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 2 - номер 1, страница 111.

Условие.

1. Проведите реакции, характеризующие свойства раствора гидроксида натрия. 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.

Гидроксид натрия ($NaOH$) — это сильное основание (щёлочь), которое в водном растворе диссоциирует на ионы $Na^+$ и $OH^-$. Наличие гидроксид-ионов $OH^-$ определяет его основные свойства. Ниже приведены реакции, характеризующие химические свойства раствора гидроксида натрия.

1. Взаимодействие с растворимой солью (реакция ионного обмена)

Как сильное основание, гидроксид натрия реагирует с солями в растворе, если в результате реакции образуется нерастворимое вещество (осадок), газ или слабый электролит (например, вода). Реакция с сульфатом меди(II) является примером образования нерастворимого основания.

Молекулярное уравнение:
$2NaOH + CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

Полное ионное уравнение:
$2Na^+ + 2OH^- + Cu^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2-}$

Сокращенное ионное уравнение:
$Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow$

Признаки и условия протекания: Реакция протекает в водном растворе при комнатной температуре. При сливании бесцветного раствора гидроксида натрия и голубого раствора сульфата меди(II) выпадает объемистый студенистый осадок голубого цвета — гидроксид меди(II).

Обоснование: Данная реакция не является окислительно-восстановительной, так как степени окисления всех химических элементов остаются неизменными: $Na^{+1}, O^{-2}, H^{+1}, Cu^{+2}, S^{+6}$. Это реакция ионного обмена.

Ответ: Реакция между гидроксидом натрия и сульфатом меди(II) демонстрирует свойство $NaOH$ как щёлочи, вступающей в реакции ионного обмена с образованием нерастворимого основания. Реакция является качественной на ионы $Cu^{2+}$.

2. Взаимодействие с амфотерным металлом (окислительно-восстановительная реакция)

Щёлочи реагируют с некоторыми металлами, проявляющими амфотерные свойства (например, Al, Zn, Be). В этих реакциях щёлочь является реагентом, а окислителем выступает вода.

Молекулярное уравнение:
$2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2 \uparrow$

Полное ионное уравнение:
$2Al^0 + 2Na^+ + 2OH^- + 6H_2O \rightarrow 2Na^+ + 2[Al(OH)_4]^- + 3H_2^0 \uparrow$

Сокращенное ионное уравнение:
$2Al^0 + 2OH^- + 6H_2O \rightarrow 2[Al(OH)_4]^- + 3H_2^0 \uparrow$

Признаки и условия протекания: Реакция протекает при контакте алюминия с раствором щёлочи (ускоряется при нагревании). Наблюдается растворение металлического алюминия и бурное выделение бесцветного газа без запаха — водорода.

Обоснование: Реакция является окислительно-восстановительной, так как происходит изменение степеней окисления. Алюминий повышает свою степень окисления с 0 до +3, а водород в составе воды понижает свою степень окисления с +1 до 0.

Электронный баланс:
$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ | 2 | процесс окисления
$2H^{+1} + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 3 | процесс восстановления

Восстановитель: $Al^0$ (алюминий).
Окислитель: $H_2O$ (вода, за счёт атомов водорода в степени окисления +1).

Ответ: Реакция гидроксида натрия с алюминием в водном растворе характеризует его как реагент, способный растворять амфотерные металлы. Это окислительно-восстановительный процесс, в котором алюминий является восстановителем, а вода — окислителем.

3. Взаимодействие с неметаллом (окислительно-восстановительная реакция диспропорционирования)

Гидроксид натрия реагирует с некоторыми неметаллами, например, с галогенами (Cl₂, Br₂, I₂), серой, фосфором. Эти реакции являются окислительно-восстановительными, часто реакциями диспропорционирования, где один и тот же элемент является и окислителем, и восстановителем. Продукты реакции хлора со щёлочью зависят от температуры.

Молекулярное уравнение (при комнатной температуре):
$Cl_2 + 2NaOH \rightarrow NaCl + NaClO + H_2O$

Полное ионное уравнение:
$Cl_2^0 + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow Na^+ + Cl^{-} + Na^+ + ClO^{-} + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:
$Cl_2^0 + 2OH^- \rightarrow Cl^{-} + ClO^{-} + H_2O$

Признаки и условия протекания: Реакция происходит при пропускании газообразного хлора через холодный раствор щёлочи. Наблюдается обесцвечивание (исчезновение жёлто-зелёной окраски) хлора и образование раствора, содержащего смесь хлорида и гипохлорита натрия ("жавелевая вода").

Обоснование: Реакция является окислительно-восстановительной. Атом хлора одновременно и понижает, и повышает свою степень окисления (с 0 до -1 в $NaCl$ и до +1 в $NaClO$). Такие реакции называются реакциями диспропорционирования.

Электронный баланс:
$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ | 1 | процесс восстановления
$Cl_2^0 - 2e^- \rightarrow 2Cl^{+1}$ | 1 | процесс окисления

Окислитель и восстановитель: $Cl_2$ (хлор).

Ответ: Реакция гидроксида натрия с хлором является примером окислительно-восстановительной реакции диспропорционирования, в которой хлор выступает одновременно и окислителем, и восстановителем. Эта реакция демонстрирует способность щёлочи вступать в ОВР с неметаллами.