Страница 177 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Задача 2

Вариант I. Очистите химическим способом железный гвоздь от ржавчины, считая, что в состав ржавчины входят оксид железа(III) ($Fe_2O_3$) и гидроксид железа(III) ($Fe(OH)_3$).

Вариант II. Химическим способом отмойте пробирку, загрязнённую на практическом занятии гидроксидом меди(II) ($Cu(OH)_2$).

Вариант I.

Ржавчина представляет собой сложную смесь, в состав которой, согласно условию задачи, входят оксид железа(III) ($Fe_2O_3$) и гидроксид железа(III) ($Fe(OH)_3$). Оба эти соединения являются основными по своим химическим свойствам и практически нерастворимы в воде. Чтобы удалить их с поверхности железного гвоздя, необходимо перевести их в растворимую форму.

Этого можно достичь с помощью реакции с кислотами. Оксид и гидроксид железа(III) вступают в реакцию нейтрализации с кислотами, образуя растворимую соль и воду. Для этой цели можно использовать растворы сильных кислот, таких как соляная ($HCl$) или серная ($H_2SO_4$).

Химические реакции, протекающие при этом:

$Fe_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3H_2O$

$2Fe(OH)_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 6H_2O$

Важно учесть, что само железо ($Fe$), из которого сделан гвоздь, также реагирует с кислотами, особенно с сильными. Эта реакция приводит к растворению самого гвоздя:

$Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2 \uparrow$

Чтобы минимизировать повреждение гвоздя, следует использовать разбавленный раствор кислоты и проводить очистку недолго, только до исчезновения ржавчины. После обработки гвоздь необходимо тщательно промыть водой для удаления остатков кислоты и высушить, чтобы предотвратить повторное ржавление.

Более щадящим методом является использование раствора ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$), которая, реагируя с ржавчиной, образует на поверхности металла прочную защитную пленку нерастворимого фосфата железа(III), предотвращающую дальнейшую коррозию.

Ответ: Для химической очистки железного гвоздя от ржавчины его необходимо обработать раствором кислоты (например, соляной, серной или ортофосфорной). Кислота растворит оксид и гидроксид железа(III), превратив их в соли. После очистки гвоздь следует промыть водой и высушить.

Вариант II.

Гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) — это нерастворимое в воде основание голубого цвета. Чтобы отмыть пробирку от этого вещества химическим способом, его необходимо перевести в растворимое соединение.

Гидроксид меди(II), как и любое основание, легко реагирует с кислотами в реакции нейтрализации, продуктами которой являются растворимая соль и вода. Для этой цели подойдет практически любая доступная кислота, например, серная ($H_2SO_4$), соляная ($HCl$) или даже уксусная ($CH_3COOH$). Стекло пробирки устойчиво к действию этих кислот.

Рассмотрим реакцию с использованием раствора серной кислоты:

$Cu(OH)_2 (тв.) + H_2SO_4 (р-р) \rightarrow CuSO_4 (р-р) + 2H_2O (ж.)$

В результате реакции нерастворимый голубой осадок гидроксида меди(II) превращается в хорошо растворимый в воде сульфат меди(II) ($CuSO_4$), раствор которого имеет голубой цвет. Этот раствор легко смывается со стенок пробирки водой.

Таким образом, для очистки пробирки достаточно прилить в нее небольшое количество разбавленной кислоты, взболтать до полного растворения осадка, а затем вылить полученный раствор и несколько раз ополоснуть пробирку водой.

Ответ: Чтобы отмыть пробирку, загрязненную гидроксидом меди(II), необходимо добавить в нее раствор любой кислоты (например, серной или соляной). Кислота вступит в реакцию с нерастворимым основанием, образуя растворимую соль, которую затем легко смыть водой.

Задача 3

Вариант I. После практической работы остался розовый раствор. Лаборант предполагает, что это раствор лакмуса в кислой среде. Проведите несколько опытов для проверки этого предположения.

Вариант II. В склянке без этикетки находится бесцветный раствор. Предполагают, что это раствор фенолфталеина. Проведите опыт, подтверждающий или опровергающий это предположение.

Мотивированный ответ и результаты опытов запишите в произвольной форме.

Предположение состоит в том, что розовый раствор является раствором индикатора лакмуса в кислой среде. Для проверки этой гипотезы необходимо исследовать, как изменится цвет раствора при изменении его кислотности. Лакмус - это кислотно-основный индикатор, который имеет характерные цвета в разных средах: красный/розовый в кислой, фиолетовый в нейтральной и синий в щелочной.

Для проверки предположения можно провести следующие опыты:

Опыт 1: Добавление щелочи.
В пробирку с небольшим количеством исследуемого розового раствора добавляют по каплям раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$).
Ожидаемый результат: Если гипотеза верна, то по мере добавления щелочи и нейтрализации кислоты цвет раствора изменится с розового на фиолетовый (в точке нейтральности), а затем на синий (в щелочной среде).
Вывод: Наблюдение перехода окраски розовый $ \rightarrow $ фиолетовый $ \rightarrow $ синий подтвердит, что в растворе находится лакмус. Если цвет не изменится или изменится иначе (например, выпадет осадок), гипотеза будет опровергнута.

