Підручники з Хімії / Хімія 9 клас / Савчин Хімія 9 клас. 2022

§ 12. Реакції обміну між електролітами в розчинах ...

Суть цієї реакції полягає у взаємодії йонів Ag+ і I– з утворенням недисоційованої сполуки AgI, що випала в осад.

Скорочене йонне рівняння записуємо так: Ag+ + I– = AgI↓.

жовтий осад

отже, другий випадок, коли реакції обміну в розчинах електролітів від­ буваються, — це утворення нерозчинної речовини, яка випадає в осад.

Виконаємо демонстраційний дослід 3.

Д о с л і д 3. Взаємодія калій сульфіту з хлоридною кислотою. У про­ бірку з розчином калій сульфіту доллємо хлоридну кислоту. Під час реак­ ції утворюються бульбашки, що свідчить про виділення газу (рис. 39).

Складемо рівняння реакції:

K2SO3 + 2HCl = 2KCl + H2SO3.

Вам уже відомо, що сульфітна кислота є нестійкою, вона розпада­ ється на сульфур(ІV) оксид і воду. тому рівняння реакції можна подати інакше:

K2SO3 + 2HCl = 2KCl + SO2↑+ H2O.

Йонні рівняння в повній та скороченій формах запишемо так:

2К+ + SO 2–3 + 2H+ + 2Cl– = 2К+ + 2Cl– + SO ↑+ H2O; 2H+ + SO = SO2↑ + H232–O.

отже, реакція обміну відбулася між катіо­ нами Гідрогену й сульфіт­аніонами, унаслідок

чого утворилися молекули сульфур(ІV) оксиду та води.

Утворення і виділення газу свідчить про те, що реакція йонного обміну в розчинах електро­ літів відбулася. Це третій випадок, коли реакції в розчинах електролітів відбуваються.

Підсумовуючи результати демонстраційних дослідів, робимо висновок, що основною умовою реакцій обміну є наявність у розчинах катіонів та

аніонів, які реагують між собою. реакції відбуваються у випадках, коли:

1)утворюється речовина, що є слабким електролітом;

2)утворюється нерозчинний або малорозчинний продукт реакції, який випадає в осад;

3)утворюється і виділяється газ.

Складіть самостійно три рівняння реакцій йонного обміну між електролітами в розчині, коли задовольняються окремо всі три умови.

Щоб набути досвід дослідницької роботи, виконаємо лабораторні досліди 4, 5, 6.

61

Тема 1. Розчини

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД 4

РЕАКцІЇ  ОБМІНУ  МІЖ  ЕЛЕКТРОЛІТАМИ  У  ВОДНИХ  РОЗЧИНАХ,  щО  СУПРОВОДЖУюТЬСЯ ВИПАДАННЯМ ОСАДУ

Повторіть­правила­безпеки­під­час­роботи­з­речовинами,­лабораторним­посудом­і­приладдям­та­суворо­дотримуйтеся­їх.­Пригадайте­ умову­та­три­випадки­перебігу­реакцій­йонного­обміну.

З а в д а н н я. Здійсніть і дослідіть реакції йонного обміну, що відбува­ ються у водних розчинах між: а) двома солями; б) сіллю та кислотою; в) сіллю та лугом.

До с л і д 1. Налийте в пробірку розчин барій хлориду об’ємом 1,5–2 мл і долийте такий самий об’єм розчину натрій силікату. Що спостері­ гаєте? Складіть молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реак­ цій. Зробіть висновки з ваших спостережень.

До с л і д 2. Налийте в пробірку розчин натрій силікату об’ємом 1,5–2 мл і долийте такий самий об’єм хлоридної кислоти. Що спостері­ гаєте? Складіть молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реак­ цій. Зробіть висновки з ваших спостережень.

До с л і д 3. Налийте в пробірку розчин купрум(ІІ) сульфату об’ємом 1,5–2 мл і долийте такий самий об’єм розчину натрій гідроксиду. Що спостерігаєте? Складіть молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реакцій. Зробіть висновки з ваших спостережень.

Запишіть результати досліджень у таблицю в зошиті. Сформулюйте загальний висновок.

Загальний висновок: _________________________________

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД 5

РЕАКцІЇ  ОБМІНУ  МІЖ  ЕЛЕКТРОЛІТАМИ  У  ВОДНИХ  РОЗЧИНАХ,  щО  СУПРОВОДЖУюТЬСЯ ВИДІЛЕННЯМ ГАЗУ

Дотримуйтеся­ правил­ безпеки­ так­ само,­ як­ під­ час­ виконання­ лабораторного­досліду­2.

