Решебник по химии 9 класс Габриелян §7

Химические свойства оснований как электролитов

Стр. 42

Вопрос

1. Вспомните общее уравнение электролитической диссоциации оснований: M(OH)ₙ ⇄ Mⁿ⁺ + nOH⁻.

В растворах щелочей присутствуют два типа ионов: общие для всех оснований гидроксид-анионы и индивидуальные для каждого основания катионы конкретных металлов.

Какие ионы, образующиеся при диссоциации оснований, обусловливают их общие свойства?

Общие свойства оснований, особенно щелочей, обусловлены гидроксид-ионами OH⁻, которые образуются при их электролитической диссоциации. Именно эти ионы:

— создают щелочную реакцию среды,

— изменяют окраску индикаторов,

— участвуют в нейтрализации кислот (OH⁻ + H⁺ → H₂O),

— взаимодействуют с кислотными оксидами,

— могут осаждать малорастворимые основания при взаимодействии с ионами некоторых металлов.

Таким образом, OH⁻-ионы определяют основные химические свойства всех щелочей.

2. Приведите по два молекулярных уравнения, соответствующих приведённым сокращённым ионным уравнениям реакций.

Для сокращённого ионного уравнения: OH⁻ + H⁺ → H₂O, соответствуют следующие молекулярные уравнения (щёлочь + кислота):

(NaOH + HCl → NaCl + H₂O)

(KOH + HNO₃ → KNO₃ + H₂O)

Для сокращённого ионного уравнения: M(OH)ₙ + nH⁺ → Mⁿ⁺ + nH₂O, соответствуют следующие молекулярные уравнения (нерастворимое основание + кислота):

(Cu(OH)₂ + 2HCl → CuCl₂ + 2H₂O)

(Fe(OH)₃ + 3HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3H₂O)

Стр. 42

Лабораторный опыт 24

В три пробирки налейте по 2 мл раствора гидроксида натрия. В каждую пробирку добавьте по 2–3 капли растворов индикаторов: в первую — фенолфталеина, во вторую — лакмуса, в третью — метилового оранжевого. Как изменилась окраска индикаторов?

Раствор гидроксида натрия — это щелочная среда, поэтому индикаторы изменят свою окраску следующим образом:

— Фенолфталеин в щелочной среде приобретает малиновую окраску;

— Лакмус в щелочной среде становится синим;

— Метиловый оранжевый в щелочной среде приобретает жёлтую окраску.

Стр. 43

Лабораторный опыт 25

Откройте крышки двух небольших пластиковых бутылочек из-под минеральной воды, заполненных углекислым газом, а затем в одну из них прилейте 10 мл раствора гидроксида натрия, а в другую — 10 мл раствора гидроксида калия. Вновь закройте бутылки крышками и встряхните. Что наблюдаете?

Через 2–3 минуты можно наблюдать, что обе бутылки начинают деформироваться (сжиматься). Это происходит из-за того, что углекислый газ реагирует с щёлочами — растворами гидроксида натрия и гидроксида калия. В результате реакции образуется карбонат и вода:

(2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O)

(2KOH + CO₂ → K₂CO₃ + H₂O)

Объём газа в бутылке уменьшается, что и приводит к сжатию бутылок. Реакция одинаково протекает и с натриевой, и с калиевой щёлочью, потому что у них общий активный компонент — ион OH⁻.

Стр. 43

Лабораторный опыт 26

В две пробирки налейте по 2 мл растворов солей аммония — хлорида NH₄Cl и нитрата NH₄NO₃. Затем добавьте в каждую по 1 мл раствора щёлочи — гидроксида натрия. Подогрейте содержимое каждой пробирки в пламени спиртовки с помощью держателя для пробирок. Осторожно понюхайте продукт взаимодействия. Что ощущаете? Поднесите к отверстию пробирки влажную универсальную индикаторную бумагу. Что наблюдаете?

