§ 13. Реакції йонного обміну (Григорович)

РОЗУМІННЯ ЯВИЩ ПРИРОДИ (РОБОТА В ГРУПАХ)

147. Проаналізуйте лексичний зміст терміна «реакція нейтралізації».

Термін «нейтралізація» походить від латинського слова neutralis — той, що не належить ні до того, ні до іншого, або нейтральний. У повсякденному розумінні це взаємне знешкодження двох протилежних начал або зведення їхньої дії нанівець.

У хімії цей термін означає реакцію між речовиною з кислотними властивостями та сполукою з основними властивостями. Під час взаємодії кислотні властивості катіонів $H^{+}$ і лужні властивості гідроксид-іонів $O H^{-}$ взаємно нейтралізуються, утворюючи сіль та нейтральну молекулу слабкого електроліту — води $H_{2} O$ .

148. Запишіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння для схем:

а) $Ba (OH)_{2} + HCl \to$
б) $K_{2} S + H_{2} S O_{4} \to$
в) $BaC l_{2} + MgS O_{4} \to$
г) $FeC l_{2} + NaOH \to$
д) $HN O_{3} + Ba (OH)_{2} \to$
е) $AgN O_{3} + K_{3} P O_{4} \to$
ж) $Fe (OH)_{3} + H_{2} S O_{4} \to$
и) $N a_{2} S + HCl \to$
к) $AgN O_{3} + AlC l_{3} \to$
л) $Al (OH)_{3} + HCl \to$
м) $N a_{2} S O_{3} + Pb (N O_{3})_{2} \to$
н) $NaOH + FeC l_{3} \to$

а) Молекулярне рівняння:
$Ba (OH)_{2} + 2HCl = BaC l_{2} + 2 H_{2} O$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$B a^{2 +} + 2O H^{-} + 2 H^{+} + 2C l^{-} = B a^{2 +} + 2C l^{-} + 2 H_{2} O$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$H^{+} + O H^{-} = H_{2} O$

б) Молекулярне рівняння:
$K_{2} S + H_{2} S O_{4} = K_{2} S O_{4} + H_{2} S ↑$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$2 K^{+} + S^{2 -} + 2 H^{+} + S O_{4}^{2 -} = 2 K^{+} + S O_{4}^{2 -} + H_{2} S ↑$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$S^{2 -} + 2 H^{+} = H_{2} S ↑$

в) Молекулярне рівняння:
$BaC l_{2} + MgS O_{4} = BaS O_{4} ↓ + MgC l_{2}$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$B a^{2 +} + 2C l^{-} + M g^{2 +} + S O_{4}^{2 -} = BaS O_{4} ↓ + M g^{2 +} + 2C l^{-}$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$B a^{2 +} + S O_{4}^{2 -} = BaS O_{4} ↓$

г) Молекулярне рівняння:
$FeC l_{2} + 2NaOH = Fe (OH)_{2} ↓ + 2NaCl$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$F e^{2 +} + 2C l^{-} + 2N a^{+} + 2O H^{-} = Fe (OH)_{2} ↓ + 2N a^{+} + 2C l^{-}$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$F e^{2 +} + 2O H^{-} = Fe (OH)_{2} ↓$

д) Молекулярне рівняння:
$2HN O_{3} + Ba (OH)_{2} = Ba (N O_{3})_{2} + 2 H_{2} O$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$2 H^{+} + 2N O_{3}^{-} + B a^{2 +} + 2O H^{-} = B a^{2 +} + 2N O_{3}^{-} + 2 H_{2} O$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$H^{+} + O H^{-} = H_{2} O$

е) Молекулярне рівняння:
$3AgN O_{3} + K_{3} P O_{4} = A g_{3} P O_{4} ↓ + 3KN O_{3}$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$3A g^{+} + 3N O_{3}^{-} + 3 K^{+} + P O_{4}^{3 -} = A g_{3} P O_{4} ↓ + 3 K^{+} + 3N O_{3}^{-}$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$3A g^{+} + P O_{4}^{3 -} = A g_{3} P O_{4} ↓$

