Страница 78 - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

26. Предложите несколько способов получения хлорида цинка из выданных веществ: цинка, оксида цинка, карбоната цинка, гидроксида цинка и соляной кислоты. Запишите уравнения химических реакций, отметьте признаки и условия их протекания в тех

Дано:

Вещества: цинк ($Zn$), оксид цинка ($ZnO$), карбонат цинка ($ZnCO_3$), гидроксид цинка ($Zn(OH)_2$), соляная кислота ($HCl$).

Найти:

Способы получения хлорида цинка ($ZnCl_2$) из данных веществ, уравнения реакций, их признаки и условия протекания.

Решение:

Хлорид цинка ($ZnCl_2$) можно получить четырьмя способами, используя имеющиеся реагенты. Во всех случаях одним из реагентов будет соляная кислота, так как она является источником хлорид-ионов.

1. Взаимодействие цинка с соляной кислотой

Цинк — металл, который в электрохимическом ряду напряжений стоит до водорода, поэтому он способен вытеснять водород из кислот (кроме концентрированной азотной). Происходит реакция замещения.

Уравнение химической реакции:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$

Признаки реакции: наблюдается растворение твердого металлического цинка и выделение пузырьков бесцветного газа без запаха — водорода.

Условия протекания: реакция протекает при комнатной температуре. Нагревание ускоряет реакцию.

Ответ: хлорид цинка можно получить при реакции цинка с соляной кислотой по уравнению $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$.

2. Взаимодействие оксида цинка с соляной кислотой

Оксид цинка ($ZnO$) является амфотерным оксидом и реагирует с сильными кислотами с образованием соли и воды. Это реакция обмена (нейтрализации).

Уравнение химической реакции:

$ZnO + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O$

Признаки реакции: белый порошок оксида цинка растворяется, образуя прозрачный бесцветный раствор.

Условия протекания: реакция протекает при комнатной температуре, но для ускорения растворения можно слегка подогреть смесь.

Ответ: хлорид цинка можно получить при реакции оксида цинка с соляной кислотой по уравнению $ZnO + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O$.

3. Взаимодействие гидроксида цинка с соляной кислотой

Гидроксид цинка ($Zn(OH)_2$) — амфотерное основание, нерастворимое в воде. Он вступает в реакцию нейтрализации с соляной кислотой, образуя растворимую соль и воду.

Уравнение химической реакции:

$Zn(OH)_2 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + 2H_2O$

Признаки реакции: белый студенистый осадок гидроксида цинка растворяется в кислоте.

Условия протекания: реакция протекает при обычных условиях (комнатная температура).

Ответ: хлорид цинка можно получить при реакции гидроксида цинка с соляной кислотой по уравнению $Zn(OH)_2 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + 2H_2O$.

4. Взаимодействие карбоната цинка с соляной кислотой

Карбонат цинка ($ZnCO_3$) — это соль, образованная слабым основанием и слабой, неустойчивой кислотой. Он реагирует с сильной соляной кислотой по типу реакции обмена. Образующаяся угольная кислота ($H_2CO_3$) тут же разлагается на углекислый газ и воду.

Уравнение химической реакции:

$ZnCO_3 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

Признаки реакции: наблюдается растворение белого твердого вещества и бурное выделение газа ("вскипание"). Выделяющийся газ — углекислый ($CO_2$), он бесцветный и не имеет запаха.

Условия протекания: реакция протекает самопроизвольно при комнатной температуре.

Ответ: хлорид цинка можно получить при реакции карбоната цинка с соляной кислотой по уравнению $ZnCO_3 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$.

28. Как по внешнему виду соли иодида калия обнаружить в ней примесь иода? Как это подтвердить химическими реакциями?

Как по внешнему виду соли иодида калия обнаружить в ней примесь иода?

Чистый иодид калия ($KI$) представляет собой белое кристаллическое вещество без запаха. Элементарный иод ($I_2$) — это тёмно-фиолетовые кристаллы с металлическим блеском и характерным запахом. Если в иодиде калия присутствует примесь свободного иода, соль теряет свою белизну и приобретает желтоватый или бурый оттенок. Окраска обусловлена как самим иодом, так и образованием трииодид-ионов ($I_3^-$) при взаимодействии иода с иодид-ионами в присутствии даже следов влаги. Этот процесс описывается равновесием:
$I_2 + I^- \rightleftharpoons I_3^-$
Трииодид-ион в растворе имеет жёлто-коричневую окраску. Таким образом, по изменению цвета соли с белого на желтоватый или бурый можно визуально определить наличие примеси иода.

Ответ: Присутствие примеси иода в иодиде калия можно обнаружить по изменению цвета соли с белого на желтоватый или бурый.

Как это подтвердить химическими реакциями?

Подтвердить наличие примеси свободного (элементарного) иода можно с помощью очень чувствительной качественной реакции с крахмалом. Для проведения анализа необходимо:
1. Растворить небольшое количество анализируемой соли в дистиллированной воде.
2. К полученному раствору добавить несколько капель свежеприготовленного раствора крахмала (крахмального клейстера).
В случае присутствия в растворе свободного иода ($I_2$) наблюдается появление интенсивного синего или сине-фиолетового окрашивания. Это происходит вследствие образования адсорбционного комплекса иода с амилозой (компонентом крахмала). Чистый иодид калия, содержащий только иодид-ионы ($I^-$), такой реакции не даёт, и раствор останется бесцветным. Появление синей окраски однозначно свидетельствует о наличии примеси свободного иода.