При нагревании смеси соли аммония (например, NH₄Cl или NH₄NO₃) и щёлочи (NaOH) происходит химическая реакция с выделением газа — аммиака (NH₃), обладающего резким характерным запахом:

(NH₄Cl + NaOH → NH₃↑ + NaCl + H₂O)

(NH₄NO₃ + NaOH → NH₃↑ + NaNO₃ + H₂O)

При осторожном поднесении индикаторной бумаги к отверстию пробирки наблюдается изменение её цвета на синий, что указывает на щелочную реакцию среды — признак наличия аммиака в газообразной форме.

Стр. 44

Вопрос

1. Запишите молекулярное уравнение, соответствующее приведённому сокращённому ионному уравнению.

Сокращённому ионному уравнению: Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓, соответствует следующее молекулярное уравнение:

(Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaOH)

В этой реакции растворимый гидроксид бария взаимодействует с растворимым сульфатом натрия, в результате чего образуется белый осадок — сульфат бария (BaSO₄), и остаётся раствор щёлочи — гидроксида натрия.

2. Запишите два молекулярных уравнения, соответствующих приведённому сокращённому ионному уравнению.

Сокращённому ионному уравнению: Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓, соответствуют следующие молекулярные уравнения:

(CuCl₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + 2NaCl)

(CuSO₄ + 2KOH → Cu(OH)₂↓ + K₂SO₄)

В этих реакциях соли меди(II) (хлорид и сульфат) реагируют со щелочами (гидроксидами натрия и калия), в результате чего образуется голубой осадок — гидроксид меди(II), и растворимая соль.

Стр. 44

Лабораторный опыт 27

Повторите уже знакомый вам эксперимент. В пробирку налейте 2–3 мл раствора сульфата меди(II) — медного купороса — и прилейте 1–2 мл раствора щёлочи. Что наблюдаете?

При добавлении раствора щёлочи к раствору сульфата меди(II) происходит химическая реакция, в результате которой выпадает голубой осадок — гидроксид меди(II) Cu(OH)₂:

(CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄)

Наблюдается образование ярко-голубого осадка, что свидетельствует о выпадении нерастворимого основания — Cu(OH)₂. Раствор при этом становится мутным.

Стр. 45

Лабораторный опыт 28

Закрепите в пробиркодержателе пробирку с полученным в предыдущем опыте синим осадком. Осторожно нагревайте её в пламени спиртовки (не до кипения). Что наблюдаете?

При нагревании синего осадка — гидроксида меди(II) (Cu(OH)₂) — происходит его разложение с образованием чёрного осадка оксида меди(II) (CuO) и воды. Реакция протекает по уравнению:

(Cu(OH)₂ → CuO + H₂O)

Наблюдение: Синий осадок постепенно темнеет и превращается в чёрный, что свидетельствует о разложении основания и образовании оксида меди(II). Это типичный признак термического разложения нерастворимых оснований.

Стр. 45

Проверьте свои знания

1. Какие химические свойства характерны для щелочей? Какие — для нерастворимых оснований? Какие химические свойства характерны для обеих групп оснований?

Щелочи обладают следующими химическими свойствами: — реагируют с кислотами с образованием соли и воды (например: 2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O);

— изменяют окраску индикаторов: фенолфталеин становится малиновым, лакмус — синим, метилоранжевый — жёлтым;

— реагируют с кислотными оксидами с образованием соли и воды (например: 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O);

— реагируют с солями, если в результате образуется осадок, газ или слабый электролит (например: Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaOH).

Нерастворимые основания (например, Cu(OH)₂) также:

— реагируют с кислотами с образованием соли и воды (например: Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O);

— при нагревании разлагаются на оксид металла и воду (например: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O).

Общие химические свойства для обеих групп оснований: — взаимодействие с кислотами (нейтрализация);

— реакция с кислотными оксидами (для щелочей и некоторых нерастворимых оснований);

— участие в реакциях обмена с солями при соблюдении условий (образование осадка, газа или воды).

2. Какие свойства оснований обусловлены гидроксид-анионами, а какие — катионами металла или аммония?

