§11. Соли как электролиты.

Подробное решение §11 для учащихся 9 класса, Учебник по химии, авторы: Н.Е. Кузнецова, И.М. Титова, издательский центр «Вентана-Граф».

? Какие вещества относят к кислотам и основаниям? Приведите примеры кислот и оснований. Как называют вещества, которые получаются при взаимодействии кислот и щелочей?

Кислоты — это химические соединения, которые:

  • содержат атомы водорода, способные замещаться на металл при образовании соли;
  • в водном растворе диссоциируют с образованием катионов водорода H+;
  • имеют кислый вкус;
  • изменяют цвет индикаторов (например, окрашивают лакмус в красный).

Состав: молекулы кислот состоят из атомов водорода H и кислотного остатка.

Примеры: HNO3​ (азотная кислота), H2​SO4​ (серная кислота), HCl (соляная кислота).

Классификация кислот:

  1. По основности (числу атомов водорода, способных замещаться на металл):
    1. одноосновные: HCl, HNO3​;
    1. двухосновные: H2​SO4​, H2​CO3​;
    1. трёхосновные: H3​PO4​.
  2. По наличию кислорода:
    1. бескислородные: HCl, H2​S;
    1. кислородсодержащие: H2​SO4​, HNO3​, H3​PO4​.

Основания — это сложные вещества, которые:

  • состоят из ионов металлов и одной или нескольких гидроксогрупп OH−;
  • в водном растворе диссоциируют с образованием гидроксид‑анионов OH−;
  • имеют мылкий вкус;
  • изменяют цвет индикаторов (например, окрашивают лакмус в синий).

Состав: атомы металла и гидроксогруппы (OH).

Примеры: NaOH (гидроксид натрия), KOH (гидроксид калия), Ca(OH)2​ (гидроксид кальция).

Классификация оснований:

  1. По растворимости в воде:
    1. растворимые (щёлочи): NaOH, KOH, Ba(OH)2​;
    1. нерастворимые: Fe(OH)2​, Cu(OH)2​.
  2. По числу гидроксогрупп:
    1. однокислотные: NaOH, KOH;
    1. двухкислотные: Ca(OH)2​, Ba(OH)2​;
    1. трёхкислотные: Al(OH)3​.

Особые случаи: существуют амфотерные гидроксиды (например, Zn(OH)2​, Al(OH)3​), которые в зависимости от условий могут проявлять свойства и кислот, и оснований.

При взаимодействии кислот и щелочей образуются соль и вода.

Эта реакция называется реакцией нейтрализации — частный случай реакции обмена.

Задание. Рассмотрите химические свойства солей (табл.6). Приведите другие примеры уравнений реакций в молекулярной, полной и сокращенной ионной форме, характеризующие химические свойства солей. Результаты работы обсудите с товарищем.

1) Взаимодействие с металлами, более активными, чем металл, образующий соль:

3ZnCl2 + 2Al = 2AlCl3 + 3Zn

3Zn2+ + 6Cl— + 2Al0 = 2Al3+ + 6Cl— + 3Zn0

3Zn2+ + 2Al0 = 2Al3+ + 3Zn0

2) Взаимодействие с растворами щелочей:

CuCl2 + Ba(OH)2 = Cu(OH)2↓ + BaCl2

Cu2+ + 2Cl— + Ba2+ + 2OH— = Cu(OH)2↓ + Ba2+ + 2Cl—

Cu2+ + 2OH— = Cu(OH)2↓

3) Взаимодействие с кислотами:

3LiCl + H3PO4 = 3HCl + Li3PO4↓

3Li+ + 3Cl— + 3H+ + PO43- = 3H+ + 3Cl— + Li3PO4↓

3Li+ +  PO43- = Li3PO4↓

4) Взаимодействие друг с другом в растворах:

CaCl2 + 2KF = CaF2↓ + 2KCl

Ca2+ + 2Cl— + 2K+ + 2F— = CaF2↓ + 2K+ + 2Cl—

Ca2+ + 2F— = CaF2↓

Задание. Какие из реакций, характеризующие способы получения солей, являются реакциями ионного обмена? Составьте их уравнения в полной и сокращенной форме. Результат работы обсудите с товарищем.

