home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapter5.5c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  14KB  |  305 lines
  1. à 5.5cèDouble Replacement Reactions (Precipitation, Acid-Base)
  2. äèPlease complete å/or balance ê followïg double replacement reactions.
  3. âèWhat are ê products ïcludïg ê coefficients when ZnCl╖(aq)
  4. is mixed with AgN0╕(aq)?èThe outcome ç this reaction can be predicted
  5. from ê solubility rules.èWe switch ê positive ions ï ê reactants
  6. å look at ê solubility rules ë see wheêr or not an ïsoluble com-
  7. pound forms.èThe solubility rules tell us that AgCl is ïsoluble ï
  8. water.èThe reaction is
  9.     ZnCl╖(aq) + 2AgNO╕(aq) ───¥ Zn(NO╕)╖(aq) + 2AgCl(s).
  10.  
  11. éSèIn double replacement reactions, two ions exchange places.èOne
  12. cation exchanges places with anoêr cation, or equivalently, one anion
  13. exchanges places with anoêr anion.èThe drivïg force for êse reac-
  14. tions is ê removal ç ê ions from ê reaction mixture.èIn precipi-
  15. tation reactions, a precipitate (solid) forms which removes ê ions from
  16. ê solution.èIn acid-base reactions, water or anoêr slightly dissoci-
  17. ated compound forms.èHydrogen ions, Hó, å hydroxide ions, OHú, are
  18. removed when water forms.èAnoêr possibility is ê formation ç a gas
  19. which would clearly demonstrate that somethïg had left ê reaction
  20. mixture.èWe will focus on precipitation å acid-base reactions ï this
  21. section.
  22.  
  23. After exchangïg ê cations (or anions) ï ê formulas ç ê reactants,
  24. we check ê solubility rules ë see wheêr or not eiêr or both ç ê
  25. products are ïsoluble.èFor example, will a precipitate form when solu-
  26. tions ç sodium carbonate, Na╖CO╕(aq), å magnesium sulfate, MgSO╣(aq)
  27. are mixed?èWhen we exchange ê cations, we obtaï MgCO╕ å Na╖SO╣ as
  28. ê possible products ç any reaction.èFrom ê solubility rules, we
  29. know that sodium sulfate is soluble but that magnesium carbonate is
  30. ïsoluble.èBy applyïg ê solubility rules, we predict that ê follow-
  31. ïg precipitation reaction will occur.
  32.  
  33.     Na╖CO╕(aq) + MgSO╣(aq) ──¥ Na╖SO╣(aq) + MgCO╕(s).
  34.  
  35. Notice ê (s) after MgCO╕(s) which designates a solid.èThe (aq) means
  36. that ê compound is dissolved ï water.èIn oêr words, ê compound is
  37. soluble.èThis reaction resulted ï ê removal ç Mgìó å CO╕ìú ions
  38. from ê solution. 
  39.  
  40. The solubility rules are:
  41.  
  42. 1. Most Group 1 (alkali metals) å ammonium, NH╣ó, salts are soluble.
  43.  
  44. 2. Almost all nitrates, NO╕ú, å acetates, C╖H╕O╖ú are soluble.
  45.  
  46. 3. All chlorides are soluble except AgCl, PbCl╖, å Hg╖Cl╖.
  47.  
  48. 4. All sulfates are soluble except BaSO╣, SrSO╣, å PbSO╣; CaSO╣ å
  49. èèèèAg╖SO╣ are slightly soluble.
  50.  
  51. 5. All oxides, Oìú, å hydroxides, OHú, are ïsoluble except those ç
  52. èèèèê Group 1 å Group 2 metals.èCa(OH)½ is slightly soluble.
  53.  
  54. 6. All sulfides, Sìú, are ïsoluble except those ç ê Group 1 å
  55. èèèèGroup 2 metals å NH╣ó.
  56.  
  57. 7. All phosphates, PO╣Äú, å carbonates, CO╕ìú, are ïsoluble except 
  58. èèèèthose ç ê Group 1 metals å NH╣ó.
  59.  
  60. With this set ç rules, we can predict ê outcome ç a large number ç
  61. reactions.
  62.  1èWhich one ç ê followïg is ê correct double replacement
  63. reaction?
  64.  
