Решение задачи: Определение веществ по ионному уравнению

Вот решение задачи, оформленное так, чтобы школьнику было удобно переписать в тетрадь:

Дано:

Вещества: CaCO₃, HCl, Na₂CO₃, CO₂, KCl.

Ионное уравнение: \( \text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^{+} = \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \)

Требуется:

1. Определить, взаимодействие каких веществ из приведённого ряда соответствует данному ионному уравнению.
2. Написать молекулярное уравнение.

Решение:

1. Анализируем ионное уравнение: \( \text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^{+} = \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \)

Это уравнение показывает взаимодействие карбонат-иона (\(\text{CO}_3^{2-}\)) с ионами водорода (\(\text{H}^{+}\)), в результате чего образуется углекислый газ (\(\text{CO}_2\)) и вода (\(\text{H}_2\text{O}\)).

Для того чтобы произошла такая реакция, нам нужны:

• Источник карбонат-ионов (\(\text{CO}_3^{2-}\)). Из предложенных веществ это могут быть карбонат кальция (CaCO₃) или карбонат натрия (Na₂CO₃).
• Источник ионов водорода (\(\text{H}^{+}\)). Из предложенных веществ это может быть соляная кислота (HCl).

Рассмотрим возможные пары веществ:

• CaCO₃ и HCl:

CaCO₃ — нерастворимый карбонат, но он реагирует с сильными кислотами. При диссоциации HCl образуются ионы \( \text{H}^{+} \) и \( \text{Cl}^{-} \). При взаимодействии CaCO₃ с HCl образуются ионы \( \text{Ca}^{2+} \) и \( \text{CO}_3^{2-} \) (хотя CaCO₃ малорастворим, в реакции с кислотой он расходуется, и ионы \( \text{CO}_3^{2-} \) фактически участвуют в реакции).

• Na₂CO₃ и HCl:

Na₂CO₃ — растворимый карбонат. При диссоциации Na₂CO₃ образуются ионы \( 2\text{Na}^{+} \) и \( \text{CO}_3^{2-} \). При диссоциации HCl образуются ионы \( \text{H}^{+} \) и \( \text{Cl}^{-} \).

Оба варианта подходят, так как и CaCO₃, и Na₂CO₃ являются источниками карбонат-ионов, а HCl — источником ионов водорода.

2. Напишем молекулярные уравнения для этих взаимодействий:

Вариант 1: Взаимодействие карбоната кальция (CaCO₃) и соляной кислоты (HCl)

Молекулярное уравнение:

\[ \text{CaCO}_3 + 2\text{HCl} = \text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow \]

Полное ионное уравнение:

\[ \text{CaCO}_3 + 2\text{H}^{+} + 2\text{Cl}^{-} = \text{Ca}^{2+} + 2\text{Cl}^{-} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow \]

Сокращенное ионное уравнение (после сокращения одинаковых ионов с обеих сторон):

\[ \text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^{+} = \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow \]

Это соответствует заданному ионному уравнению.

Вариант 2: Взаимодействие карбоната натрия (Na₂CO₃) и соляной кислоты (HCl)

Молекулярное уравнение:

\[ \text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\text{HCl} = 2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow \]

Полное ионное уравнение:

\[ 2\text{Na}^{+} + \text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^{+} + 2\text{Cl}^{-} = 2\text{Na}^{+} + 2\text{Cl}^{-} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow \]

Сокращенное ионное уравнение (после сокращения одинаковых ионов с обеих сторон):

\[ \text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^{+} = \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow \]

Это также соответствует заданному ионному уравнению.

Вывод:

Взаимодействие веществ, которое соответствует записи \( \text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^{+} = \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \), может происходить между:

1. CaCO₃ и HCl
2. Na₂CO₃ и HCl

Молекулярные уравнения:

1. Для CaCO₃ и HCl:

\[ \text{CaCO}_3 + 2\text{HCl} = \text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow \]

2. Для Na₂CO₃ и HCl:

\[ \text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\text{HCl} = 2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow \]