Страница 164 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. В трёх сосудах без этикеток находятся белые кристаллы лимонной кислоты, сахара и поваренной соли. Как установить в домашних условиях, где какое вещество?

Для определения, в каком из трех сосудов находится лимонная кислота, сахар и поваренная соль, можно провести ряд простых экспериментов, используя доступные в домашних условиях средства. Поскольку все три вещества являются пищевыми, наиболее простым, но требующим осторожности, является органолептический метод (проба на вкус). Однако более безопасным и научным подходом будет использование их различных физических и химических свойств.

Дано:

Три сосуда без этикеток с белыми кристаллическими веществами:

- Лимонная кислота ($C_6H_8O_7$)

- Сахар (сахароза, $C_{12}H_{22}O_{11}$)

- Поваренная соль (хлорид натрия, $NaCl$)

Найти:

Способ идентификации каждого вещества.

Решение:

Предлагается провести два последовательных эксперимента, которые позволят надежно определить каждое вещество.

Метод 1: Нагревание

Этот метод основан на различии в температурах плавления и поведении веществ при нагревании.

1. Возьмите три небольших, чистых, сухих металлических ложки (или одну, тщательно очищая ее после каждого опыта).

2. Поместите в первую ложку небольшое количество кристаллов из первого сосуда.

3. Аккуратно нагрейте ложку над пламенем газовой плиты или на электрической конфорке, наблюдая за изменениями.

4. Повторите процедуру с образцами из второго и третьего сосудов.

Ожидаемые результаты:

- Поваренная соль: Не расплавится при нагревании в бытовых условиях, так как ее температура плавления очень высока ($801^\circ C$). Кристаллы могут лишь слегка потрескивать из-за испарения остатков влаги.

- Сахар: При нагревании кристаллы расплавятся (температура плавления $186^\circ C$), жидкость приобретет желто-коричневый цвет и появится характерный запах карамели. При дальнейшем нагревании вещество обуглится.

- Лимонная кислота: Начнет плавиться раньше сахара (температура плавления $153^\circ C$), превращаясь в бесцветную жидкость, которая затем быстро пожелтеет, закипит и обуглится с выделением едкого дыма, без запаха карамели.

Таким образом, вещество, которое не плавится, – это поваренная соль. Два других вещества можно различить по запаху при разложении (карамельный у сахара) и по тому, которое из них плавится легче (лимонная кислота).

Метод 2: Взаимодействие с пищевой содой

Этот метод основан на кислотных свойствах лимонной кислоты и является отличным способом для ее однозначной идентификации.

1. Возьмите три стакана и пронумеруйте их в соответствии с сосудами.

2. В каждый стакан поместите по половине чайной ложки вещества из соответствующего сосуда.

3. Добавьте в каждый стакан немного теплой воды и размешайте до растворения кристаллов.

4. В каждый стакан добавьте примерно половину чайной ложки пищевой соды (гидрокарбоната натрия, $NaHCO_3$).

Ожидаемые результаты:

- Лимонная кислота: Произойдет бурная реакция с шипением и выделением пузырьков газа (углекислого газа, $CO_2$). Это качественная реакция на кислоту.

Уравнение реакции: $C_6H_8O_7 + 3NaHCO_3 \rightarrow Na_3C_6H_5O_7 + 3H_2O + 3CO_2 \uparrow$

- Сахар: Никакой видимой реакции не произойдет, раствор останется прозрачным.

- Поваренная соль: Никакой видимой реакции не произойдет, раствор останется прозрачным.

Этот эксперимент позволяет точно определить лимонную кислоту. Чтобы различить оставшиеся два вещества (сахар и соль), можно просто попробовать полученные растворы на вкус: один будет сладким, а другой – соленым.

Ответ: Для идентификации веществ можно использовать два метода.
1. Нагревание: поваренная соль не расплавится; сахар расплавится с образованием карамели и характерным запахом; лимонная кислота расплавится при более низкой температуре и обуглится без запаха карамели.
2. Взаимодействие с пищевой содой: водный раствор лимонной кислоты вызовет бурное шипение (выделение газа) при добавлении соды, в то время как сахар и поваренная соль не вступят в реакцию. Оставшиеся два вещества можно различить по вкусу их водных растворов (сладкий и соленый).

