Решебник по химии 9 класс. Рудзитис ФГОС §37

Угольная кислота и ее соли. Круговорот углерода в природе

Стр. 143

Вопросы

1. Какие способы получения кислот вам известны?

Способы получения кислот:

Растворение кислотных оксидов в воде

Пример:

(SO₃ + H₂O → H₂SO₄) — серная кислота

(CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃) — угольная кислота

Действие сильных кислот на соли слабых кислот

Пример:

(Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑)

— получение угольной кислоты в виде газа (в растворе)

Окисление простых веществ (например, неметаллов)

Пример:

(S + O₂ → SO₂, затем SO₂ + H₂O → H₂SO₃)

— получение сернистой кислоты

2. С помощью каких химических реакций можно получить соли?

Способы получения солей:

Взаимодействие кислоты с основанием (реакция нейтрализации)

(HCl + NaOH → NaCl + H₂O)

Взаимодействие кислоты с основным или амфотерным оксидом

(H₂SO₄ + CuO → CuSO₄ + H₂O)

Взаимодействие кислоты с металлом (если металл стоит в ряду активности до водорода)

(2HCl + Zn → ZnCl₂ + H₂↑)

Взаимодействие соли с кислотой (если образуется слабый электролит, осадок или газ)

(Na₂CO₃ + 2HNO₃ → 2NaNO₃ + CO₂↑ + H₂O)

Реакция обмена между двумя солями (если образуется осадок или газ)

(BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl)

Стр. 144

Лабораторная работа

1. В одну пробирку положите немного мела, а в другую — немного карбоната магния. В каждую пробирку налейте 1–2 мл разбавленной соляной кислоты. Обе пробирки закройте пробками с газоотводными трубками, концы которых поместите в пробирки с известковой водой.

• На основе выполненных опытов сделайте вывод, какая реакция является качественной реакцией на карбонат-ионы.

• Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном, ионном и сокращённом ионном виде.

Вывод:

Качественной реакцией на карбонат-ионы является взаимодействие карбонатов с кислотами, при котором выделяется углекислый газ. Этот газ, проходя через известковую воду (раствор Ca(OH)₂), вызывает её помутнение из-за образования малорастворимого карбоната кальция (CaCO₃↓). Это и есть признак наличия карбонат-ионов в исследуемом веществе.

1. Молекулярные уравнения:

а) Для мела (CaCO₃):

(CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O)

б) Для карбоната магния (MgCO₃):

(MgCO₃ + 2HCl → MgCl₂ + CO₂↑ + H₂O)

Реакция с известковой водой (для обоих случаев одинаковая):

(CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O)

2. Полные ионные уравнения:

(CaCO₃ + 2H⁺ + 2Cl⁻ → Ca²⁺ + 2Cl⁻ + CO₂↑ + H₂O)

Сокращённое:

(CaCO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + CO₂↑ + H₂O)

(CO₂ + Ca²⁺ + 2OH⁻ → CaCO₃↓ + H₂O)

Сокращённое:

(CO₂ + OH⁻ → HCO₃⁻ → CaCO₃↓)

Заключение: Качественная реакция на карбонат-ионы — это выделение газа CO₂ при взаимодействии вещества с кислотой, что приводит к помутнению известковой воды.

Стр. 147

Подумай, ответь, выполни

1. Для изучения химических свойств угольной кислоты в один раствор, насыщенный оксидом углерода(IV), опустили олово, в другой — магний. В каком случае удалось доказать, что угольная кислота хотя и неактивно, но всё же реагирует с металлами? Почему?

Угольная кислота — очень слабая кислота, и она не может активно реагировать со всеми металлами. Однако при взаимодействии с более активными металлами, такими как магний, она всё же может вступать в реакцию. В данном случае реакция произошла в растворе с магнием, потому что магний находится в ряду активности значительно выше олова и способен вытеснять водород даже из слабых кислот, таких как угольная. Следовательно, в случае с магнием наблюдалась реакция с выделением газа — это и было доказательством того, что угольная кислота реагирует с активными металлами. В случае с оловом реакции не произошло, так как олово менее активно и не может вытеснять водород из столь слабой кислоты.

2. Составьте уравнения реакций, соответствующих следующей схеме:

Na₂CO₃ ⇄ Na₂CO₃·10H₂O

NaHCO₃ → Na₂CO₃

Образование кристаллогидрата (кристаллической соды) из кальцинированной соды при растворении в воде и последующем кристаллизации:

(Na₂CO₃ + 10H₂O ⇄ Na₂CO₃·10H₂O)

Превращение гидрокарбоната натрия в карбонат натрия при нагревании:

(2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑)

3. Используя рисунок 34, составьте уравнения химических реакций, которые происходят при круговороте углерода в природе.

Рисунок 34 показывает круговорот углерода в природе. В нём участвуют следующие основные процессы:

1. Фотосинтез — растения поглощают углекислый газ из воздуха:

(6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂)

2. Дыхание организмов и разложение — возвращение углекислого газа в атмосферу:

(C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O)

3. Горение ископаемого топлива (угля, нефти, газа) — выделение CO₂:

(C + O₂ → CO₂)

(CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O)

4. Реакция карбоната кальция с кислотами (в морях и почвах):

(CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O)

5. Образование карбонатов при взаимодействии CO₂ с солями кальция:

(Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O)

6. Извержение вулканов — выброс CO₂ напрямую:

(нет уравнения, так как это физический выброс CO₂)

4. Чем объяснить моющие свойства кальцинированной соды? Можно ли в домашних условиях хранить соду в алюминиевом сосуде?

