Страница 18 - гдз по химии 7 класс учебник Габриелян, Остроумов

Попробуйте оформить результаты эксперимента по изучению строения пламени, заполнив таблицу.

Результаты эксперимента по изучению строения пламени можно представить в виде таблицы, в которой отражены характеристики каждой из трёх его основных зон.

Ответ: Пламя имеет неоднородное строение и состоит из трёх основных зон: нижней (самой холодной, где топливо испаряется), средней (самой яркой, где топливо сгорает неполностью с образованием сажи) и верхней (самой горячей, где происходит полное сгорание топлива).

Отчёт о проведении опыта

Что делали

Что наблюдали

Выводы и уравнения реакций

Что делали

Для проведения опыта по вытеснению одного металла другим из раствора соли был взят раствор сульфата меди(II) и железный предмет.

Ответ: В пробирку с голубым раствором сульфата меди(II) ($CuSO_4$) опустили предварительно зачищенный железный гвоздь.

Что наблюдали

Спустя некоторое время в системе произошли заметные визуальные изменения, свидетельствующие о протекании химической реакции.

Ответ: На поверхности железного гвоздя, погружённого в раствор, образовался налёт красно-коричневого цвета. Голубая окраска раствора постепенно бледнела, со временем становясь бледне-зелёной.

Выводы и уравнения реакций

Наблюдаемые явления объясняются протеканием реакции замещения согласно ряду активности металлов.

Ответ: Произошла химическая реакция замещения, в ходе которой более активный металл железо ($Fe$) вытесняет менее активную медь ($Cu$) из раствора её соли. Это происходит потому, что железо в электрохимическом ряду напряжений металлов стоит левее меди. Образовавшийся налёт — это металлическая медь, а изменение цвета раствора связано с заменой ионов меди ($Cu^{2+}$), придающих раствору голубой цвет, на ионы железа(II) ($Fe^{2+}$), которые имеют бледне-зелёную окраску.
Уравнение реакции в молекулярном виде:
$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$
Уравнение реакции в сокращённом ионном виде:
$Fe^0 + Cu^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Cu^0\downarrow$

1. Что представляет собой наблюдение? Чем отличается научное наблюдение от обыденного?

Что представляет собой наблюдение?

Наблюдение — это один из основных эмпирических методов познания, который заключается в целенаправленном, организованном и систематическом восприятии объектов и явлений окружающего мира. Суть наблюдения состоит в сборе первичной информации путем фиксации свойств и характеристик изучаемого объекта без активного вмешательства в его состояние. В процессе наблюдения участвуют три основных элемента: субъект (наблюдатель), объект (наблюдаемое явление или процесс) и средства наблюдения (органы чувств, а также различные приборы и инструменты, расширяющие возможности восприятия).

Ответ: Наблюдение — это целенаправленное и организованное восприятие явлений действительности с целью сбора первичной информации об изучаемом объекте.

Чем отличается научное наблюдение от обыденного?

Научное наблюдение коренным образом отличается от обыденного (житейского) по ряду ключевых характеристик, которые делают его надежным инструментом получения объективных знаний:

1. Целенаправленность. Научное наблюдение всегда имеет четко определенную цель, вытекающую из исследовательской задачи или гипотезы. Обыденное наблюдение чаще всего случайно и не подчинено конкретной цели.

2. Планомерность и систематичность. Научное наблюдение проводится по заранее составленному плану или методике, регулярно и систематически, а не эпизодически. Обыденное наблюдение, как правило, носит случайный, неорганизованный характер.

3. Объективность. Ученый стремится к максимальной объективности, стараясь исключить влияние личных мнений, эмоций и предубеждений на результаты. Для этого используются строгие протоколы и приборы. Обыденное наблюдение всегда субъективно.

4. Фиксация результатов. Данные научного наблюдения обязательно точно и детально фиксируются с помощью специальных средств (протоколы, дневники, фото-, аудио- и видеозапись, показания приборов). Это обеспечивает их сохранность и возможность последующего анализа и проверки другими исследователями. Обыденное наблюдение в основном полагается на ненадежную человеческую память.

5. Использование приборов. Научное наблюдение часто опирается на использование специальных технических средств (микроскопов, телескопов, датчиков), которые повышают точность измерений и расширяют границы человеческого восприятия, позволяя изучать микро- и макромир.

