Лабораторный опыт, страница 104 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Лабораторный опыт. Взаимодействие водорода с оксидом меди(II) $CuO$

1) Соберите прибор, как показано на рисунке 40, 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. К какому типу относится эта реакция?

Какие свойства водорода подтвердил этот опыт?

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

Смесь водорода с кислородом (содержащимся в воздухе) является взрывоопасной при нагревании и известна как «гремучий газ». Чтобы избежать взрыва, необходимо перед началом нагревания вытеснить весь воздух из пробирки с оксидом меди(II) чистым водородом. Проверка водорода на чистоту (обычно поджиганием небольшой пробы газа; тихий хлопок свидетельствует о чистоте, а громкий «лающий» звук — о наличии опасной смеси) является обязательной мерой безопасности.

Ответ: Водород проверяют на чистоту, чтобы убедиться, что весь воздух вытеснен из прибора, и избежать взрыва «гремучего газа» (смеси водорода и кислорода) при нагревании.

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

В ходе реакции восстановления оксида меди(II) водородом одним из продуктов является вода ($H_2O$). При высокой температуре реакции вода образуется в виде пара. Перемещаясь к более холодному отверстию пробирки, пар конденсируется в капли жидкой воды. Если бы пробирка была закреплена горизонтально или с наклоном вверх, капли воды стекали бы обратно на раскаленное стекло, что могло бы привести к его растрескиванию из-за резкого перепада температур (термического удара). Наклон пробирки в сторону отверстия позволяет воде стекать и скапливаться в холодной части пробирки, не контактируя с горячей зоной.

Ответ: Пробирку закрепляют с наклоном в сторону отверстия, чтобы образующаяся в реакции вода в виде конденсата стекала к выходу и не попадала на горячие стенки пробирки, что могло бы вызвать ее растрескивание.

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. Первоначальное нагревание необходимо для того, чтобы сообщить реагентам энергию активации и запустить реакцию. Как только реакция начинается (что видно по раскаливанию оксида меди), она сама выделяет достаточное количество тепла для своего продолжения. Дальнейшее внешнее нагревание не требуется и может быть даже вредным, так как избыток тепла может повредить пробирку.

Ответ: Реакция является экзотермической. Нагревание нужно лишь для ее начала (для достижения энергии активации), а дальше она протекает самопроизвольно с выделением 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 ходе реакции водород ($H_2$) выступает в роли восстановителя: он отнимает кислород у оксида меди. В результате оксид меди(II) восстанавливается до чистой металлической меди ($Cu$), которая имеет характерный красно-розовый цвет.

Уравнение реакции: $CuO + H_2 \xrightarrow{t^\circ} Cu + H_2O$

Эта реакция относится к типу реакций замещения, так как атомы простого вещества (водорода) замещают атомы одного из элементов в сложном веществе (меди в оксиде). Также это окислительно-восстановительная реакция, поскольку элементы меняют свои степени окисления: медь восстанавливается ($Cu^{+2} \rightarrow Cu^0$), а водород окисляется ($H_2^0 \rightarrow 2H^{+1}$).

Ответ: Вещество красного цвета — это металлическая медь ($Cu$), которая образуется в результате восстановления чёрного оксида меди(II) ($CuO$) водородом. Уравнение реакции: $CuO + H_2 \xrightarrow{t^\circ} Cu + H_2O$. Тип реакции — замещение (а также окислительно-восстановительная).

Какие свойства водорода подтвердил этот опыт?

Данный опыт наглядно подтверждает следующие химические свойства водорода:
1. Восстановительные свойства: Водород способен отнимать кислород у оксидов металлов (в данном случае у оксида меди), то есть является восстановителем. Это его ключевое химическое свойство, продемонстрированное в эксперименте.
2. Способность образовывать взрывоопасные смеси с воздухом (кислородом): Необходимость проверки водорода на чистоту перед нагреванием указывает на то, что его смесь с воздухом взрывается при поджигании или сильном нагревании.

Ответ: Опыт подтвердил, что водород является сильным восстановителем (восстанавливает металлы из их оксидов) и образует с воздухом взрывоопасные смеси.