Условие задания:
Укажи, при взаимодействии каких веществ происходит реакция ионного обмена с выделением углекислого газа:
- угольная кислота и оксид кальция
- карбонат цинка и гидроксид натрия
- карбонат калия и серная кислота
- гидрокарбонат калия и хлорид бария
Решение:
Для того чтобы произошла реакция ионного обмена с выделением углекислого газа (\(\text{CO}_2\)), необходимо, чтобы в результате реакции образовалась угольная кислота (\(\text{H}_2\text{CO}_3\)), которая является неустойчивой и разлагается на воду (\(\text{H}_2\text{O}\)) и углекислый газ (\(\text{CO}_2\)).
Рассмотрим каждый вариант:
1. Угольная кислота и оксид кальция:
Угольная кислота (\(\text{H}_2\text{CO}_3\)) — это слабая кислота. Оксид кальция (\(\text{CaO}\)) — это основной оксид. Их взаимодействие является реакцией нейтрализации (кислотно-основной реакцией), а не ионного обмена в классическом понимании для растворов, так как оксид кальция не является растворимым солью или основанием в данном контексте. Реакция выглядит так:
\[\text{H}_2\text{CO}_3 + \text{CaO} \rightarrow \text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{O}\]В этой реакции образуется карбонат кальция и вода. Углекислый газ не выделяется.
2. Карбонат цинка и гидроксид натрия:
Карбонат цинка (\(\text{ZnCO}_3\)) — это нерастворимая соль. Гидроксид натрия (\(\text{NaOH}\)) — это сильное основание. Реакция ионного обмена между нерастворимой солью и основанием возможна, если образуется более нерастворимое соединение или газ. Однако, в данном случае, карбонат цинка не будет реагировать с гидроксидом натрия с образованием углекислого газа, так как цинк не образует амфотерных гидроксидов, которые могли бы растворяться в избытке щелочи с выделением \(\text{CO}_2\) из карбоната. Если бы реакция и произошла, то это было бы образование гидроксида цинка и карбоната натрия, но без выделения \(\text{CO}_2\).
\[\text{ZnCO}_3 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Zn(OH)}_2\downarrow + \text{Na}_2\text{CO}_3\]Углекислый газ не выделяется.
3. Карбонат калия и серная кислота:
Карбонат калия (\(\text{K}_2\text{CO}_3\)) — это растворимая соль. Серная кислота (\(\text{H}_2\text{SO}_4\)) — это сильная кислота. Это классический пример реакции ионного обмена между солью и кислотой. В результате реакции образуется новая соль и новая кислота:
\[\text{K}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{CO}_3\]Образовавшаяся угольная кислота (\(\text{H}_2\text{CO}_3\)) является неустойчивой и сразу же разлагается на воду и углекислый газ:
\[\text{H}_2\text{CO}_3 \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow\]Таким образом, суммарное уравнение реакции выглядит так:
\[\text{K}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow\]В этой реакции выделяется углекислый газ.
4. Гидрокарбонат калия и хлорид бария:
Гидрокарбонат калия (\(\text{KHCO}_3\)) — это растворимая соль. Хлорид бария (\(\text{BaCl}_2\)) — это растворимая соль. Реакция ионного обмена между двумя солями происходит, если образуется осадок, газ или вода. В данном случае, если бы образовался карбонат бария, он был бы осадком. Однако, гидрокарбонат бария растворим. Реакция ионного обмена будет выглядеть так:
\[2\text{KHCO}_3 + \text{BaCl}_2 \rightarrow \text{Ba(HCO}_3)_2 + 2\text{KCl}\]Гидрокарбонат бария (\(\text{Ba(HCO}_3)_2\)) растворим, и углекислый газ не выделяется. Для выделения \(\text{CO}_2\) из гидрокарбоната обычно требуется нагревание или реакция с сильной кислотой, которая вытеснит \(\text{CO}_2\).
Вывод:
Реакция ионного обмена с выделением углекислого газа происходит при взаимодействии карбоната калия и серной кислоты.
Правильный ответ:
карбонат калия и серная кислота