Практическая работа №6, страница 68, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №6

Получение аммиака и опыты с ним

Реактивы: кристаллический хлорид аммония, порошок гидроксида кальция, кислород, растворы серной, азотной, соляной кислот, раствор фенолфталеина, красная лакмусовая бумага.

Химическая посуда и лабораторное оборудование: прибор для получения газов, пробирки, штатив для пробирок, спиртовка, фарфоровая ступка, стеклянный цилиндр.

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

Ход работы

Опыт 1. Получение аммиака и растворение его в воде.

В фарфоровой ступке хорошо перемешайте приблизительно равные объемы кристаллического хлорида аммония $\text{NH}_4\text{Cl}$ и порошка гидроксида кальция $\text{Ca(OH)}_2$ (опыт удается лучше, если известь слегка влажная). Приготовленную смесь насыпьте в пробирку на 1/3 часть ее объема. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой, конец которой вставлен в другую сухую пробирку, закрепленную в штативе открытым концом вниз. Нагрейте смесь в пробирке. Как только почувствуете острый запах, сразу же пробирку с газом, не переворачивая, закройте пробкой, погрузите ее в сосуд с водой и откройте пробку.

После заполнения пробирки водой закройте ее отверстие пробкой и выньте пробирку из воды. В полученный раствор поместите красную лакмусовую бумажку — она синеет. Затем добавьте к раствору несколько капель раствора фенолфталеина.

Вопросы и задания

1. Какой газ выделился? Напишите уравнение соответствующей реакции.

2. Какое вещество образуется при растворении полученного газа в воде? Какие наблюдения этот вывод подтверждают? Напишите уравнение данной реакции.

Опыт 2. Горение аммиака в кислороде. Соберите прибор для получения газов. Пробирку со смесью хлорида аммония и гидроксида кальция слегка нагрейте. Газоотводную трубку введите в стеклянный цилиндр с кислородом и с помощью лучинки подожгите газ.

Вопросы и задания

1. Какие вещества образуются в процессе горения аммиака? Напишите уравнение соответствующей реакции, если известно, что при горении аммиака в кислороде выделяется свободный азот.

2. Подчеркните в уравнении одной чертой окислитель, а двумя — восстановитель.

Опыт 3. Взаимодействие аммиака с кислотами. Соберите прибор, как и для предыдущего опыта. Пробирку со смесью хлорида аммония и гидроксида кальция слегка нагрейте. Газоотводную трубку последовательно введите в пробирки, в которых налито по 1 мл концентрированных азотной, соляной и серной кислот. Конец газоотводной трубки должен находиться на расстоянии 5–6 мм от поверхности кислот.

Вопросы и задания

1. Как объяснить появление "белого дыма"? Напишите уравнения соответствующих реакций.

2. Почему конец газоотводной трубки нельзя погружать в кислоты, а лишь приближать к ним?

Опыт 4. Свойства водного раствора аммиака. В две пробирки налейте водный раствор аммиака. В одну из них опустите красную лакмусовую бумажку. В другую пробирку добавьте несколько капель раствора фенолфталеина, а затем немного разбавленного раствора соляной кислоты.

Вопросы и задания

1. О каких свойствах водного раствора аммиака свидетельствует его действие на индикаторы? Как это можно объяснить с позиций электролитической диссоциации?

2. Что происходит при действии кислоты на водный раствор аммиака?

3. Составьте уравнение соответствующей химической реакции в молекулярном и ионном виде.

Опыт 1. Получение аммиака и растворение его в воде.

1. Какой газ выделился? Напишите уравнение соответствующей реакции.

При нагревании смеси хлорида аммония и гидроксида кальция выделяется аммиак ($NH_3$) — бесцветный газ с резким характерным запахом. Уравнение реакции получения аммиака в лаборатории:

$2NH_4Cl + Ca(OH)_2 \xrightarrow{t} CaCl_2 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$

Ответ: Выделился газ аммиак ($NH_3$). Уравнение реакции: $2NH_4Cl + Ca(OH)_2 \xrightarrow{t} CaCl_2 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$.

