Демонстрация №4, страница 91 - гдз по химии 8 класс учебник Усманова, Сакарьянова

Демонстрация №4

Разложение пероксида водорода

Опыт проводит учитель, учащиеся наблюдают, делают выводы.

Цель: Уметь получать кислород и собирать двумя способами.

Реактивы $H_2O_2$ — пероксид водорода (3%-ный раствор), $MnO_2$ — оксид марганца (IV)

Оборудование

Штатив, пробирки, цилиндр, кристаллизатор, лучинка, стеклянная пластинка, спички, пробка, спиртовка, термостойкий стакан.

1. Закрепите вертикально в зажиме штатива термостойкую пробирку.

2. В пробирку наберите немного раствора пероксида водорода и всыпьте в пробирку заранее приготовленного порошка диоксида марганца.

3. Опустите в пробирку тлеющую лучинку. Затем пробирку закройте пробкой с газоотводной трубкой. Опыт можно провести в термостойком стакане (рис. 33).

Собирание выделяющегося газа

Цилиндр, предназначенный для собирания газа, предварительно заполните водой, закройте стеклянной пластинкой и пробкой, опустите вниз отверстием в кристаллизатор, в который налита вода и откройте отверстие цилиндра (рис. 30).

Проверьте наполненность сосудов кислородом.

Рис. 33. При разложении $H_2O_2$ выделяется кислород, что можно доказать с помощью тлеющей лучинки. Что происходит?

Вопросы и задания.

1. По каким признакам вы судите о прохождении реакции?

2. На каких свойствах кислорода основаны способы его собирания?

Рис. 34. Горение в кислороде: а) углерода; б) серы; в) фосфора; г) железа

3. Какую роль играет диоксид марганца?

4. Напишите уравнение реакции.

1. Расскажите о распространении водорода в природе.

Водород является самым распространенным химическим элементом во Вселенной, составляя около 75% ее массы и более 90% всех атомов. Он является основным компонентом звезд, включая Солнце, где термоядерные реакции превращения водорода в гелий служат источником энергии. В межзвездном пространстве водород существует в виде атомов, ионов и молекул $H_2$.

На Земле распространенность водорода иная. В свободном виде в атмосфере его очень мало (около 0,00005% по объему), так как из-за своей легкости он улетучивается в космос. Основная масса земного водорода находится в связанном состоянии. Самое известное и важное соединение водорода — вода ($H_2O$), которая покрывает более 70% поверхности планеты. Водород входит в состав практически всех органических веществ и, следовательно, является неотъемлемой частью всех живых организмов (белков, жиров, углеводов). Также он содержится в природных ископаемых, таких как природный газ (метан $CH_4$), нефть (смесь углеводородов) и уголь, а также в составе различных минералов.

Ответ: Водород — самый распространенный элемент во Вселенной (основной компонент звезд). На Земле он встречается преимущественно в виде соединений: в воде, органических веществах, нефти, природном газе и минералах.

2. Какие правила техники безопасности необходимо соблюдать при работе с водородом?

При работе с водородом необходимо строго соблюдать правила техники безопасности, так как он очень горюч и взрывоопасен в смеси с воздухом или кислородом.

Основные правила:

1. Работы с водородом следует проводить в хорошо проветриваемом помещении или под тягой в вытяжном шкафу. Это предотвращает накопление газа до взрывоопасных концентраций.

2. Категорически запрещается работать с водородом вблизи открытого огня, искрящих электроприборов и других источников воспламенения. Водород легко воспламеняется, а его пламя почти невидимо.

3. Смеси водорода с воздухом в объемном соотношении от 4% до 75% являются взрывоопасными и называются «гремучим газом». Перед тем как поджигать водород на выходе из газоотводной трубки или собирать его для опытов, необходимо проверить его на чистоту. Для этого небольшое количество газа собирают в перевернутую пробирку и подносят к пламени спиртовки. Чистый водород сгорает спокойно с легким хлопком. Громкий, «лающий» звук означает наличие взрывоопасной смеси с воздухом, и продолжать опыт нельзя до тех пор, пока газ не станет чистым.

4. При работе необходимо использовать средства индивидуальной защиты, в первую очередь защитные очки или экран для лица.

