Лабораторный опыт №8, страница 21 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

Лабораторный опыт 8

В одну пробирку налейте 2–3 мл соляной кислоты, в другую — 2–3 мл раствора уксусной кислоты такой же концентрации. В каждую из пробирок опустите по одной грануле цинка. В какой из пробирок образование пузырьков газа интенсивнее? Почему?

Соляная кислота относится к сильным кислотам, скорость её взаимодействия с цинком относительно высокая:

$ \text{Zn} + 2\text{HCl} = \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\uparrow $

Уксусная кислота относится к слабым кислотам, и с металлическим цинком она реагирует медленнее:

$ \text{Zn} + 2\text{CH}_3\text{COOH} = (\text{CH}_3\text{COO})_2\text{Zn} + \text{H}_2\uparrow $

Дано:

Пробирка 1: Раствор соляной кислоты ($HCl$).
Пробирка 2: Раствор уксусной кислоты ($CH_3COOH$).
Концентрация растворов кислот одинакова: $C(HCl) = C(CH_3COOH)$.
В каждую пробирку помещена гранула цинка ($Zn$).

Найти:

В какой из пробирок образование пузырьков газа будет интенсивнее и почему?

Решение:

Скорость химической реакции взаимодействия металла с кислотой зависит от нескольких факторов, одним из которых является сила кислоты, то есть ее способность диссоциировать (распадаться) на ионы в водном растворе. В данном опыте выделяющийся газ — это водород ($H_2$), который образуется в результате реакции цинка с ионами водорода ($H^+$), присутствующими в растворах кислот.

Соляная кислота ($HCl$) является сильной кислотой. Это означает, что в водном растворе она практически полностью диссоциирует на ионы водорода ($H^+$) и хлорид-ионы ($Cl^-$): $HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$ Благодаря полной диссоциации, в растворе соляной кислоты создается высокая концентрация ионов водорода.

Уксусная кислота ($CH_3COOH$) является слабой кислотой. Это означает, что она диссоциирует в воде лишь частично и обратимо. В растворе устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами кислоты и ионами: $CH_3COOH \leftrightarrows H^+ + CH_3COO^-$ Из-за частичной диссоциации концентрация ионов водорода в растворе уксусной кислоты значительно ниже, чем в растворе соляной кислоты той же молярной концентрации.

Реакция цинка с кислотами описывается следующими уравнениями:
1. С соляной кислотой: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$
2. С уксусной кислотой: $Zn + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2\uparrow$

В ионном виде ключевой процесс для обеих реакций — это взаимодействие цинка с ионами водорода: $Zn + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2\uparrow$

Поскольку скорость реакции прямо зависит от концентрации реагирующих веществ (в данном случае, ионов $H^+$), реакция будет протекать гораздо быстрее там, где концентрация ионов водорода выше. Следовательно, в пробирке с соляной кислотой реакция будет идти значительно интенсивнее, что проявится в более бурном выделении пузырьков водорода.

Ответ: Образование пузырьков газа интенсивнее в пробирке с соляной кислотой. Это происходит потому, что соляная кислота является сильной кислотой и при той же общей концентрации, что и у слабой уксусной кислоты, создает в растворе гораздо большую концентрацию ионов водорода ($H^+$), которые и вступают в реакцию с цинком.