Практическая работа 4, страница 258 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

Практическая работа 4

Экспериментальное решение задач по теме «Неметаллы»

Реактивы: гидроксид натрия, серная кислота, соляная кислота, карбонат натрия, иодная вода, бромная вода, хлорная вода, крахмальный клейстер, хлорид натрия, бромид натрия, сульфат натрия, иодид натрия, фосфат калия, нитрат серебра, сульфит натрия, хлорид бария, лакмус, твёрдый сульфат натрия с примесью карбоната натрия.

1. Получите раствор хлорида натрия тремя различными способами. Напишите уравнения реакций в молекулярном и сокращённом ионном виде.

2. Докажите, что в состав соляной кислоты входят ионы водорода и хлорид-ионы, а в состав серной — ионы водорода и сульфат-ионы.

3. Опытным путём определите, содержит ли выданный вам образец сульфата натрия примесь карбоната натрия.

4. В пронумерованных пробирках находятся растворы веществ:

I вариант — хлорид натрия, сульфат натрия, соляная кислота, карбонат натрия;

II вариант — хлорид натрия, серная кислота, силикат натрия, гидроксид натрия.

Опытным путём определите растворы в пробирках. Напишите уравнения реакций.

5. Воспользовавшись реактивами, имеющимися на столе, проведите реакции, которым соответствуют следующие сокращённые ионные уравнения:

$\text{PO}_4^{3-} + 3\text{Ag}^+ \rightarrow \text{Ag}_3\text{PO}_4$

$\text{SO}_3^{2-} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{SO}_2 + \text{H}_2\text{O}$

1. Получите раствор хлорида натрия тремя различными способами. Напишите уравнения реакций в молекулярном и сокращённом ионном виде.

Решение:
Хлорид натрия (поваренную соль) можно получить несколькими способами, используя предложенные реактивы.

Способ 1: Реакция нейтрализации.
Взаимодействие кислоты (соляная кислота $HCl$) и основания (гидроксид натрия $NaOH$).

• Молекулярное уравнение: $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$
• Сокращённое ионное уравнение: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

Способ 2: Взаимодействие кислоты с солью.
Реакция между соляной кислотой ($HCl$) и карбонатом натрия ($Na_2CO_3$). При этом выделяется углекислый газ.

• Молекулярное уравнение: $Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$
• Сокращённое ионное уравнение: $CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$

Способ 3: Реакция ионного обмена с образованием осадка.
Взаимодействие сульфата натрия ($Na_2SO_4$) с хлоридом бария ($BaCl_2$). В результате реакции образуется растворимый хлорид натрия и нерастворимый осадок сульфата бария.

• Молекулярное уравнение: $Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$
• Сокращённое ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$

Ответ: Раствор хлорида натрия можно получить реакцией нейтрализации ($NaOH + HCl$), реакцией соляной кислоты с карбонатом натрия ($Na_2CO_3 + 2HCl$) и реакцией обмена между сульфатом натрия и хлоридом бария ($Na_2SO_4 + BaCl_2$).

2. Докажите, что в состав соляной кислоты входят ионы водорода и хлорид-ионы, а в состав серной — ионы водорода и сульфат-ионы.

Решение:
Для доказательства ионного состава кислот необходимо провести качественные реакции на соответствующие ионы.

1. Обнаружение ионов водорода ($H^+$).
Ионы водорода определяют кислую среду раствора. Для их обнаружения в пробы соляной и серной кислот добавим индикатор лакмус. В обоих случаях лакмус изменит свой цвет с фиолетового на красный, что доказывает наличие ионов $H^+$ в обеих кислотах.

2. Обнаружение хлорид-ионов ($Cl^-$) в соляной кислоте.
Качественной реакцией на хлорид-ион является взаимодействие с ионом серебра $Ag^+$. К раствору соляной кислоты добавим раствор нитрата серебра ($AgNO_3$). Наблюдаем выпадение белого творожистого осадка хлорида серебра ($AgCl$).

• Молекулярное уравнение: $HCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + HNO_3$
• Сокращённое ионное уравнение: $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow$

При добавлении нитрата серебра к серной кислоте осадок не образуется, что подтверждает специфичность реакции.

3. Обнаружение сульфат-ионов ($SO_4^{2-}$) в серной кислоте.
Качественной реакцией на сульфат-ион является взаимодействие с ионом бария $Ba^{2+}$. К раствору серной кислоты добавим раствор хлорида бария ($BaCl_2$). Наблюдаем выпадение белого мелкокристаллического осадка сульфата бария ($BaSO_4$).

• Молекулярное уравнение: $H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl$
• Сокращённое ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$

При добавлении хлорида бария к соляной кислоте осадок не образуется.

Ответ: Наличие ионов $H^+$ в обеих кислотах доказывается изменением цвета лакмуса на красный. Наличие $Cl^-$-ионов в соляной кислоте доказывается образованием белого осадка с $AgNO_3$. Наличие $SO_4^{2-}$-ионов в серной кислоте доказывается образованием белого осадка с $BaCl_2$.

3. Опытным путём определите, содержит ли выданный вам образец сульфата натрия примесь карбоната натрия.

