Страница 157 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Лабораторный опыт. Взаимодействие гидроксида цинка с растворами кислот и щелочей

1) Получите гидроксид цинка. Для этого в две пробирки налейте по 1 мл раствора с массовой долей NaOH 5% и затем добавьте раствор сульфата цинка до выпадения белого осадка $Zn(OH)_2$.

2) В одну пробирку с осадком гидроксида цинка прилейте серную или соляную кислоту. В другую пробирку добавьте избыток гидроксида натрия и встряхните.

• Что происходит в каждой из пробирок?

3) Для сравнения получите в двух пробирках гидроксид магния. К осадку в первой пробирке добавьте кислоту, а к осадку во второй — избыток щёлочи.

• Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно получить: а) гидроксид цинка; б) гидроксид магния.

• Напишите уравнения реакций гидроксида цинка: а) с соляной кислотой; б) с гидроксидом натрия.

• Чем отличается по своим свойствам гидроксид цинка от гидроксида магния?

Что происходит в каждой из пробирок?

В ходе лабораторного опыта наблюдаются следующие явления:

• В первой пробирке, при добавлении кислоты (серной или соляной) к осадку гидроксида цинка, происходит растворение белого осадка. Это связано с тем, что гидроксид цинка, проявляя основные свойства, реагирует с кислотой с образованием растворимой соли и воды.
• Во второй пробирке, при добавлении избытка раствора гидроксида натрия к осадку гидроксида цинка, белый осадок также растворяется. Это демонстрирует амфотерные свойства гидроксида цинка: он реагирует с сильной щелочью, выступая в роли кислоты, и образует растворимый комплексный гидроксоцинкат натрия.

Ответ: В обеих пробирках наблюдается растворение белого осадка гидроксида цинка.

Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно получить: а) гидроксид цинка; б) гидроксид магния.

Гидроксид цинка и гидроксид магния являются нерастворимыми основаниями, поэтому их получают реакцией обмена между растворимой солью соответствующего металла и щелочью.

а) Получение гидроксида цинка из сульфата цинка и гидроксида натрия:
$ZnSO_4 + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

б) Получение гидроксида магния из хлорида магния и гидроксида натрия:
$MgCl_2 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

Ответ: а) $ZnSO_4 + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$; б) $MgCl_2 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$.

Напишите уравнения реакций гидроксида цинка: а) с соляной кислотой; б) с гидроксидом натрия.

а) Реакция с соляной кислотой, где гидроксид цинка проявляет основные свойства:
$Zn(OH)_2 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + 2H_2O$

б) Реакция с гидроксидом натрия, где гидроксид цинка проявляет кислотные свойства (реакция с образованием комплексной соли):
$Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$

Ответ: а) $Zn(OH)_2 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + 2H_2O$; б) $Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$.

Чем отличается по своим свойствам гидроксид цинка от гидроксида магния?

Основное отличие в химических свойствах между гидроксидом цинка ($Zn(OH)_2$) и гидроксидом магния ($Mg(OH)_2$) заключается в их кислотно-основном характере.

• Гидроксид цинка ($Zn(OH)_2$) является амфотерным гидроксидом. Это означает, что он способен реагировать как с кислотами (проявляя основные свойства), так и с сильными основаниями (щелочами), проявляя кислотные свойства.
• Гидроксид магния ($Mg(OH)_2$) является основанием (слабым, нерастворимым). Он реагирует с кислотами, но не вступает в реакцию со щелочами.

Это различие наглядно демонстрируется в опыте: осадок $Zn(OH)_2$ растворяется и в кислоте, и в щелочи, в то время как осадок $Mg(OH)_2$ растворился бы только в кислоте, но не в избытке щелочи.

Ответ: Гидроксид цинка является амфотерным соединением, то есть реагирует и с кислотами, и со щелочами. Гидроксид магния проявляет только основные свойства и реагирует с кислотами, но не реагирует со щелочами.

1. Что означает слово «амфотерный»?

