Решение задач по химии: ионные уравнения, реакции обмена, осадки, газы

Задание 1

Сокращенное ионное уравнение \(Fe^{3+} + 3OH^{-} = Fe(OH)_3\) соответствует взаимодействию двух пар веществ, при котором образуется осадок гидроксида железа(III). Для того чтобы данное уравнение было верным, реагенты должны содержать ионы \(Fe^{3+}\) и \(OH^{-}\).

Рассмотрим предложенные варианты:

1. бромида железа (III) и гидроксида лития: \(FeBr_3\) и \(LiOH\). В растворе \(FeBr_3\) диссоциирует на \(Fe^{3+}\) и \(3Br^-\), а \(LiOH\) на \(Li^+\) и \(OH^-\). При их взаимодействии образуется \(Fe(OH)_3\) (осадок) и \(LiBr\). Ионное уравнение: \(Fe^{3+} + 3OH^{-} = Fe(OH)_3\). Подходит.
2. нитрата железа (III) и гидроксида меди (II): \(Fe(NO_3)_3\) и \(Cu(OH)_2\). \(Fe(NO_3)_3\) диссоциирует на \(Fe^{3+}\) и \(3NO_3^-\). Гидроксид меди(II) - нерастворимое основание, он не диссоциирует. При смешивании растворов, содержащих \(Fe^{3+}\) и \(OH^{-}\) (из растворимых солей), образуется осадок. В данном случае \(Cu(OH)_2\) - это уже осадок, и он не будет реагировать с \(Fe^{3+}\) и \(NO_3^-\). Не подходит.
3. хлорида железа (III) и гидроксида бария: \(FeCl_3\) и \(Ba(OH)_2\). \(FeCl_3\) диссоциирует на \(Fe^{3+}\) и \(3Cl^-\), а \(Ba(OH)_2\) на \(Ba^{2+}\) и \(2OH^-\). При взаимодействии образуется \(Fe(OH)_3\) (осадок) и \(BaCl_2\). Ионное уравнение: \(Fe^{3+} + 3OH^{-} = Fe(OH)_3\). Подходит.
4. хлорида железа (II) и гидроксида калия: \(FeCl_2\) и \(KOH\). \(FeCl_2\) диссоциирует на \(Fe^{2+}\) и \(2Cl^-\), а \(KOH\) на \(K^+\) и \(OH^-\). При их взаимодействии образуется \(Fe(OH)_2\) (осадок). Ионное уравнение: \(Fe^{2+} + 2OH^{-} = Fe(OH)_2\). Не подходит, так как в уравнении ион \(Fe^{3+}\).
5. оксида железа (III) и гидроксида натрия: \(Fe_2O_3\) и \(NaOH\). Оксид железа(III) - основный оксид, но он нерастворим в воде и реагирует только с кислотами. Гидроксид натрия - растворимое основание. Реакция между ними не идет. Не подходит.
6. нитрата железа (II) и гидроксида натрия: \(Fe(NO_3)_2\) и \(NaOH\). \(Fe(NO_3)_2\) диссоциирует на \(Fe^{2+}\) и \(2NO_3^-\), а \(NaOH\) на \(Na^+\) и \(OH^-\). При их взаимодействии образуется \(Fe(OH)_2\) (осадок). Ионное уравнение: \(Fe^{2+} + 2OH^{-} = Fe(OH)_2\). Не подходит, так как в уравнении ион \(Fe^{3+}\).

Ответ: 1) бромида железа (III) и гидроксида лития, 3) хлорида железа (III) и гидроксида бария.

Задание 2

Нужно выбрать две пары веществ, при взаимодействии водных растворов которых образуется осадок. Реакции обмена идут, если в результате образуются: осадок, газ или слабый электролит (вода).

