Номер 1, страница 111 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава III. Вещества и их свойства. Практическая работа 2. Решение экспериментальных задач по теме «Вещества и их свойства». Вариант 1 - номер 1, страница 111.

Условие.

1. Проведите реакции, характеризующие свойства раствора серной кислоты. Запишите молекулярные и ионные уравнения реакций, отметьте признаки и условия их протекания. Обоснуйте, почему та или иная проведённая вами реакция относится к окислительно-восстановительным. Там, где это возможно, составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.

Решение.

Решение 2.

Серная кислота ($H_2SO_4$) — сильная двухосновная кислота. Её химические свойства зависят от концентрации. В разбавленном растворе она проявляет свойства типичной сильной кислоты, а концентрированная кислота является сильным окислителем за счет атома серы в степени окисления +6.

а) Взаимодействие с активными металлами

Разбавленная серная кислота реагирует с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до водорода (например, с цинком), с выделением водорода и образованием соли. В этой реакции окислителем выступают ионы водорода.

Молекулярное уравнение:

$Zn + H_2SO_4(разб.) \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

Полное ионное уравнение:

$Zn^0 + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Zn^{2+} + SO_4^{2-} + H_2^0 \uparrow$

Сокращенное ионное уравнение:

$Zn^0 + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Признаки и условия: реакция протекает при комнатной температуре; наблюдается выделение пузырьков бесцветного газа без запаха (водорода) и растворение металлического цинка.

Реакция является окислительно-восстановительной, так как происходит изменение степеней окисления элементов: цинк ($Zn^0 \rightarrow Zn^{+2}$) окисляется, а водород ($H^{+1} \rightarrow H^0$) восстанавливается.

Электронный баланс:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$ | 1 | окисление
$2H^{+1} + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 1 | восстановление

Восстановитель: цинк ($Zn$).

Окислитель: ионы водорода ($H^+$).

Ответ: разбавленная серная кислота взаимодействует с активными металлами, проявляя окислительные свойства за счет ионов водорода $H^+$, с образованием соли и выделением газообразного водорода.

б) Взаимодействие с основными оксидами

Серная кислота реагирует с основными и амфотерными оксидами с образованием соли и воды. Это типичная реакция ионного обмена.

Молекулярное уравнение:

$CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

Полное ионное уравнение:

$CuO + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-} + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O$

Признаки и условия: реакция протекает при обычных условиях (для ускорения можно слегка нагреть); наблюдается растворение черного порошка оксида меди(II) и образование раствора голубого цвета из-за гидратированных ионов $Cu^{2+}$.

Реакция не является окислительно-восстановительной, так как степени окисления всех элементов ($Cu^{+2}, O^{-2}, H^{+1}, S^{+6}$) остаются неизменными. Это реакция ионного обмена.

Ответ: серная кислота реагирует с основными оксидами, образуя соль и воду; данная реакция является реакцией ионного обмена и не является ОВР.

в) Взаимодействие с нерастворимыми основаниями (реакция нейтрализации)

Серная кислота, как любая сильная кислота, реагирует с основаниями. Эта реакция называется реакцией нейтрализации и приводит к образованию соли и воды.

Молекулярное уравнение:

$H_2SO_4 + Cu(OH)_2 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$

Полное ионное уравнение:

$2H^+ + SO_4^{2-} + Cu(OH)_2 \downarrow \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$2H^+ + Cu(OH)_2 \downarrow \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O$

Признаки и условия: реакция протекает при обычных условиях; наблюдается растворение осадка гидроксида меди(II) голубого цвета с образованием прозрачного раствора голубого цвета.

Реакция не является окислительно-восстановительной, так как степени окисления всех элементов остаются неизменными. Это реакция ионного обмена.

Ответ: серная кислота вступает в реакцию нейтрализации с основаниями, образуя соль и воду; данная реакция является реакцией ионного обмена.

г) Качественная реакция на сульфат-ион

Взаимодействие с растворимыми солями бария является качественной реакцией на сульфат-ион $SO_4^{2-}$, так как образуется нерастворимый в кислотах осадок.

Молекулярное уравнение:

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

Полное ионное уравнение:

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

Сокращенное ионное уравнение:

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

Признаки и условия: протекает при комнатной температуре; выпадает обильный белый мелкокристаллический осадок сульфата бария, который не растворяется в сильных кислотах.

Реакция не является окислительно-восстановительной, так как степени окисления всех элементов не изменяются. Это реакция ионного обмена.

Ответ: для серной кислоты и ее солей характерна качественная реакция с ионами бария $Ba^{2+}$, в результате которой образуется нерастворимый в кислотах белый осадок $BaSO_4$.

д) Окислительные свойства концентрированной серной кислоты

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем за счет серы $S^{+6}$. Она способна окислять малоактивные металлы (например, медь) и неметаллы. Реакция обычно требует нагревания, и водород при этом не выделяется.

Молекулярное уравнение:

$Cu + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t^\circ} CuSO_4 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$

Ионные уравнения для данной реакции обычно не составляют, так как концентрированная $H_2SO_4$ — слабый электролит, а $SO_2$ и $H_2O$ — молекулярные соединения.

Признаки и условия: реакция протекает при нагревании; наблюдается растворение меди, образование раствора голубого цвета и выделение бесцветного газа с резким, удушливым запахом (диоксид серы).

Реакция является окислительно-восстановительной, так как происходит изменение степеней окисления: медь ($Cu^0 \rightarrow Cu^{+2}$) окисляется, а сера ($S^{+6} \rightarrow S^{+4}$) восстанавливается.

Электронный баланс:

$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$ | 1 | окисление
$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 1 | восстановление

Восстановитель: медь ($Cu$).

Окислитель: серная кислота ($H_2SO_4$) за счет атома серы $S^{+6}$.

Ответ: концентрированная серная кислота является сильным окислителем за счет $S^{+6}$ и при нагревании реагирует с малоактивными металлами с образованием соли, оксида серы(IV) и воды.