Страница 26 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Используя Интернет и другие источники информации, прочитайте об алхимии. Найдите и просмотрите видеоматериалы, иллюстрирующие признаки химических реакций.

Используя Интернет и другие источники информации, прочитайте об алхимии.

Алхимия — это древняя область натурфилософии и протонаука, предшественница современной химии. Она была распространена в различных культурах на протяжении тысячелетий, от Древнего Египта и Греции до исламского мира и средневековой Европы, и даже в Индии и Китае.

Основные цели алхимиков были многогранны и часто имели как практический, так и духовный аспект:

• Трансмутация металлов: Самая известная цель — превращение неблагородных металлов, таких как свинец, в благородные, в первую очередь в золото. Этот процесс символизировал достижение совершенства и просветления.
• Поиски философского камня: Легендарного вещества, которое, как считалось, способно осуществлять трансмутацию металлов. Также ему приписывали способность даровать вечную жизнь или исцелять все болезни.
• Создание эликсира жизни (панацеи): Мифического напитка, дарующего бессмертие или вечную молодость. Часто считалось, что философский камень является ключевым ингредиентом эликсира.

Несмотря на то, что главные цели алхимии (получение золота из свинца, создание эликсира бессмертия) так и не были достигнуты, её вклад в развитие науки огромен. В своих поисках алхимики:

• Разработали множество лабораторных приборов и оборудования, многие из которых, в усовершенствованном виде, используются и сегодня (например, перегонный куб, реторты, водяная баня).
• Открыли и описали множество новых веществ: серную, азотную и соляную кислоты, спирт, фосфор, сурьму, висмут, цинк.
• Разработали и усовершенствовали важные химические процессы, такие как дистилляция (перегонка), кристаллизация, сублимация (возгонка), фильтрация.
• Накопили огромный объем эмпирических знаний о свойствах веществ и их превращениях, что заложило фундамент для научной химии, которая начала формироваться в XVII-XVIII веках благодаря работам Роберта Бойля и Антуана Лавуазье.

Таким образом, алхимия была не просто лженаукой, а важным этапом в истории познания человеком природы вещества, переходным звеном от мифологических представлений к научному методу.

Ответ: Алхимия — это протонаука и философское учение, предшествовавшее химии, основной целью которого был поиск философского камня для превращения неблагородных металлов в золото и создания эликсира жизни. Несмотря на мистицизм, алхимики внесли значительный вклад в науку: разработали лабораторное оборудование и процессы (дистилляция, кристаллизация), открыли множество новых веществ (кислоты, спирт, некоторые элементы) и заложили экспериментальную основу для становления современной химии.

Найдите и просмотрите видеоматериалы, иллюстрирующие признаки химических реакций.

Химическая реакция — это процесс, в результате которого из одних веществ (реагентов) образуются другие вещества (продукты), отличающиеся от исходных по составу и свойствам. Протекание химических реакций часто сопровождается внешними эффектами, которые называют признаками химических реакций.

Для поиска видеоматериалов можно использовать запросы: "признаки химических реакций видео", "зрелищные химические опыты", "горение магния", "реакция соды и уксуса", "фараонова змея".

Основные признаки, которые можно наблюдать в таких видео:

• Выделение газа: Наблюдается в виде пузырьков или вскипания.
  Пример: взаимодействие пищевой соды (гидрокарбоната натрия $NaHCO_3$) с уксусом (раствором уксусной кислоты $CH_3COOH$). Выделяется углекислый газ ($CO_2$).
  $NaHCO_3 + CH_3COOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O + CO_2 \uparrow$
• Образование или растворение осадка: В прозрачном растворе появляется нерастворимое твердое вещество (осадок), которое может иметь разный цвет.
  Пример: при сливании растворов иодида калия ($KI$) и нитрата свинца(II) ($Pb(NO_3)_2$) выпадает яркий желтый осадок иодида свинца(II) ($PbI_2$).
  $2KI (р-р) + Pb(NO_3)_2 (р-р) \rightarrow PbI_2 \downarrow + 2KNO_3 (р-р)$
• Изменение цвета: Исходные вещества одного цвета превращаются в продукты другого цвета.
  Пример: добавление раствора хлорида железа(III) ($FeCl_3$) к раствору роданида калия ($KSCN$) вызывает появление интенсивного кроваво-красного окрашивания.
• Выделение или поглощение тепла:
  • Экзотермические реакции идут с выделением тепла, смесь нагревается. Пример: гашение негашеной извести (оксида кальция $CaO$) водой ($H_2O$) с сильным разогревом.
  • Эндотермические реакции идут с поглощением тепла, смесь охлаждается. Пример: растворение нитрата аммония ($NH_4NO_3$) в воде.
• Появление света: Некоторые реакции сопровождаются свечением (хемилюминесценция).
  Пример: свечение химических световых палочек (лайтстиков), горение магния (яркая белая вспышка).
• Появление запаха: Образуется газообразное вещество с характерным запахом.
  Пример: действие соляной кислоты ($HCl$) на сульфид железа(II) ($FeS$) приводит к выделению сероводорода ($H_2S$) — газа с запахом тухлых яиц.

Ответ: Признаками химических реакций являются внешние эффекты, сопровождающие превращение веществ. К ним относятся: выделение газа, образование или растворение осадка, изменение цвета, выделение или поглощение тепла, появление света и запаха. Эти признаки указывают на то, что в системе образовались новые химические вещества.

1. Сравните физические и химические явления. Ответ проиллюстрируйте конкретными примерами.

Все изменения, происходящие с веществами в природе, принято делить на физические и химические явления. Основное различие между ними заключается в том, изменяется ли состав вещества в результате процесса.

Физические явления

Физическими явлениями называют процессы, в результате которых изменяется агрегатное состояние вещества, его форма, размеры или другие физические свойства, но состав вещества остаётся неизменным. То есть, новые вещества не образуются, а молекулы исходных веществ сохраняются. Такие процессы, как правило, обратимы. Примерами физических явлений являются: таяние льда, когда твёрдая вода ($H_2O$) превращается в жидкую воду ($H_2O$); кипение воды, когда жидкая вода ($H_2O$) превращается в пар ($H_2O$); замерзание воды (кристаллизация); растворение сахара в воде, где молекулы сахара распределяются между молекулами воды, но не изменяются; ковка металла, когда изменяется форма изделия, но не сам металл; распространение звука или света; протекание электрического тока в проводнике.

Химические явления (химические реакции)

Химическими явлениями, или химическими реакциями, называют процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие, новые вещества с новыми свойствами. В ходе химических реакций происходит перегруппировка атомов, разрушение старых и образование новых химических связей. Эти процессы часто необратимы или труднообратимы. Признаками химических реакций могут быть выделение или поглощение тепла и света, изменение цвета, появление запаха, образование осадка или выделение газа. Примерами химических явлений являются: горение дров, где целлюлоза взаимодействует с кислородом, образуя углекислый газ, воду и золу; ржавление железа, когда железо ($Fe$) реагирует с кислородом ($O_2$) и водой ($H_2O$), образуя ржавчину; скисание молока, при котором молочный сахар превращается в молочную кислоту; гашение соды уксусом, в результате чего выделяется углекислый газ ($CO_2$); фотосинтез в растениях, где из углекислого газа и воды образуются глюкоза и кислород.

Сравнение физических и химических явлений

При сравнении этих двух типов явлений можно выделить следующие ключевые отличия. Во-первых, состав вещества: при физических явлениях он не меняется, а при химических — образуются новые вещества. Это главное отличие. Во-вторых, состояние молекул: при физических явлениях молекулы остаются целыми, меняется лишь расстояние между ними, в то время как при химических явлениях молекулы исходных веществ разрушаются, и из атомов образуются молекулы новых веществ. В-третьих, обратимость: физические явления чаще всего легко обратимы (воду можно заморозить и растопить), а химические реакции часто необратимы (сгоревшую древесину невозможно превратить обратно в полено). В-четвертых, энергетические эффекты: химические реакции, как правило, сопровождаются значительным выделением или поглощением энергии, в то время как при физических явлениях эти изменения менее выражены.