З а в д а н н я. Здійсніть і дослідіть реакції йонного обміну, що відбува­ ються у водних розчинах між сіллю та кислотою, якщо: а) сіль у розчині; б) сіль у твердому стані.

Д о с л і д 1. Налийте в пробірку розчин натрій (калій) карбонату об’ємом 2–2,5 мл та долийте (обережно!) розчин сульфатної кислоти. Що спостерігаєте? Складіть молекулярні, повні та скорочені йонні рів­ няння реакцій. Зробіть висновки з ваших спостережень.

62

§12. Реакції обміну між електролітами в розчинах ...

До с л і д 2. Покладітьупробіркуподрібненийкальційкарбонат(крейду)

ідолийте розчин нітратної кислоти. Що спостерігаєте? Складіть йонно­ молекулярні рівняння реакцій. Зробіть висновки з ваших спостережень.

Зверніть­ увагу,­ що­ речовина­ взаємодіє­ в­ нерозчиненому­ стані,­ а­ отже,­не­дисоціює­на­йони.

Запишіть результати досліджень у таблицю в зошиті. Сформулюйте загальний висновок.

АБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД 6

ЕАКцІЇ  ОБМІНУ  МІЖ  ЕЛЕКТРОЛІТАМИ  У  ВОДНИХ  РОЗЧИНАХ,  щО  СУПРОВОДЖУюТЬСЯ УТВОРЕННЯМ ВОДИ

З а в д а н н я. Здійсніть і дослідіть реакції йонного обміну, що відбу­ ваються між основою та кислотою, якщо: а) основа розчинна у воді; б) основа нерозчинна.

До с л і д 1. Налийте в пробірку розчин калій (натрій) гідроксиду об’ємом 1,5–2 мл і додайте кілька крапель фенолфталеїну. Долийте (обережно!) розчин сульфатної кислоти. Що спостерігаєте? Складіть молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реакцій. Зробіть висно­ вки з ваших спостережень.

До с л і д 2. Налийте в пробірку розчини солі Купруму(ІІ) та лугу об’ємом по 1,5–2 мл. Унаслідок взаємодії цих речовин утворюється нерозчинна основа купрум(ІІ) гідроксид, яка випадає в осад. Долийте до цього осаду хлоридну кислоту. Що спостерігаєте? Складіть йонно­моле­ кулярні рівняння реакцій. Зробіть висновки з ваших спостережень.

Зверніть­увагу,­що­речовина,­яка­реагує,­є­нерозчинною,­а­отже,­ дисоціює­на­йони.

Запишіть результати досліджень у таблицю в зошиті. Сформулюйте загальний висновок.

йонно-молекулярні рівняння ХімічниХ реакцій. Проаналізувавши записи

рівнянь реакцій, можна зробити висновок, що під час реакцій йонного обміну між розчинами електролітів утворюються недисоційовані речо­ вини та йони. рівняння реакцій записуємо за допомогою формули, що вказує на склад формульної одиниці. але традиційно їх називають молекулами. Сформулюємо відповідне визначення йонно­молекуляр­

рівняння хімічних реакцій, які містять не тільки йони, а й фор­ мули сполук, називають йонно-молекулярними.

в молекулярній формі, належать до йонно­молекулярних рівнянь.

63

Тема 1. Розчини

За йонно­молекулярними рівняннями реакцій можна складати моле­ кулярні рівняння. Наприклад, маємо скорочене йонно­молекулярне рівняння реакції H+ + OH– = Н2о. Як вам уже відомо, воно відповідає реакції нейтралізації. Узявши два сильні електроліти — кислоту й луг, отримаємо молекулярне рівняння відповідної реакції, наприклад:

Н2SO4 + 2КоН = K2SO4 + 2H2O.

так само можна записувати молекулярні рівняння реакцій, що від­ буваються з утворенням нерозчинної речовини чи газу. Для запису таких рівнянь важливо вміти користуватися таблицею розчинності кислот, основ, амфотерних гідроксидів і солей у воді (див. додаток 1).

Складіть самостійно молекулярні рівняння реакції на основі йонно-молекулярних:

а) Са2+ + СО32–= СаСО3↓; б) 2Н+ + СО32–= СО2↑+ Н2О.

