используя предложенные вам реактивы, получите хлорид железа(II). Докажите наличие иона $Fe^{2+}$ в полученном растворе.

Используя в качестве окислителя пероксид водорода, получите из хлорида железа(II) хлорид железа(III). Докажите наличие иона $Fe^{3+}$ в полученном растворе.

Переведите ион $Fe^{3+}$ в осадок в виде гидроксида железа(III).

Напишите уравнения всех реакций в молекулярной и ионной форме.

Получение хлорида железа(II). Докажите наличие иона Fe²⁺ в полученном растворе.

Для получения хлорида железа(II) можно использовать реакцию железных опилок с соляной кислотой. Железо вытесняет водород из кислоты, образуя соль.

Молекулярное уравнение реакции:

$ \text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\uparrow $

Ионное уравнение реакции:

$ \text{Fe} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\uparrow $

Для доказательства наличия иона $\text{Fe}^{2+}$ в полученном растворе можно провести качественную реакцию с гидроксидом натрия ($\text{NaOH}$) или аммиачной водой ($\text{NH}_3\cdot\text{H}_2\text{O}$). При добавлении этих реагентов к раствору, содержащему $\text{Fe}^{2+}$, образуется студенистый, зеленовато-белый осадок гидроксида железа(II), который быстро буреет на воздухе из-за окисления кислородом воздуха до гидроксида железа(III).

Молекулярное уравнение реакции:

$ \text{FeCl}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_2\downarrow + 2\text{NaCl} $

Ионное уравнение реакции:

$ \text{Fe}^{2+} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_2\downarrow $

В качестве альтернативного метода для подтверждения присутствия иона $\text{Fe}^{2+}$ можно использовать реакцию с гексацианоферратом(III) калия ($\text{K}_3[\text{Fe(CN)}_6]$). При добавлении раствора $\text{K}_3[\text{Fe(CN)}_6]$ к раствору $\text{FeCl}_2$ образуется темно-синий осадок, называемый турнбуллевой синью.

Молекулярное уравнение реакции:

$ 3\text{FeCl}_2 + 2\text{K}_3[\text{Fe(CN)}_6] \rightarrow \text{Fe}_3[\text{Fe(CN)}_6]_2\downarrow + 6\text{KCl} $

Ионное уравнение реакции:

$ 3\text{Fe}^{2+} + 2[\text{Fe(CN)}_6]^{3-} \rightarrow \text{Fe}_3[\text{Fe(CN)}_6]_2\downarrow $

Ответ:

Хлорид железа(II) получают взаимодействием железа с соляной кислотой. Наличие иона $\text{Fe}^{2+}$ доказывается образованием зеленовато-белого осадка $\text{Fe(OH)}_2$ при добавлении щелочи или темно-синего осадка турнбуллевой сини при добавлении гексацианоферрата(III) калия.

Используя в качестве окислителя пероксид водорода, получите из хлорида железа(II) хлорид железа(III). Докажите наличие иона Fe³⁺ в полученном растворе.

Для окисления хлорида железа(II) до хлорида железа(III) с использованием пероксида водорода ($\text{H}_2\text{O}_2$) необходимо провести реакцию в кислой среде (например, добавив немного соляной кислоты), так как пероксид водорода проявляет окислительные свойства в кислой среде.

Молекулярное уравнение реакции:

$ 2\text{FeCl}_2 + \text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{FeCl}_3 + 2\text{H}_2\text{O} $

Ионное уравнение реакции:

$ 2\text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{H}^+ \rightarrow 2\text{Fe}^{3+} + 2\text{H}_2\text{O} $

Для доказательства наличия иона $\text{Fe}^{3+}$ в полученном растворе можно провести качественную реакцию с роданидом калия ($\text{KSCN}$). При добавлении раствора $\text{KSCN}$ к раствору, содержащему $\text{Fe}^{3+}$, наблюдается интенсивное кроваво-красное окрашивание, обусловленное образованием тиоцианатных комплексов железа(III), например, $[\text{Fe(SCN)}]^{2+}$.

Молекулярное уравнение реакции (упрощенное, для иллюстрации):

$ \text{FeCl}_3 + 3\text{KSCN} \rightarrow \text{Fe(SCN)}_3 + 3\text{KCl} $

Ионное уравнение реакции (для образования комплекса):

$ \text{Fe}^{3+} + \text{SCN}^- \rightarrow [\text{Fe(SCN)}]^{2+} $

Также наличие иона $\text{Fe}^{3+}$ можно подтвердить реакцией с гидроксидом натрия ($\text{NaOH}$) или аммиачной водой ($\text{NH}_3\cdot\text{H}_2\text{O}$). При добавлении этих реагентов к раствору, содержащему $\text{Fe}^{3+}$, образуется объемный, красно-бурый (ржавый) осадок гидроксида железа(III).

Молекулярное уравнение реакции:

$ \text{FeCl}_3 + 3\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow + 3\text{NaCl} $

Ионное уравнение реакции:

$ \text{Fe}^{3+} + 3\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow $

Ответ:

Окисление $\text{FeCl}_2$ до $\text{FeCl}_3$ осуществляется пероксидом водорода в кислой среде. Наличие иона $\text{Fe}^{3+}$ доказывается появлением кроваво-красного окрашивания с $\text{KSCN}$ или образованием красно-бурого осадка $\text{Fe(OH)}_3$ при добавлении щелочи.