2. Начертите в тетради приведённую ниже таблицу. В соответствующих графах запишите по три уравнения реакций, в которых участвуют или образуются кислоты.

разложения

1. Разложение неустойчивой сернистой кислоты на оксид серы(IV) и воду:

$H_2SO_3 \rightarrow SO_2 \uparrow + H_2O$

2. Разложение нестабильной угольной кислоты, образующейся при растворении углекислого газа в воде:

$H_2CO_3 \rightarrow CO_2 \uparrow + H_2O$

3. Разложение концентрированной азотной кислоты под действием света или при нагревании:

$4HNO_3 \xrightarrow{t, h\nu} 4NO_2 \uparrow + O_2 \uparrow + 2H_2O$

Ответ: Приведены три примера уравнений реакций разложения, в которых исходным веществом является кислота.

соединения

1. Образование серной кислоты при реакции оксида серы(VI) с водой:

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

2. Синтез соляной кислоты (хлороводорода) из простых веществ - водорода и хлора:

$H_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$

3. Получение фосфорной кислоты взаимодействием оксида фосфора(V) с водой:

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

Ответ: Приведены три примера уравнений реакций соединения, в результате которых образуется кислота.

замещения

1. Взаимодействие активного металла цинка с соляной кислотой с выделением водорода:

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

2. Взаимодействие магния с разбавленной серной кислотой:

$Mg + H_2SO_4 (\text{разб.}) \rightarrow MgSO_4 + H_2 \uparrow$

3. Вытеснение йода из йодоводородной кислоты более активным галогеном - хлором:

$Cl_2 + 2HI \rightarrow 2HCl + I_2$

Ответ: Приведены три примера уравнений реакций замещения с участием кислот.

обмена

1. Реакция нейтрализации: взаимодействие соляной кислоты с гидроксидом натрия:

$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

2. Взаимодействие кислоты с основным оксидом: реакция азотной кислоты с оксидом меди(II):

$2HNO_3 + CuO \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O$

3. Взаимодействие кислоты с солью, приводящее к образованию осадка:

$H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$

Ответ: Приведены три примера уравнений реакций обмена, в которых участвуют или образуются кислоты.

3. Какие из веществ, формулы которых приведены, реагируют с соляной кислотой:

а) $CuO$;

б) $Cu$;

в) $Cu(OH)_2$;

г) $Ag$;

д) $Al(OH)_3$?

Соляная кислота ($HCl$) — сильная кислота, которая реагирует с основными и амфотерными оксидами, основаниями, амфотерными гидроксидами и металлами, стоящими в ряду активности до водорода. Рассмотрим каждое вещество по отдельности.

а) CuO

Оксид меди(II) ($CuO$) является основным оксидом. Основные оксиды вступают в реакцию с кислотами, образуя соль и воду. Эта реакция называется реакцией обмена.

Уравнение реакции:

$CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$

В результате реакции образуется хлорид меди(II) и вода.

Ответ: Да, реагирует.

б) Cu

Медь ($Cu$) — металл, находящийся в электрохимическом ряду активности металлов после водорода ($H$). Металлы, стоящие после водорода, не способны вытеснять его из растворов кислот (за исключением кислот-окислителей, к которым соляная кислота не относится).

Ответ: Нет, не реагирует.

в) Cu(OH)₂

Гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) является нерастворимым основанием. Основания реагируют с кислотами в реакции нейтрализации, в результате которой образуются соль и вода.

Уравнение реакции:

$Cu(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + 2H_2O$

Продукты реакции — хлорид меди(II) и вода.

Ответ: Да, реагирует.

г) Ag

Серебро ($Ag$) — металл, который, как и медь, стоит в ряду активности металлов после водорода. Следовательно, серебро не может вытеснить водород из соляной кислоты.

Ответ: Нет, не реагирует.

д) Al(OH)₃

Гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$) — это амфотерный гидроксид. Амфотерные соединения могут реагировать как с кислотами, так и с основаниями. При взаимодействии с соляной кислотой гидроксид алюминия проявляет свойства основания, образуя соль и воду.

