Реши задание на изображении

Кратко: общее свойство оснований — реакция с кислотами. Щёлочи также изменяют окраску индикаторов, реагируют с кислотными оксидами и некоторыми солями; нерастворимые основания обычно разлагаются при нагревании.

Ответы к расчётам: № 6 — 182,5 г 20%-ной соляной кислоты; № 7 — 44,8 л аммиака (н. у.) и 280 г 40%-ного раствора KOH по уравнению реакции. Для избытка щёлочи раствора нужно взять больше 280 г.

1. Химические свойства оснований

Для щелочей — растворимых оснований — характерны:

• изменение окраски индикаторов: лакмус становится синим, фенолфталеин — малиновым, метилоранж — жёлтым;
• реакции с кислотными оксидами;
• реакции с растворами солей, если выполняются условия протекания реакции обмена.

Для нерастворимых оснований характерно разложение при нагревании на оксид металла и воду. Например:

\[ \mathrm{Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO + H_2O}. \]

Голубой гидроксид меди(II) превращается в чёрный оксид меди(II).

Общее свойство обеих групп — взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды:

\[ \mathrm{NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O}; \]

\[ \mathrm{Cu(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + 2H_2O}. \]

2. Чем обусловлены свойства оснований?

Гидроксид-ионами \(\mathrm{OH^-}\) обусловлены общие свойства растворов оснований: изменение окраски индикаторов, взаимодействие с кислотами и кислотными оксидами.

Например, сущность нейтрализации раствора щёлочи кислотой:

\[ \mathrm{H^+ + OH^- \rightarrow H_2O}. \]

Природа катиона металла или аммония определяет индивидуальные особенности основания: растворимость, окраску, устойчивость при нагревании.

Например, \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) — голубой нерастворимый осадок, а \(\mathrm{Fe(OH)_3}\) — красно-бурый.

3. Условия реакции между растворами щелочей и солей

Реакция обмена протекает до конца, если среди продуктов образуется осадок, газ или слабый электролит, например вода.

Основные случаи:

• Нерастворимое основание: \[ \mathrm{CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4}. \]

• Нерастворимая соль: \[ \mathrm{Ba(OH)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaOH}. \]

• Аммиак и вода при действии щёлочи на соль аммония: \[ \mathrm{NH_4Cl + NaOH \rightarrow NaCl + NH_3\uparrow + H_2O}. \]

Если все ионы остаются в растворе без изменений, реакция обмена не происходит.

4. Молекулярные и ионные уравнения

Принцип: в полном ионном уравнении растворимые сильные электролиты записывают в виде ионов. Осадки, оксиды, газы и воду на ионы не разделяют. Затем одинаковые ионы слева и справа сокращают.

а) Раствор гидроксида натрия и оксид азота(V)

Оксид азота(V) — \(\mathrm{N_2O_5}\), кислотный оксид. Со щёлочью он образует соль и воду.

Молекулярное:

\[ \mathrm{N_2O_5 + 2NaOH \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O}. \]

Полное ионное:

\[ \mathrm{N_2O_5 + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow 2Na^+ + 2NO_3^- + H_2O}. \]

Сокращённое ионное:

\[ \boxed{\mathrm{N_2O_5 + 2OH^- \rightarrow 2NO_3^- + H_2O}}. \]

б) Гидроксид хрома(II) и соляная кислота

Молекулярное:

\[ \mathrm{Cr(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CrCl_2 + 2H_2O}. \]

Полное ионное:

\[ \mathrm{Cr(OH)_2 + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Cr^{2+} + 2Cl^- + 2H_2O}. \]

Сокращённое ионное:

\[ \boxed{\mathrm{Cr(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Cr^{2+} + 2H_2O}}. \]

Нерастворимый \(\mathrm{Cr(OH)_2}\) на ионы не разделяем.

в) Растворы сульфата аммония и гидроксида натрия

Молекулярное:

\[ \mathrm{(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O}. \]

Полное ионное:

\[ \begin{aligned} &\mathrm{2NH_4^+ + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^-}\\ &\qquad\mathrm{\rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-} + 2NH_3\uparrow + 2H_2O}. \end{aligned} \]

После сокращения одинаковых ионов и деления коэффициентов на 2 получаем:

\[ \boxed{\mathrm{NH_4^+ + OH^- \rightarrow NH_3\uparrow + H_2O}}. \]

5. Молекулярные уравнения по сокращённым ионным

Нужно подобрать растворимые вещества, которые дадут необходимые ионы.

а) \(\mathrm{Al^{3+} + 3OH^- \rightarrow Al(OH)_3\downarrow}\)

Источником \(\mathrm{Al^{3+}}\) может быть \(\mathrm{AlCl_3}\), а источником \(\mathrm{OH^-}\) — \(\mathrm{NaOH}\):

\[ \boxed{\mathrm{AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3NaCl}}. \]

Щёлочь не следует брать в избытке: гидроксид алюминия может в ней раствориться.

