Домашний эксперимент, страница 161, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

Проделайте дома следующие опыты: а) выведите при помощи бензина жирные пятна с одежды; б) сравните пенообразование обычного мыла и синтетического моющего порошка в жесткой воде; в) произведите смягчение воды добавкой соды и кипячением и проверьте результаты.

а)

Этот опыт основан на принципе «подобное растворяется в подобном». Жиры, из которых состоят жирные пятна, являются неполярными органическими соединениями. Вода – полярный растворитель, поэтому она не может растворить жир. Бензин, в свою очередь, представляет собой смесь неполярных углеводородов и является хорошим растворителем для жиров.

Для удаления пятна необходимо смочить ватный тампон или чистую ткань в бензине и аккуратно протереть загрязненный участок, двигаясь от краев пятна к центру, чтобы не увеличивать его размер. Под ткань с обратной стороны пятна следует подложить чистый впитывающий материал (например, бумажное полотенце). Жир растворится в бензине и перейдет с ткани на тампон и подложку. После обработки вещь следует проветрить на открытом воздухе до полного исчезновения запаха бензина.

Важное замечание: бензин является легковоспламеняющейся и токсичной жидкостью. Все работы с ним необходимо проводить в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе, вдали от источников огня и искр. Рекомендуется использовать защитные перчатки.

Ответ: Жирное пятно эффективно удаляется с одежды при помощи бензина, так как неполярные молекулы жира хорошо растворяются в неполярном растворителе, каким является бензин.

б)

Жесткость воды обусловлена наличием в ней растворенных солей кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$). Опыт демонстрирует различное поведение обычного мыла и синтетических моющих средств (СМС) в такой воде.

Обычное мыло представляет собой натриевые или калиевые соли высших карбоновых (жирных) кислот, например, стеарат натрия $C_{17}H_{35}COONa$. В жесткой воде мыло вступает в реакцию с ионами кальция и магния, образуя нерастворимые соли — так называемый «мыльный шлак». Эти нерастворимые соединения не обладают моющим действием и выпадают в виде осадка, из-за чего мыло плохо пенится и расходуется впустую.

Пример реакции: $2C_{17}H_{35}COONa (aq) + Ca^{2+} (aq) \rightarrow (C_{17}H_{35}COO)_2Ca (s) \downarrow + 2Na^+ (aq)$

Синтетические моющие средства (стиральные порошки) имеют более сложное строение (например, алкилбензолсульфонаты). Их кальциевые и магниевые соли, в отличие от солей обычного мыла, растворимы в воде. Поэтому СМС сохраняют свою моющую способность и хорошо пенятся даже в жесткой воде, не образуя осадка.

При проведении опыта, если в две емкости с жесткой водой добавить соответственно мыло и стиральный порошок и взболтать, то в емкости с порошком образуется обильная пена, а в емкости с мылом пена будет слабой, а вода станет мутной из-за образования осадка.

Ответ: В жесткой воде синтетический моющий порошок образует обильную пену, в то время как обычное мыло пенится очень плохо и образует нерастворимый осадок (хлопья).

в)

Смягчение (умягчение) воды — это процесс удаления из нее ионов кальция и магния, вызывающих жесткость. В быту применяют два основных метода: кипячение и добавление соды.

1. Кипячение. Этот метод эффективен только для устранения временной (карбонатной) жесткости, которая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция $Ca(HCO_3)_2$ и магния $Mg(HCO_3)_2$. При нагревании эти соли разлагаются с образованием нерастворимых карбонатов, которые выпадают в осадок (накипь), и углекислого газа.

Реакция: $Ca(HCO_3)_2 (aq) \xrightarrow{t} CaCO_3 (s) \downarrow + H_2o (l) + CO_2 (g) \uparrow$

Таким образом, ионы $Ca^{2+}$ удаляются из раствора, и вода становится мягче. Постоянная жесткость, обусловленная сульфатами и хлоридами, кипячением не устраняется.

2. Добавление соды. Использование кальцинированной соды (карбоната натрия $Na_2CO_3$) позволяет устранить как временную, так и постоянную жесткость. Карбонат-ионы ($CO_3^{2-}$) из соды связывают ионы кальция и магния в нерастворимые карбонаты $CaCO_3$ и $MgCO_3$, которые выпадают в осадок.

Реакции для устранения постоянной жесткости:

$CaCl_2 (aq) + Na_2CO_3 (aq) \rightarrow CaCO_3 (s) \downarrow + 2NaCl (aq)$

$CaSO_4 (aq) + Na_2CO_3 (aq) \rightarrow CaCO_3 (s) \downarrow + Na_2SO_4 (aq)$

Проверка результатов: Для проверки эффективности умягчения можно сравнить пенообразование мыла в трех пробах воды: исходной жесткой, прокипяченной и отстоянной, и воде с добавлением соды (также после отстаивания). В исходной воде мыло будет пениться плохо. В кипяченой воде пенообразование улучшится. Наиболее обильная пена будет наблюдаться в воде, обработанной содой, так как этот метод устраняет практически всю жесткость.

Ответ: И кипячение, и добавление соды смягчают воду, что подтверждается улучшением пенообразования мыла. Кипячение устраняет только временную жесткость, а добавление соды — и временную, и постоянную, поэтому является более универсальным и эффективным методом.