лабораторный опыт 8, страница 59 - гдз по химии 11 класс тетрадь для практических работ Сечко

1. В одну пробирку налейте раствор хлорида кальция, в другую — раствор нитрата кальция объемом по 1–2 см³. В каждую пробирку добавьте по несколько капель раствора карбоната натрия. Обратите внимание на цвет и плотность осадков. Укажите на рисунке формулы исходных веществ и продуктов реакции.

При добавлении раствора карбоната натрия к растворам хлорида кальция и нитрата кальция наблюдается образование белого плотного осадка. Этот осадок является карбонатом кальция.

Решение:

В пробирку 1 (хлорид кальция):
Исходные вещества: $CaCl_2$ (хлорид кальция), $Na_2CO_3$ (карбонат натрия)
Продукты реакции: $CaCO_3$ (карбонат кальция, осадок), $NaCl$ (хлорид натрия)
Уравнение реакции: $CaCl_2 (aq) + Na_2CO_3 (aq) \rightarrow CaCO_3 (s) + 2NaCl (aq)$
Наблюдение: Образуется белый плотный осадок.

В пробирку 2 (нитрат кальция):
Исходные вещества: $Ca(NO_3)_2$ (нитрат кальция), $Na_2CO_3$ (карбонат натрия)
Продукты реакции: $CaCO_3$ (карбонат кальция, осадок), $NaNO_3$ (нитрат натрия)
Уравнение реакции: $Ca(NO_3)_2 (aq) + Na_2CO_3 (aq) \rightarrow CaCO_3 (s) + 2NaNO_3 (aq)$
Наблюдение: Образуется белый плотный осадок.

Предполагаемые подписи на рисунке:
Для первой пробирки (хлорид кальция):
Верхний реагент (добавляемый): $Na_2CO_3$
Нижний реагент (в пробирке): $CaCl_2$
Продукт в пробирке справа: $CaCO_3 \downarrow$ (осадок) и $NaCl$ (в растворе)
Для второй пробирки (нитрат кальция):
Верхний реагент (добавляемый): $Na_2CO_3$
Нижний реагент (в пробирке): $Ca(NO_3)_2$
Продукт в пробирке справа: $CaCO_3 \downarrow$ (осадок) и $NaNO_3$ (в растворе)

Ответ: При добавлении карбоната натрия к растворам солей кальция образуется белый плотный осадок карбоната кальция.

2. В две новые пробирки налейте такие же растворы хлорида кальция и нитрата кальция объемом по 1–2 см³. В каждую пробирку добавьте по несколько капель раствора сульфата натрия. Обратите внимание на отличие плотности осадков в данном опыте от осадков в первом опыте. Укажите на рисунке формулы исходных веществ и продуктов реакции.

При добавлении раствора сульфата натрия к растворам хлорида кальция и нитрата кальция также наблюдается образование белого осадка, но он менее плотный (более рыхлый, мелкодисперсный) по сравнению с осадком карбоната кальция из первого опыта, так как сульфат кальция является малорастворимым веществом.

Решение:

В пробирку 1 (хлорид кальция):
Исходные вещества: $CaCl_2$ (хлорид кальция), $Na_2SO_4$ (сульфат натрия)
Продукты реакции: $CaSO_4$ (сульфат кальция, осадок), $NaCl$ (хлорид натрия)
Уравнение реакции: $CaCl_2 (aq) + Na_2SO_4 (aq) \rightarrow CaSO_4 (s) + 2NaCl (aq)$
Наблюдение: Образуется белый осадок, менее плотный (более рыхлый/мелкодисперсный), чем осадок карбоната кальция.

В пробирку 2 (нитрат кальция):
Исходные вещества: $Ca(NO_3)_2$ (нитрат кальция), $Na_2SO_4$ (сульфат натрия)
Продукты реакции: $CaSO_4$ (сульфат кальция, осадок), $NaNO_3$ (нитрат натрия)
Уравнение реакции: $Ca(NO_3)_2 (aq) + Na_2SO_4 (aq) \rightarrow CaSO_4 (s) + 2NaNO_3 (aq)$
Наблюдение: Образуется белый осадок, менее плотный (более рыхлый/мелкодисперсный), чем осадок карбоната кальция.

