Страница 139 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

Лабораторный опыт 8. Изучение свойств серной кислоты

1. Налейте в пробирку 1 мл разбавленной серной кислоты и добавьте в неё лакмус. Как изменился цвет индикатора?

2. Положите в пробирку кусок цинка и добавьте к нему разбавленную серную кислоту. Что наблюдаете? Проведите аналогичные опыты с алюминиевой и медной проволокой.

3. Получите осадок гидроксида меди(II) и прилейте к нему разбавленную серную кислоту. Что наблюдаете?

4. На кусок фильтровальной бумаги нанесите несколько капель раствора серной кислоты и осторожно нагрейте его, держа над плиткой. Что происходит? Объясните наблюдения, зная, что при нагревании вода, содержащаяся в растворе кислоты, испаряется и концентрация раствора возрастает.

5. К раствору серной кислоты добавьте одну-две капли раствора хлорида бария. Запишите цвет выпавшего осадка. Проделайте аналогичный опыт с растворами сульфата, карбоната и хлорида натрия, подкисленными серной кислотой. Опишите качественную реакцию на серную кислоту и её соли.

1. При добавлении лакмуса к разбавленной серной кислоте цвет индикатора изменится с фиолетового на красный. Это происходит потому, что серная кислота является сильной кислотой и диссоциирует в водном растворе с образованием ионов водорода $H^+$, которые создают кислую среду. Уравнение диссоциации серной кислоты:

$H_2SO_4 \rightleftharpoons 2H^+ + SO_4^{2-}$

Именно наличие ионов водорода $H^+$ и обуславливает изменение окраски лакмуса на красную.

Ответ: Цвет лакмуса изменился на красный.

2. Свойства металлов при взаимодействии с разбавленной серной кислотой зависят от их положения в электрохимическом ряду напряжений металлов.

• Цинк (Zn): При добавлении к цинку разбавленной серной кислоты наблюдается выделение пузырьков газа – это водород. Цинк, как металл, стоящий в ряду напряжений до водорода, активно реагирует с кислотой, постепенно растворяясь. Уравнение реакции: $Zn + H_2SO_4 (\text{разб.}) \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$
• Алюминий (Al): Алюминий также стоит в ряду напряжений до водорода и является активным металлом. Однако его поверхность покрыта прочной оксидной пленкой ($Al_2O_3$), которая препятствует началу реакции. После разрушения пленки (или через некоторое время) начинается бурная реакция с выделением водорода. Уравнение реакции: $2Al + 3H_2SO_4 (\text{разб.}) \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2 \uparrow$
• Медь (Cu): Медь стоит в ряду напряжений после водорода, поэтому она не способна вытеснять водород из разбавленных кислот. При добавлении к медной проволоке разбавленной серной кислоты видимых изменений не происходит. $Cu + H_2SO_4 (\text{разб.}) \rightarrow \text{реакция не идет}$

Ответ: Цинк и алюминий реагируют с разбавленной серной кислотой с выделением газа (водорода), а медь не реагирует.

3. Для получения осадка гидроксида меди(II) ($Cu(OH)_2$) необходимо к раствору соли меди(II) (например, сульфата меди $CuSO_4$) прилить раствор щелочи (например, гидроксида натрия $NaOH$). Выпадает голубой студенистый осадок гидроксида меди(II).

$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

При добавлении к этому осадку разбавленной серной кислоты наблюдается его растворение и образование прозрачного раствора голубого цвета. Это происходит реакция нейтрализации между основанием (гидроксид меди(II)) и кислотой (серная кислота) с образованием соли (сульфат меди(II)) и воды.

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

Голубой цвет полученного раствора обусловлен присутствием гидратированных ионов меди(II) $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$.

Ответ: Голубой осадок гидроксида меди(II) растворяется с образованием голубого раствора сульфата меди(II).

4. При нанесении раствора серной кислоты на фильтровальную бумагу и последующем нагревании бумага в месте нанесения кислоты чернеет и обугливается. Это объясняется двумя свойствами серной кислоты. Во-первых, при нагревании вода из раствора испаряется, и концентрация серной кислоты резко возрастает. Во-вторых, концентрированная серная кислота является сильным водоотнимающим средством. Фильтровальная бумага состоит в основном из целлюлозы – углевода с общей формулой $(C_6H_{10}O_5)_n$. Концентрированная серная кислота отнимает от молекул целлюлозы элементы воды (водород и кислород), оставляя чистый углерод, который имеет черный цвет.

Схематически этот процесс можно записать так:

$(C_6H_{10}O_5)_n \xrightarrow{H_2SO_4(\text{конц.}), t^\circ} 6nC + 5nH_2O$

Ответ: Бумага чернеет (обугливается) из-за того, что при нагревании серная кислота концентрируется и, являясь сильным водоотнимающим средством, разлагает целлюлозу до угля.

5. При добавлении раствора хлорида бария ($BaCl_2$) к раствору серной кислоты ($H_2SO_4$) выпадает белый мелкокристаллический осадок сульфата бария ($BaSO_4$).

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

Аналогичный опыт с раствором сульфата натрия ($Na_2SO_4$) также приведет к образованию такого же белого осадка:

$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$

Этот опыт демонстрирует качественную реакцию на сульфат-ион ($SO_4^{2-}$). Суть качественной реакции на серную кислоту и её соли (сульфаты) заключается в добавлении к исследуемому раствору раствора, содержащего ионы бария $Ba^{2+}$ (например, $BaCl_2$ или $Ba(NO_3)_2$). Образование белого осадка, нерастворимого в сильных кислотах (например, в $HCl$ или $HNO_3$), является доказательством присутствия сульфат-ионов.

Нерастворимость в кислотах важна, так как другие ионы, например, карбонат-ион ($CO_3^{2-}$) или сульфит-ион ($SO_3^{2-}$), тоже образуют белые осадки с ионами бария, но эти осадки ($BaCO_3$, $BaSO_3$) растворяются в кислотах. С хлоридом натрия ($NaCl$) хлорид бария не реагирует, так как не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита.

Ответ: Качественной реакцией на серную кислоту и её соли является образование белого осадка при взаимодействии с растворимыми солями бария; этот осадок (сульфат бария $BaSO_4$) не растворяется в сильных кислотах.