Ответ: Научное наблюдение отличается от обыденного целенаправленностью, планомерностью, систематичностью, объективностью, обязательной и точной фиксацией результатов, а также использованием специальных приборов. Обыденное наблюдение, в свою очередь, является случайным, субъективным и несистематическим.

2. Что представляет собой эксперимент? Как его следует проводить?

Что представляет собой эксперимент?

Эксперимент (от лат. experimentum — проба, опыт) — это метод научного исследования, который заключается в целенаправленном и контролируемом изучении какого-либо явления для проверки гипотезы о причинно-следственных связях. В отличие от пассивного наблюдения, в ходе эксперимента исследователь активно вмешивается в естественный ход процессов: он изменяет одни условия (независимые переменные) и наблюдает за тем, как это изменение влияет на другие характеристики объекта (зависимые переменные).

Ключевыми характеристиками эксперимента являются:

• Активное воздействие на объект исследования: Экспериментатор не просто наблюдает, а создаёт специальные условия или изменяет существующие.
• Контролируемые условия: Исследователь старается исключить или учесть влияние всех побочных факторов, чтобы наблюдаемый результат можно было однозначно связать с произведённым воздействием.
• Воспроизводимость: Условия эксперимента должны быть описаны настолько точно, чтобы любой другой учёный мог его повторить и получить аналогичные результаты, что подтверждает их объективность.
• Проверка гипотезы: Основная цель — подтвердить или опровергнуть научное предположение о связи между явлениями.

Ответ: Эксперимент — это научный метод проверки гипотезы, основанный на активном, контролируемом и воспроизводимом вмешательстве исследователя в изучаемое явление для установления причинно-следственных связей.

Как его следует проводить?

Проведение научного эксперимента представляет собой последовательный процесс, состоящий из нескольких обязательных этапов:

1. Формулировка проблемы и выдвижение гипотезы. На основе наблюдений или теоретических знаний определяется проблема, формулируется исследовательский вопрос и выдвигается гипотеза — конкретное, проверяемое и потенциально опровергаемое предположение о решении этой проблемы.
2. Планирование эксперимента. На этом этапе разрабатывается подробный план действий. Он включает в себя:
   • Определение переменных: независимой (фактор, которым манипулирует исследователь), зависимой (признак, который измеряется) и контролируемых (условия, которые должны оставаться неизменными).
   • Разработку методики проведения опыта.
   • Подбор необходимого оборудования, материалов и объектов исследования.
   • Определение наличия и состава контрольной и экспериментальной групп.
3. Проведение эксперимента. Осуществление запланированных действий в строгом соответствии с методикой. На этом этапе производится сбор данных путём измерений и наблюдений. Важнейшее требование — точность и объективность регистрации данных.
4. Анализ данных. Полученные данные систематизируются (например, в виде таблиц, графиков) и обрабатываются, часто с использованием статистических методов. Цель анализа — выявить закономерности и оценить, подтверждают ли результаты гипотезу.
5. Формулировка выводов. На основе анализа данных делается заключение о том, подтвердилась гипотеза или была опровергнута. Результаты интерпретируются в контексте существующих научных знаний и даётся ответ на исходный исследовательский вопрос.
6. Публикация и воспроизведение. Результаты и выводы представляются научному сообществу (в виде статьи, доклада), что позволяет другим учёным проверить, оценить и воспроизвести эксперимент для подтверждения его результатов.

Ответ: Эксперимент следует проводить поэтапно: 1) поставить проблему и выдвинуть гипотезу; 2) спланировать методику, определив переменные и оборудование; 3) провести опыт, собрав данные; 4) проанализировать полученные результаты; 5) сделать выводы, подтвердив или опровергнув гипотезу; 6) сообщить о результатах для их проверки и использования.

3. Какие нагревательные приборы используются в химическом эксперименте? Какое строение имеет пламя различных нагревательных приборов?

Какие нагревательные приборы используются в химическом эксперименте?