Ответ: Физические явления — это изменения агрегатного состояния или формы вещества без изменения его химического состава (например, таяние льда, измельчение камня). Химические явления (реакции) — это процессы, в результате которых образуются новые вещества с новыми свойствами, так как изменяется состав исходных веществ (например, горение дерева, ржавление железа). Ключевое различие состоит в том, что при химических явлениях одни вещества превращаются в другие, а при физических — нет.

2. Заполните таблицу, используя ваш жизненный опыт. Результат обсудите с соседом по парте.

Примеры явлений

Значение этих явлений в жизни и деятельности человека

1. Физические явления

1) . . . . . . . .

2) . . . . . . . . и т. д.

2. Химические явления

1) . . . . . . . .

2) . . . . . . . . и т. д.

1. Физические явления

1) Кипение и испарение воды.
Значение этих явлений в жизни и деятельности человека: Эти процессы, являющиеся примерами изменения агрегатного состояния вещества, имеют фундаментальное значение. Кипение воды используется для приготовления пищи и стерилизации. Испарение воды с поверхности океанов и суши является ключевым звеном круговорота воды в природе, обеспечивая нас пресной водой. В промышленности водяной пар, полученный при кипении, вращает турбины на тепловых и атомных электростанциях для выработки электричества, а также используется в системах отопления.

2) Электрический ток.
Значение этих явлений в жизни и деятельности человека: Направленное движение заряженных частиц лежит в основе практически всей современной техники. Благодаря электрическому току работают осветительные приборы, бытовая техника (холодильники, компьютеры), промышленные станки, медицинское оборудование (аппараты МРТ, рентген). Электричество приводит в движение общественный транспорт (метро, трамваи, поезда) и электромобили. Также оно является основой для всех современных средств связи и передачи информации, от телефона до интернета.

Ответ: Физические явления, такие как изменение агрегатного состояния воды (кипение, испарение) и электрический ток, являются основой для приготовления пищи, обеспечения энергией (электрической и тепловой), работы транспорта, промышленности и систем связи.

2. Химические явления

1) Горение.
Значение этих явлений в жизни и деятельности человека: Горение (например, природного газа на кухне, дров в камине, бензина в двигателе) — это химическая реакция с выделением тепла и света. Это один из главных способов получения энергии человеком. Мы используем горение для обогрева домов, приготовления пищи, получения электричества на тепловых электростанциях. Двигатели внутреннего сгорания, работающие за счет горения топлива, приводят в движение подавляющее большинство автомобилей, кораблей и самолетов.

2) Ржавление железа (коррозия).
Значение этих явлений в жизни и деятельности человека: Это химическая реакция окисления железа, в результате которой образуется ржавчина. В основном это явление имеет негативное значение, так как приводит к разрушению мостов, трубопроводов, кузовов автомобилей и других железных конструкций, что наносит огромный экономический ущерб и создает угрозу безопасности. Однако, изучив этот процесс, человек научился с ним бороться: созданы нержавеющие сплавы, разработаны различные защитные покрытия (краски, лаки, оцинковка), что позволяет продлить срок службы металлических изделий и конструкций.

Ответ: Химические явления, такие как горение и коррозия, играют огромную роль. Горение является основным источником энергии для быта, промышленности и транспорта, в то время как понимание процесса коррозии (ржавления) позволяет человеку создавать долговечные и надежные металлические конструкции и материалы.

3. Каковы условия возникновения и течения химических реакций? Пользуясь знаниями из курсов физики и географии и на основе своего жизненного опыта приведите 3–4 примера химических явлений и опишите признаки их протекания.

Решение

Условия возникновения и течения химических реакций

Для того чтобы химическая реакция началась и продолжалась, необходимо соблюдение ряда условий. Их можно разделить на две группы: условия, необходимые для начала реакции, и условия, влияющие на ее скорость.

