Практическая работа 7, страница 421 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Химический практикум. Практическая работа 7. Гидролиз органических и неорганических соединений - страница 421.

Условие.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 7

ГИДРОЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Вариант 1

Гидролиз солей.

1. Налейте в пробирку 2–3 мл раствора хлорида алюминия и добавьте 1–2 мл раствора сульфида натрия. Какие изменения происходят в растворе? Запах какого вещества ощущается? Объясните наблюдаемые явления и напишите уравнения реакций.

2. В три пробирки налейте по 2 мл дистиллированной воды и добавьте шпателем небольшие количества нитрата калия в первую пробирку, нитрата аммония во вторую и хлорида калия в третью. Перемешайте до полного растворения солей. Стеклянной палочкой нанесите по 2–3 капли каждого раствора соли на полоску универсальной индикаторной бумаги. Объясните результаты опыта и создайте таблицу «Зависимость pH раствора от состава солей». Создайте и заполните следующие столбцы таблицы: «Формула соли», «Тип гидролиза и характер среды», «Молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза солей».

Гидролиз крахмала.

1. В пробирку внесите 20–25 капель 2%-ного крахмального клейстера, добавьте 5–6 капель аптечной йодной настойки. Что наблюдаете? Объясните изменение цвета раствора.

2. В пробирку внесите примерно 50 капель 2%-ного крахмального клейстера и добавьте 5 капель серной кислоты. Нагрейте раствор на спиртовке и кипятите примерно 2 мин.

3. Дайте раствору немного остыть, после чего 10 капель раствора пипеткой внесите в чистую пробирку и добавьте 2–3 капли йодной настойки. После появления характерного сине-фиолетового окрашивания продолжайте нагревать раствор, пока цвет не исчезнет. Напишите уравнение реакции.

4. После исчезновения сине-фиолетового окрашивания, в пробирку с раствором внесите 5–7 капель гидроксида натрия для нейтрализации серной кислоты, затем добавьте 5 капель сульфата меди(II) и 10 капель гидроксида натрия. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции.

5. Содержимое пробирки вновь нагрейте. Сначала образуется жёлтый осадок гидроксида меди(I), затем — красный осадок оксида меди(I). Напишите уравнение реакции.

Вариант 2

Гидролиз солей.

1. Налейте в пробирку 2–3 мл раствора сульфата алюминия и добавьте 1–2 мл раствора карбоната натрия. Что происходит в растворе? Объясните наблюдаемые явления и напишите уравнения реакций.

2. В три пробирки налейте по 2 мл дистиллированной воды и добавьте шпателем немного карбоната натрия в первую пробирку, хлорида меди(II) во вторую, хлорида натрия в третью. Перемешайте до полного растворения солей. Стеклянной палочкой нанесите 2–3 капли каждого раствора соли на полоску универсальной индикаторной бумаги. Объясните результаты опыта и создайте таблицу «Зависимость pH раствора от состава солей». Заполните следующие столбцы таблицы: «Формула соли», «Тип гидролиза и характер среды», «Молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза солей».

Гидролиз сахарозы.

1. В выпарительную чашку налейте 10 мл раствора сахарозы и добавьте примерно 2 мл серной кислоты. Чашку установите на кольцо лабораторного штатива и нагревайте в пламени спиртовки. Осторожно кипятите раствор около 1 мин, затем отберите две пробы по 1 мл. Если гидролиз прошёл, в продуктах реакции можно обнаружить два разных моносахарида. Напишите уравнение реакции.

2. В пробирке приготовьте осадок гидроксида меди(II) и добавьте 1 мл (первую пробу) гидролизованного раствора сахарозы. Пробирку нагрейте на спиртовке. Что наблюдаете? О чём это свидетельствует? Напишите уравнение реакции.

3. В чистую пробирку внесите вторую пробу (1 мл) гидролизованного раствора сахарозы, добавьте 5–6 капель раствора резорцина и 3–4 капли соляной кислоты. Пробирку нагрейте на спиртовке. Что наблюдаете? О чём это свидетельствует? Напишите уравнение реакции.

