Страница 181 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

а) В реакции лития с кислородом при нагревании образуется оксид лития ($Li_2O$). Исходная схема реакции:

$Li + O_2 \xrightarrow{t} Li_2O$

Для уравнивания количества атомов кислорода (2 в левой части, 1 в правой) поставим коэффициент 2 перед формулой оксида лития $Li_2O$.

$Li + O_2 \xrightarrow{t} 2Li_2O$

Теперь в правой части стало 4 атома лития ($2 \times 2 = 4$), а в левой — 1. Чтобы уравнять количество атомов лития, поставим коэффициент 4 перед $Li$ в левой части уравнения. Проверяем: слева 4 атома $Li$ и 2 атома $O$; справа 4 атома $Li$ и 2 атома $O$. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $4Li + O_2 \xrightarrow{t} 2Li_2O$.

б) В реакции алюминия с кислородом при нагревании образуется оксид алюминия ($Al_2O_3$), в котором алюминий проявляет степень окисления +3. Исходная схема реакции:

$Al + O_2 \xrightarrow{t} Al_2O_3$

В левой части 2 атома кислорода, в правой — 3. Наименьшее общее кратное для 2 и 3 равно 6. Чтобы получить 6 атомов кислорода в обеих частях, поставим коэффициент 3 перед $O_2$ и 2 перед $Al_2O_3$.

$Al + 3O_2 \xrightarrow{t} 2Al_2O_3$

Теперь в правой части 4 атома алюминия ($2 \times 2 = 4$), а в левой — 1. Поставим коэффициент 4 перед $Al$ в левой части. Проверяем: слева 4 атома $Al$ и 6 атомов $O$; справа 4 атома $Al$ и 6 атомов $O$. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $4Al + 3O_2 \xrightarrow{t} 2Al_2O_3$.

в) Железо реагирует с хлором при нагревании, образуя хлорид железа(III) ($FeCl_3$). Исходное уравнение реакции:

$Fe + Cl_2 \xrightarrow{t} FeCl_3$

В левой части 2 атома хлора, в правой — 3. Наименьшее общее кратное для 2 и 3 равно 6. Поставим коэффициент 3 перед $Cl_2$ и 2 перед $FeCl_3$.

$Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t} 2FeCl_3$

В правой части теперь 2 атома железа, а в левой — 1. Поставим коэффициент 2 перед $Fe$ в левой части. Проверяем: слева 2 атома $Fe$ и 6 атомов $Cl$; справа 2 атома $Fe$ и 6 атомов $Cl$. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t} 2FeCl_3$.

г) Данная схема описывает процесс коррозии (ржавления) железа, который протекает в присутствии воды и кислорода. Продуктом является гидроксид железа(III) ($Fe(OH)_3$). Исходная схема:

$Fe + H_2O + O_2 \rightarrow Fe(OH)_3$

Это окислительно-восстановительная реакция. Уравняем её методом подбора коэффициентов. Начнём с уравнивания атомов водорода. В правой части в одной формульной единице $Fe(OH)_3$ 3 атома водорода, а в левой в молекуле $H_2O$ - 2 атома. Наименьшее общее кратное 6. Поставим коэффициент 2 перед $Fe(OH)_3$ и 3 перед $H_2O$.

$Fe + 3H_2O + O_2 \rightarrow 2Fe(OH)_3$

Теперь в правой части 2 атома железа, поэтому поставим коэффициент 2 перед $Fe$ слева.

$2Fe + 3H_2O + O_2 \rightarrow 2Fe(OH)_3$

Посчитаем атомы кислорода. Слева: 3 из $3H_2O$ и 2 из $O_2$, итого 5. Справа: $2 \times 3 = 6$. Чтобы уравнять кислород, нам нужно изменить коэффициенты. Попробуем удвоить количество продукта, поставив коэффициент 4 перед $Fe(OH)_3$.

$Fe + H_2O + O_2 \rightarrow 4Fe(OH)_3$

Теперь справа 4 атома $Fe$, 12 атомов $H$ и 12 атомов $O$. Уравняем $Fe$ и $H$ в левой части:

$4Fe + 6H_2O + O_2 \rightarrow 4Fe(OH)_3$

Проверим кислород в левой части: 6 атомов из $6H_2O$ и 2 атома из $O_2$, всего 8. Справа 12. Не хватает 4 атомов кислорода. Это 2 молекулы $O_2$. Значит, коэффициент перед $O_2$ должен быть 3 ($6 + 3 \times 2 = 12$).

Проверяем финальное уравнение: слева 4 $Fe$, 12 $H$ ($6 \times 2$), 12 $O$ ($6 \times 1 + 3 \times 2$); справа 4 $Fe$, 12 $H$ ($4 \times 3$), 12 $O$ ($4 \times 3$). Уравнение сбалансировано.

