Страница 184 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Лабораторный опыт № 29. Свойства разбавленной серной кислоты

Проделайте опыты, доказывающие, что серная кислота проявляет типичные свойства кислот.

1. Поместите в одну пробирку гранулу цинка, а в другую — кусочек меди и налейте в обе пробирки по 2 мл раствора серной кислоты. Что наблюдаете? Почему результат этого эксперимента именно таков? Запишите молекулярное и сокращённое ионное уравнения, рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

2. Поместите в пробирку немного чёрного порошка или одну гранулу оксида меди (II), прилейте в неё 1—2 мл раствора серной кислоты. Закрепите пробирку в держателе и подогрейте на пламени спиртовки. Что наблюдаете? Запишите молекулярное и ионные уравнения.

3. Налейте в пробирку 1—2 мл раствора щёлочи, добавьте 2—4 капли раствора фенолфталеина. Что наблюдаете? Добавьте к этому раствору разбавленную серную кислоту до исчезновения окраски. Как называется эта реакция? Запишите соответствующие молекулярное и ионные уравнения.

4. Налейте в пробирку 1 мл раствора медного купороса и прилейте 1—2 мл раствора щёлочи. Что наблюдаете? Добавляйте к содержимому пробирки разбавленную серную кислоту до исчезновения осадка. Запишите молекулярные и ионные уравнения проведённых реакций.

5. В пробирку налейте 1—2 мл раствора сульфата натрия или калия, прилейте 1 мл раствора хлорида кальция. Что наблюдаете? Объясните результат с помощью таблицы растворимости. Почему вместо хлорида бария, который является реактивом на серную кислоту и её соли, вам было предложено воспользоваться хлоридом кальция? В чём достоинства и недостатки этого реактива? Запишите молекулярное и ионные уравнения.

1. Поместите в одну пробирку гранулу цинка, а в другую — кусочек меди и налейте в обе пробирки по 2 мл раствора серной кислоты. Что наблюдаете? Почему результат этого эксперимента именно таков? Запишите молекулярное и сокращённое ионное уравнения, рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.
Наблюдения:
В пробирке с цинком наблюдается выделение пузырьков газа, а гранула цинка постепенно растворяется. В пробирке с медью видимых изменений не происходит.
Объяснение:
Результат эксперимента объясняется положением металлов в электрохимическом ряду напряжений. Цинк ($Zn$) стоит в этом ряду до водорода ($H$), поэтому он является более активным металлом и способен вытеснять водород из разбавленных кислот (кроме азотной). Медь ($Cu$) стоит в ряду напряжений после водорода, поэтому она не может вытеснить водород из разбавленной серной кислоты.
Уравнения для реакции с цинком:
Молекулярное уравнение:
$Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$
Полное ионное уравнение:
$Zn^0 + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Zn^{2+} + SO_4^{2-} + H_2^0 \uparrow$
Сокращённое ионное уравнение:
$Zn^0 + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0 \uparrow$
Окислительно-восстановительные процессы:
Цинк является восстановителем, он отдает электроны и окисляется:
$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$ (процесс окисления)
Ионы водорода являются окислителем, они принимают электроны и восстанавливаются:
$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$ (процесс восстановления)

Ответ: В пробирке с цинком выделяется газ, так как цинк, стоящий в ряду активности до водорода, реагирует с разбавленной серной кислотой. Медь не реагирует, так как стоит после водорода. Сокращенное ионное уравнение: $Zn + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2 \uparrow$.

2. Поместите в пробирку немного чёрного порошка или одну гранулу оксида меди (II), прилейте в неё 1—2 мл раствора серной кислоты. Закрепите пробирку в держателе и подогрейте на пламени спиртовки. Что наблюдаете? Запишите молекулярное и ионные уравнения.
Наблюдения:
При нагревании чёрный порошок оксида меди (II) растворяется, и раствор приобретает характерный голубой цвет, свойственный солям меди (II).
Объяснение:
Происходит реакция обмена между основным оксидом ($CuO$) и кислотой ($H_2SO_4$) с образованием соли (сульфата меди (II)) и воды. Сульфат меди (II) растворим в воде и придает раствору голубую окраску за счет гидратированных ионов $Cu^{2+}$.
Уравнения реакции:
Молекулярное уравнение:
$CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$
Полное ионное уравнение (оксид меди — твёрдое вещество, на ионы не расписывается):
$CuO + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-} + H_2O$
Сокращённое ионное уравнение:
$CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O$

Ответ: Чёрный порошок растворяется с образованием голубого раствора. Молекулярное уравнение: $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$.

