Страница 104 - гдз по химии 9 класс тетрадь для лабораторных опытов и практических работ Габриелян, Аксенова

1. В три пробирки налейте по 1–2 мл разбавленной соляной кислоты. В первую пробирку добавьте 1–2 капли лакмуса, во вторую — 1–2 капли метилового оранжевого, в третью — 1–2 капли фенолфталеина. Что наблюдаете? Объясните результаты.

Что наблюдаете?

При добавлении индикаторов к разбавленной соляной кислоте будут наблюдаться следующие изменения цвета:

В первую пробирку с соляной кислотой добавили лакмус. Наблюдается окрашивание раствора в красный цвет.

Во вторую пробирку с соляной кислотой добавили метиловый оранжевый. Наблюдается окрашивание раствора в розовый (или красный) цвет.

В третью пробирку с соляной кислотой добавили фенолфталеин. Наблюдается отсутствие изменения цвета – раствор останется бесцветным.

Объясните результаты.

Соляная кислота ($ \text{HCl} $) является сильной кислотой. В водном растворе она диссоциирует на ионы водорода ($ \text{H}^+ $или$ \text{H}_3\text{O}^+ $) и хлорид-ионы ($ \text{Cl}^- $), создавая высокую концентрацию ионов$

Индикаторы – это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от кислотности среды (значения pH).

Лакмус: Этот индикатор имеет диапазон изменения цвета в кислой среде. В растворах с pH ниже примерно 4.5 лакмус становится красным. Поскольку соляная кислота является сильной кислотой, pH ее разбавленного раствора значительно ниже 4.5, что приводит к покраснению лакмуса.

Метиловый оранжевый: Этот индикатор изменяет цвет в диапазоне pH от 3.1 до 4.4. В кислой среде (pH < 3.1) метиловый оранжевый приобретает красный или розовый цвет. Соляная кислота создает pH значительно ниже 3.1, поэтому метиловый оранжевый становится красным/розовым.

Фенолфталеин: Этот индикатор широко используется для определения щелочной среды. Он изменяет цвет в диапазоне pH от 8.2 до 10.0. В кислой и нейтральной средах (pH < 8.2) фенолфталеин остается бесцветным. Поскольку соляная кислота является кислотой, ее pH значительно ниже 8.2, и фенолфталеин не меняет цвет, оставаясь бесцветным.

Таким образом, наблюдаемые изменения цвета индикаторов подтверждают, что соляная кислота является кислотой.

2. В первую и вторую пробирки из первого опыта добавляйте по каплям гидроксид натрия до тех пор, пока лакмус не станет фиолетовым, метиловый оранжевый — оранжевым. Сделайте вывод и напишите молекулярное и сокращённое ионное уравнения реакции.

Дано

В пробирках, содержимое которых осталось после "первого опыта", присутствуют растворы, реагирующие с гидроксидом натрия. Добавляется: гидроксид натрия ($NaOH$). Используемые индикаторы: лакмус и метиловый оранжевый. Конечные состояния индикаторов после добавления $NaOH$: лакмус — фиолетовый, метиловый оранжевый — оранжевый.

Найти

Вывод о протекающей реакции, молекулярное уравнение реакции, сокращенное ионное уравнение реакции.

Решение

Исходя из того, что в процессе добавления гидроксида натрия (сильного основания) индикаторы меняют цвет с характерного для кислой среды на цвета, соответствующие нейтральной или близкой к нейтральной среде (лакмус — фиолетовый, метиловый оранжевый — оранжевый), можно сделать вывод, что в пробирках изначально находился кислотный раствор. Для примера рассмотрим реакцию с соляной кислотой ($HCl$), как одной из наиболее распространенных сильных кислот.

Вывод

При добавлении гидроксида натрия к кислому раствору (например, соляной кислоте) происходит реакция нейтрализации. Изменение цвета лакмуса (с красного в кислой среде на фиолетовый в нейтральной) и метилового оранжевого (с красного в кислой среде на оранжевый в нейтральной или слабокислой/слабощелочной области) свидетельствует о достижении точки эквивалентности, при которой кислота полностью прореагировала с основанием, образуя соль и воду.

Ответ:

Молекулярное уравнение реакции

Для реакции нейтрализации соляной кислоты гидроксидом натрия: $HCl_{(aq)} + NaOH_{(aq)} \rightarrow NaCl_{(aq)} + H_2O_{(l)}$

Ответ:

Сокращенное ионное уравнение реакции

Полное ионное уравнение: $H^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} + Na^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)} \rightarrow Na^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} + H_2O_{(l)}$ Сокращенное ионное уравнение, после удаления ионов-зрителей ($Na^+$ и $Cl^-$): $H^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)} \rightarrow H_2O_{(l)}$

Ответ:

3. В две пробирки налейте по 1–2 мл соляной кислоты. В одну пробирку поместите гранулу цинка, в другую — кусочек медной проволоки (или стружки). Что наблюдаете? Объясните результаты. Напишите молекулярное и сокращённое ионное уравнение реакции и рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Что наблюдаете?