Ответ: $4Fe + 6H_2O + 3O_2 \rightarrow 4Fe(OH)_3$.

Не производя вычислений, укажите, в каком из оксидов серы — (IV) или (VI) — содержание кислорода больше.

Оксид серы (IV) имеет формулу $SO_2$, а оксид серы (VI) — $SO_3$. В обоих оксидах содержится один атом серы. Однако в оксиде серы (VI) на один атом серы приходится три атома кислорода, в то время как в оксиде серы (IV) — только два. Поскольку масса атома серы в обоих соединениях одинакова, а масса присоединенного кислорода в $SO_3$ больше, чем в $SO_2$, то и относительное содержание (массовая доля) кислорода будет больше в том оксиде, где атомов кислорода больше. Следовательно, в оксиде серы (VI) содержание кислорода выше.

Ответ: содержание кислорода больше в оксиде серы (VI).

Найдите массовую долю кислорода в каждом из указанных оксидов.

Дано:

Оксид серы (IV) - $SO_2$

Оксид серы (VI) - $SO_3$

Относительная атомная масса серы $Ar(S) = 32$

Относительная атомная масса кислорода $Ar(O) = 16$

Найти:

$ω(O)$ в $SO_2$ — ?

$ω(O)$ в $SO_3$ — ?

Решение:

Массовая доля элемента в веществе вычисляется по формуле:

$ω(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)}$

где $n$ — число атомов элемента в молекуле, $Ar(Э)$ — относительная атомная масса элемента, $Mr(вещества)$ — относительная молекулярная масса вещества.

1. Для оксида серы (IV), $SO_2$:

Сначала найдем относительную молекулярную массу $SO_2$:

$Mr(SO_2) = Ar(S) + 2 \cdot Ar(O) = 32 + 2 \cdot 16 = 32 + 32 = 64$

Теперь вычислим массовую долю кислорода в $SO_2$:

$ω(O \text{ в } SO_2) = \frac{2 \cdot Ar(O)}{Mr(SO_2)} = \frac{2 \cdot 16}{64} = \frac{32}{64} = 0.5$

В процентах это составляет $0.5 \cdot 100\% = 50\%$.

2. Для оксида серы (VI), $SO_3$:

Сначала найдем относительную молекулярную массу $SO_3$:

$Mr(SO_3) = Ar(S) + 3 \cdot Ar(O) = 32 + 3 \cdot 16 = 32 + 48 = 80$

Теперь вычислим массовую долю кислорода в $SO_3$:

$ω(O \text{ в } SO_3) = \frac{3 \cdot Ar(O)}{Mr(SO_3)} = \frac{3 \cdot 16}{80} = \frac{48}{80} = 0.6$

В процентах это составляет $0.6 \cdot 100\% = 60\%$.

Ответ: массовая доля кислорода в оксиде серы (IV) составляет 50%, а в оксиде серы (VI) — 60%.

Потребность в подводе теплоты для протекания химической реакции зависит от ее теплового эффекта, то есть от того, является ли реакция эндотермической (идет с поглощением тепла) или экзотермической (идет с выделением тепла), а также от наличия энергетического барьера (энергии активации).

Реакции, требующие постоянной подачи теплоты

Постоянный подвод энергии извне необходим для протекания эндотермических реакций. Эти реакции идут с поглощением теплоты, которая расходуется на разрыв химических связей в исходных веществах. Если прекратить нагревание, реакция остановится.

К таким реакциям относится большинство реакций разложения, при которых из одного сложного вещества образуется несколько более простых.

Пример: разложение гидроксида меди(II) при нагревании. Для протекания реакции требуется постоянный нагрев:

$Cu(OH)_2(т) \xrightarrow{t^\circ} CuO(т) + H_2O(г)$

Ответ: постоянная подача теплоты необходима для эндотермических реакций, к которым в большинстве случаев относятся реакции разложения.

Реакции, требующие только первоначальной подачи теплоты

Только первоначальная подача теплоты требуется для экзотермических реакций, которые имеют высокую энергию активации. В этом случае нагревание необходимо лишь для того, чтобы запустить реакцию (сообщить реагентам энергию активации). После начала реакции она продолжается самостоятельно за счет выделяющейся теплоты, которая поддерживает ее дальнейшее протекание.

К таким реакциям относится большинство реакций соединения, особенно реакции горения.