ж) Молекулярне рівняння:
$2Fe (OH)_{3} + 3 H_{2} S O_{4} = F e_{2} (S O_{4})_{3} + 6 H_{2} O$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$2Fe (OH)_{3} + 6 H^{+} + 3S O_{4}^{2 -} = 2F e^{3 +} + 3S O_{4}^{2 -} + 6 H_{2} O$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$Fe (OH)_{3} + 3 H^{+} = F e^{3 +} + 3 H_{2} O$

и) Молекулярне рівняння:
$N a_{2} S + 2HCl = 2NaCl + H_{2} S ↑$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$2N a^{+} + S^{2 -} + 2 H^{+} + 2C l^{-} = 2N a^{+} + 2C l^{-} + H_{2} S ↑$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$S^{2 -} + 2 H^{+} = H_{2} S ↑$

к) Молекулярне рівняння:
$3AgN O_{3} + AlC l_{3} = 3AgCl ↓ + Al (N O_{3})_{3}$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$3A g^{+} + 3N O_{3}^{-} + A l^{3 +} + 3C l^{-} = 3AgCl ↓ + A l^{3 +} + 3N O_{3}^{-}$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$A g^{+} + C l^{-} = AgCl ↓$

л) Молекулярне рівняння:
$Al (OH)_{3} + 3HCl = AlC l_{3} + 3 H_{2} O$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$Al (OH)_{3} + 3 H^{+} + 3C l^{-} = A l^{3 +} + 3C l^{-} + 3 H_{2} O$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$Al (OH)_{3} + 3 H^{+} = A l^{3 +} + 3 H_{2} O$

м) Молекулярне рівняння:
$N a_{2} S O_{3} + Pb (N O_{3})_{2} = PbS O_{3} ↓ + 2NaN O_{3}$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$2N a^{+} + S O_{3}^{2 -} + P b^{2 +} + 2N O_{3}^{-} = PbS O_{3} ↓ + 2N a^{+} + 2N O_{3}^{-}$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$P b^{2 +} + S O_{3}^{2 -} = PbS O_{3} ↓$

н) Молекулярне рівняння:
$3NaOH + FeC l_{3} = Fe (OH)_{3} ↓ + 3NaCl$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$3N a^{+} + 3O H^{-} + F e^{3 +} + 3C l^{-} = Fe (OH)_{3} ↓ + 3N a^{+} + 3C l^{-}$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$F e^{3 +} + 3O H^{-} = Fe (OH)_{3} ↓$

149. Наведіть по два молекулярні рівняння реакцій, що відповідають таким скороченим йонно-молекулярним рівнянням:

а) $H^{+} + O H^{-} = H_{2} O$
б) $2 H^{+} + \dots = C O_{2} ↑ + H_{2} O$
в) $\dots + C a^{2 +} = CaC O_{3} ↓$
г) $F e^{3 +} + 3O H^{-} = Fe (OH)_{3} ↓$
д) $P b^{2 +} + S^{2 -} = PbS ↓$
е) $B a^{2 +} + \dots = BaS O_{4} ↓$

а) $H^{+} + O H^{-} = H_{2} O$ :

1) $HCl + NaOH = NaCl + H_{2} O$

2) $HN O_{3} + KOH = KN O_{3} + H_{2} O$

б) $2 H^{+} + C O_{3}^{2 -} = C O_{2} ↑ + H_{2} O$ :

1) $N a_{2} C O_{3} + 2HCl = 2NaCl + C O_{2} ↑ + H_{2} O$

2) $K_{2} C O_{3} + H_{2} S O_{4} = K_{2} S O_{4} + C O_{2} ↑ + H_{2} O$

в) $C O_{3}^{2 -} + C a^{2 +} = CaC O_{3} ↓$ :

1) $CaC l_{2} + N a_{2} C O_{3} = CaC O_{3} ↓ + 2NaCl$

2) $Ca (N O_{3})_{2} + K_{2} C O_{3} = CaC O_{3} ↓ + 2KN O_{3}$

г) $F e^{3 +} + 3O H^{-} = Fe (OH)_{3} ↓$ :

