Практическая работа №3, страница 65, часть 1 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

Влияние катализатора на скорость реакции

Реактивы: 10%-ные растворы сульфата меди (II), гидроксида аммония, пероксида водорода.

Химическая посуда и лабораторное оборудование: цилиндры на 250 мл, измерительные цилиндры на 100 и 25 мл.

Техника безопасности. Требуется соблюдение правил работы с растворами кислот, щелочей и нагревательными приборами.

Ход работы

Налейте в один цилиндр 50 мл раствора сульфата меди (ІІ), в другой — 50 мл раствора гидроксида аммония, в третий — по 25 мл растворов сульфата меди (II) и гидроксида аммония. Добавьте во все цилиндры по 10 мл раствора пероксида водорода. Обратите внимание на скорость выделения кислорода. Напишите уравнение реакции.

Ход работы, наблюдения и объяснение

Целью данной практической работы является изучение влияния различных веществ (катализаторов) на скорость реакции разложения пероксида водорода ($H_2O_2$). Скорость реакции определяется по интенсивности выделения кислорода.

Цилиндр 1: Раствор сульфата меди (II) и пероксид водорода.

В цилиндр с 50 мл раствора сульфата меди (II) ($CuSO_4$) добавляют 10 мл раствора пероксида водорода. Наблюдается медленное, но заметное выделение пузырьков газа (кислорода). Это происходит потому, что ионы меди ($Cu^{2+}$) выступают в роли катализатора, ускоряя реакцию разложения $H_2O_2$, которая без катализатора протекает очень медленно.

Цилиндр 2: Раствор гидроксида аммония и пероксид водорода.

В цилиндр с 50 мл раствора гидроксида аммония ($NH_4OH$) добавляют 10 мл раствора пероксида водорода. Раствор гидроксида аммония создает слабощелочную среду. Разложение пероксида водорода в щелочной среде ускоряется. В этом цилиндре также будет наблюдаться медленное выделение кислорода, по скорости сопоставимое с первым цилиндром.

Цилиндр 3: Смесь растворов сульфата меди (II), гидроксида аммония и пероксид водорода.

Это контрольный эксперимент, демонстрирующий синергетический эффект.

При смешивании 25 мл раствора $CuSO_4$ и 25 мл раствора $NH_4OH$ сначала образуется голубой студенистый осадок гидроксида меди (II) ($Cu(OH)_2$). Затем, поскольку раствор аммиака находится в избытке, этот осадок растворяется, образуя прозрачный раствор ярко-синего цвета. Это раствор комплексного соединения — сульфата тетраамминмеди(II) ($[Cu(NH_3)_4]SO_4$).

При добавлении в этот ярко-синий раствор 10 мл пероксида водорода начинается очень бурная реакция: наблюдается интенсивное вспенивание и обильное выделение кислорода. Скорость реакции в этом цилиндре несравнимо выше, чем в первых двух. Это доказывает, что ион тетраамминмеди(II) ($[Cu(NH_3)_4]^{2+}$) является высокоэффективным катализатором для разложения пероксида водорода.

Вывод по наблюдениям

Сравнивая интенсивность выделения кислорода в трех цилиндрах, можно расположить скорости реакций (V) в следующем порядке:

$V_{цилиндр~3} >> V_{цилиндр~1} \approx V_{цилиндр~2}$

Наиболее сильным каталитическим действием обладает аммиачный комплекс меди(II).

Уравнения реакций

1. Основная реакция разложения пероксида водорода (протекает во всех цилиндрах):

$2H_2O_2 \rightarrow 2H_2o + O_2 \uparrow$

2. Реакции в 3-м цилиндре, приводящие к образованию катализатора:

а) Образование гидроксида меди(II):

$CuSO_4 + 2NH_4OH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + (NH_4)_2SO_4$

б) Растворение осадка в избытке аммиака с образованием комплексного иона:

$Cu(OH)_2 + 4NH_4OH \rightarrow [Cu(NH_3)_4](OH)_2 + 4H_2O$

Или суммарное уравнение образования комплекса из исходных веществ:

$CuSO_4 + 4NH_4OH \rightarrow [Cu(NH_3)_4]SO_4 + 4H_2O$

3. Каталитическое разложение пероксида водорода в 3-м цилиндре (катализатор указывается над стрелкой):

$2H_2O_2 \xrightarrow{[Cu(NH_3)_4]^{2+}} 2H_2o + O_2 \uparrow$

Ответ: Наибольшая скорость выделения кислорода наблюдается в третьем цилиндре, где катализатором реакции разложения пероксида водорода выступает аммиачный комплекс меди(II), ион $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$. В первом (с $CuSO_4$) и втором (с $NH_4OH$) цилиндрах реакция протекает значительно медленнее. Основное уравнение реакции, ускоряемой катализатором: $2H_2O_2 \rightarrow 2H_2o + O_2 \uparrow$.