Пример: горение серы в кислороде. Необходимо сначала поджечь серу, после чего она будет гореть самостоятельно, выделяя тепло и свет:

$S(т) + O_2(г) \rightarrow SO_2(г)$

Ответ: только первоначальная подача теплоты необходима для экзотермических реакций с высокой энергией активации, к которым в большинстве случаев относятся реакции соединения.

Что наблюдаете? (после добавления моркови или картофеля)

При добавлении в стакан с 3%-м раствором перекиси водорода свеженатертой моркови или картофеля начинается бурная реакция. Жидкость сильно вспенивается из-за обильного выделения пузырьков газа.

Ответ: Наблюдается бурное выделение газа (вспенивание).

Что наблюдаете? (при опускании зажжённой лучинки)

Если в стакан, не касаясь жидкости, опустить тлеющую лучинку, она ярко вспыхнет и загорится.

Ответ: Тлеющая лучинка ярко вспыхивает.

Попробуйте дать объяснение наблюдаемому явлению.

В живых клетках моркови и картофеля содержится особый белок-фермент — каталаза. Ферменты являются биологическими катализаторами, то есть веществами, которые значительно ускоряют химические реакции, но сами в процессе не расходуются. Каталаза ускоряет реакцию разложения пероксида водорода ($H_2O_2$), который сам по себе разлагается очень медленно. Реакция протекает с образованием воды ($H_2O$) и кислорода ($O_2$).

Уравнение реакции: $2H_2O_2 \xrightarrow{каталаза} 2H_2O + O_2 \uparrow$

Именно выделяющийся газообразный кислород вызывает вспенивание жидкости. Так как кислород — это газ, который поддерживает горение, тлеющая лучинка, помещенная в атмосферу с высоким содержанием кислорода, ярко вспыхивает. Это является качественной реакцией на кислород.

Ответ: Наблюдаемое явление — это каталитическое разложение пероксида водорода под действием фермента каталазы, который содержится в клетках овощей. В результате реакции выделяется кислород, вызывающий вспенивание и возгорание тлеющей лучинки.

Ферменты — это биологические катализаторы белковой природы, которые многократно ускоряют химические реакции в живых организмах. В курсе анатомии человека подробно изучается работа пищеварительных ферментов. Их основная задача — расщепление сложных органических веществ (белков, жиров и углеводов), поступающих с пищей, на более простые компоненты, которые могут всосаться в кровь и усвоиться клетками тела.

Процесс пищеварения представляет собой конвейер, где на каждом этапе в различных отделах желудочно-кишечного тракта действуют свои специфические ферменты, работающие в определённых условиях (например, при разном уровне кислотности).

Примеры действия ферментов:

• В ротовой полости

  Пищеварение начинается уже в ротовой полости. Слюнные железы выделяют слюну, которая содержит ферменты амилазу (также известную как птиалин) и мальтазу. Амилаза начинает расщепление сложных углеводов (крахмала) до дисахарида мальтозы. Затем мальтаза расщепляет мальтозу до простого сахара — глюкозы. Именно поэтому, если долго жевать крахмалистую пищу, например хлеб или картофель, появляется сладковатый вкус.

• В желудке

  В желудке пища подвергается воздействию желудочного сока, который содержит соляную кислоту и фермент пепсин. Соляная кислота создает сильнокислую среду (рН 1,5-2,5), которая необходима для активации пепсина. Пепсин начинает основной этап переваривания белков, расщепляя их крупные молекулы на более короткие фрагменты — полипептиды.

• В тонком кишечнике

  Это основной отдел пищеварения, куда поступают ферменты из поджелудочной железы и стенок самого кишечника. Среда здесь щелочная.

  Ферменты поджелудочной железы:

  • Трипсин: продолжает расщепление белков и полипептидов до аминокислот.
  • Липаза: расщепляет жиры на глицерин и жирные кислоты. Этому процессу помогает желчь, вырабатываемая печенью, которая предварительно эмульгирует жиры (разбивает на мелкие капли), увеличивая площадь для действия липазы.
  • Панкреатическая амилаза: завершает расщепление углеводов до простых сахаров.

  Ферменты, вырабатываемые стенками тонкого кишечника (например, сахараза, лактаза, пептидазы), завершают процесс, расщепляя дисахариды и короткие пептиды до конечных продуктов: моносахаридов (глюкоза, фруктоза) и аминокислот, которые затем всасываются в кровь.

Ответ: Примерами действия ферментов, изучаемыми в курсе анатомии, являются: расщепление крахмала амилазой слюны в ротовой полости; расщепление белков пепсином в кислой среде желудка; расщепление жиров липазой, белков — трипсином, и углеводов — амилазой в щелочной среде тонкого кишечника под действием сока поджелудочной железы.

