Номер 2, страница 19 - гдз по химии 11 класс тетрадь для практических работ Сечко

Задание 1. Реакция среды водных растворов электролитов

Пробирка 1: Аммиак водный ($NH_3 \cdot H_2O$ или $NH_4OH$).

Пробирка 2: Фосфорная кислота ($H_3PO_4$).

Используем универсальный индикатор.

Цвет индикатора: Пробирка 1: синий; Пробирка 2: красный.

pH раствора: Пробирка 1: >7 (например, 9); Пробирка 2: <7 (например, 2).

Формула, название вещества: Пробирка 1: $NH_3 \cdot H_2O$, Аммиак водный; Пробирка 2: $H_3PO_4$, Фосфорная кислота.

1. Составьте уравнения электролитической диссоциации соответствующих электролитов.

Аммиак водный (слабое основание): $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4OH \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$.

Фосфорная кислота (слабая кислота, диссоциирует ступенчато, первая ступень наиболее выражена): $H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^-$.

2. Сделайте вывод. Объясните причины зависимости водородного показателя pH от природы растворенного вещества.

Вывод: Водородный показатель pH раствора определяется концентрацией ионов водорода ($H^+$) и, соответственно, ионов гидроксида ($OH^-$). Природа растворенного вещества (является ли оно кислотой, основанием или солью, способной к гидролизу) напрямую влияет на эту концентрацию.

Причины:

Кислоты диссоциируют в воде, высвобождая ионы $H^+$ (или $H_3O^+$), что приводит к увеличению их концентрации и, следовательно, к понижению pH ($pH < 7$). Чем сильнее кислота, тем больше ионов $H^+$ образуется, и тем ниже pH.

Основания диссоциируют в воде, высвобождая ионы $OH^-$. Эти ионы связывают ионы $H^+$, уменьшая их концентрацию, или напрямую увеличивают концентрацию $OH^-$, что приводит к повышению pH ($pH > 7$). Чем сильнее основание, тем больше ионов $OH^-$ образуется, и тем выше pH.

Соли могут изменять pH раствора в результате гидролиза, если они образованы слабым основанием и сильной кислотой (среда кислая), или сильным основанием и слабой кислотой (среда щелочная), или слабым основанием и слабой кислотой (среда может быть кислой, щелочной или нейтральной, в зависимости от относительной силы гидролиза катиона и аниона). Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, не гидролизуются и имеют нейтральную среду ($pH \approx 7$).

Задание 2. Докажите, что кислую и щелочную среду соответственно имеют растворы сульфата железа(II) и ацетата натрия.

Соль: Сульфат железа(II) ($FeSO_4$).

Соль: Ацетат натрия ($CH_3COONa$).

Используем универсальный индикатор.

Цвет индикатора: Сульфат железа(II): оранжево-красный; Ацетат натрия: сине-зеленый.

pH раствора: Сульфат железа(II): <7 (например, 4); Ацетат натрия: >7 (например, 9).

1. Составьте уравнения реакций гидролиза в молекулярном и сокращенном ионном виде.

Для сульфата железа(II) ($FeSO_4$): соль образована слабым основанием $Fe(OH)_2$ и сильной кислотой $H_2SO_4$. Гидролиз протекает по катиону $Fe^{2+}$:

Молекулярное уравнение: $FeSO_4 + 2H_2O \rightleftharpoons Fe(OH)_2 \downarrow + H_2SO_4$ (или $FeSO_4 + H_2O \rightleftharpoons Fe(OH)SO_4 + H_2SO_4$ как первая ступень гидролиза).

Сокращенное ионное уравнение: $Fe^{2+} + 2H_2O \rightleftharpoons Fe(OH)_2 \downarrow + 2H^+$ (или $Fe^{2+} + H_2O \rightleftharpoons Fe(OH)^+ + H^+$).

Среда кислая из-за образования ионов $H^+$.

Для ацетата натрия ($CH_3COONa$): соль образована сильным основанием $NaOH$ и слабой кислотой $CH_3COOH$. Гидролиз протекает по аниону $CH_3COO^-$:

Молекулярное уравнение: $CH_3COONa + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + NaOH$.

Сокращенное ионное уравнение: $CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$.

Среда щелочная из-за образования ионов $OH^-$.

2. Сделайте вывод о протекании реакций гидролиза солей.

Вывод: Реакции гидролиза солей приводят к изменению pH раствора, если соль образована катионом слабого основания и/или анионом слабой кислоты. В случае сульфата железа(II), гидролиз по катиону $Fe^{2+}$ приводит к избытку ионов $H^+$ и кислой среде. В случае ацетата натрия, гидролиз по аниону $CH_3COO^-$ приводит к избытку ионов $OH^-$ и щелочной среде. Это подтверждает, что гидролиз солей является одной из причин изменения pH водных растворов.