1. нитрата аммония и гидроксида калия: \(NH_4NO_3\) и \(KOH\). \(NH_4NO_3 \rightarrow NH_4^+ + NO_3^-\), \(KOH \rightarrow K^+ + OH^-\). При взаимодействии образуется \(NH_3 \uparrow\) (газ) и \(H_2O\) (слабый электролит). Реакция идет, но газ. Не подходит (требуется осадок).
2. фосфата аммония и гидроксида лития: \((NH_4)_3PO_4\) и \(LiOH\). \((NH_4)_3PO_4 \rightarrow 3NH_4^+ + PO_4^{3-}\), \(LiOH \rightarrow Li^+ + OH^-\). При взаимодействии образуются \(NH_3 \uparrow\) (газ), \(H_2O\) (слабый электролит) и \(Li_3PO_4\) (растворимая соль). Не подходит.
3. нитрата серебра и бромида кальция: \(AgNO_3\) и \(CaBr_2\). \(AgNO_3 \rightarrow Ag^+ + NO_3^-\), \(CaBr_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2Br^-\). При взаимодействии образуются \(AgBr \downarrow\) (осадок) и \(Ca(NO_3)_2\) (растворимая соль). Подходит.
4. азотной кислоты и карбоната натрия: \(HNO_3\) и \(Na_2CO_3\). \(HNO_3 \rightarrow H^+ + NO_3^-\), \(Na_2CO_3 \rightarrow 2Na^+ + CO_3^{2-}\). При взаимодействии образуется \(H_2O\) (слабый электролит) и \(CO_2 \uparrow\) (газ). Реакция идет, но газ. Не подходит.
5. соляной кислоты и гидроксида бария: \(HCl\) и \(Ba(OH)_2\). \(HCl \rightarrow H^+ + Cl^-\), \(Ba(OH)_2 \rightarrow Ba^{2+} + 2OH^-\). При взаимодействии образуется \(H_2O\) (слабый электролит) и \(BaCl_2\) (растворимая соль). Реакция идет, но вода. Не подходит.
6. хлорида аммония и гидроксида лития: \(NH_4Cl\) и \(LiOH\). \(NH_4Cl \rightarrow NH_4^+ + Cl^-\), \(LiOH \rightarrow Li^+ + OH^-\). При взаимодействии образуется \(NH_3 \uparrow\) (газ) и \(H_2O\) (слабый электролит). Реакция идет, но газ. Не подходит.

Ошибка в задании или вариантах ответа. Если исходить из того, что в варианте 3 образуется осадок, то он подходит. Для второго варианта, где образуется осадок, нужно пересмотреть другие пары.

Давайте проверим, возможно, я упустила что-то.
Пересмотрим вариант 2: фосфата аммония \((NH_4)_3PO_4\) и гидроксида лития \(LiOH\).
\((NH_4)_3PO_4\) диссоциирует на \(NH_4^+\) и \(PO_4^{3-}\).
\(LiOH\) диссоциирует на \(Li^+\) и \(OH^-\).
При реакции: \(3NH_4^+ + PO_4^{3-} + 3Li^+ + 3OH^- \rightarrow 3NH_3 \uparrow + 3H_2O + Li_3PO_4\).
Фосфат лития \(Li_3PO_4\) - растворимая соль. Газ аммиак и вода образуются.

Проверим вариант 5: соляная кислота \(HCl\) и гидроксид бария \(Ba(OH)_2\).
\(2HCl + Ba(OH)_2 \rightarrow BaCl_2 + 2H_2O\).
\(H^+ + Cl^- + Ba^{2+} + 2OH^- \rightarrow Ba^{2+} + 2Cl^- + 2H_2O\).
Сокращенное ионное: \(H^+ + OH^- \rightarrow H_2O\). Вода - слабый электролит.

Возможно, в задании имелось в виду образование осадка, а не просто взаимодействие.

Перечитаем условие: "Выберите две пары веществ, при взаимодействии водных растворов которых образуется ОСАДОК".

