Глава II. Химические реакции в растворах. § 8. Химические свойства солей как электролитов — с. 48
§ 8. Лабораторный опыт 31. Поместите в пробирку канцелярскую скрепку. Прилейте в пробирку раствор сульфата меди(II) так, чтобы скрепка полностью находилась в растворе. Через некоторое время вы сможете отметить признак протекающей реакции. Какие изменения вы наблюдаете?
Наблюдения: через некоторое время железная (стальная) скрепка покрывается красноватым налётом — выделяется металлическая медь; голубая окраска раствора сульфата меди(II) постепенно ослабевает, раствор становится бледно-зелёным из-за образования ионов Fe²⁺.
Уравнения реакции:
Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu↓
Fe⁰ + Cu²⁺ + SO₄²⁻ = Fe²⁺ + SO₄²⁻ + Cu⁰↓
Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu↓
Электронный баланс: Fe⁰ − 2ē → Fe²⁺ (восстановитель, окисляется); Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰ (окислитель, восстанавливается).
Вывод: железо стоит в электрохимическом ряду напряжений левее меди, поэтому вытесняет медь из раствора её соли. Реакция происходит, так как исходная соль CuSO₄ и образующаяся соль FeSO₄ растворимы.
Уравнения реакции:
Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu↓
Fe⁰ + Cu²⁺ + SO₄²⁻ = Fe²⁺ + SO₄²⁻ + Cu⁰↓
Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu↓
Электронный баланс: Fe⁰ − 2ē → Fe²⁺ (восстановитель, окисляется); Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰ (окислитель, восстанавливается).
Вывод: железо стоит в электрохимическом ряду напряжений левее меди, поэтому вытесняет медь из раствора её соли. Реакция происходит, так как исходная соль CuSO₄ и образующаяся соль FeSO₄ растворимы.
§ 8. Проверьте свои знания.
1. Какие электролиты называют солями?
1. Какие электролиты называют солями?
Солями называют электролиты, которые при диссоциации в водных растворах образуют катионы металла (или аммония NH₄⁺) и анионы кислотных остатков. Например: Na₂SO₄ = 2Na⁺ + SO₄²⁻; NH₄Cl = NH₄⁺ + Cl⁻.
§ 8. Проверьте свои знания.
2. Охарактеризуйте химические свойства средних солей.
Средние соли — сильные электролиты, их свойства определяются ионами, на которые они диссоциируют в растворе. Они вступают в реакции обмена и замещения (реакции идут, если образуется осадок, газ или слабый электролит, а в случае металлов — если выполняется правило ряда напряжений):
1) Соль + кислота → новая соль + новая кислота: CaCO₃ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂↑; сокращённо CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + H₂O + CO₂↑.
2) Соль + щёлочь → новая соль + новое основание: Fe₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Fe(OH)₃↓ + 3Na₂SO₄; Fe³⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓.
3) Соль₁ + соль₂ → соль₃ + соль₄ (растворы): MgSO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + MgCl₂; Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓.
4) Соль + металл → другая соль + другой металл: металл должен стоять в ряду напряжений левее металла соли, обе соли растворимы; щелочные и щёлочноземельные металлы для этого не используют, так как они реагируют с водой: Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu↓; Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu↓.
1) Соль + кислота → новая соль + новая кислота: CaCO₃ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂↑; сокращённо CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + H₂O + CO₂↑.
2) Соль + щёлочь → новая соль + новое основание: Fe₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Fe(OH)₃↓ + 3Na₂SO₄; Fe³⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓.
3) Соль₁ + соль₂ → соль₃ + соль₄ (растворы): MgSO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + MgCl₂; Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓.
4) Соль + металл → другая соль + другой металл: металл должен стоять в ряду напряжений левее металла соли, обе соли растворимы; щелочные и щёлочноземельные металлы для этого не используют, так как они реагируют с водой: Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu↓; Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu↓.
§ 8. Проверьте свои знания.
3. Как диссоциируют кислые соли?
