Практическая работа №4, страница 124 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

Практическая работа №4

Решение экспериментальных задач по теме «Металлы»

1. Опытным путем докажите, какие из этих металлов растворяются в соляной кислоте: цинк, железо, олово и медь.

2. Сульфат цинка содержит примесь сульфата меди. Очистите сульфат цинка от примеси опытным путем.

3. У вас на рабочем столе находятся растворы солей хлорида меди $(\text{II})$, нитрата свинца $(\text{II})$, нитрата серебра и сульфата цинка. Какие из перечисленных металлов (железо, свинец, медь, алюминий) могут вступить в реакцию замещения с данными растворами?

4. Осуществите следующие превращения: $Mg \to Mgo \to Mg(OH)_2 \to MgCl_2$.

5. Даны растворы следующих веществ: соляная кислота, хлорид меди, железо, гидроксид натрия, хлорид железа $(\text{III})$, карбонат магния. Используя эти вещества, получите:

а) оксид железа $(\text{III})$;

б) хлорид магния;

в) медь.

6. Из данной вам соли получите гидроксид меди $(\text{II})$.

7. Из хлорида алюминия получите гидроксид алюминия и докажите его амфотерность.

8. В пронумерованных пробирках даны хлорид натрия, гидроксид натрия и азотная кислота. Опытным путем определите, в какой пробирке какое вещество.

Напишите соответствующие уравнения реакций.

1. Для определения, какие из металлов — цинк ($Zn$), железо ($Fe$), олово ($Sn$) и медь ($Cu$) — растворяются в соляной кислоте ($HCl$), в четыре пробирки помещают образцы каждого металла и добавляют кислоту. Взаимодействие определяется положением металла в ряду активности: металлы левее водорода ($... Zn ... Fe ... Sn ... (H) ... Cu ...$) вытесняют его из кислот, а те, что правее, — нет. В пробирках с цинком, железом и оловом будет наблюдаться выделение пузырьков газа (водорода), а в пробирке с медью реакция не пойдет.

Уравнения реакций:

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

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

$Sn + 2HCl \rightarrow SnCl_2 + H_2 \uparrow$

Ответ: В соляной кислоте растворяются цинк, железо и олово, а медь не растворяется.

2. Для очистки сульфата цинка ($ZnSO_4$) от примеси сульфата меди ($CuSO_4$) используется метод вытеснения, основанный на том, что цинк — более активный металл, чем медь. Загрязненную соль растворяют в воде, получая голубой раствор из-за ионов $Cu^{2+}$. В раствор добавляют металлический цинк (в виде порошка или гранул). Цинк вытесняет медь из раствора соли, в результате чего голубая окраска исчезает, а на дно выпадает красный осадок меди. Реакция идет по уравнению: $Zn(тв) + CuSO_4(р-р) \rightarrow ZnSO_4(р-р) + Cu(тв) \downarrow$. После полного обесцвечивания раствора его фильтруют, отделяя осадок меди и избыток цинка. Фильтрат является чистым раствором сульфата цинка.

Ответ: Для очистки сульфата цинка от примеси сульфата меди нужно растворить смесь в воде, добавить металлический цинк до обесцвечивания раствора, а затем отфильтровать осадок меди.

3. Реакция замещения возможна, если металл более активен, чем металл в составе соли. Согласно ряду активности металлов ($Al > Zn > Fe > Pb > (H) > Cu > Ag$), можно сделать следующие выводы:

Железо (Fe) вступает в реакцию с растворами солей меди, свинца и серебра:

$Fe + CuCl_2 \rightarrow FeCl_2 + Cu$

$Fe + Pb(NO_3)_2 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + Pb$

$Fe + 2AgNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + 2Ag$

Свинец (Pb) вступает в реакцию с растворами солей меди и серебра:

$Pb + CuCl_2 \rightarrow PbCl_2 \downarrow + Cu$

$Pb + 2AgNO_3 \rightarrow Pb(NO_3)_2 + 2Ag$

Медь (Cu) вступает в реакцию только с раствором соли серебра:

$Cu + 2AgNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2Ag$

Алюминий (Al), как самый активный металл в списке (при условии удаления с его поверхности прочной оксидной пленки), вступает в реакцию со всеми предложенными растворами солей:

$2Al + 3CuCl_2 \rightarrow 2AlCl_3 + 3Cu$

$2Al + 3Pb(NO_3)_2 \rightarrow 2Al(NO_3)_3 + 3Pb$

$Al + 3AgNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + 3Ag$

$2Al + 3ZnSO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3Zn$

Ответ: Железо реагирует с растворами $CuCl_2$, $Pb(NO_3)_2$, $AgNO_3$. Свинец реагирует с растворами $CuCl_2$ и $AgNO_3$. Медь реагирует с раствором $AgNO_3$. Алюминий реагирует со всеми четырьмя растворами солей.