• Вариант 3: \(AgNO_3\) и \(CaBr_2\). Образуется \(AgBr \downarrow\). Подходит.
• Другие варианты:
  • 1) \(NH_4NO_3\) + \(KOH\) → \(NH_3 \uparrow\), \(H_2O\) (газ, вода)
  • 2) \((NH_4)_3PO_4\) + \(LiOH\) → \(NH_3 \uparrow\), \(H_2O\) (газ, вода)
  • 4) \(HNO_3\) + \(Na_2CO_3\) → \(CO_2 \uparrow\), \(H_2O\) (газ, вода)
  • 5) \(HCl\) + \(Ba(OH)_2\) → \(H_2O\) (вода)
  • 6) \(NH_4Cl\) + \(LiOH\) → \(NH_3 \uparrow\), \(H_2O\) (газ, вода)

Ошибка в условии или вариантах. Если предположить, что в одном из вариантов должен быть осадок, то это либо нитрат серебра и бромид кальция (3), либо может быть, в одном из вариантов образуется нерастворимое основание или соль.

Давайте предположим, что где-то произошла опечатка. Например, если бы был хлорид железа(III) и гидроксид аммония, то образовался бы \(Fe(OH)_3\).

Исходя из данных вариантов, только 3) нитрата серебра и бромида кальция точно приводит к образованию осадка. Для второго варианта, если искать осадок, ни один из предложенных не подходит.

Предполагаемый ответ (с учетом ошибки в задании): 3) нитрата серебра и бромида кальция.

Задание 3

Выберите две пары веществ, между которыми возможно взаимодействие. Взаимодействие возможно, если образуется осадок, газ или слабый электролит (вода).

1. \(CaCl_2\) и \(NH_4NO_3\). \(CaCl_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2Cl^-\), \(NH_4NO_3 \rightarrow NH_4^+ + NO_3^-\). Образуются \(Ca(NO_3)_2\) (растворима) и \(NH_4Cl\) (растворима). Реакция не идет. Не подходит.
2. \(AgCl\) и \(HNO_3\). \(AgCl\) - нерастворимая соль (осадок). \(HNO_3\) - сильная кислота. Нерастворимые соли не реагируют с кислотами (за исключением тех, что образуют растворимые соединения, например, \(Ag_2CO_3\) с \(HNO_3\) даст \(AgNO_3\), \(H_2O\), \(CO_2\)). \(AgCl\) с \(HNO_3\) реакции не дает. Не подходит.
3. \(HCl\) и \(NaOH\). \(HCl\) (сильная кислота) + \(NaOH\) (сильное основание) → \(NaCl\) (растворимая соль) + \(H_2O\) (слабый электролит). Реакция нейтрализации идет. Подходит.
4. \(BaCl_2\) и \(CuSO_4\). \(BaCl_2 \rightarrow Ba^{2+} + 2Cl^-\), \(CuSO_4 \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-}\). Образуются \(BaSO_4 \downarrow\) (осадок) и \(CuCl_2\) (растворима). Реакция идет. Подходит.
5. \(AlCl_3\) и \(Na_2SO_4\). \(AlCl_3 \rightarrow Al^{3+} + 3Cl^-\), \(Na_2SO_4 \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-}\). Образуются \(Al_2(SO_4)_3\) (растворима) и \(NaCl\) (растворима). Реакция не идет. Не подходит.
6. \(Na_2CO_3\) и \(K_3PO_4\). \(Na_2CO_3 \rightarrow 2Na^+ + CO_3^{2-}\), \(K_3PO_4 \rightarrow 3K^+ + PO_4^{3-}\). Образуются \(Na_3PO_4\) (растворима) и \(K_2CO_3\) (растворима). Реакция не идет. Не подходит.

Ответ: 3) \(HCl\) и \(NaOH\), 4) \(BaCl_2\) и \(CuSO_4\).

Задание 4

Выберите две пары веществ, в ходе реакций между которыми газ не выделяется.

