Практическая работа 5, страница 417 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Химический практикум. Практическая работа 5. Исследование свойств минеральных и органических кислот - страница 417.

Условие.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 5

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МИНЕРАЛЬНЫХ И ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ

Вариант 1

Свойства уксусной кислоты. 1. В четыре пробирки налейте по 1 мл уксусной кислоты. В первую пробирку добавьте 1—2 капли раствора лакмуса (отметьте цвет индикатора), а затем нейтрализуйте кислоту раствором гидроксида натрия. Во вторую пробирку положите 3—4 магниевые стружки, в третью внесите на кончике шпателя оксид магния (меди(II), цинка), в четвёртую добавьте 1 мл раствора карбоната натрия.

Запишите полные и сокращённые ионно-молекулярные уравнения реакций, а также свои наблюдения, сделайте выводы.

2. В пробирку налейте 1 мл дистиллированной воды и добавьте 1—2 капли раствора фенолфталеина, добавьте на кончике шпателя твёрдый ацетат натрия.

Пробирку встряхните, чтобы соль растворилась. Что наблюдаете? Сделайте выводы о силе уксусной кислоты. Запишите уравнение гидролиза ацетата натрия.

3. Проведите качественную реакцию на ацетат-ион. Для этого в раствор ацетата натрия из предыдущего опыта добавьте несколько капель раствора хлорида железа(III). Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции.

4. В круглодонную колбу налейте 10 мл концентрированной уксусной кислоты. Колбу закройте пробкой, вставьте в неё датчик температуры и поместите в кристаллизационную чашу, наполненную льдом или смесью льда (снега) с поваренной солью.

Подключите датчик и определите температуру кристаллизации уксусной кислоты ($+16,7 \text{ }^{\circ}\text{C}$). Наблюдайте образование крупных кристаллов кислоты.

Свойства серной кислоты. 1. В три пробирки налейте 1—2 мл серной кислоты. Добавьте в каждую пробирку 1—2 капли индикатора: в первую — лакмуса, во вторую — метилового оранжевого, в третью — фенолфталеина. Что наблюдаете? Объясните результаты.

2. В первую и вторую пробирки из предыдущего опыта по каплям добавляйте гидроксид натрия, пока лакмус не станет фиолетовым, а метиловый оранжевый — оранжевым. Сделайте вывод и напишите уравнение реакции.

3. В две пробирки внесите 1—2 мл серной кислоты. В одну пробирку положите гранулу цинка, в другую — кусочек медной проволоки или стружку. Что наблюдаете? Объясните результаты. Напишите уравнение реакции.

4. В две пробирки налейте 1—2 мл серной кислоты. В первую добавьте на кончике шпателя оксид меди(II), во вторую — кусочек карбоната кальция (мела или мрамора). Объясните результаты. Напишите уравнения реакций.

5. В пробирку внесите 1—2 мл раствора сульфата меди(II), затем 1—2 мл раствора гидроксида натрия. В пробирку по каплям добавляйте серную кислоту до полного растворения осадка. Напишите уравнения реакций.

Вариант 2

Свойства муравьиной кислоты. 1. В четыре пробирки налейте по 1 мл муравьиной кислоты. В первую пробирку внесите 1—2 капли раствора лакмуса (отметьте цвет индикатора), затем нейтрализуйте кислоту раствором гидроксида натрия. Во вторую положите 3—4 магниевые стружки, в третью внесите на кончике шпателя оксид магния (меди(II), цинка), в четвёртую добавьте раствор карбоната натрия. Запишите полные и сокращённые ионно-молекулярные уравнения реакций, свои наблюдения.

2. В две пробирки налейте по 1 мл муравьиной кислоты. В одну пробирку добавьте 1 мл аммиачного раствора оксида серебра(I), в другую — 2 мл гидроксида меди(II). Запишите уравнения реакций и сделайте вывод о свойствах муравьиной кислоты.