розглянемо ще один випадок реакції обміну. Візьмемо, наприклад, розчин кальцій нітрату й доллємо до нього розчин натрій хлориду. Запишемо молекулярне рівняння реакції:

Ca(NO3)2 + 2NaCl = CaCl2 + 2NaNO3. З’ясуємо, які йони містяться в розчині до й після реакції:

Са2+ + 2NO3–+ 2Na+ + 2Cl– ≠ Са2+ + 2Cl– + 2Na+ + 2NO–3 .

Із йонного рівняння бачимо, що взаємодії між йонами не відбулося, а отже, і реакція йонного обміну теж не відбулася. У цьому випадку знак «=» перекреслюють.

реакції йонного обміну є біологічно важливими для існування живих організмів. Вони повсякчас відбуваються в рослинних і тваринних клітинах і в організмі людини. За їхньою участю підтримується клітинний потенціал, який проводить нервові імпульси й відіграє важливу роль у регуляції нерво­ вої системи. Крім того, реакції йонного обміну беруть участь в обміні речо­ вин, порушення якого призводить до різних захворювань.

Як приклад, розглянемо порушення норми йонів Гідрогену в шлунко­ вому соку людини. Зі зменшенням кількості цих йонів виникає знижена кислотність, що не сприяє нормальному перетравленню їжі. Зі збільшен­ ням кількості йонів Гідрогену кислотність підвищується, що призводить до гастриту та виразки шлунка.

ПІДСУ­МО­ ВУ­ Є­ МО­ ­­ВИВЧЕНЕ

•Реакції обміну, що відбуваються в розчинах електролітів, називають йонними,  а записи рівнянь реакцій — йонними рівняннями хімічних реакцій.

•Основною умовою реакцій йонного обміну є наявність у розчинах йонів, здатних взаємодіяти між собою.

•Реакції йонного обміну відбуваються, якщо: 1) утворюються малодисоційовані речовини (вода); 2) утворюється нерозчинна речовина, яка випадає в осад; 3) утворюється і виділяється газ.

•Рівняння хімічних реакцій, які містять не тільки йони, а й формули сполук, називають йонно-молекулярними.

64

§ 12. Реакції обміну між електролітами в розчинах ...

•Реакції йонного обміну виконують біологічно важливі функції в організмах людини, рослин і тварин.

ЗАВДАН­ НЯ­ ­ДЛЯ­САМОКОНТРО­ ЛЮ­

.Визначте, між якими попарно взятими речовинами реакції йонного обміну від-

будуться: а) ZnCl2 i AgNO3; б) KCl i HNO3; в) FeCl3 i NaOH; г) Al(NO3)3 i NaBr; ґ) K2SO4 i Ba(OH)2; д) Na2CO3 i HCl.

2.Складіть рівняння реакцій між електролітами в розчині в молекулярній, повній

3.  Складіть молекулярні рівняння, що відповідають поданим йонно-молекуляр- ним: а) Zn2+ + S2– = ZnS↓; б) Fe2+ + 2OH– = Fe(OH)2 ↓; в) H+ + OH– = Н2О; г) MgCO3 +

+ 2H+ = Mg2+ + CO2↑+ H2O; ґ) Ca2+ + CO23–= CaCO3↓; д) 2H+ + S2– = H2S↑; е) Al(OH)3 + + 3H+ = Al3+ + 3H2O.

4.  Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій між попарно взятими речовинами:

а) сульфатна кислота й барій гідроксид; б) калій гідроксид і ферум(ІІІ) хлорид; в) натрій сульфіт і хлоридна кислота;

г) купрум(ІІ) гідроксид і нітратна кислота; ґ) барій нітрат і натрій сульфат; д) кальцій карбонат і сульфатна кислота.

5.Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій за поданими

схемами. Назвіть речовини або йони, подані кольоровими літерами (А, Б+, В–): а) А + 2H+ → Cr2+ + 2H2O; б) SO32–+ 2Б+ → SO2↑ + H2O; в) Zn2+ + 2B– → Zn(OH2)↓.

РАКТИЧНА РОБОТА 1

ЕАКцІЇ ЙОННОГО ОБМІНУ МІЖ ЕЛЕКТРОЛІТАМИ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ

Виконавши цю практичну роботу, ви зможете:

•закріпити вміння й набути навички самостійно виконувати досліди, що підтверджують реакції йонного обміну між електролітами у вод­ них розчинах;

•спостерігати ознаки перебігу хімічних реакцій між електролітами у водних розчинах;

•набути практичні вміння роботи з речовинами й обладнанням;

•робити висновки про набуті вміння й навички.

Повторіть­правила­безпеки­під­час­роботи­з­речовинами,­лаборатор- ­посудом­і­приладдям­та­суворо­дотримуйтеся­їх.

