В отличие от свойств кислот и оснований свойства солей зависят как от катиона металла, так и от аниона кислотного остатка. С какими свойствами солей вы познакомились при изучении свойств кислот и щелочей?
При изучении кислот и щелочей уже можно было заметить, что соли могут вступать в реакции обмена с кислотами, если образуется слабый электролит (например, вода или слабая кислота), с основаниями — если выпадает осадок или выделяется газ, а также между собой — при условии образования осадка, газа или слабого электролита. Кроме того, соли могут реагировать с металлами, если металл более активен, чем тот, который входит в состав соли.
Запишите молекулярное уравнение реакции между сульфатом магния и фосфатом щелочного металла.
Возьмём, например, фосфат натрия Na₃PO₄. Тогда реакция с сульфатом магния MgSO₄ будет протекать так: 3MgSO₄ + 2Na₃PO₄ → Mg₃(PO₄)₂↓ + 3Na₂SO₄. В результате образуется нерастворимый фосфат магния и растворимая соль — сульфат натрия.
Запишите молекулярные уравнения реакций, соответствующие двум последним ионным уравнениям.
Mg²⁺ + 2OH⁻ → Mg(OH)₂↓
Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ Тогда соответствующие им молекулярные уравнения будут:
MgCl₂ + 2NaOH → Mg(OH)₂↓ + 2NaCl
BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl.
1. Какие электролиты называют солями?
Электролитами называют вещества, которые в растворе или в расплаве диссоциируют на ионы и проводят электрический ток. К солям относятся ионные соединения, образованные катионами металлов или аммония и кислотными остатками, которые в воде полностью или частично диссоциируют на соответствующие ионы. Примеры обычных солей это хлорид натрия NaCl и сульфат калия K₂SO₄.
2. Охарактеризуйте химические свойства средних солей.
Средние соли проявляют свойства, типичные для ионных соединений. Они могут вступать в реакции обмена с другими растворимыми солями при образовании малорастворимого продукта, с кислотами при образовании слабого электролита или газа, с основаниями при образовании осадка или слабой кислоты, а также реагировать с активными металлами при соответствующих условиях. Поведение конкретной соли определяется свойствами её катиона и аниона.
3. Как диссоциируют кислые соли? Запишите уравнения диссоциации сульфата и ги дросульфата калия и уравнение реакции превращения кислой соли в среднюю.
Кислые соли частично диссоциируют на катионы и кислые анионы. Например гидросульфат калия диссоциирует так KHSO₄ ⇄ K⁺ + HSO₄⁻ и кислота сопряжённая с HSO₄⁻ далее частично диссоциирует HSO₄⁻ ⇄ H⁺ + SO₄²⁻. Для полной сульфатной соли диссоциация выглядит так K₂SO₄ ⇄ 2K⁺ + SO₄²⁻. Превращение кислой соли в среднюю происходит при взаимодействии с щёлочью или оксидом металла например KHSO₄ + KOH → K₂SO₄ + H₂O.
4. Запишите ионные и молекулярные уравнения получения сульфата магния с ис пользованием соединений разных классов (не менее пяти способов).
Молекулярное уравнение при взаимодействии металлического магния с серной кислотой Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂. Соответствующее сокращённое ионное уравнение Mg + 2H⁺ → Mg²⁺ + H₂. Молекулярное уравнение при взаимодействии оксида магния с серной кислотой MgO + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂O. Сокращённое ионное уравнение MgO + 2H⁺ → Mg²⁺ + H₂O. Молекулярное уравнение при взаимодействии гидроксида магния с серной кислотой Mg(OH)₂ + H₂SO₄ → MgSO₄ + 2H₂O. Ионное представление Mg(OH)₂ + 2H⁺ → Mg²⁺ + 2H₂O. Молекулярное уравнение при действии серной кислоты на карбонат магния MgCO₃ + H₂SO₄ → MgSO₄ + CO₂↑ + H₂O. Ионное уравнение CO₃²⁻ + 2H⁺ → CO₂↑ + H₂O вместе с ионом Mg²⁺. Молекулярное уравнение при действии серной кислоты на сульфид магния MgS + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂S↑. Ионное уравнение S²⁻ + 2H⁺ → H₂S↑ вместе с образованием Mg²⁺.
5. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следую щие превращения:
а) P → P2O5 → H3PO4 → Ca3(PO4)2 б) Zn → ZnCl2 → Zn(OH)2→ZnO - ZnSO4 → Zn(NO3)2 в) Na2o → NaOH → NaHCO3 → Na2CO3 → Na2SO4
Реакции с участием электролитов запишите также и в ионном виде.
