Страница 251 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Опыт 2

Получение, собирание и распознавание оксида углерода (IV)

В пробирку поместите несколько кусочков мела или мрамора и прилейте 1—2 мл разбавленной соляной кислоты. Быстро закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Конец трубки опустите в другую пробирку с 2—3 мл известковой воды.

Несколько минут наблюдайте, как через известковую воду проходят пузырьки газа.

Вопросы и задания

1. Что происходит при взаимодействии мела или мрамора с соляной кислотой? Составьте уравнение реакции и дайте её характеристику по всем изученным признакам классификации химических реакций.

2. Рассмотрите проведённую реакцию в свете теории электролитической диссоциации.

3. Опишите физические свойства оксида углерода (IV), непосредственно наблюдаемые в опыте.

4. Опишите, каким способом вы распознавали оксид углерода (IV).

1. Что происходит при взаимодействии мела или мрамора с соляной кислотой? Составьте уравнение реакции и дайте её характеристику по всем изученным признакам классификации химических реакций.

Мел и мрамор являются природными формами карбоната кальция ($CaCO_3$). При их взаимодействии с разбавленной соляной кислотой ($HCl$) наблюдается бурная реакция, которая сопровождается шипением и выделением пузырьков газа. Это происходит потому, что в результате реакции обмена образуется слабая и неустойчивая угольная кислота ($H_2CO_3$), которая мгновенно разлагается на воду ($H_2O$) и углекислый газ ($CO_2$).

Уравнение химической реакции:

$CaCO_3(тв) + 2HCl(р-р) \rightarrow CaCl_2(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$

Характеристика реакции по различным признакам классификации:

1. По изменению состава веществ: это реакция обмена, так как соль (карбонат кальция) и кислота (соляная) обмениваются своими составными частями с образованием новой соли (хлорид кальция) и новой кислоты (угольная), которая разлагается.
2. По изменению степеней окисления: реакция является неокислительно-восстановительной, поскольку степени окисления всех химических элементов в ходе реакции не изменяются.
3. По тепловому эффекту: реакция экзотермическая, протекает с выделением теплоты.
4. По направлению: реакция необратимая, так как один из продуктов — углекислый газ ($CO_2$) — является газообразным веществом и покидает сферу реакции, что смещает равновесие вправо.
5. По участию катализатора: реакция некаталитическая, для её протекания не требуется катализатор.
6. По агрегатному состоянию (фазовому составу): реакция гетерогенная, так как реагенты находятся в разных агрегатных состояниях: карбонат кальция — твердое вещество, а соляная кислота — водный раствор.

Ответ: При взаимодействии мела или мрамора ($CaCO_3$) с соляной кислотой ($HCl$) происходит выделение углекислого газа ($CO_2$). Уравнение реакции: $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$. Реакция является реакцией обмена, неокислительно-восстановительной, экзотермической, необратимой, некаталитической и гетерогенной.

2. Рассмотрите проведённую реакцию в свете теории электролитической диссоциации.

С точки зрения теории электролитической диссоциации (ТЭД), химическая реакция в растворах протекает между ионами. В данном случае соляная кислота ($HCl$) является сильным электролитом и в воде полностью диссоциирует на ионы водорода ($H^+$) и хлорид-ионы ($Cl^-$). Карбонат кальция ($CaCO_3$) — нерастворимая в воде соль, поэтому в ионных уравнениях записывается в молекулярном виде. Продукты реакции: хлорид кальция ($CaCl_2$) — растворимая соль (сильный электролит), а вода ($H_2O$) и оксид углерода(IV) ($CO_2$) — малодиссоциирующие или неэлектролиты, которые записываются в молекулярной форме.

Полное ионное уравнение реакции выглядит следующим образом:

$CaCO_3(тв) + 2H^+(р-р) + 2Cl^-(р-р) \rightarrow Ca^{2+}(р-р) + 2Cl^-(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$

Исключив из обеих частей уравнения ионы, не принимающие участия в реакции (хлорид-ионы $Cl^-$), получим краткое ионное уравнение:

$CaCO_3(тв) + 2H^+(р-р) \rightarrow Ca^{2+}(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$

Краткое ионное уравнение показывает, что суть реакции заключается во взаимодействии твердого карбоната кальция с ионами водорода из кислоты. Реакция протекает до конца, так как в результате образуются слабодиссоциирующее вещество (вода) и газ ($CO_2$), улетучивающийся из раствора.

Ответ: В свете ТЭД реакция сводится к взаимодействию ионов водорода $H^+$ с твердым карбонатом кальция $CaCO_3$ с образованием ионов кальция $Ca^{2+}$, воды и углекислого газа. Краткое ионное уравнение: $CaCO_3(тв) + 2H^+(р-р) \rightarrow Ca^{2+}(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$.

3. Опишите физические свойства оксида углерода (IV), непосредственно наблюдаемые в опыте.

В ходе эксперимента по получению и распознаванию оксида углерода(IV) ($CO_2$) можно непосредственно наблюдать следующие его физические свойства:

1. Агрегатное состояние при обычных условиях: газообразное. Это видно по образованию пузырьков газа в пробирке с реагентами и их прохождению через известковую воду.
2. Цвет: газ бесцветный. Мы наблюдаем пузырьки, но сам газ внутри них не имеет окраски.

Такие свойства, как запах и вкус, в ходе школьного эксперимента не определяются из соображений безопасности. Плотность и растворимость в воде также не могут быть точно определены на основе простого наблюдения.

Ответ: Непосредственно наблюдаемые в опыте физические свойства оксида углерода (IV) — это газообразное агрегатное состояние и отсутствие цвета (бесцветный газ).

4. Опишите, каким способом вы распознавали оксид углерода (IV).

Распознавание (идентификация) оксида углерода(IV) в данном опыте проводилось с помощью качественной реакции. Для этого газ, выделяющийся в ходе реакции, пропускали через пробирку с известковой водой — насыщенным раствором гидроксида кальция $Ca(OH)_2$.

В результате пропускания газа через изначально прозрачный раствор известковой воды наблюдалось её помутнение. Это происходит из-за образования мелкодисперсного белого осадка карбоната кальция ($CaCO_3$), который нерастворим в воде.

Уравнение этой качественной реакции:

$CO_2(г) + Ca(OH)_2(р-р) \rightarrow CaCO_3(т)\downarrow + H_2O(ж)$

Помутнение известковой воды является характерным признаком, доказывающим, что полученный газ — это именно оксид углерода(IV).

Ответ: Оксид углерода(IV) распознавали, пропуская его через известковую воду ($Ca(OH)_2$). Наблюдаемое помутнение раствора из-за образования белого осадка $CaCO_3$ подтвердило наличие $CO_2$.