Номер 1, страница 214 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Практическая работа. Практикум - номер 1, страница 214.

Условие.

Практические работы

Практическая работа 1.

Решение экспериментальных задач по теме «Химические реакции»

Реактивы:

растворы карбоната натрия, гидроксида натрия, гидроксида калия, хлорида натрия, хлорида кальция, сульфата алюминия, сульфата натрия, сульфата калия, хлорида бария, нитрата бария, нитрата серебра, хлорида алюминия, нитрата алюминия, гидроксида калия, бромида калия, соляной кислоты, азотной кислоты; цинк; хлорная вода.

Оборудование:

спиртовка, спички, держатель для пробирок, штатив для пробирок.

1. В пробирках без этикеток находятся растворы солей. При помощи качественных реакций определите, какое вещество в какой пробирке находится:

а) карбонат натрия, хлорид бария, гидроксид кальция;

б) сульфат алюминия, хлорид алюминия, хлорид натрия.

2. Используя выданные вам вещества, получите осадок карбоната кальция.

3. Распознайте при помощи одного реактива:

а) гидроксид калия, азотную кислоту и хлорид кальция;

б) гидроксид натрия, карбонат натрия и сульфат натрия.

4. Получите:

а) из хлорида алюминия нитрат алюминия;

б) из сульфата натрия хлорид натрия;

в) из гидроксида калия нитрат калия;

г) из карбоната кальция хлорид кальция.

5. Получите из оксида меди (II) гидроксид меди (II).

6. Прилейте к раствору бромида калия хлорную воду. Что наблюдаете? Укажите окислитель и восстановитель.

7. Выделите медь из раствора сульфата меди (II).

Решение.

Решение 2.

1. а) В пробирках без этикеток находятся растворы солей: карбонат натрия, хлорид бария, гидроксид кальция;

Дано: Три пробирки с растворами карбоната натрия ($Na_2CO_3$), хлорида бария ($BaCl_2$) и гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$). Полный список доступных реактивов.

Найти: Определить, в какой пробирке находится каждое из веществ.

Решение:

1. Отберём из каждой пробирки пробы и будем попарно сливать их содержимое.

2. Вещество, которое при добавлении к двум другим даёт осадок в обоих случаях, – это карбонат натрия.
$Na_2CO_3 + BaCl_2 \rightarrow BaCO_3 \downarrow + 2NaCl$ (белый осадок)
$Na_2CO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaOH$ (белый осадок)

3. Остались две пробирки с хлоридом бария ($BaCl_2$) и гидроксидом кальция ($Ca(OH)_2$). Чтобы их различить, добавим к каждой из них раствор сульфата натрия ($Na_2SO_4$) из списка реактивов.

4. В пробирке с хлоридом бария выпадет плотный белый осадок сульфата бария, нерастворимый в кислотах.
$BaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$

5. В пробирке с гидроксидом кальция при добавлении сульфата натрия также выпадет белый осадок, но он менее плотный (сульфат кальция малорастворим).
$Ca(OH)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 \downarrow + 2NaOH$
Для более чёткого различения можно использовать раствор сульфата алюминия ($Al_2(SO_4)_3$). С хлоридом бария он даст только один осадок ($BaSO_4$), а с гидроксидом кальция – два осадка ($CaSO_4$ и $Al(OH)_3$).
$3Ca(OH)_2 + Al_2(SO_4)_3 \rightarrow 3CaSO_4 \downarrow + 2Al(OH)_3 \downarrow$

Ответ: Сначала находим карбонат натрия, который даёт осадок с двумя другими веществами. Затем к оставшимся двум растворам добавляем раствор сульфата натрия или сульфата алюминия. Выпадение плотного осадка сульфата бария укажет на пробирку с хлоридом бария.

1. б) В пробирках без этикеток находятся растворы солей: сульфат алюминия, хлорид алюминия, хлорид натрия.

Дано: Три пробирки с растворами сульфата алюминия ($Al_2(SO_4)_3$), хлорида алюминия ($AlCl_3$) и хлорида натрия ($NaCl$). Полный список доступных реактивов.

Найти: Определить, в какой пробирке находится каждое из веществ.

