Страница 59 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Лабораторный опыт № 12. Взаимодействие растворов кислот и солей с металлами

Налейте в две пробирки по 2 мл растворов серной и соляной кислот, поместите в каждую по кусочку магния или цинка. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Налейте в две пробирки по 2 мл раствора сульфата меди (II), поместите в одну кусочек железа, в другую — гранулу цинка. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Дано:

Реагенты: растворы серной ($H_2SO_4$) и соляной ($HCl$) кислот, раствор сульфата меди(II) ($CuSO_4$), металлы: магний ($Mg$), цинк ($Zn$), железо ($Fe$).
Данная задача является качественной, описывающей химический эксперимент, поэтому перевод числовых данных в систему СИ не требуется.

Найти:

Для каждого эксперимента: 1. Наблюдаемые явления. 2. Уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. 3. Описание окислительно-восстановительных процессов.

Решение:

Налейте в две пробирки по 2 мл растворов серной и соляной кислот, поместите в каждую по кусочку магния или цинка. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Наблюдения: При помещении кусочков магния или цинка в пробирки с растворами серной и соляной кислот наблюдается бурное выделение пузырьков бесцветного газа (водорода) и постепенное растворение металла. Реакция с магнием протекает значительно энергичнее, чем с цинком, поскольку магний — более активный металл. Активность металлов убывает в ряду $Mg > Zn$.

1. Взаимодействие магния с соляной кислотой:

Молекулярное уравнение:
$Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2 \uparrow$
Полное ионное уравнение:
$Mg^0 + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Mg^{2+} + 2Cl^- + H_2^0 \uparrow$
Сокращенное ионное уравнение:
$Mg^0 + 2H^+ \rightarrow Mg^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Окислительно-восстановительный процесс:
$Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{2+}$ | 1 | процесс окисления, $Mg^0$ является восстановителем.
$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 1 | процесс восстановления, ион $H^+$ (в составе кислоты) является окислителем.

2. Взаимодействие магния с серной кислотой (разбавленной):

Молекулярное уравнение:
$Mg + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2 \uparrow$
Полное ионное уравнение:
$Mg^0 + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Mg^{2+} + SO_4^{2-} + H_2^0 \uparrow$
Сокращенное ионное уравнение (аналогично предыдущему):
$Mg^0 + 2H^+ \rightarrow Mg^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Окислительно-восстановительный процесс идентичен предыдущему: магний ($Mg^0$) — восстановитель, ион водорода ($H^+$) — окислитель.

3. Взаимодействие цинка с соляной кислотой:

Молекулярное уравнение:
$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$
Полное ионное уравнение:
$Zn^0 + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Zn^{2+} + 2Cl^- + H_2^0 \uparrow$
Сокращенное ионное уравнение:
$Zn^0 + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Окислительно-восстановительный процесс:
$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$ | 1 | процесс окисления, $Zn^0$ является восстановителем.
$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 1 | процесс восстановления, ион $H^+$ является окислителем.

4. Взаимодействие цинка с серной кислотой (разбавленной):

Молекулярное уравнение:
$Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$
Полное ионное уравнение:
$Zn^0 + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Zn^{2+} + SO_4^{2-} + H_2^0 \uparrow$
Сокращенное ионное уравнение (аналогично предыдущему):
$Zn^0 + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Окислительно-восстановительный процесс идентичен предыдущему: цинк ($Zn^0$) — восстановитель, ион водорода ($H^+$) — окислитель.

Ответ: При взаимодействии металлов, стоящих в ряду активности до водорода (в данном случае магния и цинка), с растворами кислот (соляной и серной) происходит реакция замещения. Металл выступает в роли восстановителя, окисляясь до катиона, а ионы водорода из кислоты выступают в роли окислителя, восстанавливаясь до газообразного водорода. В результате реакции образуются соль и водород. Активность реакции зависит от положения металла в электрохимическом ряду напряжений.