Слово «амфотерный» происходит от древнегреческого слова ἀμφότερος (amphoteros), что означает «и тот и другой», «обоюдный», «двойственный». В контексте химии этот термин используется для описания соединений, которые проявляют двойственность химических свойств, то есть могут вести себя и как кислоты, и как основания.

Амфотерность — это способность некоторых химических соединений в зависимости от условий проявлять либо кислотные, либо основные свойства. Такие соединения называют амфотерными.

Это означает, что амфотерное вещество будет реагировать и с кислотами, и с основаниями (щёлочами).

Рассмотрим это свойство на примере гидроксида алюминия ($Al(OH)_3$):

• При взаимодействии с сильной кислотой (например, с соляной кислотой $HCl$), гидроксид алюминия проявляет основные свойства, образуя соль и воду. В этой реакции он ведёт себя как основание.

  $Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$

• При взаимодействии с сильным основанием (щёлочью) (например, с гидроксидом натрия $NaOH$), гидроксид алюминия проявляет кислотные свойства, образуя комплексную соль. В этой реакции он ведёт себя как кислота.

  $Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$ (тетрагидроксоалюминат натрия)

Таким образом, в зависимости от партнера по реакции, амфотерное соединение может либо отдавать протон (или принимать электронную пару), действуя как кислота, либо принимать протон (или отдавать электронную пару), действуя как основание.

Другими важными примерами амфотерных веществ являются:

• Амфотерные оксиды: $ZnO$, $Al_2O_3$, $BeO$, $Cr_2O_3$, $PbO$.
• Аминокислоты: органические соединения, содержащие в своей молекуле одновременно кислотную карбоксильную группу ($-COOH$) и основную аминогруппу ($-NH_2$). Эта двойственная природа позволяет им реагировать как с кислотами, так и с основаниями.
• Вода ($H_2O$): Вода также является амфотерным веществом (амфолитом), так как её молекула может и отдавать протон (проявляя кислотные свойства), и принимать протон (проявляя основные свойства).

Ответ: Слово «амфотерный» означает способность химического соединения проявлять двойственные свойства, то есть вести себя и как кислота (реагируя с основаниями), и как основание (реагируя с кислотами) в зависимости от условий реакции.

2. В чём особенность химических свойств амфотерных оксидов?

Решение

Главная особенность химических свойств амфотерных оксидов заключается в их двойственности (амфотерности). Это означает, что они способны проявлять свойства как основных, так и кислотных оксидов в зависимости от условий реакции и реагента, с которым они взаимодействуют.

Типичными представителями амфотерных оксидов являются оксиды цинка ($ZnO$), алюминия ($Al_2O_3$), бериллия ($BeO$), хрома(III) ($Cr_2O_3$), свинца(II) ($PbO$). Рассмотрим их свойства на примерах.

1. Проявление основных свойств (реакция с кислотами)

При взаимодействии с сильными кислотами амфотерные оксиды ведут себя как типичные основные оксиды, в результате чего образуются соль и вода.

Например, реакция оксида цинка с серной кислотой:

$ZnO + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2O$

В данной реакции образуется соль (сульфат цинка) и вода.

2. Проявление кислотных свойств (реакция со щелочами)

При взаимодействии с сильными основаниями (щелочами) амфотерные оксиды проявляют кислотные свойства. Продукты реакции зависят от того, проводится ли реакция в водном растворе или путем сплавления.

• При сплавлении: образуется средняя соль (металлат) и вода. Например, для оксида алюминия:

  $Al_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{t} 2NaAlO_2 + H_2O$

  Продукт реакции — алюминат натрия.

• В водном растворе: образуется комплексная соль. Например, для оксида алюминия:

  $Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4]$

  Продукт реакции — тетрагидроксоалюминат натрия.

Таким образом, двойственная природа амфотерных оксидов позволяет им реагировать с веществами противоположного химического характера.

Ответ: Особенность химических свойств амфотерных оксидов заключается в их способности проявлять двойственные свойства: они реагируют как с кислотами (подобно основным оксидам), так и со щелочами (подобно кислотным оксидам), образуя в обоих случаях соли.