Реакции ионного обмена — это реакции между растворами электролитов, в которых происходит обмен ионами. Рассмотрим примеры таких реакций для получения солей:

  1. Реакция нейтрализации
    • Полная форма: H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O
    • Ионная форма: 2H+ + SO42− + 2Na+ + 2OH− = 2Na+ + SO42− + 2H2O
    • Сокращенная форма: H+ + OH− = H2O
  2. Реакция обмена между солью и кислотой
    • Полная форма: Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2↑
    • Ионная форма: 2Na+ + CO32− + 2H+ + 2Cl− = 2Na+ + 2Cl− + H2O + CO2↑
    • Сокращенная форма: CO32− + 2H+ = H2O + CO2↑
  3. Реакция обмена между солями
    • Полная форма: BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4↓ + 2NaCl
    • Ионная форма: Ba2+ + 2Cl− + 2Na+ + SO42− = BaSO4↓ + 2Na+ + 2Cl−
    • Сокращенная форма: Ba2+ + SO42− = BaSO4↓

Важно отметить:

  • Все эти реакции протекают до конца, так как образуются:
  • осадок (BaSO4​)
  • газ (CO2​)
  • малодиссоциирующее вещество (H2O)
  • Реакции ионного обмена характерны для водных растворов электролитов
  • В сокращенной форме записываются только те ионы, которые участвуют в образовании конечного продукта реакции
  • При обсуждении с товарищем обратите внимание на:
  • Условия протекания реакций ионного обмена
  • Признаки протекания реакций
  • Возможность предсказания продуктов реакции по таблице растворимости

Вопросы и задания

1. Назовите основные химические свойства кислот, оснований, солей.

Ответ:

Основные химические свойства кислот

  • Реагируют с активными металлами с образованием солей и выделением водорода:

Zn + 2HCl ⟶ ZnCl2 + H2↑

  • Реагируют с оксидами металлов с образованием солей и воды:

ZnO + 2HCl ⟶ ZnCl2 + H2O

  • Реагируют с основаниями с образованием солей и воды:

Zn(OH)2 + 2HCl ⟶ ZnCl2 + 2H2O

  • Реагируют с солями, если в результате реакции выполняется одно из условий: образование осадка, выделение газа или образование слабого электролита:

CaCO3 + 2HCl ⟶ CaCl2 + H2O + CO2↑

Основные химические свойства оснований

  • Щёлочи взаимодействуют с кислотами, кислотными оксидами, солями:

NaOH + HCl ⟶ NaCl + H2O

2NaOH + CO2 ⟶ Na2CO3 + H2O

NH4Cl + KOH ⟶ KCl + NH3 + H2O

  • Нерастворимые основания взаимодействуют с кислотами и разлагаются при нагревании:

Mg(OH)2 + H2SO4 ⟶ MgSO4 + 2H2O

Cu(OH)2   (t) ⟶ CuO + H2O

Основные химические свойства солей

  • Взаимодействуют с кислотами, если в результате реакции образуется осадок, газ или малодиссоциирующие вещества:

BaCl2 + H2SO4 ⟶ 2HCl + BaSO4↓

  • Взаимодействуют со щелочами, если в результате реакции образуется осадок, газ или малодиссоциирующие вещества:

CuSO4 + 2NaOH ⟶ Na2SO4 + Cu(OH)2↓

  • Растворы солей взаимодействуют с металлами если металл (простое вещество) находится левее металла в составе соли в ряду напряжений металлов:

CuSO4 + Fe ⟶ FeSO4 + Cu

  • Соли взаимодействуют с другими солями, если в результате реакции образуется осадок, газ или малодиссоциирующие вещества:

BaCl2 + CuSO4 ⟶ CuCl2 + BaSO4↓

2. Составьте уравнения реакций, отражающие все возможные способы получения солей: а) сульфат бария; б) сульфид натрия; в) карбонат кальция. Выясните, где и как применяются эти соли.

Ответ:

а) Ba + H2SO4 ⟶ BaSO4 + H2↑

BaO + H2SO4 ⟶ BaSO4 + H2O

BaO + SO3 ⟶ BaSO4

Ba(OH)2 + SO3 ⟶ BaSO4 ↓ + H2O

Ba(OH)2 + H2SO4 ⟶ BaSO4 ↓ + 2 H2O

BaCl2 + H2SO4 ⟶ 2HCl + BaSO4 ↓

Ba(OH)2 + K2SO4 ⟶ 2KOH + BaSO4 ↓

BaCl2 + Na2SO4 ⟶ 2NaCl + BaSO4 ↓

Сульфат бария используется: при рентгеновских исследованиях желудочно-кишечного тракта как радиоконтрастное вещество; в качестве белого пигмента.