3. В пробирку внесите 5—6 капель муравьиной кислоты, добавьте 1 мл раствора перманганата калия и 3—4 капли серной кислоты. Закройте пробирку пробкой с газоотводной полимерной трубкой. Закрепите пробирку с реагентами в пробиркодержателе, конец газоотводной трубки опустите в стакан с известковой водой. Осторожно нагревайте пробирку на спиртовке. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций.

Свойства соляной кислоты. 1. В три пробирки налейте 1—2 мл соляной кислоты. В каждую пробирку добавьте по 1—2 капли индикатора: в первую — лакмуса, во вторую — метилового оранжевого, в третью — фенолфталеина. Что наблюдаете? Объясните результаты.

2. В первую и вторую пробирки из предыдущего опыта по каплям добавляйте гидроксид натрия, пока лакмус не станет фиолетовым, а метиловый оранжевый — оранжевым. Сделайте вывод и напишите уравнение реакции.

3. В две пробирки внесите 1—2 мл соляной кислоты. В одну пробирку положите гранулу цинка, в другую — кусочек медной проволоки или стружку. Что наблюдаете? Объясните результаты. Напишите уравнение реакции.

4. В две пробирки внесите по 1—2 капли соляной кислоты. В первую пробирку добавьте на кончике шпателя оксид цинка, во вторую — кусочек карбоната кальция. Объясните результаты. Напишите уравнения реакций.

5. В пробирку внесите 1—2 мл раствора сульфата меди(II), затем 1—2 мл раствора гидроксида натрия. Затем по каплям добавляйте соляную кислоту до полного растворения осадка. Напишите уравнения реакций.

Решение.

Решение 2.

Свойства уксусной кислоты

1. Решение:

Данный опыт демонстрирует химические свойства уксусной кислоты, характерные для класса кислот.

В первой пробирке раствор лакмуса окрашивается в красный цвет, что подтверждает наличие кислой среды. При добавлении раствора гидроксида натрия происходит реакция нейтрализации, и по достижении нейтральной среды (pH=7) лакмус становится фиолетовым.
Молекулярное уравнение: $CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$
Полное ионное уравнение: $CH_3COOH + Na^+ + OH^- \rightarrow CH_3COO^- + Na^+ + H_2O$
Сокращенное ионное уравнение: $CH_3COOH + OH^- \rightarrow CH_3COO^- + H_2O$

Во второй пробирке при контакте с магниевыми стружками наблюдается выделение пузырьков бесцветного газа — водорода. Это доказывает, что уксусная кислота реагирует с активными металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до водорода.
Молекулярное уравнение: $2CH_3COOH + Mg \rightarrow (CH_3COO)_2Mg + H_2 \uparrow$
Сокращенное ионное уравнение (учитывая, что уксусная кислота слабая): $2CH_3COOH + Mg \rightarrow 2CH_3COO^- + Mg^{2+} + H_2 \uparrow$

В третьей пробирке при добавлении черного порошка оксида меди(II) и, возможно, при легком нагревании, твердое вещество растворяется с образованием раствора голубого цвета (цвет ионов $Cu^{2+}$). Это пример реакции кислоты с основным оксидом.
Молекулярное уравнение: $2CH_3COOH + CuO \rightarrow (CH_3COO)_2Cu + H_2O$
Сокращенное ионное уравнение: $2CH_3COOH + CuO \rightarrow 2CH_3COO^- + Cu^{2+} + H_2O$

В четвертой пробирке при добавлении раствора карбоната натрия происходит бурная реакция с выделением углекислого газа (вскипание). Это показывает, что уксусная кислота, будучи более сильной, чем угольная, вытесняет ее из солей.
Молекулярное уравнение: $2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + H_2O + CO_2 \uparrow$
Полное ионное уравнение: $2CH_3COOH + 2Na^+ + CO_3^{2-} \rightarrow 2CH_3COO^- + 2Na^+ + H_2O + CO_2 \uparrow$
Сокращенное ионное уравнение: $2CH_3COOH + CO_3^{2-} \rightarrow 2CH_3COO^- + H_2O + CO_2 \uparrow$

Вывод: Уксусная кислота проявляет типичные свойства кислот: взаимодействует с основаниями (реакция нейтрализации), активными металлами, основными оксидами и солями летучих или более слабых кислот.

