Страница 52 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

1. Заполните таблицу по результатам выполненных опытов.

Получение кислорода в лаборатории

Характеристика процесса

Исходное вещество

Перманганат калия $KMnO_4$

Пероксид водорода $H_2O_2$

Условия протекания реакции

Признаки химической реакции

Уравнение реакции и её тип

Способ собирания кислорода

Способ распознавания кислорода

Перманганат калия ($KMnO_4$)

Условия протекания реакции:
Для разложения перманганата калия с целью получения кислорода необходимо нагревание. Реакция инициируется при температуре примерно 240°C. В лабораторной практике пробирку с кристаллами перманганата калия интенсивно нагревают над пламенем спиртовки или горелки.
Ответ: Нагревание.

Признаки химической реакции:
В ходе реакции происходит выделение бесцветного газа без запаха (это и есть кислород). Также наблюдается изменение внешнего вида исходного вещества: тёмно-фиолетовые кристаллы перманганата калия превращаются в порошок чёрно-зелёного цвета, который является смесью манганата калия ($K_2MnO_4$) зелёного цвета и оксида марганца(IV) ($MnO_2$) чёрного цвета.
Ответ: Выделение газа и изменение цвета твёрдого вещества с тёмно-фиолетового на чёрно-зелёный.

Уравнение реакции и её тип:
Уравнение термического разложения перманганата калия выглядит следующим образом:
$2KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2 \uparrow$
Данная реакция является реакцией разложения, так как из одного исходного сложного вещества образуются три новых, более простых вещества.
Ответ: $2KMnO_4 \rightarrow K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2 \uparrow$, тип реакции — разложение.

Способ собирания кислорода:
Кислород можно собирать двумя методами:
1. Метод вытеснения воздуха. Так как кислород немного тяжелее воздуха (молярная масса $O_2$ ≈ 32 г/моль, воздуха ≈ 29 г/моль), приёмный сосуд (пробирку, колбу или цилиндр) устанавливают отверстием вверх, а газоотводную трубку опускают на дно.
2. Метод вытеснения воды. Этот метод основан на плохой растворимости кислорода в воде. Приёмный сосуд заполняют водой и переворачивают в ванночку с водой. Газ, поступая по трубке, вытесняет воду из сосуда.
Ответ: Методом вытеснения воздуха или методом вытеснения воды.

Способ распознавания кислорода:
Для обнаружения кислорода используется его свойство поддерживать горение. В сосуд с предполагаемым кислородом вносят тлеющую лучинку. Если лучинка ярко вспыхивает, это доказывает наличие кислорода.
Ответ: Тлеющая лучинка в сосуде с кислородом ярко вспыхивает.

Пероксид водорода ($H_2O_2$)

Условия протекания реакции:
Разложение пероксида водорода происходит самопроизвольно, но очень медленно. Для ускорения реакции используют катализатор, например, оксид марганца(IV) ($MnO_2$). Реакция протекает бурно уже при комнатной температуре, нагревание не требуется.
Ответ: Присутствие катализатора, например, оксида марганца(IV) ($MnO_2$).

Признаки химической реакции:
При добавлении катализатора (чёрного порошка $MnO_2$) к бесцветному раствору пероксида водорода наблюдается бурное выделение пузырьков газа (кислорода), жидкость "вскипает". Реакция экзотермическая, поэтому происходит незначительное нагревание реакционной смеси.
Ответ: Бурное выделение газа.

Уравнение реакции и её тип:
Уравнение каталитического разложения пероксида водорода:
$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow$
Эта реакция также относится к реакциям разложения (из одного вещества образуются два). Так как она протекает с участием катализатора, её также называют каталитической.
Ответ: $2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow$, тип реакции — каталитическое разложение.

Способ собирания кислорода:
Способы собирания кислорода не зависят от метода его получения. Поэтому, как и в предыдущем случае, используются:
1. Метод вытеснения воздуха (сосуд отверстием вверх).
2. Метод вытеснения воды (из-за плохой растворимости $O_2$ в воде).
Ответ: Методом вытеснения воздуха или методом вытеснения воды.

Способ распознавания кислорода:
Способ распознавания кислорода является качественной реакцией на этот газ и всегда одинаков. Тлеющая лучинка, внесённая в сосуд с кислородом, ярко вспыхивает, подтверждая его наличие.
Ответ: Тлеющая лучинка в сосуде с кислородом ярко вспыхивает.

2. Физические свойства кислорода:

Агрегатное состояние: при нормальных условиях (температура $0 \text{ °C}$, давление $1 \text{ атм}$) кислород ($O_2$) является газом.

