Страница 115 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

Практическая работа 5

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА. КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА КАРБОНАТ-ИОНЫ

1. В две пробирки налейте по 20 капель дистиллированной воды и добавьте по 3–4 капли раствора фиолетового лакмуса. В третью пробирку внесите примерно 20 капель раствора известковой воды. Установите пробирки в штатив. Туда же поместите и три пустые пробирки.

2. В прибор для получения газов внесите 2–3 небольших кусочка мрамора и закрепите прибор в лапке штатива. В воронку налейте немного соляной кислоты, чтобы она покрывала кусочки мрамора. Газоотводную трубку прибора опустите в пробирку с водой, подкрашенной раствором лакмуса. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакции в молекулярной и ионной формах.

3. Пропускайте выделяющийся оксид углерода(IV) через воду до тех пор, пока раствор лакмуса не приобретёт красную окраску. Объясните наблюдаемое и запишите уравнения реакции в молекулярной и ионной формах.

Сравните окраску раствора с окраской раствора в контрольной пробирке.

4. Промойте конец газоотводной трубки в стакане с водой. После этого конец газоотводной трубки перенесите в пробирку с известковой водой и пропускайте газ до помутнения раствора (рис. 49).

5. Продолжайте пропускать газ через помутневший раствор. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакции в молекулярной и ионной формах.

Примечание. Если скорость выделения газа замедлилась, то в пробирку с мрамором можно добавить немного соляной кислоты.

6. Промойте конец газоотводной трубки в стакане с водой. Перенесите газоотводную трубку в четвёртую пробирку, опустив её до дна пробирки. Соберите газ методом вытеснения воздуха (почему именно этим методом?).

7. Зажгите лучинку и внесите её в пробирку. Что наблюдаете? Объясните наблюдаемое.

8. В одну чистую пробирку налейте 2 мл раствора карбоната натрия, в другую — 2 мл раствора карбоната калия. Добавьте в каждую пробирку 1—2 мл раствора серной кислоты. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

$HCl$

$CaCO_3$

$CO_2$

$Ca(OH)_2$ (раствор)

Рис. 49. Прибор для получения углекислого газа

Разберите установку и приведите в порядок рабочее место.

Оформите отчёт.

Решение

При добавлении соляной кислоты к мрамору (карбонату кальция) наблюдается бурное выделение газа (вскипание). Это происходит потому, что сильная соляная кислота вытесняет слабую и неустойчивую угольную кислоту из её соли. Угольная кислота тут же разлагается на воду и углекислый газ, который мы и наблюдаем в виде пузырьков.

Уравнение реакции в молекулярной форме:

$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Уравнение реакции в полной ионной форме:

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

Уравнение реакции в сокращенной ионной форме:

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

Ответ: Наблюдается выделение пузырьков газа (вскипание).

3. Решение

При пропускании углекислого газа через воду, подкрашенную фиолетовым лакмусом, раствор меняет цвет на красный. Это происходит из-за того, что углекислый газ ($CO_2$) растворяется в воде, образуя слабую угольную кислоту ($H_2CO_3$). В кислой среде лакмус становится красным. В контрольной пробирке с водой и лакмусом цвет остается фиолетовым, что соответствует нейтральной среде.

Уравнение реакции в молекулярной форме:

$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$

Угольная кислота является слабым электролитом и диссоциирует на ионы, что и создает кислую среду:

$H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$

Ответ: Раствор лакмуса приобретает красную окраску из-за образования угольной кислоты.

4. Решение

При пропускании углекислого газа через известковую воду (раствор гидроксида кальция $Ca(OH)_2$) наблюдается помутнение раствора. Это качественная реакция на углекислый газ. Помутнение вызвано образованием нерастворимого в воде белого осадка — карбоната кальция ($CaCO_3$).

Уравнение реакции в молекулярной форме:

$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

Уравнение реакции в полной ионной форме:

$CO_2 + Ca^{2+} + 2OH^- \rightarrow CaCO_3(тв) + H_2O$

Уравнение реакции в сокращенной ионной форме совпадает с полной ионной формой.

Ответ: Наблюдается помутнение раствора из-за образования белого осадка карбоната кальция.

5. Решение

При дальнейшем пропускании углекислого газа через помутневший раствор осадок постепенно растворяется, и раствор снова становится прозрачным. Это происходит потому, что нерастворимый карбонат кальция ($CaCO_3$) реагирует с избытком угольной кислоты (образующейся из $CO_2$ и $H_2O$) с образованием растворимого гидрокарбоната кальция ($Ca(HCO_3)_2$).

Уравнение реакции в молекулярной форме:

$CaCO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow Ca(HCO_3)_2$

Уравнение реакции в ионной форме:

$CaCO_3(тв) + CO_2 + H_2O \rightarrow Ca^{2+} + 2HCO_3^-$

Ответ: Наблюдается растворение осадка и просветление раствора.

6. Решение

Углекислый газ собирают методом вытеснения воздуха (газоотводная трубка опускается на дно пробирки). Этот метод используется потому, что углекислый газ ($CO_2$) тяжелее воздуха. Молярная масса $CO_2$ равна $44$ г/моль, в то время как средняя молярная масса воздуха составляет примерно $29$ г/моль. Будучи более тяжелым, $CO_2$ опускается на дно сосуда, вытесняя более легкий воздух вверх.

Ответ: Углекислый газ собирают методом вытеснения воздуха, так как он тяжелее воздуха.

7. Решение

При внесении зажженной лучинки в пробирку с углекислым газом она гаснет. Это объясняется тем, что углекислый газ не поддерживает горение. Он вытесняет из зоны горения кислород, который необходим для поддержания пламени.

Ответ: Зажженная лучинка гаснет.

8. Решение

При добавлении серной кислоты к растворам карбоната натрия и карбоната калия в обеих пробирках наблюдается бурное выделение пузырьков газа. Это происходит потому, что сильная серная кислота вступает в реакцию с карбонат-ионами ($CO_3^{2-}$), образуя слабую и неустойчивую угольную кислоту, которая тут же разлагается на воду и углекислый газ.

Реакция с карбонатом натрия:

Молекулярная форма: $Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Полная ионная форма: $2Na^+ + CO_3^{2-} + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-} + H_2O + CO_2 \uparrow$

Реакция с карбонатом калия:

Молекулярная форма: $K_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Полная ионная форма: $2K^+ + CO_3^{2-} + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow 2K^+ + SO_4^{2-} + H_2O + CO_2 \uparrow$

Для обеих реакций сокращенная ионная форма одинакова, так как она отражает суть взаимодействия сильной кислоты с карбонат-ионом:

$CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: В обеих пробирках наблюдается выделение газа (вскипание).