1) $FeC l_{3} + 3NaOH = Fe (OH)_{3} ↓ + 3NaCl$

2) $Fe (N O_{3})_{3} + 3KOH = Fe (OH)_{3} ↓ + 3KN O_{3}$

д) $P b^{2 +} + S^{2 -} = PbS ↓$ :

1) $Pb (N O_{3})_{2} + N a_{2} S = PbS ↓ + 2NaN O_{3}$

2) $Pb (N O_{3})_{2} + K_{2} S = PbS ↓ + 2KN O_{3}$

е) $B a^{2 +} + S O_{4}^{2 -} = BaS O_{4} ↓$ :

1) $BaC l_{2} + N a_{2} S O_{4} = BaS O_{4} ↓ + 2NaCl$

2) $Ba (N O_{3})_{2} + H_{2} S O_{4} = BaS O_{4} ↓ + 2HN O_{3}$

150. Наведіть по одному рівнянню реакції, що відповідає кожній схемі перетворень. Запишіть молекулярне та йонно-молекулярне рівняння:

а) сіль + сіль $\to$ сіль $↓$ + сіль;
б) сильна кислота + луг $\to$ сіль + вода;
в) слабка кислота + луг $\to$ сіль + вода;
г) сильна кислота + слабка основа $\to$ сіль + вода;
д) сильна кислота + луг $\to$ сіль $↓$ + вода;
е) сіль + сильна кислота $\to$ сіль + слабка кислота.

а) сіль + сіль $\to$ сіль $↓$ + сіль

Молекулярне рівняння:
$AgN O_{3} + NaCl = AgCl ↓ + NaN O_{3}$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$A g^{+} + N O_{3}^{-} + N a^{+} + C l^{-} = AgCl ↓ + N a^{+} + N O_{3}^{-}$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$A g^{+} + C l^{-} = AgCl ↓$

б) сильна кислота + луг $\to$ сіль + вода

Молекулярне рівняння:
$HCl + KOH = KCl + H_{2} O$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$H^{+} + C l^{-} + K^{+} + O H^{-} = K^{+} + C l^{-} + H_{2} O$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$H^{+} + O H^{-} = H_{2} O$

в) слабка кислота + луг $\to$ сіль + вода

Молекулярне рівняння:
$H_{2} S + 2NaOH = N a_{2} S + 2 H_{2} O$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$H_{2} S + 2N a^{+} + 2O H^{-} = 2N a^{+} + S^{2 -} + 2 H_{2} O$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$H_{2} S + 2O H^{-} = S^{2 -} + 2 H_{2} O$

г) сильна кислота + слабка основа $\to$ сіль + вода

Молекулярне рівняння:
$2HCl + Cu (OH)_{2} = CuC l_{2} + 2 H_{2} O$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$2 H^{+} + 2C l^{-} + Cu (OH)_{2} = C u^{2 +} + 2C l^{-} + 2 H_{2} O$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$Cu (OH)_{2} + 2 H^{+} = C u^{2 +} + 2 H_{2} O$

д) сильна кислота + луг $\to$ сіль $↓$ + вода

Молекулярне рівняння:
$H_{2} S O_{4} + Ba (OH)_{2} = BaS O_{4} ↓ + 2 H_{2} O$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$2 H^{+} + S O_{4}^{2 -} + B a^{2 +} + 2O H^{-} = BaS O_{4} ↓ + 2 H_{2} O$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$B a^{2 +} + S O_{4}^{2 -} + 2 H^{+} + 2O H^{-} = BaS O_{4} ↓ + 2 H_{2} O$

е) сіль + сильна кислота $\to$ сіль + слабка кислота

Молекулярне рівняння:
$N a_{2} S + 2HCl = 2NaCl + H_{2} S ↑$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$2N a^{+} + S^{2 -} + 2 H^{+} + 2C l^{-} = 2N a^{+} + 2C l^{-} + H_{2} S ↑$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$S^{2 -} + 2 H^{+} = H_{2} S ↑$

151. Із переліку випишіть формули речовин, із якими взаємодіє калій гідроксид у водному розчині: $HCl, NaN O_{3}, Ca (OH)_{2}, MgC l_{2}$ . Запишіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій.

