Страница 132 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Повторите технику безопасности при работе в химической лаборатории.

Работа в химической лаборатории связана с использованием потенциально опасных веществ и оборудования, поэтому строгое соблюдение техники безопасности является обязательным условием для сохранения здоровья и предотвращения несчастных случаев. Ниже приведены основные правила, которые необходимо повторить и неукоснительно соблюдать.

• Входить в лабораторию и приступать к работе можно только с разрешения преподавателя или лаборанта.
• Работать в лаборатории следует в специальной защитной одежде (химическом халате), застегнутом на все пуговицы. Длинные волосы необходимо убирать, чтобы они не мешали работе и не могли воспламениться.
• Для защиты глаз от брызг химических веществ обязательно использование защитных очков в течение всего времени нахождения в лаборатории.
• На рабочем столе не должно быть ничего лишнего: только необходимое для выполнения опыта оборудование, реактивы, а также тетрадь для записей и ручка. Сумки и личные вещи следует оставлять в специально отведенном месте.
• Категорически запрещается есть, пить, жевать жевательную резинку и пробовать любые вещества на вкус. Это может привести к тяжелому отравлению.
• Необходимо соблюдать тишину, порядок и не передвигаться по лаборатории без необходимости. Запрещается бегать, шуметь и отвлекать других.
• После завершения работы необходимо привести рабочее место в порядок: вымыть и убрать на место химическую посуду и оборудование, протереть стол, выключить все приборы и убрать за собой мусор.
• Перед уходом из лаборатории необходимо тщательно вымыть руки с мылом.

• Выполнять можно только те опыты, которые предусмотрены заданием и согласованы с преподавателем. Проведение любых несанкционированных экспериментов запрещено.
• Прежде чем взять реактив, необходимо внимательно прочитать этикетку на емкости, чтобы убедиться в правильности выбора.
• Брать реактивы для опыта следует в количествах, указанных в инструкции. Нельзя выливать или высыпать излишки реактива обратно в основную тару, так как это может привести к ее загрязнению.
• Определять запах веществ можно только осторожным направлением потока воздуха от сосуда к себе легким движением ладони. Нельзя наклоняться над сосудом и вдыхать пары напрямую.
• Твердые сыпучие вещества отбирают чистым сухим шпателем или ложечкой. Жидкости аккуратно наливают по стенке сосуда или по стеклянной палочке, чтобы избежать разбрызгивания.
• Особую осторожность следует соблюдать при работе с концентрированными кислотами и щелочами. При разбавлении кислот всегда следует медленно приливать кислоту к воде при постоянном перемешивании, а не наоборот!
• Отработанные реактивы и растворы необходимо сливать в специальную тару для утилизации, а не в раковину.
• Сосуд с реактивом после использования нужно немедленно закрыть пробкой и поставить на отведенное ему место.

• Перед началом работы необходимо проверить исправность нагревательных приборов (спиртовки, электроплитки).
• Зажигать спиртовку можно только спичкой. Категорически запрещается зажигать ее от другой горящей спиртовки. Тушить пламя спиртовки следует, накрыв его колпачком.
• При нагревании жидкости в пробирке ее нужно закреплять в пробиркодержателе и направлять отверстием в сторону от себя и от находящихся рядом людей.
• Нельзя наклоняться над сосудом с нагреваемой жидкостью, чтобы избежать ожогов паром или выброса вещества.
• Горячую стеклянную посуду следует ставить на специальную термостойкую сетку или подставку.
• Перед использованием стеклянной посуды (пробирок, колб, стаканов) необходимо внимательно осмотреть ее на предмет трещин и сколов. Использование поврежденной посуды недопустимо, так как она может разрушиться при нагревании или перемешивании.

• При любом происшествии (химический или термический ожог, порез, разлив реактива, возгорание) следует немедленно прекратить работу и сообщить об этом преподавателю или лаборанту.
• При попадании едкого вещества на кожу необходимо немедленно смыть его большим количеством холодной проточной воды в течение 10-15 минут, после чего обратиться к преподавателю для дальнейшей обработки.
• При термическом ожоге необходимо охладить пораженный участок холодной водой.
• При порезе стеклом следует удалить мелкие осколки из раны (если это безопасно), остановить кровотечение и обработать рану антисептиком под руководством преподавателя.
• В случае возгорания необходимо немедленно выключить все нагревательные приборы, обесточить электросеть и действовать согласно указаниям преподавателя, используя имеющиеся средства пожаротушения (огнетушитель, песок, асбестовое одеяло).

