Практическая работа 2, страница 255 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

Практическая работа 2

Получение аммиака и изучение его свойств

Оборудование и реактивы: лабораторный штатив с лапкой, спиртовка, две сухие пробирки, газоотводная трубка с пробкой, ложечка, стеклянная палочка, вата, кристаллизатор с водой, штатив с пробирками, кусок фильтровальной бумаги, хлорид аммония, гидроксид кальция, раствор аммиака, раствор серной кислоты.

1. В небольшую фарфоровую чашку или на лист бумаги насыпьте две ложечки хлорида аммония и одну ложечку гидроксида кальция. Смесь перемешайте стеклянной палочкой (запах какого газа вы почувствовали?) и насыпьте в сухую пробирку.

2. Укрепите пробирку со смесью в лапке штатива так, чтобы ее дно находилось несколько выше ее отверстия. В противном случае капли воды, образующейся в результате реакции, могут попасть на горячую часть пробирки, отчего она треснет. В отверстие пробирки поместите резиновую пробку с изогнутой стеклянной трубкой, которую направьте вверх (рис. 132). На нее повесьте другую пробирку, предназначенную для сбора аммиака.

Рис. 132. Прибор для получения аммиака. Реактанты: $NH_4Cl + Ca(OH)_2$. Продукт: $NH_3$.

Обратите внимание, что эта пробирка, а также газоотводная трубка должны обязательно быть сухими. Отверстие перевёрнутой вверх дном пробирки закройте кусоком ваты. Объясните, почему аммиак собирают в пробирку, расположенную отверстием вниз? Можно ли собирать аммиак методом вытеснения воды? Почему?

3. Слегка прогрейте пробирку пламенем спиртовки, а затем нагревайте в том месте, где находится смесь. Какое вещество образуется на стенках пробирки? Поднесите к отверстию пробирки для сбора газа кусочек фильтровальной бумаги, смоченной раствором фенолфталеина. Что наблюдаете? Повторяйте эту процедуру несколько раз до тех пор, пока не обнаружите аммиак. После этого прекратите нагревание. Напишите уравнение реакции.

4. К отверстию пробирки с аммиаком поднесите стеклянную палочку, смоченную раствором соляной кислоты. Что происходит? Что представляет собой образовавшийся белый дым?

5. Налейте в пробирку 1—2 мл водного раствора аммиака, добавьте несколько капель фенолфталеина, а затем серной кислоты до исчезновения окраски. Напишите уравнение реакции.

6. Сделайте выводы о физических и химических свойствах аммиака.

1. В небольшую фарфоровую чашку или на лист бумаги насыпьте две ложечки хлорида аммония и одну ложечку гидроксида кальция. Смесь перемешайте стеклянной палочкой (запах какого газа вы почувствовали?) и насыпьте в сухую пробирку.

При смешивании твердых хлорида аммония ($NH_4Cl$) и гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$) начинается химическая реакция обмена. Даже без нагревания выделяется небольшое количество газообразного аммиака ($NH_3$). Этот газ обладает характерным резким, удушливым запахом (запах нашатырного спирта), который можно почувствовать при перемешивании смеси. Реакция протекает по следующему уравнению:

$2NH_4Cl + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O + 2NH_3\uparrow$

Ответ: При перемешивании смеси чувствуется резкий, характерный запах аммиака.

2. Укрепите пробирку со смесью в лапке штатива... Объясните, почему аммиак собирают в пробирку, расположенную отверстием вниз. Можно ли собирать аммиак методом вытеснения воды? Почему?

Аммиак собирают в пробирку, перевернутую вверх дном (расположенную отверстием вниз), потому что аммиак значительно легче воздуха. Молярная масса аммиака $M(NH_3) \approx 17 \text{ г/моль}$, в то время как средняя молярная масса воздуха составляет примерно $29 \text{ г/моль}$. Будучи легче, аммиак поднимается вверх и, поступая в перевернутую пробирку, вытесняет из нее более тяжелый воздух.

Собирать аммиак методом вытеснения воды нельзя. Это связано с тем, что аммиак очень хорошо растворяется в воде (при $20^\circ\text{C}$ в 1 объеме воды растворяется около 700 объемов аммиака). При попытке собрать его над водой, он будет не скапливаться в пробирке, а растворяться в воде, образуя гидрат аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$).

Ответ: Аммиак собирают в пробирку, расположенную отверстием вниз, так как он легче воздуха. Собирать его методом вытеснения воды нельзя из-за его высокой растворимости в воде.