Опыт 2: Проверка обратимости изменения окраски.
К синему раствору, полученному в первом опыте, добавляют по каплям раствор сильной кислоты, например, соляной ($HCl$).
Ожидаемый результат: Если это лакмус, то цвет раствора должен измениться в обратном порядке: с синего на фиолетовый, а затем снова на розовый при создании кислой среды.
Вывод: Обратимость изменения цвета является характерным свойством кислотно-основных индикаторов и служит дополнительным подтверждением гипотезы.

Мотивированный ответ: Если в результате добавления щелочи розовый раствор становится синим, а при последующем добавлении кислоты снова розовым, можно с уверенностью утверждать, что это раствор лакмуса в кислой среде.

Ответ: Для проверки гипотезы нужно к анализируемому раствору добавить раствор щелочи. Если окраска изменится на синюю, значит, это действительно раствор лакмуса. Для дополнительного подтверждения можно к полученному синему раствору добавить кислоту — окраска должна вернуться к исходной розовой.

Предположение состоит в том, что бесцветный раствор в склянке без этикетки является раствором индикатора фенолфталеина. Фенолфталеин — это кислотно-основный индикатор, который в кислой и нейтральной средах бесцветен, а в щелочной среде (при $pH > 8,2$) приобретает яркую малиновую окраску.

Чтобы подтвердить или опровергнуть это предположение, необходимо провести следующий качественный опыт:

Опыт: Добавление щелочи.
В пробирку отбирают небольшую пробу исследуемого бесцветного раствора и добавляют к ней несколько капель раствора щелочи (например, гидроксида натрия $NaOH$ или гидроксида калия $KOH$).

Возможные результаты и выводы:

1. Раствор окрасился в малиновый цвет. Это характерный признак фенолфталеина в щелочной среде. Таким образом, предположение подтверждается. Для окончательной уверенности можно к малиновому раствору добавить избыток кислоты (например, $HCl$), что приведет к его обесцвечиванию.
2. Раствор остался бесцветным или произошли другие изменения (например, выпал осадок). Это означает, что в склянке находится не раствор фенолфталеина. В этом случае предположение опровергается.

Мотивированный ответ: Эксперимент основан на ключевом свойстве фенолфталеина — изменении цвета на малиновый в щелочной среде. Появление этой окраски при добавлении щелочи однозначно подтверждает гипотезу. Отсутствие такой реакции ее опровергает.

Ответ: Для проверки гипотезы необходимо к пробе бесцветного раствора добавить несколько капель раствора щелочи. Если раствор окрасится в малиновый цвет, то это фенолфталеин. Если раствор останется бесцветным, то это не фенолфталеин.

Задача 4

Вариант I. Из имеющихся на столе реактивов получите несколькими способами сульфат меди(II).

Вариант II. В вашем распоряжении есть магний, оксид магния, гидроксид магния, соляная кислота. Сколькими способами вы сможете получить хлорид магния, используя эти реактивы? Подберите необходимое для эксперимента оборудование и получите хлорид магния.

Вариант I. Из имеющихся на столе реактивов получите несколькими способами сульфат меди(II).

Поскольку в условии не указан точный перечень реактивов, предположим, что на столе имеются типичные для химической лаборатории вещества, позволяющие получить сульфат меди(II): медь ($Cu$), оксид меди(II) ($CuO$), гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) и серная кислота ($H_2SO_4$).

Способ 1: Взаимодействие оксида меди(II) с серной кислотой.

Реакция обмена между основным оксидом и кислотой. В результате образуется соль и вода. Уравнение реакции:

$CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

При добавлении серной кислоты к черному порошку оксида меди(II) он растворяется, и образуется раствор голубого цвета — сульфат меди(II).

Способ 2: Взаимодействие гидроксида меди(II) с серной кислотой.

Это реакция нейтрализации между основанием (нерастворимым) и кислотой с образованием соли и воды. Уравнение реакции:

$Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$

При добавлении серной кислоты к осадку гидроксида меди(II) (вещество голубого цвета) происходит его растворение и образование голубого раствора сульфата меди(II).

Способ 3: Взаимодействие меди с концентрированной серной кислотой.

Металлическая медь не реагирует с разбавленной серной кислотой, так как стоит в ряду активности металлов после водорода. Однако она вступает в окислительно-восстановительную реакцию с концентрированной серной кислотой при нагревании.

$Cu + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

В ходе реакции выделяется сернистый газ ($SO_2$) с резким запахом, поэтому опыт необходимо проводить в вытяжном шкафу.

Ответ: Сульфат меди(II) можно получить тремя способами: взаимодействием серной кислоты с оксидом меди(II), гидроксидом меди(II) или металлической медью (в случае концентрированной кислоты).