б) \(\mathrm{CO_2 + 2OH^- \rightarrow CO_3^{2-} + H_2O}\)

\[ \boxed{\mathrm{CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O}}. \]

в) \(\mathrm{2H^+ + Cu(OH)_2 \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O}\)

Источником \(\mathrm{H^+}\) возьмём соляную кислоту:

\[ \boxed{\mathrm{2HCl + Cu(OH)_2 \rightarrow CuCl_2 + 2H_2O}}. \]

6. Масса 20%-ной соляной кислоты

Дано: 160 г 25%-ного раствора NaOH. Нужно найти массу 20%-ной соляной кислоты.

Уравнение:

\[ \mathrm{NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O}. \]

1. Находим массу чистого NaOH:

\[ m(\mathrm{NaOH})=160\cdot0{,}25=40\text{ г}. \]

2. Находим количество вещества:

\[ M(\mathrm{NaOH})=23+16+1=40\text{ г/моль}, \]

\[ n(\mathrm{NaOH})=\frac{40}{40}=1\text{ моль}. \]

3. По уравнению на 1 моль NaOH нужен 1 моль HCl:

\[ m(\mathrm{HCl})=1\cdot36{,}5=36{,}5\text{ г}. \]

4. Находим массу 20%-ного раствора:

\[ m_{\text{раствора}}=\frac{m_{\text{вещества}}}{\omega} =\frac{36{,}5}{0{,}20}=182{,}5\text{ г}. \]

Проверка: в 182,5 г такого раствора содержится \(182{,}5\cdot0{,}20=36{,}5\) г HCl — ровно 1 моль.

Ответ: \(\boxed{182{,}5\text{ г}}\) 20%-ной соляной кислоты.

7. Объём аммиака и масса раствора KOH

Дано: 535 г 20%-ного раствора \(\mathrm{NH_4Cl}\), избыток KOH; массовая доля KOH в растворе — 40%. Объём аммиака определяется при н. у.

Уравнение:

\[ \mathrm{NH_4Cl + KOH \rightarrow KCl + NH_3\uparrow + H_2O}. \]

1. Масса хлорида аммония:

\[ m(\mathrm{NH_4Cl})=535\cdot0{,}20=107\text{ г}. \]

2. Количество вещества:

\[ M(\mathrm{NH_4Cl})=14+4+35{,}5=53{,}5\text{ г/моль}, \]

\[ n(\mathrm{NH_4Cl})=\frac{107}{53{,}5}=2\text{ моль}. \]

3. Объём аммиака. По уравнению из 1 моль \(\mathrm{NH_4Cl}\) образуется 1 моль \(\mathrm{NH_3}\), поэтому:

\[ n(\mathrm{NH_3})=2\text{ моль}. \]

При н. у. молярный объём газа равен \(22{,}4\text{ л/моль}\):

\[ V(\mathrm{NH_3})=2\cdot22{,}4=\boxed{44{,}8\text{ л}}. \]

4. Масса раствора щёлочи. На 2 моль \(\mathrm{NH_4Cl}\) требуется 2 моль KOH:

\[ M(\mathrm{KOH})=39+16+1=56\text{ г/моль}, \]

\[ m(\mathrm{KOH})=2\cdot56=112\text{ г}. \]

Тогда масса 40%-ного раствора:

\[ m_{\text{раствора KOH}}=\frac{112}{0{,}40} =\boxed{280\text{ г}}. \]

Проверка: \(280\cdot0{,}40=112\) г KOH, то есть 2 моль — столько же, сколько \(\mathrm{NH_4Cl}\).

Ответ: \(44{,}8\) л аммиака (н. у.); по уравнению требуется 280 г 40%-ного раствора KOH. Для указанного в условии избытка нужно больше 280 г; точный избыток не задан.

8. Сообщение о свойствах и применении едких щелочей

Едкие щёлочи — прежде всего гидроксид натрия \(\mathrm{NaOH}\), или едкий натр, и гидроксид калия \(\mathrm{KOH}\), или едкое кали.

Это белые твёрдые вещества, поглощающие влагу из воздуха. Они хорошо растворяются в воде с выделением теплоты. Их растворы изменяют окраску индикаторов, реагируют с кислотами, кислотными оксидами и некоторыми солями. Едкие щёлочи поглощают углекислый газ воздуха.

Гидроксид натрия применяют при производстве мыла, бумаги, искусственных волокон и чистящих средств. Гидроксид калия используют для получения жидкого мыла и в качестве электролита в щелочных батареях.

Едкие щёлочи вызывают химические ожоги. В школьной лаборатории с ними работают под контролем учителя, в защитных очках и перчатках. При попадании на кожу её сразу промывают большим количеством проточной воды.