Практическая работа №7, страница 177 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

Практическая работа 7

РЕШЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ «МЕТАЛЛЫ»

Опыт 1. Осуществление цепочки превращений

Проведите химические реакции, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

$MgO \rightarrow MgCl_2 \rightarrow Mg(OH)_2 \rightarrow MgSO_4 \rightarrow MgCO_3$

Все опыты проводите в одной пробирке, добавляя по каплям следующий реагент до прекращения признаков протекания реакции.

Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

Опыт 2. Получение соединений металлов и изучение их свойств

Используя предложенные вам реактивы, получите хлорид железа(II). Докажите наличие иона $Fe^{2+}$ в полученном растворе.

Используя в качестве окислителя пероксид водорода, получите из хлорида железа(II) хлорид железа(III). Докажите наличие иона $Fe^{3+}$ в полученном растворе.

Переведите ион $Fe^{3+}$ в осадок в виде гидроксида железа(III).

Напишите уравнения всех реакций в молекулярной и ионной формах.

Опыт 3. Распознавание соединений металлов

В четырёх пронумерованных пробирках без этикеток находятся кристаллические соли: сульфат магния, сульфат цинка, сульфат натрия, карбонат кальция. С помощью предложенных вам реактивов распознайте каждую соль. Напишите уравнения проведённых реакций в молекулярной и ионной формах.

Опыт 1. Осуществление цепочки превращений

Решение

Для осуществления данной цепочки превращений $MgO \rightarrow MgCl_2 \rightarrow Mg(OH)_2 \rightarrow MgSO_4 \rightarrow MgCO_3$ необходимо последовательно добавлять в пробирку следующие реагенты: соляную кислоту, гидроксид натрия, серную кислоту и карбонат натрия.

1. К оксиду магния ($MgO$) приливаем соляную кислоту ($HCl$) до полного растворения оксида. Образуется растворимый хлорид магния ($MgCl_2$).

Молекулярное уравнение:

$MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O$

Полное ионное уравнение:

$MgO(s) + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Mg^{2+} + 2Cl^- + H_2O(l)$

Сокращенное ионное уравнение:

$MgO(s) + 2H^+ \rightarrow Mg^{2+} + H_2O(l)$

2. К полученному раствору хлорида магния ($MgCl_2$) добавляем раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$), до выпадения белого осадка гидроксида магния ($Mg(OH)_2$).

Молекулярное уравнение:

$MgCl_2 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + 2NaCl$

Полное ионное уравнение:

$Mg^{2+} + 2Cl^- + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2(s) + 2Na^+ + 2Cl^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$Mg^{2+} + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2(s)$

3. К осадку гидроксида магния ($Mg(OH)_2$) приливаем серную кислоту ($H_2SO_4$) до полного растворения осадка. Образуется растворимый сульфат магния ($MgSO_4$).

Молекулярное уравнение:

$Mg(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + 2H_2O$

Полное ионное уравнение:

$Mg(OH)_2(s) + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Mg^{2+} + SO_4^{2-} + 2H_2O(l)$

Сокращенное ионное уравнение:

$Mg(OH)_2(s) + 2H^+ \rightarrow Mg^{2+} + 2H_2O(l)$

4. К полученному раствору сульфата магния ($MgSO_4$) добавляем раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$). Выпадает белый осадок карбоната магния ($MgCO_3$).

Молекулярное уравнение:

$MgSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow MgCO_3\downarrow + Na_2SO_4$

Полное ионное уравнение:

$Mg^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^+ + CO_3^{2-} \rightarrow MgCO_3(s) + 2Na^+ + SO_4^{2-}$

Сокращенное ионное уравнение:

$Mg^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow MgCO_3(s)$

Ответ: Уравнения реакций, позволяющих осуществить данную цепочку превращений, написаны выше.

Опыт 2. Получение соединений металлов и изучение их свойств

Решение

1. Получение хлорида железа(II). В пробирку с железными стружками (или порошком железа) добавляем соляную кислоту. Наблюдаем выделение пузырьков газа (водорода) и растворение железа с образованием раствора хлорида железа(II) ($FeCl_2$).

Молекулярное уравнение:

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$

Сокращенное ионное уравнение:

$Fe(s) + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2(g)$

2. Доказательство наличия иона $Fe^{2+}$. К части полученного раствора добавляем раствор гексацианоферрата(III) калия ($K_3[Fe(CN)_6]$). Выпадение темно-синего осадка (турнбулевой сини) доказывает наличие ионов $Fe^{2+}$.

