Условие задачи

Устроите соревнование в классе. Участники должны как можно быстрее расставить коэффициенты в схеме реакцииAl2(SO4)3 + NaOH ⟶ Na2SO4 + Al(OH)3↓и перечислить информацию, которую несёт данное химическое уравнение. Выберите жюри, которое оценит соревнование.

Решение

Нам дана задача по неорганической химии, а именно по балансировке химических уравнений и анализу передаваемой ими информации. Ниже приводится подробное решение с пояснениями, где используются символы Unicode для обозначения формул.

──────────────────────────────
1. Уравнение реакции

Исходное уравнение реакции выглядит так:

Al₂(SO₄)₃ + NaOH ⟶ Na₂SO₄ + Al(OH)₃↓

Наша цель – расставить коэффициенты так, чтобы было соблюдено сохранение массы (количество атомов каждого элемента слева и справа совпадало).

──────────────────────────────
2. Балансировка уравнения

Пошагово определим требуемые коэффициенты.

а) Определим состав реагентов и продуктов:

• В Al₂(SO₄)₃ содержится:
– 2 атома алюминия (Al);
– 3 группы сульфата, каждая SO₄, то есть 3 атома серы (S) и 3×4 = 12 атомов кислорода (O).

• В NaOH – по одному атому натрия (Na), кислорода (O) и водорода (H).

• В Na₂SO₄ содержится:
– 2 атома натрия (Na);
– 1 группа сульфата (SO₄): 1 атом серы (S) и 4 атома кислорода (O).

• В Al(OH)₃:
– 1 атом алюминия (Al);
– 3 группы гидроксила (OH) – в сумме 3 атома кислорода (O) и 3 атома водорода (H).

б) Подберём коэффициенты.

Предположим, что коэффициент при Al₂(SO₄)₃ равен 1. Тогда имеем 2 атома Al, и мы хотим получить столько же атомов Al в продуктах. Так как Al(OH)₃ содержит по 1 Al в молекуле, то для 2 алюмініевых атомов необходимо 2 молекулы Al(OH)₃.

Теперь у нас:

Al₂(SO₄)₃ + NaOH ⟶ Na₂SO₄ + 2 Al(OH)₃↓

Проверим балансировку с серой (S). В левой части 3 группы SO₄, а в правой – в Na₂SO₄ каждая содержит 1 S. Чтобы число сульфатных групп совпадало, поставим коэффициент 3 при Na₂SO₄:

Al₂(SO₄)₃ + NaOH ⟶ 3 Na₂SO₄ + 2 Al(OH)₃↓

Теперь определим коэффициент при NaOH по следующим соображениям:

• Сульфат: уже сбалансирован.
• Алюминий: 2 атома с обеих сторон.
• Натрий: справа в 3 Na₂SO₄ получаем 3×2 = 6 атомов Na, значит слева должно быть 6 Na, т.е. 6 молекул NaOH.
• Гидроксид (OH): слева 6 OH в 6 NaOH; справа – в 2 Al(OH)₃ имеем 2×3 = 6 OH.

Таким образом, окончательно получаем балансированное уравнение:

Al₂(SO₄)₃ + 6 NaOH ⟶ 3 Na₂SO₄ + 2 Al(OH)₃↓

──────────────────────────────
3. Информация, которую несёт данное уравнение

Данное уравнение не только описывает химическую реакцию, но и передаёт множество важных сведений:

1. Тип реакции:
Это реакция двойного обмена (реакция переноса ионов), в которой происходит обмен между катионами и анионами реагирующих веществ.

2. Закон сохранения массы:
Коэффициенты уравнения показывают, что общее число атомов каждого элемента до и после реакции одинаково, что отражает закон сохранения массы.

3. Стехиометрия реакции:
Уравнение даёт точное соотношение между реагентами и продуктами: на 1 моль Al₂(SO₄)₃ требуется 6 молей NaOH, а продукты реакции – 3 моль Na₂SO₄ и 2 моль Al(OH)₃.

4. Характер продукта:
Указание стрелки с опусканием ↓ у Al(OH)₃ говорит о том, что данный продукт является осадком, что отражает принцип растворимости веществ в зависимости от их химических свойств.

5. Практическое значение:
Такие реакции встречаются, например, при осаждении гидроксида алюминия из растворов алюминиевых солей, что может иметь значение в очистке воды или в аналитической химии.

──────────────────────────────
4. Жюри для оценки соревнования

Для проведения и оценки соревнования по расстановке коэффициентов в химическом уравнении, целесообразно сформировать жюри, состоящее из специалистов, владеющих предметными знаниями и практическим опытом работы с химическими реакциями. Можно предложить следующий состав жюри:

• Учитель химии – специалист, глубоко знающий теоретические основы химии и умеющий оценить правильность расписанной стехиометрии.
• Лаборант или опытный техник – профессионал, знакомый с практическими аспектами проведения реакций и методами балансировки уравнений в лабораторных условиях.
• Старшеклассник или студент, активно занимающийся химией – представитель молодежи, способный оценить скорость и точность решения, мотивируя участников.

Такой состав жюри обеспечит всестороннюю оценку как теоретических знаний, так и практических навыков участников соревнования.

──────────────────────────────
Вывод:

Балансированное уравнение реакции выглядит так:

Al₂(SO₄)₃ + 6 NaOH ⟶ 3 Na₂SO₄ + 2 Al(OH)₃↓

Данное уравнение демонстрирует принципы закона сохранения массы, стехиометрию реакций двойного обмена и особенности осадительных реакций, а выбранное жюри (учитель химии, лаборант и активный ученик/студент) оптимально подходит для объективной оценки результатов соревнования.

Это и есть подробное решение задачи с соблюдением правил неорганической химии.