Практическая работа 9, страница 424 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Химический практикум. Практическая работа 9. Получение газов и исследование их свойств - страница 424.

Условие.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 9

ПОЛУЧЕНИЕ ГАЗОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ

Вариант 1

Получение кислорода и исследование его свойств.

1. В пробирку налейте 1 мл 3%-ного раствора перекиси водорода и насыпьте немного оксида марганца(IV). Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Соберите выделяющийся кислород в небольшую колбу.

2. Внесите тлеющую лучинку в колбу с кислородом. Сделайте вывод.

3. Закрепите уголёк на металлической проволоке (препаровальной игле) и внесите в пламя спиртовки. Раскалённый уголёк опустите в колбу с кислородом. Что наблюдаете? Дайте объяснение.

4. Прикрепите к одному концу стальной проволоки спичку и зажгите её. Проволоку с горящей спичкой опустите в колбу с кислородом. Что наблюдаете? Дайте объяснение.

Получение этилена и исследование его свойств.

1. В две пробирки на $\frac{1}{3}$ объёма налейте бромную воду бледно-оранжевого цвета. В две другие пробирки на $\frac{1}{3}$ объёма налейте раствор перманганата калия бледно-малинового цвета и добавьте 2–3 капли серной кислоты. Одна пробирка с бромной водой и одна пробирка с перманганатом калия (подкисленным) будут контрольными: с ними вы сравните цвет растворов после опытов.

2. Получите у учителя пробирку со смесью этанола, серной кислоты и прокалённого песка и соберите прибор для получения этилена (рис. 87).

3. Проверьте прибор на герметичность. Для этого нагрейте рукой пробирку-реактор, закреплённую в лапке штатива. Если прибор герметичен, из газоотводной трубки в стакане с водой выделятся пузырьки воздуха.

4. Осторожно нагрейте в пробирке-реакторе смесь для получения этилена (предварительно прогрейте пробирку по всей длине).

Надо непрерывно нагревать смесь этанола с концентрированной серной кислотой, иначе жидкость из пробирки перебросится в пробирку-реактор.

Рис. 87. Прибор для получения этилена

5. Последовательно пропустите выделяющийся газ через растворы бромной воды и подкисленного перманганата калия. Сравните их по цвету с растворами в контрольных пробирках. Наблюдайте обесцвечивание бромной воды и раствора перманганата калия.

6. Выньте газоотводную трубку из пробирки с подкисленным раствором перманганата калия и осторожно поверните вверх, не прекращая нагревания. С помощью лучинки подожгите этилен у выхода из газоотводной трубки и наблюдайте за пламенем. Этилен горит бесцветным светящимся коптящим пламенем.

7. Прекратите нагревание. Разберите установку.

Вариант 2

Получение аммиака и изучение его свойств.

1. В сухую пробирку насыпьте около 1 г кристаллического сульфата аммония и столько же порошка гидроксида кальция (гашёная известь). Тщательно перемешайте вещества стеклянной палочкой. Отметьте появление запаха аммиака.

2. Пробирку закройте пробкой с газоотводной трубкой и наклонно закрепите в штативе. Конец газоотводной трубки опустите в пробирку с 5–6 мл дистиллированной воды. Пробирку со смесью сульфата аммония и щёлочи нагревайте на горелке 4–5 минут, пропуская образующийся аммиак в воду. Не прекращая нагревания, отставьте пробирку с водным раствором аммиака, а к газоотводной трубке поднесите сначала влажную лакмусовую бумагу, а затем вату, смоченную концентрированной соляной кислотой. Что наблюдаете? Напишите уравнения реакций.

3. Полученный водный раствор аммиака разлейте в три пробирки. В первую пробирку добавьте 1–2 капли раствора фенолфталеина. На присутствие каких ионов указывает изменение его цвета? Напишите уравнение электролитической диссоциации гидрата аммиака.

4. Во вторую пробирку добавьте 5–6 капель бромной воды, а в третью — 1–2 капли водного раствора перманганата калия. Если реакция протекает медленно, подогрейте пробирки с реагентами на водяной бане. Наблюдайте изменение цвета веществ. Какие свойства аммиак проявляет при взаимодействии с окислителями? Напишите уравнения реакций, учитывая, что аммиак восстанавливается до свободного азота.

