Решебник по химии 9 класс. Рудзитис ФГОС §8

Реакции ионного обмена

Стр. 39

Вопросы

1. Какие ионы образуются при диссоциации кислоты, основания и соли?

При диссоциации кислоты в водном растворе образуются ионы водорода (H⁺) и анионы кислотного остатка (например, Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻ и т.д.). Основания при диссоциации образуют катионы металлов (например, Na⁺, Ca²⁺) и гидроксид-ионы (OH⁻). Соли диссоциируют с образованием катионов металлов и анионов кислотных остатков. Примеры:

(HCl → H⁺ + Cl⁻)

(NaOH → Na⁺ + OH⁻)

(Na₂SO₄ → 2Na⁺ + SO₄²⁻)

2. Какие реакции называют реакциями обмена?

Реакции, в которых происходит обмен ионами между двумя веществами (обычно электролитами в растворе), называют реакциями обмена. В результате этих реакций могут образовываться осадки, газы или слабодиссоциирующие вещества (например, вода). Пример:

(Na₂SO₄ + BaCl₂ → 2NaCl + BaSO₄↓)

3. При каких условиях реакции обмена протекают до конца?

Реакции обмена протекают до конца при выполнении хотя бы одного из следующих условий:

— если в результате образуется осадок,

— если выделяется газ,

— если образуется малодиссоциирующее вещество, например, вода.

В противном случае реакция является обратимой.

Стр. 40

Лабораторный опыт

1. Реакции между растворами электролитов.

Задание: Запишите уравнения проведённых реакций в молекулярном и ионном виде.

1) В пробирку с раствором хлорида натрия прилейте раствор нитрата серебра(I) или нитрата свинца(II). Выпадает осадок.

Молекулярные уравнения:

(NaCl + AgNO₃ → AgCl↓ + NaNO₃)

(NaCl + Pb(NO₃)₂ → PbCl₂↓ + NaNO₃)

Полные ионные уравнения:

(Na⁺ + Cl⁻ + Ag⁺ + NO₃⁻ → AgCl↓ + Na⁺ + NO₃⁻)

(Na⁺ + Cl⁻ + Pb²⁺ + 2NO₃⁻ → PbCl₂↓ + Na⁺ + NO₃⁻)

Сокращённые ионные уравнения:

(Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓)

(Pb²⁺ + 2Cl⁻ → PbCl₂↓)

2) В пробирку с раствором карбоната натрия прилейте соляную кислоту. В результате реакции выделяется газ.

Молекулярное уравнение:

(Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑)

Полное ионное уравнение:

(2Na⁺ + CO₃²⁻ + 2H⁺ + 2Cl⁻ → 2Na⁺ + 2Cl⁻ + H₂O + CO₂↑)

Сокращённое ионное уравнение:

(2H⁺ + CO₃²⁻ → H₂O + CO₂↑)

3) В пробирку с раствором азотной кислоты прилейте раствор гидроксида калия. В результате реакции выделяется теплота.

Молекулярное уравнение:

(KOH + HNO₃ → KNO₃ + H₂O)

Полное ионное уравнение:

(K⁺ + OH⁻ + H⁺ + NO₃⁻ → K⁺ + NO₃⁻ + H₂O)

Сокращённое ионное уравнение:

(H⁺ + OH⁻ → H₂O)

4) К раствору хлорида магния прилейте раствор сульфата натрия. Признаков химической реакции не наблюдается.

Молекулярное уравнение:

(MgCl₂ + Na₂SO₄ → реакция не идёт)

Полное ионное уравнение:

(Mg²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + SO₄²⁻ → Mg²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + SO₄²⁻)

Сокращённое ионное уравнение отсутствует, так как реакция не происходит.

Стр. 42

Подумай, ответь, выполни

1. Какие реакции называют качественными?

Качественными называют такие реакции, с помощью которых можно обнаружить наличие определённых ионов в растворе. Эти реакции позволяют определить, содержится ли в растворе конкретный катион или анион. Признаками таких реакций могут быть образование осадка, изменение окраски, выделение газа или изменение цвета пламени. Например, при обнаружении ионов меди(II) появляется характерный синий осадок, а ионы натрия придают пламени ярко-жёлтую окраску. Такие реакции позволяют идентифицировать вещества, не зная их точный состав, и называются реакциями-реактивами на ион.

2. Даны растворы, содержащие ионы Ag⁺, SO₄²⁻, H⁺, I⁻. Используя таблицу «Определение ионов» (с. 219), определите, с помощью каких реактивов можно распознать эти растворы. Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном виде.

