Лабораторная работа №7, страница 125, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Химические свойства типичных металлов, неметаллов и амфотерных элементов

Реактивы: металлический алюминий, цинк, растворы соляной, серной кислот, растворы гидроксида натрия, хлорной воды, калия, оксида кальция $CaO$, вода, универсальный индикатор.

Химическая посуда и лабораторное оборудование: пробирки, штатив для пробирки.

1. Свойства простых веществ (восстановительные и окислительные)

Опыт 1. Взаимодействие металлов с разбавленной соляной кислотой

В две пробирки поместите по кусочку металлических магния и цинка. В каждую пробирку добавьте несколько капель раствора соляной кислоты.

Задание. Наблюдения запишите в тетрадь. Напишите уравнения реакций, составьте электронные балансы. Укажите окислитель и восстановитель.

Опыт 2. Окисление йодид-иона хлором

К 3–4 каплям раствора йодида калия добавьте такой же объем хлорной воды (следует избегать избытка хлорной воды). Что происходит с йодид-ионом при действии на него хлорной воды?

Задание. Наблюдения запишите в тетрадь. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций и составьте уравнения электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель.

Опыт 3. Химические свойства оксидов

В две пробирки внесите небольшое количество (на кончике микро-шпателя) оксида кальция $CaO$. В первую пробирку влейте небольшое количество воды, добавьте 2–3 капли индикатора (фенолфталеина), отметьте окраску, сделайте вывод о характере исследуемого оксида. Во вторую пробирку добавьте раствор серной кислоты.

Задание. В каком случае происходит растворение осадка? Сделайте вывод о характере оксида. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.

Опыт 4. Химические свойства оснований и кислот

Налейте в пробирку 5 мл раствора гидроксида натрия, соляной кислоты. Определите $pH$ раствора, используя универсальную индикаторную бумагу. Напишите уравнение диссоциации основания и кислоты.

Задание. Проведите реакцию между кислотой и основанием, измерьте показатель $pH$ в полученном растворе. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной форме. Сделайте выводы.

Опыт 1. Взаимодействие металлов с разбавленной соляной кислотой

При добавлении соляной кислоты к металлам наблюдается выделение пузырьков газа (водорода). Реакция с магнием протекает значительно активнее и быстрее, чем с цинком, что свидетельствует о большей химической активности магния по сравнению с цинком. Оба металла растворяются в кислоте.

Уравнения реакций:

1. Взаимодействие магния с соляной кислотой:

$Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2 \uparrow$

2. Взаимодействие цинка с соляной кислотой:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Электронные балансы:

1. Для реакции с магнием:

$Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{2+}$ | 1 | окисление, восстановитель

$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 1 | восстановление, окислитель

2. Для реакции с цинком:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$ | 1 | окисление, восстановитель

$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 1 | восстановление, окислитель

В обеих реакциях металлы (магний и цинк) являются восстановителями, так как они отдают электроны, повышая свою степень окисления. Окислителем являются ионы водорода $H^+$ (в составе соляной кислоты), так как они принимают электроны, понижая свою степень окисления.

Ответ: При взаимодействии магния и цинка с соляной кислотой происходит выделение водорода, при этом магний реагирует активнее. Уравнения реакций: $Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2$ и $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$. Восстановителями являются металлы ($Mg, Zn$), окислителем — ионы водорода ($H^+$).

Опыт 2. Окисление йодид-иона хлором

Наблюдения: При добавлении хлорной воды (раствора хлора в воде) к бесцветному раствору йодида калия, раствор приобретает желто-коричневую окраску. Это свидетельствует об образовании молекулярного йода ($I_2$). Происходит реакция замещения, в которой более активный галоген (хлор) вытесняет менее активный (йод) из раствора его соли.

Молекулярное уравнение реакции:

$2KI + Cl_2 \rightarrow 2KCl + I_2$

Полное ионное уравнение:

$2K^+ + 2I^- + Cl_2 \rightarrow 2K^+ + 2Cl^- + I_2$

Сокращенное ионное уравнение:

$2I^- + Cl_2 \rightarrow 2Cl^- + I_2$

Уравнение электронного баланса:

$2I^{-1} - 2e^- \rightarrow I_2^0$ | 1 | окисление

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^-$ | 1 | восстановление

В данной реакции восстановителем являются йодид-ионы ($I^-$), так как они отдают электроны. Окислителем является молекулярный хлор ($Cl_2$), так как он принимает электроны.