Ответ:
Соблюдение техники безопасности является главным правилом при работе в химической лаборатории. Знание и выполнение этих правил – залог безопасности вашей жизни и здоровья, а также здоровья окружающих. Каждый пункт инструкции важен, и пренебрежение даже одним из них может привести к серьезным последствиям.

1. Получение уксусной кислоты. Поместите в пробирку 2–3 г ацетата натрия и добавьте 1,5–2 мл концентрированной серной кислоты. Пробирку закройте пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустите в другую пробирку (рис. 36). Смесь нагревайте на пламени до тех пор, пока в пробирке-приёмнике не соберётся 1,0–1,5 мл жидкости.

• Какое вещество образовалось в пробирке-приёмнике? Какие свойства уксусной кислоты это подтверждают?

• Составьте уравнение соответствующей реакции.

Какое вещество образовалось в пробирке-приёмнике? Какие свойства уксусной кислоты это подтверждают?
В пробирке-приёмнике образовалась уксусная (этановая) кислота, формула которой $ \text{CH}_3\text{COOH} $.
Это подтверждается следующими её свойствами, которые наблюдаются в ходе эксперимента:
1. Летучесть. Уксусная кислота имеет температуру кипения около $ 118^\circ\text{C} $, что позволяет ей испаряться при нагревании реакционной смеси. Пары кислоты затем конденсируются в пробирке-приёмнике. Серная кислота и образовавшаяся соль (гидросульфат натрия) нелетучи и остаются в исходной пробирке.
2. Агрегатное состояние. В приёмнике собирается бесцветная жидкость, что соответствует нормальному агрегатному состоянию уксусной кислоты.
3. Запах. Полученное вещество обладает характерным резким "уксусным" запахом.
4. Кислотные свойства. Если добавить к полученной жидкости индикатор (например, лакмус), он изменит свой цвет на красный, указывая на наличие кислоты.
Ответ: В пробирке-приёмнике образовалась уксусная кислота. Это подтверждается её физическими свойствами (летучесть, жидкое агрегатное состояние, характерный резкий запах) и химическими свойствами (кислая среда).

Составьте уравнение соответствующей реакции.
Реакция основана на вытеснении летучей уксусной кислоты из её соли (ацетата натрия) нелетучей концентрированной серной кислотой при нагревании. Поскольку серная кислота является сильной двухосновной кислотой и взята в концентрированном виде, реакция чаще всего протекает с образованием кислой соли — гидросульфата натрия.
Уравнение реакции:
$ \text{CH}_3\text{COONa} \text{ (тв.)} + \text{H}_2\text{SO}_4 \text{ (конц.)} \xrightarrow{t^\circ} \text{CH}_3\text{COOH} \uparrow + \text{NaHSO}_4 $
Ответ: $ \text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{SO}_4 \xrightarrow{t^\circ} \text{CH}_3\text{COOH} + \text{NaHSO}_4 $.

2. Взаимодействие уксусной кислоты с некоторыми металлами.

В две пробирки налейте по 1 мл раствора уксусной кислоты. В одну пробирку всыпьте немного стружек магния, а в другую — несколько гранул цинка. В первой пробирке происходит бурная реакция, а во второй реакция протекает спокойно (иногда она начинается только при нагревании).

Как уксусная кислота реагирует с магнием и цинком? Сравните скорость этих реакций и напишите их уравнения в молекулярном, ионном и сокращённом ионном виде.

Как уксусная кислота реагирует с магнием и цинком? Сравните скорость этих реакций и напишите их уравнения в молекулярном, ионном и сокращённом ионном виде.

Решение

Уксусная кислота ($CH_3COOH$) вступает в реакцию с металлами, которые в электрохимическом ряду активности металлов стоят левее водорода. И магний ($Mg$), и цинк ($Zn$) являются такими металлами, поэтому они способны вытеснять водород из раствора уксусной кислоты. При этом образуется соль соответствующего металла (ацетат) и выделяется газообразный водород ($H_2$).

Сравнение скорости реакций основано на положении металлов в ряду активности. Магний ($Mg$) — значительно более активный металл, чем цинк ($Zn$), так как он расположен левее. Это означает, что магний легче отдает электроны и энергичнее вступает в химические реакции. Поэтому, как и описано в условии, реакция магния с уксусной кислотой протекает бурно, с высокой скоростью. Реакция же с цинком протекает гораздо медленнее, спокойно, и может потребовать дополнительной энергии (нагревания) для ее начала. Таким образом, скорость реакции с магнием выше скорости реакции с цинком: $v(Mg + CH_3COOH) > v(Zn + CH_3COOH)$.

