Страница 158 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

1. При добавлении кусочка лимона или кристаллов лимонной кислоты в стакан с крепко заваренным свежим чаем наблюдается заметное осветление напитка. Интенсивный тёмно-коричневый цвет чая сменяется на более светлый, жёлто-коричневый оттенок.

Это явление является наглядным примером химической реакции и связано со свойствами красящих веществ, содержащихся в чайных листьях. Объяснение этого процесса включает несколько ключевых моментов:

Во-первых, за насыщенный цвет чая отвечают сложные органические соединения, называемые теафлавинами и теарубигинами. Эти вещества относятся к группе полифенолов и образуются в ходе ферментации (окисления) чайных листьев.

Во-вторых, эти красящие вещества являются природными кислотно-основными индикаторами. Это значит, что их цвет зависит от водородного показателя (pH) среды. В нейтральной или слабощелочной среде они имеют тёмную, насыщенную окраску.

В-третьих, лимонный сок и кристаллическая лимонная кислота содержат одно и то же вещество — лимонную кислоту, химическая формула которой $C_6H_8O_7$. При её добавлении в чай кислотность раствора повышается, а значение pH, соответственно, понижается.

В кислой среде структура молекул теафлавинов и теарубигинов изменяется (происходит их протонирование). Эта изменённая, протонированная форма молекул поглощает свет в видимом диапазоне спектра иначе, чем исходная. В результате чайный настой теряет свою интенсивную окраску и становится светлее.

Таким образом, осветление чая — это не просто разбавление цвета, а химический процесс, в котором пигменты чая меняют цвет в ответ на изменение кислотности раствора.

Ответ: При добавлении в крепкий чай лимона или лимонной кислоты чай становится значительно светлее. Это происходит потому, что красящие вещества чая (теафлавины и теарубигины) являются кислотно-основными индикаторами и меняют свою окраску на более светлую в кислой среде, создаваемой лимонной кислотой.

Решение

При смешивании раствора лимонной кислоты и пищевой соды (гидрокарбоната натрия) происходит химическая реакция нейтрализации. Лимонная кислота ($H_3C_6H_5O_7$) является органической кислотой, а пищевая сода ($NaHCO_3$) — это кислая соль, которая в водном растворе вступает в реакцию с кислотами.

В ходе этой реакции образуются цитрат натрия (соль), вода и углекислый газ. Уравнение реакции имеет следующий вид:

$H_3C_6H_5O_7(р-р) + 3NaHCO_3(тв) \rightarrow Na_3C_6H_5O_7(р-р) + 3H_2O(ж) + 3CO_2(г)\uparrow$

Главным наблюдаемым явлением является выделение углекислого газа ($CO_2$). Поскольку углекислый газ является газом, он выходит из раствора в виде множества пузырьков. Этот процесс, называемый гашением соды, и создает эффект «шипения».

Таким образом, при добавлении соды в раствор кислоты наблюдается:

– бурное выделение пузырьков газа;

– характерное шипение, которое сопровождает выход газа;

– вспенивание жидкости.

Именно благодаря этому процессу напиток становится «шипучим».

Ответ: При добавлении пищевой соды в раствор лимонной кислоты наблюдается бурная реакция, которая сопровождается шипением и обильным выделением пузырьков газа (углекислого газа), в результате чего жидкость вспенивается.

Появление налётов на изделиях из металлов свидетельствует о химических реакциях, происходящих между металлом и веществами из окружающей среды. Этот процесс называется коррозией. Для каждого металла он протекает по-своему.

Зеленоватый налёт на медных и бронзовых изделиях

Появление зеленоватого налёта, известного как патина, на медных и бронзовых (сплав на основе меди) изделиях является результатом их медленного окисления под воздействием компонентов воздуха. Медь ($Cu$) реагирует с кислородом ($O_2$), углекислым газом ($CO_2$) и водяными парами ($H_2O$), образуя сложную соль — основный карбонат меди(II).

