Номер 10, страница 151 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 32. Магний и его соединения. Глава 3. Металлы главных подгрупп - номер 10, страница 151.

Условие.

10. Объясните, почему магний взаимодействует с водным раствором сульфата меди с выделением газа. Какими свойствами обладает этот газ?

Решение.

Решение 2.

Взаимодействие магния с водным раствором сульфата меди представляет собой процесс, в котором одновременно протекают две химические реакции. Магний является более химически активным металлом по сравнению с медью и водородом, что определяет его поведение в данной системе.

1. Реакция замещения: Магний, как более активный металл, вытесняет медь из раствора её соли. Эта реакция соответствует электрохимическому ряду напряжений металлов, где магний стоит значительно левее меди.
Уравнение реакции: $Mg(тв) + CuSO_4(р-р) \rightarrow MgSO_4(р-р) + Cu(тв)$
В результате этой реакции на поверхности магниевой пластинки или стружки осаждается красный налёт металлической меди. Сама по себе эта реакция не сопровождается выделением газа.

2. Реакция с водой и причина выделения газа: Магний — металл, способный реагировать с водой с образованием гидроксида магния и водорода:
$Mg(тв) + 2H_2O(ж) \rightarrow Mg(OH)_2(тв) \downarrow + H_2(г) \uparrow$
В обычных условиях эта реакция быстро затухает, так как на поверхности магния образуется защитная плёнка малорастворимого гидроксида магния $Mg(OH)_2$, которая препятствует дальнейшему контакту металла с водой.
Однако в растворе сульфата меди ситуация меняется. Осевшая на поверхности магния медь (из реакции 1) образует с ним множество микроскопических гальванических пар (Mg-Cu). В этих гальванических элементах более активный магний является анодом и окисляется, а на менее активной меди (катоде) происходит восстановление молекул воды с выделением газообразного водорода. Таким образом, медь катализирует реакцию магния с водой, что приводит к бурному выделению газа. Также стоит отметить, что раствор сульфата меди имеет слабокислую среду из-за гидролиза по катиону ($Cu^{2+} + 2H_2O \rightleftharpoons CuOH^+ + H_3O^+$), что дополнительно ускоряет растворение активного металла.

Ответ: Магний взаимодействует с водным раствором сульфата меди с выделением газа (водорода) из-за того, что наряду с вытеснением меди из соли протекает реакция магния с водой. Осажденная медь создает с магнием гальваническую пару, которая катализирует реакцию с водой, приводя к интенсивному выделению водорода.

---

Выделяющийся в ходе реакции газ — это водород ($H_2$). Он обладает следующими характерными свойствами.

Физические свойства:
• Бесцветный газ без вкуса и запаха.
• Является самым легким веществом, его плотность при нормальных условиях составляет около $0,09 \text{ г/л}$, что примерно в 14,5 раз меньше плотности воздуха.
• Очень плохо растворяется в воде и других растворителях.

Химические свойства:
• Водород горюч. При поджигании на воздухе он горит спокойным, почти бесцветным пламенем, образуя воду: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$.
• Смеси водорода с воздухом (в концентрации от 4% до 75% водорода) или с чистым кислородом (т.н. "гремучий газ") взрывоопасны. Качественная реакция на чистоту водорода — тихий "хлопок" при поднесении горящей лучинки к отверстию сосуда с газом. Громкий "лающий" звук свидетельствует о наличии примеси воздуха.
• Является сильным восстановителем, особенно при повышенных температурах. Он способен восстанавливать многие металлы из их оксидов, например: $Fe_2O_3 + 3H_2 \xrightarrow{t} 2Fe + 3H_2O$.
• Способен вступать в реакции присоединения с органическими веществами (гидрирование), а также взаимодействовать с активными металлами (образуя гидриды) и неметаллами (например, с галогенами или азотом).

Ответ: Выделяющийся газ — водород ($H_2$). Это бесцветный, самый легкий газ без запаха, плохо растворимый в воде. Химически он горюч, взрывоопасен в смеси с воздухом и является сильным восстановителем.