Калій гідроксид у водному розчині взаємодіє з кислотою $HCl$ та розчинною сіллю $MgC l_{2}$ . Із речовинами $NaN O_{3}$ та $Ca (OH)_{2}$ реакція не відбувається, оскільки в розчині не утворюються осад, газ або вода.

1) Реакція з хлоридною кислотою ( $HCl$ ):

Молекулярне рівняння:
$KOH + HCl = KCl + H_{2} O$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$K^{+} + O H^{-} + H^{+} + C l^{-} = K^{+} + C l^{-} + H_{2} O$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$H^{+} + O H^{-} = H_{2} O$

2) Реакція з магній хлоридом ( $MgC l_{2}$ ):

Молекулярне рівняння:
$2KOH + MgC l_{2} = Mg (OH)_{2} ↓ + 2KCl$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$2 K^{+} + 2O H^{-} + M g^{2 +} + 2C l^{-} = Mg (OH)_{2} ↓ + 2 K^{+} + 2C l^{-}$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$M g^{2 +} + 2O H^{-} = Mg (OH)_{2} ↓$

152. Із переліку випишіть формули солей, що взаємодіють із хлоридною кислотою: $KBr, AgN O_{3}, CaC O_{3}, MgS O_{4}$ . Запишіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій.

Із хлоридною кислотою взаємодіють солі $AgN O_{3}$ та $CaC O_{3}$ . Солі $KBr$ і $MgS O_{4}$ не взаємодіють із хлоридною кислотою у розчині, оскільки йони не зв’язуються в нерозчинні чи газуваті сполуки.

1) Реакція з аргентум(I) нітратом:

Молекулярне рівняння:
$AgN O_{3} + HCl = AgCl ↓ + HN O_{3}$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$A g^{+} + N O_{3}^{-} + H^{+} + C l^{-} = AgCl ↓ + H^{+} + N O_{3}^{-}$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$A g^{+} + C l^{-} = AgCl ↓$

2) Реакція з кальцій карбонатом:

Молекулярне рівняння:
$CaC O_{3} + 2HCl = CaC l_{2} + C O_{2} ↑ + H_{2} O$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$CaC O_{3} + 2 H^{+} + 2C l^{-} = C a^{2 +} + 2C l^{-} + C O_{2} ↑ + H_{2} O$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$CaC O_{3} + 2 H^{+} = C a^{2 +} + C O_{2} ↑ + H_{2} O$

153. До хлоридної кислоти додавали кальцій карбонат, аж поки не припинилося виділення газу. У результаті утворився розчин кальцій хлориду масою 500 г із масовою часткою солі 0,333 %. Обчисліть масу гідроген хлориду в початковому розчині.

Дано:

$m (р - ну CaC l_{2}) = 500 г$
$w (CaC l_{2}) = 0, 333% = 0, 00333$

Знайти:

$m (HCl) - ?$

Розв’язання:

1) Обчислимо масу розчиненого кальцій хлориду в утвореному розчині:
$m (CaC l_{2}) = m (р - ну CaC l_{2}) \cdot w (CaC l_{2}) = 500 г \cdot 0, 00333 = 1, 665 г$

2) Розрахуємо молярну масу та кількість речовини кальцій хлориду:
$M (CaC l_{2}) = 40 + 2 \cdot 35, 5 = 111 г / моль$
$n (CaC l_{2}) = \frac{m ( CaC l _{2} )}{M ( CaC l _{2} )} = \frac{1 , 665 г}{111 г / моль} = 0, 015 моль$

3) Запишемо рівняння реакції:
$CaC O_{3} + 2HCl = CaC l_{2} + C O_{2} ↑ + H_{2} O$
За рівнянням реакції кількість речовини гідроген хлориду вдвічі більша за кількість кальцій хлориду:
$n (HCl) = 2 \cdot n (CaC l_{2}) = 2 \cdot 0, 015 моль = 0, 03 моль$

4) Знайдемо молярну масу та масу гідроген хлориду:
$M (HCl) = 1 + 35, 5 = 36, 5 г / моль$
$m (HCl) = n (HCl) \cdot M (HCl) = 0, 03 моль \cdot 36, 5 \frac{г}{моль} = 1, 095 г$

Відповідь: $m (HCl) = 1, 095 г$ .

