Готовимся к олимпиадам, страница 179 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

1. Газ А реагирует с газом В в соотношении $1 : 2$ с образованием белого кристаллического вещества С. При растворении С в воде образуется вещество D. Взаимодействие раствора 1,00 г D с избытком водного раствора $BaCl_2$ приводит к выпадению 2,05 г белого осадка Е, который при действии $HCl$ растворяется с выделением газа А. Определите вещества А, В, С, D и Е.

Дано:

Соотношение газов $A:B = 1:2$

$m(D) = 1.00 \text{ г}$

$m(E) = 2.05 \text{ г}$

Найти:

Вещества A, B, C, D, E

Решение:

1. Начнем анализ с конца цепочки превращений. Белый осадок E образуется при взаимодействии раствора вещества D с избытком $BaCl_2$, следовательно, E — это соль бария. Осадок E растворяется в соляной кислоте ($HCl$) с выделением газа A. Это означает, что E — соль слабой летучей кислоты, а газ A — соответствующий ей кислотный оксид. Наиболее вероятные варианты:

• E — карбонат бария ($BaCO_3$), тогда A — диоксид углерода ($CO_2$).
• E — сульфит бария ($BaSO_3$), тогда A — диоксид серы ($SO_2$).

2. Чтобы выбрать правильный вариант, проведем количественный анализ. Вещество D, содержащее кислотный остаток, реагирует с $BaCl_2$ с образованием осадка E. Предположим, что одна формульная единица D содержит один кислотный остаток, тогда из стехиометрии реакции следует, что количество вещества D равно количеству вещества E ($n(D) = n(E)$).

Гипотеза 1: A — $SO_2$, E — $BaSO_3$.
Молярная масса сульфита бария $M(BaSO_3) = 137.3 + 32.1 + 3 \cdot 16.0 = 217.4 \text{ г/моль}$.
Количество вещества осадка E: $n(E) = \frac{m(E)}{M(E)} = \frac{2.05 \text{ г}}{217.4 \text{ г/моль}} \approx 0.00943 \text{ моль}$.
Следовательно, молярная масса вещества D: $M(D) = \frac{m(D)}{n(D)} = \frac{1.00 \text{ г}}{0.00943 \text{ моль}} \approx 106 \text{ г/моль}$.

Гипотеза 2: A — $CO_2$, E — $BaCO_3$.
Молярная масса карбоната бария $M(BaCO_3) = 137.3 + 12.0 + 3 \cdot 16.0 = 197.3 \text{ г/моль}$.
Количество вещества осадка E: $n(E) = \frac{m(E)}{M(E)} = \frac{2.05 \text{ г}}{197.3 \text{ г/моль}} \approx 0.0104 \text{ моль}$.
Следовательно, молярная масса вещества D: $M(D) = \frac{m(D)}{n(D)} = \frac{1.00 \text{ г}}{0.0104 \text{ моль}} \approx 96.15 \text{ г/моль}$.

3. Вещество C, из которого образуется D, синтезируется из газов A и B. Распространенным газообразным реагентом в таких задачах является аммиак ($NH_3$). Если B — аммиак, то вещество D является солью аммония.
Сравним расчетную молярную массу D с молярными массами солей аммония:
- Для гипотезы 1 (A = $SO_2$), веществом D мог бы быть сульфит аммония $(NH_4)_2SO_3$, молярная масса которого $M((NH_4)_2SO_3) \approx 116 \text{ г/моль}$. Это значение сильно отличается от расчетного (106 г/моль).
- Для гипотезы 2 (A = $CO_2$), веществом D мог бы быть карбонат аммония $(NH_4)_2CO_3$, молярная масса которого $M((NH_4)_2CO_3) \approx 96 \text{ г/моль}$. Это значение практически идеально совпадает с расчетным (96.15 г/моль).

Таким образом, верна вторая гипотеза.

4. Установим все вещества:

A — диоксид углерода ($CO_2$).

E — карбонат бария ($BaCO_3$). Реакция с кислотой: $BaCO_3 + 2HCl \rightarrow BaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$.

D — карбонат аммония ($(NH_4)_2CO_3$). Реакция осаждения: $(NH_4)_2CO_3 + BaCl_2 \rightarrow BaCO_3 \downarrow + 2NH_4Cl$.

Газ A ($CO_2$) реагирует с газом B в соотношении 1:2. Это соответствует реакции с аммиаком.

B — аммиак ($NH_3$).

Белое кристаллическое вещество C образуется в реакции между газами A и B: $CO_2(г) + 2NH_3(г) \rightarrow NH_2COONH_4(тв)$.

C — карбамат аммония ($NH_2COONH_4$).

При растворении в воде вещество C (карбамат аммония) гидролизуется с образованием вещества D (карбонат аммония): $NH_2COONH_4 + H_2O \rightarrow (NH_4)_2CO_3$.

Ответ:

• A: $CO_2$ — диоксид углерода (углекислый газ)
• B: $NH_3$ — аммиак
• C: $NH_2COONH_4$ — карбамат аммония
• D: $(NH_4)_2CO_3$ — карбонат аммония
• E: $BaCO_3$ — карбонат бария