Получение ацетилена и исследование его свойств.

1. В первую пробирку на $\frac{1}{3}$ объёма налейте подкисленный раствор перманганата калия, во вторую — столько же бромной воды.

2. Добавьте в неё карбид кальция и добавьте в неё 20 капель воды. Наблюдайте вспенивание карбида кальция и появление резкого запаха газа, обусловленного наличием примесей $(NH_3, PH_3, AsH_3)$ и др.). Химически чистый ацетилен запаха не имеет.

3. Пробирку закройте пробкой с газоотводной полимерной трубкой и установите в штатив для пробирок. Конец трубки опустите в пробирку с бромной водой.

4. Пропустите выделяющийся газ через раствор бромной воды. Наблюдайте обесцвечивание раствора. О чём это свидетельствует?

5. Если реакция замедлится, в пробирку с карбидом кальция добавьте ещё 2 капли воды. Пропускайте выделяющийся газ через подкисленный раствор перманганата калия и наблюдайте его обесцвечивание.

6. Зажгите фитиль спиртовки, а от него лучинку. Поднимите вверх конец газоотводной трубки, поддерживая её в вертикальном положении, и подожгите выделяющийся газ лучинкой. Что наблюдаете?

Решение.

Решение 2.

Вариант 1

Получение кислорода и исследование его свойств.

1. Получение кислорода из пероксида водорода в присутствии катализатора оксида марганца(IV) описывается уравнением реакции:

$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow$

2. При внесении тлеющей лучинки в колбу с кислородом она ярко вспыхивает. Это качественная реакция на кислород, так как кислород является газом, поддерживающим горение.

3. Раскалённый уголёк, внесённый в колбу с кислородом, сгорает гораздо интенсивнее, чем на воздухе, ярко раскаляясь, но без пламени. Это объясняется значительно более высокой концентрацией кислорода в колбе по сравнению с воздухом (около 21%). Увеличение концентрации реагента (кислорода) ведёт к увеличению скорости химической реакции горения. Уравнение реакции горения угля (углерода):

$C + O_2 \xrightarrow{t} CO_2 \uparrow$

4. Стальная проволока, на конце которой закреплена горящая спичка, при опускании в колбу с кислородом начинает гореть, разбрасывая яркие искры. Образуется твёрдое вещество тёмного цвета — железная окалина (смешанный оксид железа(II, III)). Спичка необходима для того, чтобы нагреть проволоку до температуры воспламенения. В чистом кислороде могут гореть даже такие вещества, которые не горят на воздухе, как железо. Уравнение реакции:

$3Fe + 2O_2 \xrightarrow{t} Fe_3O_4$ (или $FeO \cdot Fe_2O_3$)

Ответ: При получении кислорода тлеющая лучинка вспыхивает, что доказывает его наличие. Уголь и железо сгорают в кислороде значительно активнее, чем в воздухе, с выделением большого количества тепла и света, что демонстрирует свойство кислорода как сильного окислителя, поддерживающего горение.

Получение этилена и исследование его свойств.

Этилен получают в лаборатории реакцией дегидратации этанола при нагревании с концентрированной серной кислотой (в качестве водоотнимающего средства и катализатора).

$C_2H_5OH \xrightarrow[t>140^\circ C]{H_2SO_4(\text{конц.})} C_2H_4\uparrow + H_2O$

5. При пропускании выделяющегося газа (этилена) через бромную воду и подкисленный раствор перманганата калия наблюдается их обесцвечивание. Это качественные реакции на ненасыщенные углеводороды (на двойную связь).

Обесцвечивание бромной воды (имеющей бледный оранжево-жёлтый цвет) происходит из-за реакции присоединения брома по месту двойной связи:

$CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CH_2Br$ (1,2-дибромэтан)

Обесцвечивание раствора перманганата калия (имеющего малиновый цвет) происходит из-за окисления этилена (реакция Вагнера). Двойная связь разрывается, и образуется двухатомный спирт — этиленгликоль, а перманганат калия восстанавливается до оксида марганца(IV) (бурый осадок):

$3CH_2=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3HO-CH_2-CH_2-OH + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

6. Этилен горит на воздухе светящимся, немного коптящим пламенем. Это связано с высоким содержанием углерода в молекуле, часть которого не успевает полностью окислиться и выделяется в виде сажи.