154. До розчину аргентум(1+) нітрату масою 200 г із масовою часткою солі 0,85 % додавали хлоридну кислоту, аж поки не припинилося утворення осаду. Обчисліть масу осаду, що утворився.

Дано:

$m (р - ну AgN O_{3}) = 200 г$
$w (AgN O_{3}) = 0, 85% = 0, 0085$

Знайти:

$m (AgCl) - ?$

Розв’язання:

1) Обчислимо масу солі аргентум(I) нітрату у вихідному розчині:
$m (AgN O_{3}) = m (р - ну AgN O_{3}) \cdot w (AgN O_{3}) = 200 г \cdot 0, 0085 = 1, 7 г$

2) Обчислимо молярну масу та кількість речовини аргентум(I) нітрату:
$M (AgN O_{3}) = 108 + 14 + 3 \cdot 16 = 170 г / моль$
$n (AgN O_{3}) = \frac{m ( AgN O _{3} )}{M ( AgN O _{3} )} = \frac{1 , 7 г}{170 г / моль} = 0, 01 моль$

3) Складемо рівняння хімічної реакції:
$AgN O_{3} + HCl = AgCl ↓ + HN O_{3}$
За рівнянням коефіцієнти перед сіллю та осадом однакові:
$n (AgCl) = n (AgN O_{3}) = 0, 01 моль$

4) Знайдемо молярну масу та масу осаду аргентум(I) хлориду:
$M (AgCl) = 108 + 35, 5 = 143, 5 г / моль$
$m (AgCl) = n (AgCl) \cdot M (AgCl) = 0, 01 моль \cdot 143, 5 \frac{г}{моль} = 1, 435 г$

Відповідь: $m (AgCl) = 1, 435 г$ .

155. Для проведення досліджень приготували розчин натрій гідроксиду розчиненням твердого лугу масою 30 г у воді масою 170 г. Одержаний розчин розлили навпіл у дві склянки (№ 1 і № 2 відповідно) й накрили їх фільтрувальним папером.
Дослід 1. До розчину сульфатної кислоти ( $w = 10%$ ) масою 80 г додали 3 краплі розчину лакмусу, перемішали й потім обережно за постійного перемішування додавали щойно одержаний розчин натрій гідроксиду зі склянки № 1 до зміни забарвлення.
Дослід 2. Його здійснили через два дні після досліду 1 за аналогічним планом, використовуючи розчин зі склянки № 2.
Дайте відповіді на запитання:

• 1. Обчисліть масову частку (у %) натрій гідроксиду в приготованому розчині.
Знайдемо загальну масу та масову частку лугу:
$m (р - ну) = m (NaOH) + m (H_{2} O) = 30 г + 170 г = 200 г$
$w (NaOH) = \frac{m ( NaOH )}{m ( р - ну )} \cdot 100% = \frac{30 г}{200 г} \cdot 100% = 15%$

• 2. Зазначте початковий колір розчину в досліді 1 до та після додавання розчину лакмусу.
До додавання індикатора розчин сульфатної кислоти був безбарвним. Після внесення лакмусу розчин забарвився в червоний колір, оскільки у кислому середовищі лакмус набуває червоного забарвлення.

• 3. Який колір розчину свідчитиме про завершення досліду 1? Чому?
Про завершення досліду 1 свідчить поява фіолетового забарвлення розчину, що відповідає точці нейтральності ( $pH \approx 7$ ), або синього забарвлення в разі додавання навіть однієї зайвої краплі лугу.