1. серной кислотой и карбонатом калия: \(H_2SO_4\) + \(K_2CO_3 \rightarrow K_2SO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow\). Выделяется газ \(CO_2\). Не подходит.
2. серной кислотой и гидроксидом кальция: \(H_2SO_4\) + \(Ca(OH)_2 \rightarrow CaSO_4 \downarrow + 2H_2O\). Образуется осадок \(CaSO_4\) и вода. Газ не выделяется. Подходит.
3. серной кислотой и гидроксидом бария: \(H_2SO_4\) + \(Ba(OH)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2H_2O\). Образуется осадок \(BaSO_4\) и вода. Газ не выделяется. Подходит.
4. сульфатом аммония и гидроксидом натрия: \((NH_4)_2SO_4\) + \(2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O + 2NH_3 \uparrow\). Выделяется газ \(NH_3\). Не подходит.
5. сульфитом натрия и соляной кислотой: \(Na_2SO_3\) + \(2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + SO_2 \uparrow\). Выделяется газ \(SO_2\). Не подходит.
6. карбонатом натрия и соляной кислотой: \(Na_2CO_3\) + \(2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow\). Выделяется газ \(CO_2\). Не подходит.

Ответ: 2) серной кислотой и гидроксидом кальция, 3) серной кислотой и гидроксидом бария.

Задание 5

Выберите два вещества, которые реагируют как с гидроксидом кальция, так и с нитратом серебра.

Сначала определим, с чем реагирует гидроксид кальция (\(Ca(OH)_2\)):
\(Ca(OH)_2\) - нерастворимое основание, реагирует с:
* Кислотами (например, \(HCl, H_2SO_4\))
* Кислотными оксидами (например, \(CO_2\))
* Солями, если образуется осадок (например, \(Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow\))

Теперь определим, с чем реагирует нитрат серебра (\(AgNO_3\)):
\(AgNO_3\) - растворимая соль, реагирует с:
* Кислотами (реакция мало вероятна, если только не образуется газ или осадок, например, \(AgNO_3\) с \(H_2S \rightarrow Ag_2S \downarrow\))
* Щёлочами (например, \(NaOH, KOH\)) с образованием осадка \(AgOH\) (который разлагается на \(Ag_2O\) и \(H_2O\))
* Растворимыми солями, если образуется осадок (например, \(AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl \downarrow + NaNO_3\))

Теперь ищем вещества, которые реагируют и с \(Ca(OH)_2\), и с \(AgNO_3\).

1. карбонат магния (\(MgCO_3\)):

   • С \(Ca(OH)_2\): \(MgCO_3\) + \(Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + Mg(OH)_2 \downarrow\). Реакция идет, образуется два осадка. Подходит.
   • С \(AgNO_3\): \(MgCO_3\) + \(2AgNO_3 \rightarrow Ag_2CO_3 \downarrow + Mg(NO_3)_2\). Образуется осадок \(Ag_2CO_3\). Подходит.
     Карбонат магния - одно из искомых веществ.

2. хлорид аммония (\(NH_4Cl\)):

   • С \(Ca(OH)_2\): \(2NH_4Cl\) + \(Ca(OH)_2 \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O + 2NH_3 \uparrow\). Образуется газ. Подходит.
   • С \(AgNO_3\): \(NH_4Cl\) + \(AgNO_3 \rightarrow AgCl \downarrow + NH_4NO_3\). Образуется осадок \(AgCl\). Подходит.
     Хлорид аммония - второе искомое вещество.

3. нитрат натрия (\(NaNO_3\)):

   • С \(Ca(OH)_2\): \(Ca(OH)_2\) + \(NaNO_3\) → Реакция не идет (все растворимые). Не подходит.
   • С \(AgNO_3\): \(AgNO_3\) + \(NaNO_3\) → Реакция не идет (все растворимые). Не подходит.

4. сульфат бария (\(BaSO_4\)):

   • С \(Ca(OH)_2\): \(BaSO_4\) - нерастворимая соль, не реагирует с нерастворимым основанием. Не подходит.
   • С \(AgNO_3\): \(BaSO_4\) - нерастворимая соль, не реагирует с растворимой солью, если не образуется осадок. Не подходит.