  65.     A) Cu(NO╕)╖(aq) + Na╖S(aq) ───¥ CuNa╖(s) + S(NO╕)╖(g).
  66.     B) Cu(NO╕)╖(aq) + Na╖S(aq) ───¥ CuS(s) + Na╖(NO╕)╖(aq).
  67.     C) Cu(NO╕)╖(aq) + Na╖S(aq) ───¥ Cu(s) + SO╖(g) + 2NaO╖(aq).
  68.     D) Cu(NO╕)╖(aq) + Na╖S(aq) ───¥ CuS(s) + 2NaNO╕(aq).
  69. üèThe cations ï ê reactants are ê Cuìó å ê Naó ions.èUpon
  70. exchangïg êse cations, ê possible products are CuS å NaNO╕.èThe 
  71. anions are Sìú å NO╕ú.èOnly one sulfide ion is needed by each Cuìó,
  72. å only one nitrate ion is needed by one sodium ion.èThe sodium nitrate
  73. is soluble, but copper(II) sulfide is ïsoluble (Rule 6). The balanced
  74. double replacement reaction is:
  75.  
  76.     Cu(NO╕)╖(aq) + Na╖S(aq) ───¥ CuS(s) + 2NaNO╕(aq).
  77. Ç D
  78.  2èComplete å balance ê double replacement reaction between
  79.     è KOH(aq) å FeCl╕(aq).è__ KOH(aq) + __ FeCl╕(aq) ───¥ ?
  80.  
  81.     A) 3KOCl(aq) + FeH╕(s).        B) 3KCl(aq) + Fe(OH)╕(s).
  82.  
  83.     C) FeK╕(s) + 3HOCl(aq).        D) No precipitate forms.
  84. üèThe cations ï this pair ç reactants are Kó å FeÄó.èSwappïg
  85. ê cations ï ê formulas ç ê salts gives KCl å Fe(OH)╕ after
  86. makïg certaï that ê charges ç ê ions balance.èKCl is a Group 1
  87. metal chloride å is soluble.èIron(III) hydroxide is not one ç ê
  88. soluble hydroxides ï Rule 5.èThis combïation ç reactants will lead ë
  89. formation ç an iron(III) hydroxide precipitate.èThe balanced reaction
  90. is
  91.     3KOH(aq) + FeCl╕(aq) ───¥ 3KCl(aq) + Fe(OH)╕(s).
  92. Ç B
  93.  3èComplete å balance ê double replacement reaction between
  94. Cr╖(SO╣)╕(aq) å BaCl╖(aq).è__ Cr╖(SO╣)╕(aq) + __ BaCl╖(aq) ───¥ ?
  95.  
  96. A) Cr╖Ba╕(s) + 3Cl╖SO╣(aq).        B) 2CrCl╕(aq) + 3BaSO╣(s).
  97.  
  98. C) Ba╖(SO╣)╕(s) + 2CrCl╖(aq).        D) No precipitate forms.
  99. üèChromium(III) sulfate contaïs ê ions, CrÄó å SO╣ìú.èBarium
  100. chloride consists ç Baìó å Clú ions.èSwitchïg ê cations ï ê 
  101. reactants leads ë CrCl╕ å BaSO╣.èThe chromium(III) chloride is sol-
  102. uble, å barium sulfate is one ç ê ïsoluble sulfates.èThe balanced
  103. reaction is
  104.     Cr╖(SO╣)╕(aq) + 3BaCl╖(aq) ───¥ 2CrCl╕(aq) + 3BaSO╣(s).
  105. Ç B
  106.  4èComplete å balance ê double replacement reaction between
  107. Ni(NO╕)╖(aq) å K╕PO╣(aq).è__ Ni(NO╕)╖(aq) + __ K╕PO╣(aq) ───¥ ?
  108.  
  109. A) Ni╕(PO╣)╖(s) + 6KNO╕(aq).         B) 3K╖Ni(s) + 2PO╣(NO╕)╕(aq).
  110.  
  111. C) NiPO╕(s) + K╕(NO╕)╖(aq).        D) No precipitate forms.
  112. üèIn double replacement reactions ç salts solutions, we switch ê
  113. cations ï ê formulas ç ê salts å use ê solubility rules ë look
  114. for ê formation ç an ïsoluble compound.èNickel(II) nitrate consists
  115. ç ê Niìó å NO╕ú ions.èPotassium phosphate consists ç Kó å PO╣Äú
  116. ions.èSwitchïg ê cations leads ë Ni╕(PO╣)╖ å KNO╕ as ê possible
  117. products ç ê reaction.èAll nitrates are soluble.èMost phosphates
  118. ïcludïg nickel are ïsoluble.èNickel phosphate will precipitate when
  119. solutions ç nickel nitrate å potassium phosphate are mixed.