Условия для начала (возникновения) реакции:

• Соприкосновение (контакт) реагирующих веществ. Частицы веществ (атомы, молекулы, ионы) должны столкнуться друг с другом, чтобы провзаимодействовать. Для увеличения площади контакта твердые вещества измельчают и перемешивают, а также используют их растворы.
• Энергия активации. Для разрыва старых химических связей в молекулах исходных веществ и образования новых требуется определенный избыток энергии, называемый энергией активации. Чтобы сообщить частицам эту энергию, часто необходимо:
  • Нагревание. Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию частиц, что приводит к более частым и сильным столкновениям.
  • Облучение светом. Некоторые реакции (фотохимические) инициируются квантами света (например, фотосинтез).
  • Электрический ток. Электролиз — это совокупность реакций, протекающих под действием электрического тока.
  • Механическое воздействие. Удар или трение могут инициировать реакцию в некоторых смесях.

Условия, влияющие на скорость (течение) реакции:

• Природа реагирующих веществ. Разные вещества обладают разной химической активностью.
• Концентрация. Чем выше концентрация реагентов (для газов и растворов), тем чаще сталкиваются их частицы и тем выше скорость реакции.
• Температура. Как правило, повышение температуры на каждые 10°C увеличивает скорость большинства реакций в 2–4 раза.
• Площадь поверхности соприкосновения. Для гетерогенных реакций (между веществами в разных агрегатных состояниях) скорость тем выше, чем больше площадь поверхности контакта. Например, древесная пыль сгорает со взрывом, в то время как полено горит медленно.
• Наличие катализатора или ингибитора. Катализаторы — вещества, которые ускоряют химическую реакцию, но сами в ней не расходуются. Ингибиторы, наоборот, замедляют реакции.

Ответ: Основными условиями для возникновения и протекания химических реакций являются: тесный контакт реагентов, достижение энергии активации (часто путем нагревания), а также такие факторы, как природа веществ, их концентрация, температура, площадь соприкосновения и наличие катализаторов.

Примеры химических явлений и признаки их протекания

Ниже приведены примеры химических явлений из разных областей знаний и повседневной жизни с описанием их характерных признаков.

1. Горение дров в костре (жизненный опыт, физика). Это реакция окисления целлюлозы, содержащейся в древесине, кислородом воздуха.
   Признаки:
   • Выделение большого количества тепла (тепловое излучение).
   • Выделение света (яркое пламя).
   • Появление запаха (продукты сгорания).
   • Изменение вещества: твердая древесина превращается в хрупкий уголь (золу) и газообразные продукты (углекислый газ, водяной пар, дым).
2. Ржавление железа (жизненный опыт, физика). Это медленная реакция взаимодействия железа с кислородом в присутствии воды.
   Признаки:
   • Изменение цвета: блестящий сероватый металл покрывается рыхлым буро-коричневым налетом (ржавчиной).
   • Изменение свойств: прочный и пластичный металл становится хрупким и ломким.
   • Реакция идет с выделением тепла, но настолько медленно, что заметить это без приборов невозможно.
3. Химическое выветривание известняка (география). Это процесс разрушения горных пород, содержащих карбонат кальция (известняк, мел, мрамор), под действием природных кислот, в первую очередь угольной кислоты, образующейся при растворении углекислого газа из атмосферы в дождевой воде. В результате образуется растворимый гидрокарбонат кальция. Уравнение реакции: $CaCO_3 (тв) + H_2O (ж) + CO_2 (г) \rightarrow Ca(HCO_3)_2 (р-р)$.
   Признаки:
   • Постепенное растворение и разрушение горной породы.
   • Образование характерных форм рельефа: карстовых воронок, пещер, желобов на поверхности скал.
   • Изменение состава воды: она обогащается растворенными солями кальция, становясь "жесткой".
4. Скисание молока (жизненный опыт). Это процесс молочнокислого брожения, при котором молочнокислые бактерии превращают молочный сахар (лактозу) в молочную кислоту.
   Признаки:
   • Изменение вкуса и запаха: появляются характерный кислый вкус и запах.
   • Изменение консистенции: жидкое молоко густеет, белок казеин сворачивается (выпадает в виде осадка, хлопьев), образуя простоквашу.
   • Изменение химической среды: среда становится кислой.