Ответ: В ходе опытов было установлено, что уксусная кислота меняет цвет индикатора лакмуса на красный, реагирует с магнием с выделением водорода, с оксидом меди(II) с образованием ацетата меди(II) голубого цвета, и с карбонатом натрия с выделением углекислого газа. Уравнения реакций приведены выше.

2. Решение:

При растворении ацетата натрия $CH_3COONa$ в воде с фенолфталеином наблюдается появление малиновой окраски. Это происходит потому, что ацетат натрия — соль, образованная слабой кислотой ($CH_3COOH$) и сильным основанием ($NaOH$). В водном растворе эта соль подвергается гидролизу по аниону ($CH_3COO^-$), в результате чего в растворе накапливаются гидроксид-ионы ($OH^-$), создавая щелочную среду.
Уравнение гидролиза в ионном виде: $CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$
Фенолфталеин в щелочной среде меняет свой цвет на малиновый.

Вывод: Наличие щелочной среды в растворе ацетата натрия доказывает, что уксусная кислота является слабой кислотой.

Ответ: Наблюдается появление малиновой окраски раствора. Это указывает на щелочную среду, возникшую в результате гидролиза ацетат-иона. Уравнение гидролиза: $CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$.

3. Решение:

При добавлении к раствору ацетата натрия раствора хлорида железа(III) ($FeCl_3$) наблюдается появление интенсивного красно-бурого окрашивания. Это качественная реакция на ацетат-ион, в ходе которой образуется растворимый ацетат железа(III) или более сложные по составу комплексные соединения, имеющие характерную окраску.
Молекулярное уравнение реакции:
$3CH_3COONa + FeCl_3 \rightarrow (CH_3COO)_3Fe + 3NaCl$
Сокращенное ионное уравнение:
$3CH_3COO^- + Fe^{3+} \rightarrow (CH_3COO)_3Fe$

Ответ: Наблюдается появление красно-бурого окрашивания раствора. Уравнение реакции: $3CH_3COONa + FeCl_3 \rightarrow (CH_3COO)_3Fe + 3NaCl$.

4. Решение:

Это опыт по наблюдению физического свойства концентрированной уксусной кислоты — кристаллизации. Концентрированную уксусную кислоту называют «ледяной», так как ее температура замерзания составляет $+16,7^\circ C$, что немного ниже обычной комнатной температуры. При охлаждении в кристаллизаторе со льдом или смесью льда с солью (охлаждающая смесь) температура кислоты понижается, и при достижении точки замерзания она переходит из жидкого состояния в твердое с образованием крупных прозрачных кристаллов, похожих на лед.

Ответ: Наблюдается процесс кристаллизации (замерзания) уксусной кислоты при температуре около $+16,7^\circ C$ с образованием крупных бесцветных кристаллов.

Свойства серной кислоты

1. Решение:

Серная кислота является сильной двухосновной кислотой. В водном растворе она практически полностью диссоциирует на ионы, создавая сильнокислую среду. Это свойство определяется с помощью индикаторов:

• В первой пробирке лакмус окрашивается в красный цвет.
• Во второй пробирке метиловый оранжевый окрашивается в красный цвет (или розовый).
• В третьей пробирке фенолфталеин остается бесцветным.

Эти изменения цвета являются характерными для данных индикаторов в сильнокислой среде.

Ответ: Лакмус становится красным, метиловый оранжевый – красным, фенолфталеин – остается бесцветным. Это объясняется высокой концентрацией ионов водорода ($H^+$) в растворе сильной серной кислоты.