Молекулярное уравнение:

$3FeCl_2 + 2K_3[Fe(CN)_6] \rightarrow Fe_3[Fe(CN)_6]_2\downarrow + 6KCl$

Сокращенное ионное уравнение:

$3Fe^{2+} + 2[Fe(CN)_6]^{3-} \rightarrow Fe_3[Fe(CN)_6]_2(s)$

3. Окисление $Fe^{2+}$ до $Fe^{3+}$. К оставшемуся раствору хлорида железа(II) добавляем несколько капель пероксида водорода ($H_2O_2$). Раствор меняет цвет со светло-зеленого на желто-бурый, что свидетельствует об окислении ионов $Fe^{2+}$ до $Fe^{3+}$. Реакция идет в кислой среде (соляная кислота осталась с первой стадии).

Молекулярное уравнение:

$2FeCl_2 + H_2O_2 + 2HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 2H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$2Fe^{2+} + H_2O_2 + 2H^+ \rightarrow 2Fe^{3+} + 2H_2O$

4. Доказательство наличия иона $Fe^{3+}$. К полученному раствору хлорида железа(III) добавляем раствор тиоцианата калия ($KSCN$). Появление кроваво-красного окрашивания раствора доказывает наличие ионов $Fe^{3+}$.

Молекулярное уравнение:

$FeCl_3 + 3KSCN \rightarrow Fe(SCN)_3 + 3KCl$

Сокращенное ионное уравнение:

$Fe^{3+} + 3SCN^- \rightarrow Fe(SCN)_3$

5. Осаждение гидроксида железа(III). К раствору с ионами $Fe^{3+}$ добавляем раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$). Выпадает бурый осадок гидроксида железа(III) ($Fe(OH)_3$).

Молекулярное уравнение:

$FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl$

Сокращенное ионное уравнение:

$Fe^{3+} + 3OH^- \rightarrow Fe(OH)_3(s)$

Ответ: Уравнения всех проведенных реакций для получения и идентификации соединений железа написаны выше.

Опыт 3. Распознавание соединений металлов

Решение

В четырех пробирках находятся: сульфат магния ($MgSO_4$), сульфат цинка ($ZnSO_4$), сульфат натрия ($Na_2SO_4$) и карбонат кальция ($CaCO_3$).

1. Проверка растворимости в воде. Добавим в каждую пробирку дистиллированную воду и перемешаем. Вещество, которое не растворяется, — это карбонат кальция ($CaCO_3$). Остальные три соли ($MgSO_4$, $ZnSO_4$, $Na_2SO_4$) растворятся.

Для подтверждения, что это карбонат, можно добавить к осадку сильную кислоту (например, $HCl$), что вызовет выделение углекислого газа:

$CaCO_3(s) + 2H^+ \rightarrow Ca^{2+} + H_2O(l) + CO_2(g)\uparrow$

2. Распознавание трех растворимых солей. В три пробирки с растворами солей добавим по каплям раствор сильной щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$).

а) В пробирке, где видимых изменений не происходит, находится сульфат натрия ($Na_2SO_4$).

б) В двух других пробирках образуются белые студенистые осадки. Это гидроксид магния ($Mg(OH)_2$) и гидроксид цинка ($Zn(OH)_2$).

Уравнение для сульфата магния:

$MgSO_4 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$

Ионное уравнение:

$Mg^{2+} + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2(s)$

Уравнение для сульфата цинка:

$ZnSO_4 + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$

Ионное уравнение:

$Zn^{2+} + 2OH^- \rightarrow Zn(OH)_2(s)$

3. Различение $Mg(OH)_2$ и $Zn(OH)_2$. Продолжим добавлять раствор $NaOH$ в пробирки с осадками. Гидроксид цинка является амфотерным и растворится в избытке щелочи с образованием бесцветного комплексного соединения. Гидроксид магния не растворится в избытке щелочи.

В пробирке, где осадок растворился, исходно был сульфат цинка ($ZnSO_4$).

Молекулярное уравнение:

$Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$

Ионное уравнение:

$Zn(OH)_2(s) + 2OH^- \rightarrow [Zn(OH)_4]^{2-}$

В пробирке, где осадок не растворился, исходно был сульфат магния ($MgSO_4$).

Ответ: 1. $CaCO_3$ определяется по нерастворимости в воде. 2. $Na_2SO_4$, $MgSO_4$, $ZnSO_4$ различаются с помощью раствора $NaOH$: $Na_2SO_4$ не дает осадка, $MgSO_4$ и $ZnSO_4$ дают белые осадки. 3. $MgSO_4$ и $ZnSO_4$ различаются добавлением избытка $NaOH$: осадок $Zn(OH)_2$ растворяется, а $Mg(OH)_2$ — нет. Уравнения реакций приведены в решении.