Номер 1, страница 438 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Практикум. Практическая работа - номер 1, страница 438.

Условие.

Практическая работа 1. Экспериментальное решение задач по теме «Галогены»

Реактивы: соляная кислота; хлориды цинка, натрия, бария; бромид натрия; иодиды натрия, калия; карбонаты натрия, магния; сульфат натрия; нитраты серебра, свинца(II); фосфат калия; хлорная вода; бромная вода; иодная вода; цинк; оксид магния; твёрдый карбонат натрия с примесью хлорида натрия; крахмальный клейстер; лакмус.

1. Получите раствор хлорида магния тремя различными способами. Напишите уравнения реакций в молекулярном и сокращённом ионном виде.

2. Докажите, что в состав соляной кислоты входят ионы водорода и хлорид-ионы.

3. Получите иодную воду из раствора иодида натрия (калия). Докажите образование иода при помощи качественной реакции.

4. Опытным путём докажите, что выданный образец карбоната натрия содержит примесь хлорида натрия.

5. В пронумерованных пробирках находятся растворы хлорида цинка, иодида калия, карбоната натрия, соляная кислота, иодная вода (в а р и а н т I); растворы хлорида натрия, иодида натрия, фосфата калия, бромная вода, соляная кислота (в а р и а н т II). Опытным путём определите, в какой пробирке находится каждый раствор. Напишите уравнения реакций.

6. Воспользовавшись реактивами, имеющимися на столе, проведите реакции, которым соответствуют следующие сокращённые ионные уравнения:

$Ag^+ + Br^- = AgBr\downarrow$

$Pb^{2+} + 2I^- = PbI_2\downarrow$

Решение.

Решение 2.

1. Получите раствор хлорида магния тремя различными способами. Напишите уравнения реакций в молекулярном и сокращённом ионном виде.

Для получения раствора хлорида магния ($MgCl_2$) можно использовать имеющиеся реактивы: оксид магния ($MgO$), карбонат магния ($MgCO_3$) и соляную кислоту ($HCl$).

Способ 1: Реакция основного оксида с кислотой.

К соляной кислоте добавляем порошок оксида магния. Оксид магния растворяется с образованием соли и воды.

• Молекулярное уравнение:
  $MgO(тв) + 2HCl(р-р) = MgCl_2(р-р) + H_2O(ж)$
• Полное ионное уравнение:
  $MgO(тв) + 2H^+ + 2Cl^- = Mg^{2+} + 2Cl^- + H_2O(ж)$
• Сокращённое ионное уравнение:
  $MgO(тв) + 2H^+ = Mg^{2+} + H_2O(ж)$

Способ 2: Реакция соли слабой кислоты с сильной кислотой.

К соляной кислоте добавляем порошок карбоната магния. Наблюдается растворение осадка и выделение углекислого газа.

• Молекулярное уравнение:
  $MgCO_3(тв) + 2HCl(р-р) = MgCl_2(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)↑$
• Полное ионное уравнение:
  $MgCO_3(тв) + 2H^+ + 2Cl^- = Mg^{2+} + 2Cl^- + H_2O(ж) + CO_2(г)↑$
• Сокращённое ионное уравнение:
  $MgCO_3(тв) + 2H^+ = Mg^{2+} + H_2O(ж) + CO_2(г)↑$

Способ 3: Реакция вытеснения металла из соли менее растворимой соли.

К раствору хлорида цинка ($ZnCl_2$) добавляем твёрдый карбонат магния ($MgCO_3$). Происходит реакция ионного обмена с образованием растворимой соли хлорида магния и нерастворимого карбоната цинка, который является менее растворимым, чем карбонат магния.

• Молекулярное уравнение:
  $MgCO_3(тв) + ZnCl_2(р-р) = MgCl_2(р-р) + ZnCO_3(тв)↓$
• Полное ионное уравнение:
  $MgCO_3(тв) + Zn^{2+} + 2Cl^- = Mg^{2+} + 2Cl^- + ZnCO_3(тв)↓$
• Сокращённое ионное уравнение:
  $MgCO_3(тв) + Zn^{2+} = Mg^{2+} + ZnCO_3(тв)↓$

Ответ: Раствор хлорида магния можно получить взаимодействием оксида магния или карбоната магния с соляной кислотой, а также взаимодействием карбоната магния с раствором хлорида цинка. Уравнения реакций приведены выше.