Решение.

Решение 2.

Гидролиз солей. 1.

Решение:
При смешивании растворов хлорида алюминия ($AlCl_3$) и сульфида натрия ($Na_2S$) происходит необратимый совместный гидролиз. Хлорид алюминия — соль, образованная слабым основанием ($Al(OH)_3$) и сильной кислотой ($HCl$). Сульфид натрия — соль, образованная сильным основанием ($NaOH$) и слабой кислотой ($H_2S$). В водном растворе ион $Al^{3+}$ гидролизуется с образованием ионов $H^+$, а ион $S^{2-}$ — с образованием ионов $OH^-$. При смешивании этих растворов ионы $H^+$ и $OH^-$, образующиеся в результате гидролиза, связываются в молекулы воды, что смещает равновесие гидролиза обоих ионов вправо. Реакция идет до конца, так как образуются два слабых электролита: один в виде осадка (гидроксид алюминия), другой в виде газа (сероводород).

Наблюдаемые явления: образование белого студенистого осадка $Al(OH)_3$ и выделение газа с запахом тухлых яиц — сероводорода $H_2S$.

Уравнения реакций:

Молекулярное уравнение:
$2AlCl_3 + 3Na_2S + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3H_2S \uparrow + 6NaCl$

Полное ионное уравнение:
$2Al^{3+} + 6Cl^- + 6Na^+ + 3S^{2-} + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3H_2S \uparrow + 6Na^+ + 6Cl^-$

Сокращенное ионное уравнение:
$2Al^{3+} + 3S^{2-} + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3H_2S \uparrow$

Ответ: При смешивании растворов наблюдается выпадение белого студенистого осадка и ощущается запах сероводорода (тухлых яиц). Это происходит из-за необратимого совместного гидролиза, в результате которого образуются гидроксид алюминия и сероводород. Уравнение реакции: $2Al^{3+} + 3S^{2-} + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3H_2S \uparrow$.

Гидролиз солей. 2.

Решение:
Результаты опыта объясняются гидролизом солей. Среда раствора соли определяется силой кислоты и основания, которыми она образована.

• $KNO_2$ (нитрит калия) – соль сильного основания ($KOH$) и слабой кислоты ($HNO_2$). Гидролиз идет по аниону ($NO_2^-$), в растворе накапливаются ионы $OH^-$, среда щелочная ($pH > 7$).
• $NH_4NO_3$ (нитрат аммония) – соль слабого основания ($NH_3 \cdot H_2O$) и сильной кислоты ($HNO_3$). Гидролиз идет по катиону ($NH_4^+$), в растворе накапливаются ионы $H^+$, среда кислая ($pH < 7$).
• $KCl$ (хлорид калия) – соль сильного основания ($KOH$) и сильной кислоты ($HCl$). Соль не подвергается гидролизу, среда раствора нейтральная ($pH = 7$).

Таблица «Зависимость рН раствора от состава солей»:

Формула соли	Тип гидролиза и характер среды	Молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза солей
$KNO_2$	Гидролиз по аниону, среда щелочная ($pH > 7$)	$KNO_2 + H_2O \leftrightarrow KOH + HNO_2$ $NO_2^- + H_2O \leftrightarrow HNO_2 + OH^-$
$NH_4NO_3$	Гидролиз по катиону, среда кислая ($pH < 7$)	$NH_4NO_3 + H_2O \leftrightarrow NH_3 \cdot H_2O + HNO_3$ $NH_4^+ + H_2O \leftrightarrow NH_3 \cdot H_2O + H^+$
$KCl$	Гидролизу не подвергается, среда нейтральная ($pH = 7$)	Гидролиз не идет.

Ответ: Среда растворов солей $KNO_2$, $NH_4NO_3$ и $KCl$ будет соответственно щелочной, кислой и нейтральной из-за разного типа гидролиза, что подтверждается результатами в таблице.

Гидролиз крахмала. 1.