При помещении гранулы цинка в соляную кислоту наблюдается бурное выделение пузырьков газа, а гранула цинка постепенно растворяется. Раствор может немного нагреваться.

При помещении кусочка медной проволоки (или стружки) в соляную кислоту видимых изменений не наблюдается: не происходит выделения газа, медь не растворяется.

Ответ:

Объясните результаты.

Результаты объясняются положением металлов цинка и меди в ряду активности металлов (электрохимическом ряду напряжений). Цинк находится в ряду активности до водорода, что означает, что он является более активным металлом, чем водород. Поэтому цинк вытесняет водород из растворов кислот (кроме азотной и концентрированной серной, где водород не является продуктом восстановления).

Медь находится в ряду активности после водорода, что означает, что она менее активна, чем водород. Следовательно, медь не способна вытеснять водород из растворов кислот, таких как соляная кислота, и не реагирует с ней.

Ответ:

Напишите молекулярное и сокращённое ионное уравнения реакции и рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Реакция происходит только между цинком и соляной кислотой.

Молекулярное уравнение реакции:

$Zn(s) + 2HCl(aq) \rightarrow ZnCl_2(aq) + H_2(g)$

Полное ионное уравнение реакции:

$Zn(s) + 2H^+(aq) + 2Cl^-(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2Cl^-(aq) + H_2(g)$

Сокращённое ионное уравнение реакции:

$Zn(s) + 2H^+(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + H_2(g)$

Рассмотрение окислительно-восстановительных процессов:

В данной реакции цинк (элемент с нулевой степенью окисления) переходит в ион цинка со степенью окисления $+2$, отдавая электроны. Водород (в составе ионов $H^+$ со степенью окисления $+1$) принимает электроны и переходит в молекулярный водород со степенью окисления $0$.

Процесс окисления (отдача электронов):

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$

Цинк является восстановителем.

Процесс восстановления (прием электронов):

$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$

Ионы водорода являются окислителем.

Ответ:

4. В две пробирки налейте по 1—2 мл соляной кислоты. В первую добавьте на кончике шпателя оксид цинка, во вторую — кусочек карбоната кальция (мела или мрамора). Объясните результаты. Напишите молекулярные и сокращённые ионные уравнения реакций.

Решение

Обоснование результатов

В первой пробирке оксид цинка ($ZnO$), являющийся амфотерным оксидом, будет реагировать с соляной кислотой ($HCl$), сильной кислотой, образуя растворимую соль (хлорид цинка) и воду. В результате реакции твердый оксид цинка растворится, образуя прозрачный раствор.

Во второй пробирке карбонат кальция ($CaCO_3$), соль слабой угольной кислоты, будет реагировать с соляной кислотой ($HCl$), сильной кислотой. В результате этой реакции образуется хлорид кальция, вода и углекислый газ. Выделение углекислого газа будет наблюдаться в виде бурного выделения пузырьков (вскипания).

Ответ: В первой пробирке оксид цинка растворяется, во второй пробирке карбонат кальция растворяется с выделением газа.

Молекулярные уравнения реакций

Реакция в первой пробирке (соляная кислота и оксид цинка):
$ZnO(s) + 2HCl(aq) \rightarrow ZnCl_2(aq) + H_2O(l)$

Реакция во второй пробирке (соляная кислота и карбонат кальция):
$CaCO_3(s) + 2HCl(aq) \rightarrow CaCl_2(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)$

Ответ: Уравнения приведены выше.

Сокращенные ионные уравнения реакций

Для первой пробирки ($ZnO + HCl$):
Молекулярное уравнение: $ZnO(s) + 2HCl(aq) \rightarrow ZnCl_2(aq) + H_2O(l)$
Полное ионное уравнение: $ZnO(s) + 2H^+(aq) + 2Cl^-(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2Cl^-(aq) + H_2O(l)$
Сокращенное ионное уравнение: $ZnO(s) + 2H^+(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + H_2O(l)$

Для второй пробирки ($CaCO_3 + HCl$):
Молекулярное уравнение: $CaCO_3(s) + 2HCl(aq) \rightarrow CaCl_2(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)$
Полное ионное уравнение: $CaCO_3(s) + 2H^+(aq) + 2Cl^-(aq) \rightarrow Ca^{2+}(aq) + 2Cl^-(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)$
Сокращенное ионное уравнение: $CaCO_3(s) + 2H^+(aq) \rightarrow Ca^{2+}(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)$

Ответ: Уравнения приведены выше.

