Практическая работа №2, страница 65 - гдз по химии 7 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Сравнение реакций горения серы, фосфора, железа в воздухе и кислороде

Реактивы: кристаллы или раствор пероксида водорода $H_2O_2$; кристаллическая сера; красный фосфор; железная проволока.

Химическая посуда и оборудование: штатив, пробка с газоотводной трубкой, вата, две колбы по 250 мл, стеклянная банка (емкость 400–500 мл) с песком на дне, две ложечки, спиртовка, спички, лучинка, стеклянные (картонные или полиэтиленовые) пластинки для прикрывания колб с продуктами горения веществ, фарфоровая чашка с водой (для тушения горящих остатков фосфора и серы).

Рис. 31. Прибор для получения кислорода

Ход работы

Получение кислорода

Соберите прибор, как показано на рис. 31. В пробирку налейте примерно на 1/4 ее объема пероксид водорода и у отверстия положите рыхлый тампон ваты. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой и проверьте на герметичность. Укрепите пробирку в лапке штатива так, чтобы конец газоотводной трубки доходил до дна стакана для собирания кислорода. Начните нагревать пробирку. Проверьте наличие кислорода в посуде с помощью тлеющей лучинки и накройте посуду стеклом.

Таким образом соберите кислород в две колбы по 250 мл и в стеклянную банку (емкость 400–500 мл) с песком на дне.

Обратите внимание! Опыт проводится в вытяжном шкафу.

Взаимодействие кислорода с простыми веществами (демонстрация).

Горение серы. Возьмите в ложечку для сжигания небольшое количество порошка серы и поместите в пламя спиртовки, понаблюдайте за цветом горения серы в воздухе. Пока сера горит, внесите ее в колбу с кислородом и сравните цвет горения. После сжигания серы в сосуд прилейте немного дистиллированной воды, встряхните его и исследуйте раствор индикатором.

Горение фосфора. Положите в лабораторную ложечку кусочек красного фосфора и подержите в пламени спиртовки до его возгорания. Понаблюдайте горение фосфора в воздухе. Горящий фосфор внесите в колбу с кислородом и сравните цвет горения фосфора.

После сжигания в сосуд прилейте немного дистиллированной воды, встряхните его и исследуйте раствор индикатором.

Горение железа. На дно стеклянной банки (500 мл) насыпьте сухого песка, наполните ее кислородом и накройте стеклянной пластинкой.

Тонкую железную проволоку тщательно очистите шкуркой от оксидов. Прикрутите к стеклянной палочке для получения спирали. На один конец прикрепите корковую пробку, а на другой насадите небольшую лучинку, зажгите ее на спиртовке; когда она хорошо разгорится, внесите спираль в сосуд с кислородом. Что вы наблюдаете? Сделайте вывод. Составьте словесные уравнения реакций горения веществ.

1. Почему реакции горения ярче в кислороде, чем в воздухе?

2. Сформулируйте определение понятия "реакция горения".

1. Решение:

Реакции горения в чистом кислороде протекают значительно ярче и интенсивнее, чем в воздухе. Воздух представляет собой газовую смесь, в которой кислород ($O_2$), поддерживающий горение, составляет лишь около 21% по объему. Основная часть воздуха, около 78%, — это азот ($N_2$), который в условиях горения является инертным газом и не участвует в реакции.

При горении в воздухе:

а) Концентрация окислителя (кислорода) относительно низка. Согласно закону действующих масс, скорость химической реакции прямо зависит от концентрации реагирующих веществ, поэтому низкая концентрация $O_2$ замедляет горение.

б) Значительная часть выделяющейся тепловой энергии расходуется на нагрев инертного азота. Это рассеивает тепло и снижает температуру пламени, что делает его менее ярким.

При горении в чистом кислороде:

а) Концентрация окислителя ($O_2$) близка к 100%, что почти в 5 раз выше, чем в воздухе. Это приводит к резкому увеличению скорости реакции.

б) Отсутствует инертный газ-разбавитель. Вся выделяющаяся энергия концентрируется в зоне реакции, что приводит к значительно более высокой температуре пламени и, как следствие, к очень яркому свечению.

Ответ: Реакции горения в кислороде ярче, чем в воздухе, потому что концентрация кислорода в нем почти в 5 раз выше (около 100% против 21%). Это многократно увеличивает скорость реакции и температуру пламени, поскольку больше энергии (тепла и света) выделяется в единицу времени, и нет инертного азота, который в воздухе поглощает тепло и "разбавляет" реакцию.

2. Решение:

Исходя из наблюдений в ходе практической работы и теоретических знаний, можно сформулировать определение понятия "реакция горения". Это сложный физико-химический процесс, обладающий тремя ключевыми признаками: это химическая реакция окисления, она протекает с высокой скоростью (быстро) и является экзотермической, то есть сопровождается выделением большого количества теплоты и, как правило, видимого света (пламени).

В рамках эксперимента были проведены следующие реакции горения, которые описываются словесными и химическими уравнениями:

Горение серы: Сера, сгорая в кислороде, образует диоксид серы.

Словесное уравнение: Сера + Кислород → Диоксид серы.

Уравнение реакции: $S + O_2 \rightarrow SO_2$.

Горение фосфора: Красный фосфор бурно сгорает в кислороде, образуя густой белый дым оксида фосфора(V).

Словесное уравнение: Фосфор + Кислород → Оксид фосфора(V).

Уравнение реакции: $4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$.

Горение железа: Железная проволока сгорает в кислороде, разбрасывая яркие искры и образуя твёрдый продукт — железную окалину (смешанный оксид железа).

Словесное уравнение: Железо + Кислород → Железная окалина.

Уравнение реакции: $3Fe + 2O_2 \rightarrow Fe_3O_4$.

Ответ: Реакция горения — это быстропротекающая химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества теплоты и, как правило, свечением.