Номер 4, страница 441 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Практикум. Практическая работа - номер 4, страница 441.

Условие.

Практическая работа 4. Экспериментальное решение задач по теме «Элементы подгруппы азота»

Реактивы:

раствор нитрата натрия, содержащего примесь фосфата натрия; цинк; медь; азотная и фосфорная кислоты; хлориды бария, аммония, натрия; нитраты натрия, аммония, серебра; сульфат аммония; карбонат натрия; гидроксид натрия; лакмус; фенолфталеин; оксид меди(II).

1. Докажите, что выданное вам вещество является сульфатом аммония.

2. Определите, содержит ли выданный вам раствор нитрата натрия примесь фосфата натрия.

3. Проделайте реакции, характерные для азотной кислоты.

4. Проделайте реакции, характерные для фосфорной кислоты.

5. В трёх пронумерованных пробирках без этикеток находятся растворы веществ: вариант I — хлорида аммония, хлорида натрия, нитрата натрия; вариант II — хлорида аммония, нитрата аммония, сульфата аммония. Определите, в какой пробирке содержится каждое вещество.

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

$H^+ + OH^- = H_2O$

$NH_4^+ + OH^- = NH_3\uparrow + H_2O$

Решение.

Решение 2.

1. Докажите, что выданное вам вещество является сульфатом аммония.

Решение:

Чтобы доказать, что выданное вещество является сульфатом аммония ($(NH_4)_2SO_4$), необходимо провести качественные реакции на катион аммония ($NH_4^+$) и сульфат-анион ($SO_4^{2-}$).

1. Качественная реакция на ион аммония ($NH_4^+$).

В пробирку с небольшим количеством раствора исследуемого вещества приливаем раствор щёлочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$). Смесь осторожно нагреваем. Появление характерного резкого запаха аммиака ($NH_3$) свидетельствует о наличии иона аммония. Для подтверждения можно поднести к отверстию пробирки влажную красную лакмусовую бумажку, которая посинеет под действием паров аммиака.

Молекулярное уравнение реакции:

$(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$

Сокращённое ионное уравнение:

$NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t} NH_3\uparrow + H_2O$

2. Качественная реакция на сульфат-ион ($SO_4^{2-}$).

В другую пробирку с раствором исследуемого вещества добавляем раствор хлорида бария ($BaCl_2$). Выпадение белого кристаллического осадка сульфата бария ($BaSO_4$), нерастворимого в кислотах, указывает на присутствие сульфат-ионов.

Молекулярное уравнение реакции:

$(NH_4)_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NH_4Cl$

Сокращённое ионное уравнение:

$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$

Положительный результат обеих реакций доказывает, что анализируемое вещество является сульфатом аммония.

Ответ: Для доказательства необходимо провести две качественные реакции: с раствором щёлочи ($NaOH$) при нагревании для обнаружения иона $NH_4^+$ (признак — выделение аммиака) и с раствором хлорида бария ($BaCl_2$) для обнаружения иона $SO_4^{2-}$ (признак — выпадение белого осадка). Наличие обоих ионов подтверждает, что вещество — сульфат аммония.

2. Определите, содержит ли выданный вам раствор нитрата натрия примесь фосфата натрия.

Решение:

Для определения примеси фосфата натрия ($Na_3PO_4$) в растворе нитрата натрия ($NaNO_3$) необходимо провести качественную реакцию на фосфат-ион ($PO_4^{3-}$). Реактивом на фосфат-ион является нитрат серебра ($AgNO_3$).

В пробирку с анализируемым раствором нитрата натрия добавляем несколько капель раствора нитрата серебра. Если в растворе присутствует примесь фосфата натрия, будет наблюдаться образование ярко-жёлтого осадка фосфата серебра ($Ag_3PO_4$).

Молекулярное уравнение реакции (реагирует только примесь):

$Na_3PO_4 + 3AgNO_3 \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow + 3NaNO_3$

Сокращённое ионное уравнение:

$3Ag^+ + PO_4^{3-} \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow$

Если осадок не выпадает, то примесь фосфат-иона в растворе отсутствует.

Ответ: К раствору нитрата натрия нужно добавить раствор нитрата серебра. Появление жёлтого осадка фосфата серебра ($Ag_3PO_4$) будет свидетельствовать о наличии примеси фосфата натрия.

3. Проделайте реакции, характерные для азотной кислоты.

Решение:

Азотная кислота ($HNO_3$) является сильной кислотой и сильным окислителем. Наиболее характерными являются её окислительные свойства, в частности, способность реагировать с металлами, стоящими в ряду активности после водорода, например, с медью.

Реакция с медью ($Cu$).

В пробирку с концентрированной азотной кислотой помещаем медную стружку или проволоку. Наблюдается бурное протекание реакции: медь растворяется, раствор приобретает зелёно-голубую окраску из-за образования нитрата меди(II) ($Cu(NO_3)_2$), и выделяется бурый газ — оксид азота(IV) ($NO_2$).

Молекулярное уравнение реакции (с концентрированной кислотой):

$Cu + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

Реакция с оксидом меди(II) ($CuO$).

Как сильная кислота, $HNO_3$ реагирует с основными оксидами. При добавлении к порошку оксида меди(II) (чёрного цвета) азотной кислоты и лёгком нагревании, оксид растворяется с образованием раствора нитрата меди(II) голубого цвета.

Молекулярное уравнение реакции:

$CuO + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O$

Ответ: Характерной реакцией для азотной кислоты является её взаимодействие с медью, при котором металл растворяется с образованием голубого раствора и выделением бурого газа ($NO_2$), что демонстрирует её сильные окислительные свойства.

4. Проделайте реакции, характерные для фосфорной кислоты.