2. Решение:

При добавлении раствора гидроксида натрия ($NaOH$) к серной кислоте происходит реакция нейтрализации. В ходе реакции ионы водорода ($H^+$) от кислоты соединяются с гидроксид-ионами ($OH^-$) от щелочи с образованием воды, а кислотность раствора уменьшается.

• В первой пробирке лакмус меняет цвет с красного на фиолетовый, что соответствует нейтральной среде (pH=7).
• Во второй пробирке метиловый оранжевый меняет цвет с красного на оранжевый, что соответствует переходной зоне индикатора (pH 3,1–4,4), то есть раствор еще остается слабокислым.

Молекулярное уравнение полной нейтрализации:
$H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$
Сокращенное ионное уравнение:
$H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

Вывод: Серная кислота вступает в реакцию нейтрализации со щелочью, что подтверждается изменением цвета индикаторов.

Ответ: По мере добавления щелочи цвет индикаторов изменяется: лакмус становится фиолетовым, а метиловый оранжевый — оранжевым. Это свидетельствует о протекании реакции нейтрализации, уравнение которой $H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$.

3. Решение:

Взаимодействие серной кислоты с металлами зависит от ее концентрации и активности металла. В данном опыте, вероятнее всего, используется разбавленная серная кислота.

В пробирке с гранулой цинка наблюдается выделение пузырьков газа (водорода). Цинк стоит в электрохимическом ряду напряжений металлов до водорода и способен вытеснять его из разбавленных кислот.
Уравнение реакции: $Zn + H_2SO_4(\text{разб.}) \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

В пробирке с медной проволокой видимых изменений не происходит. Медь стоит в ряду напряжений после водорода и не реагирует с разбавленной серной кислотой.
$Cu + H_2SO_4(\text{разб.}) \nrightarrow$

Ответ: Цинк реагирует с разбавленной серной кислотой с выделением водорода, а медь не реагирует. Это объясняется их положением в ряду активности металлов относительно водорода.

4. Решение:

В первой пробирке черный порошок оксида меди(II) ($CuO$) растворяется в серной кислоте, образуя раствор голубого цвета — сульфат меди(II) ($CuSO_4$). Это типичная реакция основного оксида с кислотой.
Уравнение реакции: $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

Во второй пробирке при добавлении карбоната кальция ($CaCO_3$) наблюдается бурное выделение газа (вскипание) — это углекислый газ $CO_2$. Серная кислота, как более сильная, вытесняет угольную кислоту из ее соли. Также возможно образование белого осадка малорастворимого сульфата кальция ($CaSO_4$), который может покрыть поверхность карбоната и замедлить реакцию.
Уравнение реакции: $CaCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 \downarrow + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: Оксид меди(II) растворяется с образованием голубого раствора, а карбонат кальция реагирует с выделением газа. Уравнения реакций: $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$ и $CaCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 \downarrow + H_2O + CO_2 \uparrow$.

5. Решение:

Опыт проводится в два этапа.

Этап 1: К раствору сульфата меди(II) ($CuSO_4$) добавляют раствор гидроксида натрия ($NaOH$). Наблюдается образование голубого студенистого осадка гидроксида меди(II) ($Cu(OH)_2$).
Молекулярное уравнение: $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$
Сокращенное ионное уравнение: $Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow$

Этап 2: К полученному осадку по каплям добавляют серную кислоту ($H_2SO_4$). Осадок растворяется, и вновь образуется прозрачный раствор голубого цвета — сульфат меди(II). Происходит реакция нейтрализации между нерастворимым основанием и кислотой.
Молекулярное уравнение: $Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$
Сокращенное ионное уравнение: $Cu(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O$

Ответ: Сначала образуется голубой осадок гидроксида меди(II), который затем растворяется при добавлении серной кислоты. Уравнения реакций: $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$ и $Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$.