В химических лабораториях для нагревания веществ и проведения реакций при повышенной температуре используется разнообразное оборудование. Выбор прибора зависит от требуемой температуры, скорости нагрева, химических свойств веществ (например, их огнеопасности) и типа проводимого эксперимента. Основные нагревательные приборы:
1. Спиртовка – простейший прибор, работающий на этиловом спирте. Дает открытое пламя с относительно невысокой температурой (до 900°C). Используется для простого нагрева, кипячения небольших количеств жидкостей, прокаливания веществ.
2. Газовая горелка (горелка Бунзена, Теклю) – работает на природном или сжиженном газе. Позволяет регулировать температуру пламени (до 1500–1600°C) путем изменения соотношения газа и воздуха. Обеспечивает более интенсивный и концентрированный нагрев по сравнению со спиртовкой.
3. Электрическая плитка – обеспечивает нагрев без открытого пламени, что делает ее безопасной для работы с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями. Современные плитки часто оснащены магнитными мешалками для одновременного нагрева и перемешивания.
4. Водяная, масляная и песчаная бани – используются для равномерного и контролируемого нагрева. Нагрев происходит через промежуточный теплоноситель (воду, масло или песок). Водяная баня позволяет нагревать до температуры не выше 100°C.
5. Колбонагреватель (нагревательная мантия) – электрический прибор, предназначенный для нагрева круглодонных колб. Обеспечивает равномерный нагрев по всей поверхности колбы.
6. Муфельная печь – электрическая печь для высокотемпературного нагрева (прокаливания, озоления) до 1000°C и выше в контролируемой атмосфере.
7. Сушильный шкаф – используется для высушивания химической посуды и термостойких веществ при температурах обычно до 200–250°C.

Ответ: В химическом эксперименте используются спиртовки, газовые горелки, электрические плитки, водяные, масляные и песчаные бани, колбонагреватели, муфельные печи и сушильные шкафы.

Какое строение имеет пламя различных нагревательных приборов?

Строение пламени характерно для приборов, работающих на сжигании топлива, таких как спиртовка и газовая горелка. Пламя неоднородно по температуре и химическим свойствам и, как правило, состоит из трех основных зон.

Пламя спиртовки:
Пламя спиртовки светящееся, так как горение происходит при недостаточном смешивании паров спирта с воздухом (диффузионное горение).
• Нижняя (темная) зона (1) – самая холодная часть (около 350°C). Здесь находятся пары спирта, которые еще не начали гореть из-за недостатка кислорода.
• Средняя (светящаяся) зона (2) – самая яркая часть пламени. Здесь происходит неполное сгорание топлива с образованием раскаленных частиц углерода (сажи), которые и создают свечение. Температура достигает 500–800°C. Эта зона обладает восстановительными свойствами.
• Внешняя (едва заметная) зона (3) – самая горячая часть пламени (до 900°C). Здесь происходит полное сгорание продуктов неполного горения благодаря свободному доступу кислорода из воздуха. Пламя в этой зоне почти бесцветное или имеет бледно-голубой оттенок. Зона обладает окислительными свойствами.

Пламя газовой горелки (Бунзена):
Строение пламени зависит от подачи воздуха. При полностью открытой воздушной заслонке пламя несветящееся, голубоватое и имеет более высокую температуру.
• Внутренний темный конус (1) – состоит из смеси горючего газа и воздуха, еще не вступившей в реакцию. Это самая холодная часть пламени (300–600°C).
• Средний конус (2) – самая горячая часть пламени, где происходит полное сгорание газа. Пламя здесь бледно-голубое, почти невидимое. Температура в верхней части этого конуса максимальна и может достигать 1500–1600°C. Именно эту часть пламени используют для наиболее сильного нагрева.
• Внешний конус (факел) (3) – продукты горения смешиваются с окружающим воздухом и догорают. Эта зона немного холоднее средней и обладает окислительными свойствами.

Ответ: Пламя нагревательных приборов (спиртовки, газовой горелки) имеет неоднородное строение и обычно состоит из трех зон: внутренней, самой холодной, где топливо смешивается с воздухом; средней, где происходит основное горение (у спиртовки она светящаяся и восстановительная, у газовой горелки — самая горячая); и внешней, самой горячей у спиртовки и окислительной у обоих приборов, где происходит полное сгорание топлива.

4. Как следует проводить нагревание, используя пламя различных нагревательных приборов?

