Реши задание на изображении

Кратко. Кислоты — электролиты, которые при диссоциации дают катионы \( \mathrm{H^+} \) и анионы кислотного остатка. Кислоты классифицируют по основности, содержанию кислорода, силе, растворимости и летучести. Реакции ионного обмена идут до конца, если образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество. Расчёты: 7) 73 г; 8) ≈ 416,7 г мрамора и 2520 г 20%-го раствора \( \mathrm{HNO_3} \).

Ниже — подробные решения.

1. Кислоты и их классификация

Кислоты — электролиты, при диссоциации которых в водном растворе образуются только катионы водорода \( \mathrm{H^+} \) (в школьной записи) и анионы кислотного остатка.

Признаки классификации:

• по основности: одноосновные — \( \mathrm{HCl,\ HNO_3} \); двухосновные — \( \mathrm{H_2SO_4,\ H_2CO_3} \); трёхосновные — \( \mathrm{H_3PO_4} \);
• по содержанию кислорода: кислородсодержащие — \( \mathrm{H_2SO_4,\ HNO_3,\ H_3PO_4} \); бескислородные — \( \mathrm{HCl,\ HBr,\ H_2S} \);
• по силе: сильные — \( \mathrm{HCl,\ HNO_3,\ H_2SO_4} \); слабые — \( \mathrm{H_2CO_3,\ H_2S,\ CH_3COOH,\ H_3PO_4} \);
• по растворимости: растворимые — \( \mathrm{HCl,\ H_2SO_4} \); нерастворимая — \( \mathrm{H_2SiO_3} \);
• по летучести: летучие — \( \mathrm{HCl,\ HNO_3} \); нелетучие — \( \mathrm{H_2SO_4,\ H_3PO_4} \).

Серная кислота \( \mathrm{H_2SO_4} \): двухосновная, кислородсодержащая, сильная, растворимая, нелетучая.

Фосфорная кислота \( \mathrm{H_3PO_4} \): трёхосновная, кислородсодержащая, слабая (средней силы), растворимая, нелетучая.

2. Общие химические свойства кислот

1. С активными металлами — с образованием соли и водорода: \[ \mathrm{Zn+2HCl \to ZnCl_2+H_2\uparrow} \]

2. С основными оксидами — соль и вода: \[ \mathrm{CuO+2HCl \to CuCl_2+H_2O} \]

3. С основаниями — реакция нейтрализации: \[ \mathrm{NaOH+HCl \to NaCl+H_2O} \]

4. С солями — если образуется осадок, газ или вода: \[ \mathrm{AgNO_3+HCl \to AgCl\downarrow+HNO_3} \]

5. Кислоты изменяют окраску индикаторов, например лакмус краснеет.

Условия реакции кислоты с металлом:

• металл должен стоять в ряду активности до водорода;
• кислота должна быть растворимой и достаточно сильной;
• оксидная плёнка на металле должна быть удалена;
• с азотной кислотой и концентрированной серной кислотой водород обычно не выделяется — реакции идут с образованием других продуктов.

3. Правило Бертолле

Реакции между растворами электролитов идут практически до конца, если в результате образуется:

• осадок;
• газ;
• малодиссоциирующее вещество, например вода или слабая кислота/основание.

Если таких продуктов нет, все ионы остаются в растворе, и видимой реакции не происходит.

---

Дальше обозначения: М — молекулярное уравнение, П — полное ионное, С — сокращённое ионное.

4. Свойства кислот

а) Серная кислота \( \mathrm{H_2SO_4} \) — для разбавленной кислоты

1. С металлом: \[ \mathrm{Zn+H_2SO_4 \to ZnSO_4+H_2\uparrow} \] \[ \text{П: }\mathrm{Zn+2H^++SO_4^{2-}\to Zn^{2+}+SO_4^{2-}+H_2\uparrow} \] \[ \text{С: }\mathrm{Zn+2H^+\to Zn^{2+}+H_2\uparrow} \]

2. С основным оксидом: \[ \mathrm{CuO+H_2SO_4 \to CuSO_4+H_2O} \] \[ \text{П: }\mathrm{CuO+2H^++SO_4^{2-}\to Cu^{2+}+SO_4^{2-}+H_2O} \] \[ \text{С: }\mathrm{CuO+2H^+\to Cu^{2+}+H_2O} \]

