Номер 1370, страница 212 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1370. Составьте уравнения реакций, которые протекают при смешивании указанных количеств реагентов:

а) 2 моль $Ca(OH)_2$ и 3 моль $KHSO_4$;

б) 0,1 моль $Ba(OH)_2$ и 0,2 моль $LiHSO_4$;

в) 0,5 моль $Sr(OH)_2$ и 0,5 моль $KHSO_4$;

г) 0,3 моль $Sr(OH)_2$ и 0,1 моль $NaHSO_4$;

д) 2 моль $Ba(OH)_2$ и 1 моль $KHSO_4$.

В данной задаче рассматриваются реакции между гидроксидами щелочноземельных металлов ($M(OH)_2$) и гидросульфатами щелочных металлов ($XHSO_4$). Гидроксиды являются основаниями, а гидросульфаты проявляют кислотные свойства за счет диссоциации $HSO_4^{-} \rightleftharpoons H^{+} + SO_4^{2-}$. Таким образом, основной процесс — это реакция нейтрализации. Кроме того, катионы щелочноземельных металлов ($Ca^{2+}, Sr^{2+}, Ba^{2+}$) образуют малорастворимые или нерастворимые сульфаты ($CaSO_4, SrSO_4, BaSO_4$). Продукты реакции зависят от мольного соотношения реагентов.

а) Даны 2 моль гидроксида кальция $Ca(OH)_2$ и 3 моль гидросульфата калия $KHSO_4$. Найдем соотношение количеств реагентов: $n(KHSO_4) : n(Ca(OH)_2) = 3 : 2 = 1,5 : 1$. Это соотношение является промежуточным между 1:1 и 2:1. Это означает, что оба реагента прореагируют полностью с образованием смеси продуктов. Для определения продуктов реакции проведем анализ в ионной форме. Исходные количества ионов: $n(Ca^{2+}) = 2 \space моль$, $n(OH^{-}) = 4 \space моль$, $n(K^{+}) = 3 \space моль$, $n(H^{+}) = 3 \space моль$, $n(SO_4^{2-}) = 3 \space моль$. 1. Реакция нейтрализации: $H^{+} + OH^{-} \rightarrow H_2O$. $3 \space моль \space H^{+}$ реагируют с $3 \space моль \space OH^{-}$, образуя $3 \space моль \space H_2O$. В системе остается $4 - 3 = 1 \space моль \space OH^{-}$. 2. Реакция осаждения: $Ca^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow CaSO_4\downarrow$. $2 \space моль \space Ca^{2+}$ реагируют с $2 \space моль \space SO_4^{2-}$, образуя $2 \space моль \space CaSO_4$. В системе остается $3 - 2 = 1 \space моль \space SO_4^{2-}$. В растворе остаются ионы: $3 \space моль \space K^{+}$, $1 \space моль \space OH^{-}$ и $1 \space моль \space SO_4^{2-}$. Эти ионы образуют $1 \space моль \space KOH$ и $1 \space моль \space K_2SO_4$. Суммируя все продукты, получаем итоговое уравнение, коэффициенты в котором соответствуют исходным количествам веществ.

Ответ: $2Ca(OH)_2 + 3KHSO_4 \rightarrow 2CaSO_4\downarrow + K_2SO_4 + KOH + 3H_2O$