3. Слегка прогрейте пробирку пламенем спиртовки, а затем нагревайте в том месте, где находится смесь. Какое вещество образуется на стенках пробирки? Поднесите к отверстию пробирки для сбора газа кусочек фильтровальной бумаги, смоченной раствором фенолфталеина. Что наблюдаете? ... Напишите уравнение реакции.

При нагревании смеси хлорида аммония и гидроксида кальция, помимо аммиака, образуется вода в виде пара. Этот пар, поднимаясь, соприкасается с более холодными верхними частями пробирки и конденсируется. Таким образом, на стенках пробирки образуются капельки воды.

Когда к отверстию пробирки, в которой собирается аммиак, подносят влажную фильтровальную бумагу с фенолфталеином, наблюдается её окрашивание в ярко-малиновый цвет. Это происходит потому, что газообразный аммиак ($NH_3$) растворяется в воде на бумаге, образуя слабое основание — гидрат аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$), который создает щелочную среду. Фенолфталеин в щелочной среде становится малиновым.

Уравнение реакции получения аммиака при нагревании:

$2NH_4Cl(s) + Ca(OH)_2(s) \xrightarrow{t^\circ} CaCl_2(s) + 2H_2O(g) + 2NH_3(g)\uparrow$

Ответ: На стенках пробирки образуется вода. Фильтровальная бумага, смоченная раствором фенолфталеина, окрашивается в малиновый цвет. Уравнение реакции: $2NH_4Cl + Ca(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} CaCl_2 + 2H_2O + 2NH_3\uparrow$.

4. К отверстию пробирки с аммиаком поднесите стеклянную палочку, смоченную раствором соляной кислоты. Что происходит? Что представляет собой образовавшийся белый дым?

При поднесении стеклянной палочки, смоченной концентрированной соляной кислотой ($HCl$), к отверстию пробирки с аммиаком ($NH_3$) происходит образование густого белого дыма. Этот "дым" — это аэрозоль, состоящий из мельчайших твердых кристалликов хлорида аммония ($NH_4Cl$), которые образуются в результате реакции между газообразным аммиаком и газообразным хлороводородом (испаряющимся с поверхности концентрированной кислоты). Эта реакция является качественной реакцией на аммиак.

$NH_3(g) + HCl(g) \rightarrow NH_4Cl(s)$

Ответ: Появляется густой белый дым. Этот дым представляет собой твердые частицы хлорида аммония ($NH_4Cl$).

5. Налейте в пробирку 1—2 мл водного раствора аммиака, добавьте несколько капель фенолфталеина, а затем серной кислоты до исчезновения окраски. Напишите уравнение реакции.

Водный раствор аммиака (гидрат аммиака) является слабым основанием, поэтому при добавлении фенолфталеина раствор окрашивается в малиновый цвет. При последующем добавлении серной кислоты ($H_2SO_4$) происходит реакция нейтрализации: основание (гидрат аммиака) реагирует с кислотой с образованием соли (сульфата аммония) и воды. Когда вся щелочь нейтрализуется, среда становится нейтральной или кислой, и малиновая окраска фенолфталеина исчезает.

Уравнение реакции:

$2(NH_3 \cdot H_2O)(aq) + H_2SO_4(aq) \rightarrow (NH_4)_2SO_4(aq) + 2H_2O(l)$

Ответ: Уравнение реакции: $2NH_3 \cdot H_2O + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4 + 2H_2O$.

6. Сделайте выводы о физических и химических свойствах аммиака.

На основе проведенных опытов можно сделать следующие выводы:

• Физические свойства аммиака:
  • Это бесцветный газ (визуально не наблюдается при сборе).
  • Обладает резким, удушливым запахом (опыт 1).
  • Легче воздуха (опыт 2, способ сбора).
  • Очень хорошо растворим в воде (опыт 2, невозможность сбора вытеснением воды).
• Химические свойства аммиака:
  • Проявляет основные свойства: его водный раствор является щелочью, что доказывается изменением окраски фенолфталеина на малиновую (опыт 3 и 5).
  • Вступает в реакцию с кислотами с образованием солей аммония. Это было продемонстрировано реакцией с соляной кислотой (образование "белого дыма" хлорида аммония, опыт 4) и с серной кислотой (нейтрализация и обесцвечивание фенолфталеина, опыт 5).

Ответ: Физические свойства: Аммиак — бесцветный газ с резким запахом, легче воздуха и хорошо растворим в воде. Химические свойства: Аммиак является основанием, его водный раствор имеет щелочную среду. Он реагирует с кислотами, образуя соли аммония.