Задание 3. Реакции водных растворов электролитов

Результаты исследования:

Растворы исходных веществ:

Сульфат железа(II) ($FeSO_4$):

Гидроксид натрия ($NaOH$): Признаки: образование зеленого осадка.

Хлороводородная кислота ($HCl$): Признаки: реакция не протекает (прочерк).

Карбонат натрия ($Na_2CO_3$):

Гидроксид натрия ($NaOH$): Признаки: реакция не протекает (прочерк).

Хлороводородная кислота ($HCl$): Признаки: выделение бесцветного газа.

1. Составьте уравнения химических реакций в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде.

а) Реакция между сульфатом железа(II) и гидроксидом натрия:

Молекулярное: $FeSO_4 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

Полное ионное: $Fe^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2-}$

Сокращенное ионное: $Fe^{2+} + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow$

б) Реакция между карбонатом натрия и хлороводородной кислотой:

Молекулярное: $Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

Полное ионное: $2Na^+ + CO_3^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow 2Na^+ + 2Cl^- + H_2O + CO_2 \uparrow$

Сокращенное ионное: $CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

Укажите, какие ионы не принимают участия в реакции между растворами:

а) В реакции между $FeSO_4$ и $NaOH$: $Na^+$, $SO_4^{2-}$.

б) В реакции между $Na_2CO_3$ и $HCl$: $Na^+$, $Cl^-$.

2. Сделайте вывод о свойствах электролитов с учетом результатов исследования.

Вывод: Электролиты взаимодействуют друг с другом в растворах, если в результате реакции образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (вода). Это является условием необратимости реакций ионного обмена. Ионы, не участвующие в образовании таких продуктов, остаются в растворе без изменений.

Задание 4. Используя выданные реактивы, проведите эксперимент, доказывающий, что в растворе не могут одновременно находиться ионы $Fe^{3+}$ и $CO_3^{2-}$.

К раствору хлорида железа(III) объемом 1-2 см³ прилейте примерно такой же объем раствора карбоната натрия.

Признаки химической реакции: Выпадение бурого осадка и выделение бесцветного газа.

1. Составьте уравнение химической реакции в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде.

Молекулярное: $2FeCl_3 + 3Na_2CO_3 + 3H_2O \rightarrow 2Fe(OH)_3 \downarrow + 3CO_2 \uparrow + 6NaCl$

Полное ионное: $2Fe^{3+} + 6Cl^- + 6Na^+ + 3CO_3^{2-} + 3H_2O \rightarrow 2Fe(OH)_3 \downarrow + 3CO_2 \uparrow + 6Na^+ + 6Cl^-$

Сокращенное ионное: $2Fe^{3+} + 3CO_3^{2-} + 3H_2O \rightarrow 2Fe(OH)_3 \downarrow + 3CO_2 \uparrow$

2. Сделайте вывод. Объясните причину появления соответствующих продуктов реакции.

Вывод: Ионы $Fe^{3+}$ и $CO_3^{2-}$ не могут одновременно находиться в водном растворе, так как они вступают в реакцию взаимного усиления гидролиза, приводящую к необратимому образованию гидроксида железа(III) и углекислого газа.

Причина появления соответствующих продуктов реакции:

Ион $Fe^{3+}$ является катионом, образованным очень слабым основанием ($Fe(OH)_3$), и поэтому он активно гидролизуется по первой ступени с образованием ионов $H^+$: $Fe^{3+} + 3H_2O \rightleftharpoons Fe(OH)_3 \downarrow + 3H^+$.

Ион $CO_3^{2-}$ является анионом, образованным слабой угольной кислотой ($H_2CO_3$), и гидролизуется с образованием ионов $OH^-$: $CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$.

При одновременном присутствии этих ионов в растворе происходит взаимное усиление гидролиза. Ионы $H^+$, образующиеся при гидролизе $Fe^{3+}$, реагируют с ионами $OH^-$, образующимися при гидролизе $CO_3^{2-}$, что смещает оба равновесия гидролиза вправо. Это приводит к полному выпадению в осадок малорастворимого $Fe(OH)_3$ (бурый осадок) и разложению угольной кислоты ($H_2CO_3$), которая образуется из $CO_3^{2-}$ в кислой среде, на воду и углекислый газ ($CO_2 \uparrow$, бесцветный газ). Таким образом, ионы $Fe^{3+}$ и $CO_3^{2-}$ не могут сосуществовать в одном растворе.