Решение:

1. Для обнаружения сульфат-иона ($SO_4^{2-}$) используем качественную реакцию с ионом бария ($Ba^{2+}$). Добавим в пробы из каждой пробирки раствор хлорида бария ($BaCl_2$).

2. В пробирке, где находится сульфат алюминия, выпадет белый осадок сульфата бария.
$Al_2(SO_4)_3 + 3BaCl_2 \rightarrow 3BaSO_4 \downarrow + 2AlCl_3$

3. В двух других пробирках ($AlCl_3$ и $NaCl$) видимых изменений не произойдёт.

4. Чтобы различить хлорид алюминия и хлорид натрия, используем качественную реакцию на ион алюминия ($Al^{3+}$) с помощью щёлочи. Добавим к двум оставшимся пробам раствор гидроксида натрия ($NaOH$).

5. В пробирке с хлоридом алюминия выпадет белый студенистый осадок гидроксида алюминия.
$AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

6. В пробирке с хлоридом натрия реакции не будет.

Ответ: Сначала с помощью раствора хлорида бария определяем сульфат алюминия (выпадает осадок). Затем к двум оставшимся растворам добавляем раствор гидроксида натрия: там, где выпадет студенистый осадок, находится хлорид алюминия. Третья пробирка содержит хлорид натрия.

2. Используя выданные вам вещества, получите осадок карбоната кальция.

Решение: Для получения осадка карбоната кальция ($CaCO_3$) необходимы растворимые соли, содержащие ионы кальция ($Ca^{2+}$) и карбонат-ионы ($CO_3^{2-}$). Из списка реактивов можно взять, например, хлорид кальция ($CaCl_2$) и карбонат натрия ($Na_2CO_3$). При смешивании их растворов протекает реакция ионного обмена с образованием нерастворимого карбоната кальция.
Уравнение реакции:
$CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl$

Ответ: Смешать растворы хлорида кальция и карбоната натрия.

3. а) Распознайте при помощи одного реактива: гидроксид калия, азотную кислоту и хлорид кальция;

Решение: В качестве одного реактива, позволяющего различить щёлочь ($KOH$), кислоту ($HNO_3$) и соль ($CaCl_2$), можно использовать раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$).
1. При добавлении $Na_2CO_3$ к гидроксиду калия ($KOH$) видимых изменений не произойдёт, так как все возможные продукты реакции растворимы.
2. При добавлении $Na_2CO_3$ к азотной кислоте ($HNO_3$) будет наблюдаться бурное выделение бесцветного газа без запаха (углекислого газа).
$Na_2CO_3 + 2HNO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O + CO_2 \uparrow$
3. При добавлении $Na_2CO_3$ к хлориду кальция ($CaCl_2$) выпадет белый осадок карбоната кальция.
$Na_2CO_3 + CaCl_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl$

Ответ: Использовать раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$). С кислотой будет выделяться газ, с хлоридом кальция выпадет осадок, с гидроксидом калия видимых изменений не будет.

3. б) Распознайте при помощи одного реактива: гидроксид натрия, карбонат натрия и сульфат натрия.

Решение: Для распознавания растворов гидроксида натрия ($NaOH$), карбоната натрия ($Na_2CO_3$) и сульфата натрия ($Na_2SO_4$) можно использовать раствор хлорида алюминия ($AlCl_3$).
1. При добавлении $AlCl_3$ к гидроксиду натрия ($NaOH$) образуется белый студенистый осадок гидроксида алюминия.
$AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$
2. При добавлении $AlCl_3$ к карбонату натрия ($Na_2CO_3$) происходит совместный гидролиз, в результате которого образуется такой же осадок гидроксида алюминия и одновременно выделяется углекислый газ.
$2AlCl_3 + 3Na_2CO_3 + 3H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3CO_2 \uparrow + 6NaCl$
3. При добавлении $AlCl_3$ к сульфату натрия ($Na_2SO_4$) видимых изменений не произойдёт, так как все возможные продукты растворимы.

Ответ: Использовать раствор хлорида алюминия ($AlCl_3$). С гидроксидом натрия выпадет осадок; с карбонатом натрия — осадок и газ; с сульфатом натрия — нет видимых изменений.