3. Налейте в пробирку 1—2 мл раствора щёлочи, добавьте 2—4 капли раствора фенолфталеина. Что наблюдаете? Добавьте к этому раствору разбавленную серную кислоту до исчезновения окраски. Как называется эта реакция? Запишите соответствующие молекулярные и ионные уравнения.
Наблюдения:
При добавлении фенолфталеина к раствору щёлочи (например, гидроксида натрия $NaOH$) раствор окрашивается в малиновый цвет. При последующем добавлении по каплям разбавленной серной кислоты малиновая окраска постепенно исчезает, и раствор становится бесцветным.
Объяснение и название реакции:
Фенолфталеин является индикатором, который в щелочной среде (избыток ионов $OH^−$) имеет малиновую окраску. При добавлении кислоты происходит взаимодействие щёлочи и кислоты, в результате которого образуются соль и вода. Эта реакция называется реакцией нейтрализации. Когда вся щёлочь будет нейтрализована, среда станет нейтральной или слабокислой, и фенолфталеин обесцветится.
Уравнения реакции (на примере $NaOH$):
Молекулярное уравнение:
$2NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$
Полное ионное уравнение:
$2Na^+ + 2OH^- + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-} + 2H_2O$
Сокращённое ионное уравнение:
$2OH^- + 2H^+ \rightarrow 2H_2O$, что можно упростить до: $OH^- + H^+ \rightarrow H_2O$

Ответ: Раствор сначала становится малиновым, а при добавлении кислоты обесцвечивается. Эта реакция называется реакцией нейтрализации. Сокращенное ионное уравнение: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$.

4. Налейте в пробирку 1 мл раствора медного купороса и прилейте 1—2 мл раствора щёлочи. Что наблюдаете? Добавляйте к содержимому пробирки разбавленную серную кислоту до исчезновения осадка. Запишите молекулярные и ионные уравнения проведённых реакций.
Наблюдения:
При смешивании раствора медного купороса ($CuSO_4$) с раствором щёлочи (например, $NaOH$) образуется студенистый осадок голубого цвета — гидроксид меди (II). При последующем добавлении разбавленной серной кислоты этот осадок растворяется, и снова образуется прозрачный раствор голубого цвета.
Уравнения первой реакции (образование осадка):
Молекулярное уравнение:
$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$
Полное ионное уравнение:
$Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2-}$
Сокращённое ионное уравнение:
$Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow$
Уравнения второй реакции (растворение осадка):
Молекулярное уравнение:
$Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$
Полное ионное уравнение:
$Cu(OH)_2 \downarrow + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2H_2O$
Сокращённое ионное уравнение:
$Cu(OH)_2 \downarrow + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O$

Ответ: Сначала образуется голубой осадок $Cu(OH)_2$, который затем растворяется в кислоте. Уравнения реакций: $Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow$ и $Cu(OH)_2 \downarrow + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O$.

5. В пробирку налейте 1—2 мл раствора сульфата натрия или калия, прилейте 1 мл раствора хлорида кальция. Что наблюдаете? Объясните результат с помощью таблицы растворимости. Почему вместо хлорида бария, который является реактивом на серную кислоту и её соли, вам было предложено воспользоваться хлоридом кальция? В чём достоинства и недостатки этого реактива? Запишите молекулярное и ионные уравнения.
Наблюдения и объяснение:
При смешивании раствора сульфата натрия ($Na_2SO_4$) и хлорида кальция ($CaCl_2$) наблюдается образование белого, слегка мутного осадка. Согласно таблице растворимости, сульфат кальция ($CaSO_4$) является малорастворимым веществом, поэтому он выпадает в осадок.
Сравнение с хлоридом бария:
Хлорид бария ($BaCl_2$) является качественным реактивом на сульфат-ион ($SO_4^{2-}$), так как образующийся сульфат бария ($BaSO_4$) — практически нерастворимое вещество, выпадающее в виде плотного белого осадка, нерастворимого в кислотах. Реакция с ионами бария более чувствительна и наглядна.
Хлорид кальция был предложен, вероятно, для демонстрации того, что и другие катионы могут образовывать осадок с сульфат-ионами, а также из соображений безопасности: растворимые соли бария очень ядовиты, в то время как соли кальция, как правило, безвредны.
Достоинства и недостатки хлорида кальция:
Достоинства: Низкая токсичность, доступность и невысокая стоимость.
Недостатки: Меньшая чувствительность по сравнению с реактивами на основе бария. Поскольку сульфат кальция малорастворим (а не практически нерастворим), в очень разбавленных растворах осадок может не образоваться, что делает этот реактив менее надежным для качественного анализа.
Уравнения реакции (на примере $Na_2SO_4$):
Молекулярное уравнение:
$Na_2SO_4 + CaCl_2 \rightarrow CaSO_4 \downarrow + 2NaCl$
Полное ионное уравнение:
$2Na^+ + SO_4^{2-} + Ca^{2+} + 2Cl^- \rightarrow CaSO_4 \downarrow + 2Na^+ + 2Cl^-$
Сокращённое ионное уравнение:
$Ca^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow CaSO_4 \downarrow$

Ответ: Образуется белый осадок $CaSO_4$. Хлорид кальция менее токсичен, чем хлорид бария, но реакция с ним менее чувствительна, так как $CaSO_4$ малорастворим (в отличие от практически нерастворимого $BaSO_4$). Сокращенное ионное уравнение: $Ca^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow CaSO_4 \downarrow$.