Химический состав патины можно представить формулой $(CuOH)_2CO_3$. Уравнение реакции в упрощенном виде:

$2Cu + O_2 + CO_2 + H_2O \rightarrow (CuOH)_2CO_3$

Таким образом, зелёный налёт — это продукт коррозии меди.

Для очистки медных и бронзовых изделий от такого налёта можно использовать слабые кислоты, которые растворяют основный карбонат меди. Например, можно приготовить кашицу из лимонного сока (содержит лимонную кислоту) или уксуса (содержит уксусную кислоту) с поваренной солью и аккуратно протереть изделие мягкой тканью. Кислота вступает в реакцию с патиной, превращая её в растворимую соль меди.

Пример реакции с уксусной кислотой ($CH_3COOH$):

$(CuOH)_2CO_3 + 4CH_3COOH \rightarrow 2Cu(CH_3COO)_2 + 3H_2O + CO_2\uparrow$

Также эффективен раствор аммиака ($NH_3$), который образует с ионами меди растворимый комплекс ярко-синего цвета $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$. После очистки изделие необходимо тщательно промыть водой и высушить.

Ответ: Зеленоватый налёт на меди и бронзе — это основный карбонат меди, продукт коррозии. Для очистки можно использовать слабые кислоты (уксус, лимонный сок) или раствор аммиака.

Чёрный налёт на серебряных изделиях

Чёрный налёт на серебре — это результат реакции серебра ($Ag$) с серосодержащими соединениями, в первую очередь с сероводородом ($H_2S$), который в небольших количествах присутствует в воздухе (особенно в промышленных районах или от разложения органики). В результате этой реакции на поверхности металла образуется слой сульфида серебра ($Ag_2S$), имеющего чёрный цвет.

Реакция протекает в присутствии кислорода:

$4Ag + 2H_2S + O_2 \rightarrow 2Ag_2S\downarrow + 2H_2O$

Таким образом, чёрный налёт — это сульфид серебра, продукт химической реакции серебра с серой.

Для очистки серебряных изделий от сульфидного налёта существует несколько способов. Наиболее щадящий и эффективный — химическое восстановление. Для этого необходимо в неметаллическую ёмкость (например, стеклянную или пластиковую) положить лист алюминиевой фольги, на него — серебряное изделие, и залить всё горячим раствором пищевой соды ($NaHCO_3$) или кальцинированной соды ($Na_2CO_3$). Происходит электрохимическая реакция, в которой более активный алюминий восстанавливает серебро из сульфида:

$3Ag_2S + 2Al \rightarrow 6Ag + Al_2S_3$

Этот метод не удаляет металл с поверхности изделия, а возвращает его в первоначальное состояние. Другой способ — механическая полировка с использованием специальных паст или кашицы из соды и воды, но он является абразивным и может поцарапать изделие, снимая тонкий слой металла вместе с налётом.

Ответ: Чёрный налёт на серебре — это сульфид серебра, образующийся при реакции с серосодержащими соединениями. Очистить его можно, проведя реакцию восстановления с помощью алюминиевой фольги и раствора соды.

Решение

4. Химическая ошибка, которую допускали журналисты, заключается в неверном описании химического процесса. Магний ($Mg$) — это простое вещество, металл серебристо-белого цвета, который сам по себе не является источником света. Яркие вспышки, о которых идет речь, — это результат экзотермической химической реакции горения (интенсивного окисления) магния в кислороде воздуха.

В ходе этой реакции магний вступает во взаимодействие с кислородом ($O_2$), превращаясь в новое вещество — оксид магния ($MgO$), который представляет собой белый порошок. Этот процесс сопровождается выделением огромного количества энергии в виде света и тепла.

Уравнение данной химической реакции:

$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$

Таким образом, вспышка — это не «вспышка магния», а видимый эффект химического превращения магния в его оксид. Магний в данном случае является реагентом, который расходуется в процессе горения, а не самим светом. Говорить «вспышки магния» так же некорректно, как говорить «пламя дров» вместо «пламя, возникающее при горении дров», поскольку пламя — это раскаленные газообразные продукты реакции, а не сами дрова.

