Практическая работа №2, страница 107, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Получение аммиака и изучение свойств водного раствора аммиака и солей аммония

Реактивы: кристаллические $NH_4Cl$

- порошок $Ca(OH)_2$

- растворы фенолфталеина

- лакмуса, $HNO_3$ (конц.)

- $H_2SO_4$ (конц.), $HCl$ (конц.)

Химическая посуда и лабораторное оборудование: фарфоровая чашка, пробирки, штатив, емкость с водой, цилиндр, прибор для получения газа.

Техника безопасности. Требуется соблюдение правил работы с растворами кислот, щелочей и нагревательными приборами.

Ход работы

Опыт 1. Получение аммиака и растворение его в воде

В фарфоровой ступке хорошо перемешайте приблизительно равные объемы кристаллического хлорида аммония $NH_4Cl$ и порошка гидроксида кальция $Ca(OH)_2$ (опыт удается лучше, если известь слегка влажная). Приготовленную смесь насыпьте в пробирку на 1/3 ее объема. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опущен в другую сухую пробирку, закрепленную в штативе открытым концом вниз. Нагрейте смесь в пробирке. Как только почувствуете острый запах, пробирку с газом, не переворачивая, закройте пробкой, погрузите ее в сосуд с водой и откройте пробку. После заполнения пробирки водой закройте ее отверстие пробкой и выньте пробирку из воды. В полученный раствор поместите красную лакмусовую бумажку – она синеет. Затем добавьте к раствору несколько капель раствора фенолфталеина.

Вопросы и задания

1. Какой газ выделился? Напишите уравнение соответствующей реакции.

2. Какое вещество образуется при растворении полученного газа в воде? Какие наблюдения этот вывод подтверждают? Напишите уравнение данной реакции.

Опыт 2. Горение аммиака в кислороде

Соберите прибор для получения газов. Пробирку со смесью хлорида аммония и гидроксида кальция слегка нагрейте. Газоотводную трубку введите в стеклянный цилиндр с кислородом и с помощью лучинки подожгите газ.

Вопросы и задания

1. Какие вещества образуются в процессе горения аммиака? Напишите уравнение соответствующей реакции, если известно, что при горении аммиака в кислороде выделяется свободный азот.

2. Подчеркните в уравнении одной чертой окислитель, а двумя — восстановитель.

Опыт 3. Взаимодействие аммиака с кислотами

Соберите прибор как и для предыдущего опыта. Пробирку со смесью хлорида аммония и гидроксида кальция слегка нагрейте. Газоотводную трубку последовательно введите в пробирки, в которых налито по 1 мл концентрированных азотной, соляной и серной кислот. Конец газоотводной трубки должен находиться на расстоянии 5–6 мм от поверхности кислот.

Вопросы и задания

1. Как объяснить появление "белого дыма"? Напишите уравнения соответствующих реакций.

2. Почему конец газоотводной трубки нельзя погружать в кислоты, а лишь приближать к ним?

Опыт 4. Свойства водного раствора аммиака

В две пробирки налейте водный раствор аммиака. В одну из них опустите красную лакмусовую бумажку. В другую пробирку добавьте несколько капель раствора фенолфталеина, а затем немного разбавленного раствора соляной кислоты.

Вопросы и задания

1. О каких свойствах водного раствора аммиака свидетельствует его действие на индикаторы? Как это можно объяснить с позиции электролитической диссоциации?

2. Что происходит при действии кислоты на водный раствор аммиака?

3. Составьте уравнение соответствующей химической реакции в молекулярном и ионном виде.

1. Какой газ выделился? Напишите уравнение соответствующей реакции.

В ходе реакции при нагревании смеси кристаллического хлорида аммония и порошка гидроксида кальция выделяется аммиак ($NH_3$) — бесцветный газ с характерным резким запахом. Это стандартный лабораторный способ получения аммиака.

Ответ: Выделился газ аммиак ($NH_3$). Уравнение реакции: $2NH_4Cl + Ca(OH)_2 \xrightarrow{t} CaCl_2 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$.

2. Какое вещество образуется при растворении полученного газа в воде? Какие наблюдения этот вывод подтверждают? Напишите уравнение данной реакции.

При растворении аммиака ($NH_3$) в воде ($H_2O$) образуется гидрат аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$), который является слабым основанием и в растворе частично ионизируется, образуя ионы аммония ($NH_4^+$) и гидроксид-ионы ($OH^-$). Именно наличие гидроксид-ионов придает раствору щелочные свойства. Этот вывод подтверждают наблюдения, описанные в опыте: красная лакмусовая бумажка синеет, а добавление фенолфталеина вызовет появление малиновой окраски, что характерно для щелочной среды.

Ответ: При растворении аммиака в воде образуется гидрат аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$), который проявляет свойства слабого основания (его также называют гидроксидом аммония $NH_4OH$). Вывод подтверждается изменением цвета индикаторов (посинение лакмуса), что указывает на щелочную среду. Уравнение реакции: $NH_3 + H_2o \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2o \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$.

1. Какие вещества образуются в процессе горения аммиака? Напишите уравнение соответствующей реакции, если известно, что при горении аммиака в кислороде выделяется свободный азот.

Согласно условию, одним из продуктов горения аммиака в кислороде является свободный азот ($N_2$). Поскольку в состав аммиака ($NH_3$) входит водород, вторым продуктом реакции горения в кислороде будет вода ($H_2O$).