2. Какое вещество образуется при растворении полученного газа в воде? Какие наблюдения этот вывод подтверждают? Напишите уравнение данной реакции.

При растворении аммиака в воде образуется гидрат аммиака (или гидроксид аммония $NH_4OH$), который является слабым основанием и частично диссоциирует на ионы. Это приводит к созданию щелочной среды в растворе.

Этот вывод подтверждают следующие наблюдения:

• Красная лакмусовая бумажка синеет.
• Раствор фенолфталеина, добавленный в раствор, приобретает малиновую окраску.

Оба этих изменения цвета индикаторов характерны для щелочной среды.

Уравнение реакции растворения аммиака в воде:

$NH_3 + H_2o \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2o \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$

Ответ: При растворении аммиака в воде образуется гидрат аммиака (гидроксид аммония, $NH_4OH$). Вывод подтверждается изменением цвета индикаторов (посинение лакмуса, малиновый цвет фенолфталеина), что указывает на щелочную среду. Уравнение реакции: $NH_3 + H_2o \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$.

Опыт 2. Горение аммиака в кислороде.

1. Какие вещества образуются в процессе горения аммиака? Напишите уравнение соответствующей реакции, если известно, что при горении аммиака в кислороде выделяется свободный азот.

При горении аммиака в кислороде без катализатора образуются два простых вещества: свободный азот ($N_2$) и вода ($H_2O$).

Уравнение соответствующей реакции:

$4NH_3 + 3O_2 \xrightarrow{t} 2N_2 + 6H_2O$

Ответ: Образуются свободный азот ($N_2$) и вода ($H_2O$). Уравнение реакции: $4NH_3 + 3O_2 \xrightarrow{t} 2N_2 + 6H_2O$.

2. Подчеркните в уравнении одной чертой окислитель, а двумя — восстановитель.

Для определения окислителя и восстановителя рассмотрим изменение степеней окисления элементов:

$4\stackrel{-3}{N}H_3 + 3\stackrel{0}{O}_2 \xrightarrow{t} 2\stackrel{0}{N}_2 + 6H_2\stackrel{-2}{O}$

• Азот ($\text{N}$) изменяет степень окисления с -3 до 0. Он отдает электроны, то есть окисляется. Вещество, в котором находится элемент-восстановитель, является восстановителем. Следовательно, аммиак ($NH_3$) — восстановитель.
• Кислород ($\text{O}$) изменяет степень окисления с 0 до -2. Он принимает электроны, то есть восстанавливается. Вещество, в котором находится элемент-окислитель, является окислителем. Следовательно, кислород ($O_2$) — окислитель.

Ответ: Окислитель — $O_2$, восстановитель — $NH_3$.

Опыт 3. Взаимодействие аммиака с кислотами.

1. Как объяснить появление "белого дыма"? Напишите уравнения соответствующих реакций.

"Белый дым" — это не дым в прямом смысле слова, а аэрозоль, состоящий из мельчайших твердых кристалликов солей аммония. Они образуются в результате реакции газообразного аммиака ($NH_3$) с парами концентрированных кислот.

Уравнения соответствующих реакций:

• С соляной кислотой (пары $HCl$): $NH_3(г) + HCl(г) \rightarrow NH_4Cl(тв)$ (хлорид аммония)
• С азотной кислотой (пары $HNO_3$): $NH_3(г) + HNO_3(г) \rightarrow NH_4NO_3(тв)$ (нитрат аммония)
• С серной кислотой (пары $H_2SO_4$): $2NH_3(г) + H_2SO_4(конц.) \rightarrow (NH_4)_2SO_4(тв)$ (сульфат аммония)

Ответ: Появление "белого дыма" объясняется образованием твердых микрокристаллов солей аммония при реакции газообразного аммиака с парами кислот. Уравнения реакций: $NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$; $NH_3 + HNO_3 \rightarrow NH_4NO_3$; $2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$.

