Страница 71 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

Лабораторный опыт 12

Налейте в пробирку 2–3 мл известковой воды и пропустите через неё выдыхаемый воздух с помощью стеклянной трубочки или соломинки для напитков. Что наблюдаете? Запишите соответствующее уравнение реакции.

Решение

Этот лабораторный опыт демонстрирует качественную реакцию для обнаружения углекислого газа ($CO_2$). В эксперименте используется известковая вода, которая представляет собой прозрачный насыщенный раствор гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$). Выдыхаемый человеком воздух содержит значительно больше углекислого газа, чем вдыхаемый, и именно этот газ вступает в реакцию с известковой водой.

Что наблюдаете?

При пропускании выдыхаемого воздуха через пробирку с известковой водой можно наблюдать, как прозрачный раствор быстро мутнеет. Он приобретает молочно-белый оттенок. Это помутнение вызвано образованием карбоната кальция ($CaCO_3$) — белого нерастворимого вещества, которое выпадает в виде осадка. Таким образом, наличие углекислого газа в выдыхаемом воздухе доказывается помутнением известковой воды.

Стоит отметить, что если продолжать пропускать углекислый газ через помутневший раствор в течение длительного времени, муть постепенно исчезнет, и раствор снова станет прозрачным. Это происходит потому, что избыток углекислого газа реагирует с образовавшимся осадком карбоната кальция и водой, превращая его в растворимый гидрокарбонат кальция ($Ca(HCO_3)_2$).

Ответ: При пропускании выдыхаемого воздуха через известковую воду наблюдается ее помутнение (образование белого осадка).

Запишите соответствующее уравнение реакции.

Химическая реакция, которая происходит при пропускании углекислого газа через известковую воду и вызывает её помутнение, описывается следующим уравнением:

$Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

В этой реакции гидроксид кальция (известковая вода) реагирует с диоксидом углерода (углекислым газом) с образованием нерастворимого карбоната кальция (осадок) и воды.

Ответ: $Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$.

1. Какие вещества называют оксидами? Из приведённого перечня формул веществ выпишите формулы оксидов металлов и оксидов неметаллов и дайте их названия:

$Na_2O$, $H_2S$, $K_2SO_4$, $PbO_2$, $ZnO$, $LiOH$, $SO_2$, $P_2O_5$, $O_2$, $Cl_2O_7$, $OsCl_3$.

Оксидами называют сложные вещества, которые состоят из двух химических элементов, один из которых — кислород в степени окисления -2.

Проанализируем каждое вещество из предложенного перечня: $Na_2O$, $H_2S$, $K_2SO_4$, $PbO_2$, $ZnO$, $LiOH$, $SO_2$, $P_2O_5$, $O_2$, $Cl_2O_7$, $OsCl_3$.

К оксидам относятся только бинарные (состоящие из двух элементов) соединения с кислородом.

Оксиды металлов

Это оксиды, в состав которых входит элемент-металл. Из списка это:

$Na_2O$ — оксид натрия. Натрий ($Na$) — щелочной металл.
$PbO_2$ — оксид свинца(IV). Свинец ($Pb$) — металл. Степень окисления свинца здесь +4, так как у кислорода -2 (2 × (-2) = -4).
$ZnO$ — оксид цинка. Цинк ($Zn$) — переходный металл.

Оксиды неметаллов

Это оксиды, в состав которых входит элемент-неметалл. Из списка это:

$SO_2$ — оксид серы(IV). Сера ($S$) — неметалл. Степень окисления серы +4.
$P_2O_5$ — оксид фосфора(V). Фосфор ($P$) — неметалл. Степень окисления фосфора +5.
$Cl_2O_7$ — оксид хлора(VII). Хлор ($Cl$) — неметалл (галоген). Степень окисления хлора +7.

Остальные вещества не являются оксидами:

$H_2S$ — сероводород, бинарное соединение, но не содержит кислород.
$K_2SO_4$ — сульфат калия, это соль, состоящая из трех элементов.
$LiOH$ — гидроксид лития, это основание (гидроксид), состоящее из трех элементов.
$O_2$ — кислород, это простое вещество.
$OsCl_3$ — хлорид осмия(III), это соль, бинарное соединение без кислорода.