Ответ: При работе с водородом необходимо обеспечить хорошую вентиляцию, исключить источники огня, проверить газ на чистоту перед использованием и применять защитные очки, так как водород образует с воздухом взрывоопасную смесь («гремучий газ»).

3. Опишите принцип работы аппарата Киппа.

Аппарат Киппа — это лабораторный прибор для получения газов (например, водорода, углекислого газа, сероводорода) путем реакции твердого вещества с жидкостью. Его преимущество в том, что он позволяет получать газ по мере необходимости и автоматически прекращает реакцию, когда подача газа прекращается.

Аппарат состоит из трех соединенных стеклянных частей:

• Нижний резервуар (1) для избытка кислоты и отработанного раствора.

• Средний шарообразный резервуар (2), куда помещают твердый реагент (например, гранулы цинка). Он имеет боковой отвод с краном для выпуска газа.

• Верхняя длинная воронка (3), которая проходит через средний резервуар и доходит почти до дна нижнего. Через нее заливают жидкий реагент (например, кислоту).

Принцип работы:

1. Твердое вещество (например, цинк) загружают в средний шар. Через воронку заливают кислоту, которая заполняет нижний резервуар и, поднимаясь, достигает твердого вещества в среднем шаре. Начинается химическая реакция с выделением газа: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$.

2. Если кран для выхода газа открыт, газ выходит из аппарата, а реакция продолжается, так как кислота постоянно контактирует с цинком.

3. Если кран закрыть, выделяющийся газ не может выйти. Давление газа в среднем шаре возрастает и вытесняет кислоту вниз, в нижний резервуар, а затем вверх в воронку. Уровень кислоты опускается ниже твердого реагента, контакт между ними прекращается, и реакция останавливается.

4. При последующем открытии крана давление газа падает, кислота снова поднимается, вступает в контакт с твердым веществом, и реакция возобновляется.

Ответ: Аппарат Киппа позволяет получать газ по требованию. Когда кран открыт, жидкий реагент контактирует с твердым, и идет реакция. Когда кран закрыт, давление выделившегося газа вытесняет жидкость от твердого вещества, и реакция прекращается.

4. Назовите лабораторные способы получения водорода, напишите уравнения соответствующих реакций.

В лаборатории водород чаще всего получают следующими способами:

1. Взаимодействие металлов с кислотами. Наиболее распространенный способ. Используют металлы средней активности (стоящие в ряду напряжений до водорода), такие как цинк, железо, магний, и разбавленные кислоты (соляную или серную).

Например, реакция цинка с соляной кислотой (используется в аппарате Киппа):

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Или реакция железа с разбавленной серной кислотой:

$Fe + H_2SO_4(разб.) \rightarrow FeSO_4 + H_2 \uparrow$

2. Взаимодействие активных металлов с водой. Щелочные (Na, K) и щелочноземельные (Ca, Ba) металлы бурно реагируют с водой при комнатной температуре.

$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$

$Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$

3. Электролиз воды. Через воду, подкисленную или подщелоченную для увеличения электропроводности, пропускают постоянный электрический ток. Вода разлагается на водород (на катоде) и кислород (на аноде).

$2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$

4. Взаимодействие амфотерных металлов с растворами щелочей. Цинк и алюминий могут реагировать с водными растворами щелочей с выделением водорода.

$2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2 \uparrow$

Ответ: Лабораторные способы получения водорода: взаимодействие металлов (Zn, Fe) с кислотами (HCl, $H_2SO_4$), взаимодействие активных металлов (Na, Ca) с водой, электролиз воды, взаимодействие амфотерных металлов (Al, Zn) со щелочами. Уравнение самой распространенной реакции: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$.

5. Напишите уравнения реакций магния с соляной и серной кислотами.

Магний — активный металл, стоящий в ряду напряжений до водорода, поэтому он вытесняет водород из разбавленных кислот. Происходят реакции замещения.

1. Реакция магния с соляной кислотой ($HCl$). Образуются хлорид магния и газообразный водород.

$Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2 \uparrow$

2. Реакция магния с разбавленной серной кислотой ($H_2SO_4$). Образуются сульфат магния и газообразный водород.

$Mg + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2 \uparrow$

Ответ:

$Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2 \uparrow$

$Mg + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2 \uparrow$