Практическая работа 10, страница 426 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Химический практикум. Практическая работа 10. Решение экспериментальных задач по теме «Получение соединений металлов и исследование их свойств» - страница 426.

Условие.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 10

РЕШЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ «ПОЛУЧЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ»

Вариант 1

1. Получите гидроксид алюминия и проведите реакции, доказывающие его свойства. Объясните сущность реакций.

2. Из имеющихся реактивов получите нитрат меди(II), докажите, что раствор полученной соли содержит катионы меди ($Cu^{2+}$).

3. Используя один реактив, определите, в каких ёмкостях находятся следующие растворы: сульфат калия, сульфат цинка, сульфат магния.

Вариант 2

1. Получите гидроксид цинка и проведите реакции, доказывающие его свойства. Объясните сущность реакций.

2. Из имеющихся реактивов получите оксид меди(II) и экспериментально докажите, что он обладает основными свойствами.

3. Используя один реактив, определите, в каких ёмкостях находятся соли: хлорид калия, хлорид магния, хлорид алюминия.

Вариант 3

1. Получите гидроксид железа(II) и докажите, что он обладает основными и восстановительными свойствами. Напишите уравнения реакций.

2. Получите соль хлорид магния тремя способами и докажите, что раствор соли содержит катион магния ($Mg^{2+}$).

3. Определите, в каких ёмкостях находятся твёрдые вещества: хлорид калия, хлорид натрия, хлорид бария, хлорид кальция.

4. Отчёт о проделанной работе оформите в виде таблицы.

Решение.

Решение 2.

1. Получите гидроксид алюминия и проведите реакции, доказывающие его свойства. Объясните сущность реакций.

Для получения гидроксида алюминия $Al(OH)_3$ необходимо к раствору любой растворимой соли алюминия, например, хлорида алюминия $AlCl_3$, прилить раствор щёлочи, например, гидроксида натрия $NaOH$, или раствор аммиака. В результате реакции обмена выпадает белый студенистый (гелеобразный) осадок гидроксида алюминия.

$AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

Гидроксид алюминия является амфотерным соединением, то есть он способен реагировать как с кислотами, так и со щелочами. Проведём реакции, доказывающие эти свойства.

Доказательство осно́вных свойств (реакция с кислотой):

К полученному осадку гидроксида алюминия добавим сильную кислоту, например, соляную кислоту $HCl$. Осадок растворится, образуя прозрачный раствор соли хлорида алюминия и воду. В этой реакции гидроксид алюминия выступает как основание.

$Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$

Доказательство кислотных свойств (реакция со щёлочью):

К другой порции полученного осадка гидроксида алюминия добавим избыток раствора сильной щёлочи, например, гидроксида натрия $NaOH$. Осадок растворится с образованием прозрачного раствора комплексной соли — тетрагидроксоалюмината натрия. В этой реакции гидроксид алюминия проявляет кислотные свойства.

$Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$

Сущность реакций: Способность гидроксида алюминия вступать в реакции нейтрализации как с кислотами, так и со щелочами, доказывает его амфотерный характер.

Ответ: Гидроксид алюминия получают действием щёлочи на раствор соли алюминия: $AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$. Его амфотерные свойства доказываются растворением осадка как в кислоте ($Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$), так и в избытке щёлочи ($Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$).

2. Из имеющихся реактивов получите нитрат меди(II), докажите, что раствор полученной соли содержит катионы меди (Cu²⁺).

Получить нитрат меди(II) $Cu(NO_3)_2$ можно, например, реакцией обмена между оксидом меди(II) $CuO$ и азотной кислотой $HNO_3$. При добавлении чёрного порошка оксида меди(II) к кислоте он растворяется, и образуется раствор нитрата меди(II) характерного голубого цвета.

$CuO + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O$

Чтобы доказать наличие катионов меди $Cu^{2+}$ в полученном растворе, необходимо провести качественную реакцию на этот ион. Существует несколько способов.

Способ 1: Реакция со щёлочью.

При добавлении к полученному раствору гидроксида натрия $NaOH$ выпадает голубой студенистый осадок гидроксида меди(II) $Cu(OH)_2$. Это качественная реакция на ион $Cu^{2+}$.

$Cu(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2NaNO_3$

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

Способ 2: Реакция с раствором аммиака.

При добавлении к раствору соли меди(II) избытка водного раствора аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$) образуется комплексный аммиакат меди(II) — растворимое соединение ярко-синего (василькового) цвета. Это также специфическая реакция на ион $Cu^{2+}$.

$Cu(OH)_2 + 4NH_3 \cdot H_2O \rightarrow [Cu(NH_3)_4](OH)_2 + 4H_2O$

Ответ: Нитрат меди(II) можно получить по реакции $CuO + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O$. Наличие ионов $Cu^{2+}$ в растворе доказывается добавлением щёлочи $NaOH$, что приводит к образованию голубого осадка $Cu(OH)_2$.

3. Используя один реактив, определите, в каких ёмкостях находятся следующие растворы: сульфат калия, сульфат цинка, сульфат магния.

Для определения растворов сульфата калия ($K_2SO_4$), сульфата цинка ($ZnSO_4$) и сульфата магния ($MgSO_4$) можно использовать один реактив — раствор сильной щёлочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$). Различие в свойствах гидроксидов калия, цинка и магния позволит идентифицировать исходные соли.

План определения:

1. В три пробирки отбираем пробы из трёх ёмкостей с неизвестными растворами.

2. В каждую пробирку по каплям добавляем раствор гидроксида натрия, наблюдая за изменениями. Затем добавляем избыток щёлочи.

Наблюдения и выводы:

• В той пробирке, где видимых изменений не происходит ни при добавлении нескольких капель, ни при избытке щёлочи, находится раствор сульфата калия ($K_2SO_4$).
• В той пробирке, где сначала выпадает белый студенистый осадок, который затем растворяется в избытке щёлочи, находится раствор сульфата цинка ($ZnSO_4$). Это происходит из-за амфотерности гидроксида цинка.

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

  $Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$ (раствор)

• В той пробирке, где выпадает белый осадок, нерастворимый в избытке щёлочи, находится раствор сульфата магния ($MgSO_4$). Гидроксид магния проявляет только осно́вные свойства и не реагирует с избытком щёлочи.

  $MgSO_4 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

Таким образом, по характеру взаимодействия с раствором гидроксида натрия можно однозначно определить содержимое каждой ёмкости.

Ответ: В качестве реактива используется раствор $NaOH$. С $K_2SO_4$ реакции нет. С $ZnSO_4$ образуется осадок, растворимый в избытке $NaOH$. С $MgSO_4$ образуется осадок, нерастворимый в избытке $NaOH$.