Лабораторный эксперимент, страница 103 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Вопрос в параграфе. Параграф 20. Неорганические и органические амфотерные соединения. Глава III. Вещества и их свойства - страница 103.

Условие.

Лабораторный эксперимент

Соблюдается ли математический закон о перемене мест слагаемых в химии?

1. В пробирку налейте 2–3 мл раствора хлорида или сульфата цинка и добавьте 7–10 капель раствора щёлочи. Взболтайте содержимое пробирки. Что наблюдаете? Добавьте в пробирку такой же объём раствора серной кислоты. Что наблюдаете?

2. В пробирку налейте 2–3 мл раствора щёлочи и добавьте 7–10 капель раствора хлорида или сульфата цинка. Взболтайте содержимое пробирки. Что наблюдаете?

Решение.

Решение 2.

В химии, в отличие от математической операции сложения, порядок смешивания реагентов (аналог «слагаемых») может иметь решающее значение и влиять на конечный результат. Это связано с тем, что химические реакции могут протекать в несколько стадий, а промежуточные продукты могут вступать в дальнейшие взаимодействия с одним из реагентов, если он находится в избытке. Рассматриваемый лабораторный эксперимент является классической демонстрацией этого принципа на примере амфотерных свойств гидроксида цинка.

1. При добавлении капель раствора щёлочи (например, гидроксида натрия $NaOH$) к раствору соли цинка (например, хлорида цинка $ZnCl_2$ или сульфата цинка $ZnSO_4$) наблюдается образование белого студенистого осадка. Это нерастворимый в воде гидроксид цинка ($Zn(OH)_2$). В данном случае щёлочь добавляется по каплям, и она сразу же вступает в реакцию, не создавая избытка в общем объеме раствора.

Уравнение реакции (на примере сульфата цинка):

$ZnSO_4 + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$

При последующем добавлении в пробирку раствора серной кислоты ($H_2SO_4$) происходит реакция нейтрализации. Гидроксид цинка, обладая основными свойствами, реагирует с кислотой. В результате осадок растворяется, и образуется прозрачный раствор, содержащий соль (сульфат цинка) и воду.

Уравнение реакции:

$Zn(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + 2H_2O$

Ответ: Сначала наблюдается выпадение белого студенистого осадка. После добавления серной кислоты осадок растворяется, и раствор становится прозрачным.

2. При добавлении капель раствора соли цинка к раствору щёлочи, который в данном порядке смешивания находится в пробирке в избытке, события развиваются иначе. Вначале, в месте падения капли, может кратковременно появиться белый осадок гидроксида цинка ($Zn(OH)_2$) по той же реакции, что и в первом опыте:

$ZnSO_4 + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$

Однако гидроксид цинка является амфотерным соединением, то есть он способен проявлять не только основные, но и кислотные свойства, реагируя с избытком сильных щелочей. Поэтому образовавшийся осадок тут же растворяется в избытке щёлочи, образуя растворимую комплексную соль — тетрагидроксоцинкат натрия $Na_2[Zn(OH)_4]$.

Уравнение реакции растворения осадка в избытке щёлочи:

$Zn(OH)_2 + 2NaOH_{ (изб.)} \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$

В результате после взбалтывания в пробирке будет находиться прозрачный раствор.

Ответ: Наблюдается образование прозрачного раствора. Возможно кратковременное появление белого осадка в месте добавления капель, который быстро растворяется при взбалтывании.

Общий вывод по эксперименту:

Результаты двух опытов различны: в первом случае при смешивании реагентов мы получили осадок, а во втором — прозрачный раствор. Это наглядно демонстрирует, что математический закон о перемене мест слагаемых в химии не всегда соблюдается. Порядок добавления реагентов может кардинально влиять на состав конечных продуктов реакции, особенно в случаях, где образуются амфотерные соединения или возможны другие последовательные реакции с избытком одного из реагентов.