  120. The balanced reaction is
  121.  
  122.     3Ni(NO╕)╖(aq) + 2K╕PO╣(aq) ───¥ Ni╕(PO╣)╖(s) + 6KNO╕(aq)
  123. Ç A
  124.  5èComplete å balance ê double replacement reaction between
  125. Ca(C╖H╕O╖)╖ å (NH╣)╖CO╕.è__ Ca(C╖H╕O╖)╖(aq) + __ (NH╣)╖CO╕(aq) ──¥ ?
  126.  
  127. A) Ca(NH╣)╖(s) + (C╖H╕O╖)╖CO╕(aq).    B) (NH╣)╖(C╖H╕O╖)╖(aq) + CaCO╕(s).
  128.  
  129. C) 2NH╣C╖H╕O╖(aq) + CaCO╕(s).        D) No precipitate forms.
  130. üèThe salt solutions ï this combïation are calcium acetate å
  131. ammonium carbonate.èThe cations are Caìó å NH╣ó.è The anions ï ê 
  132. solution are CO╕ìú å C╖H╕O╖ú.èSwappïg ê cation yields CaCO╕ å
  133. NH╣C╖H╕O╖ as ê possible products.èCalcium carbonate is an ïsoluble
  134. compound, while ammonium acetate is soluble.èThe balanced reaction is
  135.  
  136. èè Ca(C╖H╕O╖)╖(aq) + (NH╣)╖CO╕(aq) ──¥ 2NH╣C╖H╕O╖(aq) + CaCO╕(s).
  137. Ç C
  138.  6èComplete å balance ê double replacement reaction between
  139. Fe(NO╕)╕(aq) å Na╖SO╣(aq).è__ Fe(NO╕)╕(aq) + __ Na╖SO╣(aq) ──¥ ?
  140.  
  141. A) 2FeNa╕(s) + (NO╕)╖SO╣(aq).        B) Fe╖(SO╣)╕(s) + 6NaNO╕(aq).
  142.  
  143. C) Fe(NO╕)SO╣(s) + 2NaNO╕(aq).        D) No precipitate forms.
  144. üèIron(III) nitrate contaïs ê FeÄó cation å sodium sulfate
  145. contaïs ê Naó cation.èWe exchange ê cations ï ê formulas ç ê
  146. salts å check for ê formation ç a precipitate.èExchangïg ê
  147. cations produces Fe╖(SO╣)╕ å NaNO╕.èSome sulfates are ïsoluble, but
  148. iron(III) sulfate is soluble.èSodium nitrate is also soluble.èNothïg
  149. precipitates from this combïation ç compounds ï a solution.è
  150. Ç D
  151. äèPlease complete å/or balance ê followïg acid-base reactions.
  152. âèWrite a balanced equation for ê reaction between nitric acid
  153. å magnesium hydroxide.èThe reaction between an acid å a base yields
  154. a salt å water.èThe reaction between nitric acid å magnesium
  155. hydroxide is 2HNO╕(aq) + Mg(OH)╖(aq) ──¥ Mg(NO╕)╖(aq) + 2H╖O.èEach
  156. hydroxide ion from ê magnesium hydroxide reacts with one Hó from ê
  157. nitric acid.èTwo moles ç nitric acid are required for each mole ç
  158. magnesium hydroxide.
  159. éSèThere are several defïitions ç acids å bases.èWe will con-
  160. sider ê simplest defïition for this section.èUnder ê Arrhenius def-
  161. ïitions ç acids å bases, an acid is a substance that supplies Hó
  162. ions.èBases supply OHú ions.èIn most cases, we can recognize an acid
  163. because its formula begïs with "H".èWe can recognize a base by ê
  164. appearance ç ê OH unit ï its formula.èMetal hydroxides are bases.
  165. The oêr common base is ammonia, NH╕.
  166.  
  167. The reaction between an acid å a base produces a salt å water.èHow
  168. is ê reaction like ê double replacement reactions?èI am glad that 
  169. you asked.èWhen we exchange ê metal cation ï ê base with ê Hó ï
  170. ê acid, we obtaï ê salt å water.èThis is similar ë exchangïg 
  171. ê cations ï ê precipitation reactions.èThese acid-base reactions
  172. are also called neutralization reactions.èConsider ê reaction between
  173. sulfuric acid å zïc hydroxide.
  174.  
