Решебник по химии 9 класс Габриелян | Страница 41

Вопрос

Запишите аналогичные уравнения для растворимых солей стронция и свинца.

Растворимые соли стронция и свинца также образуют нерастворимые сульфаты при взаимодействии с сульфат-ионами. В растворе выпадает осадок белого цвета — SrSO₄ или PbSO₄.

Сокращённые ионные уравнения:

(Sr²⁺ + SO₄²⁻ → SrSO₄↓)

(Pb²⁺ + SO₄²⁻ → PbSO₄↓)

Вывод: эти реакции происходят по правилу Бертолле, так как в результате образуется осадок — нерастворимая соль.

Стр. 41

Проверьте свои знания

1. Какие электролиты называют кислотами? Какие признаки лежат в основе их классификации? Приведите примеры кислот каждого типа. Охарактеризуйте серную и фосфорную кислоты по всем указанным вами признакам.

Кислотами называют такие электролиты, которые при растворении в воде диссоциируют с образованием катионов водорода (H⁺) и анионов кислотного остатка. В водных растворах они проявляют кислотные свойства: изменяют окраску индикаторов, обладают кислым вкусом (на практике не проверяется), вступают в реакции с основаниями, солями и металлами.

Признаками, лежащими в основе классификации кислот, являются:

— число атомов водорода, способных замещаться на металл (основность):

одноосновные (HCl, HNO₃),

двухосновные (H₂SO₄, H₂CO₃),

трёхосновные (H₃PO₄);

— наличие кислорода в составе:

кислородсодержащие (H₂SO₄, HNO₃, H₃PO₄),

бескислородные (HCl, HBr, H₂S);

— сила (по степени диссоциации):

сильные (HCl, HNO₃, H₂SO₄),

слабые (H₂S, H₃PO₄, CH₃COOH);

— растворимость в воде:

растворимые (HCl, H₂SO₄),

нерастворимые (H₂SiO₃).

Серная кислота (H₂SO₄) — кислородсодержащая, двухосновная, сильная, хорошо растворимая в воде. При диссоциации по первой ступени полностью распадается:

(H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄⁻),

по второй — частично:

(HSO₄⁻ ⇄ H⁺ + SO₄²⁻).

Фосфорная кислота (H₃PO₄) — кислородсодержащая, трёхосновная, слабая, растворимая в воде. Диссоциирует ступенчато и обратимо:

(H₃PO₄ ⇄ H⁺ + H₂PO₄⁻),

(H₂PO₄⁻ ⇄ H⁺ + HPO₄²⁻),

(HPO₄²⁻ ⇄ H⁺ + PO₄³⁻).

2. Назовите общие химические свойства кислот. Перечислите условия протекания реакций между растворами кислот и металлами.

Общие химические свойства кислот заключаются в следующем.

Во-первых, кислоты изменяют окраску индикаторов: лакмус, метилоранжевый и универсальный индикатор в кислой среде окрашиваются в красный цвет, а фенолфталеин остаётся бесцветным.

Во-вторых, кислоты реагируют с основаниями — это реакции нейтрализации, в результате которых образуются соль и вода. Пример: (2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O).

В-третьих, кислоты вступают в реакции ионного обмена с солями при соблюдении правила Бертолле — если в результате образуется осадок, газ или вода.

В-четвёртых, кислоты могут реагировать с металлами с образованием соли и водорода, но только если металл активнее водорода и если образующаяся соль растворима.

Для протекания реакции между раствором кислоты и металлом необходимо соблюдение двух условий: металл должен стоять в электрохимическом ряду активности до водорода (то есть быть активнее его) и образующаяся соль должна быть растворимой. Если соль нерастворима, она образует на поверхности металла защитную плёнку, и реакция прекращается. Пример реакции с соблюдением всех условий: (Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑), или в ионной форме: (Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂↑).

Если использовать, например, медь, которая стоит после водорода, или свинец с серной кислотой, при взаимодействии реакции не произойдёт.

3. Сформулируйте правило Бертолле, т. е. перечислите условия протекания реакций между растворами электролитов.