Решение:
Определение примеси карбоната натрия ($Na_2CO_3$) в сульфате натрия ($Na_2SO_4$) основано на свойстве карбонатов реагировать с сильными кислотами с выделением углекислого газа ($CO_2$). Сульфаты с кислотами не реагируют.

Ход эксперимента:

1. Небольшое количество твёрдого образца растворить в воде.
2. К полученному раствору добавить раствор сильной кислоты, например, соляной ($HCl$) или серной ($H_2SO_4$).
3. Наблюдать за изменениями. Если в образце есть примесь карбоната натрия, будет наблюдаться выделение пузырьков бесцветного газа без запаха (шипение).

• Молекулярное уравнение: $Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2\uparrow$
• Сокращённое ионное уравнение: $CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$

Ответ: Для определения примеси карбоната натрия к водному раствору образца нужно прилить сильную кислоту. Выделение пузырьков газа ($CO_2$) будет свидетельствовать о наличии примеси.

4. В пронумерованных пробирках находятся растворы веществ: ... Опытным путём определите растворы в пробирках. Напишите уравнения реакций.

Решение:

I вариант — хлорид натрия ($NaCl$), сульфат натрия ($Na_2SO_4$), соляная кислота ($HCl$), карбонат натрия ($Na_2CO_3$)
План определения:

1. Во все пробирки добавляем индикатор лакмус.
   • В пробирке с $HCl$ (кислота) лакмус станет красным.
   • В пробирке с $Na_2CO_3$ (соль, гидролизующаяся по аниону с образованием щелочной среды) лакмус станет синим. Уравнение гидролиза: $CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$
   • В пробирках с $NaCl$ и $Na_2SO_4$ (соли сильных кислот и сильного основания) среда нейтральная, лакмус останется фиолетовым.
2. В две пробирки с нейтральной средой ($NaCl$ и $Na_2SO_4$) добавляем раствор хлорида бария ($BaCl_2$).
   • В пробирке, где выпадет белый осадок ($BaSO_4$), находится сульфат натрия.
     $Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$
   • В пробирке, где видимых изменений не произойдет, находится хлорид натрия.

II вариант — хлорид натрия ($NaCl$), серная кислота ($H_2SO_4$), силикат натрия ($Na_2SiO_3$), гидроксид натрия ($NaOH$)
План определения:

1. Во все пробирки добавляем индикатор лакмус.
   • В пробирке с $H_2SO_4$ (кислота) лакмус станет красным.
   • В пробирке с $NaCl$ (нейтральная соль) лакмус останется фиолетовым.
   • В пробирках с $NaOH$ (сильное основание) и $Na_2SiO_3$ (соль, гидролизующаяся по аниону) лакмус станет синим. Уравнение гидролиза: $SiO_3^{2-} + 2H_2O \rightleftharpoons H_2SiO_3\downarrow + 2OH^-$
2. В две пробирки с синей окраской лакмуса ($NaOH$ и $Na_2SiO_3$) добавляем по каплям уже определенную нами серную кислоту ($H_2SO_4$).
   • В пробирке, где образуется белый студенистый осадок (кремниевая кислота $H_2SiO_3$), находится силикат натрия.
     $Na_2SiO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2SiO_3\downarrow$
   • В пробирке, где видимых изменений (кроме исчезновения синей окраски индикатора) не произойдет, находится гидроксид натрия.
     $2NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$

Ответ: Распознавание веществ в обоих вариантах проводится в два этапа: сначала с помощью индикатора лакмуса для разделения на группы по pH среды, затем с помощью специфических реактивов ($BaCl_2$ для I варианта, $H_2SO_4$ для II варианта) для идентификации веществ внутри групп.

5. Воспользовавшись реактивами, имеющимися на столе, проведите реакции, которым соответствуют следующие сокращённые ионные уравнения:
$PO_4^{3-} + 3Ag^+ \rightarrow Ag_3PO_4$
$SO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow SO_2 + H_2O$

Решение:

1. Для реакции $PO_4^{3-} + 3Ag^+ \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow$
Необходимо слить растворы, содержащие фосфат-ионы ($PO_4^{3-}$) и ионы серебра ($Ag^+$). Из предложенного списка реактивов выбираем фосфат калия ($K_3PO_4$) и нитрат серебра ($AgNO_3$).

• Проведение реакции: К раствору фосфата калия прилить раствор нитрата серебра.
• Наблюдение: Образуется характерный жёлтый осадок фосфата серебра.
• Молекулярное уравнение: $K_3PO_4 + 3AgNO_3 \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow + 3KNO_3$

2. Для реакции $SO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow SO_2\uparrow + H_2O$
Необходимо к раствору, содержащему сульфит-ионы ($SO_3^{2-}$), добавить раствор, содержащий ионы водорода ($H^+$), то есть сильную кислоту. Из списка реактивов выбираем сульфит натрия ($Na_2SO_3$) и серную кислоту ($H_2SO_4$).

• Проведение реакции: К раствору сульфита натрия прилить раствор серной кислоты.
• Наблюдение: Происходит выделение бесцветного газа с резким запахом (сернистый газ $SO_2$).
• Молекулярное уравнение: $Na_2SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + SO_2\uparrow + H_2O$

Ответ: Первая реакция проводится смешиванием растворов фосфата калия и нитрата серебра. Вторая реакция — добавлением серной кислоты к раствору сульфита натрия.