1. Напишите уравнения электролитической диссоциации: а) фосфорной кислоты; б) гидроксида бария; в) сульфата железа (III); г) хлорида алюминия; д) нитрата меди (II).

Краткий ответ

1. Диссоциация: \(\mathrm{Ba(OH)_2}\), \(\mathrm{Fe_2(SO_4)_3}\), \(\mathrm{AlCl_3}\), \(\mathrm{Cu(NO_3)_2}\) — сильные электролиты, распадаются полностью; \(\mathrm{H_3PO_4}\) — слабая кислота, диссоциирует обратимо и ступенчато.
2. \(\mathrm{FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl}\); \(\mathrm{H_2SO_4 + 2LiOH \rightarrow Li_2SO_4 + 2H_2O}\); \(\mathrm{2HNO_3 + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O + CO_2\uparrow}\).
3. Разбавленная \(\mathrm{H_2SO_4}\) реагирует с Al, KOH, Ba(NO_3)_2; с \(\mathrm{NaNO_3}\) и Au — нет.
4. Образовалось 29,25 г ≈ 29,3 г \(\mathrm{NaCl}\).

Разбор

1. Уравнения электролитической диссоциации

Правило простое: сильные электролиты (растворимые соли, щёлочи, сильные кислоты) пишем со стрелкой «\(\rightarrow\)» и распадаем на ионы целиком, а слабые (сюда относится фосфорная кислота) — со знаком обратимости и по ступеням.

а) Фосфорная кислота — трёхосновная, слабая, поэтому ступенчато:

\[ \mathrm{H_3PO_4 \rightleftharpoons H^+ + H_2PO_4^-} \] \[ \mathrm{H_2PO_4^- \rightleftharpoons H^+ + HPO_4^{2-}} \qquad \mathrm{HPO_4^{2-} \rightleftharpoons H^+ + PO_4^{3-}} \]

(Суммарно: \(\mathrm{H_3PO_4 \rightleftharpoons 3H^+ + PO_4^{3-}}\). Каждая следующая ступень идёт слабее предыдущей.)

б) \(\mathrm{Ba(OH)_2 \rightarrow Ba^{2+} + 2OH^-}\)

в) \(\mathrm{Fe_2(SO_4)_3 \rightarrow 2Fe^{3+} + 3SO_4^{2-}}\) — индексы становятся коэффициентами.

г) \(\mathrm{AlCl_3 \rightarrow Al^{3+} + 3Cl^-}\)

д) \(\mathrm{Cu(NO_3)_2 \rightarrow Cu^{2+} + 2NO_3^-}\) — нитрат-ион не «разваливается», это сложный ион.

2. Молекулярные и ионные уравнения

Главный приём: в ионном уравнении сильные электролиты записываем ионами, а осадок, газ, воду и слабые электролиты — молекулами. Затем одинаковые ионы слева и справа вычёркиваем.

а) \(\mathrm{FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl}\)

Полное: \(\mathrm{Fe^{3+} + 3Cl^- + 3Na^+ + 3OH^- \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3Na^+ + 3Cl^-}\)

Сокращённое: \(\mathrm{Fe^{3+} + 3OH^- \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow}\) — бурый осадок.

б) \(\mathrm{H_2SO_4 + 2LiOH \rightarrow Li_2SO_4 + 2H_2O}\)

Полное: \(\mathrm{2H^+ + SO_4^{2-} + 2Li^+ + 2OH^- \rightarrow 2Li^+ + SO_4^{2-} + 2H_2O}\)

Сокращённое: \(\mathrm{2H^+ + 2OH^- \rightarrow 2H_2O}\), или кратко \(\mathrm{H^+ + OH^- \rightarrow H_2O}\).

в) \(\mathrm{2HNO_3 + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O + CO_2\uparrow}\)

Полное: \(\mathrm{2H^+ + 2NO_3^- + 2Na^+ + CO_3^{2-} \rightarrow 2Na^+ + 2NO_3^- + H_2O + CO_2\uparrow}\)

Сокращённое: \(\mathrm{2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow}\) — «вскипание» за счёт углекислого газа.

3. С чем реагирует разбавленная серная кислота

Реакция в растворе идёт, если образуется осадок, газ или вода (малодиссоциирующее вещество).

• Алюминий — металл левее водорода в ряду активности, вытесняет его: \[ \mathrm{2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2\uparrow} \] \[ \mathrm{2Al + 6H^+ \rightarrow 2Al^{3+} + 3H_2\uparrow} \]
• Гидроксид калия — нейтрализация: \[ \mathrm{H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O} \] \[ \mathrm{H^+ + OH^- \rightarrow H_2O} \]
• Нитрат бария — даёт нерастворимый сульфат бария: \[ \mathrm{H_2SO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HNO_3} \] \[ \mathrm{Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow} \]
• Нитрат натрия — нет: обмен дал бы \(\mathrm{Na_2SO_4}\) и \(\mathrm{HNO_3}\), оба растворимы, газа и воды не образуется.
• Золото — нет: стоит правее водорода, водород не вытесняет.

4. Задача на избыток–недостаток

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

Считаем количества веществ: \[ n(\mathrm{NaOH}) = \frac{20}{40} = 0{,}5\ \text{моль}; \qquad n(\mathrm{HCl}) = \frac{33}{36{,}5} \approx 0{,}90\ \text{моль} \]

По уравнению на 1 моль \(\mathrm{NaOH}\) нужен 1 моль \(\mathrm{HCl}\), значит щёлочь в недостатке — соль считаем по ней: \[ n(\mathrm{NaCl}) = n(\mathrm{NaOH}) = 0{,}5\ \text{моль} \] \[ m(\mathrm{NaCl}) = 0{,}5 \cdot 58{,}5 = 29{,}25\ \text{г} \approx 29{,}3\ \text{г} \]

Проверка. Кислота израсходована не вся: \(0{,}904 - 0{,}5 = 0{,}404\) моль, то есть \(14{,}75\) г осталось. Вода: \(0{,}5 \cdot 18 = 9\) г. Сумма продуктов \(29{,}25 + 9 + 14{,}75 = 53\) г, и масса исходных растворов \(20 + 33 = 53\) г — сходится, значит расчёт верный.