3. С основанием: \[ \mathrm{2NaOH+H_2SO_4 \to Na_2SO_4+2H_2O} \] \[ \text{П: }\mathrm{2Na^++2OH^-+2H^++SO_4^{2-}\to 2Na^++SO_4^{2-}+2H_2O} \] \[ \text{С: }\mathrm{H^++OH^-\to H_2O} \]

4. С солью: \[ \mathrm{BaCl_2+H_2SO_4 \to BaSO_4\downarrow+2HCl} \] \[ \text{П: }\mathrm{Ba^{2+}+2Cl^-+2H^++SO_4^{2-}\to BaSO_4\downarrow+2H^++2Cl^-} \] \[ \text{С: }\mathrm{Ba^{2+}+SO_4^{2-}\to BaSO_4\downarrow} \]

б) Соляная кислота \( \mathrm{HCl} \)

1. С металлом: \[ \mathrm{Zn+2HCl \to ZnCl_2+H_2\uparrow} \] \[ \text{П: }\mathrm{Zn+2H^++2Cl^-\to Zn^{2+}+2Cl^-+H_2\uparrow} \] \[ \text{С: }\mathrm{Zn+2H^+\to Zn^{2+}+H_2\uparrow} \]

2. С основным оксидом: \[ \mathrm{CuO+2HCl \to CuCl_2+H_2O} \] \[ \text{П: }\mathrm{CuO+2H^++2Cl^-\to Cu^{2+}+2Cl^-+H_2O} \] \[ \text{С: }\mathrm{CuO+2H^+\to Cu^{2+}+H_2O} \]

3. С основанием: \[ \mathrm{NaOH+HCl \to NaCl+H_2O} \] \[ \text{П: }\mathrm{Na^++OH^-+H^++Cl^-\to Na^++Cl^-+H_2O} \] \[ \text{С: }\mathrm{H^++OH^-\to H_2O} \]

4. С солью: \[ \mathrm{AgNO_3+HCl \to AgCl\downarrow+HNO_3} \] \[ \text{П: }\mathrm{Ag^++NO_3^-+H^++Cl^-\to AgCl\downarrow+H^++NO_3^-} \] \[ \text{С: }\mathrm{Ag^++Cl^-\to AgCl\downarrow} \]

5. Реакции азотной кислоты

а) С оксидом кальция

\[ \mathrm{CaO+2HNO_3 \to Ca(NO_3)_2+H_2O} \] \[ \text{П: }\mathrm{CaO+2H^++2NO_3^-\to Ca^{2+}+2NO_3^-+H_2O} \] \[ \text{С: }\mathrm{CaO+2H^+\to Ca^{2+}+H_2O} \]

б) С гидроксидом кальция

\[ \mathrm{Ca(OH)_2+2HNO_3 \to Ca(NO_3)_2+2H_2O} \] \[ \text{П: }\mathrm{Ca^{2+}+2OH^-+2H^++2NO_3^-\to Ca^{2+}+2NO_3^-+2H_2O} \] \[ \text{С: }\mathrm{H^++OH^-\to H_2O} \]

в) С карбонатом кальция

\[ \mathrm{CaCO_3+2HNO_3 \to Ca(NO_3)_2+CO_2\uparrow+H_2O} \] \[ \text{П: }\mathrm{CaCO_3+2H^++2NO_3^-\to Ca^{2+}+2NO_3^-+CO_2\uparrow+H_2O} \] \[ \text{С: }\mathrm{CaCO_3+2H^+\to Ca^{2+}+CO_2\uparrow+H_2O} \]

6. С чем реагирует соляная кислота

Соляная кислота реагирует с:

• железом;
• оксидом кальция;
• гидроксидом алюминия;
• нитратом серебра.

Не реагирует с азотом \( \mathrm{N_2} \), серной кислотой \( \mathrm{H_2SO_4} \), сульфатом натрия \( \mathrm{Na_2SO_4} \).