2. Докажите, что в состав соляной кислоты входят ионы водорода и хлорид-ионы.

Состав соляной кислоты ($HCl$) можно доказать с помощью качественных реакций на ионы водорода ($H^+$) и хлорид-ионы ($Cl^−$).

Доказательство наличия ионов водорода ($H^+$):

Ионы водорода определяют кислую среду раствора. Для их обнаружения используем индикатор лакмус. При добавлении нескольких капель раствора лакмуса к соляной кислоте, он изменит свой цвет на красный. Это свидетельствует о наличии ионов $H^+$ в растворе.

Доказательство наличия хлорид-ионов ($Cl^−$):

Для обнаружения хлорид-ионов используется реакция с нитратом серебра ($AgNO_3$). При добавлении раствора нитрата серебра к соляной кислоте выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$).

• Молекулярное уравнение:
  $HCl(р-р) + AgNO_3(р-р) = AgCl(тв)↓ + HNO_3(р-р)$
• Сокращённое ионное уравнение:
  $Ag^+ + Cl^- = AgCl(тв)↓$

Ответ: Наличие ионов $H^+$ в соляной кислоте доказывается изменением цвета лакмуса на красный. Наличие хлорид-ионов $Cl^−$ доказывается образованием белого творожистого осадка при добавлении раствора нитрата серебра.

3. Получите иодную воду из раствора иодида натрия (калия). Докажите образование иода при помощи качественной реакции.

Получение иодной воды:

Иодную воду (раствор иода $I_2$ в воде) можно получить, вытеснив иод из раствора его соли (например, иодида калия $KI$) более активным галогеном, например, хлором (в виде хлорной воды $Cl_2 (aq)$).

В пробирку с раствором иодида калия приливаем хлорную воду. Раствор окрашивается в бурый цвет из-за образования молекулярного иода.

• Молекулярное уравнение:
  $2KI(р-р) + Cl_2(р-р) = 2KCl(р-р) + I_2(р-р)$
• Сокращённое ионное уравнение:
  $2I^- + Cl_2 = 2Cl^- + I_2$

Доказательство образования иода:

Качественной реакцией на молекулярный иод является его взаимодействие с крахмалом. К полученному бурому раствору добавляем несколько капель крахмального клейстера. Появление интенсивного синего окрашивания подтверждает наличие иода в растворе.

Ответ: Иодную воду получают, действуя хлорной водой на раствор иодида калия. Образование иода доказывают с помощью крахмального клейстера, который в присутствии иода окрашивается в синий цвет.

4. Опытным путём докажите, что выданный образец карбоната натрия содержит примесь хлорида натрия.

Для обнаружения примеси хлорида натрия ($NaCl$) в карбонате натрия ($Na_2CO_3$) необходимо провести качественную реакцию на хлорид-ион. Прямое добавление нитрата серебра ($AgNO_3$) невозможно, так как и карбонат-ионы ($CO_3^{2−}$) будут давать осадок с ионами серебра ($Ag^+$). Поэтому необходимо сначала удалить карбонат-ионы, не вводя при этом в раствор хлорид-ионы. Стандартный метод с азотной кислотой невозможен из-за её отсутствия. Можно использовать следующий метод:

1. Растворить образец (смесь $Na_2CO_3$ и $NaCl$) в дистиллированной воде.
2. К полученному раствору добавить раствор нитрата свинца(II) ($Pb(NO_3)_2$). Выпадет белый осадок, который является смесью карбоната свинца(II) ($PbCO_3$) и хлорида свинца(II) ($PbCl_2$).
   $CO_3^{2−} + Pb^{2+} → PbCO_3(тв)↓$
   $2Cl^− + Pb^{2+} → PbCl_2(тв)↓$
3. К пробирке с осадком осторожно прилить соляную кислоту ($HCl$). Карбонат свинца(II) прореагирует с кислотой и растворится с выделением газа, в то время как хлорид свинца(II) в соляной кислоте не растворится (из-за эффекта общего иона).
   $PbCO_3(тв) + 2H^+ → Pb^{2+}(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)↑$
4. Если после добавления кислоты в пробирке остался белый осадок, это доказывает, что в его составе был хлорид свинца(II), а значит, в исходном образце присутствовали хлорид-ионы.