б) Даны 0,1 моль гидроксида бария $Ba(OH)_2$ и 0,2 моль гидросульфата лития $LiHSO_4$. Соотношение количеств реагентов: $n(LiHSO_4) : n(Ba(OH)_2) = 0,2 : 0,1 = 2 : 1$. Это точное стехиометрическое соотношение для реакции с образованием средних солей. Происходит полная нейтрализация основания и кислой соли. Исходные ионы: $0,1 \space моль \space Ba^{2+}$, $0,2 \space моль \space OH^{-}$, $0,2 \space моль \space Li^{+}$, $0,2 \space моль \space H^{+}$, $0,2 \space моль \space SO_4^{2-}$. 1. Нейтрализация: $0,2 \space моль \space H^{+}$ реагируют с $0,2 \space моль \space OH^{-}$, образуя $0,2 \space моль \space H_2O$. 2. Осаждение: $0,1 \space моль \space Ba^{2+}$ реагирует с $0,1 \space моль \space SO_4^{2-}$, образуя $0,1 \space моль \space BaSO_4\downarrow$. В растворе остаются $0,2 \space моль \space Li^{+}$ и $0,2 - 0,1 = 0,1 \space моль \space SO_4^{2-}$, которые образуют $0,1 \space моль \space Li_2SO_4$. Уравнение реакции имеет вид:

Ответ: $Ba(OH)_2 + 2LiHSO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + Li_2SO_4 + 2H_2O$

в) Даны 0,5 моль гидроксида стронция $Sr(OH)_2$ и 0,5 моль гидросульфата калия $KHSO_4$. Соотношение количеств реагентов: $n(KHSO_4) : n(Sr(OH)_2) = 0,5 : 0,5 = 1 : 1$. Это точное стехиометрическое соотношение для реакции, в которой гидроксид стронция реагирует как однокислотное основание, нейтрализуя один эквивалент кислоты. Исходные ионы: $0,5 \space моль \space Sr^{2+}$, $1,0 \space моль \space OH^{-}$, $0,5 \space моль \space K^{+}$, $0,5 \space моль \space H^{+}$, $0,5 \space моль \space SO_4^{2-}$. 1. Нейтрализация: $0,5 \space моль \space H^{+}$ реагируют с $0,5 \space моль \space OH^{-}$, образуя $0,5 \space моль \space H_2O$. В системе остается $1,0 - 0,5 = 0,5 \space моль \space OH^{-}$. 2. Осаждение: $0,5 \space моль \space Sr^{2+}$ реагируют с $0,5 \space моль \space SO_4^{2-}$, образуя $0,5 \space моль \space SrSO_4\downarrow$. В растворе остаются $0,5 \space моль \space K^{+}$ и $0,5 \space моль \space OH^{-}$, которые образуют $0,5 \space моль \space KOH$. Уравнение реакции имеет вид:

Ответ: $Sr(OH)_2 + KHSO_4 \rightarrow SrSO_4\downarrow + KOH + H_2O$

г) Даны 0,3 моль гидроксида стронция $Sr(OH)_2$ и 0,1 моль гидросульфата натрия $NaHSO_4$. Соотношение количеств реагентов: $n(Sr(OH)_2) : n(NaHSO_4) = 0,3 : 0,1 = 3 : 1$. В данном случае гидроксид стронция находится в большом избытке, а гидросульфат натрия является лимитирующим реагентом. Реакция будет протекать до полного расходования $NaHSO_4$ по пути образования средних солей (NaOH и SrSO4). $0,1 \space моль \space NaHSO_4$ прореагирует с $0,1 \space моль \space Sr(OH)_2$. В избытке останется $0,3 - 0,1 = 0,2 \space моль \space Sr(OH)_2$. Протекает следующая реакция:

Ответ: $Sr(OH)_2 + NaHSO_4 \rightarrow SrSO_4\downarrow + NaOH + H_2O$

д) Даны 2 моль гидроксида бария $Ba(OH)_2$ и 1 моль гидросульфата калия $KHSO_4$. Соотношение количеств реагентов: $n(Ba(OH)_2) : n(KHSO_4) = 2 : 1$. Гидроксид бария находится в избытке. Лимитирующим реагентом является гидросульфат калия. Реакция будет протекать до полного расходования $KHSO_4$. $1 \space моль \space KHSO_4$ прореагирует с $1 \space моль \space Ba(OH)_2$. В избытке останется $2 - 1 = 1 \space моль \space Ba(OH)_2$. Протекает следующая реакция:

Ответ: $Ba(OH)_2 + KHSO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + KOH + H_2O$