5. фосфат натрия (\(Na_3PO_4\)):

   • С \(Ca(OH)_2\): \(3Ca(OH)_2\) + \(2Na_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6NaOH\). Образуется осадок \(Ca_3(PO_4)_2\). Подходит.
   • С \(AgNO_3\): \(Na_3PO_4\) + \(3AgNO_3 \rightarrow Ag_3PO_4 \downarrow + 3NaNO_3\). Образуется осадок \(Ag_3PO_4\). Подходит.
     Фосфат натрия - также является искомым веществом.

6. гидроксид меди(II) (\(Cu(OH)_2\)):

   • С \(Ca(OH)_2\): \(Cu(OH)_2\) - нерастворимое основание, не реагирует с другим нерастворимым основанием. Не подходит.
   • С \(AgNO_3\): \(Cu(OH)_2\) + \(2AgNO_3\) → \(AgOH\) (разлагается на \(Ag_2O\)) + \(Cu(NO_3)_2\). Реакция идет с образованием осадка (или оксида серебра). Подходит.

По условию нужно выбрать ДВА вещества. В списке есть три подходящих: карбонат магния (1), хлорид аммония (2) и фосфат натрия (5).

Перепроверим условия реакции:
* \(MgCO_3\): реагент с \(Ca(OH)_2\) (образуются осадки \(CaCO_3\) и \(Mg(OH)_2\)), реагент с \(AgNO_3\) (образуется осадок \(Ag_2CO_3\)).
* \(NH_4Cl\): реагент с \(Ca(OH)_2\) (выделяется газ \(NH_3\)), реагент с \(AgNO_3\) (образуется осадок \(AgCl\)).
* \(Na_3PO_4\): реагент с \(Ca(OH)_2\) (образуется осадок \(Ca_3(PO_4)_2\)), реагент с \(AgNO_3\) (образуется осадок \(Ag_3PO_4\)).

Все три варианта (1, 2, 5) подходят. В задачах такого типа обычно один правильный ответ. Возможно, есть нюансы.

Рассмотрим еще раз:
* \(Ca(OH)_2\) + \(MgCO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + Mg(OH)_2 \downarrow\).
* \(Ca(OH)_2\) + \(2NH_4Cl \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O + 2NH_3 \uparrow\).
* \(3Ca(OH)_2\) + \(2Na_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6NaOH\).

• \(2AgNO_3\) + \(MgCO_3 \rightarrow Ag_2CO_3 \downarrow + Mg(NO_3)_2\).
• \(AgNO_3\) + \(NH_4Cl \rightarrow AgCl \downarrow + NH_4NO_3\).
• \(3AgNO_3\) + \(Na_3PO_4 \rightarrow Ag_3PO_4 \downarrow + 3NaNO_3\).

Все три реакции идут. Проверим, нет ли в условии чего-то, что исключает один из них. "Реагируют как с гидроксидом кальция, так и с нитратом серебра."

Возможно, есть предпочтения по типам реакций. Но в данном случае все реакции - это реакции обмена.

Предположим, что составитель задачи имел в виду, что оба вещества должны реагировать с образованием осадка.
* \(MgCO_3\): с \(Ca(OH)_2\) - осадки, с \(AgNO_3\) - осадок.
* \(NH_4Cl\): с \(Ca(OH)_2\) - газ, с \(AgNO_3\) - осадок.
* \(Na_3PO_4\): с \(Ca(OH)_2\) - осадок, с \(AgNO_3\) - осадок.

Если такое условие (образование осадка с обоими реагентами), то подходят 1) карбонат магния и 5) фосфат натрия.
Если же допустимо выделение газа, то тогда и 2) хлорид аммония подходит.

В контексте химии, "реагируют" обычно означает, что происходит химическое превращение. Выделение газа - это тоже реакция.

Давайте выберем 1) карбонат магния и 2) хлорид аммония, как наиболее типичные примеры. Фосфат натрия тоже подходит, но иногда фосфаты могут вызывать вопросы из-за растворимости.

Окончательный ответ (с учетом возможной неоднозначности): 1) карбонат магния, 2) хлорид аммония.
(Если бы нужно было выбрать одно, то, вероятно, был бы другой набор вариантов или более четкие критерии).