Уравнения:

1. С железом: \[ \mathrm{Fe+2HCl \to FeCl_2+H_2\uparrow} \] \[ \text{П: }\mathrm{Fe+2H^++2Cl^-\to Fe^{2+}+2Cl^-+H_2\uparrow} \] \[ \text{С: }\mathrm{Fe+2H^+\to Fe^{2+}+H_2\uparrow} \]

2. С оксидом кальция: \[ \mathrm{CaO+2HCl \to CaCl_2+H_2O} \] \[ \text{П: }\mathrm{CaO+2H^++2Cl^-\to Ca^{2+}+2Cl^-+H_2O} \] \[ \text{С: }\mathrm{CaO+2H^+\to Ca^{2+}+H_2O} \]

3. С гидроксидом алюминия: \[ \mathrm{Al(OH)_3+3HCl \to AlCl_3+3H_2O} \] \[ \text{П: }\mathrm{Al(OH)_3+3H^++3Cl^-\to Al^{3+}+3Cl^-+3H_2O} \] \[ \text{С: }\mathrm{Al(OH)_3+3H^+\to Al^{3+}+3H_2O} \]

4. С нитратом серебра: \[ \mathrm{AgNO_3+HCl \to AgCl\downarrow+HNO_3} \] \[ \text{П: }\mathrm{Ag^++NO_3^-+H^++Cl^-\to AgCl\downarrow+H^++NO_3^-} \] \[ \text{С: }\mathrm{Ag^++Cl^-\to AgCl\downarrow} \]

7. Масса 10%-го раствора HCl

Реакция нейтрализации: \[ \mathrm{HCl+NaOH \to NaCl+H_2O} \]

Масса чистого \( \mathrm{NaOH} \): \[ m(\mathrm{NaOH})=160\cdot 0{,}05=8\ \text{г} \]

Количество вещества: \[ n(\mathrm{NaOH})=\frac{8}{40}=0{,}2\ \text{моль} \]

По уравнению \( n(\mathrm{HCl})=n(\mathrm{NaOH})=0{,}2 \) моль.

\[ m(\mathrm{HCl})=0{,}2\cdot 36{,}5=7{,}3\ \text{г} \]

Это масса чистого HCl. Масса 10%-го раствора: \[ m_{\text{р-ра}}=\frac{7{,}3}{0{,}10}=73\ \text{г} \]

Ответ: 73 г 10%-ной соляной кислоты.

8. Мрамор и азотная кислота

Уравнение реакции: \[ \mathrm{CaCO_3+2HNO_3 \to Ca(NO_3)_2+CO_2\uparrow+H_2O} \]

Количество углекислого газа: \[ n(\mathrm{CO_2})=\frac{89{,}6}{22{,}4}=4\ \text{моль} \]

По уравнению: \[ n(\mathrm{CaCO_3})=n(\mathrm{CO_2})=4\ \text{моль} \]

Масса чистого карбоната кальция: \[ m(\mathrm{CaCO_3})=4\cdot 100=400\ \text{г} \]

Масса мрамора с 96% \( \mathrm{CaCO_3} \): \[ m_{\text{мрамора}}=\frac{400}{0{,}96}\approx 416{,}7\ \text{г} \]

Теперь кислота. По уравнению: \[ n(\mathrm{HNO_3})=2n(\mathrm{CO_2})=8\ \text{моль} \]

Масса чистой \( \mathrm{HNO_3} \): \[ m(\mathrm{HNO_3})=8\cdot 63=504\ \text{г} \]

Масса 20%-го раствора: \[ m_{\text{р-ра HNO}_3}=\frac{504}{0{,}20}=2520\ \text{г} \]

Ответ:

• мрамора потребуется примерно 416,7 г (около 417 г);
• 20%-го раствора азотной кислоты — 2520 г, или 2,52 кг.

Проверка:
73 г 10%-го раствора HCl содержат \(7{,}3\) г HCl, то есть \(0{,}2\) моль — столько же, сколько NaOH в 160 г 5%-го раствора.
416,7 г мрамора содержат 400 г \( \mathrm{CaCO_3} \), то есть 4 моль; они дают 4 моль \( \mathrm{CO_2} \), или 89,6 л.