Для распознавания ионов Ag⁺, SO₄²⁻, H⁺ и I⁻ можно использовать следующие реакции:

— Ag⁺ можно определить с помощью раствора иодида калия (KI). В результате реакции образуется белый творожистый осадок иодида серебра (AgI).

Молекулярное уравнение:

(AgNO₃ + KI → AgI↓ + KNO₃)

Полное ионное уравнение:

(Ag⁺ + NO₃⁻ + K⁺ + I⁻ → AgI↓ + K⁺ + NO₃⁻)

Сокращённое ионное уравнение:

(Ag⁺ + I⁻ → AgI↓)

— SO₄²⁻ распознаётся по реакции с раствором хлорида бария (BaCl₂). Выпадает белый осадок сульфата бария (BaSO₄).

Молекулярное уравнение:

(Na₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2NaCl)

Полное ионное уравнение:

(2Na⁺ + SO₄²⁻ + Ba²⁺ + 2Cl⁻ → BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻)

Сокращённое ионное уравнение:

(Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓)

— H⁺ ионы можно обнаружить с помощью индикаторов (лакмуса, фенолфталеина). Например, лакмус в присутствии H⁺ меняет цвет на красный.

— I⁻ можно определить по реакции с раствором нитрата серебра (AgNO₃), как и Ag⁺ выше, но в данном случае осадок образуется в присутствии иона I⁻.

Молекулярное уравнение:

(NaI + AgNO₃ → AgI↓ + NaNO₃)

Полное ионное уравнение:

(Na⁺ + I⁻ + Ag⁺ + NO₃⁻ → AgI↓ + Na⁺ + NO₃⁻)

Сокращённое ионное уравнение:

(Ag⁺ + I⁻ → AgI↓)

3. Даны растворы:

а) сульфата цинка и нитрата бария;

б) сульфата меди(II) и гидроксида калия;

в) сульфата цинка, хлорида магния и фосфата натрия;

г) хлорида железа(III) и сульфата магния.

При сливании каких растворов реакции обмена пойдут до конца и почему? Составьте уравнения этих реакций в молекулярном, полном и сокращённом ионном виде.

а) Сульфат цинка (ZnSO₄) + нитрат бария (Ba(NO₃)₂)

Идёт реакция, так как образуется осадок — сульфат бария (BaSO₄↓).

Молекулярное уравнение:

(ZnSO₄ + Ba(NO₃)₂ → BaSO₄↓ + Zn(NO₃)₂)

Полное ионное:

(Zn²⁺ + SO₄²⁻ + Ba²⁺ + 2NO₃⁻ → BaSO₄↓ + Zn²⁺ + 2NO₃⁻)

Сокращённое ионное:

(Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓)

б) Сульфат меди(II) (CuSO₄) + гидроксид калия (KOH)

Идёт реакция с образованием осадка — гидроксид меди(II) (Cu(OH)₂↓).

Молекулярное уравнение:

(CuSO₄ + 2KOH → Cu(OH)₂↓ + K₂SO₄)

Полное ионное:

(Cu²⁺ + SO₄²⁻ + 2K⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓ + 2K⁺ + SO₄²⁻)

Сокращённое ионное:

(Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓)

в) Сульфат цинка (ZnSO₄) + хлорид магния (MgCl₂) + фосфат натрия (Na₃PO₄)

Реакция между ZnSO₄ и Na₃PO₄ приводит к образованию осадка фосфата цинка (Zn₃(PO₄)₂↓)

Молекулярное уравнение:

(3ZnSO₄ + 2Na₃PO₄ → Zn₃(PO₄)₂↓ + 3Na₂SO₄)

Полное ионное:

(3Zn²⁺ + 3SO₄²⁻ + 6Na⁺ + 2PO₄³⁻ → Zn₃(PO₄)₂↓ + 6Na⁺ + 3SO₄²⁻)

Сокращённое ионное:

(3Zn²⁺ + 2PO₄³⁻ → Zn₃(PO₄)₂↓)

г) Хлорид железа(III) (FeCl₃) + сульфат магния (MgSO₄)

Реакция не идёт до конца, т. к. все вещества растворимы и не образуется ни осадок, ни газ, ни малодиссоциирующее вещество.

Молекулярное уравнение:

(FeCl₃ + MgSO₄ → нет реакции)

Ионное:

(Fe³⁺ + 3Cl⁻ + Mg²⁺ + SO₄²⁻ → нет реакции)

Сокращённое ионное:

Реакции нет.

