ГДЗ по Химии 8 Класс Страница 183 Рабочая тетрадь (2018) Габриелян — Подробные Ответы

4. Приведите не менее трёх молекулярных уравнений, соответствующих следующему сокращённому ионному:

CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + CO₂ + H₂O.

5. Определите неизвестные вещества и запишите молекулярные и ионные уравнения реакций, протекающих согласно схеме:

6. Сколько граммов 30%-й азотной кислоты потребуется для взаимодействия с 250 г известняка, содержащего 20% примесей? Какой объём углекислого газа (н. у.) при этом образуется?

Вопрос 4

CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + CO₂ + H₂O

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂
CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂O + CO₂
CaCO₃ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂

Вопрос 5

4P + 5O₂ → 2P₂O₅
P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄
H₃PO₄ + Al(OH)₃ → AlPO₄↓ + 3H₂O
3H⁺ + PO₄³⁻ + Al(OH)₃ → AlPO₄↓ + 3H₂O

3NaOH + H₃PO₄ → Na₃PO₄ + 3H₂O
3H⁺ + PO₄³⁻ + 3Na⁺ + 3OH⁻ → 3Na⁺ + PO₄³⁻ + 3H₂O
H⁺ + OH⁻ → H₂O

3Ca(OH)₂ + 2H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O
6H⁺ + 2PO₄³⁻ + 3Ca²⁺ + 6OH⁻ → Ca₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O

Вопрос 6

Дано:
m(известняка) = 250 г
ω(прим.) = 20%
ω(HNO₃) = 30%
M(CaCO₃) = 100 г/моль
M(HNO₃) = 63 г/моль
Vₘ = 22,4 л/моль

m(раствора HNO₃) = ?
V(CO₂) = ?

CaCO₃ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂

ω(CaCO₃) = 100% — ω(прим.) = 100% — 20% = 80%
m(CaCO₃) = m(известняка) × ω(CaCO₃) / 100% = 250 × 0,8 = 200 г
n(CaCO₃) = m / M = 200 / 100 = 2 моль

По уравнению реакции:

x = n(HNO₃) = 2 × 2 / 1 = 4 моль
x = n(CO₂) = 2 моль

V(CO₂) = n × Vₘ = 2 × 22,4 = 44,8 л
m(HNO₃) = n × M = 4 × 63 = 252 г

x = m(раствора HNO₃) = 252 × 100 / 30 = 840 г

Ответ: 44,8 л, 840 г.

Вопрос 4

Приведите не менее трёх молекулярных уравнений, соответствующих следующему сокращённому ионному:
CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + CO₂ + H₂O

Понимание сокращенного ионного уравнения:

Это уравнение описывает химический процесс на уровне ионов. Оно показывает только те частицы, которые непосредственно участвуют в реакции и изменяются.

• CaCO₃ (карбонат кальция) — это твердое, нерастворимое вещество. Поэтому оно записывается в молекулярном виде.
• 2H⁺ (ионы водорода) — это активные частицы кислоты, которые реагируют с карбонатом.
• Ca²⁺ (ионы кальция) — образуются в результате реакции и растворяются в воде.
• CO₂ (углекислый газ) — образуется и выделяется из раствора в виде газа.
• H₂O (вода) — образуется в результате реакции.

Цель — найти такие молекулярные вещества, которые при взаимодействии дадут именно эту ионную реакцию. Молекулярное уравнение показывает все вещества в их исходной молекулярной форме (или формульной единице для ионных соединений), а также продукты реакции.

Как получить молекулярное уравнение из сокращенного ионного:

Нам нужно «добавить» к ионам, участвующим в реакции, так называемые «ионы-зрители». Это ионы, которые присутствуют в растворе, но не вступают в химическое взаимодействие. Они должны быть частью растворимых соединений (кислот, солей или оснований), которые мы выбираем.

Требования к выбору реагентов:

1. Источник H⁺: Нам нужна кислота, которая диссоциирует, давая ионы H⁺. Для полной диссоциации и эффективной реакции мы выбираем сильные кислоты.