• 4. Запишіть рівняння реакції між розчинами за умов досліду 1 у молекулярній і йонно-молекулярній формах.

Молекулярне рівняння:
$H_{2} S O_{4} + 2NaOH = N a_{2} S O_{4} + 2 H_{2} O$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$2 H^{+} + S O_{4}^{2 -} + 2N a^{+} + 2O H^{-} = 2N a^{+} + S O_{4}^{2 -} + 2 H_{2} O$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$H^{+} + O H^{-} = H_{2} O$

• 5. Обчисліть масу використаного розчину лугу зі склянки № 1.

Дано:

$m (р - ну H_{2} S O_{4}) = 80 г$
$w (H_{2} S O_{4}) = 10% = 0, 1$
$w (NaOH) = 15% = 0, 15$

Знайти:

$m (р - ну NaOH) - ?$

Розв’язання:

1) Знайдемо масу й кількість речовини чистої кислоти:
$m (H_{2} S O_{4}) = 80 г \cdot 0, 1 = 8 г$
$M (H_{2} S O_{4}) = 98 г / моль$
$n (H_{2} S O_{4}) = \frac{8 г}{98 г / моль} \approx 0, 08163 моль$

2) За рівнянням реакції $H_{2} S O_{4} + 2NaOH = N a_{2} S O_{4} + 2 H_{2} O$ :
$n (NaOH) = 2 \cdot n (H_{2} S O_{4}) = 2 \cdot 0, 08163 моль \approx 0, 16327 моль$

3) Обчислимо масу чистого лугу та масу його 15%-го розчину:
$M (NaOH) = 40 г / моль$
$m (NaOH) = 0, 16327 моль \cdot 40 \frac{г}{моль} \approx 6, 531 г$
$m (р - ну NaOH) = \frac{m ( NaOH )}{w ( NaOH )} = \frac{6 , 531 г}{0 , 15} \approx 43, 54 г$

Відповідь: $m (р - ну NaOH) \approx 43, 54 г$ .

• 6. Чи буде відрізнятися перебіг взаємодії між розчинами в досліді 2? Аргументуйте свою думку. За необхідності підтвердьте її рівняннями реакцій.
Перебіг взаємодії буде відрізнятися. За два дні зберігання під фільтрувальним папером натрій гідроксид у склянці № 2 поглинув вуглекислий газ із повітря й частково перетворився на натрій карбонат:
$2NaOH + C O_{2} = N a_{2} C O_{3} + H_{2} O$
Тому під час додавання цього розчину до сульфатної кислоти нейтралізація супроводжуватиметься утворенням бульбашок газу:
$N a_{2} C O_{3} + H_{2} S O_{4} = N a_{2} S O_{4} + C O_{2} ↑ + H_{2} O$

• 7. Обчисліть масу розчину, який залишився в склянці № 2.
Початковий розчин загальною масою $200 г$ розділили навпіл у дві склянки, тому в кожній містилося по $100 г$ . Уміст склянки № 2 під час першого досліду не чіпали, отже, до початку досліду 2 там залишилося $100 г$ розчину (без урахування незначного поглинання вуглекислого газу та випаровування води).

• 8. Чи зміниться ваша відповідь на запитання 6 і 7, якщо дослід 2 тривав би не два дні, а, наприклад, тиждень? Аргументуйте свою думку.
Так, за тиждень крізь пори фільтрувального паперу випарується відчутна кількість води, тому маса розчину в склянці № 2 помітно зменшиться, а масова частка речовин у ньому зросте. Крім того, ступінь поглинання вуглекислого газу з повітря стане набагато глибшим, тому луг практично повністю перетвориться на карбонат і гідрогенкарбонат натрію, що спричинить ще бурхливіше виділення газу $C O_{2}$ .

156. Софія та Андрій у лабораторії перевіряли один зі способів одержання літій гідроксиду $LiOH$ . Вони взяли водний розчин літій карбонату масою 180 г із масовою часткою солі 1,233 % та змішали з водним розчином барій гідроксиду масою 150 г із масовою часткою лугу 3,42 %. Унаслідок реакції утворився білий осад, який відфільтрували, висушили та зважили. Маса осаду становила 5,91 г.