Мета­роботи: закріпити на практиці знання про реакції йонного обміну між електролітами в розчинах; набути вміння самостійно вико­ нувати запропоновані завдання, робити відповідні висновки.

Варіанти практичної роботи (І–ІІІ) подані за підвищенням склад­ ності завдань і відповідають різним рівням навчальних досягнень учнів.

65

Тема 1. Розчини

І варіант

1.­Здійсніть реакції йонного обміну між попарно взятими електролі­ тами в розчинах. Укажіть ознаки, які свідчать, що реакції відбулися між: а) натрій карбонатом і нітратною кислотою; б) барій хлоридом і калій сульфатом; в) натрій гідроксидом і сульфатною кислотою. Складіть молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реакцій.

2. одержіть нерозчинну основу реакцією обміну, нейтралізуйте її хлоридною кислотою. Складіть рівняння реакцій у молекулярній та йонно­молекулярній формах.

ІІ варіант

1.­Здійсніть реакції йонного обміну між попарно взятими електролі­ тами в розчинах. Укажіть ознаки, які свідчать, що реакції відбулися між: а) калій сульфітом і хлоридною кислотою; б) купрум(ІІ) сульфа­ том і натрій гідроксидом; в) калій гідроксидом і сульфатною кислотою. Складіть молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реакцій.

2.одержіть нерозчинну основу реакцією обміну, нейтралізуйте її сульфатною кислотою. Складіть рівняння реакцій у молекулярній та йонно­молекулярній формах.

3.Здійсніть реакції, що відповідають йонно­молекулярним рівнян­

ням: а) Mg2+ + CO23– = MgCO3↓; б) Ва2+ + SiO23– = ВаSiO3↓. Складіть моле­ кулярні рівняння реакцій.

ІІІ варіант

1.Здійсніть реакції йонного обміну між попарно взятими електролі­ тами в розчинах. Укажіть ознаки, які свідчать, що реакції відбулися між: а) калій карбонатом і хлоридною кислотою; б) натрій сульфідом і сульфатною кислотою; в) алюміній сульфатом і натрій гідроксидом; г) магній гідроксидом і сульфатною кислотою; ґ) кислотою та лугом. Складіть молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реакцій.

2.одержіть нерозчинну основу реакцією обміну, нейтралізуйте її сульфатною кислотою. Складіть рівняння реакцій у молекулярній та йонно­молекулярній формах.

кулярні рівняння реакцій. Назвіть частинки, подані кольоровими літе­ рами (а2+, В).

Запишіть результати досліджень у таблицю в зошиті (див. зразок таблиці на с. 62). Сформулюйте загальний висновок.

Сформулюйте висновок про те, які практичні вміння ви набули в процесі виконання практичної роботи. Зазначте, яке значення вони мають особисто для вас.

66

§ 13. Розв’язування задач за рівняннями реакцій...

§  13.­РОЗВ’ЯЗУВАННЯ­­ЗАДАЧ­­ЗА­­РІВНЯННЯМИ­­­ РЕАКЦІЙ­­З­­ВИКОРИСТАННЯМ­­РОЗЧИНІВ­­ІЗ­­ПЕВНОю­ МАСОВОю­­ЧАСТКОю­­РОЗЧИНЕНОї­­РЕЧОВИНИ

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

•розв’язувати задачі за рівняннями реакцій з використанням розчинів з певною масовою часткою розчиненої речовини;

•обчислювати масу, об’єм і кількість речовини за рівняннями реакцій з використанням розчинів із певною масовою часткою розчиненої речовини.

У 8 класі ви розв’язували задачі за рівняннями реакцій та обчислю­ вали масу, об’єм і кількість речовини реагентів або продуктів реакції.

розглянемо, як розв’язують задачі за рівняннями реакцій з вико­ ристанням розчинів із певною масовою часткою розчиненої речовини. Порівняно з попереднім типом задач вони складніші, оскільки спочатку треба обчислити маси речовин, що містяться в розчині, а потім викону­ вати обчислення.

Наведемо способи розв’язування таких задач.

1. Обчислення маси продукту за рівняннями реакцій з використанням розчинів із певною масовою часткою розчиненої речовини

З а д а ч а 1. До розчину лугу масою 34,2 г з масовою часткою барій гідроксиду 0,1 долили розчин сульфатної кислоти до повної нейтраліза­ ції. обчисліть масу утвореного осаду.

