Номер 2, страница 85 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

2. Используя пероксид водорода и неорганический катализатор, получите кислород и докажите его наличие. Охарактеризуйте реакцию по всем классификационным признакам.

Получение кислорода и доказательство его наличия

Для получения кислорода в лабораторных условиях можно использовать реакцию разложения пероксида водорода ($H_2O_2$). Эта реакция протекает медленно, но значительно ускоряется в присутствии неорганического катализатора, например, оксида марганца(IV) ($MnO_2$). При добавлении небольшого количества черного порошка $MnO_2$ в водный раствор $H_2O_2$ начинается бурная реакция с выделением бесцветного газа.

Уравнение реакции:

$$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$$

Чтобы доказать, что выделяющийся газ является кислородом, используется качественная реакция с тлеющей лучинкой. Если внести тлеющую лучинку в сосуд, где собирается газ, она ярко вспыхнет. Это происходит потому, что кислород — газ, активно поддерживающий горение.

Ответ: Кислород получают каталитическим разложением пероксида водорода в присутствии оксида марганца(IV). Наличие кислорода доказывают с помощью тлеющей лучинки, которая в атмосфере кислорода ярко вспыхивает.

Характеристика реакции по всем классификационным признакам

По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции. Реакция, в ходе которой из одного сложного вещества образуется несколько новых (простых или сложных) веществ, называется реакцией разложения. В данном случае из пероксида водорода образуются вода и кислород.

Ответ: реакция разложения.

По изменению степеней окисления атомов. В ходе реакции изменяются степени окисления атомов кислорода: $H_2\overset{-1}{O}_2 \rightarrow H_2\overset{-2}{O} + \overset{0}{O}_2$. Атом кислорода в степени окисления -1 одновременно и окисляется до 0, и восстанавливается до -2. Такие процессы называются окислительно-восстановительными реакциями. Конкретно, это реакция диспропорционирования (или самоокисления-самовосстановления), где одно и то же вещество ($H_2O_2$) выступает и в роли окислителя, и в роли восстановителя.

Ответ: окислительно-восстановительная реакция (диспропорционирования).

По тепловому эффекту. Реакция протекает с выделением тепла, что можно заметить по нагреванию реакционного сосуда. Следовательно, это экзотермическая реакция ($\Delta H < 0$).

Ответ: экзотермическая реакция.

По участию катализатора. Реакция протекает в присутствии вещества (оксида марганца(IV)), которое ускоряет ее, но само не расходуется. Следовательно, это каталитическая реакция.

Ответ: каталитическая реакция.

По направлению протекания (обратимости). В данных условиях реакция протекает только в одном направлении до полного разложения реагента. Это происходит потому, что один из продуктов (кислород) является газом и покидает сферу реакции, что смещает равновесие вправо согласно принципу Ле Шателье. Следовательно, это необратимая реакция.

Ответ: необратимая реакция.

По фазовому состоянию веществ (гомогенности). Реакция протекает на границе раздела фаз: твердой ($MnO_2$) и жидкой (водный раствор $H_2O_2$). Реакции, в которых реагенты и катализатор находятся в разных агрегатных состояниях (фазах), относятся к гетерогенным.

Ответ: гетерогенная реакция.