Номер 86, страница 202 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.86. Как в домашних условиях можно отличить порошок оксида марганца (IV) от порошка активированного угля?

Порошок оксида марганца(IV) ($MnO_2$) и порошок активированного угля (состоящий в основном из углерода, $C$) — это вещества тёмно-коричневого или чёрного цвета, которые по внешнему виду могут быть очень похожи. Однако их химические и физические свойства различны, что позволяет отличить их друг от друга в домашних условиях несколькими способами.

Способ 1: Взаимодействие с пероксидом водорода (перекисью водорода)

Это наиболее наглядный и характерный химический тест.

Проведение опыта: В две небольшие прозрачные ёмкости (например, рюмки или стаканы) поместить по небольшой щепотке каждого из исследуемых порошков. Затем в каждую ёмкость аккуратно прилить небольшое количество аптечного 3% раствора пероксида водорода ($H_2O_2$).

Наблюдения:

• В ёмкости с оксидом марганца(IV) начнётся бурная реакция с обильным выделением пузырьков газа (кислорода). Смесь может заметно нагреться. Оксид марганца(IV) в данном случае выступает в роли катализатора, ускоряя реакцию разложения пероксида водорода. Уравнение реакции:
  $2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow$
• Активированный уголь либо не будет заметно реагировать с пероксидом водорода, либо может вызвать очень слабое, едва заметное газовыделение, несравнимое по интенсивности с реакцией в присутствии оксида марганца(IV).

Ответ: Вещество, которое вызывает бурное "вскипание" и выделение газа при добавлении к нему раствора пероксида водорода, является оксидом марганца(IV).

Способ 2: Сравнение плотности с помощью воды

Этот способ основан на значительном различии в плотности двух веществ.

Проведение опыта: Взять две одинаковые прозрачные ёмкости (стаканы), наполненные водой примерно на две трети. Одновременно или поочерёдно всыпать в них по одинаковому объёму (например, по половине чайной ложки) каждого порошка и перемешать.

Наблюдения:

• Оксид марганца(IV) — это тяжёлый порошок с высокой плотностью (около $5 \text{ г/см}^3$). Он быстро и полностью осядет на дно, образовав компактный слой тёмного осадка.
• Активированный уголь имеет низкую плотность и очень пористую структуру (насыпная плотность около $0,2-0,5 \text{ г/см}^3$). Значительная его часть, скорее всего, останется плавать на поверхности воды. Та часть, что намокнет и опустится на дно, образует гораздо более объёмный и "рыхлый" осадок по сравнению с оксидом марганца.

Ответ: Порошок, который быстро и полностью тонет в воде, образуя плотный и компактный осадок, — это оксид марганца(IV). Порошок, который частично плавает и образует объёмный, рыхлый осадок, — это активированный уголь.

Способ 3: Прокаливание (нагревание)

Этот способ основан на разной термической устойчивости и горючести веществ. Внимание: опыт следует проводить с соблюдением мер пожарной безопасности, вдали от легковоспламеняющихся предметов и в хорошо проветриваемом месте.

Проведение опыта: Небольшое количество порошка поместить на негорючую термостойкую поверхность (например, в металлическую ложку или на керамическое блюдце) и нагреть в пламени зажигалки, спички или газовой конфорки.

Наблюдения:

• Активированный уголь (углерод) при сильном нагревании на воздухе начнёт тлеть (раскаляясь докрасна), возможно, с искрами, и постепенно сгорит (окислится до углекислого газа), практически не оставив после себя твёрдого остатка.
• Оксид марганца(IV) — это неорганический оксид, он не горит. При нагревании в бытовых условиях он не претерпит видимых изменений, только раскалится от пламени и остынет после прекращения нагрева.

Ответ: Порошок, который при нагревании тлеет и сгорает, — это активированный уголь. Порошок, который не изменяется при нагревании, — оксид марганца(IV).