5. В пробирку налейте 1—2 мл раствора сульфата меди(II), добавьте 1—2 мл раствора гидроксида натрия. К полученному осадку добавляйте по каплям соляную кислоту до полного растворения осадка. Напишите молекулярные и сокращённые ионные уравнения реакций.

Решение

В процессе выполнения описанных действий происходят две химические реакции:

Реакция 1: Взаимодействие сульфата меди(II) с гидроксидом натрия

При смешивании раствора сульфата меди(II) с раствором гидроксида натрия образуется осадок гидроксида меди(II) синего цвета.

Молекулярное уравнение:

$\text{CuSO}_4 \text{(aq)} + 2\text{NaOH} \text{(aq)} \rightarrow \text{Cu(OH)}_2 \text{(s)} \downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4 \text{(aq)}$

Сокращенное ионное уравнение:

$\text{Cu}^{2+} \text{(aq)} + 2\text{OH}^{-} \text{(aq)} \rightarrow \text{Cu(OH)}_2 \text{(s)} \downarrow$

Ответ: Уравнения приведены выше.

Реакция 2: Взаимодействие гидроксида меди(II) с соляной кислотой

При добавлении соляной кислоты к образовавшемуся осадку гидроксида меди(II) осадок растворяется, так как гидроксид меди(II) является нерастворимым основанием, которое реагирует с кислотами.

Молекулярное уравнение:

$\text{Cu(OH)}_2 \text{(s)} + 2\text{HCl} \text{(aq)} \rightarrow \text{CuCl}_2 \text{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O} \text{(l)}$

Сокращенное ионное уравнение:

$\text{Cu(OH)}_2 \text{(s)} + 2\text{H}^{+} \text{(aq)} \rightarrow \text{Cu}^{2+} \text{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O} \text{(l)}$

Ответ: Уравнения приведены выше.

6. В одну пробирку налейте 1–2 мл соляной кислоты, в другую — 1–2 мл раствора хлорида натрия. В обе пробирки добавьте несколько капель раствора нитрата серебра. Что наблюдаете? Напишите молекулярные и сокращённое ионное уравнения реакций.

Дано

Пробирка 1: соляная кислота (HCl)

Пробирка 2: раствор хлорида натрия (NaCl)

Добавляется в обе пробирки: раствор нитрата серебра (AgNO₃)

Найти:

Что наблюдается?

Молекулярные уравнения реакций.

Сокращенные ионные уравнения реакций.

Решение

В обеих пробирках содержатся хлорид-ионы ($Cl^-$): в первой пробирке они образуются в результате диссоциации соляной кислоты ($HCl \rightleftharpoons H^+ + Cl^-$), во второй – из хлорида натрия ($NaCl \rightleftharpoons Na^+ + Cl^-$). При добавлении раствора нитрата серебра ($AgNO_3$), содержащего ионы серебра ($Ag^+$), происходит реакция с хлорид-ионами, образуя малорастворимый хлорид серебра ($AgCl$), который выпадает в виде белого творожистого осадка.

Что наблюдаете?

В обеих пробирках, после добавления раствора нитрата серебра, наблюдается образование белого творожистого осадка.

Напишите молекулярные уравнения реакций.

1. Реакция соляной кислоты с нитратом серебра:

$HCl(aq) + AgNO_3(aq) \rightarrow AgCl(s) \downarrow + HNO_3(aq)$

2. Реакция хлорида натрия с нитратом серебра:

$NaCl(aq) + AgNO_3(aq) \rightarrow AgCl(s) \downarrow + NaNO_3(aq)$

Напишите сокращённое ионное уравнения реакций.

1. Для реакции соляной кислоты с нитратом серебра:

$H^+(aq) + Cl^-(aq) + Ag^+(aq) + NO_3^-(aq) \rightarrow AgCl(s) + H^+(aq) + NO_3^-(aq)$

Сокращенное ионное уравнение: $Ag^+(aq) + Cl^-(aq) \rightarrow AgCl(s)$

2. Для реакции хлорида натрия с нитратом серебра:

$Na^+(aq) + Cl^-(aq) + Ag^+(aq) + NO_3^-(aq) \rightarrow AgCl(s) + Na^+(aq) + NO_3^-(aq)$

Сокращенное ионное уравнение: $Ag^+(aq) + Cl^-(aq) \rightarrow AgCl(s)$