Страница 29 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

Из курса физической географии вы знаете, от чего зависит плодородие почвы. Почва является индивидуальным веществом или смесью веществ? Предложите свои варианты исследования почвы с помощью изученных способов разделения смесей. Сделайте общий вывод.

От чего зависит плодородие почвы

Из курса физической географии известно, что плодородие почвы — это её способность удовлетворять потребности растений в элементах питания, воде и воздухе, обеспечивая тем самым их рост, развитие и урожай. Главным фактором, определяющим плодородие, является содержание в почве органического вещества — гумуса (перегноя). Гумус образуется в процессе разложения растительных и животных остатков и не только служит источником питательных веществ, но и улучшает структуру почвы, её водо- и воздухопроницаемость. Также на плодородие влияют минеральный состав, кислотность (pH) и наличие в почве живых организмов (бактерий, червей).

Ответ: Плодородие почвы зависит в первую очередь от содержания в ней гумуса (перегноя), а также от её структуры, влаго- и воздухопроницаемости, и наличия растворенных минеральных солей.

Почва является индивидуальным веществом или смесью веществ?

Индивидуальное (или чистое) вещество характеризуется постоянным составом и строго определёнными физическими и химическими свойствами (например, вода H₂O). Смесь же состоит из двух или более веществ (компонентов), которые не связаны химически, и её состав может варьироваться в широких пределах. Почва состоит из множества компонентов: твёрдых минеральных частиц (песок, глина), органического вещества (гумус), воды, воздуха, растворенных солей и живых организмов. Соотношение этих компонентов непостоянно и зависит от географического положения, климата и других факторов. Так как компоненты почвы можно разделить физическими методами и их соотношение непостоянно, почва не является индивидуальным веществом.

Ответ: Почва является сложной гетерогенной (неоднородной) смесью веществ.

Предложите свои варианты исследования почвы с помощью изученных способов разделения смесей

Чтобы доказать, что почва является смесью, и изучить её состав, можно провести следующие простые эксперименты, основанные на физических методах разделения смесей:

1. Доказательство наличия воздуха. Если комочек сухой почвы опустить в стакан с водой, можно будет наблюдать выделение пузырьков. Это воздух, который находился в порах между частицами почвы. Таким образом мы отделяем газообразную часть смеси.

2. Разделение отстаиванием. Взболтать образец почвы в большом количестве воды и дать смеси отстояться. Частицы разделятся на слои по плотности и размеру: на дно осядет тяжёлый песок, над ним — более лёгкие частицы глины. Частицы гумуса могут частично всплыть на поверхность или остаться в виде взвеси в воде. Это показывает неоднородность твёрдой фазы почвы.

3. Разделение фильтрованием и выпариванием. Мутную воду, оставшуюся после отстаивания, можно пропустить через бумажный фильтр. На фильтре останутся нерастворимые частицы глины и гумуса (фильтрование). Если затем несколько капель прозрачного фильтрата поместить на предметное стекло и нагреть до полного испарения воды (выпаривание), на стекле останется белый налёт. Это минеральные соли, которые были растворены в почвенной воде.

4. Доказательство наличия органического вещества. Небольшое количество высушенной почвы следует прокалить в огне (например, над пламенем спиртовки). Появление дыма и характерного запаха горелой органики доказывает наличие в почве гумуса, который при нагревании сгорает.

Ответ: Исследовать состав почвы можно с помощью таких методов разделения смесей, как отстаивание, фильтрование, выпаривание и прокаливание. Эти методы позволяют выделить из почвы её основные компоненты: песок, глину, воду, растворимые соли и гумус.

Сделайте общий вывод

Почва — это не индивидуальное вещество с постоянной химической формулой, а сложная природная система, являющаяся гетерогенной (неоднородной) смесью. Она состоит из твёрдых, жидких и газообразных компонентов, которые можно разделить с помощью физических методов. Сложный состав, и в особенности наличие органического компонента — гумуса, — определяет её важнейшее свойство — плодородие, то есть способность обеспечивать жизнь растений.

Ответ: Почва — это сложная гетерогенная смесь минеральных и органических веществ, воды и воздуха, составные части которой можно разделить физическими методами. Её уникальное свойство — плодородие — напрямую связано с её сложным составом, в первую очередь с наличием гумуса.

Опыт 1. Механический анализ почвы

Рассмотрите с помощью увеличительного стекла или лупы образец почвы. Сделайте вывод: почва является индивидуальным веществом или смесью веществ? Если вы решили, что почва — это смесь веществ, определите, к какому типу смесей она относится — гомогенным или гетерогенным.

Поместите в пробирку или колбу почву на высоту 1—2 см и добавьте 4—5 мл дистиллированной воды. Закройте пробирку пробкой и тщательно встряхивайте в течение 1—2 мин. С помощью лупы наблюдайте за осаждением частиц почвы и структурой осадка. Опишите и объясните свои наблюдения.