б) 2Na + S ⟶ Na2S

2Na + H2S ⟶ Na2S + H2↑

Na2O + H2S ⟶ Na2S + H2O

2NaOH + H2S ⟶ Na2S + 2H2O

Na2SiO3 + H2S ⟶ Na2S + H2SiO3↓

Сульфид натрия применяется в производстве сернистых красителей и целлюлозы, для удаления волосяного покрова шкур при дублении кож, а также на химической водоочистке.

в) CaO + CO2 ⟶ CaCO3↓

Ca(OH)2 + CO2 ⟶ CaCO3↓+ H2O

Ca(OH)2 + K2CO3 ⟶ 2KOH + CaCO3↓

 CaCl2 + Na2CO3 ⟶ 2NaCl + CaCO3↓

Карбонат кальция используется: в качестве белого пигмента; в качестве наполнителя при производстве пластмасс, красок, резины; в качестве препарата препятствующего слеживанию и для препятствования слипания в комки сыпучих материалов.


3. Чистый оксид цинка, необходимый для приготовления пудры, медицинских препаратов подсушивающего и вяжущего действия и лейкопластыря, получают прокаливанием основного карбоната цинка (карбоната гидроксоцинка). Сколько оксида можно получить из 360 кг основной соли, содержащей 4% примесей?

Ответ:

Дано:

mтех.((ZnOH)2CO3) = 360 кг

ω(примеси) = 4%

Решение:

1)  (ZnOH)2CO3 (t°) = 2ZnO + H2O + CO2↑

2) ω((ZnOH)2CO3) = 100 − ω(примеси) = 100 – 4 = 96%

3) m((ZnOH)2CO3) = ω((ZnOH)2CO3) *mтех.(( ZnOH)2CO3)/100 = 96*360/100 = 345,6 кг

4) n((ZnOH)2CO3) = m((ZnOH)2CO3)/M((ZnOH)2CO3) = 345,6/224 = 1,543 кмоль

5) n(ZnO) = 2*n((ZnOH)2CO3) = 2*1,543=3,086 кмоль

6) m(ZnO) = n(ZnO)*M(ZnO) = 3,086*81=250 кг

Ответ: m(ZnO) = 250 кг

4. Технический карбонат калия, или поташ (от нем. Pott — «горшок» и Asche — «зола»), – необходимый компонент сырья для производства стекла. В старину (в России – до середины XIX в.) его получали из золы древесины. Так, из 1 м3 сожжённой древесины вяза получали 0,76 кг поташа, из древесины липы – 0,5 кг поташа. Щёлок, полученный обработкой золы водой, выпаривался в горшках до образования кристаллического поташа. Почему такой способ получения экономически и экологически несостоятелен? Какими другими способами он заменён? Опишите эти способы.

Ответ:

Такой способ получения поташа экономически несостоятелен, потому что стоимость дерева потраченного на производство 1 кг поташа превышает стоимость 1 кг поташа полученного современными методам. С экологической точки зрения, для получения поташа в промышленных масштабах необходимо выжигать большие лесные площади, превращая эти места в пустоши и луга. Современный метод получения поташа (карбоната калия). Путём электролиза хлорида калия получают гидроксид калия, который, вступая в реакцию с углекислым газом, образует воду и карбонат калия.


5. Какая пара веществ не может участвовать в реакции ионного обмена, идущей до конца? 1) карбонат натрия и соляная кислота; 2) сульфат калия и нитрат бария; 3) хлорид калия и азотная кислота; 4) нитрит свинца (II) и соляная кислота.

Ответ:

3) хлорид калия и азотная кислота

6. Сокращённое ионное уравнение BaCO3 + 2H+ = Ba2+ + H2O + CO2↑ соответствует уравнению химической реакции

1) Na2CO3 + 2HCl = NaCl + H2O + CO2↑

2) BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + H2O + CO2↑

3) CaCO3 = CaO + CO2↑

4) BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HCl

Ответ:

Сокращённое ионное уравнение BaCO3 + 2H+ = Ba2+ + H2O + CO2↑соответствует уравнению химической реакции 2) BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + H2O + CO2↑

Содержание