Глава II. Важнейшие представители неорганических веществ. Количественные отношения в химии. § 21. Вода. Основания — с. 93
§ 21. Примените свои знания.
3. Массовая доля металла M в основании, формула которого M(OH)₂, равна 80,1 %. Определите, что это за металл.
Дано: M(OH)₂; w(M) = 80,1 %.
Найти: металл M.
Решение: Молярная масса гидроксида M(OH)₂ равна M(M) + 2·17 = M(M) + 34 г/моль.
w(M) = M(M) / (M(M) + 34), то есть 0,801 = x / (x + 34).
0,801x + 0,801·34 = x; 27,23 = 0,199x; x = 27,23 / 0,199 ≈ 137 г/моль.
Молярную массу 137 г/моль имеет барий (Ar(Ba) = 137). Формула основания — Ba(OH)₂. Проверка: M(Ba(OH)₂) = 137 + 34 = 171; w(Ba) = 137 / 171 = 0,801 = 80,1 %.
Ответ: металл — барий.
Найти: металл M.
Решение: Молярная масса гидроксида M(OH)₂ равна M(M) + 2·17 = M(M) + 34 г/моль.
w(M) = M(M) / (M(M) + 34), то есть 0,801 = x / (x + 34).
0,801x + 0,801·34 = x; 27,23 = 0,199x; x = 27,23 / 0,199 ≈ 137 г/моль.
Молярную массу 137 г/моль имеет барий (Ar(Ba) = 137). Формула основания — Ba(OH)₂. Проверка: M(Ba(OH)₂) = 137 + 34 = 171; w(Ba) = 137 / 171 = 0,801 = 80,1 %.
Ответ: металл — барий.
§ 21. Примените свои знания.
4. Какое количество вещества составляют 390 г гидроксида кальция?
Дано: m(Ca(OH)₂) = 390 г.
Найти: n(Ca(OH)₂).
Решение: M(Ca(OH)₂) = 40 + 2·(16 + 1) = 74 г/моль.
n = m / M = 390 г / 74 г/моль ≈ 5,27 моль.
Ответ: n(Ca(OH)₂) ≈ 5,27 моль.
Найти: n(Ca(OH)₂).
Решение: M(Ca(OH)₂) = 40 + 2·(16 + 1) = 74 г/моль.
n = m / M = 390 г / 74 г/моль ≈ 5,27 моль.
Ответ: n(Ca(OH)₂) ≈ 5,27 моль.
§ 21. Примените свои знания.
5. Найдите массу 5 моль гидроксида железа(II) и массу 0,5 моль гидроксида железа(III).
Дано: n(Fe(OH)₂) = 5 моль; n(Fe(OH)₃) = 0,5 моль.
Найти: m(Fe(OH)₂); m(Fe(OH)₃).
Решение: M(Fe(OH)₂) = 56 + 2·17 = 90 г/моль; M(Fe(OH)₃) = 56 + 3·17 = 107 г/моль.
m = n · M.
m(Fe(OH)₂) = 5 моль · 90 г/моль = 450 г.
m(Fe(OH)₃) = 0,5 моль · 107 г/моль = 53,5 г.
Ответ: m(Fe(OH)₂) = 450 г; m(Fe(OH)₃) = 53,5 г.
Найти: m(Fe(OH)₂); m(Fe(OH)₃).
Решение: M(Fe(OH)₂) = 56 + 2·17 = 90 г/моль; M(Fe(OH)₃) = 56 + 3·17 = 107 г/моль.
m = n · M.
m(Fe(OH)₂) = 5 моль · 90 г/моль = 450 г.
m(Fe(OH)₃) = 0,5 моль · 107 г/моль = 53,5 г.
Ответ: m(Fe(OH)₂) = 450 г; m(Fe(OH)₃) = 53,5 г.
§ 21. Примените свои знания.
6. Запишите уравнения реакций, характеризующих получение гидроксида калия, по следующим схемам:
а) K₂O + H₂O → …
б) K + H₂O → … + …
Укажите тип реакций по признаку «число и состав исходных веществ и продуктов реакции», а также названия соединений.
а) K₂O + H₂O → …
б) K + H₂O → … + …
Укажите тип реакций по признаку «число и состав исходных веществ и продуктов реакции», а также названия соединений.
а) K₂O + H₂O = 2KOH
Оксид калия реагирует с водой, образуя гидроксид калия (щёлочь). Из двух сложных веществ получается одно сложное — это реакция соединения. Названия: K₂O — оксид калия, H₂O — вода (оксид водорода), KOH — гидроксид калия.
б) 2K + 2H₂O = 2KOH + H₂↑
Калий вытесняет водород из воды; выделяется газ водород, раствор становится щелочным. Из простого и сложного веществ образуются новые простое и сложное — это реакция замещения. Названия: K — калий, H₂O — вода, KOH — гидроксид калия, H₂ — водород.
Баланс: слева K 2, H 4, O 2; справа K 2, O 2, H 2 + 2 = 4.
Оксид калия реагирует с водой, образуя гидроксид калия (щёлочь). Из двух сложных веществ получается одно сложное — это реакция соединения. Названия: K₂O — оксид калия, H₂O — вода (оксид водорода), KOH — гидроксид калия.