Предполагаемые подписи на рисунке:
Для первой пробирки (хлорид кальция):
Верхний реагент (добавляемый): $Na_2SO_4$
Нижний реагент (в пробирке): $CaCl_2$
Продукт в пробирке справа: $CaSO_4 \downarrow$ (осадок) и $NaCl$ (в растворе)
Для второй пробирки (нитрат кальция):
Верхний реагент (добавляемый): $Na_2SO_4$
Нижний реагент (в пробирке): $Ca(NO_3)_2$
Продукт в пробирке справа: $CaSO_4 \downarrow$ (осадок) и $NaNO_3$ (в растворе)

Ответ: При добавлении сульфата натрия к растворам солей кальция образуется белый осадок сульфата кальция, который менее плотный, чем осадок карбоната кальция, образовавшийся в первом опыте.

3. Составьте уравнения химических реакций обнаружения ионов кальция в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде.

Для обнаружения ионов кальция чаще всего используют реакцию с карбонатом натрия ($Na_2CO_3$), так как образующийся карбонат кальция ($CaCO_3$) является малорастворимым соединением, выпадающим в виде характерного белого плотного осадка.

Решение:

Молекулярное уравнение:
$CaCl_2 (aq) + Na_2CO_3 (aq) \rightarrow CaCO_3 (s) + 2NaCl (aq)$

Полное ионное уравнение:
$Ca^{2+}(aq) + 2Cl^-(aq) + 2Na^+(aq) + CO_3^{2-}(aq) \rightarrow CaCO_3(s) + 2Na^+(aq) + 2Cl^-(aq)$

Сокращенное ионное уравнение:
$Ca^{2+}(aq) + CO_3^{2-}(aq) \rightarrow CaCO_3(s)$

Ответ: Уравнения реакций обнаружения ионов кальция: молекулярное $CaCl_2 (aq) + Na_2CO_3 (aq) \rightarrow CaCO_3 (s) + 2NaCl (aq)$, полное ионное $Ca^{2+}(aq) + 2Cl^-(aq) + 2Na^+(aq) + CO_3^{2-}(aq) \rightarrow CaCO_3(s) + 2Na^+(aq) + 2Cl^-(aq)$, сокращенное ионное $Ca^{2+}(aq) + CO_3^{2-}(aq) \rightarrow CaCO_3(s)$.

4. Сделайте вывод о том, как можно обнаружить ионы кальция в растворе.

Решение:

Ионы кальция в растворе можно обнаружить путем добавления реактивов, содержащих анионы, которые образуют с ионами кальция малорастворимые соединения (осадки). Наиболее характерным признаком является образование белого осадка с карбонат-ионами ($CO_3^{2-}$), например, при использовании карбоната натрия, или образование белого осадка с сульфат-ионами ($SO_4^{2-}$), например, при использовании сульфата натрия.

Ответ: Ионы кальция в растворе можно обнаружить по образованию белого осадка при добавлении растворов, содержащих карбонат-ионы ($CO_3^{2-}$) или сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$).

5. Укажите, какой из реактивов — карбонат натрия или сульфат натрия — предпочтительнее использовать для обнаружения ионов кальция в растворе. Почему?

Решение:

Предпочтительнее использовать карбонат натрия ($Na_2CO_3$) для обнаружения ионов кальция.

Причина: Карбонат кальция ($CaCO_3$) является гораздо менее растворимым соединением ($K_{sp} = 4.8 \times 10^{-9}$) по сравнению с сульфатом кальция ($CaSO_4$, $K_{sp} = 4.9 \times 10^{-5}$). Это означает, что $CaCO_3$ выпадает в осадок при гораздо меньших концентрациях ионов кальция, образуя более плотный и легко различимый белый осадок. Сульфат кальция, будучи малорастворимым, но не практически нерастворимым, может образовывать менее выраженный осадок, особенно при низких концентрациях ионов кальция. Также, карбонат-ион более специфичен для обнаружения ионов кальция, поскольку многие другие катионы, кроме щелочных металлов и аммония, также образуют малорастворимые карбонаты, но $CaCO_3$ является одним из наиболее плотных и характерных осадков среди щелочноземельных металлов.

Ответ: Предпочтительнее использовать карбонат натрия, потому что карбонат кальция ($CaCO_3$) гораздо менее растворим, чем сульфат кальция ($CaSO_4$), и образует более плотный и четкий осадок, что делает его более чувствительным и надежным реагентом для обнаружения ионов кальция.