Страница 43 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

Лабораторный опыт 25

Откройте крышки двух небольших пластиковых бутылочек из-под минеральной воды, заполненных углекислым газом, а затем в одну из них прилейте 10 мл раствора гидроксида натрия, а в другую — 10 мл раствора гидроксида калия. Вновь закройте бутылки крышками и встряхните. Что наблюдаете?

Решение

При проведении данного опыта можно будет наблюдать, как обе пластиковые бутылочки после добавления в них растворов щелочей и встряхивания начнут деформироваться — их стенки будут сжиматься (сплющиваться) внутрь.

Это явление объясняется следующими химическими и физическими процессами:

1. Углекислый газ ($CO_2$), которым заполнены бутылки, является кислотным оксидом. Гидроксид натрия ($NaOH$) и гидроксид калия ($KOH$) — это сильные основания, или щелочи.

2. Между кислотным оксидом и щелочью происходит химическая реакция нейтрализации. В ходе реакции газообразный углекислый газ поглощается щелочью с образованием соли (карбоната) и воды. Встряхивание необходимо для увеличения площади соприкосновения газа и жидкости, что значительно ускоряет реакцию.

3. В бутылочке с раствором гидроксида натрия протекает реакция:

$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

В результате образуется карбонат натрия — соль, растворимая в воде.

4. В бутылочке с раствором гидроксида калия протекает аналогичная реакция:

$CO_2 + 2KOH \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$

В результате образуется карбонат калия — также растворимая соль.

5. Поскольку газообразный $CO_2$ в ходе реакции связывается и переходит в состав соли, количество газа в герметично закрытых бутылках резко сокращается. Это приводит к значительному падению давления внутри бутылок.

6. Давление снаружи бутылок (атмосферное давление) становится намного выше, чем давление внутри. Возникшая разница давлений и является силой, которая сжимает и деформирует пластиковые стенки бутылок.

Так как оба реагента, гидроксид натрия и гидроксид калия, являются сильными щелочами, они очень эффективно поглощают углекислый газ, поэтому наблюдаемый эффект в обеих бутылках будет выраженным и практически одинаковым.

Ответ: Наблюдается сжатие (сплющивание) обеих пластиковых бутылок. Это вызвано химической реакцией поглощения углекислого газа щелочами, что приводит к резкому падению давления внутри бутылок, и под действием внешнего атмосферного давления они деформируются.

Лабораторный опыт 26

В две пробирки налейте по 2 мл растворов солей аммония — хлорида $NH_4Cl$ и нитрата $NH_4NO_3$. Затем добавьте в каждую по 1 мл раствора щёлочи — гидроксида натрия. Подогрейте содержимое каждой пробирки в пламени спиртовки с помощью держателя для пробирок. Осторожно понюхайте продукт взаимодействия. Что ощущаете?

Поднесите к отверстию пробирки влажную универсальную индикаторную бумагу. Что наблюдаете?

Данный лабораторный опыт демонстрирует качественную реакцию на ион аммония ($NH_4^+$). При взаимодействии солей аммония (хлорида $NH_4Cl$ и нитрата $NH_4NO_3$) с раствором щёлочи (гидроксида натрия $NaOH$) и последующем нагревании происходит реакция, в результате которой выделяется газообразный аммиак ($NH_3$).

Решение

В обеих пробирках протекает реакция ионного обмена между солью аммония и щёлочью. Нагревание способствует смещению равновесия в сторону образования продуктов и выделению аммиака из раствора, так как его растворимость в воде с повышением температуры уменьшается.

1. Взаимодействие хлорида аммония с гидроксидом натрия:
Молекулярное уравнение реакции: $NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t} NaCl + NH_3 \uparrow + H_2O$
Сокращенное ионное уравнение: $NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t} NH_3 \uparrow + H_2O$

2. Взаимодействие нитрата аммония с гидроксидом натрия:
Молекулярное уравнение реакции: $NH_4NO_3 + NaOH \xrightarrow{t} NaNO_3 + NH_3 \uparrow + H_2O$
Сокращенное ионное уравнение: $NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t} NH_3 \uparrow + H_2O$

Как видно из уравнений, в обоих случаях выделяется один и тот же газообразный продукт — аммиак.

Осторожно понюхайте продукт взаимодействия. Что ощущаете?

Выделяющийся в ходе реакции газ — аммиак ($NH_3$). Он обладает очень характерным резким, удушливым запахом, который хорошо знаком как запах нашатырного спирта (водного раствора аммиака). Поэтому из обеих пробирок будет ощущаться этот резкий запах.
Ответ: Ощущается резкий, характерный запах аммиака.

Поднесите к отверстию пробирки влажную универсальную индикаторную бумагу. Что наблюдаете?

Аммиак является основанием. При контакте с водой, которой смочена индикаторная бумага, он образует гидроксид аммония ($NH_4OH$) — слабое основание, создающее в растворе щелочную среду за счет образования гидроксид-ионов ($OH^-$).
$NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4OH \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$
Универсальная индикаторная бумага чувствительна к изменению pH среды. В щелочной среде она меняет свой исходный желто-оранжевый цвет на синий или темно-синий.
Ответ: Наблюдается изменение цвета влажной универсальной индикаторной бумаги на синий.