Практическая работа 8, страница 422 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Химический практикум. Практическая работа 8. Получение оксидов неметаллов и исследование их свойств - страница 422.

Условие.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 8

ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДОВ НЕМЕТАЛЛОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ

Получение и свойства оксида серы(IV).

1. В круглодонную колбу или пробирку на $\frac{2}{3}$ объёма внесите кристаллический сульфит натрия и добавьте 1 мл 20%-ной серной кислоты. Колбу быстро закройте пробкой с газоотводной трубкой. Выделяющийся оксид серы(IV) пропускайте в пробирку с дистиллированной водой в течение 5—6 мин. При уменьшении тока газа реакционную колбу слегка подогрейте на спиртовке. Чтобы жидкость из пробирки не перебросило в колбу, сначала отставьте пробирку, а затем прекратите нагревание. Определите по запаху выделение сернистого газа.

Напишите уравнения реакций серной кислоты с сульфитом натрия, оксида серы(IV) с водой и ступенчатой диссоциации сернистой кислоты.

2. Стеклянной палочкой нанесите одну каплю полученного раствора на универсальную индикаторную бумагу и определите pH раствора.

3. К раствору сернистого газа добавьте 2—3 капли 10%-ной соляной кислоты. Как смещается равновесие электролитической диссоциации сернистой кислоты?

4. Содержимое пробирки разделите на три части. К первой добавьте 1 мл раствора сульфида натрия. Отметьте помутнение раствора за счёт выделяющейся серы. Сделайте вывод об окислительных свойствах оксида серы(IV). Ко второй и третьей частям раствора сернистого газа добавьте по 2 капли аптечной йодной настойки и раствора перманганата калия. Сделайте вывод о восстановительных свойствах оксида серы(IV) и сернистой кислоты.

Напишите уравнения реакций.

Получение и свойства оксида углерода(IV).

1. В круглодонную колбу или пробирку внесите 2—3 небольших кусочка мрамора и добавьте 2—3 мл 20%-ной соляной кислоты. Колбу быстро закройте пробкой с газоотводной трубкой. Конец трубки поочерёдно опускайте в следующие пробирки:

a) со свежеприготовленной известковой водой (наблюдайте помутнение и затем осветление раствора);

б) с раствором силиката натрия;

в) с дистиллированной водой, в которую добавлены 2 капли нейтрального раствора лакмуса или помещена полоска синей лакмусовой бумаги.

2. Используя метод вытеснения воздуха, заполните оксидом углерода(IV) колбу объёмом 50 мл. Осторожно поставьте колбу на стол, опустите в неё тлеющую лучинку. Что наблюдаете? Не дотрагиваясь до колбы, налейте в неё 8—10 мл 3%-ного раствора гидроксида натрия и плотно закройте ладонью. Слегка покачайте колбу, и вы почувствуете, как ладонь засасывает внутрь. (Не допускайте попадания содержимого колбы на кожу!)

Запишите уравнения реакций.

Получение и свойства оксида фосфора(V).

1. Опыт проводится в вытяжном шкафу! В ложке для сжигания веществ подожгите немного порошка красного фосфора и опустите в стакан объёмом 500 мл, в который налито 20 мл воды. Стакан закройте керамической плиткой. Наблюдайте появление белого тумана. По окончании горения фосфора ложку выньте, содержимое стакана перемешайте и разлейте в четыре пробирки. В первую добавьте несколько капель лакмуса, метилоранжа или универсального индикатора, во вторую — 10 капель раствора карбоната натрия, в третью — 5 капель раствора нитрата серебра, в четвёртую — 10 капель хлорида кальция.

Сделайте выводы и запишите уравнения реакций.

Решение.

Решение 2.

Получение и свойства оксида серы(IV)

1. В круглодонную колбу помещают кристаллический сульфит натрия ($Na_2SO_3$) и добавляют 20%-ную серную кислоту ($H_2SO_4$). Происходит реакция обмена, в результате которой выделяется сернистый газ ($SO_2$) — бесцветный газ с резким, удушливым запахом (запах зажженной спички). При пропускании сернистого газа через дистиллированную воду он растворяется, образуя слабую, нестабильную сернистую кислоту ($H_2SO_3$).

Ответ:
Уравнение реакции получения оксида серы(IV):
$Na_2SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + SO_2\uparrow + H_2O$
Уравнение реакции оксида серы(IV) с водой:
$SO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2SO_3$
Уравнения ступенчатой диссоциации сернистой кислоты:
I ступень: $H_2SO_3 \rightleftharpoons H^+ + HSO_3^-$
II ступень: $HSO_3^- \rightleftharpoons H^+ + SO_3^{2-}$

2. Полученный раствор сернистой кислоты является кислой средой. При нанесении капли раствора на универсальную индикаторную бумагу она окрасится в красный или оранжевый цвет, что соответствует кислой среде с pH < 7.

Ответ: pH < 7 (кислая среда).

3. При добавлении 10%-ной соляной кислоты ($HCl$), которая является сильным электролитом, в раствор сернистой кислоты концентрация ионов водорода ($H^+$) в растворе увеличивается. Согласно принципу Ле Шателье, это смещает равновесие диссоциации слабой сернистой кислоты влево, подавляя её диссоциацию.