Уравнение реакции:

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

В результате реакции образуется хлорид алюминия и вода.

Ответ: Да, реагирует.

4. Впишите в схемы химических реакций недостающие формулы веществ.

а) ... + ... $\rightarrow$ $Mg(NO_3)_2$ + $H_2O$

б) ... + ... $\rightarrow$ $MgCl_2$ + $H_2$

в) ... + ... $\rightarrow$ $K_3PO_4$ + $H_2O$

г) ... + ... $\rightarrow$ $Na_2S$ + $H_2O$

а)

Продуктами реакции являются соль нитрат магния ($Mg(NO_3)_2$) и вода ($H_2O$). Такой набор продуктов характерен для реакции нейтрализации, протекающей между основанием и кислотой. Основание должно содержать катион магния ($Mg^{2+}$), следовательно, это гидроксид магния ($Mg(OH)_2$). Кислота должна содержать нитрат-анион ($NO_3^-$), следовательно, это азотная кислота ($HNO_3$). После уравнивания коэффициентов получаем итоговое уравнение.

Ответ: $Mg(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Mg(NO_3)_2 + 2H_2O$

б)

Продуктами реакции являются соль хлорид магния ($MgCl_2$) и газообразный водород ($H_2$). Такой результат получается в реакции замещения между активным металлом (в данном случае, стоящим в ряду активности до водорода) и кислотой. Металлом является магний ($Mg$), а кислотой, содержащей хлор, — соляная (хлороводородная) кислота ($HCl$).

Ответ: $Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2$

в)

Продуктами реакции являются соль фосфат калия ($K_3PO_4$) и вода ($H_2O$). Как и в пункте а), это реакция нейтрализации. Основание, содержащее катион калия ($K^+$), — это гидроксид калия ($KOH$). Кислота, содержащая фосфат-анион ($PO_4^{3-}$), — это ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$).

Ответ: $3KOH + H_3PO_4 \rightarrow K_3PO_4 + 3H_2O$

г)

Продуктами реакции являются соль сульфид натрия ($Na_2S$) и вода ($H_2O$). Это также реакция нейтрализации. Основание, содержащее катион натрия ($Na^+$), — это гидроксид натрия ($NaOH$). Кислота, содержащая сульфид-анион ($S^{2-}$), — это сероводородная кислота ($H_2S$).

Ответ: $2NaOH + H_2S \rightarrow Na_2S + 2H_2O$

5. В реакции алюминия с серной кислотой образовалось 3,42 г сульфата алюминия. Определите массу и количество (моль) алюминия, вступившего в реакцию.

Дано:

$m(Al_2(SO_4)_3) = 3,42 \text{ г}$

Найти:

$m(Al)$ - ?

$\nu(Al)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции алюминия с серной кислотой:

$2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2\uparrow$

2. Найдем молярную массу сульфата алюминия ($Al_2(SO_4)_3$). Для этого воспользуемся периодической таблицей химических элементов Д. И. Менделеева, взяв относительные атомные массы элементов и округлив их до целых чисел:

$Ar(Al) = 27$

$Ar(S) = 32$

$Ar(O) = 16$

$M(Al_2(SO_4)_3) = 2 \cdot Ar(Al) + 3 \cdot (Ar(S) + 4 \cdot Ar(O)) = 2 \cdot 27 + 3 \cdot (32 + 4 \cdot 16) = 54 + 3 \cdot (32 + 64) = 54 + 3 \cdot 96 = 54 + 288 = 342 \text{ г/моль}$.

3. Вычислим количество вещества (моль) сульфата алюминия, образовавшегося в ходе реакции, по формуле $\nu = \frac{m}{M}$:

$\nu(Al_2(SO_4)_3) = \frac{m(Al_2(SO_4)_3)}{M(Al_2(SO_4)_3)} = \frac{3,42 \text{ г}}{342 \text{ г/моль}} = 0,01 \text{ моль}$.

4. По уравнению реакции определим количество вещества алюминия, вступившего в реакцию. Соотношение количеств веществ алюминия и сульфата алюминия составляет 2:1.

