Практическая работа №3, страница 86 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

Практическая работа 3

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

1. В три пробирки налейте по 1–2 мл разбавленной $H_2SO_4$. В первую пробирку добавьте 1–2 капли раствора лакмуса, во вторую — 1–2 капли раствора метилового оранжевого, в третью — 1–2 капли раствора фенолфталеина. Что наблюдаете? Объясните результаты.

2. В первую и вторую пробирки из первого опыта добавляйте по каплям $NaOH$ до тех пор, пока лакмус не станет фиолетовым, метиловый оранжевый — оранжевым. Сделайте вывод и напишите уравнение реакции в молекулярной и ионной формах.

3. В одну пробирку поместите гранулу $Zn$, а в другую — кусочек $Cu$ проволоки (или стружки). В обе пробирки налейте по 1–2 мл раствора $H_2SO_4$. Что наблюдаете? Объясните результаты. Напишите уравнение реакции в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

4. В одну пробирку поместите на кончике шпателя $CuO$, во вторую — на кончике шпателя порошок $Na_2CO_3$ (техническую соду). В обе пробирки налейте по 1–2 мл раствора $H_2SO_4$. Объясните результаты. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

5. В пробирку налейте 1–2 мл раствора $CuSO_4$, добавьте 1–2 мл раствора $NaOH$. К полученному осадку добавляйте по каплям $H_2SO_4$ до полного растворения осадка. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

6. В одну пробирку налейте 1–2 мл раствора $H_2SO_4$, в другую — 1–2 мл раствора $Na_2SO_4$. В обе пробирки добавьте несколько капель раствора $BaCl_2$. Что наблюдаете? Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

В три пробирки налейте по 1—2 мл разбавленной серной кислоты. В первую пробирку добавьте 1—2 капли раствора лакмуса, во вторую — 1—2 капли раствора метилового оранжевого, в третью — 1—2 капли раствора фенолфталеина. Что наблюдаете? Объясните результаты.

Решение:

Серная кислота ($H_2SO_4$) — сильная кислота, которая в водном растворе диссоциирует на ионы, создавая кислую среду за счет избытка ионов водорода ($H^+$).

Уравнение диссоциации: $H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}$

В кислой среде индикаторы изменяют свою окраску:

• В первой пробирке раствор лакмуса изменит свой фиолетовый цвет на красный.

• Во второй пробирке раствор метилового оранжевого изменит свой оранжевый цвет на красный.

• В третьей пробирке раствор фенолфталеина останется бесцветным, так как он изменяет окраску только в щелочной среде.

Таким образом, изменение цвета лакмуса и метилового оранжевого подтверждает наличие кислой среды в пробирках.

Ответ: В первой пробирке лакмус станет красным, во второй — метиловый оранжевый станет красным, в третьей — фенолфталеин останется бесцветным. Это происходит из-за кислой среды, создаваемой ионами $H^+$ при диссоциации серной кислоты.

2. В первую и вторую пробирки из первого опыта добавляйте по каплям гидроксид натрия до тех пор, пока лакмус не станет фиолетовым, метиловый оранжевый — оранжевым. Сделайте вывод и напишите уравнение реакции в молекулярной и ионной формах.

Решение:

При добавлении раствора гидроксида натрия ($NaOH$), который является щелочью, к серной кислоте происходит реакция нейтрализации. Ионы водорода ($H^+$) из кислоты реагируют с гидроксид-ионами ($OH^-$) из щелочи с образованием воды ($H_2O$).

Когда вся кислота нейтрализована, среда становится нейтральной (pH ≈ 7). В этот момент индикаторы меняют свой цвет:

• Лакмус из красного (кислая среда) становится фиолетовым (нейтральная среда).

• Метиловый оранжевый из красного (кислая среда) становится оранжевым (переходная окраска в области pH 3,1–4,4).

Вывод: серная кислота вступает в реакцию нейтрализации с гидроксидом натрия, в результате чего образуются соль (сульфат натрия) и вода.

Уравнения реакции:

• Молекулярное уравнение: $H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$

• Полное ионное уравнение: $2H^+ + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-} + 2H_2O$

• Сокращенное ионное уравнение: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

Ответ: Происходит реакция нейтрализации. Уравнение в молекулярной форме: $H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$. Сокращенное ионное уравнение: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$.

3. В одну пробирку поместите гранулу цинка, а в другую — кусочек медной проволоки (или стружки). В обе пробирки налейте по 1—2 мл раствора серной кислоты. Что наблюдаете? Объясните результаты. Напишите уравнение реакции в молекулярной и ионной формах. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Решение:

Взаимодействие металлов с разбавленной серной кислотой зависит от их положения в ряду активности металлов относительно водорода.