Вывод о природе почвы и определение типа смеси

При рассмотрении образца почвы с помощью лупы можно увидеть, что он состоит из множества различных частиц: песчинок, частиц глины, мелких камней, темных частиц органического вещества (гумуса) и остатков растений. Поскольку компоненты почвы можно различить визуально, она не является индивидуальным (чистым) веществом, а представляет собой смесь веществ. Так как в этой смеси видны четкие границы раздела между ее компонентами, она является гетерогенной (неоднородной). Гомогенная смесь была бы однородной по всему объему, и ее компоненты нельзя было бы различить.

Ответ: Почва является гетерогенной (неоднородной) смесью веществ.

Описание и объяснение наблюдений при смешивании почвы с водой

При помещении почвы в пробирку с дистиллированной водой и встряхивании образуется мутная жидкость — суспензия. Также можно заметить выделение пузырьков воздуха, который содержался в порах сухой почвы. Если дать смеси отстояться, частицы почвы начнут оседать на дно, формируя слои в соответствии с их размером и плотностью.

Структура осадка будет следующей:

• На самом дне пробирки окажутся самые тяжелые и крупные частицы — песок и мелкие камешки.
• Выше расположится слой более мелких и легких частиц — ила и глины.
• Вода над осадком будет оставаться мутной еще некоторое время из-за взвешенных в ней мельчайших частиц и может приобрести желтоватый или коричневый оттенок из-за растворения гуминовых веществ.
• Самые легкие органические остатки (фрагменты листьев, хвои) могут всплыть и плавать на поверхности воды.

Объяснение этих наблюдений заключается в процессе седиментации — осаждении частиц под действием силы тяжести. Скорость осаждения прямо пропорциональна плотности и размеру частиц. Этот опыт наглядно демонстрирует неоднородный механический состав почвы и подтверждает вывод о том, что она является гетерогенной смесью.

Ответ: При встряхивании почвы с водой образуется мутная взвесь, которая при отстаивании разделяется на слои: внизу оседает песок, выше — глина и ил. Это объясняется разной скоростью седиментации частиц, отличающихся по размеру и плотности. Опыт подтверждает, что почва — гетерогенная смесь.

Опыт 2. Получение почвенного раствора и опыты с ним

Соберите прибор для фильтрования (рис. 27): вложите бумажный фильтр в воронку, закреплённую в кольце штатива, и смочите его водой.

В химический стакан профильтруйте полученную в первом опыте смесь почвы и воды. Твёрдые нерастворимые компоненты почвы останутся на фильтре, а в стакане соберётся фильтрат — прозрачный почвенный раствор. Исследуйте его.

1. С помощью пипетки поместите несколько капель почвенного раствора на стеклянную пластинку и, используя тигельные щипцы, подержите её над пламенем спиртовки до полного испарения воды. Что наблюдаете? Объясните.

2. Испытайте среду почвенного раствора с помощью универсальной индикаторной бумаги. С этой целью на неё пипеткой нанесите каплю почвенного раствора и, используя шкалу на упаковке, определите среду раствора. Сделайте вывод: какую — кислую, щелочную или нейтральную — среду имеет полученный вами почвенный раствор?

3. В одну пробирку прилейте 2–3 мл дистиллированной воды, а в другую — такой же объём почвенного раствора. В каждую пробирку добавьте по одной капле 2 %-ного раствора перманганата калия. Что наблюдаете? В пробирке с дистиллированной водой окраска раствора перманганата калия не изменилась. Что наблюдали в почвенном растворе? Сделайте вывод о наличии перегноя (органических веществ) в почвенном растворе, если известно, что исчезновение окраски указывает на его присутствие.

Рис. 27. Прибор для фильтрования

Дополнительное задание.

Проконсультируйтесь у специалиста, какая почва характерна для вашего региона. Предложите способ улучшения её плодородия.

1. С помощью пипетки поместите несколько капель почвенного раствора на стеклянную пластинку и, используя тигельные щипцы, подержите ее над пламенем спиртовки до полного испарения воды. Что наблюдаете? Объясните.

Решение:

При нагревании стеклянной пластинки с каплями почвенного раствора вода постепенно испаряется. После её полного испарения на стекле можно наблюдать тонкий белый или сероватый налёт — твёрдый остаток.

Объяснение этого явления заключается в том, что почвенный раствор не является химически чистой водой. Он содержит растворённые в воде минеральные соли и другие вещества, которые были вымыты из почвенных частиц. Вода (растворитель) при нагревании переходит в газообразное состояние (пар), а растворённые в ней твёрдые вещества (соли) остаются на поверхности стеклянной пластинки. Таким образом, этот опыт доказывает, что в почве содержатся водорастворимые вещества.

Ответ: Наблюдается образование твёрдого налёта на стеклянной пластинке после испарения воды. Это объясняется тем, что в почвенном растворе содержатся растворённые минеральные соли, которые остаются на стекле после испарения растворителя (воды).

