Номер 5, страница 87 - гдз по химии 11 класс тетрадь для практических работ Сечко

Дано:

1. Некоторое хорошо растворимое в воде вещество.

2. В реакции с хлоридом бария ($BaCl_2$) образует белый осадок.

3. При добавлении раствора гидроксида натрия ($NaOH$) образуется белый студенистый осадок.

4. Белый студенистый осадок растворяется в избытке щелочи.

5. Металл, входящий в состав вещества, имеет степень окисления $+3$.

Найти:

Формула вещества.

Решение:

Исходя из данных условий, последовательно проанализируем свойства неизвестного вещества:

1. Образование белого осадка с хлоридом бария ($BaCl_2$).

Это свойство характерно для солей, содержащих анионы, которые образуют нерастворимые соединения с ионами бария ($Ba^{2+}$). Наиболее распространенным и стабильным белым осадком является сульфат бария ($BaSO_4$). Таким образом, можно предположить, что в состав исходного вещества входит сульфат-ион ($SO_4^{2-}$).

Общая реакция: $Me_x(SO_4)_y(aq) + BaCl_2(aq) \rightarrow BaSO_4(s)\downarrow + ...$

2. Образование белого студенистого осадка при добавлении гидроксида натрия ($NaOH$), который растворяется в избытке щелочи.

Это является определяющим признаком амфотерного гидроксида. Амфотерные гидроксиды - это гидроксиды, способные реагировать как с кислотами, так и с основаниями (т.е., растворяться в избытке сильной щелочи). Белый студенистый осадок, растворяющийся в избытке $NaOH$, указывает на гидроксид металла, проявляющий амфотерные свойства. К таким гидроксидам относятся, например, гидроксиды алюминия ($Al(OH)_3$), цинка ($Zn(OH)_2$), хрома(III) ($Cr(OH)_3$), свинца(II) ($Pb(OH)_2$).

3. Металл в составе вещества имеет степень окисления $+3$.

Это значительно сужает круг возможных амфотерных гидроксидов до тех, где металл находится в степени окисления $+3$. Среди перечисленных выше, этому условию соответствуют гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$) и гидроксид хрома(III) ($Cr(OH)_3$). Однако, гидроксид хрома(III) обычно имеет серо-зеленый или сине-зеленый цвет, тогда как гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$) является типичным белым студенистым осадком. Следовательно, наиболее вероятным металлом является алюминий ($Al$).

4. Совмещение всех условий.

Если металл - алюминий ($Al^{3+}$), а анион - сульфат ($SO_4^{2-}$), то формула вещества будет $Al_2(SO_4)_3$ (сульфат алюминия).

Проверим, соответствует ли сульфат алюминия ($Al_2(SO_4)_3$) всем условиям:

• Сульфат алюминия ($Al_2(SO_4)_3$) хорошо растворим в воде. Это соответствует условию 1.

• Реакция с хлоридом бария ($BaCl_2$):

$Al_2(SO_4)_3(aq) + 3BaCl_2(aq) \rightarrow 3BaSO_4(s)\downarrow + 2AlCl_3(aq)$

Образуется белый осадок сульфата бария ($BaSO_4$). Это соответствует условию 2.

• Реакция с гидроксидом натрия ($NaOH$):

$Al_2(SO_4)_3(aq) + 6NaOH(aq) \rightarrow 2Al(OH)_3(s)\downarrow + 3Na_2SO_4(aq)$

Образуется белый студенистый осадок гидроксида алюминия ($Al(OH)_3$). Это соответствует условию 3.

• Растворение $Al(OH)_3$ в избытке щелочи (амфотерные свойства):

$Al(OH)_3(s) + NaOH(aq) \rightarrow Na[Al(OH)_4](aq)$ (тетрагидроксоалюминат натрия)

Или, в упрощенной форме:

$Al(OH)_3(s) + NaOH(aq) \rightarrow NaAlO_2(aq) + 2H_2O(l)$ (метаалюминат натрия)

Осадок растворяется в избытке щелочи, что подтверждает амфотерность $Al(OH)_3$. Это соответствует условию 4.

• Степень окисления алюминия в $Al_2(SO_4)_3$ равна $+3$. Это соответствует условию 5.

Все условия выполнены, следовательно, искомое вещество - сульфат алюминия.

Ответ: $Al_2(SO_4)_3$