Ответ: Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых – кислород в степени окисления -2.
Оксиды металлов: $Na_2O$ (оксид натрия), $PbO_2$ (оксид свинца(IV)), $ZnO$ (оксид цинка).
Оксиды неметаллов: $SO_2$ (оксид серы(IV)), $P_2O_5$ (оксид фосфора(V)), $Cl_2O_7$ (оксид хлора(VII)).

2. Рассчитайте массовые доли элементов в оксидах: а) $SnO_2$; б) $Al_2O_3$; в) $CaO$; г) $P_2O_5$. Назовите все вещества.

а) SnO₂

Вещество $SnO₂$ называется оксид олова(IV).

Дано:
Относительные атомные массы:
$Ar(Sn) \approx 119$
$Ar(O) \approx 16$

Найти:
$ω(Sn) - ?$
$ω(O) - ?$

Решение:

Массовая доля элемента в веществе рассчитывается по формуле:
$ω(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)} \cdot 100\%$
где $n$ — число атомов элемента, $Ar(Э)$ — относительная атомная масса элемента, $Mr(вещества)$ — относительная молекулярная масса вещества.

1. Рассчитаем относительную молекулярную массу оксида олова(IV):
$Mr(SnO₂) = Ar(Sn) + 2 \cdot Ar(O) = 119 + 2 \cdot 16 = 119 + 32 = 151$

2. Рассчитаем массовую долю олова ($Sn$) в оксиде:
$ω(Sn) = \frac{Ar(Sn)}{Mr(SnO₂)} \cdot 100\% = \frac{119}{151} \cdot 100\% \approx 78.8\%$

3. Рассчитаем массовую долю кислорода ($O$) в оксиде:
$ω(O) = \frac{2 \cdot Ar(O)}{Mr(SnO₂)} \cdot 100\% = \frac{2 \cdot 16}{151} \cdot 100\% = \frac{32}{151} \cdot 100\% \approx 21.2\%$

Ответ: массовая доля олова в $SnO₂$ составляет примерно 78.8%, а массовая доля кислорода - 21.2%.

б) Al₂O₃

Вещество $Al₂O₃$ называется оксид алюминия.

Дано:
Относительные атомные массы:
$Ar(Al) \approx 27$
$Ar(O) \approx 16$

Найти:
$ω(Al) - ?$
$ω(O) - ?$

Решение:

1. Рассчитаем относительную молекулярную массу оксида алюминия:
$Mr(Al₂O₃) = 2 \cdot Ar(Al) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 27 + 3 \cdot 16 = 54 + 48 = 102$

2. Рассчитаем массовую долю алюминия ($Al$) в оксиде:
$ω(Al) = \frac{2 \cdot Ar(Al)}{Mr(Al₂O₃)} \cdot 100\% = \frac{2 \cdot 27}{102} \cdot 100\% = \frac{54}{102} \cdot 100\% \approx 52.9\%$

3. Рассчитаем массовую долю кислорода ($O$) в оксиде:
$ω(O) = \frac{3 \cdot Ar(O)}{Mr(Al₂O₃)} \cdot 100\% = \frac{3 \cdot 16}{102} \cdot 100\% = \frac{48}{102} \cdot 100\% \approx 47.1\%$

Ответ: массовая доля алюминия в $Al₂O₃$ составляет примерно 52.9%, а массовая доля кислорода - 47.1%.

в) CaO

Вещество $CaO$ называется оксид кальция.

Дано:
Относительные атомные массы:
$Ar(Ca) \approx 40$
$Ar(O) \approx 16$

Найти:
$ω(Ca) - ?$
$ω(O) - ?$

Решение:

1. Рассчитаем относительную молекулярную массу оксида кальция:
$Mr(CaO) = Ar(Ca) + Ar(O) = 40 + 16 = 56$

2. Рассчитаем массовую долю кальция ($Ca$) в оксиде:
$ω(Ca) = \frac{Ar(Ca)}{Mr(CaO)} \cdot 100\% = \frac{40}{56} \cdot 100\% \approx 71.4\%$

3. Рассчитаем массовую долю кислорода ($O$) в оксиде:
$ω(O) = \frac{Ar(O)}{Mr(CaO)} \cdot 100\% = \frac{16}{56} \cdot 100\% \approx 28.6\%$

Ответ: массовая доля кальция в $CaO$ составляет примерно 71.4%, а массовая доля кислорода - 28.6%.