2. Испытайте среду почвенного раствора с помощью универсальной индикаторной бумаги. С этой целью на неё пипеткой нанесите каплю почвенного раствора и, используя шкалу на упаковке, определите среду раствора. Сделайте вывод: какую — кислую, щелочную или нейтральную — среду имеет полученный вами почвенный раствор?

Решение:

При нанесении капли почвенного раствора на универсальную индикаторную бумагу её цвет изменяется. Сравнив полученный цвет со шкалой pH, которая прилагается к индикаторной бумаге, можно определить среду раствора. Результат зависит от типа почвы, из которой был получен раствор:

• Если бумага окрасилась в оттенки красного или оранжевого цвета (pH < 7), то среда раствора кислая. Такая среда характерна для подзолистых и болотных почв.
• Если бумага приобрела жёлто-зелёный цвет (pH ≈ 7), то среда раствора нейтральная. Такая среда часто встречается у чернозёмов.
• Если бумага стала синей или фиолетовой (pH > 7), то среда раствора щелочная. Такая реакция свойственна солончакам.

Для большинства почв в средней полосе России характерен слабокислый или нейтральный состав, поэтому наиболее вероятным результатом будет окрашивание индикатора в желтый или оранжево-желтый цвет, что соответствует слабокислой среде.

Ответ: Среда почвенного раствора может быть кислой, нейтральной или щелочной. Её определяют по изменению цвета универсальной индикаторной бумаги при контакте с раствором. В зависимости от типа почвы результат будет разным (например, для подзолистой почвы раствор будет иметь кислую среду).

3. В одну пробирку прилейте 2–3 мл дистиллированной воды, а в другую — такой же объём почвенного раствора. В каждую пробирку добавьте по одной капле 2%-ного раствора перманганата калия. Что наблюдаете? В пробирке с дистиллированной водой окраска раствора перманганата калия не изменилась. Что наблюдали в почвенном растворе? Сделайте вывод о наличии перегноя (органических веществ) в почвенном растворе, если известно, что исчезновение окраски указывает на его присутствие.

Решение:

В ходе опыта наблюдаются следующие изменения:

• В пробирке с дистиллированной водой (контрольный опыт) раствор перманганата калия ($KMnO_4$) окрашивает воду в устойчивый малиновый цвет.
• В пробирке с почвенным раствором малиновая окраска, которую придал перманганат калия, быстро исчезает, и раствор становится бесцветным или приобретает бурый оттенок.

Это происходит потому, что перманганат калия ($KMnO_4$) — сильный окислитель. В почвенном растворе содержатся растворимые органические вещества (часть гумуса, или перегноя). Они вступают в химическую реакцию с перманганатом калия, в ходе которой он восстанавливается, теряя свою окраску. Ион $MnO_4^-$ (малиновый) превращается в соединения марганца с более низкой степенью окисления, например, в оксид марганца(IV) $MnO_2$ (нерастворимый осадок бурого цвета) или бесцветный ион $Mn^{2+}$. Так как в условии сказано, что исчезновение окраски указывает на наличие перегноя, можно сделать однозначный вывод.

Ответ: В пробирке с почвенным раствором наблюдалось обесцвечивание раствора перманганата калия. Это доказывает наличие в почвенном растворе перегноя (органических веществ), который вступает в реакцию с перманганатом калия.

Дополнительное задание. Проконсультируйтесь у специалиста, какая почва характерна для вашего региона. Предложите способ улучшения её плодородия.

Решение:

Тип почвы зависит от конкретного региона. Например, для Нечернозёмной зоны России, охватывающей значительную часть европейской территории страны, характерны дерново-подзолистые почвы. Эти почвы, как правило, имеют невысокое естественное плодородие, характеризуются низким содержанием гумуса (перегноя) и повышенной кислотностью.

Для улучшения плодородия таких почв можно предложить следующие агротехнические приёмы:

1. Известкование: Внесение в почву известняковой ($CaCO_3$) или доломитовой муки для нейтрализации избыточной кислотности. Это повышает доступность питательных веществ для растений и улучшает жизнедеятельность полезных почвенных микроорганизмов.
2. Внесение органических удобрений: Для повышения содержания гумуса, улучшения структуры и влагоёмкости почвы необходимо регулярно вносить навоз, компост, торф, а также практиковать посев сидератов (растений, зелёную массу которых запахивают в почву).
3. Применение минеральных удобрений: Так как дерново-подзолистые почвы бедны основными элементами питания, необходимо вносить комплексные минеральные удобрения, содержащие азот (N), фосфор (P) и калий (K), в соответствии с потребностями выращиваемых культур.

Ответ: Для улучшения плодородия почв (на примере дерново-подзолистых) необходимо применять комплексный подход: снижать кислотность путём известкования, обогащать почву органическим веществом (гумусом) за счёт внесения навоза или компоста и восполнять недостаток питательных элементов с помощью минеральных удобрений.