Номер 2, страница 438 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Практикум. Практическая работа - номер 2, страница 438.

Условие.

Практическая работа 2. Экспериментальное решение задач по теме «Халькогены»

Реактивы: соляная, серная кислоты; сульфаты натрия, магния, меди(II); сульфит натрия; сульфид натрия; карбонат натрия; хлориды кальция, бария; частично окисленный на воздухе порошок сульфита натрия; фенолфталеин; лакмус; бромная вода.

1. Докажите качественный состав серной кислоты.

2. Определите при помощи химических реакций, является ли выданная вам соль сульфатом или хлоридом.

3. Докажите, что выданный вам образец сульфита натрия содержит примесь сульфата натрия.

4. В три пробирки налейте по 1 мл раствора сульфида натрия. Добавьте в первую раствор фенолфталеина, во вторую — бромную воду, в третью — раствор сульфата меди(II). Что вы наблюдаете? Напишите уравнения реакций.

5. В трёх пронумерованных пробирках без этикеток находятся растворы серной кислоты, сульфата магния, соляная кислота (в а р и а н т I); растворы серной кислоты, карбоната натрия, сульфата натрия (в а р и а н т II). Определите, в какой пробирке содержится каждое вещество.

6. Проведите химические реакции, которым соответствуют следующие сокращённые ионные уравнения:

$Ca^{2+} + SO_4^{2-} = CaSO_4 \downarrow$

$SO_3^{2-} + 2H^{+} = SO_2 \uparrow + H_2O$

Напишите уравнения реакций в полном ионном и молекулярном виде.

Решение.

Решение 2.

1. Докажите качественный состав серной кислоты.

Качественный состав серной кислоты ($H_2SO_4$) доказывается обнаружением в ней ионов водорода ($H^+$) и сульфат-ионов ($SO_4^{2-}$).

1. Обнаружение ионов водорода $H^+$ (кислотная среда). В пробирку с раствором серной кислоты добавляем несколько капель индикатора лакмуса. Раствор окрашивается в красный цвет, что свидетельствует о наличии кислотной среды, создаваемой ионами $H^+$.

2. Обнаружение сульфат-ионов $SO_4^{2-}$. В другую пробирку с раствором серной кислоты добавляем несколько капель раствора хлорида бария ($BaCl_2$). Наблюдается образование белого мелкокристаллического осадка сульфата бария ($BaSO_4$), который не растворяется в сильных кислотах.

Уравнение реакции:

$H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$

Таким образом, наличие ионов $H^+$ и $SO_4^{2-}$ доказывает, что исследуемое вещество — серная кислота.

Ответ: Качественный состав серной кислоты доказывается с помощью индикатора лакмуса (окрашивается в красный цвет) для определения ионов $H^+$ и с помощью раствора хлорида бария (выпадает белый осадок $BaSO_4$) для определения сульфат-ионов $SO_4^{2-}$.

2. Определите при помощи химических реакций, является ли выданная вам соль сульфатом или хлоридом.

Для определения аниона в выданной соли (сульфата или хлорида) необходимо провести качественную реакцию на сульфат-ион ($SO_4^{2-}$).

1. Растворяем выданную соль в воде.

2. К полученному раствору добавляем несколько капель раствора хлорида бария ($BaCl_2$).

3. Анализируем результат:

- Если образуется белый осадок, то это сульфат бария ($BaSO_4$). Следовательно, исходная соль является сульфатом. Уравнение реакции в ионном виде: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$.

- Если видимых изменений не происходит (осадок не выпадает), значит, сульфат-ионы в растворе отсутствуют. Следовательно, по методу исключения, исходная соль является хлоридом.

Ответ: К раствору исследуемой соли нужно добавить раствор хлорида бария. Выпадение белого осадка указывает на то, что соль является сульфатом; отсутствие осадка — на то, что это хлорид.

3. Докажите, что выданный вам образец сульфита натрия содержит примесь сульфата натрия.

Образец представляет собой смесь сульфита натрия ($Na_2SO_3$) и сульфата натрия ($Na_2SO_4$). Необходимо доказать наличие в нем сульфат-ионов ($SO_4^{2-}$) в качестве примеси.

1. Растворяем образец в воде.

2. К полученному раствору добавляем раствор хлорида бария ($BaCl_2$). Выпадает белый осадок, который представляет собой смесь сульфита бария ($BaSO_3$) и сульфата бария ($BaSO_4$).

$Na_2SO_3 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_3 \downarrow + 2NaCl$

$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$

3. К пробирке с осадком добавляем сильную кислоту, например, соляную ($HCl$).

4. Наблюдаем, что часть осадка растворяется (это растворяется $BaSO_3$), но часть белого осадка остается неизменной. Оставшийся осадок — это сульфат бария ($BaSO_4$), нерастворимый в кислотах.

$BaSO_3 + 2HCl \rightarrow BaCl_2 + SO_2 \uparrow + H_2O$

$BaSO_4 + HCl \rightarrow$ реакция не идет.

Наличие нерастворившегося в кислоте остатка доказывает присутствие сульфат-ионов в исходном образце.

Ответ: К раствору образца следует добавить раствор $BaCl_2$, выпадет белый осадок ($BaSO_3$ и $BaSO_4$). Затем к осадку добавить $HCl$. Если часть осадка не растворится, это доказывает наличие примеси сульфата натрия.