Цвет, вкус и запах: в газообразном состоянии кислород не имеет цвета, вкуса и запаха. В жидком агрегатном состоянии представляет собой подвижную жидкость светло-голубого цвета. В твёрдом состоянии кислород образует кристаллы синего цвета.

Растворимость в воде: кислород плохо растворяется в воде. При температуре $20 \text{ °C}$ и атмосферном давлении в $100 \text{ мл}$ воды может раствориться лишь около $3.1 \text{ мл}$ кислорода. Однако этой небольшой растворимости достаточно для дыхания большинства водных организмов.

Плотность: кислород немного тяжелее воздуха. Молярная масса кислорода $M(O_2) \approx 32 \text{ г/моль}$, в то время как средняя молярная масса воздуха составляет примерно $29 \text{ г/моль}$. Плотность газообразного кислорода при нормальных условиях равна $1.429 \text{ г/л}$.

Температуры фазовых переходов: кислород переходит в жидкое состояние (сжижается) при температуре $-183 \text{ °C}$ ($90.15 \text{ K}$). Температура замерзания (кристаллизации) кислорода составляет $-218.79 \text{ °C}$ ($54.36 \text{ K}$).

Магнитные свойства: кислород является парамагнетиком, то есть он слабо притягивается внешним магнитным полем. Это свойство особенно наглядно проявляется у жидкого кислорода, который может удерживаться между полюсами сильного магнита.

Тепло- и электропроводность: кислород является плохим проводником тепла и не проводит электрический ток.

Ответ: Основные физические свойства кислорода ($O_2$): при нормальных условиях это газ без цвета, запаха и вкуса, который немного тяжелее воздуха и плохо растворим в воде. При сильном охлаждении и высоком давлении кислород сжижается, превращаясь в жидкость светло-голубого цвета (температура кипения $-183 \text{ °C}$), а при дальнейшем охлаждении затвердевает, образуя синие кристаллы (температура плавления $-218.79 \text{ °C}$). Кислород является парамагнетиком.

3. Кислород поддерживает □□□□□□.

Для того чтобы заполнить пропуск в предложении, необходимо найти слово из 8 букв, которое обозначает процесс, поддерживаемый кислородом.

Кислород — это химически активный газ, который является сильным окислителем. Одно из его фундаментальных свойств — способность вступать в реакции окисления. Два наиболее известных процесса, которые поддерживает кислород, — это горение и дыхание.

Проанализируем эти варианты:

1. Горение. Это быстрый процесс окисления вещества, который сопровождается выделением большого количества тепла и света. Без кислорода горение большинства веществ невозможно. Однако слово "горение" состоит из 7 букв (г-о-р-е-н-и-е), что не соответствует 8 пустым клеткам в задании.

2. Дыхание. Это процесс, необходимый для жизни большинства организмов на Земле, в ходе которого кислород используется для получения энергии из органических веществ. Слово "дыхание" также состоит из 7 букв (д-ы-х-а-н-и-е) и, следовательно, не подходит по длине.

Поскольку основные термины не подходят по количеству букв, рассмотрим синонимы. У слова "горение" есть близкий по значению синоним — "сгорание". Этот термин также описывает процесс окисления. Посчитаем количество букв в этом слове: с-г-о-р-а-н-и-е. Оно состоит ровно из 8 букв.

Таким образом, слово "сгорание" идеально подходит и по химическому смыслу, и по количеству букв, указанных в задании.

Ответ: сгорание.

4. Напишите уравнения реакций горения простых веществ:

а) серы

б) фосфора

в) угля

г) магния

д) железа

а) серы
Горение серы — это реакция взаимодействия простого вещества серы (S) с кислородом ($O_2$) при нагревании. В результате этой экзотермической реакции образуется оксид серы(IV) или сернистый газ ($SO_2$) — бесцветный газ с резким, удушливым запахом. Уравнение реакции сбалансировано, так как число атомов каждого элемента в левой и правой частях равно.
Ответ: $S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$

б) фосфора
Горение фосфора (P) в избытке кислорода ($O_2$) — бурная реакция, сопровождающаяся ослепительным светом и образованием густого белого дыма. Этот дым состоит из твёрдых частиц оксида фосфора(V) ($P_2O_5$). Для уравнивания (балансировки) химического уравнения необходимо расставить коэффициенты. В результате получается, что 4 атома фосфора реагируют с 5 молекулами кислорода, образуя 2 формульные единицы оксида фосфора(V).
Ответ: $4P + 5O_2 \xrightarrow{t} 2P_2O_5$