Ответ: Наличие примеси хлорида натрия доказывается в несколько стадий: осаждением ионов из раствора нитратом свинца(II), а затем селективным растворением карбонатного осадка в соляной кислоте. Нерастворившийся остаток хлорида свинца(II) подтверждает наличие хлорид-ионов в исходном образце.

5. В пронумерованных пробирках находятся растворы хлорида цинка, иодида калия, карбоната натрия, соляной кислоты, иодная вода (в а р и а н т I) ... Опытным путём определите, в какой пробирке находится каждый раствор. Напишите уравнения реакций.

Решение для варианта I: `ZnCl₂`, `KI`, `Na₂CO₃`, `HCl`, `I₂ (aq)`.

План определения веществ:

1. Визуальный осмотр. Иодная вода ($I_2 (aq)$) — единственный окрашенный раствор (бурого цвета). Для подтверждения можно добавить к капле раствора крахмальный клейстер — появится характерное синее окрашивание.
2. Идентификация остальных веществ. Остались четыре бесцветных раствора в пронумерованных пробирках: `ZnCl₂`, `KI`, `Na₂CO₃`, `HCl`. Отбираем из каждой пробирки пробы. Затем поочередно добавляем раствор из одной пробирки к трем другим, пока не найдем пробирку с карбонатом натрия.
3. Обнаружение `Na₂CO₃`. Раствор `Na₂CO₃` является ключом к определению остальных веществ. Если к пробам других растворов добавить раствор `Na₂CO₃`, то:
   - с соляной кислотой ($HCl$) будет наблюдаться бурное выделение газа (углекислого газа):
   $Na_2CO_3(р-р) + 2HCl(р-р) → 2NaCl(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)↑$
   - с хлоридом цинка ($ZnCl_2$) выпадет белый осадок карбоната цинка:
   $Na_2CO_3(р-р) + ZnCl_2(р-р) → ZnCO_3(тв)↓ + 2NaCl(р-р)$
   - с иодидом калия ($KI$) видимых изменений не произойдет.
4. Определение всех веществ. Таким образом, пробирка, раствор из которой дает газ с одним из веществ и осадок с другим, содержит `Na₂CO₃`. Пробирка, давшая газ — `HCl`. Пробирка, давшая осадок — `ZnCl₂`. Оставшаяся пробирка содержит `KI`.

Ответ: Иодную воду определяют по цвету и реакции с крахмалом. Карбонат натрия определяют по реакциям с другими растворами (газ с кислотой, осадок с солью цинка). Затем идентифицируют кислоту и соль цинка. Оставшийся раствор — иодид калия.

6. Воспользовавшись реактивами, имеющимися на столе, проведите реакции, которым соответствуют следующие сокращённые ионные уравнения: Ag⁺ + Br⁻ = AgBr↓; Pb²⁺ + 2I⁻ = PbI₂↓.

Для реакции $Ag^+ + Br^− = AgBr↓$:

Необходимо слить растворы, содержащие ионы $Ag^+$ и $Br^−$. Из имеющихся реактивов используем раствор нитрата серебра ($AgNO_3$) как источник ионов $Ag^+$ и раствор бромида натрия ($NaBr$) как источник ионов $Br^−$.

• Проведение реакции: К раствору бромида натрия прилить раствор нитрата серебра.
• Наблюдение: Образуется светло-желтый творожистый осадок бромида серебра ($AgBr$).
• Молекулярное уравнение реакции:
  $AgNO_3(р-р) + NaBr(р-р) = AgBr(тв)↓ + NaNO_3(р-р)$

Для реакции $Pb^{2+} + 2I^− = PbI_2↓$:

Необходимо слить растворы, содержащие ионы $Pb^{2+}$ и $I^−$. Используем раствор нитрата свинца(II) ($Pb(NO_3)_2$) как источник ионов $Pb^{2+}$ и раствор иодида калия ($KI$) как источник ионов $I^−$.

• Проведение реакции: К раствору иодида калия прилить раствор нитрата свинца(II).
• Наблюдение: Образуется ярко-желтый кристаллический осадок иодида свинца(II) ($PbI_2$).
• Молекулярное уравнение реакции:
  $Pb(NO_3)_2(р-р) + 2KI(р-р) = PbI_2(тв)↓ + 2KNO_3(р-р)$

Ответ: Для получения осадка $AgBr$ нужно смешать растворы нитрата серебра и бромида натрия. Для получения осадка $PbI_2$ нужно смешать растворы нитрата свинца(II) и иодида калия.