Свойства, обусловленные гидроксид-анионами (OH⁻): — щелочная реакция среды (изменение окраски индикаторов);

— взаимодействие с кислотами: (OH⁻ + H⁺ → H₂O);

— взаимодействие с кислотными оксидами, как с кислотами: (2OH⁻ + CO₂ → CO₃²⁻ + H₂O);

— образование осадков при взаимодействии с ионами металлов, если образуется малорастворимое основание (например: Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓).

Свойства, обусловленные катионами металлов или аммония (например, NH₄⁺, Na⁺, Ca²⁺ и т. д.): — образование определённых солей при нейтрализации;

— образование нерастворимых оснований в зависимости от катиона (например, Ba(OH)₂ хорошо растворим, а Cu(OH)₂ — малорастворим);

— аммоний-ион NH₄⁺ при нагревании гидроксида аммония (NH₄OH) разлагается, выделяя газ с резким запахом — аммиак (NH₄OH → NH₃↑ + H₂O).

3. Перечислите условия протекания реакций между растворами щелочей и солей.

Реакции между растворами щелочей и солей (реакции ионного обмена) происходят при соблюдении следующих условий:

— если в результате реакции образуется осадок (например: Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaOH);

— если образуется газ (например: NH₄Cl + NaOH → NH₃↑ + NaCl + H₂O);

— если образуется слабый электролит, например, вода (как при нейтрализации: NaOH + HCl → NaCl + H₂O).

Если ни одно из этих условий не выполняется, реакции не происходит, так как все вещества остаются в растворе в виде ионов.

Стр. 45

Примените свои знания

4. Напишите ионные и молекулярные уравнения реакций, протекающих при взаимодействии:

а) раствора гидроксида натрия и оксида азота(V);

б) гидроксида хрома(III) и соляной кислоты;

в) раствора сульфата аммония и гидроксида натрия.

а)

Молекулярное уравнение:

(3NaOH + N₂O₅ → 2NaNO₃ + NaNO₂ + 3H₂O)

Ионное уравнение:

(3OH⁻ + N₂O₅ → 2NO₃⁻ + NO₂⁻ + 3H₂O)

б)

Молекулярное уравнение:

(Cr(OH)₃ + 3HCl → CrCl₃ + 3H₂O)

Ионное уравнение:

(Cr(OH)₃ + 3H⁺ → Cr³⁺ + 3H₂O)

в)

Молекулярное уравнение:

((NH₄)₂SO₄ + 2NaOH → 2NH₃↑ + Na₂SO₄ + 2H₂O)

Ионное уравнение:

(2NH₄⁺ + 2OH⁻ → 2NH₃↑ + 2H₂O)

5. Напишите по одному молекулярному уравнению реакций, которым соответствуют сокращённые ионные уравнения:

а) Al³⁺ + 3OH⁻ = Al(OH)₃↓

б) CO₂ + 2OH⁻ = CO₃²⁻ + H₂O

в) 2H⁺ + Cu(OH)₂ = Cu²⁺ + 2H₂O

а) (AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3NaCl)

б) (CO₂ + 2KOH → K₂CO₃ + H₂O)

в) (Cu(OH)₂ + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2H₂O)

6. Найдите массу 20%-ной соляной кислоты, необходимой для реакции со 160 г 25%-ного раствора гидроксида натрия.

Найдём массу NaOH в 160 г 25%-ного раствора:

(m(NaOH) = 160 г × 0.25 = 40 г)

Количество вещества NaOH:

(n(NaOH) = 40 г / 40 г/моль = 1 моль)

Уравнение реакции:

(NaOH + HCl → NaCl + H₂O)

По уравнению: 1 моль HCl на 1 моль NaOH → нужно 1 моль HCl

Масса HCl:

(m(HCl) = 1 моль × 36.5 г/моль = 36.5 г)

Масса 20%-ного раствора HCl:

(m_р-ра = 36.5 г / 0.20 = 182.5 г)

Ответ: 182.5 г 20%-ной соляной кислоты.

7. Какой объём аммиака (н. у.) образуется при взаимодействии 535 мг 20%-ного раствора хлорида аммония с избытком раствора гидроксида калия? Какая масса 40%-ного раствора щёлочи потребуется для проведения этой реакции?

