Страница 113 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

Лабораторный опыт 24

Ознакомьтесь с коллекцией выданных вам образцов солей. Запишите их формулы, охарактеризуйте физические свойства, в том числе и растворимость в воде. Рассчитайте относительную молекулярную массу одной из выданных вам солей. Рассчитайте массовые доли элементов для этой же соли.

Поскольку в условии не указаны конкретные соли, для выполнения задания возьмем в качестве примера коллекцию из трех распространенных солей: хлорид натрия, сульфат меди(II) и карбонат кальция.

Запишите их формулы, охарактеризуйте физические свойства, в том числе и растворимость в воде

1. Хлорид натрия (поваренная соль)

Химическая формула: $NaCl$.

Физические свойства: твердое кристаллическое вещество белого цвета, без запаха, соленое на вкус.

Растворимость в воде: хорошо растворим (35,9 г на 100 г воды при 20°C).

2. Сульфат меди(II)

Химическая формула: $CuSO_4$.

Физические свойства: безводная соль представляет собой белый гигроскопичный порошок. Его кристаллогидрат, медный купорос ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$), имеет вид кристаллов ярко-синего цвета.

Растворимость в воде: хорошо растворим (20,7 г на 100 г воды при 20°C), при растворении образует водный раствор голубого цвета.

3. Карбонат кальция (мел, мрамор)

Химическая формула: $CaCO_3$.

Физические свойства: твердое вещество белого цвета, в природе встречается в виде минералов (кальцит, арагонит), не имеет вкуса и запаха.

Растворимость в воде: практически нерастворим (0,0013 г на 100 г воды при 20°C).

Ответ: Приведены формулы, физические свойства и данные о растворимости для хлорида натрия ($NaCl$), сульфата меди(II) ($CuSO_4$) и карбоната кальция ($CaCO_3$).

Дальнейшие расчеты проведем для одной из солей из коллекции — сульфата меди(II) ($CuSO_4$).

Рассчитайте относительную молекулярную массу одной из выданных вам солей

Дано:

Соль: сульфат меди(II), $CuSO_4$.

Относительные атомные массы элементов (округленные значения из Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева):

$A_r(Cu) = 64$

$A_r(S) = 32$

$A_r(O) = 16$

Найти:

$M_r(CuSO_4)$ - ?

Решение:

Относительная молекулярная масса соединения вычисляется как сумма относительных атомных масс всех атомов, входящих в состав его формульной единицы, с учетом их количества.

$M_r(CuSO_4) = 1 \cdot A_r(Cu) + 1 \cdot A_r(S) + 4 \cdot A_r(O)$

Подставим числовые значения:

$M_r(CuSO_4) = 64 + 32 + 4 \cdot 16 = 96 + 64 = 160$

Ответ: относительная молекулярная масса сульфата меди(II) ($CuSO_4$) равна 160.

Рассчитайте массовые доли элементов для этой же соли

Дано:

Соль: сульфат меди(II), $CuSO_4$.

$M_r(CuSO_4) = 160$

$A_r(Cu) = 64$

$A_r(S) = 32$

$A_r(O) = 16$

Найти:

$\omega(Cu)$ - ?, $\omega(S)$ - ?, $\omega(O)$ - ?

Решение:

Массовая доля элемента в соединении ($\omega$) рассчитывается по формуле:

$\omega(\text{Элемент}) = \frac{n \cdot A_r(\text{Элемент})}{M_r(\text{Соединение})} \cdot 100\%$

где $n$ — количество атомов (индекс) элемента в формульной единице.

Рассчитаем массовые доли для каждого элемента в $CuSO_4$:

Массовая доля меди (Cu):

$\omega(Cu) = \frac{1 \cdot A_r(Cu)}{M_r(CuSO_4)} \cdot 100\% = \frac{64}{160} \cdot 100\% = 0,4 \cdot 100\% = 40\%$

Массовая доля серы (S):

$\omega(S) = \frac{1 \cdot A_r(S)}{M_r(CuSO_4)} \cdot 100\% = \frac{32}{160} \cdot 100\% = 0,2 \cdot 100\% = 20\%$

Массовая доля кислорода (O):

$\omega(O) = \frac{4 \cdot A_r(O)}{M_r(CuSO_4)} \cdot 100\% = \frac{4 \cdot 16}{160} \cdot 100\% = \frac{64}{160} \cdot 100\% = 0,4 \cdot 100\% = 40\%$

Проверка: Сумма массовых долей всех элементов в соединении должна быть равна 100%.

$40\% + 20\% + 40\% = 100\%$

Ответ: массовые доли элементов в сульфате меди(II) составляют: $\omega(Cu)=40\%$, $\omega(S)=20\%$, $\omega(O)=40\%$.

Лабораторный опыт 25

Налейте в пробирку 1–2 мл раствора сульфата меди(II) и опустите в него стальную кнопку или скрепку. Что наблюдаете?

Что наблюдаете?

При погружении стальной скрепки или кнопки в раствор сульфата меди(II) можно наблюдать два основных явления. Во-первых, поверхность металлического предмета (скрепки/кнопки) покрывается рыхлым налетом красно-коричневого цвета. Во-вторых, исходный ярко-голубой цвет раствора сульфата меди(II) постепенно бледнеет и со временем может смениться на бледно-зеленый.

Эти наблюдения объясняются протеканием реакции замещения. Сталь — это сплав на основе железа ($Fe$). Железо является более активным металлом, чем медь ($Cu$), что определяется их положением в электрохимическом ряду напряжений металлов (железо стоит левее меди). Поэтому железо способно вытеснять медь из растворов её солей.

Атомы железа с поверхности скрепки вступают в реакцию с ионами меди из раствора. Железо окисляется, переходя в раствор в виде ионов железа(II) ($Fe^{2+}$), а ионы меди(II) ($Cu^{2+}$) восстанавливаются до металлической меди ($Cu$), которая и оседает на скрепке в виде красно-коричневого налета.

Уравнение химической реакции в молекулярной форме:

$Fe(тв) + CuSO_4(р-р) \rightarrow FeSO_4(р-р) + Cu(тв)$

Суть процесса отражает сокращенное ионное уравнение:

$Fe + Cu^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Cu$

Изменение окраски раствора происходит потому, что голубой цвет ему придавали гидратированные ионы меди ($Cu^{2+}$). В ходе реакции их концентрация уменьшается, а в растворе появляются гидратированные ионы железа(II) ($Fe^{2+}$), имеющие бледно-зеленую окраску. Это и приводит к изменению цвета раствора с голубого на бледно-зеленый.

Ответ: На поверхности стальной скрепки (кнопки) образуется красно-коричневый налет металлической меди, а голубая окраска раствора постепенно бледнеет, переходя в бледно-зеленую.