$\frac{\nu(Al)}{2} = \frac{\nu(Al_2(SO_4)_3)}{1}$

Отсюда находим количество вещества алюминия:

$\nu(Al) = 2 \cdot \nu(Al_2(SO_4)_3) = 2 \cdot 0,01 \text{ моль} = 0,02 \text{ моль}$.

5. Зная количество вещества алюминия, найдем его массу по формуле $m = \nu \cdot M$:

$M(Al) = 27 \text{ г/моль}$

$m(Al) = \nu(Al) \cdot M(Al) = 0,02 \text{ моль} \cdot 27 \text{ г/моль} = 0,54 \text{ г}$.

Ответ: масса алюминия, вступившего в реакцию, равна 0,54 г, а его количество вещества составляет 0,02 моль.

Используя Интернет и другие источники информации, ознакомьтесь с биографией Н. Н. Бекетова.

Николай Николаевич Бекетов (1827–1911) – выдающийся русский учёный, один из основоположников физической химии и химической динамики, академик Петербургской академии наук. Его труды заложили основы для многих современных направлений в химии и металлургии.

Ранние годы и образование

Николай Бекетов родился 1 (13) января 1827 года в селе Новая Бекетовка Пензенской губернии в дворянской семье. Начальное образование получил дома. В 1844 году поступил на естественное отделение Казанского университета, а в 1846 году перевёлся в Петербургский университет. Окончив его в 1849 году со степенью кандидата, он начал свою научную деятельность в лаборатории знаменитого химика Н. Н. Зинина.

Научная и педагогическая деятельность

В 1855 году, защитив магистерскую диссертацию, Бекетов был назначен адъюнктом на кафедру химии в Харьковский университет, с которым связана большая часть его научной жизни. Именно здесь он провёл свои самые значимые исследования.

Ключевые достижения Н. Н. Бекетова:

• Создание вытеснительного ряда металлов. В период с 1859 по 1865 год Бекетов провёл фундаментальные исследования по вытеснению одних металлов другими из растворов их солей. Результатом этой работы стало создание ряда активности металлов (также известного как электрохимический ряд напряжений или ряд Бекетова). Этот ряд, в котором металлы расположены в порядке уменьшения их химической активности, стал краеугольным камнем неорганической химии и показал зависимость направления реакций от положения металлов в этом ряду.
• Разработка принципов алюминотермии. Бекетов впервые установил, что при высоких температурах алюминий способен восстанавливать металлы из их оксидов. Это открытие заложило научную основу алюминотермии — метода получения металлов, сплавов и лигатур, который нашёл широкое применение в металлургии (например, в процессе термосварки).
• Основание первой в России кафедры физической химии. В 1864 году по инициативе Бекетова в Харьковском университете была открыта кафедра физической химии, одна из первых в мире. С 1865 года он начал читать самостоятельный курс лекций по физической химии, определив её как науку, изучающую зависимость химических превращений от физических условий.
• Исследования в области химического сродства. В своей докторской диссертации «Исследования над явлениями вытеснения одних элементов другими» (1865) Бекетов изучал влияние масс реагирующих веществ и других факторов на химическое равновесие, тем самым предвосхитив некоторые положения закона действующих масс.

Поздние годы и наследие

В 1886 году Н. Н. Бекетов переехал в Санкт-Петербург, где был избран ординарным академиком Петербургской академии наук. Он работал в химической лаборатории академии, читал лекции на Высших женских курсах, был одним из организаторов Русского физико-химического общества и неоднократно избирался его президентом.

Николай Николаевич Бекетов скончался 30 ноября (13 декабря) 1911 года в Санкт-Петербурге. Его вклад в науку огромен: он не только совершил важнейшие открытия, но и создал крупную научную школу, воспитав плеяду талантливых химиков. Его имя навсегда вписано в историю мировой химической науки.

Ответ: Николай Николаевич Бекетов (1827–1911) — выдающийся русский физико-химик, заложивший основы учения о химическом сродстве и химической динамике. Его главные научные заслуги включают создание ряда активности металлов (ряда Бекетова), открытие принципов алюминотермии и организацию одной из первых в мире кафедр физической химии в Харьковском университете в 1864 году.