• 1. Запишіть молекулярне та повне й скорочене йонно-молекулярні рівняння цієї реакції.

Молекулярне рівняння:
$L i_{2} C O_{3} + Ba (OH)_{2} = BaC O_{3} ↓ + 2LiOH$
Повне йонно-молекулярне рівняння:
$2L i^{+} + C O_{3}^{2 -} + B a^{2 +} + 2O H^{-} = BaC O_{3} ↓ + 2L i^{+} + 2O H^{-}$
Скорочене йонно-молекулярне рівняння:
$B a^{2 +} + C O_{3}^{2 -} = BaC O_{3} ↓$

• 2. Софія переконувала Андрія, що всі речовини під час реакції витратилися практично повністю. Доведіть або спростуйте це твердження.
Обчислимо кількості речовин вихідних сполук:
$m (L i_{2} C O_{3}) = 180 г \cdot 0, 01233 = 2, 2194 г$
$M (L i_{2} C O_{3}) = 2 \cdot 7 + 12 + 3 \cdot 16 = 74 г / моль$
$n (L i_{2} C O_{3}) = \frac{2 , 2194 г}{74 г / моль} = 0, 03 моль$

$m (Ba (OH)_{2}) = 150 г \cdot 0, 0342 = 5, 13 г$
$M (Ba (OH)_{2}) = 137 + 2 \cdot 17 = 171 г / моль$
$n (Ba (OH)_{2}) = \frac{5 , 13 г}{171 г / моль} = 0, 03 моль$

За рівнянням реакції речовини взаємодіють у співвідношенні $1 : 1$ . Кількість речовини $L i_{2} C O_{3}$ дорівнює кількості $Ba (OH)_{2}$ ( $0, 03 моль$ ), тобто реагенти взяті строго у стехіометричному співвідношенні.

Теоретична маса осаду:
$M (BaC O_{3}) = 137 + 12 + 3 \cdot 16 = 197 г / моль$
$m (BaC O_{3}) = 0, 03 моль \cdot 197 \frac{г}{моль} = 5, 91 г$

Одержана на досліді маса осаду ( $5, 91 г$ ) збігається з теоретично обчисленою. Отже, твердження Софії правильне: обидва реагенти прореагували повністю.

• 3. Обчисліть масову частку літій гідроксиду в одержаному розчині.

Дано:

$m (р - ну L i_{2} C O_{3}) = 180 г$
$m (р - ну Ba (OH)_{2}) = 150 г$
$m (BaC O_{3}) = 5, 91 г$

Знайти:

$w (LiOH) - ?$

Розв’язання:

1) За рівнянням реакції обчислимо кількість речовини та масу утвореного літій гідроксиду:
$n (LiOH) = 2 \cdot n (L i_{2} C O_{3}) = 2 \cdot 0, 03 моль = 0, 06 моль$
$M (LiOH) = 7 + 16 + 1 = 24 г / моль$
$m (LiOH) = 0, 06 моль \cdot 24 \frac{г}{моль} = 1, 44 г$

2) Маса одержаного після відокремлення осаду розчину дорівнює:
$m (кінц . р - ну) = m (р - ну L i_{2} C O_{3}) + m (р - ну Ba (OH)_{2}) - m (BaC O_{3})$
$m (кінц . р - ну) = 180 г + 150 г - 5, 91 г = 324, 09 г$

3) Знаходимо масову частку $LiOH$ :
$w (LiOH) = \frac{m ( LiOH )}{m ( кінц . р - ну )} \cdot 100% = \frac{1 , 44 г}{324 , 09 г} \cdot 100% \approx 0, 444%$

Відповідь: $w (LiOH) \approx 0, 444%$ .

157. Для визначення залежності рН розчину від наявності речовин учні й учениці провели серію дослідів 1−5, під час яких до вмісту певної склянки додавали іншу речовину. Уміст склянок весь час ретельно перемішували й вимірювали значення рН рідин. Установіть відповідність між дослідами 1−5 і графіками зміни рН (А−Е), побудованими за результатами вимірювань. Поясніть свій вибір.

