Страница 26 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

В двух химических стаканах без этикеток находятся по 10 г сахарного песка и поваренной соли. Как распознать эти вещества?

Дано:

Вещество 1: сахарный песок (сахароза, $C_{12}H_{22}O_{11}$), масса $m_1 = 10 \text{ г}$

Вещество 2: поваренная соль (хлорид натрия, $NaCl$), масса $m_2 = 10 \text{ г}$

Перевод в систему СИ:

$m_1 = 0.01 \text{ кг}$

$m_2 = 0.01 \text{ кг}$

Найти:

Способы распознавания сахарного песка и поваренной соли.

Решение:

Поскольку сахарный песок и поваренная соль являются белыми кристаллическими веществами, внешне они очень похожи. Для их распознавания необходимо провести ряд экспериментов, основанных на различии их физических и химических свойств. Существует несколько надежных способов.

Способ 1. Термическое разложение (нагревание)

Этот метод основан на различной термической устойчивости веществ. Для опыта необходимо отобрать небольшие пробы каждого вещества (например, на кончике шпателя) в термостойкие пробирки или на предметные стекла и аккуратно нагреть их в пламени спиртовки.

Сахар ($C_{12}H_{22}O_{11}$) — это органическое соединение. При нагревании он сначала плавится (температура плавления около $186^\circ C$), затем приобретает коричневый оттенок и характерный запах жженого сахара (этот процесс называется карамелизацией). При дальнейшем нагревании он обугливается, превращаясь в черную пористую массу.

Поваренная соль ($NaCl$) — неорганическое соединение с ионной связью, обладающее высокой температурой плавления ($801^\circ C$). В пламени спиртовки или бытовой горелки она не расплавится и не изменит своего внешнего вида. Может наблюдаться легкое потрескивание, если в кристаллах соли содержится влага.

Ответ: Вещество, которое при нагревании плавится, карамелизуется и обугливается, — это сахарный песок. Вещество, которое не изменяется при нагревании, — это поваренная соль.

Способ 2. Электропроводность водных растворов

Этот метод основан на способности или неспособности веществ распадаться на ионы (диссоциировать) в водном растворе. Необходимо приготовить растворы обоих веществ, растворив небольшое количество каждого в дистиллированной воде. Затем в полученные растворы поочередно опускают электроды прибора для проверки электропроводности (простейший вариант — цепь из батарейки, лампочки и двух электродов).

Раствор поваренной соли ($NaCl$) будет проводить электрический ток. Соль является сильным электролитом и в воде диссоциирует на подвижные ионы: $NaCl \rightleftarrows Na^+ + Cl^-$. За счет движения ионов цепь замыкается, и лампочка загорается.

Раствор сахара ($C_{12}H_{22}O_{11}$) электрический ток не проводит. Сахар — неэлектролит, в воде он растворяется, но существует в виде нейтральных молекул, которые не могут переносить заряд. Лампочка гореть не будет.

Ответ: Вещество, водный раствор которого проводит электрический ток (лампочка загорается), — это поваренная соль. Вещество, чей раствор не проводит ток, — это сахарный песок.

Способ 3. Качественная реакция на хлорид-ион

Данный химический метод позволяет однозначно определить наличие поваренной соли, в состав которой входит хлорид-ион ($Cl^-$). Для этого, как и в предыдущем способе, готовят водные растворы исследуемых веществ. Затем в каждую пробирку с раствором добавляют несколько капель раствора нитрата серебра ($AgNO_3$).

В стакане с раствором поваренной соли немедленно наблюдается образование белого творожистого осадка хлорида серебра ($AgCl$), который не растворяется в кислотах. Уравнение реакции: $NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$.

В стакане с раствором сахара никаких видимых изменений не произойдет, так как сахароза не содержит хлорид-ионов и не вступает в реакцию с нитратом серебра.

Ответ: Вещество, которое при добавлении к его водному раствору нитрата серебра образует белый творожистый осадок, является поваренной солью. Вещество, не дающее такой реакции, — сахарный песок.

Способ 4. Органолептический метод (проба на вкус)

Этот метод основан на хорошо известных вкусовых качествах данных веществ. Важно: пробовать вещества на вкус в условиях химической лаборатории категорически запрещено, так как это опасно для здоровья! Этот способ применим исключительно в бытовых условиях при полной уверенности, что в стаканах находятся именно пищевые продукты.

Сахарный песок имеет характерный сладкий вкус.

Поваренная соль имеет характерный соленый вкус.

Ответ: Вещество со сладким вкусом — это сахарный песок, а с соленым вкусом — поваренная соль.

В чём причина электропроводности растворов электролитов?

Причина электропроводности растворов электролитов заключается в наличии в них свободных, подвижных носителей электрического заряда. В отличие от металлов, где носителями заряда являются электроны, в растворах электролитов эту роль выполняют ионы.

Ионы образуются в результате процесса, называемого электролитической диссоциацией. Когда вещество-электролит (например, соль, кислота или основание) растворяется в полярном растворителе (чаще всего в воде), его молекулы распадаются на положительно заряженные ионы — катионы (например, $Na^+$, $H^+$, $Cu^{2+}$) и отрицательно заряженные ионы — анионы (например, $Cl^-$, $OH^-$, $SO_4^{2-}$).

В отсутствие внешнего электрического поля эти ионы движутся хаотично. Однако, если в раствор поместить электроды и подключить их к источнику тока, то в растворе возникнет электрическое поле. Под действием этого поля ионы начинают упорядоченное (направленное) движение:

• Положительно заряженные катионы движутся к отрицательному электроду (катоду).
• Отрицательно заряженные анионы движутся к положительному электроду (аноду).

Это направленное движение заряженных частиц (ионов) и есть электрический ток. Таким образом, способность растворов электролитов проводить электричество обусловлена наличием свободных ионов, образующихся при диссоциации, и их направленным движением в электрическом поле.

Ответ: Электропроводность растворов электролитов вызвана наличием в них свободных ионов (катионов и анионов), которые образуются в результате электролитической диссоциации и способны упорядоченно двигаться в электрическом поле, создавая электрический ток.