4. Даны схемы реакций:

а) 2H⁺ + CO₃²⁻ →

б) 2H⁺ + S²⁻ →

в) 2H⁺ + SO₃²⁻ →

Составьте уравнения соответствующих реакций в молекулярном виде.

а) При взаимодействии ионов водорода с карбонат-ионом (CO₃²⁻) образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу распадается на воду и углекислый газ.

Молекулярное уравнение:

(H₂CO₃ → CO₂↑ + H₂O)

Ионная форма:

(2H⁺ + CO₃²⁻ → CO₂↑ + H₂O)

б) При реакции сульфид-иона (S²⁻) с ионами водорода образуется газ — сероводород (H₂S).

Молекулярное уравнение:

(H₂S — газ)

Ионная форма:

(2H⁺ + S²⁻ → H₂S↑)

в) Сульфит-ионы (SO₃²⁻) с ионами водорода образуют сернистую кислоту, которая также распадается на воду и диоксид серы.

Молекулярное уравнение:

(H₂SO₃ → SO₂↑ + H₂O)

Ионная форма:

(2H⁺ + SO₃²⁻ → SO₂↑ + H₂O)

5. Могут ли в одном растворе существовать следующие ионы:

1) Cu²⁺ и OH⁻; 2) Ag⁺ и NO₃⁻; 3) H⁺ и OH⁻; 4) H⁺ и Cl⁻; 5) Ca²⁺ и CO₃²⁻?

1. Cu²⁺ и OH⁻ — не могут, так как при их встрече образуется осадок Cu(OH)₂.

2. Ag⁺ и NO₃⁻ — могут, так как нитрат серебра (AgNO₃) — растворимое вещество.

3. H⁺ и OH⁻ — не могут, так как они нейтрализуют друг друга, образуя воду: (H⁺ + OH⁻ → H₂O).

4. H⁺ и Cl⁻ — могут, например, в растворе HCl.

5. Ca²⁺ и CO₃²⁻ — не могут, так как образуется осадок CaCO₃: (Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃↓).

6. К 20 г раствора, содержащего 5% сульфата меди(II), добавили гидроксид натрия. Вычислите массу образовавшегося осадка.

1. Найдём массу сульфата меди(II) в растворе:

5% от 20 г →

(20 г × 5) / 100 = 1 г CuSO₄

2. Молярная масса CuSO₄:

Cu (64) + S (32) + O₄ (16×4 = 64) = 160 г/моль

3. Найдём количество вещества CuSO₄:

n = m / M = 1 г / 160 г/моль = 0,00625 моль

4. Уравнение реакции:

(CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄)

5. Масса осадка Cu(OH)₂:

Молярная масса Cu(OH)₂:

Cu (64) + (17 × 2) = 64 + 34 = 98 г/моль

m = n × M = 0,00625 моль × 98 г/моль = 0,6125 г

Ответ: масса образовавшегося осадка — 0,6125 г.

Стр. 43

Тестовые задания

1. Реакция ионного обмена возможна между растворами веществ:

1. Na₂CO₃ и HNO₃

2. CuCl₂ и NaNO₃

3. KCl и NaNO₃

4. Ca(OH)₂ и KNO₃

Ответ: 1) Na₂CO₃ и HNO₃

Обоснование: Реакция ионного обмена возможна, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество. При взаимодействии (Na₂CO₃ + 2HNO₃ → 2NaNO₃ + H₂O + CO₂↑) выделяется углекислый газ и образуется вода — значит, реакция протекает до конца.

2. При добавлении раствора хлорида калия к раствору нитрата серебра

1. выпадает осадок

2. выделяется газ

3. выпадает осадок и выделяется газ

4. видимых изменений не происходит

Ответ: 1) выпадает осадок

Обоснование: При взаимодействии (KCl + AgNO₃ → AgCl↓ + KNO₃) образуется осадок белого цвета — хлорид серебра (AgCl), который нерастворим в воде.

3. Реакции, схема которой (K₂CO₃ + HNO₃ → KNO₃ + H₂O + CO₂↑) соответствует сокращённое ионное уравнение:

1. H⁺ + OH⁻ = H₂O

2. CO₃²⁻ + 2H⁺ = H₂O + CO₂↑

3. H₂O + CO₂ = 2H⁺ + CO₃²⁻

4. K₂CO₃ = 2K⁺ + CO₃²⁻

Ответ: 2) CO₃²⁻ + 2H⁺ = H₂O + CO₂↑

Обоснование: Именно это уравнение показывает суть реакции между ионами, в результате которой образуется вода и газ — CO₂. Это сокращённое ионное уравнение соответствует молекулярному уравнению реакции между раствором соли и кислоты.