Страница 12 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

11. Растворимость веществ в воде зависит от температуры. Твёрдые вещества, как правило, при нагревании растворяются лучше, газообразные — наоборот. Данные о зависимости растворимости от температуры можно найти в справочниках. Например, для хлорида калия справочные данные таковы:

Постройте график данной зависимости в координатах растворимость — температура, воспользовавшись офисным приложением Excel.

Дано:

Зависимость растворимости хлорида калия от температуры представлена в виде таблицы:

Найти:

Построить график зависимости растворимости от температуры по заданным данным.

Решение:

Для построения графика в приложении Microsoft Excel необходимо выполнить следующие шаги. Будем использовать исходные данные в общепринятых для химии единицах ($t, \degree C$ и Растворимость, г/100 г H₂O), так как это нагляднее для данной задачи.

1. Ввод данных. Откройте новый лист в Excel. В первый столбец (например, столбец A) введите значения температуры ($t, \degree C$). Во второй столбец (столбец B) введите соответствующие значения растворимости (г/100 г H₂O).

2. Выбор данных. Выделите оба столбца с данными, включая заголовки, если вы их добавили.

3. Вставка диаграммы. Перейдите на вкладку "Вставка" (Insert) в верхнем меню. В группе "Диаграммы" (Charts) найдите и нажмите на иконку "Вставить точечную (X, Y) или пузырьковую диаграмму" (Insert Scatter (X, Y) or Bubble Chart).

4. Выбор типа графика. В выпадающем меню выберите тип "Точечная с гладкими кривыми и маркерами" (Scatter with Smooth Lines and Markers). Excel автоматически построит график, используя первый столбец как ось X (горизонтальная ось), а второй — как ось Y (вертикальная ось).

5. Форматирование графика.

   • Название диаграммы. Щелкните по названию диаграммы и введите подходящее, например: "Зависимость растворимости хлорида калия от температуры".

   • Названия осей. Чтобы добавить названия осей, выберите график, нажмите на появившийся справа знак "+" (Элементы диаграммы) и поставьте галочку напротив "Названия осей" (Axis Titles). Введите название горизонтальной оси (оси X): "Температура, t, °C". Введите название вертикальной оси (оси Y): "Растворимость, г/100 г H₂O".

   • Дополнительные настройки. При необходимости можно настроить сетку, легенду, цвета и другие элементы для лучшей читаемости графика.

В результате выполнения этих действий будет получен график, иллюстрирующий прямую зависимость растворимости хлорида калия от температуры: с ростом температуры растворимость увеличивается.

Ответ:

График зависимости растворимости хлорида калия от температуры, построенный на основе табличных данных:

12. В домашних условиях экспериментально изучите растворимость в воде следующих веществ: соль, сахар, питьевая сода, ванилин, лимонная кислота. Для этого примерно одинаковую массу вещества (например, чайную ложку) пробуйте растворить в определённом объёме воды (например, $\frac{1}{4}$ стакана). Сделайте вывод о растворимости исследуемых веществ.

Для изучения растворимости веществ в домашних условиях проведем следующий эксперимент.

Цель эксперимента

Экспериментально изучить и сравнить растворимость в воде следующих веществ: поваренной соли, сахара, питьевой соды, ванилина и лимонной кислоты.

Оборудование и реактивы

• Исследуемые вещества: поваренная соль (хлорид натрия, $NaCl$), сахар (сахароза, $C_{12}H_{22}O_{11}$), питьевая сода (гидрокарбонат натрия, $NaHCO_3$), ванилин ($C_8H_8O_3$), лимонная кислота ($C_6H_8O_7$).
• Растворитель: вода ($H_2O$) комнатной температуры.
• Оборудование: 5 прозрачных стаканов, чайная ложка для отмеривания веществ и для перемешивания.

Ход эксперимента

1. Подготовить 5 чистых прозрачных стаканов.
2. В каждый стакан налить примерно одинаковый объем воды — около 1/4 стакана (примерно 50-60 мл).
3. В первый стакан добавить одну чайную ложку поваренной соли.
4. Во второй стакан добавить одну чайную ложку сахара.
5. В третий стакан добавить одну чайную ложку питьевой соды.
6. В четвертый стакан добавить одну чайную ложку ванилина.
7. В пятый стакан добавить одну чайную ложку лимонной кислоты.
8. Содержимое каждого стакана тщательно перемешать в течение 1-2 минут, наблюдая за изменениями.
9. Оставить стаканы на несколько минут и оценить результат: прозрачность раствора и наличие или отсутствие осадка.

