Задание 1, страница 111 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Задание 1

В математике действует правило — «от перемены мест слагаемых сумма не меняется». Справедливо ли оно для химии? Проверьте это на примере следующего опыта.

Получите гидроксид алюминия по реакции обмена и докажите его амфотерный характер. Для этого вы можете использовать следующую реакцию:

$AlCl_3 + 3NaOH = Al(OH)_3\downarrow + 3NaCl$

Проведите эту реакцию в двух вариантах, используя в каждом варианте одинаковые объёмы исходных веществ: сначала к раствору одного из исходных веществ (реагенту) прибавляйте по каплям раствор другого реагента, затем поменяйте последовательность введения в реакцию реагентов. Наблюдайте, в каком случае выпадает осадок, а в каком — нет.

Объясните результаты и запишите уравнения проведённых реакций в молекулярной и ионной формах.

В химии, в отличие от математики, правило «от перемены мест слагаемых сумма не меняется» часто не работает. Результат химической реакции может кардинально зависеть от порядка смешивания реагентов. Это особенно ярко проявляется в реакциях с участием амфотерных соединений. Проверим это на предложенном опыте.

Опыт 1: Приливание по каплям раствора гидроксида натрия ($NaOH$) к раствору хлорида алюминия ($AlCl_3$).

В этом случае в реакционной смеси изначально находится избыток хлорида алюминия. По мере добавления щёлочи происходит реакция обмена с образованием нерастворимого в воде гидроксида алюминия в виде белого студенистого осадка.

Наблюдение: образуется белый осадок, который не исчезает при добавлении всего объёма щёлочи (взятой в стехиометрическом соотношении).

Уравнения реакции:

• Молекулярное уравнение: $AlCl_3 + 3NaOH = Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$
• Полное ионное уравнение: $Al^{3+} + 3Cl^{-} + 3Na^{+} + 3OH^{-} = Al(OH)_3 \downarrow + 3Na^{+} + 3Cl^{-}$
• Сокращённое ионное уравнение: $Al^{3+} + 3OH^{-} = Al(OH)_3 \downarrow$

Опыт 2: Приливание по каплям раствора хлорида алюминия ($AlCl_3$) к раствору гидроксида натрия ($NaOH$).

В этом варианте опыта в реакционной смеси изначально находится большой избыток гидроксида натрия. Гидроксид алюминия является амфотерным, то есть способен реагировать как с кислотами, так и с сильными основаниями (щелочами). Поэтому, как только образуются первые порции осадка $Al(OH)_3$, они тут же вступают в реакцию с избытком щёлочи, образуя растворимое комплексное соединение — тетрагидроксоалюминат натрия $Na[Al(OH)_4]$.

Наблюдение: видимого образования осадка не происходит. Раствор остается прозрачным.

Протекают две последовательные реакции:

1. Образование гидроксида алюминия (происходит в микрообъёме капли):
$AlCl_3 + 3NaOH = Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

2. Растворение образовавшегося гидроксида в избытке щёлочи:
$Al(OH)_3 + NaOH_{(изб.)} = Na[Al(OH)_4]$

Суммарное уравнение реакции в избытке щёлочи:

• Молекулярное уравнение: $AlCl_3 + 4NaOH = Na[Al(OH)_4] + 3NaCl$
• Полное ионное уравнение: $Al^{3+} + 3Cl^{-} + 4Na^{+} + 4OH^{-} = Na^{+} + [Al(OH)_4]^{-} + 3Na^{+} + 3Cl^{-}$
• Сокращённое ионное уравнение: $Al^{3+} + 4OH^{-} = [Al(OH)_4]^{-}$

Объяснение результатов

Результаты двух опытов различны, так как порядок смешивания реагентов определяет, какое вещество будет находиться в избытке в каждый момент времени. Амфотерный гидроксид алюминия $Al(OH)_3$ выпадает в осадок только при недостатке или стехиометрическом количестве щёлочи (Опыт 1). В избытке же щёлочи он проявляет свои кислотные свойства и растворяется, образуя комплексную соль (Опыт 2). Таким образом, данный эксперимент доказывает, что химические реакции не подчиняются математическому правилу о перемене мест слагаемых, так как последовательность действий может привести к образованию разных продуктов.

Ответ: Правило «от перемены мест слагаемых сумма не меняется» для химии несправедливо. При приливании раствора щёлочи к раствору соли алюминия выпадает осадок $Al(OH)_3$. При обратном порядке смешивания (раствор соли к щёлочи) осадок не образуется, так как амфотерный гидроксид алюминия растворяется в избытке щёлочи с образованием растворимой комплексной соли $Na[Al(OH)_4]$. Это доказывает, что порядок смешивания реагентов влияет на конечный результат реакции.