67

Тема 1. Розчини

4. обчислюємо масу барій сульфату за складе­ ною пропорцією:

х = 3,42 г · 233 г = 4,66 г. 171 г

Відповідь: в осад випав барій сульфат масою 4,66 г.

ІІ спосіб

1.обчислюємо масу барій гідроксиду в розчині масою 34,2 г з масовою часткою речовини 0,1: m(Ва(оН)2) = 34,2 г · 0,1 = 3,42 г.

2.обчислюємо, якій кількості речовини відпо­ відають 3,42 г барій гідроксиду:

3,42 г

n (ВaSO4) = 171 г/моль = 0,02 моль.

3. Складаємо рівняння реакції барій гідроксиду із сульфатною кислотою:

4.обчислюємо молярну масу утвореного барій сульфату, що випав в осад:

М(ВаSO4) = 233 г/моль.

оскільки за рівнянням реакції кількості речо­ вини лугу й утвореної солі однакові, то кількість

речовини ВаSO4 дорівнює кількості речовини Ва(OH)2. тобто n(BaSO4) = 0,2 моль.

5.обчислюємо масу 0,02 моль барій сульфату:

m(ВаSO4) = 0,02 моль · 233 г/моль; m(ВаSO4) = 4,66 г.

Відповідь: в осад випав барій сульфат масою 4,66 г.

2. Обчислення об’єму продукту за рівняннями реакцій з використанням розчинів із певною масовою часткою розчиненої речовини

З а д а ч а 2. До розчину масою 318 г із масовою часткою натрій карбо­ нату 20 % долили розчин нітратної кислоти. обчисліть об’єм газу (н. у.), що утворився і виділився внаслідок реакції.

§13. Розв’язування задач за рівняннями реакцій...

2.обчислюємо маси 1 моль натрій карбонату й об’єм 1 моль карбон(ІV) оксиду:

М(Na2CO3) = 106 г/моль;

m(1 моль) = 106 г/моль · 1 моль = 106 г.

V(CO2) = 22,4 л/моль;

V(1 моль) = 22,4 л/моль · 1 моль = 22,4 л.

3.обчислюємо масу натрій карбонату в роз­ чині: 318 г · 0,2 = 63,6 г.

4.Підписуємо й надписуємо дані в рівнянні реакції та обчислюємо об’єм карбон(ІV) оксиду, що утворився і виділився:

х = 63,6 г · 22,4 л ; х = 13,44 л. 106 г

Відповідь: утворився і виділився газ об’ємом 13,44 л.

ІІ спосіб

1.обчислюємо масу натрій карбонату в роз­ чині масою 318 г із масовою часткою речовини

20%:

m(Na2CO3) = 318 г · 0,2 = 63,6 г.

2.обчислюємо, якій кількості речовини відпо­ відають 63,6 г натрій карбонату:

63,6 г

n = 106 г/моль = 0,6 моль.

3. Складаємо рівняння реакції натрій карбо­ нату з нітратною кислотою:

4. Згідно з рівнянням реакції, утворився кар­ бон(ІV) оксид кількістю речовини 0,6 моль. обчислюємо його об’єм:

22, 4 л/моль · 0,6 моль = 13,44 л.

Відповідь: утворився і виділився газ об’ємом 13,44 л.

69

Тема 1. Розчини

3. Обчислення кількості речовини продукту за рівняннями реакцій з використанням розчинів із певною масовою часткою розчиненої речовини

З а д а ч а 3. До розчину масою 34 г з масовою часткою арґен­ тум(І) нітрату 0,3 долили розчин натрій хлориду до повної їх взаємодії. обчисліть кількість речовини утвореного арґентум(І) хлориду, що випав в осад.

ЗАВДАН­ НЯ­ ­­ДЛЯ­­САМОКОНТРО­ ЛЮ­

1. До розчину масою 95 г із масовою часткою магній хлориду 0,1 долили розчин натрій гідроксиду до повної взаємодії. Обчисліть масу утвореного магній гідроксиду.

2.До розчину масою 138 г із масовою часткою калій карбонату 20 % долили хлоридну кислоту до повної взаємодії. Обчисліть об’єм (н. у.) утвореного внаслідок реакції газу.

3.Розчин кислоти масою 196 г із масовою часткою ортофосфатної кислоти 0,25 повністю нейтралізували калій гідроксидом. Обчисліть кількість речовини води, що утворилася.

4.До розчину масою 41,6 г з масовою часткою барій хлориду 0,3 долили розчин натрій сульфату до повної взаємодії. Обчисліть маси утворених речовин.

70