Результаты наблюдений

Соль (поваренная)

При добавлении в воду и перемешивании кристаллы соли быстро исчезают. Раствор становится полностью прозрачным и бесцветным. На дне стакана не остается нерастворившихся частиц.

Ответ: Соль хорошо растворяется в воде.

Сахар

Сахар также хорошо растворяется в воде, образуя прозрачный бесцветный раствор. Процесс растворения может занять немного больше времени, чем у соли. Осадок на дне отсутствует.

Ответ: Сахар хорошо растворяется в воде.

Питьевая сода

Питьевая сода растворяется в воде значительно хуже, чем соль и сахар. Даже после тщательного перемешивания на дне стакана остается заметное количество белого осадка. Раствор может быть мутноватым. Это говорит о том, что в данном объеме воды вся ложка соды раствориться не может.

Ответ: Питьевая сода является умеренно (или мало) растворимой в воде.

Ванилин

Порошок ванилина очень плохо растворяется в воде комнатной температуры. Большая его часть плавает на поверхности или оседает на дно, образуя осадок. Вода приобретает характерный запах, что свидетельствует о растворении очень малой части вещества, но визуально раствор остается мутным с большим количеством нерастворившихся частиц.

Ответ: Ванилин является малорастворимым веществом в воде.

Лимонная кислота

Кристаллы лимонной кислоты очень быстро и без остатка растворяются в воде. Раствор получается абсолютно прозрачным и бесцветным. Весь объем взятого вещества растворяется полностью.

Ответ: Лимонная кислота очень хорошо растворяется в воде.

Общий вывод

На основе проведенного эксперимента можно сделать вывод о различной растворимости исследуемых веществ в воде. По степени убывания растворимости их можно расположить в следующий ряд:

Лимонная кислота > Сахар ≈ Соль > Питьевая сода > Ванилин

Таким образом, лимонная кислота, сахар и соль являются хорошо растворимыми веществами. Питьевая сода имеет ограниченную растворимость, а ванилин практически нерастворим в холодной воде.

Химические вещества взаимодействуют друг с другом. Как разобраться в огромном многообразии химических превращений? Какие признаки лежат в основе классификации химических реакций?

Химический мир огромен и разнообразен. Ежесекундно в природе и в созданных человеком устройствах происходят миллионы химических реакций. Чтобы ориентироваться в этом многообразии, ученые-химики разработали систему классификации химических превращений. Она основана на выделении общих, существенных признаков, по которым реакции можно объединить в группы. Такой подход позволяет систематизировать знания, предсказывать свойства продуктов, условия протекания реакций и управлять ими.

В основе классификации химических реакций лежат несколько ключевых признаков. Рассмотрим основные из них.

1. По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции

Это одна из самых первых и основных классификаций. По этому признаку выделяют четыре основных типа реакций:

• Реакции соединения — это реакции, в результате которых из двух или нескольких простых или сложных веществ образуется одно более сложное вещество. Схема реакции: $A + B \to AB$.
  Пример: горение серы в кислороде с образованием оксида серы(IV): $S + O_2 \to SO_2$.
• Реакции разложения — это реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется два или более новых веществ (простых или сложных). Схема реакции: $AB \to A + B$.
  Пример: разложение перманганата калия при нагревании: $2KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow$.
• Реакции замещения — это реакции между простым и сложным веществом, в ходе которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. Схема реакции: $A + BC \to AC + B$.
  Пример: взаимодействие цинка с соляной кислотой: $Zn + 2HCl \to ZnCl_2 + H_2\uparrow$.
• Реакции обмена — это реакции между двумя сложными веществами, в ходе которых они обмениваются своими составными частями. Схема реакции: $AB + CD \to AD + CB$.
  Пример: взаимодействие хлорида бария и сульфата натрия с образованием осадка сульфата бария: $BaCl_2 + Na_2SO_4 \to BaSO_4\downarrow + 2NaCl$.