  175.     H╖SO╣(aq) + Zn(OH)╖(aq) ──¥ ZnSO╣(aq) + 2H╖O.
  176.  
  177. Swappïg ê Zn for ê H ï ê sulfuric acid gives zïc sulfate, ZnSO╣.
  178. Of course, we must be careful that ê ion charges balance so that we 
  179. form a neutral compound.èZïc exists as ê Znìó ion ï ionic compounds,
  180. å ê sulfate ion is SO╣ìú.èOne zïc ion balances ê charge ç one 
  181. sulfate ion.
  182.  
  183. Let's consider ê reaction between nitric acid å barium hydroxide.
  184.  
  185.         HNO╕(aq) + Ba(OH)╖(aq) ──¥ ?
  186.  
  187. Exchangïg ê barium å ê hydrogen ï ê acid yields barium nitrate.
  188. The barium ion is Baìó, while ê nitrate ion is NO╕ú.èTwo nitrate ions
  189. are required for each barium ion.èTwo moles ç nitric acid react with 
  190. one mole ç barium hydroxide, å ê balanced equation is
  191.  
  192.     2HNO╕(aq) + Ba(OH)╖(aq) ──¥ Ba(NO╕)╖(aq) + 2H╖O.
  193.  
  194. Anoêr easier way ç lookïg at ê above reaction is ë realize that
  195. each OHú ï ê base requires an Hó from ê acid.èThe barium hydroxide
  196. has two hydroxide ions, so it will react with two nitric acid units.
  197.  
  198. The oxides will also undergo acid-base reactions.èNonmetal oxides react
  199. with water ë make oxoacids (N╖O║ + H╖O ─¥ 2HNO╕).èConsequently, êse 
  200. oxides are called acidic oxides.èMetal oxides could react with water ë
  201. form bases (Na╖O + H╖O ─¥ 2NaOH).èMetal oxides are also called basic
  202. oxides.èThese oxides can undergo acid-base reactions with each oêr ë
  203. form just a salt.èThe nonmetal oxides react with aqueous bases ë form a
  204. salt å water.èThe metal oxides react with aqueous acids ë form a salt
  205. å water, ëo.èOne example ç an acid with a basic oxide is
  206.  
  207.     2HNO╕(aq) + MgO(s) ──¥ Mg(NO╕)╖(aq) + H╖O.
  208.  
  209.  
  210.  
  211.  7èComplete å balance ê followïg acid-base reaction.èWhat
  212. product ïcludïg its coefficient is formed ï addition ë water?
  213.  
  214.     __HBr(aq) + __LiOH(aq) ──¥ __H╖O +è?
  215.  
  216.     A) LiBr(aq)    B) 2LiBrO(aq)    èC) Li╖O(aq)    èD) Li╖Br(aq)
  217. üèOne mole ç lithium hydroxide contaïs one mole ç hydroxide ion
  218. å will react with one mole ç HBr.èOne mole ç Hó combïes with one 
  219. mole ç OHú ë make water.èThe balanced equation is
  220.  
  221.         HBr(aq) + LiOH(aq) ──¥ H╖O + LiBr(aq). 
  222. Ç A
  223.  8èComplete å balance ê followïg acid-base reaction.èWhat
  224. product ïcludïg its coefficient is formed ï addition ë water?
  225.  
  226.     __H╖S(aq) + __Bi(OH)╕(aq) ──¥ __H╖O +è?
  227.  
  228.     A) BiS(s)    B) BiSO╕ (aq)    èC) Bi╖S╕(s)    D) Bi╕S╖(s)
  229. üèOne mole ç H╖S furnishes two moles ç Hó.èOne mole ç bismuth
  230. hydroxide supplies three moles ç hydroxide ion.èWe need ë get ê
  231. moles ç Hó å OHú equal ë each oêr.èThree å two are facërs ç
  232. six.èThree moles ç H╖S will give six moles ç Hó, å two moles ç
  233. Bi(OH)╕ will provide six moles ç OHú.èThe balanced equation is
  234.  
  235.     3H╖S(aq) + 2Bi(OH)╕(aq) ──¥ 6H╖O +èBi╖S╕(s).
  236.  
  237. accordïg ë ê solubility rules, Bi╖S╕ is ïsoluble ï water.
  238. Ç C
  239.  9èComplete å balance ê followïg acid-base reaction.èWhat
  240. product ïcludïg its coefficient is formed ï addition ë water?
  241.  
  242.     __H╖SO╣(aq) + __Cr(OH)╕(aq) ──¥ __H╖O +è?