Правило Бертолле гласит: реакция между растворами электролитов возможна только в том случае, если в результате этой реакции образуется осадок, газ или слабый электролит (например, вода). В противном случае реакция не идёт, так как все ионы остаются в растворе в неизменном виде. Это правило объясняет, почему не все возможные реакции обмена между электролитами в растворах действительно происходят.

Например:

образование газа — (2H⁺ + CO₃²⁻ → H₂O + CO₂↑),

образование осадка — (Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓),

образование воды — (H⁺ + OH⁻ → H₂O).

Если же ни одно из этих условий не выполняется, и все вещества растворимы, то реакция не идёт.

Стр. 41

Примените свои знания

4. Запишите уравнения реакций (в молекулярной и ионной формах), характеризующих свойства:

а) серной кислоты;

б) соляной кислоты.

а) Серная кислота + гидроксид натрия:

Молекулярное уравнение: (H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O)

Полное ионное уравнение: (2H⁺ + SO₄²⁻ + 2Na⁺ + 2OH⁻ → 2Na⁺ + SO₄²⁻ + 2H₂O)

Сокращённое ионное уравнение: (2H⁺ + 2OH⁻ → 2H₂O)

б) Соляная кислота + гидроксид натрия:

Молекулярное уравнение: (HCl + NaOH → NaCl + H₂O)

Полное ионное уравнение: (H⁺ + Cl⁻ + Na⁺ + OH⁻ → Na⁺ + Cl⁻ + H₂O)

Сокращённое ионное уравнение: (H⁺ + OH⁻ → H₂O)

5. Запишите в молекулярной и ионной формах уравнения реакций между:

а) азотной кислотой и оксидом кальция;

б) азотной кислотой и гидроксидом кальция;

в) азотной кислотой и карбонатом кальция.

а) Азотная кислота + оксид кальция:

Молекулярное уравнение: (2HNO₃ + CaO → Ca(NO₃)₂ + H₂O)

Ионное уравнение: (2H⁺ + CaO → Ca²⁺ + H₂O)

б) Азотная кислота + гидроксид кальция:

Молекулярное уравнение: (2HNO₃ + Ca(OH)₂ → Ca(NO₃)₂ + 2H₂O)

Полное ионное уравнение: (2H⁺ + 2NO₃⁻ + Ca²⁺ + 2OH⁻ → Ca²⁺ + 2NO₃⁻ + 2H₂O)

Сокращённое ионное уравнение: (2H⁺ + 2OH⁻ → 2H₂O)

в) Азотная кислота + карбонат кальция:

Молекулярное уравнение: (2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂↑)

Ионное уравнение: (2H⁺ + CO₃²⁻ → H₂O + CO₂↑)

Все реакции демонстрируют кислотные свойства азотной кислоты: она взаимодействует с основными и амфотерными оксидами, основаниями и солями слабых кислот (карбонатами).

6. С какими из перечисленных веществ реагирует соляная кислота: азот, железо, оксид кальция, серная кислота, гидроксид алюминия, сульфат натрия, нитрат серебра? Напишите уравнения возможных реакций в молекулярной и ионной формах.

Соляная кислота реагирует со следующими веществами:

Железо — вытесняет водород из кислоты, образуется соль и газ:

(Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑)

(Fe + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂↑)

Оксид кальция — основный оксид реагирует с кислотой:

(CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O)

(CaO + 2H⁺ → Ca²⁺ + H₂O)

Гидроксид алюминия — амфотерное основание реагирует с кислотой:

(Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O)

(Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H₂O)

Нитрат серебра — происходит реакция ионного обмена с образованием осадка:

(HCl + AgNO₃ → AgCl↓ + HNO₃)

(Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓)

Не реагирует с:

– азотом (N₂) — инертный газ, с кислотой не взаимодействует;

– серной кислотой — обе кислоты, реакции не происходит;

– сульфатом натрия — это соль, не даёт осадка, газа или слабого электролита в реакции с HCl.

7. Найдите массу 10%-ной соляной кислоты, необходимой для нейтрализации 160 г 5%-ного раствора гидроксида натрия.