Решение:

Фосфорная кислота ($H_3PO_4$) — трёхосновная кислота средней силы, не обладающая сильными окислительными свойствами. Характерной реакцией для фосфорной кислоты и её солей является реакция с нитратом серебра ($AgNO_3$), приводящая к образованию осадка характерного цвета.

В пробирку с раствором фосфорной кислоты добавляем раствор нитрата серебра. Наблюдается образование ярко-жёлтого осадка фосфата серебра ($Ag_3PO_4$).

Следует отметить, что эта реакция обратима, и осадок растворяется в сильных кислотах (например, в азотной). Для смещения равновесия в сторону образования осадка реакцию часто проводят в нейтральной или слабощелочной среде (предварительно нейтрализуя кислоту).

Молекулярное уравнение реакции:

$H_3PO_4 + 3AgNO_3 \rightleftarrows Ag_3PO_4\downarrow + 3HNO_3$

Сокращённое ионное уравнение (упрощённо):

$3Ag^+ + PO_4^{3-} \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow$

Эта реакция позволяет отличить фосфат-ионы от многих других анионов.

Ответ: Характерной реакцией для фосфорной кислоты является взаимодействие с раствором нитрата серебра, в результате которого образуется жёлтый осадок фосфата серебра ($Ag_3PO_4$).

5. В трёх пронумерованных пробирках без этикеток находятся растворы веществ... Определите, в какой пробирке содержится каждое вещество.

Решение:

ВАРИАНТ I: хлорид аммония ($NH_4Cl$), хлорид натрия ($NaCl$), нитрат натрия ($NaNO_3$)

1. Для обнаружения иона аммония ($NH_4^+$) во все три пробирки добавляем раствор гидроксида натрия ($NaOH$) и нагреваем. В пробирке с хлоридом аммония ($NH_4Cl$) выделится газ (аммиак) с резким запахом. Таким образом, пробирка №1 (условно) определена.

Уравнение реакции: $NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t} NaCl + NH_3\uparrow + H_2O$

2. В оставшиеся две пробирки (с $NaCl$ и $NaNO_3$) добавляем раствор нитрата серебра ($AgNO_3$). В пробирке с хлоридом натрия ($NaCl$) выпадет белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$).

Уравнение реакции: $NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$

3. В пробирке, где не произошло видимых изменений ни в первом, ни во втором опыте, находится нитрат натрия ($NaNO_3$).

ВАРИАНТ II: хлорид аммония ($NH_4Cl$), нитрат аммония ($NH_4NO_3$), сульфат аммония ($(NH_4)_2SO_4$)

Во всех трёх пробирках содержится катион аммония, поэтому распознавание проводим по анионам.

1. Для обнаружения сульфат-иона ($SO_4^{2-}$) во все три пробирки добавляем раствор хлорида бария ($BaCl_2$). В пробирке с сульфатом аммония ($(NH_4)_2SO_4$) выпадет белый кристаллический осадок сульфата бария ($BaSO_4$).

Уравнение реакции: $(NH_4)_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NH_4Cl$

2. В оставшиеся две пробирки (с $NH_4Cl$ и $NH_4NO_3$) добавляем раствор нитрата серебра ($AgNO_3$). В пробирке с хлоридом аммония ($NH_4Cl$) выпадет белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$).

Уравнение реакции: $NH_4Cl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NH_4NO_3$

3. В пробирке, где не произошло видимых изменений ни в первом, ни во втором опыте, находится нитрат аммония ($NH_4NO_3$).

Ответ: Для варианта I: сначала с помощью $NaOH$ и нагревания определяется $NH_4Cl$, затем с помощью $AgNO_3$ из оставшихся двух определяется $NaCl$. Для варианта II: сначала с помощью $BaCl_2$ определяется $(NH_4)_2SO_4$, затем с помощью $AgNO_3$ из оставшихся двух определяется $NH_4Cl$.

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

Решение:

1. $H^+ + OH^- = H_2O$ (реакция нейтрализации)

Для проведения этой реакции необходимы кислота (источник ионов $H^+$) и щёлочь (источник ионов $OH^-$). Из имеющихся реактивов можно взять азотную кислоту ($HNO_3$) и гидроксид натрия ($NaOH$).

В пробирку наливаем немного раствора гидроксида натрия и добавляем 1-2 капли фенолфталеина. Раствор окрашивается в малиновый цвет. Затем по каплям приливаем раствор азотной кислоты до тех пор, пока окраска не исчезнет. Обесцвечивание раствора свидетельствует о том, что вся щёлочь нейтрализована кислотой.

Молекулярное уравнение реакции:

$HNO_3 + NaOH \rightarrow NaNO_3 + H_2O$

2. $NH_4^+ + OH^- = NH_3\uparrow + H_2O$

Для проведения этой реакции необходимы соль аммония (источник ионов $NH_4^+$) и щёлочь (источник ионов $OH^-$). Из имеющихся реактивов можно взять сульфат аммония ($(NH_4)_2SO_4$) и гидроксид натрия ($NaOH$).

В пробирку наливаем раствор сульфата аммония и добавляем раствор гидроксида натрия. Осторожно нагреваем смесь. Выделяется газ с резким запахом — аммиак. Если поднести к отверстию пробирки влажную красную лакмусовую бумажку, она посинеет.

Молекулярное уравнение реакции:

$(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$

Ответ: Для реакции $H^+ + OH^- = H_2O$ нужно смешать раствор кислоты (например, $HNO_3$) и щёлочи ($NaOH$), добавив индикатор фенолфталеин для фиксации момента нейтрализации. Для реакции $NH_4^+ + OH^- = NH_3\uparrow + H_2O$ нужно смешать раствор соли аммония (например, $(NH_4)_2SO_4$) и щёлочи ($NaOH$) и нагреть; признаком реакции будет выделение аммиака.