Страница 250 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Опыт 1

Получение, собирание и распознавание кислорода

Соберите прибор, как показано на рисунке 96, и проверьте его на герметичность. Пробирку примерно на $1/4$ объёма заполните перманганатом калия $KMnO_4$, у отверстия пробирки расположите рыхлый комочек ваты. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Укрепите пробирку в лапке штатива так, чтобы конец газоотводной трубки доходил почти до дна сосуда для сбора кислорода.

Сначала 2–3 движениями пламени прогрейте всю пробирку с $KMnO_4$, а затем нагревайте только в том месте, где находится вещество.

Наличие кислорода в сосуде проверяйте тлеющей лучинкой.

Вопросы и задания

1. Что происходит при нагревании перманганата калия? Составьте уравнение реакции и дайте её характеристику по всем изученным признакам классификации химических реакций.

2. Рассмотрите записанную реакцию с точки зрения процессов окисления-восстановления.

3. Опишите физические свойства кислорода, непосредственно наблюдаемые в опыте.

4. Опишите, как вы распознавали кислород.

1. При нагревании перманганат калия (марганцовка), твердое кристаллическое вещество темно-фиолетового цвета, разлагается с образованием трех новых веществ: манганата калия $K_2MnO_4$ (твердое вещество зеленого цвета), диоксида марганца $MnO_2$ (твердое вещество бурого цвета) и газообразного кислорода $O_2$. Уравнение этой реакции:

$2KMnO_4 \xrightarrow{t} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow$

Характеристика реакции по различным признакам классификации:

•По числу и составу исходных веществ и продуктов: реакция разложения, так как из одного сложного вещества ($KMnO_4$) образуется несколько новых, более простых веществ ($K_2MnO_4$, $MnO_2$, $O_2$).

•По изменению степеней окисления: реакция окислительно-восстановительная, так как элементы (марганец и кислород) изменяют свои степени окисления в ходе реакции.

•По тепловому эффекту: реакция эндотермическая, так как для ее протекания требуется постоянный подвод теплоты (нагревание).

•По участию катализатора: реакция некаталитическая, протекает без участия катализатора.

•По направлению протекания: реакция необратимая, так как в данных условиях протекает только в одном направлении.

•По агрегатному состоянию веществ: реакция гетерогенная, поскольку в ней участвуют вещества в разных агрегатных состояниях (твердое и газообразное).

Ответ: При нагревании перманганат калия разлагается на манганат калия, диоксид марганца и кислород. Уравнение реакции: $2KMnO_4 \rightarrow K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow$. Реакция является реакцией разложения, окислительно-восстановительной, эндотермической, некаталитической, необратимой и гетерогенной.

2. Рассмотрим данную реакцию с точки зрения процессов окисления-восстановления. Для этого определим степени окисления элементов до и после реакции:

$2K\overset{+1}{Mn}\overset{+7}{O_4}\overset{-2}{} \xrightarrow{t} K_2\overset{+1}{Mn}\overset{+6}{O_4}\overset{-2}{} + \overset{+4}{Mn}\overset{-2}{O_2} + \overset{0}{O_2}$

Изменения степеней окисления:

• Марганец $Mn$ понижает свою степень окисления с $+7$ до $+6$ в $K_2MnO_4$ и до $+4$ в $MnO_2$. Атомы марганца принимают электроны, следовательно, $Mn^{+7}$ является окислителем, а процесс — восстановлением.

• Кислород $O$ повышает свою степень окисления с $-2$ в $KMnO_4$ до $0$ в простом веществе $O_2$. Атомы кислорода отдают электроны, следовательно, $O^{-2}$ является восстановителем, а процесс — окислением.

Процессы можно записать в виде полуреакций:

$Mn^{+7} + 1e^- \rightarrow Mn^{+6}$ | восстановление

$Mn^{+7} + 3e^- \rightarrow Mn^{+4}$ | восстановление

$2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$ | окисление

Так как и окислитель ($Mn^{+7}$), и восстановитель ($O^{-2}$) находятся в составе одного и того же исходного вещества ($KMnO_4$), эта реакция является внутримолекулярной окислительно-восстановительной реакцией.

Ответ: В реакции разложения перманганата калия окислителем является марганец в степени окисления $+7$ ($Mn^{+7}$), который восстанавливается до $+6$ и $+4$. Восстановителем является кислород в степени окисления $-2$ ($O^{-2}$), который окисляется до $0$. Это внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция.

3. В ходе описанного опыта можно наблюдать и сделать выводы о следующих физических свойствах кислорода:

•Агрегатное состояние: при нормальных условиях кислород — это газ.

•Цвет: кислород бесцветен, так как при заполнении им сосуда мы не наблюдаем появления какой-либо окраски.

•Запах: кислород не имеет запаха (об этом свойстве можно судить по отсутствию упоминания о запахе в описании опыта).

•Плотность: способ собирания кислорода — вытеснением воздуха, при котором газоотводная трубка опущена на дно сосуда-приемника — указывает на то, что кислород тяжелее воздуха. Молярная масса кислорода $M(O_2) = 32$ г/моль, а средняя молярная масса воздуха — около $29$ г/моль, что подтверждает этот вывод.

Ответ: Непосредственно в опыте можно наблюдать, что кислород — это газ без цвета и запаха, который тяжелее воздуха.

4. Распознать кислород можно с помощью качественной реакции, которая описана в условии опыта. Для этого в сосуд, предположительно содержащий кислород, вносят тлеющую лучинку (тонкую деревянную щепку, которую зажгли и затем потушили так, чтобы она продолжала тлеть). Если в сосуде находится кислород, тлеющая лучинка ярко вспыхивает и загорается снова. Это происходит потому, что кислород активно поддерживает горение. Этот метод является стандартным и надежным способом идентификации кислорода в лабораторных условиях.

Ответ: Кислород распознали с помощью тлеющей лучинки: при внесении в сосуд с собранным газом она ярко вспыхнула, что доказывает наличие кислорода, так как он поддерживает горение.