4. Получите: а) из хлорида алюминия нитрат алюминия;

Решение: Для замены хлорид-иона на нитрат-ион нужно провести реакцию с веществом, которое свяжет хлорид-ионы в нерастворимое соединение. Для этого идеально подходит нитрат серебра ($AgNO_3$).
$AlCl_3 + 3AgNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + 3AgCl \downarrow$
В результате реакции образуется раствор нитрата алюминия и белый творожистый осадок хлорида серебра.

Ответ: Добавить к раствору хлорида алюминия раствор нитрата серебра.

4. б) из сульфата натрия хлорид натрия;

Решение: Необходимо сульфат-ионы заменить на хлорид-ионы. Это можно сделать, осадив сульфат-ионы с помощью растворимой соли бария, например, хлорида бария ($BaCl_2$).
$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow 2NaCl + BaSO_4 \downarrow$
В результате образуется раствор хлорида натрия и белый осадок сульфата бария.

Ответ: Добавить к раствору сульфата натрия раствор хлорида бария.

4. в) из гидроксида калия нитрат калия;

Решение: Для получения соли из щёлочи необходимо провести реакцию нейтрализации с соответствующей кислотой. В данном случае используем азотную кислоту ($HNO_3$).
$KOH + HNO_3 \rightarrow KNO_3 + H_2O$

Ответ: Добавить к раствору гидроксида калия азотную кислоту до нейтральной реакции.

4. г) из карбоната кальция хлорид кальция.

Решение: Карбонат кальция — нерастворимая соль. Она легко реагирует с сильными кислотами. Для получения хлорида кальция нужно использовать соляную кислоту ($HCl$).
$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$
При этом наблюдается растворение осадка и выделение углекислого газа.

Ответ: Добавить к карбонату кальция соляную кислоту.

5. Получите из оксида меди (II) гидроксид меди (II).

Решение: Получение гидроксида меди (II) из оксида меди (II) проводится в две стадии, так как оксид не реагирует с водой.
1. Сначала нужно получить растворимую соль меди (II), подействовав на оксид кислотой, например, соляной ($HCl$).
$CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$
Черный порошок оксида меди растворится, образуя раствор хлорида меди (II) голубого цвета.
2. Затем к полученному раствору соли меди (II) нужно добавить щёлочь, например, гидроксид натрия ($NaOH$).
$CuCl_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$
Выпадет голубой студенистый осадок гидроксида меди (II).

Ответ: Сначала растворить оксид меди (II) в соляной кислоте, а затем к полученному раствору хлорида меди (II) добавить раствор гидроксида натрия.

6. Прилейте к раствору бромида калия хлорную воду. Что наблюдаете? Укажите окислитель и восстановитель.

Решение: Хлор является более активным галогеном, чем бром, поэтому он вытесняет бром из его солей. Происходит окислительно-восстановительная реакция:
$2KBr + Cl_2 \rightarrow 2KCl + Br_2$
Наблюдение: бесцветный раствор бромида калия приобретает желто-бурую окраску из-за образования молекулярного брома.
Определение окислителя и восстановителя:
$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ — хлор принимает электроны, его степень окисления понижается, следовательно, $Cl_2$ – окислитель.
$2Br^{-1} - 2e^- \rightarrow Br_2^0$ — бромид-ион отдает электроны, его степень окисления повышается, следовательно, $KBr$ (за счет иона $Br^-$) – восстановитель.

Ответ: Наблюдается изменение окраски раствора на желто-бурую. Окислитель — $Cl_2$ (хлор), восстановитель — $KBr$ (бромид калия).

7. Выделите медь из раствора сульфата меди (II).

Решение: Чтобы выделить медь из раствора её соли, нужно использовать более активный металл, который вытеснит медь. Согласно ряду активности металлов, для этой цели подходит цинк ($Zn$), который есть в списке реактивов.
При погружении цинка в раствор сульфата меди (II) происходит реакция замещения:
$CuSO_4 + Zn \rightarrow ZnSO_4 + Cu \downarrow$
При этом голубой цвет раствора, характерный для ионов $Cu^{2+}$, будет постепенно исчезать, а на поверхности цинка будет выделяться красный осадок металлической меди.

Ответ: Добавить в раствор сульфата меди (II) цинк.