Ответ: По числу и составу реагентов и продуктов реакции делят на реакции соединения, разложения, замещения и обмена.

2. По тепловому эффекту

Любая химическая реакция сопровождается выделением или поглощением энергии, чаще всего в виде теплоты.

• Экзотермические реакции — протекают с выделением теплоты ($+Q$). Тепловой эффект ($ \Delta H $) таких реакций отрицателен ($ \Delta H < 0 $).
  Пример: горение метана: $CH_4 + 2O_2 \to CO_2 + 2H_2O + 891 \text{ кДж}$.
• Эндотермические реакции — протекают с поглощением теплоты ($-Q$). Тепловой эффект ($ \Delta H $) таких реакций положителен ($ \Delta H > 0 $).
  Пример: разложение карбоната кальция: $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2 - 178 \text{ кДж}$.

Ответ: По тепловому эффекту реакции делятся на экзотермические (с выделением тепла) и эндотермические (с поглощением тепла).

3. По изменению степеней окисления химических элементов

Этот признак делит все реакции на две большие группы.

• Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. В них одновременно протекают процессы окисления (отдача электронов) и восстановления (присоединение электронов).
  Пример: взаимодействие меди с концентрированной азотной кислотой: $\overset{0}{Cu} + 4H\overset{+5}{N}O_3 \to \overset{+2}{Cu}(NO_3)_2 + 2\overset{+4}{N}O_2\uparrow + 2H_2O$. Здесь медь повышает степень окисления (окисляется), а азот понижает (восстанавливается).
• Реакции, протекающие без изменения степеней окисления. К ним относятся, например, все реакции ионного обмена, многие реакции разложения и соединения.
  Пример: реакция нейтрализации: $NaOH + HCl \to NaCl + H_2O$. Степени окисления всех элементов остаются неизменными.

Ответ: По изменению степеней окисления реакции бывают окислительно-восстановительными и протекающими без изменения степеней окисления.

4. По направлению протекания

• Необратимые реакции — протекают практически до конца в одном направлении. Это происходит, если один из продуктов реакции уходит из сферы реакции (выпадает в осадок, выделяется в виде газа) или образуется малодиссоциирующее вещество (например, вода).
  Пример: $AgNO_3 + NaCl \to AgCl\downarrow + NaNO_3$.
• Обратимые реакции — протекают одновременно в двух противоположных направлениях (прямом и обратном). В уравнениях таких реакций вместо знака равенства ставят знак обратимости.
  Пример: синтез аммиака (процесс Габера): $N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г)$.

Ответ: По направлению реакции делятся на необратимые (идут в одном направлении) и обратимые (идут в прямом и обратном направлениях).

5. По участию катализатора

Катализатор — это вещество, которое изменяет скорость реакции, но само при этом не расходуется.

• Каталитические реакции — реакции, скорость которых изменяется в присутствии катализатора.
  Пример: разложение пероксида водорода в присутствии оксида марганца(IV): $2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$.
• Некаталитические реакции — реакции, протекающие без участия катализатора.
  Пример: горение магния в кислороде: $2Mg + O_2 \to 2MgO$.

Ответ: По наличию катализатора реакции делятся на каталитические и некаталитические.

6. По фазовому состоянию реагирующих веществ

• Гомогенные реакции — реакции, в которых все исходные вещества и продукты находятся в одной фазе (газовой или жидкой).
  Пример: реакция между газообразным водородом и газообразным хлором: $H_2(г) + Cl_2(г) \to 2HCl(г)$.
• Гетерогенные реакции — реакции, в которых реагирующие вещества и продукты находятся в разных фазах. Реакция протекает на границе раздела фаз.
  Пример: горение твердого угля в газообразном кислороде: $C(тв) + O_2(г) \to CO_2(г)$.

Ответ: По агрегатному состоянию реагентов реакции делятся на гомогенные (одна фаза) и гетерогенные (разные фазы).

Таким образом, классификация химических реакций по различным признакам позволяет упорядочить огромное количество известных химических процессов, лучше понять их сущность и закономерности протекания.