Лабораторный опыт №12, страница 59 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Лабораторный опыт № 12. Взаимодействие растворов кислот и солей с металлами

Налейте в две пробирки по 2 мл растворов серной и соляной кислот, поместите в каждую по кусочку магния или цинка. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Налейте в две пробирки по 2 мл раствора сульфата меди (II), поместите в одну кусочек железа, в другую — гранулу цинка. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Дано:

Реагенты: растворы серной ($H_2SO_4$) и соляной ($HCl$) кислот, раствор сульфата меди(II) ($CuSO_4$), металлы: магний ($Mg$), цинк ($Zn$), железо ($Fe$).
Данная задача является качественной, описывающей химический эксперимент, поэтому перевод числовых данных в систему СИ не требуется.

Найти:

Для каждого эксперимента: 1. Наблюдаемые явления. 2. Уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. 3. Описание окислительно-восстановительных процессов.

Решение:

Налейте в две пробирки по 2 мл растворов серной и соляной кислот, поместите в каждую по кусочку магния или цинка. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Наблюдения: При помещении кусочков магния или цинка в пробирки с растворами серной и соляной кислот наблюдается бурное выделение пузырьков бесцветного газа (водорода) и постепенное растворение металла. Реакция с магнием протекает значительно энергичнее, чем с цинком, поскольку магний — более активный металл. Активность металлов убывает в ряду $Mg > Zn$.

1. Взаимодействие магния с соляной кислотой:

Молекулярное уравнение:
$Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2 \uparrow$
Полное ионное уравнение:
$Mg^0 + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Mg^{2+} + 2Cl^- + H_2^0 \uparrow$
Сокращенное ионное уравнение:
$Mg^0 + 2H^+ \rightarrow Mg^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Окислительно-восстановительный процесс:
$Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{2+}$ | 1 | процесс окисления, $Mg^0$ является восстановителем.
$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 1 | процесс восстановления, ион $H^+$ (в составе кислоты) является окислителем.

2. Взаимодействие магния с серной кислотой (разбавленной):

Молекулярное уравнение:
$Mg + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2 \uparrow$
Полное ионное уравнение:
$Mg^0 + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Mg^{2+} + SO_4^{2-} + H_2^0 \uparrow$
Сокращенное ионное уравнение (аналогично предыдущему):
$Mg^0 + 2H^+ \rightarrow Mg^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Окислительно-восстановительный процесс идентичен предыдущему: магний ($Mg^0$) — восстановитель, ион водорода ($H^+$) — окислитель.

3. Взаимодействие цинка с соляной кислотой:

Молекулярное уравнение:
$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$
Полное ионное уравнение:
$Zn^0 + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Zn^{2+} + 2Cl^- + H_2^0 \uparrow$
Сокращенное ионное уравнение:
$Zn^0 + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Окислительно-восстановительный процесс:
$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$ | 1 | процесс окисления, $Zn^0$ является восстановителем.
$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 1 | процесс восстановления, ион $H^+$ является окислителем.

4. Взаимодействие цинка с серной кислотой (разбавленной):

Молекулярное уравнение:
$Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$
Полное ионное уравнение:
$Zn^0 + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Zn^{2+} + SO_4^{2-} + H_2^0 \uparrow$
Сокращенное ионное уравнение (аналогично предыдущему):
$Zn^0 + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Окислительно-восстановительный процесс идентичен предыдущему: цинк ($Zn^0$) — восстановитель, ион водорода ($H^+$) — окислитель.

Ответ: При взаимодействии металлов, стоящих в ряду активности до водорода (в данном случае магния и цинка), с растворами кислот (соляной и серной) происходит реакция замещения. Металл выступает в роли восстановителя, окисляясь до катиона, а ионы водорода из кислоты выступают в роли окислителя, восстанавливаясь до газообразного водорода. В результате реакции образуются соль и водород. Активность реакции зависит от положения металла в электрохимическом ряду напряжений.

Налейте в две пробирки по 2 мл раствора сульфата меди (II), поместите в одну кусочек железа, в другую — гранулу цинка. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Наблюдения: При добавлении железа или цинка в голубой раствор сульфата меди(II) на поверхности металлов образуется рыхлый налёт красного цвета — это металлическая медь. Голубая окраска раствора, обусловленная ионами $Cu^{2+}$, постепенно исчезает. В пробирке с железом раствор становится бледно-зеленым из-за образования ионов $Fe^{2+}$. В пробирке с цинком раствор становится бесцветным, так как ионы $Zn^{2+}$ бесцветны. Реакция с цинком протекает быстрее, чем с железом, так как цинк более активный металл, чем железо ($Zn > Fe$).

1. Взаимодействие железа с раствором сульфата меди(II):

Молекулярное уравнение:
$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu \downarrow$
Полное ионное уравнение:
$Fe^0 + Cu^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow Fe^{2+} + SO_4^{2-} + Cu^0 \downarrow$
Сокращенное ионное уравнение:
$Fe^0 + Cu^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Cu^0 \downarrow$

Окислительно-восстановительный процесс:
$Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$ | 1 | процесс окисления, $Fe^0$ является восстановителем.
$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ | 1 | процесс восстановления, ион $Cu^{2+}$ является окислителем.

2. Взаимодействие цинка с раствором сульфата меди(II):

Молекулярное уравнение:
$Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu \downarrow$
Полное ионное уравнение:
$Zn^0 + Cu^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow Zn^{2+} + SO_4^{2-} + Cu^0 \downarrow$
Сокращенное ионное уравнение:
$Zn^0 + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu^0 \downarrow$

Окислительно-восстановительный процесс:
$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$ | 1 | процесс окисления, $Zn^0$ является восстановителем.
$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ | 1 | процесс восстановления, ион $Cu^{2+}$ является окислителем.

Ответ: При взаимодействии более активного металла с раствором соли менее активного металла происходит реакция замещения. Более активный металл (железо, цинк) является восстановителем и окисляется, переходя в раствор в виде ионов. Ионы менее активного металла (меди) являются окислителем и восстанавливаются до простого вещества, которое выпадает в осадок на поверхности более активного металла. Возможность протекания таких реакций определяется положением металлов в электрохимическом ряду напряжений.