Налейте в две пробирки по 2 мл раствора сульфата меди (II), поместите в одну кусочек железа, в другую — гранулу цинка. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Наблюдения: При добавлении железа или цинка в голубой раствор сульфата меди(II) на поверхности металлов образуется рыхлый налёт красного цвета — это металлическая медь. Голубая окраска раствора, обусловленная ионами $Cu^{2+}$, постепенно исчезает. В пробирке с железом раствор становится бледно-зеленым из-за образования ионов $Fe^{2+}$. В пробирке с цинком раствор становится бесцветным, так как ионы $Zn^{2+}$ бесцветны. Реакция с цинком протекает быстрее, чем с железом, так как цинк более активный металл, чем железо ($Zn > Fe$).

1. Взаимодействие железа с раствором сульфата меди(II):

Молекулярное уравнение:
$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu \downarrow$
Полное ионное уравнение:
$Fe^0 + Cu^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow Fe^{2+} + SO_4^{2-} + Cu^0 \downarrow$
Сокращенное ионное уравнение:
$Fe^0 + Cu^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Cu^0 \downarrow$

Окислительно-восстановительный процесс:
$Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$ | 1 | процесс окисления, $Fe^0$ является восстановителем.
$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ | 1 | процесс восстановления, ион $Cu^{2+}$ является окислителем.

2. Взаимодействие цинка с раствором сульфата меди(II):

Молекулярное уравнение:
$Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu \downarrow$
Полное ионное уравнение:
$Zn^0 + Cu^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow Zn^{2+} + SO_4^{2-} + Cu^0 \downarrow$
Сокращенное ионное уравнение:
$Zn^0 + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu^0 \downarrow$

Окислительно-восстановительный процесс:
$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$ | 1 | процесс окисления, $Zn^0$ является восстановителем.
$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ | 1 | процесс восстановления, ион $Cu^{2+}$ является окислителем.

Ответ: При взаимодействии более активного металла с раствором соли менее активного металла происходит реакция замещения. Более активный металл (железо, цинк) является восстановителем и окисляется, переходя в раствор в виде ионов. Ионы менее активного металла (меди) являются окислителем и восстанавливаются до простого вещества, которое выпадает в осадок на поверхности более активного металла. Возможность протекания таких реакций определяется положением металлов в электрохимическом ряду напряжений.

1. Найдите в Интернете электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных.

Поскольку в задании не указан конкретный параграф и его ключевые слова, в качестве примера будет рассмотрена тема из информатики — «Базы данных». Ниже представлен список ключевых слов и словосочетаний по этой теме и электронные адреса (ссылки на веб-страницы), раскрывающие их содержание. Эти ссылки можно использовать для создания «классного банка данных».

База данных (БД)
Это структурированный набор данных, хранимый в компьютерной системе. Базы данных позволяют эффективно управлять большими объемами информации. Основные понятия, связанные с БД — это таблицы, записи, поля, ключи.
1. Статья в Википедии с общим определением, историей и классификацией: https://ru.wikipedia.org/wiki/База_данных
2. Статья, объясняющая концепцию баз данных простым языком для начинающих: https://habr.com/ru/articles/208156/

Ответ: Электронные адреса по теме «База данных»: https://ru.wikipedia.org/wiki/База_данных, https://habr.com/ru/articles/208156/.

Система управления базами данных (СУБД)
Это комплекс программных средств, предназначенных для создания баз данных, их ведения и совместного использования многими пользователями. Примеры СУБД: MySQL, PostgreSQL, Microsoft SQL Server, Oracle Database.
1. Определение и классификация СУБД в Википедии: https://ru.wikipedia.org/wiki/Система_управления_базами_данных
2. Обзорная статья о СУБД, их видах (SQL и NoSQL) и назначении: https://tproger.ru/translations/sql-nosql-database-guide/

Ответ: Электронные адреса по теме «СУБД»: https://ru.wikipedia.org/wiki/Система_управления_базами_данных, https://tproger.ru/translations/sql-nosql-database-guide/.