Более корректной с химической точки зрения была бы формулировка «место происшествия освещалось вспышками от горения магния» или «магниевыми вспышками».

Ответ: Ошибка заключается в том, что вспышка света является не свойством самого металла магния, а результатом его химической реакции с кислородом (горения), в ходе которой магний как вещество превращается в оксид магния. Магний — это реагент, а не сам свет.

Огнетушитель — это переносное или передвижное устройство для тушения очагов пожара за счёт выпуска запасённого огнетушащего вещества (ОТВ). Несмотря на разнообразие типов, большинство огнетушителей имеют схожую конструкцию и принцип действия.

Устройство огнетушителя

Типичный огнетушитель состоит из следующих основных частей:

• Корпус (баллон): прочная металлическая ёмкость, предназначенная для хранения огнетушащего вещества под давлением.
• Запорно-пусковое устройство (ЗПУ): механизм, установленный на горловине корпуса, который позволяет приводить огнетушитель в действие и управлять подачей ОТВ. Обычно включает в себя рычаг для активации и ручку для переноски.
• Предохранительная чека с пломбой: элемент, блокирующий случайное нажатие на пусковой рычаг. Перед использованием чеку необходимо выдернуть.
• Сифонная трубка: трубка, идущая от ЗПУ почти до дна баллона. Через неё огнетушащее вещество под давлением вытесняется из корпуса.
• Манометр: прибор, показывающий давление вытесняющего газа внутри корпуса (устанавливается на закачных огнетушителях, например, порошковых или воздушно-эмульсионных). Позволяет визуально контролировать работоспособность огнетушителя. У углекислотных огнетушителей манометр отсутствует, их исправность проверяют взвешиванием.
• Шланг с насадком (или раструб): гибкий шланг с распылителем на конце (у порошковых, пенных) или специальный раструб (у углекислотных), предназначенный для направления струи огнетушащего вещества на очаг возгорания.
• Огнетушащее вещество (ОТВ): вещество, находящееся внутри баллона, которое непосредственно тушит огонь. В зависимости от типа огнетушителя это может быть порошок, углекислый газ, вода, пена, хладон.
• Источник давления: для выброса ОТВ используется давление вытесняющего газа. Это может быть:
  • Закачанный в корпус инертный газ (азот, воздух).
  • Отдельный баллончик со сжатым или сжиженным газом внутри корпуса.
  • Газ, образующийся в результате химической реакции внутри специального газогенерирующего устройства (встречается реже).
  • Собственное давление паров огнетушащего вещества (например, у углекислотных огнетушителей, где жидкая углекислота находится под высоким давлением).

Работа огнетушителя

Принцип работы основан на вытеснении огнетушащего вещества избыточным давлением. Общий алгоритм действий для большинства ручных огнетушителей следующий:

1. Сорвать пломбу и выдернуть предохранительную чеку.
2. Направить сопло (раструб, насадок) на очаг возгорания.
3. Нажать на пусковой рычаг (или ударить по кнопке, в зависимости от конструкции ЗПУ).

При нажатии на рычаг открывается клапан запорно-пускового устройства. Сжатый газ (или собственные пары ОТВ) начинает давить на огнетушащее вещество, вытесняя его через сифонную трубку в шланг и далее через насадок наружу.

Механизм тушения зависит от типа ОТВ:

• Порошковые (ОП): порошок, попадая в зону горения, изолирует горящее вещество от кислорода и ингибирует (замедляет) химическую реакцию горения.
• Углекислотные (ОУ): сжиженный диоксид углерода ($CO_2$) при выходе из раструба резко расширяется, что сопровождается сильным охлаждением (до $-70^\circ C$) и превращением в снегообразную массу. Углекислотный "снег" охлаждает горящую поверхность и, испаряясь, вытесняет кислород из зоны горения, прекращая его.
• Воздушно-пенные (ОВП) и воздушно-эмульсионные (ОВЭ): пена или эмульсия покрывает горящую поверхность плёнкой, которая препятствует доступу кислорода и охлаждает материал.