2. Образование растворимой соли: Анион выбранной кислоты должен образовывать растворимую соль с ионом Ca²⁺, чтобы Ca²⁺ оставался в растворе, как указано в сокращенном ионном уравнении.

Вариант 1: Использование соляной кислоты (HCl)

Выбор кислоты: Соляная кислота (HCl) — сильная кислота. В водном растворе она полностью диссоциирует на ионы водорода (H⁺) и хлорид-ионы (Cl⁻).

Ионы-зрители: В данном случае, Cl⁻ будут ионами-зрителями.

Продукты:

• CaCO₃ реагирует с H⁺ с образованием Ca²⁺, CO₂ и H₂O.
• Ионы Ca²⁺ (образовавшиеся) и Cl⁻ (ионы-зрители) объединяются, образуя CaCl₂. Хлорид кальция (CaCl₂) является растворимой солью, что соответствует условию, что Ca²⁺ остается в растворе.

Составление и балансировка молекулярного уравнения:

Нам нужно 2 иона H⁺ для реакции с CaCO₃. Поскольку HCl дает 1 H⁺ на молекулу, нам потребуется 2 молекулы HCl.
CaCO₃(тв) + 2HCl(р-р) → CaCl₂(р-р) + H₂O(ж) + CO₂↑(г)

Проверка (переход от молекулярного к сокращенному ионному):

1. Полное ионное уравнение:
CaCO₃(тв) + 2H⁺(aq) + 2Cl⁻(aq) → Ca²⁺(aq) + 2Cl⁻(aq) + H₂O(ж) + CO₂↑(г)
(Примечание: CaCO₃ не диссоциирует, H₂O и CO₂ также не диссоциируют).

2. Сокращение ионов-зрителей: Ионы 2Cl⁻(aq) присутствуют по обе стороны уравнения и не изменяются, поэтому они являются ионами-зрителями и сокращаются.

3. Сокращенное ионное уравнение:
CaCO₃(тв) + 2H⁺(aq) → Ca²⁺(aq) + H₂O(ж) + CO₂↑(г)
Это полностью соответствует заданному сокращенному ионному уравнению.

Вариант 2: Использование серной кислоты (H₂SO₄)

Выбор кислоты: Серная кислота (H₂SO₄) — сильная кислота. В водном растворе она диссоциирует на ионы водорода (H⁺) и сульфат-ионы (SO₄²⁻).

Ионы-зрители: В данном случае, SO₄²⁻ будут ионами-зрителями.

Продукты:

• CaCO₃ реагирует с H⁺ с образованием Ca²⁺, CO₂ и H₂O.
• Ионы Ca²⁺ и SO₄²⁻ объединяются, образуя CaSO₄. Сульфат кальция (CaSO₄) является малорастворимой солью. Хотя он может выпадать в осадок, реакция с карбонатом кальция все равно протекает, и ионы Ca²⁺ образуются в растворе (хотя затем часть их может выпасть в осадок). Для целей данного задания, это допустимый вариант, так как основная реакция (растворение карбоната) соответствует.

Составление и балансировка молекулярного уравнения:

Серная кислота H₂SO₄ дает 2 иона H⁺ на молекулу, что идеально подходит для реакции с CaCO₃.
CaCO₃(тв) + H₂SO₄(р-р) → CaSO₄(тв/р-р) + H₂O(ж) + CO₂↑(г)

Проверка:

1. Полное ионное уравнение:
CaCO₃(тв) + 2H⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → CaSO₄(тв/р-р) + H₂O(ж) + CO₂↑(г)

2. Сокращение ионов-зрителей: Если CaSO₄ выпадает в осадок, то SO₄²⁻ не является полностью ионом-зрителем. Однако, если рассматривать реакцию как растворение CaCO₃ под действием H⁺, то сокращенное ионное уравнение остается тем же.

3. Сокращенное ионное уравнение:
CaCO₃(тв) + 2H⁺(aq) → Ca²⁺(aq) + H₂O(ж) + CO₂↑(г) (если CaSO₄ остается в растворе)
Или, если CaSO₄ выпадает в осадок, то ион Ca²⁺ не будет полностью в растворе, но образуется из CaCO₃. Важно, что реакция протекает, и CO₂ выделяется.