Переведите ион Fe³⁺ в осадок в виде гидроксида железа(III).

Для перевода иона $\text{Fe}^{3+}$ в осадок в виде гидроксида железа(III) необходимо добавить к раствору, содержащему ионы $\text{Fe}^{3+}$, раствор щелочи (например, гидроксид натрия $\text{NaOH}$) или аммиачной воды ($\text{NH}_3\cdot\text{H}_2\text{O}$) до образования осадка. Гидроксид железа(III) является нерастворимым основанием.

Молекулярное уравнение реакции:

$ \text{FeCl}_3 + 3\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow + 3\text{NaCl} $

Ионное уравнение реакции:

$ \text{Fe}^{3+} + 3\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow $

Ответ:

Ион $\text{Fe}^{3+}$ переводится в осадок $\text{Fe(OH)}_3$ путем добавления к раствору щелочи (например, $\text{NaOH}$) или аммиачной воды.

Напишите уравнения всех реакций в молекулярной и ионной форме.

Ниже представлены уравнения всех реакций, упомянутых в решении задачи, в молекулярной и ионной форме.

1. Получение хлорида железа(II) из железа и соляной кислоты:

Молекулярная: $ \text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\uparrow $

Ионная: $ \text{Fe} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\uparrow $

2. Качественная реакция на ион $\text{Fe}^{2+}$ (с гидроксидом натрия):

Молекулярная: $ \text{FeCl}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_2\downarrow + 2\text{NaCl} $

Ионная: $ \text{Fe}^{2+} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_2\downarrow $

3. Качественная реакция на ион $\text{Fe}^{2+}$ (с гексацианоферратом(III) калия):

Молекулярная: $ 3\text{FeCl}_2 + 2\text{K}_3[\text{Fe(CN)}_6] \rightarrow \text{Fe}_3[\text{Fe(CN)}_6]_2\downarrow + 6\text{KCl} $

Ионная: $ 3\text{Fe}^{2+} + 2[\text{Fe(CN)}_6]^{3-} \rightarrow \text{Fe}_3[\text{Fe(CN)}_6]_2\downarrow $

4. Окисление хлорида железа(II) до хлорида железа(III) пероксидом водорода (в кислой среде):

Молекулярная: $ 2\text{FeCl}_2 + \text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{FeCl}_3 + 2\text{H}_2\text{O} $

Ионная: $ 2\text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{H}^+ \rightarrow 2\text{Fe}^{3+} + 2\text{H}_2\text{O} $

5. Качественная реакция на ион $\text{Fe}^{3+}$ (с роданидом калия):

Молекулярная: $ \text{FeCl}_3 + 3\text{KSCN} \rightarrow \text{Fe(SCN)}_3 + 3\text{KCl} $

Ионная: $ \text{Fe}^{3+} + \text{SCN}^- \rightarrow [\text{Fe(SCN)}]^{2+} $ (один из возможных комплексов, вызывающий окрашивание)

6. Качественная реакция на ион $\text{Fe}^{3+}$ и его перевод в осадок (с гидроксидом натрия):

Молекулярная: $ \text{FeCl}_3 + 3\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow + 3\text{NaCl} $

Ионная: $ \text{Fe}^{3+} + 3\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow $

Ответ:

Все требуемые уравнения реакций приведены выше в молекулярной и ионной форме.

Задание 3. Распознавание соединений металлов. В четырёх пробирках под номерами, но без этикеток находятся кристаллические соли: сульфат магния, сульфат цинка, сульфат натрия, карбонат кальция. С помощью предложенных вам реактивов распознайте каждую соль. Напишите уравнения проведённых реакций в молекулярной и ионной форме.

♦ Оформите отчёт о проведённой работе в виде таблицы.

Дано:

В четырех пробирках под номерами, но без этикеток находятся кристаллические соли: сульфат магния ($MgSO_4$), сульфат цинка ($ZnSO_4$), сульфат натрия ($Na_2SO_4$), карбонат кальция ($CaCO_3$).

Найти:

Распознать каждую соль. Написать уравнения проведенных реакций в молекулярной и ионной форме. Оформить отчет о проведенной работе в виде таблицы.

Решение:

Для распознавания данных солей проведем серию качественных реакций. Поскольку реагенты не указаны, будем использовать общедоступные лабораторные реагенты, такие как соляная кислота ($HCl$) и гидроксид натрия ($NaOH$), которые позволяют отличить данные вещества по характерным признакам.

Порядок действий:

1. К небольшому количеству содержимого каждой пробирки добавляем раствор соляной кислоты ($HCl$).
2. В пробирке, где наблюдается выделение газа, находится карбонат кальция.
3. К оставшимся трем пробиркам добавляем раствор гидроксида натрия ($NaOH$).
4. В пробирке, где образуется белый осадок, нерастворимый в избытке $NaOH$, находится сульфат магния.
5. В пробирке, где образуется белый осадок, растворимый в избытке $NaOH$, находится сульфат цинка.
6. Последняя оставшаяся пробирка содержит сульфат натрия, поскольку она не дала характерных реакций с $HCl$ и $NaOH$.

Ответ:

Проведенные качественные реакции позволили распознать содержимое каждой пробирки: карбонат кальция ($CaCO_3$), сульфат магния ($MgSO_4$), сульфат цинка ($ZnSO_4$) и сульфат натрия ($Na_2SO_4$).