Ответ: Равновесие электролитической диссоциации сернистой кислоты ($H_2SO_3 \rightleftharpoons H^+ + HSO_3^-$) смещается влево.

4. В этих реакциях оксид серы(IV) (и сернистая кислота) проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства, так как степень окисления серы +4 является промежуточной.

К первой части раствора добавляют раствор сульфида натрия ($Na_2S$). В кислой среде образуется сероводород ($H_2S$), который вступает в реакцию с оксидом серы(IV). Происходит реакция конпропорционирования, в ходе которой сера со степенью окисления +4 (в $SO_2$) окисляет серу со степенью окисления -2 (в $H_2S$) до элементарной серы ($S^0$), которая выпадает в виде желтого осадка или помутнения. В этой реакции $SO_2$ является окислителем.

Ко второй и третьей частям раствора добавляют сильные окислители: йодную настойку ($I_2$) и раствор перманганата калия ($KMnO_4$). Сера со степенью окисления +4 (в $SO_2$) будет восстановителем, окисляясь до +6. При этом коричневый раствор йода и фиолетовый раствор перманганата калия обесцвечиваются.

Ответ:
Уравнения реакций, демонстрирующие окислительно-восстановительную двойственность:
Окислительные свойства ($S^{+4} \rightarrow S^0$):
$SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S\downarrow + 2H_2O$
Восстановительные свойства ($S^{+4} \rightarrow S^{+6}$):
С йодом: $SO_2 + I_2 + 2H_2O \rightarrow H_2SO_4 + 2HI$
С перманганатом калия: $5SO_2 + 2KMnO_4 + 2H_2O \rightarrow K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 2H_2SO_4$

Получение и свойства оксида углерода(IV)

1. При действии соляной кислоты ($HCl$) на кусочки мрамора (карбонат кальция, $CaCO_3$) выделяется углекислый газ ($CO_2$) — бесцветный газ без запаха.
Уравнение реакции получения: $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

a) со свежеприготовленной известковой водой
При пропускании $CO_2$ через известковую воду (раствор $Ca(OH)_2$) наблюдается ее помутнение из-за образования нерастворимого карбоната кальция ($CaCO_3$). При дальнейшем пропускании газа осадок растворяется, так как образуется растворимый гидрокарбонат кальция ($Ca(HCO_3)_2$).

Ответ:
$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$
$CaCO_3 + H_2O + CO_2 \rightarrow Ca(HCO_3)_2$

б) с раствором силиката натрия
Угольная кислота ($H_2CO_3$), образующаяся при растворении $CO_2$ в воде, является более сильной, чем кремниевая кислота ($H_2SiO_3$). Поэтому она вытесняет кремниевую кислоту из раствора ее соли. Наблюдается образование гелеобразного осадка кремниевой кислоты.

Ответ:
$CO_2 + H_2O + Na_2SiO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2SiO_3\downarrow$

в) с дистиллированной водой
При растворении $CO_2$ в воде образуется слабая угольная кислота, которая создает кислую среду. В результате синяя лакмусовая бумага или нейтральный раствор лакмуса окрашиваются в розовый (красный) цвет.

Ответ:
$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$

2. Углекислый газ тяжелее воздуха, поэтому его можно собрать в колбу методом вытеснения воздуха. $CO_2$ не поддерживает горение, поэтому внесенная в колбу тлеющая лучинка гаснет. При добавлении в колбу раствора гидроксида натрия ($NaOH$) и закрытии ее ладонью, углекислый газ быстро реагирует со щелочью, что приводит к резкому падению давления внутри колбы. В результате ладонь "всасывается" в колбу.

Ответ:
Уравнение реакции с гидроксидом натрия:
$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

Получение и свойства оксида фосфора(V)

1. Красный фосфор ($\text{P}$) сгорает в кислороде воздуха с образованием густого белого дыма — оксида фосфора(V) ($P_2O_5$). Этот оксид является кислотным и при взаимодействии с водой образует фосфорную кислоту ($H_3PO_4$).

Полученный раствор фосфорной кислоты в пробирках будет реагировать следующим образом:
— В первой пробирке индикаторы (лакмус, метилоранж) покажут кислую среду, изменив свой цвет на красный.
— Во второй пробирке при добавлении раствора карбоната натрия ($Na_2CO_3$) будет наблюдаться выделение пузырьков газа ($CO_2$), так как фосфорная кислота сильнее угольной.
— В третьей пробирке при добавлении раствора нитрата серебра ($AgNO_3$) выпадет характерный ярко-желтый осадок фосфата серебра ($Ag_3PO_4$).
— В четвертой пробирке при добавлении раствора хлорида кальция ($CaCl_2$) образуется белый осадок фосфата кальция ($Ca_3(PO_4)_2$).

Ответ:
Уравнение горения фосфора:
$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$
Уравнение реакции с водой:
$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$
Уравнения реакций в пробирках:
С карбонатом натрия: $2H_3PO_4 + 3Na_2CO_3 \rightarrow 2Na_3PO_4 + 3H_2O + 3CO_2\uparrow$
С нитратом серебра: $H_3PO_4 + 3AgNO_3 \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow + 3HNO_3$
С хлоридом кальция: $2H_3PO_4 + 3CaCl_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6HCl$