Модели данных
Это способ структурирования данных и описание связей между ними. Основные модели: иерархическая, сетевая, реляционная, объектно-ориентированная.
1. Статья о различных моделях данных, их преимуществах и недостатках: https://ru.wikipedia.org/wiki/Модель_данных
2. Учебный материал по моделям данных из курса Национального Открытого Университета «ИНТУИТ»: https://intuit.ru/studies/courses/648/504/lecture/11463

Ответ: Электронные адреса по теме «Модели данных»: https://ru.wikipedia.org/wiki/Модель_данных, https://intuit.ru/studies/courses/648/504/lecture/11463.

Реляционная модель данных
Это логическая модель данных, в которой все данные представлены в виде таблиц (отношений), состоящих из строк и столбцов. Является самой распространенной моделью данных на сегодняшний день.
1. Подробная статья в Википедии о теории реляционных баз данных: https://ru.wikipedia.org/wiki/Реляционная_модель_данных
2. Практическое объяснение с примерами и иллюстрациями: https://highload.today/relational-database/

Ответ: Электронные адреса по теме «Реляционная модель данных»: https://ru.wikipedia.org/wiki/Реляционная_модель_данных, https://highload.today/relational-database/.

SQL (Structured Query Language)
Это декларативный язык программирования, применяемый для создания, модификации и управления данными в реляционных базах данных. С помощью SQL формулируются запросы к базе данных.
1. Общая информация о языке SQL, его стандартах и операторах: https://ru.wikipedia.org/wiki/SQL
2. Интерактивный тренажер для изучения и практики SQL: https://www.sql-ex.ru/

Ответ: Электронные адреса по теме «SQL»: https://ru.wikipedia.org/wiki/SQL, https://www.sql-ex.ru/.

Запрос к базе данных
Это команда, которая позволяет извлечь, добавить, изменить или удалить данные из базы данных. В реляционных базах данных запросы чаще всего формулируются на языке SQL.
1. Определение и типы запросов: https://ru.wikipedia.org/wiki/Запрос_(базы_данных)
2. Статья, объясняющая, что такое SQL-запросы и как их писать: https://selectel.ru/blog/chto-takoe-sql-zaprosy/

Ответ: Электронные адреса по теме «Запрос к базе данных»: https://ru.wikipedia.org/wiki/Запрос_(базы_данных), https://selectel.ru/blog/chto-takoe-sql-zaprosy/.

Таблица, запись, поле
Это основные структурные элементы реляционной базы данных. Таблица — это набор данных об объектах одного типа (например, «Ученики»). Запись (или строка) — это одна строка в таблице, описывающая один конкретный объект (например, данные об одном ученике). Поле (или столбец) — это столбец в таблице, который определяет один из атрибутов объекта (например, «Имя», «Фамилия», «Дата рождения»).
1. Объяснение основных понятий на примере MS Access (концепции применимы и в общем случае): https://pc-azbuka.ru/chto-takoe-tablica-zapis-pole-v-baze-dannyx-ms-access/
2. Наглядное объяснение в статье про основы БД: https://skillbox.ru/media/code/chto-takoe-bazy-dannykh-obyasnyaem-prostymi-slovami-na-primerakh-iz-zhizni/

Ответ: Электронные адреса по теме «Таблица, запись, поле»: https://pc-azbuka.ru/chto-takoe-tablica-zapis-pole-v-baze-dannyx-ms-access/, https://skillbox.ru/media/code/chto-takoe-bazy-dannykh-obyasnyaem-prostymi-slovami-na-primerakh-iz-zhizni/.

2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.

В качестве выполнения задания подготовлен информационный продукт в виде сообщения по ключевому понятию из курса физики.

