Страница 75 - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

1. Как распознать по внешнему виду хлорид меди(II) и хлорид кальция, если они находятся в склянках без этикеток? Как доказать это химическими опытами?

Как распознать по внешнему виду хлорид меди(II) и хлорид кальция, если они находятся в склянках без этикеток?

Хлорид меди(II) и хлорид кальция можно легко различить по их внешнему виду, в частности, по цвету. Это связано с тем, что соединения переходных металлов (к которым относится медь) в большинстве своем окрашены, в то время как соединения щелочноземельных металлов (к которым относится кальций) обычно являются белыми.

• Хлорид меди(II) ($CuCl_2$): В безводном виде это кристаллический порошок коричневого цвета. Однако в лабораторных условиях чаще всего встречается его кристаллогидрат — дигидрат хлорида меди(II) ($CuCl_2 \cdot 2H_2O$), который представляет собой кристаллы характерного сине-зеленого цвета.
• Хлорид кальция ($CaCl_2$): Это белое кристаллическое вещество. Его кристаллогидраты ($CaCl_2 \cdot nH_2O$) также имеют белый цвет.

Следовательно, можно сделать предварительный вывод, что склянка с сине-зелеными кристаллами содержит хлорид меди(II), а склянка с белыми кристаллами — хлорид кальция.

Ответ: Хлорид меди(II) (в виде гидрата) представляет собой кристаллы сине-зеленого цвета, в то время как хлорид кальция — белые кристаллы. Их можно различить по этому цвету.

Как доказать это химическими опытами?

Чтобы экспериментально подтвердить состав веществ в каждой склянке, необходимо провести качественные реакции на катионы меди ($Cu^{2+}$) и кальция ($Ca^{2+}$). Эксперимент можно провести по следующему плану:

1. Растворение в воде. Отберем пробы веществ из каждой склянки и растворим их в воде в отдельных пробирках. Уже на этом этапе мы увидим различие:
   • Раствор хлорида меди(II) будет иметь синий или зеленый цвет (в зависимости от концентрации).
   • Раствор хлорида кальция будет бесцветным.
2. Проведение качественных реакций.
   • Тест на ион меди(II) ($Cu^{2+}$): К полученному окрашенному раствору добавим по каплям раствор щелочи (например, гидроксида натрия $NaOH$). В результате реакции выпадет объемистый студенистый осадок синего цвета — гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$).
     Уравнение реакции: $CuCl_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$
   • Тест на ион кальция ($Ca^{2+}$): К бесцветному раствору добавим раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$). Образуется белый кристаллический осадок карбоната кальция ($CaCO_3$).
     Уравнение реакции: $CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl$
3. Альтернативный способ подтверждения (пламенный тест). Этот метод является очень наглядным. Небольшое количество каждого кристаллического вещества вносят в пламя газовой горелки (например, на кончике чистой нихромовой или платиновой проволоки).
   • Пламя окрасится в ярко-зеленый или сине-зеленый цвет, что характерно для ионов меди.
   • Пламя окрасится в кирпично-красный цвет, что является качественной реакцией на ионы кальция.

Ответ: Для доказательства необходимо провести качественные реакции. При добавлении раствора щелочи ($NaOH$) к раствору хлорида меди(II) выпадает синий осадок $Cu(OH)_2$. При добавлении раствора карбоната натрия ($Na_2CO_3$) к раствору хлорида кальция выпадает белый осадок $CaCO_3$. Также можно провести пламенный тест: соли меди окрашивают пламя в зеленый цвет, а соли кальция — в кирпично-красный.

2. В склянках без этикеток находятся порошки оксида железа(III) и оксида магния ($MgO$). Могли бы вы распознать их по внешнему виду? Как доказать это химическими опытами?

Распознавание по внешнему виду

Да, распознать оксид железа(III) и оксид магния по внешнему виду возможно. Эти два вещества имеют разный цвет. Оксид железа(III), химическая формула $Fe_2O_3$, представляет собой порошок красно-коричневого или бурого цвета (в быту известен как ржавчина). Оксид магния, химическая формула $MgO$, является порошком белого цвета. Таким образом, по цвету порошков можно предварительно определить, в какой склянке находится каждое из веществ.