Ответ: В процессе горения аммиака в чистом кислороде без катализатора образуются свободный азот ($N_2$) и вода ($H_2O$). Уравнение реакции: $4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$.

2. Подчеркните в уравнении одной чертой окислитель, а двумя — восстановитель.

Чтобы определить окислитель и восстановитель, рассмотрим изменение степеней окисления элементов в реакции: $4\overset{-3}{N}\overset{+1}{H_3} + 3\overset{0}{O_2} \rightarrow 2\overset{0}{N_2} + 6\overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O}$.

Азот ($\text{N}$) повышает свою степень окисления с -3 до 0, отдавая электроны. Вещество, в котором элемент отдает электроны, является восстановителем. Следовательно, аммиак ($NH_3$) — восстановитель.

Кислород ($\text{O}$) понижает свою степень окисления с 0 до -2, принимая электроны. Вещество, в котором элемент принимает электроны, является окислителем. Следовательно, кислород ($O_2$) — окислитель.

Ответ: В уравнении реакции $4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$ окислителем является кислород ($O_2$), а восстановителем — аммиак ($NH_3$).

1. Как объяснить появление "белого дыма"? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Наблюдаемое явление "белый дым" на самом деле представляет собой аэрозоль — взвесь в воздухе мельчайших кристалликов твердых солей аммония. Эти соли образуются в результате химической реакции между газообразным аммиаком ($NH_3$) и парами концентрированных кислот, которые летучи.

Ответ: "Белый дым" — это образование твердых солей аммония в результате реакции газообразного аммиака с парами кислот. Уравнения реакций:

$NH_3(г) + HCl(г) \rightarrow NH_4Cl(тв)$ (хлорид аммония)

$NH_3(г) + HNO_3(г) \rightarrow NH_4NO_3(тв)$ (нитрат аммония)

$2NH_3(г) + H_2SO_4(конц.) \rightarrow (NH_4)_2SO_4(тв)$ (сульфат аммония)

2. Почему конец газоотводной трубки нельзя погружать в кислоты, а лишь приближать к ним?

Аммиак — газ, который чрезвычайно хорошо растворяется в воде и, тем более, очень активно реагирует с концентрированными кислотами. Если конец трубки погрузить в кислоту, аммиак будет поглощаться настолько быстро, что давление в приборе для его получения резко упадет. Это приведет к тому, что кислота из пробирки будет засасываться обратно в горячий реакционный сосуд. Такой эффект, называемый "обратным всасыванием", очень опасен, так как может вызвать растрескивание горячего стекла из-за разницы температур (термический шок) или разрушение установки из-за бурной неконтролируемой реакции.

Ответ: Конец газоотводной трубки нельзя погружать в кислоту из-за очень высокой скорости поглощения аммиака кислотой, что вызывает резкое падение давления и может привести к опасному эффекту "обратного всасывания" жидкости в реактор.

1. О каких свойствах водного раствора аммиака свидетельствует его действие на индикаторы? Как это можно объяснить с позиции электролитической диссоциации?

Изменение цвета индикаторов (красный лакмус синеет, фенолфталеин становится малиновым) однозначно указывает на то, что водный раствор аммиака имеет щелочную (основную) среду. С точки зрения теории электролитической диссоциации, это объясняется тем, что молекулы аммиака ($NH_3$) частично реагируют с молекулами воды ($H_2O$), образуя гидрат аммиака, который, в свою очередь, диссоциирует (ионизируется) с образованием катионов аммония ($NH_4^+$) и гидроксид-анионов ($OH^-$). Именно избыток гидроксид-ионов в растворе и обуславливает его щелочные свойства. Так как диссоциация происходит лишь частично (равновесие смещено влево), гидрат аммиака является слабым основанием.

Ответ: Действие на индикаторы свидетельствует о щелочных (основных) свойствах водного раствора аммиака. С позиции электролитической диссоциации это объясняется тем, что в растворе в результате взаимодействия аммиака с водой образуются гидроксид-ионы ($OH^-$) по схеме: $NH_3 + H_2o \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$.

2. Что происходит при действии кислоты на водный раствор аммиака?

При добавлении кислоты, например, соляной ($HCl$), к водному раствору аммиака происходит реакция нейтрализации. Щелочь (гидрат аммиака) вступает в реакцию с кислотой. В результате щелочная среда нейтрализуется, что можно было бы наблюдать по исчезновению малиновой окраски фенолфталеина.

Ответ: При действии кислоты на водный раствор аммиака происходит реакция нейтрализации, в результате которой образуются соль (в данном случае хлорид аммония) и вода.

3. Составьте уравнение соответствующей химической реакции в молекулярном и ионном виде.

Реакция между водным раствором аммиака (гидроксидом аммония, $NH_4OH$) и соляной кислотой ($HCl$) является реакцией обмена.

Ответ:

Молекулярное уравнение:

$NH_4OH + HCl \rightarrow NH_4Cl + H_2O$

Полное ионное уравнение (учитывая, что $NH_4OH$ - слабый электролит, а $HCl$ и $NH_4Cl$ - сильные):

$NH_4OH + H^+ + Cl^- \rightarrow NH_4^+ + Cl^- + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение (после исключения одинаковых ионов $Cl^-$ с обеих сторон):

$NH_4OH + H^+ \rightarrow NH_4^+ + H_2O$