Кальцинированная сода (Na₂CO₃) обладает щелочной средой, так как при её растворении в воде происходит гидролиз:

(CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻)

В растворе появляется ион OH⁻, придающий раствору щелочные свойства. Именно щёлочь способствует удалению загрязнений, особенно жиров, благодаря омылению (щелочной гидролиз жиров), поэтому сода эффективно используется в качестве моющего средства.

Хранить кальцинированную соду в алюминиевом сосуде нельзя, потому что щёлочи реагируют с алюминием, разрушая его:

(2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑)

5. Составьте уравнения реакций согласно схеме 12. Проверьте выполнение этого задания у соседа по парте и оцените его работу.

Схема 12 показывает генетическую связь между различными соединениями углерода. Уравнения:

1. Углерод с кислородом:

(C + O₂ → CO₂)

2. Оксид углерода(IV) + вода:

(CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃)

3. Угольная кислота в водном растворе образует гидрокарбонаты:

(H₂CO₃ ⇄ HCO₃⁻ + H⁺)

4. Гидрокарбонаты при действии щёлочи:

(HCO₃⁻ + OH⁻ → CO₃²⁻ + H₂O)

5. Карбонаты при взаимодействии с кислотами:

(CO₃²⁻ + 2H⁺ → CO₂↑ + H₂O)

6. CO₂ может быть восстановлен до CO или далее — до C, либо при фотосинтезе включается в органические вещества.

6. В 365 г воды растворили 135 г кристаллической соды. Определите массовую долю (в долях единицы и в процентах) безводной соли (Na₂CO₃) в полученном растворе.

Кристаллическая сода — это декагидрат карбоната натрия:

Na₂CO₃·10H₂O

Молярная масса кристаллогидрата:

Na₂CO₃ = 106 г/моль, 10H₂O = 180 г/моль → итого: 286 г/моль

Масса раствора:

(365 + 135 = 500 г)

Найдём массу безводной соли в 135 г кристаллогидрата:

(106 г Na₂CO₃ содержатся в 286 г кристаллогидрата)

Значит, в 135 г содержится:

(135 × 106) / 286 ≈ 50 г Na₂CO₃

Массовая доля безводной соли: w(Na₂CO₃) = 50 / 500 = 0,1 (или 10%)

Ответ: Массовая доля безводной соли — 0,1 (или 10%).

7. 146 г смеси, состоящей из карбоната и гидрокарбоната натрия, сильно прокалили. Остаток после прокаливания весил 137 г. Выразите состав смеси в массовых долях.

При прокаливании гидрокарбонат натрия разлагается:

(2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O↑)

Масса уменьшается из-за выделения газа.

Обозначим:

• x — масса NaHCO₃

• y — масса Na₂CO₃ в смеси

x + y = 146 (вся смесь)

После прокаливания:

• из NaHCO₃ образуется Na₂CO₃ (из 168 г → 106 г, т. е. 106/168 ≈ 0,631)

⇒ масса остатка после прокаливания:

x·0,631 + y = 137

Система уравнений:

1. x + y = 146

2. 0,631x + y = 137

Вычитаем 1) из 2):

0,631x + y - (x + y) = 137 - 146

0,631x - x = -9

-0,369x = -9

x ≈ 24,4 г

y = 146 - 24,4 ≈ 121,6 г

Массовые доли: w(NaHCO₃) ≈ 24,4 / 146 ≈ 0,167 (или 16,7%)

w(Na₂CO₃) ≈ 121,6 / 146 ≈ 0,833 (или 83,3%)

Ответ:

Массовая доля NaHCO₃ — 16,7%, Na₂CO₃ — 83,3%.

8. Допишите уравнения практически осуществимых реакций.

а) CO₂ + Ba(OH)₂ →

б) K₂CO₃ + HNO₃ →

в) KOH + CaCO₃ →

г) Ca(HCO₃)₂ →

а) (CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃↓ + H₂O) — осадок

б) (K₂CO₃ + 2HNO₃ → 2KNO₃ + CO₂↑ + H₂O) — бурное "вскипание"

в) (CaCO₃ + 2KOH → Ca(OH)₂ + K₂CO₃) — реакция обмена

г) (Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O) — разложение при нагревании

Стр. 148

Тестовые задания

1. В двух закрытых цилиндрах без этикеток находятся углекислый газ и водород. Газы можно различить

1. по цвету

2. по запаху

3. с помощью горящей лучины

4. с помощью фильтровальной бумаги, смоченной спиртовым раствором фенолфталеина

Правильный способ различить углекислый газ и водород — с помощью горящей лучины (вариант 3).

Обоснование:

— Водород — горючий газ, он вспыхнет при поднесении горящей лучины (даже может произойти «хлопок»).

— Углекислый газ — негорючий и, наоборот, тушит пламя. Горящая лучина в нём погаснет.

Цвета и запаха ни у одного из газов нет, а фенолфталеин в спиртовом растворе реагирует только со щелочами, но не позволяет отличить водород от CO₂ напрямую.

2. Сокращённому ионному уравнению CO₂ + 2OH⁻ = H₂O + CO₃²⁻ соответствует химическая реакция между

1. соляной кислотой и карбонатом кальция

2. гидроксидом натрия и оксидом углерода(IV)

3. кремниевой кислотой и карбонатом калия

Реакция:

CO₂ + 2OH⁻ → H₂O + CO₃²⁻ — это взаимодействие углекислого газа с щелочью (гидроксидом).

Подходит вариант: гидроксид натрия и оксид углерода(IV).

CO₂ — это оксид углерода(IV), а NaOH — щёлочь:

(СО₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O)

Ответ: 2.