а) P → P₂O₅ → H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ Четыре атома фосфора взаимодействуют с кислородом с образованием оксида 4P + 5O₂ → 2P₂O₅. Оксид фосфора гидролизуется с образованием ортофосфорной кислоты P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄. Ортофосфорная кислота при действии гидроксида кальция даёт среднюю соль и воду 2H₃PO₄ + 3Ca(OH)₂ → Ca₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O. Сокращённое ионное уравнение для образования осадка фосфата кальция выглядит так 2PO₄³⁻ + 3Ca²⁺ → Ca₃(PO₄)₂↓.
б) Zn → ZnCl₂ → Zn(OH)₂ → ZnO → ZnSO₄ → Zn(NO₃)₂ Цинк реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида и водорода Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂. Ионное представление взято как Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂. Хлорид цинка при действии щёлочи даёт гидроксид цинка в осадке ZnCl₂ + 2NaOH → Zn(OH)₂↓ + 2NaCl, а сокращённое ионное уравнение Zn²⁺ + 2OH⁻ → Zn(OH)₂↓. Гидроксид при прокаливании даёт оксид Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O. Оксид цинка взаимодействует с серной кислотой с образованием сульфата ZnO + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂O, и в ионной форме это ZnO + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂O. Сульфат цинка можно превратить в нитрат обменной реакцией с нитратом натрия или действием азотной кислоты; пример обмена с нитратом натрия ZnSO₄ + 2NaNO₃ → Zn(NO₃)₂ + Na₂SO₄, а ионно это Zn²⁺ + 2NO₃⁻ → Zn(NO₃)₂.
в) Na₂O → NaOH → NaHCO₃ → Na₂CO₃ → Na₂SO₄ Оксид натрия при взаимодействии с водой даёт гидроксид Na₂O + H₂O → 2NaOH. Гидроксид реагирует с углекислым газом с образованием гидрокарбоната NaOH + CO₂ → NaHCO₃. При нагревании гидрокарбонат даёт карбонат, углекислый газ и воду 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O. Карбонат натрия нейтрализуется серной кислотой с образованием сульфата натрия и выделением CO₂ и воды Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O. Ионно реакции с участием электролитов можно записать так например для образования гидрокарбоната OH⁻ + CO₂ → HCO₃⁻ и для разложения карбоната CO₃²⁻ + 2H⁺ → CO₂↑ + H₂O.
6. Сульфат бария используют в качестве контрастного вещества при рентгеноскопии желудочно-кишечного тракта, в качестве наполнителя при изготовлении бумаги и резины, как пигмент белой краски. Какая масса 20%-ных растворов сульфата натрия и хлорида бария потребуется для получения 93,2 кг сульфата бария?
Молярная масса BaSO₄ равна 233,387 г·моль⁻¹. Число молей продукта равно 93200 г разделить на 233,387 г·моль⁻¹ что даёт примерно 399,337 моль. По уравнению реакции на 1 моль BaSO₄ требуется 1 моль Na₂SO₄ и 1 моль BaCl₂. Молярные массы реагентов равны примерно 142,04 г·моль⁻¹ для Na₂SO₄ и 208,227 г·моль⁻¹ для BaCl₂. Следовательно масса чистого Na₂SO₄ необходимого количества составляет примерно 399,337·142,04 ≈ 56 722 г то есть 56,722 кг. Масса чистого BaCl₂ равна 399,337·208,227 ≈ 83 153 г то есть 83,153 кг. Поскольку растворы 20%-ные по массе, масса 20%-ного раствора вычисляется как масса вещества делённая на 0,20. Получаем для раствора сульфата натрия массу около 56,722/0,20 ≈ 283,61 кг и для раствора хлорида бария массу около 83,153/0,20 ≈ 415,76 кг.
7. Железную пластинку погрузили в раствор сульфата меди(П), в результате чего её масса увеличилась на 1,3 г. Рассчитайте массу меди, выделившейся на пластинке.
При вытеснении меди железом выполняется реакция обмена Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. При этом на пластинке выделяется медь а железо переходит в раствор. Измерено что масса пластинки увеличилась на 1,30 г. Обратите внимание что при одной реакции на каждый моль выделившейся меди растворяется один моль железа. Следовательно изменение массы пластинки равно массе осевшей меди минус массе извлечённого железа. Обозначим n количество молей осевшей меди тогда масса меди mCu = n·M(Cu) и масса растворившегося железа mFe = n·M(Fe). Нетто прирост массы пластинки равен n·(M(Cu) − M(Fe)) = 1,30 г. Подставляя молярные массы M(Cu) ≈ 63,546 г·моль⁻¹ и M(Fe) ≈ 55,845 г·моль⁻¹ находим n ≈ 1,30 / (63,546 − 55,845) ≈ 0,1688 моль. Масса выделившейся меди равна n·63,546 ≈ 10,73 г.