Ответ: Примерами химических явлений служат горение дров, ржавление железа, химическое выветривание горных пород и скисание молока. Их протекание можно определить по таким признакам, как выделение тепла и света, изменение цвета, запаха, вкуса, агрегатного состояния, выпадение осадка или растворение твердого вещества.

1. К физическим явлениям не относится

1) замерзание воды

2) плавление алюминия

3) горение бензина

4) испарение воды

Для того чтобы определить, какой из предложенных процессов не является физическим явлением, необходимо понимать разницу между физическими и химическими явлениями.

Физические явления – это процессы, в результате которых изменяется агрегатное состояние вещества (например, плавление, кипение, замерзание), его форма или размеры, но состав вещества остаётся неизменным.

Химические явления (или химические реакции) – это процессы, при которых одни вещества превращаются в другие, новые вещества с иными свойствами и составом.

Рассмотрим каждый вариант:

1) замерзание воды

При замерзании вода переходит из жидкого состояния в твёрдое (лёд). Химическая формула вещества не меняется, это по-прежнему вода ($H_2O$). Происходит лишь изменение агрегатного состояния. Следовательно, это физическое явление.

2) плавление алюминия

При плавлении алюминий переходит из твёрдого состояния в жидкое. Состав вещества ($Al$) остаётся тем же. Это изменение агрегатного состояния, то есть физическое явление.

3) горение бензина

Горение — это процесс окисления, в данном случае — углеводородов, входящих в состав бензина, кислородом из воздуха. В результате этой химической реакции образуются совершенно новые вещества: углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$). Поскольку происходит превращение одних веществ в другие, горение бензина является химическим явлением.

4) испарение воды

При испарении вода переходит из жидкого состояния в газообразное (пар). Химический состав вещества ($H_2O$) при этом не изменяется. Это изменение агрегатного состояния, то есть физическое явление.

Таким образом, единственным процессом, который не относится к физическим явлениям, является горение бензина.

Ответ: 3

2. К химическим явлениям не относится

1) ржавление железа

2) подгорание пищи

3) горение бензина

4) испарение воды

Решение

Для ответа на вопрос необходимо различать химические и физические явления. Химические явления (реакции) — это процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие, новые вещества с новыми свойствами. Физические явления — это изменения агрегатного состояния, формы или других физических свойств вещества без изменения его химического состава.

Проанализируем предложенные варианты:

1) ржавление железа

Ржавление — это химическая реакция окисления железа ($Fe$) кислородом ($O_2$) в присутствии воды. В результате образуется новое вещество со сложным составом — ржавчина (например, гидратированный оксид железа(III) $Fe_2O_3 \cdot nH_2O$). Так как исходное вещество (железо) превращается в новое (ржавчину), это химическое явление.

2) подгорание пищи

При подгорании пищи происходят сложные химические превращения органических веществ (белков, жиров, углеводов) под действием высокой температуры. Образуются новые соединения, в том числе уголь (углерод), что проявляется в изменении цвета, запаха и вкуса. Это химическое явление.

3) горение бензина

Горение — это интенсивная химическая реакция окисления. Бензин, состоящий из углеводородов, реагирует с кислородом, образуя новые вещества — углекислый газ ($CO_2$) и воду ($H_2O$), при этом выделяется большое количество тепла и света. Это химическое явление.

4) испарение воды

Испарение — это переход вещества из жидкого состояния в газообразное. При испарении жидкая вода превращается в водяной пар. Химическая формула вещества ($H_2O$) остается неизменной. Меняется только агрегатное состояние и расстояние между молекулами, но не сами молекулы. Следовательно, испарение воды — это физическое явление, а не химическое.

Ответ: 4