Лабораторный опыт №21, страница 135 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Лабораторный опыт № 21. Растворение перманганата калия или медного купороса в воде

Возьмите шпателем или ложечкой несколько кристалликов перманганата калия или медного купороса, добавьте их в стакан с водой и перемешайте палочкой (по часовой стрелке) в течение 5—10 с, обращая внимание на скорость растворения.

Почему кристаллики соли оказываются в центре «воронки», образуя малиновый или голубой «смерч», исчезающий через некоторое время после перемешивания? Какой физико-химический процесс вы наблюдаете?

Запишите уравнение диссоциации перманганата калия $KMnO_4$ или сульфата меди (II). Какие кислоты соответствуют этим солям?

В свою очередь, какие оксиды соответствуют каждой кислоте?

Сделайте вывод о том, какие элементы (металлы и неметаллы) образуют кислородсодержащие кислоты.

Почему кристаллики соли оказываются в центре «воронки», образуя малиновый или голубой «смерч», исчезающий через некоторое время после перемешивания? Какой физико-химический процесс вы наблюдаете?

Когда мы перемешиваем воду в стакане, создается вихревое движение, которое формирует воронку на поверхности. Однако твердые частицы (кристаллики соли), которые плотнее воды, собираются в центре на дне, а не отбрасываются к стенкам центробежной силой. Это явление, известное как «парадокс чайного листа», объясняется возникновением вторичного потока. Из-за трения о дно и стенки стакана скорость вращения воды у дна ниже, чем в верхних слоях. Это создает градиент давления: у стенок давление выше, а в центре ниже. Под действием этого градиента придонный слой воды начинает двигаться от стенок к центру, увлекая за собой кристаллики соли. В центре этот поток поднимается вверх, создавая видимый окрашенный «смерч» из растворяющегося вещества.

После прекращения перемешивания силы, создававшие вихрь, исчезают. Энергия вращательного движения рассеивается из-за вязкости воды, и движение жидкости прекращается. Окрашенные ионы, которые до этого концентрировались в «смерче», начинают равномерно распределяться по всему объему стакана.

Основной физико-химический процесс, который мы наблюдаем, — это растворение и диффузия. Растворение — это процесс распада кристаллической решетки вещества под действием молекул растворителя (воды). Диффузия — это самопроизвольный процесс переноса вещества из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией, обусловленный хаотическим тепловым движением частиц (ионов и молекул). Перемешивание значительно ускоряет этот процесс, который иначе занял бы гораздо больше времени.

Ответ: Кристаллики соли собираются в центре воронки из-за вторичного потока жидкости у дна стакана, направленного к центру. Наблюдаемый физико-химический процесс — это растворение вещества в воде и последующая диффузия его частиц по всему объему.

Запишите уравнение диссоциации перманганата калия KMnO₄ или сульфата меди (II). Какие кислоты соответствуют этим солям?

Перманганат калия ($KMnO₄$) и сульфат меди (II) ($CuSO₄$) являются солями, которые при растворении в воде диссоциируют (распадаются) на ионы.

Уравнение диссоциации перманганата калия:
$KMnO₄ \leftrightarrow K⁺ + MnO₄⁻$
Эта соль образована катионом калия ($K⁺$) и перманганат-анионом ($MnO₄⁻$). Этому аниону соответствует марганцевая кислота ($HMnO₄$).

Уравнение диссоциации сульфата меди (II):
$CuSO₄ \leftrightarrow Cu^{2+} + SO₄^{2-}$
Эта соль образована катионом меди (II) ($Cu^{2+}$) и сульфат-анионом ($SO₄^{2-}$). Этому аниону соответствует серная кислота ($H₂SO₄$).

Ответ: Уравнение диссоциации перманганата калия: $KMnO₄ \leftrightarrow K⁺ + MnO₄⁻$. Соответствующая кислота — марганцевая ($HMnO₄$). Уравнение диссоциации сульфата меди (II): $CuSO₄ \leftrightarrow Cu^{2+} + SO₄^{2-}$. Соответствующая кислота — серная ($H₂SO₄$).

В свою очередь, какие оксиды соответствуют каждой кислоте?

Каждой кислородсодержащей кислоте соответствует кислотный оксид (ангидрид), в котором кислотообразующий элемент имеет ту же степень окисления, что и в кислоте.

Для марганцевой кислоты ($HMnO₄$), где марганец имеет степень окисления +7, соответствующим оксидом является оксид марганца (VII) — $Mn₂O₇$.

Для серной кислоты ($H₂SO₄$), где сера имеет степень окисления +6, соответствующим оксидом является оксид серы (VI) или серный ангидрид — $SO₃$.

Ответ: Марганцевой кислоте ($HMnO₄$) соответствует оксид марганца (VII) ($Mn₂O₇$). Серной кислоте ($H₂SO₄$) соответствует оксид серы (VI) ($SO₃$).

Сделайте вывод о том, какие элементы (металлы и неметаллы) образуют кислородсодержащие кислоты.

На примере рассмотренных солей и соответствующих им кислот можно сделать следующий вывод. Кислородсодержащие кислоты могут образовывать как неметаллы, так и металлы.

• Неметаллы: Сера (S) в серной кислоте ($H₂SO₄$) является типичным неметаллом. Большинство кислотных оксидов и соответствующих им кислот образованы неметаллами (например, азот, фосфор, углерод).
• Металлы: Марганец (Mn) в марганцевой кислоте ($HMnO₄$) является металлом. Кислоты образуют те металлы (как правило, переходные), которые проявляют высокую степень окисления (обычно +5, +6, +7). В таких высоких степенях окисления их оксиды и гидроксиды приобретают кислотные свойства. Например, хром в степени окисления +6 образует хромовую кислоту ($H₂CrO₄$). В низких степенях окисления те же металлы образуют оксиды и гидроксиды с основными или амфотерными свойствами.

Ответ: Кислородсодержащие кислоты образуют все типичные неметаллы, а также металлы (преимущественно переходные) в своих высших степенях окисления.