Дослід 1. До хлоридної кислоти об’ємом 50 мл із масовою часткою кислоти 10 % рівномірно додавали розчин калій гідроксиду.
Дослід 2. До свіжоодержаної дистильованої води об’ємом 100 мл рівномірно додавали розчин сульфатної кислоти.
Дослід 3. До свіжоодержаної дистильованої води об’ємом 90 мл додавали невеликими порціями твердий калій нітрат.
Дослід 4. До розчину барій гідроксиду об’ємом 75 мл рівномірно додавали розчин нітратної кислоти з масовою часткою 15 %.
Дослід 5. До свіжоодержаної дистильованої води об’ємом 50 мл додавали невеликими порціями твердий натрій гідроксид масою 0,04 г.

Відповідність між дослідами і графіками:

Дослід 1 — Б
Дослід 2 — А
Дослід 3 — Д
Дослід 4 — В
Дослід 5 — Е

Пояснення:

Дослід 1 (графік Б): Хлоридна кислота має початкове кисле середовище ( $pH < 7$ ). Додавання розчину лугу поступово зв’язує йони $H^{+}$ у молекули води, тому значення $pH$ зростає до 7 і далі переходить у лужну область ( $pH > 7$ ).
Дослід 2 (графік А): Дистильована вода має $pH = 7$ . Додавання розчину сульфатної кислоти збільшує концентрацію вільних йонів $H^{+}$ , тому показник $pH$ падає вниз у кислу зону.
Дослід 3 (графік Д): Калій нітрат є сіллю сильної основи та сильної кислоти і не зазнає гідролізу, тому водневий показник нейтральної дистильованої води не змінюється і залишається сталою прямою лінією ( $pH = 7$ ).
Дослід 4 (графік В): Барій гідроксид має високе значення $pH$ ( $pH > 7$ ). У процесі доливання нітратної кислоти луг нейтралізується, і крива прямує вниз крізь нейтральну точку ( $pH = 7$ ) у кислу зону ( $pH < 7$ ).
Дослід 5 (графік Е): Початкова вода має $pH = 7$ . Розчинення твердого лугу $NaOH$ створює в розчині надлишок гідроксид-іонів $O H^{-}$ , тому показник $pH$ зростає в лужну область.

158. Знайдіть інформацію, як реакції з утворенням осадів і зміною кольору застосовують у криміналістичній експертизі для розкриття злочинів. Наведіть приклад, коли хімічний аналіз допоміг розкрити злочин. Обговоріть, які знання з хімії необхідні для роботи криміналістів.

У криміналістичній експертизі якісні реакції слугують експрес-методами для виявлення невидимих речовин на місці події. Наприклад:

Залишки порохових газів і продуктів пострілу (нітрит-іони) виявляють за допомогою реактиву Ґрісса, з яким вони утворюють яскраве рожево-малинове забарвлення.
Приховані сліди крові знаходять завдяки реакції люмінолу з гідроген пероксидом, де йони Феруму з гемоглобіну слугують каталізатором і викликають синє світіння.
Сліди важких металів та отрут переводять у нерозчинні кольорові осади сульфідів чи йодидів.

Історичним прикладом є проба Марша під час судового процесу 1840 року у Франції у справі Марі Лафарж. Судовий медик і хімік Матьє Орфіла застосував хімічне відновлення сполук Арсену до чистого металу, який утворив на холодній порцеляні блискуче «арсенове дзеркало». Це беззаперечно довело факт смертельного отруєння миш’яком.

Для роботи сучасним судовим експертам необхідні знання з аналітичної хімії (якісний та кількісний аналіз, умови осадження та розчинення), хімії розчинів і комплексних сполук, органічної хімії (склад фарб, волокон, наркотичних та вибухових речовин), а також уміння застосовувати фізико-хімічні методи (хроматографію та спектроскопію).

§ 13. Реакції йонного обміну (Григорович)

Теги статті:

До уроку