Номер 137, страница 36 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

137. В твёрдом состоянии и сульфат меди(II), и сульфат калия представляют собой белый порошок, тогда как водный раствор сульфата меди(II) имеет интенсивную голубую окраску, а водный раствор сульфата калия является бесцветным. Какой вывод можно сделать на основании этого экспериментального факта об окраске катионов калия, катионов меди(II) и сульфат-ионов в водном растворе и в составе твёрдых солей?

Решение

Для того чтобы сделать вывод об окраске ионов, необходимо последовательно проанализировать предоставленные экспериментальные факты для каждого вещества.

1. Сульфат калия ($K_2SO_4$). Известно, что и твёрдый сульфат калия, и его водный раствор бесцветны. Твёрдая соль состоит из ионов калия ($K^+$) и сульфат-ионов ($SO_4^{2-}$), образующих кристаллическую решётку. При растворении в воде соль диссоциирует на те же ионы, которые становятся гидратированными (окружёнными молекулами воды): $K^+(aq)$ и $SO_4^{2-}(aq)$. Поскольку ни твёрдое вещество, ни раствор не имеют окраски, можно сделать вывод, что и катион калия, и сульфат-анион являются бесцветными как в составе твёрдой соли, так и в водном растворе.

2. Сульфат меди(II) ($CuSO_4$). Твёрдый (безводный) сульфат меди(II) представляет собой белый порошок. Это наблюдение подтверждает сделанный ранее вывод о том, что сульфат-ион ($SO_4^{2-}$) бесцветен. Также это означает, что катион меди(II) ($Cu^{2+}$) в структуре кристаллической решётки безводной соли не придаёт ей окраски.

В то же время водный раствор сульфата меди(II) имеет интенсивную голубую окраску. Раствор содержит гидратированные катионы меди(II) и гидратированные сульфат-ионы. Поскольку мы уже установили, что сульфат-ионы бесцветны, источником голубого цвета являются гидратированные катионы меди(II). В водной среде ионы $Cu^{2+}$ взаимодействуют с молекулами воды, образуя комплексные ионы, в частности, ион гексааквамеди(II) состава $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$. Именно этот комплексный ион поглощает свет в оранжево-красной части видимого спектра, в результате чего проходящий свет воспринимается человеческим глазом как голубой.

Таким образом, окраска иона меди(II) зависит от его химического окружения. В отсутствие лигандов (молекул воды) в безводной соли он бесцветен, а в водном растворе его аквакомплекс окрашен.

Ответ:

• Катионы калия ($K^+$) и сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$): являются бесцветными как в составе твёрдых солей, так и в водном растворе.

• Катионы меди(II) ($Cu^{2+}$): в составе кристаллической решётки твёрдого безводного сульфата меди(II) бесцветны. Интенсивную голубую окраску в водном растворе имеет не сам по себе ион $Cu^{2+}$, а его гидратированная форма — комплексный ион $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$.