Вариант 3: Использование азотной кислоты (HNO₃)

Выбор кислоты: Азотная кислота (HNO₃) — сильная кислота. В водном растворе она полностью диссоциирует на ионы водорода (H⁺) и нитрат-ионы (NO₃⁻).

Ионы-зрители: В данном случае, NO₃⁻ будут ионами-зрителями.

Продукты:

• CaCO₃ реагирует с H⁺ с образованием Ca²⁺, CO₂ и H₂O.
• Ионы Ca²⁺ и NO₃⁻ объединяются, образуя Ca(NO₃)₂. Нитрат кальция (Ca(NO₃)₂) является растворимой солью, что идеально соответствует условию, что Ca²⁺ остается в растворе.

Составление и балансировка молекулярного уравнения:

Нам нужно 2 иона H⁺ для реакции с CaCO₃. Поскольку HNO₃ дает 1 H⁺ на молекулу, нам потребуется 2 молекулы HNO₃.
CaCO₃(тв) + 2HNO₃(р-р) → Ca(NO₃)₂(р-р) + H₂O(ж) + CO₂↑(г)

Проверка:

1. Полное ионное уравнение:
CaCO₃(тв) + 2H⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) → Ca²⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + H₂O(ж) + CO₂↑(г)

2. Сокращение ионов-зрителей: Ионы 2NO₃⁻(aq) сокращаются.

3. Сокращенное ионное уравнение:
CaCO₃(тв) + 2H⁺(aq) → Ca²⁺(aq) + H₂O(ж) + CO₂↑(г)
Это полностью соответствует заданному сокращенному ионному уравнению.

Вопрос 5

Определите неизвестные вещества и запишите молекулярные и ионные уравнения реакций, протекающих согласно схеме:

Эта схема описывает химические превращения, начинающиеся с элементарного фосфора (P) и приводящие к различным фосфатам. Это типичная задача на химические свойства неметаллов и их соединений.

Шаг 1: P → X₁

Анализ: Фосфор (P) — это неметалл. Он может реагировать с кислородом (O₂) с образованием оксида. Фосфор образует несколько оксидов, но наиболее стабильным и распространенным при избытке кислорода является оксид фосфора(V).

Реакция: Горение фосфора в избытке кислорода.

Молекулярное уравнение: 4P(тв) + 5O₂(г) → 2P₂O₅(тв)

Определение X₁: X₁ — это оксид фосфора(V), P₂O₅.

Шаг 2: X₁ → X₂

Анализ: X₁ (P₂O₅) — это кислотный оксид (ангидрид). Кислотные оксиды реагируют с водой, образуя соответствующие кислоты.

Реакция: Взаимодействие оксида фосфора(V) с водой.

Молекулярное уравнение: P₂O₅(тв) + 3H₂O(ж) → 2H₃PO₄(р-р)

Определение X₂: X₂ — это фосфорная кислота, H₃PO₄.

Теперь, зная, что X₂ = H₃PO₄, мы можем рассмотреть дальнейшие реакции.

Шаг 3: X₂ → Na₃PO₄

Анализ: Фосфорная кислота (H₃PO₄) — это кислота. Чтобы получить соль фосфата натрия (Na₃PO₄), нам нужно прореагировать кислоту с основанием, содержащим натрий. Наиболее подходящим является гидроксид натрия (NaOH) — сильное основание. Это реакция нейтрализации.

Реакция: Взаимодействие фосфорной кислоты с гидроксидом натрия. Фосфорная кислота является трехосновной, поэтому для образования средней соли Na₃PO₄ потребуется три молекулы NaOH на одну молекулу H₃PO₄.