4. Данную цепочку превращений можно осуществить, проведя следующие последовательные реакции:

1. Сжигание магния в кислороде для получения оксида магния: $2Mg + O_2 \xrightarrow{t} 2MgO$.

2. Реакция оксида магния с водой для получения гидроксида магния: $MgO + H_2O \rightarrow Mg(OH)_2$.

3. Реакция нейтрализации гидроксида магния соляной кислотой для получения хлорида магния: $Mg(OH)_2 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + 2H_2O$.

Ответ: Уравнения реакций для осуществления превращений: $2Mg + O_2 \xrightarrow{t} 2MgO$; $MgO + H_2O \rightarrow Mg(OH)_2$; $Mg(OH)_2 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + 2H_2O$.

5. а) оксид железа (III)

Сначала получаем нерастворимый гидроксид железа (III) реакцией обмена между хлоридом железа (III) и гидроксидом натрия: $FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$. Затем полученный осадок прокаливаем для разложения до оксида: $2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + 3H_2O$.

б) хлорид магния

Хлорид магния получаем в результате реакции карбоната магния с соляной кислотой: $MgCO_3 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$.

в) медь

Металлическую медь получаем вытеснением из раствора хлорида меди (II) более активным металлом — железом: $Fe + CuCl_2 \rightarrow FeCl_2 + Cu \downarrow$.

Ответ: а) $FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$, затем $2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + 3H_2O$; б) $MgCO_3 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$; в) $Fe + CuCl_2 \rightarrow FeCl_2 + Cu \downarrow$.

6. Для получения гидроксида меди (II) ($Cu(OH)_2$) необходимо к раствору растворимой соли меди (II) (например, хлорида или сульфата меди) прилить раствор щелочи (например, гидроксида натрия). В результате реакции обмена выпадает характерный голубой студенистый осадок гидроксида меди (II).

Пример уравнения реакции: $CuCl_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$.

Ответ: К раствору соли меди (II) нужно добавить раствор щелочи, например, по реакции $CuCl_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$.

7. Сначала необходимо получить гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$). Для этого к раствору хлорида алюминия ($AlCl_3$) нужно осторожно, по каплям, добавлять раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$), до образования белого студенистого осадка. Уравнение реакции: $AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$.

Далее, для доказательства амфотерности полученный осадок $Al(OH)_3$ делят на две пробирки. В первую добавляют сильную кислоту (например, $HCl$), а во вторую — избыток сильной щелочи ($NaOH$). В обоих случаях осадок растворится, что доказывает способность гидроксида алюминия реагировать и с кислотами, и со щелочами.

Реакция с кислотой: $Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$.

Реакция со щелочью: $Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$ (образуется растворимый комплекс).

Ответ: Гидроксид алюминия получают по реакции $AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$. Его амфотерность доказывается растворением как в кислоте ($Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$), так и в щелочи ($Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$).

8. В пронумерованных пробирках находятся растворы хлорида натрия ($NaCl$), гидроксида натрия ($NaOH$) и азотной кислоты ($HNO_3$). Для их распознавания можно использовать индикатор, например, фенолфталеин.

1. Отбирают пробы из каждой пробирки и добавляют в них по капле индикатора. Пробирка, в которой раствор окрасится в малиновый цвет, содержит гидроксид натрия ($NaOH$), так как он создает щелочную среду. В двух других пробирках (с кислотой и солью) раствор останется бесцветным.

2. Чтобы различить кислоту ($HNO_3$) и соль ($NaCl$), можно использовать уже определенный раствор $NaOH$. В две пробирки с бесцветными растворами (кислота и соль) начинают по каплям добавлять $NaOH$. В пробирке с хлоридом натрия раствор сразу окрасится в малиновый цвет. В пробирке с азотной кислотой сначала будет идти реакция нейтрализации, и раствор будет оставаться бесцветным. Окраска появится только после того, как вся кислота прореагирует и в растворе появится избыток щелочи.

Уравнение реакции нейтрализации: $HNO_3 + NaOH \rightarrow NaNO_3 + H_2O$.

Ответ: Вещества можно определить с помощью индикатора фенолфталеина: $NaOH$ даст малиновую окраску. Оставшиеся кислоту и соль различают по реакции с $NaOH$: кислота будет его нейтрализовать ($HNO_3 + NaOH \rightarrow NaNO_3 + H_2O$), а соль — нет.