• В пробирке с цинком ($Zn$) наблюдается выделение пузырьков газа (водорода) и постепенное растворение гранулы цинка. Это происходит потому, что цинк стоит в ряду активности левее водорода и способен вытеснять его из разбавленных кислот.

  Уравнения реакции с цинком:

  • Молекулярное: $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

  • Сокращенное ионное: $Zn^0 + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0 \uparrow$

  Окислительно-восстановительные процессы:

  • $Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$ (Цинк — восстановитель, окисляется)

  • $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$ (Ионы водорода — окислитель, восстанавливаются)

• В пробирке с медью ($Cu$) видимых изменений не происходит. Медь стоит в ряду активности правее водорода и не может вытеснить его из разбавленных кислот-неокислителей.

  $Cu + H_2SO_4(\text{разб.}) \nrightarrow$

Ответ: В пробирке с цинком выделяется газ водород, цинк растворяется. В пробирке с медью реакции нет. Реакция с цинком: $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$.

4. В одну пробирку поместите на кончике шпателя оксид меди(II), во вторую — на кончике шпателя порошок карбоната натрия (техническую соду). В обе пробирки налейте по 1—2 мл раствора серной кислоты. Объясните результаты. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

Решение:

Серная кислота реагирует с основными оксидами и солями более слабых кислот.

• В пробирке с оксидом меди(II) ($CuO$): черный порошок оксида меди растворяется, образуя раствор голубого цвета. Это результат реакции между основным оксидом и кислотой с образованием соли (сульфата меди(II)) и воды. Голубой цвет раствору придают гидратированные ионы $Cu^{2+}$.

  Уравнения реакции:

  • Молекулярное: $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

  • Сокращенное ионное: $CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O$

• В пробирке с карбонатом натрия ($Na_2CO_3$): наблюдается бурное выделение газа без цвета и запаха (углекислого газа) и растворение порошка. Серная кислота, как более сильная, вытесняет слабую и неустойчивую угольную кислоту ($H_2CO_3$) из ее соли. Угольная кислота сразу разлагается на воду и углекислый газ.

  Уравнения реакции:

  • Молекулярное: $Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$

  • Сокращенное ионное: $CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: В первой пробирке черный порошок $CuO$ растворяется с образованием голубого раствора ($CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$). Во второй пробирке происходит бурное выделение газа ($Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$).

5. В пробирку налейте 1—2 мл раствора сульфата меди(II), добавьте 1—2 мл раствора гидроксида натрия. К полученному осадку добавляйте по каплям серную кислоту до полного растворения осадка. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

Решение:

Опыт проходит в два этапа.

Этап 1: Получение гидроксида меди(II). При смешивании растворов сульфата меди(II) и гидроксида натрия выпадает голубой студенистый осадок гидроксида меди(II) ($Cu(OH)_2$).

Уравнения реакции:

• Молекулярное: $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

• Сокращенное ионное: $Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow$

Этап 2: Растворение осадка. Гидроксид меди(II) является основанием и реагирует с серной кислотой. При добавлении кислоты осадок растворяется, и вновь образуется прозрачный голубой раствор сульфата меди(II).

Уравнения реакции:

• Молекулярное: $Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$

• Сокращенное ионное: $Cu(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O$

Ответ: 1) $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$; 2) $Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$.

6. В одну пробирку налейте 1—2 мл раствора серной кислоты, в другую — 1—2 мл раствора сульфата натрия. В обе пробирки добавьте несколько капель раствора хлорида бария. Что наблюдаете? Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

Решение:

Данный опыт демонстрирует качественную реакцию на сульфат-ион ($SO_4^{2-}$). Ионы бария ($Ba^{2+}$) образуют с сульфат-ионами нерастворимый в воде и кислотах белый осадок сульфата бария ($BaSO_4$).

Наблюдение: В обеих пробирках при добавлении раствора хлорида бария ($BaCl_2$) выпадает обильный белый мелкокристаллический осадок.

• В пробирке с серной кислотой ($H_2SO_4$):

  • Молекулярное: $H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$

  • Сокращенное ионное: $SO_4^{2-} + Ba^{2+} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

• В пробирке с сульфатом натрия ($Na_2SO_4$):

  • Молекулярное: $Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$

  • Сокращенное ионное: $SO_4^{2-} + Ba^{2+} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

Сокращенные ионные уравнения для обеих реакций одинаковы, так как в обоих случаях взаимодействуют одни и те же ионы.

Ответ: В обеих пробирках наблюдается выпадение белого осадка. Реакция в первой пробирке: $H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$. Реакция во второй пробирке: $Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaCl$. Общее сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$.