Дано:

m(раств. NaOH) = 160 г, ω(NaOH) = 5%

ω(HCl) = 10%, найти m(раств. HCl)

Найдём массу NaOH:

m(NaOH) = 160 г × 0.05 = 8 г

Реакция: (NaOH + HCl → NaCl + H₂O)

1 моль NaOH реагирует с 1 моль HCl

n(NaOH) = 8 г / 40 г/моль = 0.2 моль

n(HCl) = 0.2 моль → m(HCl) = 0.2 моль × 36.5 г/моль = 7.3 г

Найдём массу раствора HCl:

ω = 10% = 0.10

m(раств. HCl) = 7.3 г / 0.10 = 73 г

Ответ: необходимо 73 г 10%-ного раствора соляной кислоты.

8. Какая масса мрамора, содержащего 96% карбоната кальция, потребуется для получения 89,6 л углекислого газа (н. у.) при взаимодействии его с азотной кислотой? Какая масса 20%-ного раствора кислоты потребуется для этой реакции?

Уравнение реакции:

(CaCO₃ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂↑)

Найдём количество вещества CO₂:

V = 89,6 л, Vm = 22,4 л/моль

n(CO₂) = 89,6 / 22,4 = 4 моль

По уравнению: 1 моль CaCO₃ → 1 моль CO₂, значит

n(CaCO₃) = 4 моль → m(CaCO₃) = 4 × 100 = 400 г

Найдём массу мрамора с учётом 96% содержания CaCO₃:

m(мрамора) = 400 г / 0.96 ≈ 416,7 г

По уравнению: 2 моль HNO₃ на 1 моль CaCO₃ → 4 × 2 = 8 моль HNO₃

m(HNO₃) = 8 × 63 = 504 г

ω = 20% → m(раствора) = 504 / 0.20 = 2520 г

Ответ: потребуется примерно 416,7 г мрамора и 2520 г 20%-ного раствора азотной кислоты.

Стр. 41

Используйте дополнительную информацию

9. Подготовьте сообщение об областях применения серной кислоты.

Сообщение

Области применения серной кислоты

Серная кислота (H₂SO₄) — одна из важнейших неорганических кислот, широко используемая в различных отраслях промышленности, науки и быта. Она представляет собой бесцветную, маслянистую жидкость без запаха, обладающую высокой плотностью и способностью активно взаимодействовать со многими веществами. Благодаря своим химическим свойствам, серная кислота считается базовым продуктом химической промышленности.

Одной из важнейших сфер применения серной кислоты является производство минеральных удобрений. Она используется для получения суперфосфата, сульфата аммония и других соединений, содержащих фосфор, серу и азот, необходимых для роста растений. В сельском хозяйстве эти удобрения помогают повысить урожайность и улучшить качество почвы.

Серная кислота незаменима в химической промышленности. Её применяют для синтеза множества других кислот (например, соляной, азотной), а также для получения различных органических и неорганических веществ. Она используется при производстве красителей, взрывчатых веществ, моющих средств и синтетических волокон. Кроме того, серная кислота участвует в производстве кислотных солей, таких как сульфаты металлов.

В металлургии серная кислота применяется для травления металлов, то есть удаления с их поверхности оксидных плёнок перед покраской или покрытием. Этот процесс особенно важен при подготовке изделий из стали и меди к последующей обработке. Также её используют при извлечении металлов из руд в гидрометаллургии.

В нефтеперерабатывающей промышленности серная кислота применяется при очистке нефтепродуктов от примесей. Она способствует удалению воды, серосодержащих соединений и механических загрязнений. Это позволяет улучшить качество бензина, дизельного топлива и других нефтепродуктов.

Серная кислота играет важную роль и в аккумуляторной промышленности. Она входит в состав электролита свинцово-кислотных аккумуляторов, которые применяются в автомобилях, источниках бесперебойного питания и других устройствах. Раствор серной кислоты взаимодействует со свинцовыми пластинами, обеспечивая химическую энергию, необходимую для работы аккумулятора.

В лабораторной практике серная кислота используется как реагент для проведения множества качественных и количественных анализов, в том числе для выявления ионов и осаждения веществ. Она также служит осушителем, благодаря способности поглощать воду.

Таким образом, серная кислота является универсальным химическим веществом, находящим применение практически во всех сферах промышленности, сельского хозяйства, научных исследований и техники. Её широкое использование объясняется мощными кислотными свойствами, способностью к обезвоживанию и реакционной активностью.

Параграф 7. Химические свойства оснований как электролитов