Уравнения для реакции уксусной кислоты с магнием:

1. Молекулярное уравнение:
$2CH_3COOH + Mg \rightarrow (CH_3COO)_2Mg + H_2\uparrow$

2. Полное ионное уравнение. Уксусная кислота является слабым электролитом, поэтому в ионных уравнениях ее принято записывать в молекулярной форме. Ацетат магния — растворимая соль, диссоциирует на ионы.
$2CH_3COOH + Mg^0 \rightarrow Mg^{2+} + 2CH_3COO^- + H_2\uparrow$

3. Сокращенное ионное уравнение. Поскольку в левой части уравнения нет ионов, которые сохранялись бы в правой части (нет "ионов-наблюдателей"), сокращенное ионное уравнение в данном случае совпадает с полным.
$2CH_3COOH + Mg \rightarrow Mg^{2+} + 2CH_3COO^- + H_2\uparrow$

Уравнения для реакции уксусной кислоты с цинком (аналогично реакции с магнием):

1. Молекулярное уравнение:
$2CH_3COOH + Zn \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2\uparrow$

2. Полное ионное уравнение (ацетат цинка — растворимая соль):
$2CH_3COOH + Zn^0 \rightarrow Zn^{2+} + 2CH_3COO^- + H_2\uparrow$

3. Сокращенное ионное уравнение:
$2CH_3COOH + Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2CH_3COO^- + H_2\uparrow$

Ответ: Уксусная кислота реагирует с магнием и цинком по типу реакции замещения, образуя ацетат металла и водород. Скорость реакции с магнием значительно выше, чем с цинком, из-за большей химической активности магния.
Реакция с магнием:
Молекулярное уравнение: $2CH_3COOH + Mg \rightarrow (CH_3COO)_2Mg + H_2\uparrow$
Сокращенное ионное уравнение: $2CH_3COOH + Mg \rightarrow Mg^{2+} + 2CH_3COO^- + H_2\uparrow$
Реакция с цинком:
Молекулярное уравнение: $2CH_3COOH + Zn \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2\uparrow$
Сокращенное ионное уравнение: $2CH_3COOH + Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2CH_3COO^- + H_2\uparrow$

3. Взаимодействие уксусной кислоты с основаниями. Налейте в пробирку 1–1,5 мл раствора гидроксида натрия и добавьте несколько капель раствора фенолфталеина. При добавлении уксусной кислоты малиновая окраска фенолфталеина исчезает.

Описанный опыт является классической демонстрацией реакции нейтрализации кислоты основанием. Разберем его по этапам.

1. В пробирку наливают раствор гидроксида натрия ($NaOH$). Гидроксид натрия — это сильное основание (щелочь). В водном растворе он диссоциирует на ионы натрия ($Na^+$) и гидроксид-ионы ($OH^-$), создавая сильнощелочную среду.

2. При добавлении нескольких капель фенолфталеина раствор приобретает малиновую окраску. Фенолфталеин — это кислотно-основный индикатор, который в щелочной среде (при $pH$ в диапазоне 8,2–12,0) становится малиновым, а в нейтральной или кислой среде остается бесцветным. Малиновый цвет подтверждает наличие щелочной среды в пробирке.

3. При последующем добавлении уксусной кислоты ($CH_3COOH$) происходит химическая реакция между кислотой и основанием. Это реакция нейтрализации, в ходе которой уксусная кислота реагирует с гидроксидом натрия с образованием соли (ацетата натрия) и воды.

Молекулярное уравнение реакции:

$CH_3COOH_{\text{(aq)}} + NaOH_{\text{(aq)}} \rightarrow CH_3COONa_{\text{(aq)}} + H_2O_{\text{(l)}}$

Краткое ионное уравнение, показывающее суть процесса:

$CH_3COOH + OH^- \rightarrow CH_3COO^- + H_2O$

В ходе этой реакции гидроксид-ионы ($OH^-$), которые обуславливали щелочную среду и малиновую окраску, расходуются. Когда вся щелочь нейтрализуется, среда в растворе перестает быть щелочной. Уровень $pH$ падает ниже 8,2, в результате чего индикатор фенолфталеин теряет свою окраску и становится бесцветным. Это визуально сигнализирует о завершении реакции нейтрализации.

Ответ: Малиновая окраска фенолфталеина исчезает, потому что уксусная кислота вступает в реакцию нейтрализации с гидроксидом натрия. В результате этой реакции щелочная среда, вызванная гидроксидом натрия, нейтрализуется. Когда $pH$ раствора становится ниже 8,2, индикатор фенолфталеин обесцвечивается, что и наблюдается в опыте. Происходит реакция: $CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$.