Домашний эксперимент, страница 145 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

Проделайте дома следующие опыты: а) выведите при помощи бензина жирные пятна с одежды; б) сравните пенообразование обычного мыла и синтетического моющего порошка в жесткой воде; в) проведите смягчение воды добавкой соды и кипячением. Проверьте результаты.

а)

Внимание: Проведение этого опыта с автомобильным бензином в домашних условиях крайне опасно! Бензин — легковоспламеняющаяся жидкость, его пары ядовиты и взрывоопасны. Не проводите этот опыт без соблюдения строжайших мер безопасности, вдали от источников огня и в хорошо проветриваемом помещении. Безопаснее использовать специальные пятновыводители на основе растворителей.

Решение:

Жирные пятна состоят из жиров и масел, которые являются неполярными органическими соединениями. Вода является полярным растворителем и поэтому не может растворить неполярные жиры. Бензин, являясь смесью неполярных углеводородов, хорошо растворяет жиры по принципу «подобное растворяется в подобном».

Чтобы удалить пятно, нужно смочить чистую ткань в небольшом количестве растворителя (например, очищенного бензина «калоша») и аккуратно протереть пятно от краев к центру, чтобы оно не расплывалось. Под ткань с пятном следует подложить впитывающий материал. После обработки пятна вещь необходимо постирать, чтобы удалить остатки растворителя и растворенного жира.

Ответ: Жирное пятно исчезает, так как неполярные молекулы жира растворяются в неполярном растворителе — бензине.

б)

Решение:

Жесткость воды обусловлена наличием в ней растворенных солей кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$).

Обычное мыло — это натриевая или калиевая соль высших жирных кислот (например, стеарат натрия $C_{17}H_{35}COONa$). В жесткой воде ионы кальция и магния реагируют с анионами жирных кислот, образуя нерастворимый осадок («мыльный шлак»). Эта реакция мешает образованию пены и снижает моющую способность мыла.

$2C_{17}H_{35}COO^−(aq) + Ca^{2+}(aq) \rightarrow (C_{17}H_{35}COO)_2Ca(s)↓$

Синтетические моющие средства (СМС), или порошки, имеют другое химическое строение (например, на основе алкилбензолсульфонатов). Их кальциевые и магниевые соли растворимы в воде. Поэтому СМС не образуют осадка в жесткой воде и сохраняют свою моющую способность и способность к пенообразованию.

При проведении опыта в две емкости с жесткой водой добавляют соответственно мыло и стиральный порошок. При взбалтывании видно, что в емкости с порошком образуется обильная пена, а в емкости с мылом пена почти не образуется, и вода может стать мутной из-за выпавшего осадка.

Ответ: Синтетическое моющее средство (порошок) образует в жесткой воде гораздо больше пены, чем обычное мыло, так как его компоненты не вступают в реакцию с ионами кальция и магния с образованием нерастворимого осадка.

в)

Решение:

Смягчение воды — это процесс удаления из нее ионов кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$), вызывающих жесткость.

Кипячение: Этот метод позволяет устранить только временную (карбонатную) жесткость, которая вызвана присутствием гидрокарбонатов кальция $Ca(HCO_3)_2$ и магния $Mg(HCO_3)_2$. При нагревании они разлагаются с образованием нерастворимых карбонатов, которые выпадают в осадок (накипь).

$Ca(HCO_3)_2(aq) \xrightarrow{to } CaCO_3(s)↓ + H_2O(l) + CO_2(g)↑$

Кипячение не устраняет постоянную (некарбонатную) жесткость, обусловленную сульфатами и хлоридами кальция и магния.

Добавка соды: Добавление кальцинированной соды (карбоната натрия $Na_2CO_3$) является химическим способом умягчения воды, который устраняет как временную, так и постоянную жесткость. Ионы карбоната ($CO_3^{2−}$) связывают ионы кальция и магния в нерастворимые карбонаты, которые выпадают в осадок.

$Ca^{2+}(aq) + Na_2CO_3(aq) \rightarrow CaCO_3(s)↓ + 2Na^+(aq)$

Проверка результатов: Чтобы проверить эффективность смягчения, можно сравнить пенообразование мыла в трех образцах воды: исходной жесткой, прокипяченной и обработанной содой. В исходной воде пены будет мало. В прокипяченной воде пены будет больше (если жесткость была временной). В воде, обработанной содой, пены будет больше всего, так как этот метод устраняет практически всю жесткость.

Ответ: Кипячение смягчает воду, удаляя временную жесткость, что подтверждается увеличением количества пены от мыла. Добавление соды является более эффективным методом, так как удаляет и временную, и постоянную жесткость, что приводит к максимальному пенообразованию.