4. В три пробирки налейте по 1 мл раствора сульфида натрия. Добавьте в первую раствор фенолфталеина, во вторую — бромную воду, в третью — раствор сульфата меди(II). Что вы наблюдаете? Напишите уравнения реакций.

Пробирка 1 (с фенолфталеином):

Наблюдение: Раствор окрашивается в малиновый цвет.

Объяснение и уравнение: Сульфид натрия ($Na_2S$) гидролизуется по аниону, создавая в растворе щелочную среду за счет образования гидроксид-ионов ($OH^-$). Фенолфталеин в щелочной среде становится малиновым.

$S^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HS^{-} + OH^{-}$

Пробирка 2 (с бромной водой):

Наблюдение: Происходит обесцвечивание бромной воды (исчезновение желто-коричневой окраски). Возможно помутнение из-за образования серы.

Объяснение и уравнение: Происходит окислительно-восстановительная реакция. Сульфид-ион ($S^{2-}$) — восстановитель, бром ($Br_2$) — окислитель.

$Na_2S + Br_2 \rightarrow 2NaBr + S \downarrow$

Пробирка 3 (с сульфатом меди(II)):

Наблюдение: Образуется черный осадок.

Объяснение и уравнение: Происходит реакция ионного обмена с образованием нерастворимого черного сульфида меди(II) ($CuS$).

$Na_2S + CuSO_4 \rightarrow CuS \downarrow + Na_2SO_4$

Ответ: В первой пробирке раствор станет малиновым (гидролиз), во второй бромная вода обесцветится (ОВР), в третьей выпадет черный осадок $CuS$ (реакция обмена).

5. В трёх пронумерованных пробирках без этикеток находятся растворы серной кислоты, сульфата магния, соляная кислота (вариант I); растворы серной кислоты, карбоната натрия, сульфата натрия (вариант II). Определите, в какой пробирке содержится каждое вещество.

Вариант I (серная кислота, сульфат магния, соляная кислота)

1. В три пробирки, содержащие пробы из исходных, добавляем раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$).

- В пробирке с сульфатом магния ($MgSO_4$) выпадет белый осадок $MgCO_3$.

$MgSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow MgCO_3 \downarrow + Na_2SO_4$

- В пробирках с кислотами ($H_2SO_4$ и $HCl$) будет выделяться газ $CO_2$.

2. Чтобы различить кислоты, в две пробирки с их пробами добавляем раствор хлорида бария ($BaCl_2$).

- В пробирке с серной кислотой ($H_2SO_4$) выпадет белый осадок $BaSO_4$.

$H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$

- В пробирке с соляной кислотой ($HCl$) реакции не будет.

Ответ: Сульфат магния определяется по осадку с карбонатом натрия. Оставшиеся кислоты различаются добавлением хлорида бария (осадок с серной кислотой).

Вариант II (серная кислота, карбонат натрия, сульфат натрия)

1. В пробы из каждой пробирки добавляем индикатор лакмус.

- В пробирке с серной кислотой ($H_2SO_4$) лакмус станет красным (кислая среда).

- В пробирке с карбонатом натрия ($Na_2CO_3$) лакмус станет синим (щелочная среда из-за гидролиза: $CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^{-} + OH^{-}$).

- В пробирке с сульфатом натрия ($Na_2SO_4$) цвет лакмуса не изменится (нейтральная среда).

Ответ: Вещества определяются с помощью индикатора лакмуса по реакции среды их растворов (кислая, щелочная, нейтральная).

6. Проведите химические реакции, которым соответствуют следующие сокращённые ионные уравнения: $Ca^{2+} + SO_4^{2-} = CaSO_4\downarrow$; $SO_3^{2-} + 2H^+ = SO_2\uparrow + H_2O$. Напишите уравнения реакций в полном ионном и молекулярном виде.

Реакция для $Ca^{2+} + SO_4^{2-} = CaSO_4 \downarrow$

Для осуществления реакции смешиваем растворы хлорида кальция ($CaCl_2$) и сульфата натрия ($Na_2SO_4$).

Молекулярное уравнение:

$CaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 \downarrow + 2NaCl$

Полное ионное уравнение:

$Ca^{2+} + 2Cl^{-} + 2Na^{+} + SO_4^{2-} \rightarrow CaSO_4 \downarrow + 2Na^{+} + 2Cl^{-}$

Ответ: Молекулярное уравнение: $CaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 \downarrow + 2NaCl$; полное ионное уравнение: $Ca^{2+} + 2Cl^{-} + 2Na^{+} + SO_4^{2-} \rightarrow CaSO_4 \downarrow + 2Na^{+} + 2Cl^{-}$.

Реакция для $SO_3^{2-} + 2H^+ = SO_2 \uparrow + H_2O$

Для осуществления реакции к раствору сульфита натрия ($Na_2SO_3$) добавляем раствор соляной кислоты ($HCl$).

Молекулярное уравнение:

$Na_2SO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + SO_2 \uparrow + H_2O$

Полное ионное уравнение:

$2Na^{+} + SO_3^{2-} + 2H^{+} + 2Cl^{-} \rightarrow 2Na^{+} + 2Cl^{-} + SO_2 \uparrow + H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $Na_2SO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + SO_2 \uparrow + H_2O$; полное ионное уравнение: $2Na^{+} + SO_3^{2-} + 2H^{+} + 2Cl^{-} \rightarrow 2Na^{+} + 2Cl^{-} + SO_2 \uparrow + H_2O$.