Лабораторный опыт, страница 99 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис

Глава 3. Водород. Параграф 29. Свойства и применение водорода. Подумай, ответь, выполни... - страница 99.

Условие.

Лабораторный опыт. Взаимодействие водорода с оксидом меди(II) $\text{CuO}$

1) Соберите прибор, как показано на рисунке 38, и проверьте его на герметичность.

2) Положите в пробирку 8–10 кусочков цинка и прилейте 5–6 мл раствора соляной кислоты.

3) Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой и проверьте выделяющийся водород на чистоту. Конец газоотводной трубки поместите в пробирку с оксидом меди(II), как показано на рисунке. Пробирка с оксидом меди(II) должна быть закреплена в штативе немного наклонно, чтобы её отверстие находилось ниже дна.

4) Пробирку нагрейте в том месте, где находится оксид меди(II). Как только заметите появление порошка красного цвета, нагревание прекратите. Из чёрного порошка оксида меди(II) образовалось вещество красного цвета, а на стенках пробирки образовались капельки воды.

🔵 Почему перед нагреванием оксида меди(II) в атмосфере водорода последний нужно проверить на чистоту?

🔵 Почему пробирку с оксидом меди(II) закрепляют в штативе с наклоном в сторону отверстия?

🔵 Почему нагревание требуется только до того момента, как оксид меди(II) начинает раскаляться?

🔵 Объясните, почему из чёрного порошка образовалось вещество красного цвета. Напишите уравнение реакции оксида меди(II) с водородом. $\text{CuO} + \text{H}_2 \to \text{Cu} + \text{H}_2\text{O}$. К какому типу относится эта реакция?

🔵 Какие свойства водорода подтвердил этот опыт?

Решение.

Решение 2.

Почему перед нагреванием оксида меди(II) в атмосфере водорода последний нужно проверить на чистоту?

Смесь водорода с воздухом (в котором содержится кислород) является взрывоопасной и называется «гремучим газом». При поджигании или нагревании такой смеси происходит сильный взрыв. Чтобы его избежать, необходимо сначала вытеснить весь воздух из пробирки чистым водородом и только потом начинать нагревание. Проверка на чистоту как раз и позволяет убедиться, что в пробирке больше нет воздуха.

Ответ: Смесь водорода с воздухом взрывоопасна при нагревании. Чтобы избежать взрыва, перед нагреванием необходимо вытеснить весь воздух из прибора, а чистоту водорода проверяют, чтобы убедиться в отсутствии воздуха.

Почему пробирку с оксидом меди(II) закрепляют в штативе с наклоном в сторону отверстия?

В ходе реакции восстановления меди из оксида образуется вода: $CuO + H_2 \rightarrow Cu + H_2O$. В условиях высокой температуры реакции вода образуется в виде пара, который затем конденсируется на более холодных стенках пробирки. Если пробирка наклонена дном вниз, сконденсировавшаяся вода будет стекать на раскалённое дно, что может вызвать термический шок и разрушение стекла (пробирка треснет). При наклоне в сторону отверстия вода стекает от горячей зоны к выходу из пробирки.

Ответ: В ходе реакции образуется вода, которая конденсируется на стенках пробирки. Наклон в сторону отверстия необходим для того, чтобы капли воды стекали от горячей зоны, предотвращая растрескивание раскаленного стекла.

Почему нагревание требуется только до того момента, как оксид меди(II) начинает раскаляться?

Реакция взаимодействия водорода с оксидом меди(II) является экзотермической, то есть протекает с выделением тепла. Внешнее нагревание требуется только для того, чтобы запустить реакцию, то есть сообщить реагентам энергию активации. Как только реакция началась (это видно по тому, что оксид начинает раскаляться), она продолжается самостоятельно за счёт выделяющегося тепла, и дополнительное нагревание не требуется.

Ответ: Реакция является экзотермической, то есть протекает с выделением тепла. Нагревание нужно только для её начала, а дальше она поддерживается за счет собственного тепла.

Объясните, почему из чёрного порошка образовалось вещество красного цвета. Напишите уравнение реакции оксида меди(II) с водородом. К какому типу относится эта реакция?

Чёрный порошок — это оксид меди(II) ($CuO$). В результате реакции с водородом он превращается в металлическую медь ($\text{Cu}$), которая имеет характерный красный (красно-розовый) цвет. Водород отнимает кислород у оксида меди(II), восстанавливая медь. Уравнение реакции: $CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$. Эта реакция по признаку изменения степеней окисления является окислительно-восстановительной, а по числу и составу исходных и полученных веществ — реакцией замещения.

Ответ: Из чёрного порошка оксида меди(II) ($CuO$) образуется вещество красного цвета — металлическая медь ($\text{Cu}$) — в результате его восстановления водородом. Уравнение реакции: $CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$. Эта реакция относится к типу реакций замещения (а также является окислительно-восстановительной).

Какие свойства водорода подтвердил этот опыт?

Этот опыт подтверждает два важных химических свойства водорода: 1. Восстановительные свойства: водород способен отнимать кислород у оксидов металлов (в данном случае, у $CuO$), то есть выступать в роли восстановителя. 2. Способность образовывать взрывоопасные смеси с воздухом (кислородом), так называемый «гремучий газ». Это свойство обуславливает необходимость проверки водорода на чистоту перед началом эксперимента.

Ответ: Опыт подтвердил, что водород является хорошим восстановителем (восстанавливает металлы из их оксидов) и что его смесь с воздухом взрывоопасна при нагревании.