Решение:
Наблюдается появление интенсивного сине-фиолетового окрашивания. Это качественная реакция на крахмал. Молекулы йода встраиваются во внутренний канал спиралевидных молекул амилозы (компонента крахмала), образуя так называемый комплекс включения. Этот комплекс поглощает свет определенной длины волны, что и обуславливает характерную окраску.

Ответ: Раствор окрашивается в сине-фиолетовый цвет из-за образования комплекса включения йода в спиральную структуру амилозы крахмала.

Гидролиз крахмала. 2.

Решение:
При кипячении крахмального клейстера с серной кислотой происходит кислотный гидролиз крахмала. Крахмал является полисахаридом, и под действием кислоты как катализатора его длинные полимерные цепи расщепляются с присоединением молекул воды. Гидролиз идет ступенчато: крахмал $\rightarrow$ декстрины $\rightarrow$ мальтоза $\rightarrow$ глюкоза. Конечным продуктом полного гидролиза является моносахарид глюкоза.

Ответ: Происходит кислотно-катализируемый гидролиз крахмала с образованием более простых углеводов, в конечном счете — глюкозы.

Гидролиз крахмала. 3.

Решение:
Появление сине-фиолетового окрашивания при добавлении йода свидетельствует о том, что гидролиз еще не завершился и в растворе присутствует крахмал. Исчезновение окраски при нагревании объясняется тем, что комплекс крахмала с йодом термонеустойчив: при повышении температуры спиральная структура амилозы нарушается, молекулы йода выходят из нее, и окраска пропадает.

Уравнение реакции полного гидролиза крахмала, протекающей в основной колбе:

$(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \xrightarrow{H_2SO_4, t} nC_6H_{12}O_6$

Ответ: Уравнение полного гидролиза крахмала: $(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \xrightarrow{H^+, t} nC_6H_{12}O_6$.

Гидролиз крахмала. 4.

Решение:
После завершения гидролиза (проба с йодом становится отрицательной), в растворе присутствует глюкоза. После нейтрализации кислоты добавляют сульфат меди(II) и гидроксид натрия. Сначала они реагируют между собой с образованием голубого осадка гидроксида меди(II):

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

Глюкоза, продукт гидролиза, является альдегидоспиртом и содержит альдегидную группу, которая способна восстанавливать $Cu^{2+}$ до $Cu^+$. Эта реакция является качественной на восстанавливающие сахара и требует нагревания (которое проводится в следующем пункте). При нагревании глюкоза окисляется до глюконовой кислоты, а гидроксид меди(II) восстанавливается.

Общее уравнение реакции глюкозы с гидроксидом меди(II) при нагревании:

$CH_2OH(CHOH)_4CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CH_2OH(CHOH)_4COOH + Cu_2O \downarrow + 2H_2O$

Ответ: Наблюдается образование голубого осадка гидроксида меди(II). При последующем нагревании он будет реагировать с глюкозой. Уравнение окисления глюкозы: $C_6H_{12}O_6 + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} C_6H_{12}O_7 + Cu_2O \downarrow + 2H_2O$.

Гидролиз крахмала. 5.

Решение:
При нагревании пробирки с голубым осадком $Cu(OH)_2$ и глюкозой наблюдается изменение цвета. Сначала образуется желтый осадок гидроксида меди(I) ($CuOH$), который является неустойчивым соединением и при дальнейшем нагревании разлагается с образованием красного (кирпично-красного) осадка оксида меди(I) ($Cu_2O$). Это изменение цвета является подтверждением наличия восстанавливающего сахара (глюкозы) в растворе.

Уравнение реакции разложения гидроксида меди(I):

$2CuOH \xrightarrow{t} Cu_2O \downarrow + H_2O$

Ответ: Наблюдается изменение цвета осадка с голубого на желтый, а затем на кирпично-красный. Это происходит из-за восстановления меди(II) до меди(I) с последующим разложением гидроксида меди(I). Уравнение разложения: $2CuOH \xrightarrow{t} Cu_2O \downarrow + H_2O$.