Найдём массу NH₄Cl в растворе:

(0.20 × 535 мг = 107 мг = 0.107 г)

Кол-во вещества NH₄Cl:

(n = 0.107 г / 53.5 г/моль ≈ 0.002 моль)

Уравнение реакции:

(NH₄Cl + KOH → NH₃↑ + KCl + H₂O)

Из 1 моль NH₄Cl → 1 моль NH₃, значит 0.002 моль NH₄Cl → 0.002 моль NH₃

Объём NH₃ при н.у.:

(V = 0.002 моль × 22.4 л/моль = 0.0448 л = 44.8 мл)

Определим массу KOH, необходимую на 0.002 моль:

(m = 0.002 моль × 56 г/моль = 0.112 г)

Масса 40%-ного раствора щёлочи:

(m_р-ра = 0.112 г / 0.40 = 0.28 г)

Ответ: Образуется 44.8 мл аммиака, потребуется 0.28 г 40%-ного раствора щёлочи.

Стр. 45

Используйте дополнительную информацию

8. Подготовьте сообщение об областях применения и свойствах едких щелочей.

Сообщение

Едкие щёлочи: свойства и области применения

Едкие щёлочи — это сильные основания, к которым относятся в первую очередь гидроксид натрия (NaOH), гидроксид калия (KOH), гидроксид кальция (Ca(OH)₂) и гидроксид бария (Ba(OH)₂). Они хорошо растворимы в воде, обладают высокой химической активностью и способны вступать в реакции с кислотами, кислотными оксидами, солями, а также с органическими веществами. Эти соединения называют "едкими" из-за их способности разъедать ткани, вызывая химические ожоги кожи и слизистых оболочек. Их водные растворы на ощупь мыльные и скользкие, а при попадании на кожу ощущается жжение. Поэтому при работе с едкими щёлочами обязательно соблюдают меры предосторожности: надевают перчатки, защитные очки и халаты, а при случайном попадании вещества на кожу место поражения обильно промывают водой.

Химические свойства едких щелочей лежат в основе их широкого применения в промышленности, сельском хозяйстве, быту и научных исследованиях. Одним из главных свойств является способность реагировать с кислотами с образованием солей и воды — так называемая реакция нейтрализации. Это свойство используется в химической промышленности при производстве различных солей, в том числе соды, и в лабораторной практике. Также едкие щёлочи активно вступают в реакцию с кислотными оксидами, например, с углекислым газом, с образованием солей — карбонатов. Это используется при очистке дымовых газов на электростанциях и в производстве извести. Кроме того, они разрушают белки и жиры, что используется в производстве мыла, чистящих средств, а также при обработке сточных вод и удалении органических загрязнений.

В металлургии едкие щёлочи применяются для обработки руд, удаления оксидных плёнок с поверхности металлов, травления и очистки алюминия и его сплавов. В текстильной промышленности их используют при мерсеризации хлопка — процессе обработки тканей раствором щёлочи для придания блеска и прочности. В нефтяной промышленности они участвуют в очистке нефти и продуктов её переработки от кислых примесей. В пищевой промышленности гидроксид натрия применяется при производстве карамели, оливок, какао, а также для регулирования кислотности продуктов. В фармацевтике щёлочи используются в синтезе лекарственных препаратов и в качестве вспомогательных веществ.

Ещё одной важной областью использования едких щелочей является производство бумаги. Здесь гидроксид натрия необходим на стадии обработки древесной щепы — варки лигнина — для получения целлюлозы. Также он применяется в производстве синтетических тканей и пластмасс. В быту едкие щёлочи входят в состав средств для прочистки труб, таких как «Крот», где они расщепляют жиры и другие органические остатки, вызывающие засоры.

Таким образом, едкие щёлочи представляют собой важнейшие химические вещества, которые находят применение практически во всех сферах жизни — от тяжёлой промышленности до домашнего хозяйства. Их высокая химическая активность и доступность делают их незаменимыми реагентами, однако из-за их опасности для здоровья и окружающей среды обращение с ними требует строгого соблюдения правил безопасности.