Запишите уравнения диссоциации сульфата и гидросульфата калия и уравнение реакции превращения кислой соли в среднюю.
Кислые соли диссоциируют ступенчато: сначала на катионы металла и анионы кислотного остатка, содержащего водород (первая ступень, практически полная), а затем анион частично отщепляет катион водорода (вторая ступень, обратимая).
Сульфат калия (средняя соль): K₂SO₄ = 2K⁺ + SO₄²⁻.
Гидросульфат калия (кислая соль):
KHSO₄ = K⁺ + HSO₄⁻
HSO₄⁻ ⇄ H⁺ + SO₄²⁻
Превращение кислой соли в среднюю — нейтрализация катионов водорода щёлочью:
KHSO₄ + KOH = K₂SO₄ + H₂O
K⁺ + HSO₄⁻ + K⁺ + OH⁻ = 2K⁺ + SO₄²⁻ + H₂O
HSO₄⁻ + OH⁻ = SO₄²⁻ + H₂O
Сульфат калия (средняя соль): K₂SO₄ = 2K⁺ + SO₄²⁻.
Гидросульфат калия (кислая соль):
KHSO₄ = K⁺ + HSO₄⁻
HSO₄⁻ ⇄ H⁺ + SO₄²⁻
Превращение кислой соли в среднюю — нейтрализация катионов водорода щёлочью:
KHSO₄ + KOH = K₂SO₄ + H₂O
K⁺ + HSO₄⁻ + K⁺ + OH⁻ = 2K⁺ + SO₄²⁻ + H₂O
HSO₄⁻ + OH⁻ = SO₄²⁻ + H₂O
§ 8. Примените свои знания.
4. Запишите ионные и молекулярные уравнения получения сульфата магния с использованием соединений разных классов (не менее пяти способов).
Сульфат магния MgSO₄ растворим, поэтому в ионных уравнениях его записываем в виде ионов Mg²⁺ и SO₄²⁻.
1) Металл + кислота: Mg + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂↑
Mg + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂↑
2) Основный оксид + кислота: MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O
MgO + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂O
3) Нерастворимое основание + кислота: Mg(OH)₂ + H₂SO₄ = MgSO₄ + 2H₂O
Mg(OH)₂ + 2H⁺ = Mg²⁺ + 2H₂O
4) Соль более слабой (летучей) кислоты + кислота: MgCO₃ + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O + CO₂↑
MgCO₃ + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂O + CO₂↑
5) Металл + растворимая соль менее активного металла: Mg + CuSO₄ = MgSO₄ + Cu↓
Mg + Cu²⁺ = Mg²⁺ + Cu↓
6) Основный оксид + кислотный оксид: MgO + SO₃ = MgSO₄ (ионного уравнения нет — реакция не в растворе).
7) Растворимая соль магния + соль, дающая осадок: MgCl₂ + Ag₂SO₄ = MgSO₄ + 2AgCl↓; 2Ag⁺ + 2Cl⁻ = 2AgCl↓, т. е. Ag⁺ + Cl⁻ = AgCl↓ (сульфат серебра малорастворим, поэтому способ менее удобен).
1) Металл + кислота: Mg + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂↑
Mg + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂↑
2) Основный оксид + кислота: MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O
MgO + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂O
3) Нерастворимое основание + кислота: Mg(OH)₂ + H₂SO₄ = MgSO₄ + 2H₂O
Mg(OH)₂ + 2H⁺ = Mg²⁺ + 2H₂O
4) Соль более слабой (летучей) кислоты + кислота: MgCO₃ + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O + CO₂↑
MgCO₃ + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂O + CO₂↑
5) Металл + растворимая соль менее активного металла: Mg + CuSO₄ = MgSO₄ + Cu↓
Mg + Cu²⁺ = Mg²⁺ + Cu↓
6) Основный оксид + кислотный оксид: MgO + SO₃ = MgSO₄ (ионного уравнения нет — реакция не в растворе).