г) P₂O₅

Вещество $P₂O₅$ называется оксид фосфора(V).

Дано:
Относительные атомные массы:
$Ar(P) \approx 31$
$Ar(O) \approx 16$

Найти:
$ω(P) - ?$
$ω(O) - ?$

Решение:

1. Рассчитаем относительную молекулярную массу оксида фосфора(V):
$Mr(P₂O₅) = 2 \cdot Ar(P) + 5 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 31 + 5 \cdot 16 = 62 + 80 = 142$

2. Рассчитаем массовую долю фосфора ($P$) в оксиде:
$ω(P) = \frac{2 \cdot Ar(P)}{Mr(P₂O₅)} \cdot 100\% = \frac{2 \cdot 31}{142} \cdot 100\% = \frac{62}{142} \cdot 100\% \approx 43.7\%$

3. Рассчитаем массовую долю кислорода ($O$) в оксиде:
$ω(O) = \frac{5 \cdot Ar(O)}{Mr(P₂O₅)} \cdot 100\% = \frac{5 \cdot 16}{142} \cdot 100\% = \frac{80}{142} \cdot 100\% \approx 56.3\%$

Ответ: массовая доля фосфора в $P₂O₅$ составляет примерно 43.7%, а массовая доля кислорода - 56.3%.

3. Назовите оксиды, формулы которых: $ZnO$, $Ag_2O$, $Li_2O$, $Cl_2O_7$, $Cl_2O$, $ClO_2$, $As_2O_3$, $As_2O_5$.

Решение

ZnO
В данном соединении цинк (Zn) проявляет свою постоянную степень окисления +2, а кислород (O) -2. Поскольку у цинка степень окисления постоянна, указывать её в названии не требуется. Название состоит из слова "оксид" и названия элемента в родительном падеже.
Ответ: оксид цинка.

Ag₂O
Серебро (Ag) — металл, который чаще всего проявляет степень окисления +1. Степень окисления кислорода в оксидах равна -2. Чтобы молекула была электронейтральной, на два атома серебра приходится один атом кислорода ($2 \cdot (+1) + (-2) = 0$). Для элементов с переменной степенью окисления её указывают римской цифрой в скобках.
Ответ: оксид серебра(I).

Li₂O
Литий (Li) — щелочной металл, который всегда имеет степень окисления +1. Кислород имеет степень окисления -2. Для элементов с постоянной степенью окисления её в названии не указывают.
Ответ: оксид лития.

Cl₂O₇
Хлор (Cl) — неметалл с переменной степенью окисления. Степень окисления кислорода -2. Суммарный отрицательный заряд семи атомов кислорода составляет $7 \cdot (-2) = -14$. Следовательно, два атома хлора должны иметь суммарный положительный заряд +14. Степень окисления каждого атома хлора равна $+14 / 2 = +7$.
Ответ: оксид хлора(VII).

Cl₂O
В этом оксиде степень окисления кислорода -2. Два атома хлора (Cl) должны суммарно давать заряд +2, чтобы уравновесить заряд кислорода. Таким образом, степень окисления каждого атома хлора равна $+2 / 2 = +1$.
Ответ: оксид хлора(I).

ClO₂
Здесь два атома кислорода (O) имеют суммарный заряд $2 \cdot (-2) = -4$. Для нейтральности молекулы атом хлора (Cl) должен иметь степень окисления +4.
Ответ: оксид хлора(IV).

As₂O₃
Мышьяк (As) — элемент с переменной степенью окисления. Три атома кислорода (O) имеют суммарный заряд $3 \cdot (-2) = -6$. Два атома мышьяка должны иметь суммарный заряд +6. Степень окисления каждого атома мышьяка равна $+6 / 2 = +3$.
Ответ: оксид мышьяка(III).

As₂O₅
Пять атомов кислорода (O) создают суммарный заряд $5 \cdot (-2) = -10$. Для компенсации этого заряда два атома мышьяка (As) должны иметь суммарный заряд +10. Степень окисления каждого атома мышьяка равна $+10 / 2 = +5$.
Ответ: оксид мышьяка(V).