Ответ: Необходимо растворить образец соли в воде и добавить к раствору крахмальный клейстер. Появление интенсивного синего окрашивания подтверждает наличие примеси свободного иода.

29. Какую реакцию вы предлагаете использовать, чтобы восстановить блеск потускневшего медного изделия?

Потускнение медных изделий происходит из-за химической реакции меди с компонентами воздуха, такими как кислород, сероводород и диоксид углерода. В результате на поверхности металла образуется налет (патина), который в основном состоит из оксида меди(II) ($CuO$) черного цвета, оксида меди(I) ($Cu_2O$) красно-коричневого цвета, а также со временем может образовываться зеленоватый налет, представляющий собой смесь основного карбоната меди ($(CuOH)_2CO_3$) и основного сульфата меди ($(CuOH)_2SO_4$).

Чтобы восстановить блеск, необходимо удалить этот налет, не повредив при этом сам металл. Для этого можно использовать реакцию растворения оксидов и основных солей меди в кислотах. Наиболее безопасным и доступным является использование слабых органических кислот, таких как уксусная ($CH_3COOH$) или лимонная ($C_6H_8O_7$), которые содержатся в бытовых продуктах (уксус, лимонный сок, кетчуп).

Предлагаемая реакция

Основной компонент темного налета — оксид меди(II), являющийся основным оксидом. Он вступает в реакцию нейтрализации с кислотой, образуя растворимую соль меди и воду. Например, при использовании уксусной кислоты (содержится в столовом уксусе) протекает следующая реакция обмена:

$CuO(тв) + 2CH_3COOH(р-р) \rightarrow (CH_3COO)_2Cu(р-р) + H_2O(ж)$

В этой реакции твердый черный оксид меди(II) ($CuO$) взаимодействует с уксусной кислотой ($CH_3COOH$) с образованием ацетата меди(II) ($(CH_3COO)_2Cu$) — растворимого в воде соединения сине-зеленого цвета — и воды ($H_2O$). Таким образом, налет растворяется и смывается с поверхности, обнажая чистый блестящий слой меди.

Аналогично будут реагировать и другие компоненты налета, например, основной карбонат меди:

$(CuOH)_2CO_3(тв) + 4CH_3COOH(р-р) \rightarrow 2(CH_3COO)_2Cu(р-р) + 3H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$

На практике для ускорения процесса часто используют смесь уксуса с поваренной солью ($NaCl$). Хлорид-ионы ($Cl^−$) действуют как комплексообразователь, связывая ионы меди в устойчивые комплексные ионы (например, $[CuCl_4]^{2−}$), что способствует более быстрому и полному растворению налета.

Ответ: Для восстановления блеска потускневшего медного изделия предлагается использовать реакцию взаимодействия налета (в основном оксида меди(II) $CuO$) со слабой кислотой, например, уксусной ($CH_3COOH$). В результате реакции образуется растворимая соль меди (ацетат меди(II)), которая легко удаляется с поверхности, возвращая изделию первоначальный блеск. Уравнение основной реакции: $CuO + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Cu + H_2O$.

30. Объясните, почему нейтральный раствор лакмуса, добавленный в свежеприготовленную хлорную воду, обесцвечивается, а раствор лакмуса, добавленный в хлорную воду, приготовленную давно, становится красным.

Данное явление объясняется химическими превращениями, которые происходят в водном растворе хлора с течением времени.

Почему нейтральный раствор лакмуса, добавленный в свежеприготовленную хлорную воду, обесцвечивается

Хлорная вода — это раствор хлора ($Cl_2$) в воде ($H_2O$). При растворении хлор вступает в обратимую реакцию с водой, в результате которой образуются две кислоты: соляная ($HCl$) и хлорноватистая ($HClO$).
$Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HClO$
Хотя обе кислоты создают кислую среду, ключевую роль играет хлорноватистая кислота ($HClO$). Она является очень сильным окислителем. $HClO$ нестабильна и легко разлагается с выделением атомарного кислорода, который обладает высокой реакционной способностью:
$HClO \rightarrow HCl + [O]$
Атомарный кислород окисляет молекулы органических красителей, таких как лакмус, разрушая их хромофорные группы (участки молекулы, отвечающие за цвет). В результате этого окисления (отбеливания) лакмус теряет свой цвет. Процесс обесцвечивания происходит настолько быстро, что он преобладает над изменением цвета лакмуса на красный под действием кислой среды.

Ответ: В свежеприготовленной хлорной воде присутствует хлорноватистая кислота ($HClO$), которая является сильным окислителем и обесцвечивает (окисляет) лакмус.

Почему раствор лакмуса, добавленный в хлорную воду, приготовленную давно, становится красным

При длительном хранении, особенно под действием света, нестабильная хлорноватистая кислота ($HClO$) полностью разлагается. Продуктами ее разложения являются стабильная соляная кислота и кислород:
$2HClO \xrightarrow{h\nu} 2HCl + O_2 \uparrow$
Таким образом, "старая" хлорная вода по своему составу представляет собой, по сути, разбавленный раствор соляной кислоты ($HCl$). В ней уже отсутствует сильный окислитель — хлорноватистая кислота.
При добавлении лакмуса в такой раствор он выполняет свою обычную функцию кислотно-основного индикатора. В кислой среде, создаваемой соляной кислотой, лакмус изменяет свой цвет на красный. Поскольку отбеливающего компонента в растворе больше нет, обесцвечивания не происходит.

Ответ: В хлорной воде, приготовленной давно, хлорноватистая кислота разложилась, и в растворе осталась в основном соляная кислота ($HCl$), которая создает кислую среду и окрашивает лакмус в красный цвет.