7) Растворимая соль магния + соль, дающая осадок: MgCl₂ + Ag₂SO₄ = MgSO₄ + 2AgCl↓; 2Ag⁺ + 2Cl⁻ = 2AgCl↓, т. е. Ag⁺ + Cl⁻ = AgCl↓ (сульфат серебра малорастворим, поэтому способ менее удобен).
§ 8. Примените свои знания.
5. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие 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
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
1) 4P + 5O₂ = 2P₂O₅ (горение, t)
2) P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄ (при нагревании). Ионного уравнения нет: оксид — неэлектролит, а H₃PO₄ — слабая кислота, записывается молекулой.
3) 2H₃PO₄ + 3Ca(OH)₂ = Ca₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O
2H₃PO₄ + 3Ca²⁺ + 6OH⁻ = Ca₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O (известковая вода — раствор сильного электролита). б) Zn → ZnCl₂ → Zn(OH)₂ → ZnO → ZnSO₄ → Zn(NO₃)₂
1) Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑; Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂↑ (ОВР: Zn⁰ − 2ē → Zn²⁺ — восстановитель; 2H⁺ + 2ē → H₂⁰ — окислитель).
2) ZnCl₂ + 2NaOH = Zn(OH)₂↓ + 2NaCl; Zn²⁺ + 2OH⁻ = Zn(OH)₂↓ (щёлочь берут без избытка, так как гидроксид цинка амфотерен).
3) Zn(OH)₂ = ZnO + H₂O (t)
4) ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O; ZnO + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂O.
5) ZnSO₄ + Ba(NO₃)₂ = BaSO₄↓ + Zn(NO₃)₂; Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓. в) Na₂O → NaOH → NaHCO₃ → Na₂CO₃ → Na₂SO₄
1) Na₂O + H₂O = 2NaOH (в ионной форме образуются ионы: Na₂O + H₂O = 2Na⁺ + 2OH⁻).
2) NaOH + CO₂ = NaHCO₃ (избыток CO₂); OH⁻ + CO₂ = HCO₃⁻.
3) NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O; HCO₃⁻ + OH⁻ = CO₃²⁻ + H₂O.
4) Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑; CO₃²⁻ + 2H⁺ = H₂O + CO₂↑.
1) 4P + 5O₂ = 2P₂O₅ (горение, t)
2) P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄ (при нагревании). Ионного уравнения нет: оксид — неэлектролит, а H₃PO₄ — слабая кислота, записывается молекулой.
3) 2H₃PO₄ + 3Ca(OH)₂ = Ca₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O
2H₃PO₄ + 3Ca²⁺ + 6OH⁻ = Ca₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O (известковая вода — раствор сильного электролита). б) Zn → ZnCl₂ → Zn(OH)₂ → ZnO → ZnSO₄ → Zn(NO₃)₂
1) Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑; Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂↑ (ОВР: Zn⁰ − 2ē → Zn²⁺ — восстановитель; 2H⁺ + 2ē → H₂⁰ — окислитель).
2) ZnCl₂ + 2NaOH = Zn(OH)₂↓ + 2NaCl; Zn²⁺ + 2OH⁻ = Zn(OH)₂↓ (щёлочь берут без избытка, так как гидроксид цинка амфотерен).
3) Zn(OH)₂ = ZnO + H₂O (t)
4) ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O; ZnO + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂O.
5) ZnSO₄ + Ba(NO₃)₂ = BaSO₄↓ + Zn(NO₃)₂; Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓. в) Na₂O → NaOH → NaHCO₃ → Na₂CO₃ → Na₂SO₄
1) Na₂O + H₂O = 2NaOH (в ионной форме образуются ионы: Na₂O + H₂O = 2Na⁺ + 2OH⁻).
2) NaOH + CO₂ = NaHCO₃ (избыток CO₂); OH⁻ + CO₂ = HCO₃⁻.
3) NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O; HCO₃⁻ + OH⁻ = CO₃²⁻ + H₂O.
4) Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑; CO₃²⁻ + 2H⁺ = H₂O + CO₂↑.