Лабораторный опыт №3, страница 24 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Лабораторный опыт № 3. Замещение железом меди в растворе сульфата меди (II)

Налейте в пробирку 2 мл раствора сульфата меди (II) и поместите в него канцелярскую кнопку или скрепку. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакции в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы. На основе молекулярного уравнения отнесите эту реакцию к той или иной группе реакций на основании следующих признаков:

• «число и состав исходных веществ и продуктов реакции» (как вы наверняка помните, по этому признаку

Что наблюдаете?

При помещении железной скрепки (или канцелярской кнопки), состоящей в основном из железа, в раствор сульфата меди(II), имеющий характерный голубой цвет, можно наблюдать следующие явления:
1. Поверхность железного предмета покрывается рыхлым налетом красно-коричневого цвета. Этот налет представляет собой металлическую медь, которая вытесняется железом из раствора соли.
2. Голубая окраска раствора постепенно бледнеет и со временем может исчезнуть, сменившись на бледную зеленовато-желтую. Это происходит из-за уменьшения концентрации ионов меди ($Cu^{2+}$), которые обуславливают синий цвет, и появления в растворе ионов железа(II) ($Fe^{2+}$), которые придают раствору бледно-зеленый оттенок.

Ответ: На поверхности железного предмета образуется красный налет меди, а голубой цвет раствора постепенно ослабевает и сменяется на бледно-зеленый.

Уравнения реакции в молекулярной и ионной формах

Железо является более активным металлом по сравнению с медью (стоит левее меди в ряду активности металлов), поэтому оно вытесняет медь из раствора её соли.
Молекулярное уравнение реакции: $$Fe_{(тв)} + CuSO_{4 (р-р)} \rightarrow FeSO_{4 (р-р)} + Cu_{(тв)}\downarrow$$
Для составления ионного уравнения учтем, что сульфат меди(II) и сульфат железа(II) являются растворимыми солями и диссоциируют в водном растворе на ионы.
Полное ионное уравнение: $$Fe^0 + Cu^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow Fe^{2+} + SO_4^{2-} + Cu^0$$
Ионы $SO_4^{2-}$ присутствуют в левой и правой частях уравнения в неизменном виде, поэтому они являются ионами-наблюдателями и могут быть сокращены.
Сокращенное ионное уравнение: $$Fe^0 + Cu^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Cu^0$$ Это уравнение показывает, что суть реакции заключается во взаимодействии атомов железа с ионами меди.

Ответ: Молекулярное уравнение: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$. Сокращенное ионное уравнение: $Fe^0 + Cu^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Cu^0$.

Окислительно-восстановительные процессы

Реакция сопровождается изменением степеней окисления атомов, поэтому она является окислительно-восстановительной.
Определим степени окисления элементов до и после реакции: $$ \stackrel{0}{Fe} + \stackrel{+2}{Cu} \stackrel{+6}{S} \stackrel{-2}{O}_4 \rightarrow \stackrel{+2}{Fe} \stackrel{+6}{S} \stackrel{-2}{O}_4 + \stackrel{0}{Cu} $$
Составим электронный баланс:
$Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$ | 1 | окисление (железо является восстановителем)
$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ | 1 | восстановление (ион меди(II) является окислителем)
Атомы железа отдают два электрона, повышая свою степень окисления (окисляются), и выступают в роли восстановителя. Ионы меди(II) принимают два электрона, понижая свою степень окисления (восстанавливаются), и выступают в роли окислителя.

Ответ: Железо ($Fe^0$) — восстановитель, процесс — окисление. Ион меди ($Cu^{2+}$) — окислитель, процесс — восстановление.

• «число и состав исходных веществ и продуктов реакции»

Классификация химических реакций по данному признаку основана на анализе количества и природы (простое или сложное вещество) реагентов и продуктов.
В данной реакции:
Реагенты: 1 простое вещество ($Fe$) и 1 сложное вещество ($CuSO_4$).
Продукты: 1 новое сложное вещество ($FeSO_4$) и 1 новое простое вещество ($Cu$).
Реакции, протекающие между простым и сложным веществами, в результате которых образуются новое простое и новое сложное вещества, относятся к типу реакций замещения. Общая схема такой реакции: $A + BC \rightarrow AC + B$.

Ответ: На основании числа и состава исходных веществ и продуктов, данная реакция относится к реакциям замещения.