Решение

При нагревании веществ с использованием пламени различных нагревательных приборов, таких как спиртовка или газовая горелка, необходимо следовать определённым правилам, которые обеспечивают эффективность и безопасность процесса. Эти правила касаются как общей техники безопасности, так и выбора правильной зоны пламени.

Общие правила проведения нагревания:
1. Нагреваемый сосуд (например, пробирку) следует закреплять в специальном держателе или в лапке штатива, а не держать рукой.
2. Отверстие пробирки или горлышко колбы при нагревании должно быть направлено в сторону от себя и от других людей, работающих поблизости.
3. Запрещается заглядывать в нагреваемый сосуд сверху, так как это опасно из-за возможного выброса кипящей жидкости.
4. Чтобы избежать растрескивания стеклянной посуды из-за резкого перепада температур (термического удара), сначала необходимо равномерно прогреть весь сосуд, плавно перемещая его в пламени, и только после этого приступать к сильному нагреву в нужном месте.
5. Категорически запрещено нагревать герметично закрытые сосуды, так как возрастающее давление пара может привести к взрыву.
6. Для равномерного нагревания плоскодонных колб и химических стаканов их следует ставить на металлическую сетку с асбестовой вставкой, установленную на кольце штатива.

Использование различных зон пламени:
Пламя неоднородно, и его разные части имеют разную температуру. Для наиболее эффективного нагрева нужно использовать самую горячую зону пламени.
Пламя спиртовки: Самая высокая температура достигается в верхней части пламени. Поэтому для наиболее быстрого и сильного нагрева дно сосуда следует помещать именно в эту зону.
Пламя газовой горелки: У газовой горелки (горелки Бунзена) самая горячая часть — это верхняя треть внешнего, почти бесцветного конуса пламени. В этой окислительной зоне температура может достигать 1500°C. Именно её используют для сильного прокаливания. Средняя (светящаяся) и внутренняя (тёмная) части пламени имеют более низкую температуру.

Ответ: Нагревание следует проводить, помещая нагреваемый объект в самую горячую часть пламени: для спиртовки – в верхнюю часть, для газовой горелки – в верхнюю треть внешнего конуса пламени. Перед началом интенсивного нагрева необходимо равномерно прогреть весь стеклянный сосуд в менее горячей части пламени для предотвращения его растрескивания. При нагревании необходимо соблюдать технику безопасности: направлять отверстие сосуда в сторону от людей и не нагревать герметично закрытые ёмкости.

5. Как следует гасить пламя спиртовки, сухого горючего и свечи?

Для тушения любого пламени необходимо прекратить доступ кислорода к горящему веществу. Этот принцип лежит в основе безопасных способов гашения пламени спиртовки, сухого горючего и свечи.

Спиртовка
Пламя спиртовки следует гасить, накрывая его специальным колпачком, который обычно идет в комплекте. Колпачок перекрывает доступ воздуха к фитилю, и горение немедленно прекращается. Задувать пламя спиртовки нельзя, так как это может привести к разбрызгиванию горящего спирта и возникновению пожара.

Ответ: Пламя спиртовки следует гасить, накрыв его колпачком.

Сухое горючее
Пламя сухого горючего (например, уротропина в таблетках) также гасят путем прекращения доступа кислорода. Для этого горящую таблетку нужно накрыть любым подходящим негорючим предметом: металлическим или керамическим колпачком, тиглем, пустым химическим стаканом. Это наиболее безопасный способ.

Ответ: Пламя сухого горючего следует гасить, накрыв его негорючим предметом.

Свеча
Пламя свечи можно погасить несколькими способами. Наиболее распространенный способ — задуть пламя, однако это приводит к появлению дыма и может вызвать разбрызгивание горячего парафина. Более правильными и безопасными методами являются:
1. Накрыть пламя специальным гасителем (колпачком), который перекроет доступ кислорода.
2. Аккуратно погрузить фитиль в расплавленный воск с помощью пинцета или специального инструмента, а затем выпрямить его. Этот способ позволяет избежать дыма и пропитывает фитиль воском для легкого последующего зажигания.

Ответ: Пламя свечи безопаснее всего гасить специальным колпачком (гасителем) или погружая фитиль в расплавленный воск.