в) угля
Уголь в основном состоит из углерода (C). Реакция горения угля в избытке кислорода ($O_2$) является реакцией полного сгорания, продуктом которой является диоксид углерода ($CO_2$), известный как углекислый газ. Эта реакция является ключевым процессом для получения энергии во многих сферах деятельности человека. Уравнение сбалансировано в исходном виде.
Ответ: $C + O_2 \xrightarrow{t} CO_2$

г) магния
Магний (Mg) — это активный щелочноземельный металл. Его горение в кислороде ($O_2$) происходит с выделением большого количества тепла и света, образуя ослепительно-яркое белое пламя. Продуктом реакции является оксид магния ($MgO$) — вещество белого цвета. Для балансировки уравнения необходимо удвоить количество атомов магния в левой части и количество формульных единиц оксида магния в правой.
Ответ: $2Mg + O_2 \xrightarrow{t} 2MgO$

д) железа
Железо (Fe) может гореть в чистом кислороде ($O_2$), особенно если оно находится в виде тонкой проволоки ("стальной ваты") или порошка. При этом образуются искры и выделяется тепло. Продуктом сгорания железа в кислороде является железная окалина — оксид железа(II,III) ($Fe_3O_4$), который является смешанным оксидом. Для составления сбалансированного уравнения реакции требуется 3 атома железа и 2 молекулы кислорода.
Ответ: $3Fe + 2O_2 \xrightarrow{t} Fe_3O_4$

5. Напишите уравнения реакций горения сложных веществ:

а) метана $CH_4$

б) этилена $C_2H_4$

а) метана CH₄

Решение: Горение — это экзотермическая реакция окисления вещества, как правило, кислородом. Метан ($CH_4$) — это углеводород, представитель класса алканов. При полном сгорании (в избытке кислорода) любых углеводородов образуются два продукта: углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

1. Запишем схему реакции, указав исходные вещества (метан и кислород) и продукты (углекислый газ и вода):
$CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$

2. Уравняем (сбалансируем) количество атомов каждого химического элемента в левой и правой частях уравнения, подбирая стехиометрические коэффициенты.
- Начнем с атомов углерода (C). Слева 1 атом C в молекуле $CH_4$, справа 1 атом C в молекуле $CO_2$. Количество атомов углерода уже сбалансировано.
- Теперь сбалансируем атомы водорода (H). Слева 4 атома H в молекуле $CH_4$, а справа только 2 атома в молекуле $H_2O$. Чтобы уравнять их, поставим коэффициент 2 перед формулой воды:
$CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$
- В последнюю очередь сбалансируем атомы кислорода (O). Слева 2 атома O в молекуле $O_2$. Справа 2 атома O в $CO_2$ и еще 2 атома O в двух молекулах воды ($2 \times 1 = 2$), что в сумме дает 4 атома кислорода. Чтобы получить 4 атома кислорода слева, нужно поставить коэффициент 2 перед $O_2$:
$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

3. Проверим правильность расстановки коэффициентов:
Слева: 1 атом C, 4 атома H, 4 атома O.
Справа: 1 атом C, 4 атома H ($2 \times 2$), 4 атома O ($2 + 2 \times 1$).
Количество атомов всех элементов одинаково в обеих частях уравнения. Реакция сбалансирована.

Ответ: $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

б) этилена C₂H₄

Решение: Этилен ($C_2H_4$), также известный как этен, — это углеводород из класса алкенов. Как и в случае с метаном, продуктами его полного сгорания в кислороде являются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

1. Запишем схему реакции:
$C_2H_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$

2. Сбалансируем уравнение:
- Углерод (C): слева 2 атома, справа 1. Поставим коэффициент 2 перед $CO_2$:
$C_2H_4 + O_2 \rightarrow 2CO_2 + H_2O$
- Водород (H): слева 4 атома, справа 2. Поставим коэффициент 2 перед $H_2O$:
$C_2H_4 + O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$
- Кислород (O): слева 2 атома. Справа в двух молекулах $CO_2$ содержится 4 атома O ($2 \times 2 = 4$), а в двух молекулах $H_2O$ — 2 атома O ($2 \times 1 = 2$). Суммарное количество атомов кислорода справа — 6. Чтобы получить 6 атомов O слева, поставим коэффициент 3 перед $O_2$:
$C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$

3. Проведем проверку:
Слева: 2 атома C, 4 атома H, 6 атомов O ($3 \times 2$).
Справа: 2 атома C, 4 атома H ($2 \times 2$), 6 атомов O ($2 \times 2 + 2 \times 1$).
Уравнение сбалансировано.

Ответ: $C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$