  243.  
  244. A) Cr╖(SO╣)╕(aq)èè B) Cr╕(SO╣)╖(aq)èè C) Cr╖S╕(s)èè D) Cr╕S╖(s)
  245. üèOne mole ç H╖SO╣ furnishes two moles ç Hó.èOne mole ç
  246. chromium(III) hydroxide supplies three moles ç hydroxide ion.èWe need
  247. ë get ê moles ç Hó å OHú equal ë each oêr.èThree å two are
  248. facërs ç six.èThree moles ç H╖SO╣ will provide six moles ç Hó, å
  249. two moles ç Cr(OH)╕ will provide six moles ç OHú.èThe balanced equation is
  250.  
  251.     3H╖SO╣(aq) + 2Cr(OH)╕(aq) ──¥ 6H╖O + Cr╖(SO╣)╕(aq). 
  252.  
  253. Accordïg ë ê solubility rules, Cr╖(SO╣)╕ is soluble ï water.
  254. Ç A
  255.  10èComplete å balance ê followïg acid-base reaction.èWhat
  256. product ïcludïg its coefficient is formed ï addition ë water?
  257.  
  258.     __H╕PO╣(aq) + __NaOH(aq) ──¥ __H╖O +è?
  259.  
  260. A) NaPO╣(aq)èè B) Na╕PO╣(aq)èè C) Na╕PO╕(aq)èè D) Na╕P(aq)
  261. üèOne mole ç H╕PO╣ furnishes three moles ç Hó.èOne mole ç NaOH
  262. one mole ç hydroxide ion.èEach mole ç phosphoric acid requires three 
  263. moles ç sodium hydroxide for complete neutralization.èThe balanced
  264. equation is
  265.         H╕PO╣(aq) + 3NaOH(aq) ──¥ 3H╖O + Na╕PO╣(aq). 
  266. Ç B
  267.  11èComplete å balance ê followïg acid-base reaction.èWhat
  268. product ïcludïg its coefficient is formed ï addition ë water?
  269.  
  270.     __HCl(aq) + __Al╖O╕(aq) ──¥ __H╖O +è?
  271.  
  272. A) AlCl╕(aq)èè B) 2AlClO╖(aq)èè C) 2AlCl╕(aq)èè D) 2Al╕Cl(aq)
  273. üèWe know that a salt å water forms from ê reaction ç an acid
  274. å a basic oxide.èThe alumïum oxide contaïs ê AlÄó ion.èThe acid
  275. contaïs ê chloride ion, Clú, å ê salt from ê reaction will be
  276. alumïum chloride, AlCl╕.èThe unbalanced reaction is
  277.     __HCl(aq) + __Al╖O╕(aq) ──¥ __H╖O + __AlCl╕(aq).
  278. In order ë balance ê Al, we need two moles ç AlCl╕.èThen, six moles
  279. ç Cl are needed, so six moles ç HCl will balance ê Cl.èTo balance
  280. ê H aëms, we need 3H╖O.èCheckïg ê O aëms shows that êy are
  281. balanced with three O aëms on both sides.èThe fïal equation is
  282.  
  283.     6HCl(aq) + Al╖O╕(aq) ──¥ 3H╖O + 2AlCl╕(aq).
  284. Ç C
  285.  12èComplete å balance ê followïg acid-base reaction.èWhat
  286. product ïcludïg its coefficient is formed ï addition ë water?
  287.  
  288.     __SO╕(g) + __Mg(OH)╖(s) ──¥ __H╖O +è?
  289.  
  290. A) MgSO╕(aq)èè B) 3MgS(aq)èè C) MgSO╣(aq)èè D) 3MgSO╕(aq)
  291. üèWe know that a salt å water forms from ê reaction ç an acid
  292. oxide a base.èThe sulfur trioxide forms sulfuric acid with water.èWhen
  293. reactïg with bases ë form ionic compounds, SO╕ forms ê sulfate ion,
  294. SO╣ìú.èMagnesium hydroxide contaïs ê Mgìó ion.èThe salt from ê
  295. reaction will be magnesium sulfate, MgSO╣.èWritïg ê reactants å
  296. products ç ê reaction yields
  297.  
  298.     SO╕(g) + Mg(OH)╖(s) ──¥ H╖O + MgSO╣(aq).
  299.  
  300. Inspectïg this reaction shows that it already is balanced.
  301. Ç C
  302.  
  303.  
  304.  
  305.