При обычных условиях сухое железо пассивируется сухим хлором. На его поверхности образуется тонкая, плотная и прочная пленка хлорида железа(III) ($FeCl_3$), которая препятствует дальнейшему взаимодействию металла с хлором. Именно поэтому сухой хлор можно хранить и транспортировать в стальных (железных) баллонах.

Ситуация кардинально меняется в присутствии воды. Вода в данном процессе является не просто средой, а активным химическим реагентом. Она вступает в реакцию диспропорционирования с хлором, в результате чего образуются две кислоты: соляная ($HCl$) и хлорноватистая ($HClO$):

$Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HClO$

Образовавшиеся кислоты, в первую очередь сильная соляная кислота, разрушают защитную пленку хлорида и начинают активно реагировать с железом:

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$

Хлорноватистая кислота ($HClO$) является сильным окислителем и также способствует интенсивной коррозии, окисляя железо до степени окисления +3. Таким образом, вода превращает относительно инертный по отношению к железу хлор в очень агрессивную коррозионную среду.

Ответ: Вода играет роль химического реагента, который вступает в реакцию с хлором с образованием соляной и хлорноватистой кислот. Эти кислоты разрушают защитную пленку на поверхности железа и вступают с ним в реакцию, вызывая его быструю коррозию.

Поскольку в вопросе не приведены конкретные реакции из параграфа, для демонстрации выполнения задания мы дадим подробную характеристику по указанному плану для нескольких типичных химических реакций.

Пример 1: Синтез аммиака

Уравнение реакции: $N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г)$

а) характер и число реагентов и продуктов

В реакцию вступают два простых вещества (азот и водород), а в результате образуется одно сложное вещество (аммиак). Это реакция соединения. В реакции участвуют два реагента и образуется один продукт.

Ответ: реакция соединения; 2 реагента, 1 продукт.

б) направление

Реакция протекает одновременно как в прямом, так и в обратном направлении, что указывается знаком обратимости $\rightleftharpoons$. Реакция не идет до конца, а приводит к состоянию химического равновесия.

Ответ: реакция обратимая.

в) наличие катализатора

Синтез аммиака в промышленности является каталитическим процессом. Для увеличения скорости реакции используют катализаторы, например, губчатое железо с примесями оксидов.

Ответ: реакция каталитическая.

г) выделение или поглощение теплоты

Прямая реакция синтеза аммиака протекает с выделением значительного количества теплоты. Такие реакции называются экзотермическими. Уравнение с указанием теплового эффекта: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3 + 92,4$ кДж.

Ответ: реакция экзотермическая.

Пример 2: Разложение карбоната кальция

Уравнение реакции: $CaCO_3(тв) \xrightarrow{t} CaO(тв) + CO_2(г)$

а) характер и число реагентов и продуктов

Из одного сложного вещества (карбонат кальция) образуется два других вещества (оксид кальция и диоксид углерода). Это реакция разложения. В реакции участвует один реагент и образуется два продукта.

Ответ: реакция разложения; 1 реагент, 2 продукта.

б) направление

В открытой системе, когда газообразный диоксид углерода $CO_2$ покидает зону реакции, реакция протекает только в одном направлении и является необратимой.

Ответ: реакция необратимая (в данных условиях).

в) наличие катализатора

Реакция протекает при сильном нагревании (около 900-1000 °C) и не требует участия катализатора.

Ответ: реакция некаталитическая.

г) выделение или поглощение теплоты

Для разложения карбоната кальция необходимо постоянно подводить теплоту извне. Реакции, идущие с поглощением теплоты, называются эндотермическими. Уравнение с указанием теплового эффекта: $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2 - 178$ кДж.

Ответ: реакция эндотермическая.

Пример 3: Взаимодействие цинка с соляной кислотой

Уравнение реакции: $Zn(тв) + 2HCl(р-р) \rightarrow ZnCl_2(р-р) + H_2(г)\uparrow$

а) характер и число реагентов и продуктов

Атомы простого вещества (цинк) замещают атомы водорода в сложном веществе (соляная кислота). Это реакция замещения. В реакции участвуют два реагента и образуется два продукта.

Ответ: реакция замещения; 2 реагента, 2 продукта.

б) направление

Реакция идет до полного израсходования одного из реагентов и является необратимой, так как один из продуктов (водород) является газом и улетучивается из раствора.

Ответ: реакция необратимая.

в) наличие катализатора

Данная реакция протекает самопроизвольно при комнатной температуре и не требует катализатора.

Ответ: реакция некаталитическая.

г) выделение или поглощение теплоты

Реакция протекает с выделением теплоты, что можно заметить по нагреванию пробирки. Это экзотермическая реакция.

Ответ: реакция экзотермическая.