Страница 208 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Лабораторный опыт № 33. Взаимодействие концентрированной азотной кислоты с медью

Осторожно налейте в пробирку 1 мл концентрированной азотной кислоты. Кончиком стеклянной трубочки зачерпните чуть-чуть порошка меди и высыпьте его в пробирку с кислотой. (Если в кабинете отсутствует порошок меди, можно использовать небольшой кусочек очень тоненькой медной проволоки, которую необходимо предварительно скатать в комочек.) Что наблюдаете? Почему реакция протекает без нагревания? Почему этот вариант проведения опыта не требует использования вытяжного шкафа? Если площадь соприкосновения меди с азотной кислотой будет меньше, то какие условия необходимо соблюдать? После проведения эксперимента немедленно поместите пробирку с содержимым в вытяжной шкаф. Запишите уравнение реакции и рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Что наблюдаете?

При добавлении меди к концентрированной азотной кислоте наблюдаются следующие явления:
1. Бурная химическая реакция, сопровождающаяся шипением.
2. Выделение густого бурого газа с резким запахом. Этот газ – диоксид азота ($NO_2$), который также называют «лисий хвост».
3. Растворение меди.
4. Окрашивание раствора в сине-зеленый цвет из-за образования нитрата меди(II) ($Cu(NO_3)_2$).
Ответ: Наблюдается бурная реакция с выделением бурого газа и окрашиванием раствора в сине-зеленый цвет.

Почему реакция протекает без нагревания?

Концентрированная азотная кислота является очень сильным окислителем, а медь – достаточно активный металл для взаимодействия с ней. Энергии, выделяющейся при их взаимодействии, достаточно для преодоления активационного барьера, поэтому реакция является самопроизвольной и протекает при комнатной температуре без дополнительного нагревания.
Ответ: Реакция протекает без нагревания, так как концентрированная азотная кислота является очень сильным окислителем и активно реагирует с медью при обычных условиях.

Почему этот вариант проведения опыта не требует использования вытяжного шкафа?

Утверждение в вопросе является спорным с точки зрения техники безопасности. Диоксид азота ($NO_2$), выделяющийся в ходе реакции, – ядовитый газ. Любые опыты с его выделением должны проводиться в вытяжном шкафу. Предполагается, что в данном опыте используются очень малые количества реагентов (1 мл кислоты и «чуть-чуть» порошка меди), что минимизирует количество выделяемого токсичного газа. Однако даже в малых дозах $NO_2$ опасен, поэтому инструкция завершается указанием немедленно поместить пробирку в вытяжной шкаф после проведения эксперимента.
Ответ: Этот вариант опыта условно не требует вытяжного шкафа только из-за использования крайне малых количеств реагентов, что снижает, но не устраняет опасность. Согласно правилам техники безопасности, подобные реакции всегда следует проводить в вытяжном шкафу.

Если площадь соприкосновения меди с азотной кислотой будет меньше, то какие условия необходимо соблюдать?

Уменьшение площади соприкосновения реагентов (например, использование медной проволоки вместо порошка) приводит к снижению скорости химической реакции. Чтобы реакция прошла с заметной скоростью, необходимо увеличить ее скорость. Этого можно достичь, например, путем нагревания реакционной смеси.
Ответ: При меньшей площади соприкосновения для ускорения реакции необходимо нагреть смесь.

Запишите уравнение реакции и рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Уравнение реакции взаимодействия меди с концентрированной азотной кислотой:
$Cu + 4HNO_{3(\text{конц.})} \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 \uparrow + 2H_2O$

Рассмотрим окислительно-восстановительные процессы, составив электронный баланс:

Медь повышает свою степень окисления с 0 до +2, она является восстановителем (окисляется):
$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$ | 1

Азот в азотной кислоте понижает свою степень окисления с +5 до +4 (в $NO_2$), он является окислителем (восстанавливается):
$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 2

Из баланса следует, что на 1 атом меди, отдавшей 2 электрона, приходится 2 атома азота, принявших по 1 электрону. Часть молекул азотной кислоты (2 молекулы) идет на образование соли – нитрата меди(II).

Ответ: Уравнение реакции: $Cu + 4HNO_{3(\text{конц.})} \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 \uparrow + 2H_2O$. Медь ($Cu^0$) – восстановитель, азот ($N^{+5}$) в азотной кислоте – окислитель.