Молекулярное уравнение: H₃PO₄(р-р) + 3NaOH(р-р) → Na₃PO₄(р-р) + 3H₂O(ж)

Полное ионное уравнение: Фосфорная кислота (H₃PO₄) является кислотой средней силы, но в реакции с сильным основанием она диссоциирует практически полностью. NaOH, Na₃PO₄ — растворимые сильные электролиты.
3H⁺(aq) + PO₄³⁻(aq) + 3Na⁺(aq) + 3OH⁻(aq) → 3Na⁺(aq) + PO₄³⁻(aq) + 3H₂O(ж)

Сокращенное ионное уравнение: Ионы 3Na⁺ и PO₄³⁻ являются ионами-зрителями.
3H⁺(aq) + 3OH⁻(aq) → 3H₂O(ж)
(Можно сократить коэффициенты: H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(ж))

Шаг 4: X₂ → Ca₃(PO₄)₂

Анализ: Фосфорная кислота (H₃PO₄) реагирует с соединением кальция для образования фосфата кальция (Ca₃(PO₄)₂). Фосфат кальция — это нерастворимая соль, которая выпадает в осадок. Источником кальция может быть гидроксид кальция (Ca(OH)₂).

Реакция: Взаимодействие фосфорной кислоты с гидроксидом кальция.

Молекулярное уравнение: Для балансировки: нам нужно 3 иона Ca²⁺ и 2 иона PO₄³⁻.
2H₃PO₄(р-р) + 3Ca(OH)₂(р-р) → Ca₃(PO₄)₂↓(тв) + 6H₂O(ж)
(Балансировка: 2*3=6 H⁺ и 3*2=6 OH⁻ дают 6 H₂O. 2 PO₄³⁻ и 3 Ca²⁺ дают Ca₃(PO₄)₂).

Полное ионное уравнение: Ca(OH)₂ является малорастворимым, но достаточно сильным основанием, чтобы диссоциировать в растворе. Ca₃(PO₄)₂ — нерастворимый осадок.
6H⁺(aq) + 2PO₄³⁻(aq) + 3Ca²⁺(aq) + 6OH⁻(aq) → Ca₃(PO₄)₂↓(тв) + 6H₂O(ж)

Сокращенное ионное уравнение: Ионы H⁺ и OH⁻ образуют воду и сокращаются.
3Ca²⁺(aq) + 2PO₄³⁻(aq) → Ca₃(PO₄)₂↓(тв)

Шаг 5: X₂ → AlPO₄

Анализ: Фосфорная кислота (H₃PO₄) реагирует с соединением алюминия для образования фосфата алюминия (AlPO₄). Фосфат алюминия — это нерастворимая соль, которая выпадает в осадок. Источником алюминия может быть гидроксид алюминия (Al(OH)₃).

Реакция: Взаимодействие фосфорной кислоты с гидроксидом алюминия.

Молекулярное уравнение:
H₃PO₄(р-р) + Al(OH)₃(тв) → AlPO₄↓(тв) + 3H₂O(ж)
(Балансировка: 3 H⁺ из H₃PO₄ и 3 OH⁻ из Al(OH)₃ дают 3 H₂O).

Полное ионное уравнение: Al(OH)₃ является нерастворимым основанием, поэтому записывается в молекулярном виде. AlPO₄ — нерастворимый осадок.
3H⁺(aq) + PO₄³⁻(aq) + Al(OH)₃(тв) → AlPO₄↓(тв) + 3H₂O(ж)

Сокращенное ионное уравнение: В этом случае нет ионов-зрителей, так как Al(OH)₃ и AlPO₄ являются твердыми веществами и не диссоциируют.
3H⁺(aq) + PO₄³⁻(aq) + Al(OH)₃(тв) → AlPO₄↓(тв) + 3H₂O(ж)

Вопрос 6

Сколько граммов 30%-й азотной кислоты потребуется для взаимодействия с 250 г известняка, содержащего 20% примесей? Какой объём углекислого газа (н. у.) при этом образуется?

Это задача на стехиометрию химической реакции.
Она включает расчеты с учетом примесей в исходном веществе.
А также расчеты с учетом процентной концентрации раствора реагента.
И, наконец, расчет объема газообразного продукта при нормальных условиях.

Дано:
Масса известняка равна 250 граммов.
Массовая доля примесей в известняке составляет 20 процентов.
Массовая доля азотной кислоты в растворе равна 30 процентам.
Нормальные условия (н. у.) означают, что молярный объем любого газа равен 22,4 литра на моль.