Ответ: При добавлении хлорной воды к раствору йодида калия раствор окрашивается в желто-коричневый цвет из-за образования йода. Молекулярное уравнение: $2KI + Cl_2 \rightarrow 2KCl + I_2$. Восстановитель — $I^-$, окислитель — $Cl_2$.

Опыт 3. Химические свойства оксидов

Наблюдения и выводы:

1. В первой пробирке: при добавлении воды к белому порошку оксида кальция ($CaO$) происходит его реакция с водой, что может сопровождаться выделением тепла. Образуется суспензия (взвесь), так как гидроксид кальция малорастворим. При добавлении индикатора фенолфталеина раствор окрашивается в малиновый цвет. Это указывает на образование щелочи (растворимого основания) — гидроксида кальция $Ca(OH)_2$ и, следовательно, на основный характер оксида $CaO$.

2. Во второй пробирке: при добавлении раствора серной кислоты к оксиду кальция происходит его растворение в результате химической реакции.

Растворение исходного твердого вещества (оксида кальция) происходит в обоих случаях: и при реакции с водой, и при реакции с кислотой.

Вывод о характере оксида: Оксид кальция ($CaO$) является основным оксидом, так как он реагирует с водой с образованием основания (щелочи) и с кислотой с образованием соли и воды.

Уравнения реакций:

1. Реакция с водой:

Молекулярная форма: $Cao + H_2o \rightarrow Ca(OH)_2$

Ионная форма (упрощенно, показывая образование ионов, дающих щелочную среду): $Cao + H_2o \rightarrow Ca^{2+} + 2OH^-$

2. Реакция с серной кислотой:

Молекулярная форма: $Cao + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 \downarrow + H_2O$

Сокращенная ионная форма: $Cao + 2H^+ \rightarrow Ca^{2+} + H_2O$

Ответ: Осадок оксида кальция растворяется как в воде, так и в серной кислоте, что доказывает его основный характер. Уравнение реакции с водой: $Cao + H_2o \rightarrow Ca(OH)_2$. Уравнение реакции с кислотой: $Cao + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2O$.

Опыт 4. Химические свойства оснований и кислот

Определение pH исходных растворов и диссоциация:

1. Раствор гидроксида натрия ($NaOH$) — это раствор сильного основания (щелочи). Универсальная индикаторная бумага в этом растворе окрасится в синий или темно-синий цвет, что соответствует $pH > 7$ (сильнощелочная среда, $pH \approx 13-14$).

2. Раствор соляной кислоты ($HCl$) — это раствор сильной кислоты. Универсальная индикаторная бумага окрасится в красный цвет, что соответствует $pH < 7$ (сильнокислая среда, $pH \approx 0-1$).

Уравнения диссоциации:

$NaOH \leftrightarrow Na^+ + OH^-$

$HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$

Проведение реакции нейтрализации:

При смешивании растворов гидроксида натрия и соляной кислоты протекает реакция нейтрализации. Видимых признаков реакции (выделение газа, образование осадка) не наблюдается, однако пробирка может нагреться из-за экзотермического характера реакции. Если смешать эквивалентные количества кислоты и основания, то полученный раствор будет нейтральным. Универсальный индикатор покажет $pH \approx 7$ (зеленовато-желтый цвет).

Уравнения реакции:

Молекулярная форма: $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$

Полная ионная форма: $Na^+ + OH^- + H^+ + Cl^- \rightarrow Na^+ + Cl^- + H_2O$

Сокращенная ионная форма: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

Выводы: Кислоты и основания взаимно нейтрализуют друг друга. Реакция между кислотой и основанием называется реакцией нейтрализации, в результате которой образуются соль и вода. Суть реакции нейтрализации сильной кислоты и сильного основания сводится к взаимодействию ионов водорода $H^+$ и гидроксид-ионов $OH^-$ с образованием малодиссоциирующего вещества — воды.

Ответ: Исходный раствор $NaOH$ имеет щелочную среду ($pH > 7$), а раствор $HCl$ — кислую ($pH < 7$). При их смешивании происходит реакция нейтрализации $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$, в результате которой образуется нейтральный раствор соли ($pH \approx 7$). Суть реакции в ионной форме: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$.