Таким образом, огнетушитель работает за счёт создания высокого давления внутри корпуса, которое выбрасывает специальное вещество, способное охладить, изолировать от кислорода или химически затормозить реакцию горения.

Ответ: Огнетушитель представляет собой герметичный баллон с огнетушащим веществом (порошок, углекислота, пена) и запорно-пусковым устройством. Принцип его работы заключается в том, что при активации (срыв чеки и нажатие рычага) сжатый газ или собственные пары вещества под высоким давлением выталкивают огнетушащий состав через сифонную трубку и сопло на очаг пожара. В зависимости от типа вещества, тушение происходит за счет охлаждения, перекрытия доступа кислорода к огню или химического торможения реакции горения.

Тушить загоревшиеся нефтепродукты и вспыхнувшие электрические провода водой категорически запрещено по разным, но одинаково веским причинам. Для их тушения применяются специальные методы и средства.

Загоревшиеся нефтепродукты

Причина, по которой нельзя использовать воду для тушения горящих нефтепродуктов (бензина, керосина, мазута, масел), заключается в их физических свойствах. Во-первых, плотность нефтепродуктов меньше плотности воды ($ \rho_{нефти} < \rho_{воды} $), поэтому они не смешиваются с водой и всплывают на ее поверхность. При попытке залить огонь водой, она опустится вниз, а горящая жидкость окажется на ее поверхности и продолжит гореть. Это приведет к растеканию воды и, соответственно, к увеличению площади пожара.

Во-вторых, температура горения нефтепродуктов очень высока. Попадая в очаг возгорания, вода мгновенно испаряется, превращаясь в пар. Этот процесс может носить взрывной характер, вызывая разбрызгивание горящей жидкости на большие расстояния и создавая угрозу для окружающих людей и объектов.

Для тушения таких пожаров необходимо прекратить доступ кислорода к очагу горения. Этого можно достичь, накрыв очаг возгорания плотной тканью (например, брезентом или противопожарным полотном) или засыпав его песком, землей или содой. Наиболее эффективно использование специальных огнетушителей: пенных, порошковых или углекислотных. Пена покрывает горящую поверхность, изолируя ее от кислорода и охлаждая. Порошок и углекислый газ также перекрывают доступ кислорода к огню.

Ответ: Загоревшиеся нефтепродукты нельзя тушить водой, так как они легче воды и будут растекаться вместе с ней, увеличивая площадь пожара. Для тушения следует перекрыть доступ кислорода с помощью песка, плотной ткани или специальных огнетушителей (пенных, порошковых, углекислотных).

Вспыхнувшие электрические провода

Основная опасность при тушении водой электропроводки или электроприборов, находящихся под напряжением, — это риск поражения электрическим током. Обычная вода (особенно из-под крана) содержит растворенные соли и является хорошим проводником электричества. При попадании струи воды на оголенный провод под напряжением, она становится частью электрической цепи. Электрический ток может пройти по струе воды к человеку, который осуществляет тушение, и нанести ему смертельную травму.

Кроме того, вода может вызвать короткое замыкание в электросети, что приведет к новым возгораниям или выходу из строя оборудования.

Правильный порядок действий при возгорании электропроводки следующий. Первоочередная и самая важная мера — обесточить электросеть, отключив автомат в электрощитке или вывернув пробки. После отключения электроэнергии возгорание можно тушить, но наиболее безопасным и эффективным является использование углекислотных ($CO_2$) или порошковых огнетушителей. Они не проводят электрический ток и могут быть использованы даже в том случае, если нет полной уверенности, что проводка обесточена. Углекислотный огнетушитель предпочтительнее для тушения электроники, так как он не оставляет следов. Если огнетушителя нет, после обесточивания можно сбить пламя плотной тканью или засыпать его сухим песком.

Ответ: Вспыхнувшие электрические провода нельзя тушить водой из-за смертельной опасности поражения электрическим током, так как вода является проводником. Необходимо в первую очередь обесточить проводку, а затем использовать для тушения углекислотный или порошковый огнетушитель, либо сбить пламя плотной тканью или песком.