Найти:
Масса раствора азотной кислоты, которая потребуется.
Объем углекислого газа, который образуется.

Решение:

Первый шаг: Определяем массу чистого карбоната кальция (CaCO₃) в известняке.

Известняк состоит из карбоната кальция и примесей. Примеси не вступают в реакцию с азотной кислотой. Поэтому для расчетов нам нужна только масса чистого реагирующего вещества. Если примесей 20 процентов, то чистого карбоната кальция в известняке 100% — 20% = 80%.

Масса чистого CaCO₃ = Масса известняка × Массовая доля чистого CaCO₃.

Масса чистого CaCO₃ = 250 г × (80 / 100).

Масса чистого CaCO₃ = 250 г × 0,8.

Масса чистого CaCO₃ = 200 г.

Второй шаг: Записываем химическое уравнение реакции и балансируем его.

Карбонат кальция (CaCO₃) реагирует с азотной кислотой (HNO₃). Это реакция обмена между солью и кислотой. Продуктами такой реакции являются новая соль, вода и углекислый газ. Углекислый газ выделяется в виде газа.

Уравнение реакции:
CaCO₃ + HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂

Теперь балансируем его. Нам нужно два атома водорода слева, чтобы образовать воду и углекислый газ. Поэтому перед HNO₃ ставим коэффициент 2.

CaCO₃(тв) + 2HNO₃(р-р) → Ca(NO₃)₂(р-р) + H₂O(ж) + CO₂↑(г)

Уравнение сбалансировано.

Третий шаг: Рассчитываем количество вещества (моли) чистого карбоната кальция.

Для этого нам нужна молярная масса CaCO₃.

Молярная масса Ca = 40 г/моль.

Молярная масса C = 12 г/моль.

Молярная масса O = 16 г/моль.

Молярная масса CaCO₃ = 40 + 12 + (3 × 16) = 40 + 12 + 48 = 100 г/моль.

Количество вещества (моли) = Масса / Молярная масса.

n(CaCO₃) = 200 г / 100 г/моль.

n(CaCO₃) = 2 моль.

Четвертый шаг: Используем стехиометрию реакции для определения количества вещества HNO₃ и CO₂.

Стехиометрия – это соотношение молей веществ в химической реакции.

Из сбалансированного уравнения:

• 1 моль CaCO₃ реагирует с 2 моль HNO₃.
• И 1 моль CaCO₃ образует 1 моль CO₂.

Следовательно, для 2 моль CaCO₃:

Количество вещества HNO₃ (n(HNO₃)) = 2 × n(CaCO₃) = 2 × 2 моль = 4 моль.

Количество вещества CO₂ (n(CO₂)) = n(CaCO₃) = 2 моль.

Пятый шаг: Рассчитываем массу чистой азотной кислоты (HNO₃).

Для этого нам нужна молярная масса HNO₃.

Молярная масса H = 1 г/моль.

Молярная масса N = 14 г/моль.

Молярная масса O = 16 г/моль.

Молярная масса HNO₃ = 1 + 14 + (3 × 16) = 1 + 14 + 48 = 63 г/моль.

Масса чистой HNO₃ = Количество вещества × Молярная масса.

m(HNO₃) = 4 моль × 63 г/моль.

m(HNO₃) = 252 г.

Шестой шаг: Рассчитываем массу 30%-го раствора азотной кислоты.

Массовая доля вещества в растворе = (Масса вещества / Масса раствора) × 100%.

Отсюда, Масса раствора = Масса вещества / (Массовая доля / 100%).

Масса раствора HNO₃ = 252 г / (30 / 100).

Масса раствора HNO₃ = 252 г / 0,3.

Масса раствора HNO₃ = 840 г.

Седьмой шаг: Рассчитываем объем углекислого газа (CO₂) при нормальных условиях.

При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 литра.

Объем CO₂ = Количество вещества CO₂ × Молярный объем газа.

V(CO₂) = 2 моль × 22,4 л/моль.

V(CO₂) = 44,8 л.

Ответ:
Для взаимодействия с известняком потребуется 840 граммов 30%-й азотной кислоты.
При этом образуется 44,8 литра углекислого газа (при нормальных условиях).