В свободное время, страница 144 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 30. Соединения натрия и калия. Глава 3. Металлы главных подгрупп - страница 144.

Условие.

В СВОБОДНОЕ ВРЕМЯ.

Опыты с содой. 1. Приобретите в хозяйственном магазине пачку кальцинированной соды. При хранении сода слёживается, принимая форму упаковки. Подумайте, чем это вызвано. Насыпьте в сосуд две столовые ложки соды, добавьте немного воды и перемешайте. Если при растворении тепло не выделяется, значит, сода уже частично поглотила влагу из воздуха. Обратите внимание, что раствор соды мылкий на ощупь. Это свидетельствует о щелочной реакции среды. Аккуратно нейтрализуйте соду уксусом, прибавляя его по каплям и постоянно перемешивая раствор до тех пор, пока не перестанет выделяться углекислый газ. Образовавшийся раствор перелейте в стеклянную банку, закройте марлей и оставьте кристаллизоваться. Через некоторое время вода частично испарится, и на дне банки вырастут кристаллы ацетата натрия.

2. Изучите растворимость пищевой соды в воде. Приготовьте суспензию пищевой соды и осторожно нагрейте раствор. Как изменяется растворимость соды по мере того, как выделяется газ?

3. Растворите в стакане горячей воды две чайные ложки варенья или сахарного песка и охладите раствор до комнатной температуры. Приготовьте смесь из равных количеств пищевой (не перепутайте со стиральной!) соды и аскорбиновой кислоты (продаётся в аптеке). Тщательно перемешайте смесь, внесите её на кончике ложки в приготовленный раствор и перемешайте. Чем объясняется выделение газа? Попробуйте полученный газированный напиток на вкус.

Решение.

Решение 2.

1. Опыты с кальцинированной содой.

Решение

В данном опыте описываются химические свойства кальцинированной соды (безводного карбоната натрия, $Na_2CO_3$).

Слёживание соды при хранении вызвано её гигроскопичностью. Безводный карбонат натрия активно поглощает влагу ($H_2O$) из воздуха, в результате чего образуются кристаллогидраты (например, $Na_2CO_3 \cdot 10H_2O$). Этот процесс приводит к "сцеплению" отдельных частиц порошка, из-за чего он слёживается и затвердевает, принимая форму упаковки.

Раствор соды в воде имеет щелочную реакцию и мылок на ощупь из-за процесса гидролиза. Карбонат-ион ($CO_3^{2-}$) вступает в реакцию с водой, образуя гидроксид-ионы ($OH^-$), которые и придают раствору щелочные свойства:

$CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$

При добавлении уксуса (раствора уксусной кислоты, $CH_3COOH$) происходит реакция нейтрализации. Кислота реагирует с карбонатом натрия, в результате чего образуется ацетат натрия ($CH_3COONa$), вода и углекислый газ ($CO_2$), который выделяется в виде пузырьков. Реакция прекращается, когда вся сода прореагирует.

$Na_2CO_3 + 2CH_3COOH \rightarrow 2CH_3COONa + H_2O + CO_2 \uparrow$

При медленном испарении воды из полученного раствора концентрация ацетата натрия растет, и при достижении насыщения он начинает кристаллизоваться, образуя на дне банки кристаллы.

Ответ: Слёживание кальцинированной соды вызвано её способностью поглощать влагу из воздуха (гигроскопичностью), в результате чего образуются кристаллогидраты, скрепляющие частицы порошка между собой.

2. Изучите растворимость пищевой соды в воде.

Решение

В этом опыте исследуется поведение пищевой соды (гидрокарбоната натрия, $NaHCO_3$) при нагревании в водном растворе. При комнатной температуре пищевая сода имеет ограниченную растворимость. Приготовление суспензии означает, что в воде находится избыток соды, который не растворился.

При нагревании гидрокарбонат натрия начинает разлагаться. Эта реакция приводит к образованию карбоната натрия ($Na_2CO_3$), воды ($H_2O$) и углекислого газа ($CO_2$), который мы наблюдаем в виде пузырьков:

$2NaHCO_3 \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ключевой момент для понимания изменения растворимости заключается в том, что продукт реакции — карбонат натрия ($Na_2CO_3$) — гораздо лучше растворим в воде, чем исходный реагент — гидрокарбонат натрия ($NaHCO_3$). Например, при 60°C растворимость $Na_2CO_3$ составляет 45.5 г/100 мл воды, в то время как растворимость $NaHCO_3$ — всего 16.4 г/100 мл.

Таким образом, по мере выделения газа исходное вещество (малорастворимый гидрокарбонат натрия) превращается в новое, гораздо более растворимое вещество (карбонат натрия). В результате твёрдый осадок в суспензии постепенно растворяется, и общая растворимость системы увеличивается.

Ответ: По мере выделения газа растворимость соды фактически увеличивается, так как менее растворимый гидрокарбонат натрия ($NaHCO_3$) при нагревании превращается в значительно более растворимый карбонат натрия ($Na_2CO_3$).

3. Растворите в стакане горячей воды две чайные ложки варенья...

Решение

Выделение газа в данном опыте объясняется химической реакцией между пищевой содой (гидрокарбонатом натрия, $NaHCO_3$) и аскорбиновой кислотой ($C_6H_8O_6$). Эта реакция является классическим примером взаимодействия кислоты с солью слабой угольной кислоты (бикарбонатом).

Пищевая сода выступает в роли основания, а аскорбиновая кислота — в роли кислоты. При их смешивании в водном растворе (приготовленном из воды и варенья/сахара) происходит реакция нейтрализации:

$NaHCO_3 + C_6H_8O_6 \rightarrow NaC_6H_7O_6 + H_2CO_3$

В результате реакции образуется аскорбат натрия ($NaC_6H_7O_6$) и угольная кислота ($H_2CO_3$). Угольная кислота является очень нестабильным соединением и сразу же распадается на воду ($H_2O$) и углекислый газ ($CO_2$):

$H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

Именно пузырьки этого углекислого газа и создают эффект "газировки". Полученный напиток имеет кисло-сладкий вкус и приятную шипучесть.

Ответ: Выделение газа объясняется химической реакцией между пищевой содой (гидрокарбонатом натрия) и аскорбиновой кислотой. В результате этой кислотно-основной реакции образуется нестабильная угольная кислота, которая мгновенно распадается на воду и углекислый газ ($CO_2$), наблюдаемый в виде пузырьков.