Сообщение на тему: «Электромагнитная индукция»

Введение

Электромагнитная индукция — это одно из фундаментальных явлений в электродинамике, которое лежит в основе работы множества электрических устройств, от гигантских электрогенераторов до обычных зарядных устройств для телефонов. Оно описывает возникновение электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Открытие явления

Явление электромагнитной индукции было открыто английским учёным Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Фарадей в ходе своих экспериментов обнаружил, что если изменять магнитное поле вокруг проводника, то в этом проводнике возникает электрический ток. Это открытие стало поворотным моментом в истории науки и техники, так как оно показало глубокую связь между электричеством и магнетизмом и открыло путь к преобразованию механической энергии в электрическую. Независимо от Фарадея, явление было также открыто американским учёным Джозефом Генри, однако Фарадей опубликовал свои результаты раньше.

Суть явления и закон Фарадея

Суть явления заключается в следующем: всякий раз, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий площадь, ограниченную замкнутым проводящим контуром, в этом контуре возникает электрический ток, который называется индукционным.

Количественно это явление описывается законом электромагнитной индукции Фарадея. Согласно этому закону, электродвижущая сила (ЭДС) индукции, возникающая в контуре, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Математически это выражается формулой:

$E_{i} = - \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}$

Где:

• $E_{i}$ — ЭДС индукции (в Вольтах, В),
• $\Delta \Phi$ — изменение магнитного потока (в Веберах, Вб),
• $\Delta t$ — промежуток времени, за который происходит это изменение (в секундах, с).

Магнитный поток $\Phi$ — это величина, характеризующая магнитное поле, проходящее через определённую поверхность. Он зависит от модуля вектора магнитной индукции $B$, площади поверхности $S$ и угла $\alpha$ между вектором индукции и нормалью (перпендикуляром) к поверхности: $\Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha)$.

Правило Ленца

Знак «минус» в формуле Фарадея отражает правило Ленца, сформулированное русским физиком Эмилием Ленцем в 1834 году. Это правило определяет направление индукционного тока. Оно гласит:

Индукционный ток, возникающий в замкнутом контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, которое вызвало этот ток.

Проще говоря, система стремится скомпенсировать внешнее воздействие. Если внешний магнитный поток увеличивается, индукционный ток создаёт своё магнитное поле, направленное против внешнего. Если внешний поток уменьшается, поле индукционного тока будет его поддерживать, то есть будет сонаправлено с внешним.

Практическое применение

Открытие электромагнитной индукции имело колоссальные последствия для развития цивилизации. На этом явлении основана работа:

• Электрических генераторов: Преобразуют механическую энергию (вращение турбин на ГЭС, АЭС, ТЭС) в электрическую. Вращение рамки в магнитном поле приводит к изменению магнитного потока через неё и возникновению тока.
• Трансформаторов: Устройства для повышения или понижения напряжения переменного тока. Изменение тока в первичной обмотке создает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует ЭДС во вторичной обмотке.
• Индукционных плит: Под стеклянной поверхностью плиты находится катушка, по которой течёт высокочастотный переменный ток. Он создаёт переменное магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в металлическом дне посуды. Эти токи нагревают посуду и пищу в ней.
• Динамо-машины: Например, в велосипедных фонарях, которые работают при вращении колеса.
• Беспроводные зарядные устройства: Передающая катушка в зарядном устройстве и приёмная катушка в гаджете работают как трансформатор без сердечника.
• Металлодетекторы, микрофоны, считывающие головки жёстких дисков.

Заключение

Электромагнитная индукция — это краеугольный камень современной электротехники и энергетики. Открытие Фарадея не только объединило, казалось бы, разрозненные явления электричества и магнетизма, но и дало человечеству возможность генерировать и использовать электроэнергию в промышленных масштабах, что коренным образом изменило наш мир.

Ответ: Выше представлен информационный продукт (сообщение) по теме «Электромагнитная индукция», подготовленный в соответствии с заданием с использованием интернет-ресурсов.