б) 2K + 2H₂O = 2KOH + H₂↑
Калий вытесняет водород из воды; выделяется газ водород, раствор становится щелочным. Из простого и сложного веществ образуются новые простое и сложное — это реакция замещения. Названия: K — калий, H₂O — вода, KOH — гидроксид калия, H₂ — водород.
Баланс: слева K 2, H 4, O 2; справа K 2, O 2, H 2 + 2 = 4.
§ 21. Используйте дополнительную информацию.
7. Подготовьте сообщение о получении и применении одной из щелочей. Аргументируйте выбор щёлочи.
Выбираю гидроксид натрия NaOH (едкий натр), так как это одна из важнейших щелочей, которую производят в больших масштабах.
Получение. В промышленности NaOH получают электролизом водного раствора хлорида натрия: 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑ (электролиз). В лаборатории — реакцией натрия или его оксида с водой: 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑; Na₂O + H₂O = 2NaOH.
Свойства. Это твёрдое белое гигроскопичное вещество, хорошо растворимое в воде с выделением большого количества теплоты. Раствор мылкий на ощупь, разъедает кожу, ткани, бумагу, поэтому NaOH называют едким натром, и работать с ним надо в перчатках и очках.
Применение. Гидроксид натрия необходим для производства мыла и моющих средств, бумаги и картона, искусственных волокон (вискозы), для очистки нефтепродуктов, в производстве алюминия, красителей, биодизеля, для прочистки труб.
Аргументы выбора: широчайшее применение, доступное сырьё (поваренная соль), крупнотоннажное производство. Вывод: щёлочи — важные продукты химической промышленности, но обращаться с ними нужно очень осторожно.
Получение. В промышленности NaOH получают электролизом водного раствора хлорида натрия: 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑ (электролиз). В лаборатории — реакцией натрия или его оксида с водой: 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑; Na₂O + H₂O = 2NaOH.
Свойства. Это твёрдое белое гигроскопичное вещество, хорошо растворимое в воде с выделением большого количества теплоты. Раствор мылкий на ощупь, разъедает кожу, ткани, бумагу, поэтому NaOH называют едким натром, и работать с ним надо в перчатках и очках.
Применение. Гидроксид натрия необходим для производства мыла и моющих средств, бумаги и картона, искусственных волокон (вискозы), для очистки нефтепродуктов, в производстве алюминия, красителей, биодизеля, для прочистки труб.
Аргументы выбора: широчайшее применение, доступное сырьё (поваренная соль), крупнотоннажное производство. Вывод: щёлочи — важные продукты химической промышленности, но обращаться с ними нужно очень осторожно.
§ 22. Лабораторный опыт 16. Ознакомьтесь с тремя препаратами домашней или школьной (кабинета химии) аптечки: растворами пероксида водорода, спиртовой настойки иода и нашатырного спирта (рис. 64). К каким типам смесей веществ относятся эти препараты? [на рисунке: три аптечных флакона с этикетками «Йод», «Перекись», «Аммиак»]
Ход опыта. Рассмотрели флаконы, прочитали этикетки: 3 %-ный раствор пероксида водорода H₂O₂ (перекись), 5 %-ная спиртовая настойка иода I₂, 10 %-ный раствор аммиака NH₃ в воде (нашатырный спирт).
Наблюдения: все три препарата — прозрачные однородные жидкости; в них не видно частиц и нет осадка, при хранении они не расслаиваются. Перекись водорода бесцветна и без запаха, настойка иода тёмно-бурая со спиртовым запахом, нашатырный спирт бесцветен с резким запахом аммиака.
Вывод: эти препараты — однородные, или гомогенные, смеси веществ, то есть растворы. В них невооружённым глазом нельзя различить компоненты. Это не суспензии и не эмульсии, которые относятся к неоднородным (гетерогенным) смесям.
Наблюдения: все три препарата — прозрачные однородные жидкости; в них не видно частиц и нет осадка, при хранении они не расслаиваются. Перекись водорода бесцветна и без запаха, настойка иода тёмно-бурая со спиртовым запахом, нашатырный спирт бесцветен с резким запахом аммиака.
Вывод: эти препараты — однородные, или гомогенные, смеси веществ, то есть растворы. В них невооружённым глазом нельзя различить компоненты. Это не суспензии и не эмульсии, которые относятся к неоднородным (гетерогенным) смесям.
§ 22. Подумайте. Компонент, которого в препаратах больше, называют растворителем. Как вы думаете, какие два растворителя используются для приготовления данных препаратов?
Компонент, которого в препаратах меньше, называют растворённым веществом. Как вы думаете, в каких агрегатных состояниях находились взятые для приготовления данных растворов вещества?
Растворители. Для приготовления данных препаратов используют два растворителя: воду (раствор пероксида водорода и нашатырный спирт — раствор аммиака в воде) и этиловый спирт (настойка иода).
Агрегатные состояния растворённых веществ: иод I₂ — твёрдое вещество (тёмно-фиолетовые кристаллы); пероксид водорода H₂O₂ — жидкость; аммиак NH₃ — газ. Таким образом, в растворах могут быть растворены вещества во всех трёх агрегатных состояниях.
Агрегатные состояния растворённых веществ: иод I₂ — твёрдое вещество (тёмно-фиолетовые кристаллы); пероксид водорода H₂O₂ — жидкость; аммиак NH₃ — газ. Таким образом, в растворах могут быть растворены вещества во всех трёх агрегатных состояниях.