Ответ: Распознать вещества по внешнему виду можно, так как оксид железа(III) — это порошок красно-коричневого цвета, а оксид магния — порошок белого цвета.

Химическое доказательство

Чтобы химически доказать, где какое вещество, можно провести ряд качественных реакций. Наиболее наглядно это можно сделать, растворив оксиды в кислоте и затем проведя реакции на образовавшиеся катионы металлов.

Опыт 1. Взаимодействие с кислотой.

Отберем пробы порошков в две разные пробирки и добавим в каждую раствор сильной кислоты, например, соляной ($HCl$) или серной ($H_2SO_4$).

1. В пробирке, где находится оксид железа(III) ($Fe_2O_3$), порошок растворится с образованием раствора желто-коричневого цвета. Это цвет соли железа(III), в данном случае хлорида железа(III).
   Уравнение реакции: $Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O$
2. В пробирке с оксидом магния ($MgO$) белый порошок растворится, образуя бесцветный раствор хлорида магния.
   Уравнение реакции: $MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O$

Уже на этом этапе можно сделать вывод о природе веществ по цвету полученных растворов.

Опыт 2. Качественные реакции на катионы.

Для более надежного доказательства к полученным в первом опыте растворам можно добавить раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$).

1. При добавлении щелочи к раствору хлорида железа(III) выпадет объемный бурый (красно-коричневый) осадок гидроксида железа(III) ($Fe(OH)_3$).
   Уравнение реакции: $FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$
2. При добавлении щелочи к раствору хлорида магния выпадет белый студенистый осадок гидроксида магния ($Mg(OH)_2$).
   Уравнение реакции: $MgCl_2 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

Также для определения иона $Fe^{3+}$ можно использовать специфический реагент – роданид калия ($KSCN$). При его добавлении к раствору, содержащему ионы $Fe^{3+}$, появится интенсивное кроваво-красное окрашивание.

Ответ: Для доказательства нужно провести химические реакции. При добавлении соляной кислоты оксид железа(III) образует желто-коричневый раствор, а оксид магния — бесцветный. При последующем добавлении к этим растворам щелочи в первом случае выпадет бурый осадок ($Fe(OH)_3$), а во втором — белый ($Mg(OH)_2$).

3. В склянках без этикеток находятся два белых порошка: оксид кальция и оксид фосфора(V). Как доказать, что в одной из склянок находится оксид фосфора(V)?

Решение

Для того чтобы доказать, в какой из склянок находится оксид фосфора(V), необходимо воспользоваться различием в химических свойствах оксида кальция ($CaO$) и оксида фосфора(V) ($P_2O_5$). Оксид кальция ($CaO$) — это основный оксид, который при реакции с водой образует основание (щелочь). Оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) — это кислотный оксид, который при реакции с водой образует кислоту. Это различие в свойствах позволяет их распознать с помощью кислотно-основных индикаторов.

Для распознавания веществ нужно провести следующий эксперимент:

1. Отобрать пробы белых порошков из каждой склянки в две отдельные пробирки.

2. В обе пробирки прилить дистиллированную воду и тщательно перемешать. При этом произойдут следующие химические реакции:

В пробирке с оксидом кальция образуется гидроксид кальция, создавая щелочную среду:

$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

В пробирке с оксидом фосфора(V) образуется ортофосфорная кислота, создавая кислотную среду:

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

3. В каждую пробирку добавить несколько капель раствора индикатора, например, лакмуса, или опустить в растворы лакмусовые индикаторные бумажки.

Наблюдения:

В пробирке, где исходным веществом был оксид фосфора(V), полученный раствор кислоты окрасит лакмус в красный цвет.

В пробирке, где исходным веществом был оксид кальция, полученный раствор щелочи окрасит лакмус в синий цвет.

Таким образом, по изменению цвета индикатора на красный можно однозначно доказать, что в данной склянке находился оксид фосфора(V).

Ответ: Необходимо к пробам порошков добавить воду, а затем в полученные растворы — индикатор (например, лакмус). В той склянке, где находится оксид фосфора(V), раствор окрасит лакмус в красный цвет, что свидетельствует об образовании кислоты.