2. Почему конец газоотводной трубки нельзя погружать в кислоты, а лишь приближать к ним?

Аммиак чрезвычайно хорошо растворяется в воде, а также активно реагирует с кислотами. Если конец газоотводной трубки погрузить в кислоту, аммиак начнет очень быстро растворяться и реагировать. Это приведет к резкому падению давления внутри трубки и всего прибора для получения газа. В результате разницы давлений (атмосферное давление снаружи станет значительно выше, чем внутри) кислота будет засасываться из пробирки обратно в газоотводную трубку и далее в горячую колбу-реактор. Это явление называется "засасывание" или "обратный ток жидкости". Оно опасно, так как может привести к растрескиванию горячей посуды из-за резкого охлаждения и бурному вскипанию смеси.

Ответ: Конец газоотводной трубки нельзя погружать в кислоту во избежание "засасывания" жидкости в реакционную пробирку, что может произойти из-за очень высокой растворимости и реакционной способности аммиака.

Опыт 4. Свойства водного раствора аммиака.

1. О каких свойствах водного раствора аммиака свидетельствует его действие на индикаторы? Как это можно объяснить с позиций электролитической диссоциации?

Действие на индикаторы (посинение красной лакмусовой бумажки, появление малиновой окраски в присутствии фенолфталеина) свидетельствует о том, что водный раствор аммиака обладает основными (щелочными) свойствами.

С позиций теории электролитической диссоциации это объясняется тем, что молекулы аммиака, растворяясь в воде, вступают с ней в обратимое химическое взаимодействие. В результате этого образуются ионы аммония ($NH_4^+$) и гидроксид-ионы ($OH^-$). Уравнение диссоциации:

$NH_3 + H_2o \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$

Накопление в растворе гидроксид-ионов ($OH^-$) и обуславливает его щелочную среду и, как следствие, изменение окраски индикаторов.

Ответ: Действие на индикаторы свидетельствует об основных (щелочных) свойствах. Это объясняется диссоциацией гидрата аммиака в воде с образованием гидроксид-ионов ($OH^-$), которые и создают щелочную среду.

2. Что происходит при действии кислоты на водный раствор аммиака?

При добавлении кислоты (например, соляной) к водному раствору аммиака происходит реакция нейтрализации. Водный раствор аммиака является основанием, а кислота — кислотой. Ионы водорода ($H^+$) из кислоты реагируют с гидроксид-ионами ($OH^-$) из щелочного раствора аммиака, образуя молекулы воды ($H_2O$). В результате щелочная среда нейтрализуется. Если в растворе был индикатор фенолфталеин (малинового цвета), то при нейтрализации он обесцветится, так как исчезнут избыточные гидроксид-ионы.

Ответ: Происходит реакция нейтрализации: основание (водный раствор аммиака) реагирует с кислотой с образованием соли и воды. Щелочная среда исчезает.

3. Составьте уравнение соответствующей химической реакции в молекулярном и ионном виде.

Реакция между водным раствором аммиака (гидроксидом аммония) и соляной кислотой:

• Молекулярное уравнение:

$NH_4OH + HCl \rightarrow NH_4Cl + H_2O$

• Полное ионное уравнение (учитывая, что $NH_4OH$ - слабый электролит и записывается в молекулярном виде, а $HCl$ и $NH_4Cl$ - сильные электролиты):

$NH_4OH + H^+ + Cl^- \rightarrow NH_4^+ + Cl^- + H_2O$

• Сокращенное ионное уравнение (после сокращения одинаковых ионов $Cl^-$ в левой и правой частях):

$NH_4OH + H^+ \rightarrow NH_4^+ + H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $NH_4OH + HCl \rightarrow NH_4Cl + H_2O$. Сокращенное ионное уравнение: $NH_4OH + H^+ \rightarrow NH_4^+ + H_2O$.