Вариант II. В вашем распоряжении есть магний, оксид магния, гидроксид магния, соляная кислота. Сколькими способами вы сможете получить хлорид магния, используя эти реактивы? Подберите необходимое для эксперимента оборудование и получите хлорид магния.

Хлорид магния ($MgCl_2$) можно получить, используя имеющиеся реактивы, тремя способами. Все способы основаны на взаимодействии магния или его соединений с соляной кислотой.

Способ 1: Реакция магния с соляной кислотой.

Активный металл магний вступает в реакцию замещения с соляной кислотой, вытесняя водород. Реакция протекает бурно.

$Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow$

Способ 2: Реакция оксида магния с соляной кислотой.

Основный оксид магния реагирует с кислотой, образуя соль и воду (реакция обмена).

$MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O$

Способ 3: Реакция гидроксида магния с соляной кислотой.

Основание гидроксид магния вступает в реакцию нейтрализации с кислотой, в результате чего образуются соль и вода.

$Mg(OH)_2 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + 2H_2O$

Необходимое для эксперимента оборудование:

Для проведения реакций и получения раствора хлорида магния потребуются: пробирки или химические стаканы, штатив для пробирок, мерный цилиндр, шпатель для взятия твердых веществ, стеклянная палочка для перемешивания. Обязательно использование средств индивидуальной защиты: защитных очков и перчаток. Для выделения твердой соли из раствора дополнительно понадобятся: выпарительная чашка, спиртовка или электроплитка, штатив с кольцом и асбестированная сетка.

Получение хлорида магния (на примере реакции $MgO$ с $HCl$):

В химический стакан помещают небольшое количество порошка оксида магния с помощью шпателя. Затем осторожно, небольшими порциями, приливают соляную кислоту, постоянно перемешивая раствор стеклянной палочкой. Кислоту добавляют до тех пор, пока весь оксид магния не растворится, что свидетельствует о завершении реакции и образовании раствора хлорида магния. Для получения твердого хлорида магния (его кристаллогидрата $MgCl_2 \cdot 6H_2O$) полученный прозрачный раствор переливают в выпарительную чашку и осторожно выпаривают воду на слабом огне, не доводя до кипения.

Ответ: Используя данные реактивы, хлорид магния можно получить тремя способами: реакцией соляной кислоты с магнием, оксидом магния или гидроксидом магния.

Задача 5

Вариант I. Получите опытным путём из хлорида железа(III) оксид железа(III).

Вариант II. Проведя два опыта, получите из хлорида меди(II) оксид меди(II).

Вариант I.

Чтобы получить оксид железа(III) из хлорида железа(III) опытным путем, необходимо провести двухстадийный синтез.

Стадия 1: Получение гидроксида железа(III).
К водному раствору хлорида железа(III) ($FeCl_3$) необходимо добавить раствор сильного основания (щелочи), например, гидроксида натрия ($NaOH$) или гидроксида калия ($KOH$). В результате реакции ионного обмена выпадает объемный студенистый осадок бурого цвета, который представляет собой гидроксид железа(III).

Уравнение химической реакции:
$FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

Стадия 2: Термическое разложение гидроксида железа(III).
Полученный осадок $Fe(OH)_3$ необходимо отделить от раствора (например, с помощью фильтрования), а затем прокалить (сильно нагреть). При высокой температуре гидроксид железа(III) разлагается на оксид железа(III) и воду. Бурый осадок превращается в красно-коричневый порошок оксида железа(III).

Уравнение химической реакции:
$2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t^\circ} Fe_2O_3 + 3H_2O$

Ответ: Для получения оксида железа(III) ($Fe_2O_3$) из хлорида железа(III) ($FeCl_3$) сначала получают гидроксид железа(III) ($Fe(OH)_3$) путем реакции со щелочью, а затем полученный гидроксид разлагают нагреванием.

Вариант II.

Для получения оксида меди(II) из хлорида меди(II) нужно провести два последовательных опыта.

Опыт 1: Получение гидроксида меди(II).
В пробирку с раствором хлорида меди(II) ($CuCl_2$), который имеет характерный голубой или сине-зеленый цвет, необходимо прилить раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$). В результате реакции обмена образуется нерастворимый гидроксид меди(II) в виде ярко-синего студенистого осадка.

Уравнение химической реакции:
$CuCl_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

Опыт 2: Термическое разложение гидроксида меди(II).
Гидроксид меди(II) — термически нестойкое соединение. Если пробирку с полученным синим осадком $Cu(OH)_2$ аккуратно нагреть (даже в пламени спиртовки), осадок быстро изменит цвет с синего на черный. Это происходит потому, что гидроксид меди(II) разлагается на оксид меди(II) (черного цвета) и воду.

Уравнение химической реакции:
$Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} CuO + H_2O$

Ответ: В первом опыте получают гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$), добавляя к раствору хлорида меди(II) ($CuCl_2$) щелочь. Во втором опыте полученный синий осадок нагревают, в результате чего он разлагается и образуется черный оксид меди(II) ($CuO$).