$C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$

Ответ: Этилен обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия, что доказывает его ненасыщенный характер (наличие двойной связи). Этилен горит на воздухе светящимся коптящим пламенем.

Вариант 2

Получение аммиака и изучение его свойств.

1. При смешивании и нагревании сульфата аммония с гидроксидом кальция (гашёной известью) происходит реакция обмена, в результате которой выделяется газообразный аммиак с характерным резким запахом.

$(NH_4)_2SO_4 + Ca(OH)_2 \xrightarrow{t} CaSO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$

2. При поднесении к выходу газоотводной трубки влажной лакмусовой бумаги она синеет. Это свидетельствует о щелочной среде, которую создаёт водный раствор аммиака. При поднесении ваты, смоченной концентрированной соляной кислотой, наблюдается образование густого белого дыма — это мельчайшие кристаллики хлорида аммония.

Реакция с водой: $NH_3 + H_2O \leftrightarrow NH_3 \cdot H_2O \leftrightarrow NH_4^+ + OH^-$

Реакция с соляной кислотой: $NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$

3. При добавлении фенолфталеина к водному раствору аммиака раствор приобретает малиновую окраску. Это изменение цвета указывает на присутствие в растворе гидроксид-ионов ($OH^-$), которые образуются в результате электролитической диссоциации гидрата аммиака. Уравнение диссоциации:

$NH_3 \cdot H_2O \leftrightarrow NH_4^+ + OH^-$

4. Во взаимодействии с окислителями (бромной водой, перманганатом калия) аммиак проявляет восстановительные свойства, так как азот в нём имеет минимальную степень окисления (-3). В результате реакций аммиак окисляется до свободного азота ($N_2$), а окислители обесцвечиваются.

Реакция с бромной водой: $2NH_3 + 3Br_2 \rightarrow N_2\uparrow + 6HBr$

Реакция с перманганатом калия: $2NH_3 + 2KMnO_4 \rightarrow N_2\uparrow + 2MnO_2\downarrow + 2KOH + 2H_2O$

Ответ: Аммиак — газ с резким запахом, его водный раствор имеет щелочную реакцию (окрашивает лакмус в синий цвет, фенолфталеин — в малиновый). С кислотами образует соли (белый дым с HCl). В реакциях с окислителями проявляет восстановительные свойства, окисляясь до свободного азота.

Получение ацетилена и исследование его свойств.

Ацетилен получают в лаборатории взаимодействием карбида кальция с водой (гидролиз карбида). Появление резкого запаха обусловлено примесями (например, фосфина $PH_3$), образующимися из примесей в техническом карбиде кальция. Чистый ацетилен почти не имеет запаха.

$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2\uparrow + Ca(OH)_2$

4. При пропускании ацетилена через бромную воду наблюдается её обесцвечивание. Это свидетельствует о ненасыщенном характере ацетилена, то есть о наличии в его молекуле кратных связей (в данном случае — тройной). Происходит реакция присоединения:

$C_2H_2 + 2Br_2 \rightarrow C_2H_2Br_4$ (1,1,2,2-тетрабромэтан)

5. При пропускании ацетилена через подкисленный раствор перманганата калия также наблюдается его обесцвечивание. Это качественная реакция на кратную связь, в ходе которой ацетилен окисляется. Продукты окисления зависят от условий, но в жестких условиях тройная связь разрывается, и образуется щавелевая кислота, которая может окисляться дальше.

$5C_2H_2 + 8KMnO_4 + 12H_2SO_4 \rightarrow 10CO_2 + 4K_2SO_4 + 8MnSO_4 + 12H_2O$

6. При поджигании ацетилен горит очень ярким, сильно коптящим пламенем. Это объясняется очень высоким массовым содержанием углерода в молекуле ацетилена. При горении на воздухе большая часть углерода не успевает окислиться до $CO_2$ и выделяется в виде сажи (копоти).

Уравнение полного сгорания: $2C_2H_2 + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 2H_2O$

Ответ: Ацетилен, полученный из карбида кальция, обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия, что подтверждает его ненасыщенный характер. Ацетилен горит очень ярким и сильно коптящим пламенем.