Практическая работа 3, страница 59 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 3. Галогены. Параграф 16. Практическая работа 3. Получение соляной кислоты и изучение её свойств - страница 59.

Условие.

● Вспомните правила техники безопасности при работе в химическом кабинете.

● Вспомните правила безопасного обращения с кислотами.

1. Получение соляной кислоты

Соберите прибор, как показано на рисунке 13 (см. с. 56).

В пробирку насыпьте 2—3 г поваренной соли и прилейте концентрированную серную кислоту (2 : 1), чтобы она смочила всю соль. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Конец газоотводной трубки опустите в пробирку с водой так, чтобы он находился на расстоянии примерно 0,5—1,0 см от поверхности воды. Затем осторожно нагревайте смесь в первой пробирке в течение 5—6 мин. Следите, чтобы кислоту не перебросило в пробирку с водой!

Напишите уравнения химических реакций, протекающих между концентрированной серной кислотой и хлоридом натрия при обычных условиях (образуется гидрокарбонат натрия) и при сильном нагревании.

● Чем вызвано появление во второй пробирке тонких струек, опускающихся вниз?

● Почему конец газоотводной трубки должен находиться на расстоянии 0,5—1,0 см от поверхности воды?

2. Химические свойства соляной кислоты

Полученную при растворении хлороводорода в воде соляную кислоту разлейте поровну в шесть пробирок. В первую пробирку опустите лакмусовую бумагу, во вторую пробирку положите кусочек цинка или магниевые стружки, а в третью — кусочек меди. В четвёртую пробирку поместите немного оксида меди(II) и нагрейте раствор. В пятую пробирку поместите немного свежеприготовленного гидроксида меди(II), в шестую — немного мела или другого карбоната.

● Со всеми ли металлами реагирует соляная кислота? Составьте уравнения реакций, протекающих между соляной кислотой и указанными металлами.

● Как объяснить образование в четвёртой и пятой пробирках растворов синего цвета, а в шестой — выделение газа? Составьте уравнения соответствующих реакций.

3. Распознавание соляной кислоты и её солей

В одну пробирку налейте 1—2 мл разбавленной соляной кислоты, во вторую — столько же раствора хлорида натрия, а в третью — раствор хлорида кальция. Во все пробирки добавьте по нескольку капель раствора нитрата серебра(I) или нитрата свинца(II) $Pb(NO_3)_2$. Проверьте, растворяется ли выпавший осадок в концентрированной азотной кислоте.

● Напишите уравнения соответствующих реакций и подумайте, как можно отличить: а) соляную кислоту от других кислот; б) хлориды от других солей; в) растворы хлоридов от соляной кислоты.

● Почему вместо раствора нитрата серебра(I) можно также использовать раствор нитрата свинца(II)?

● Напишите уравнения проведённых реакций и ответьте на вопрос, что является реактивом на соляную кислоту и её соли.

4. Отчёт о работе оформите в виде таблицы.

Что сделали

(название опыта,

рисунок прибора

с обозначениями)

Что наблюдали

(уравнения*

и признаки реакций)

Вывод

Решение.

Решение 2.

Получение соляной кислоты

В данном эксперименте соляную кислоту получают по реакции обмена между твердым хлоридом натрия и концентрированной серной кислотой. При этом выделяется газообразный хлороводород $HCl$, который затем растворяют в воде.

Уравнения химических реакций, протекающих между концентрированной серной кислотой и хлоридом натрия:

• При обычных условиях (небольшом нагревании) образуется кислая соль — гидросульфат натрия:

  $NaCl(тв.) + H_2SO_4(конц.) \rightarrow NaHSO_4 + HCl\uparrow$

• При сильном нагревании (и избытке соли) образуется средняя соль — сульфат натрия:

  $2NaCl(тв.) + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + 2HCl\uparrow$

Чем вызвано появление во второй пробирке тонких струек, опускающихся вниз?

Выделяющийся в ходе реакции газ, хлороводород ($HCl$), очень хорошо растворяется в воде. Плотность хлороводорода ($1,639$ г/л) больше плотности воздуха ($1,293$ г/л), поэтому он опускается вниз. Когда струя газа достигает поверхности воды, он начинает интенсивно растворяться. Образующийся раствор соляной кислоты имеет плотность больше, чем у воды, поэтому он опускается на дно пробирки в виде видимых, более плотных струек.

Ответ: Появление опускающихся вниз струек вызвано высокой растворимостью хлороводорода в воде и тем, что образующийся раствор соляной кислоты плотнее воды.

Почему конец газоотводной трубки должен находиться на расстоянии 0,5–1,0 см от поверхности воды?

Это мера предосторожности, связанная с чрезвычайно высокой растворимостью хлороводорода в воде. Если опустить конец трубки под воду, то из-за быстрого растворения газа в ней создастся вакуум (пониженное давление). В результате атмосферное давление "загонит" воду из приемной пробирки обратно в реакционную колбу. Так как реакционная колба горячая, резкое попадание в нее холодной воды может привести к тому, что колба треснет (термический шок).

Ответ: Конец трубки держат над водой, чтобы предотвратить "засасывание" воды в горячую реакционную пробирку, что может вызвать ее разрушение.

2. Химические свойства соляной кислоты

Со всеми ли металлами реагирует соляная кислота? Составьте уравнения реакций, протекающих между соляной кислотой и указанными металлами.

Нет, соляная кислота реагирует не со всеми металлами. Она вступает в реакцию только с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений левее водорода. Из предложенных металлов цинк ($Zn$) и магний ($Mg$) активнее водорода, а медь ($Cu$) — нет.

Уравнения реакций:

• С цинком: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$

• С магнием (реакция идет еще более активно): $Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow$

• С медью: $Cu + HCl \rightarrow$ реакция не идет.

Ответ: Соляная кислота реагирует с металлами, стоящими в ряду активности до водорода (цинк, магний), и не реагирует с металлами после водорода (медь). Уравнения реакций приведены выше.

Как объяснить образование в четвёртой и пятой пробирках растворов синего цвета, а в шестой — выделение газа? Составьте уравнения соответствующих реакций.

Образование растворов синего цвета и выделение газа объясняется следующими реакциями, характерными для кислот:

• В четвёртой пробирке соляная кислота реагирует с основным оксидом — оксидом меди(II) ($CuO$). В результате реакции образуется соль хлорид меди(II) ($CuCl_2$) и вода. Раствор хлорида меди(II) имеет синий или сине-зеленый цвет.

  $CuO(тв.) + 2HCl(р-р) \rightarrow CuCl_2(р-р) + H_2O(ж)$

• В пятой пробирке соляная кислота реагирует с нерастворимым основанием — гидроксидом меди(II) ($Cu(OH)_2$). Это реакция нейтрализации, в ходе которой голубой осадок гидроксида меди(II) растворяется с образованием той же соли, хлорида меди(II), и воды.

  $Cu(OH)_2(тв.) + 2HCl(р-р) \rightarrow CuCl_2(р-р) + 2H_2O(ж)$

• В шестой пробирке соляная кислота реагирует с мелом (карбонатом кальция $CaCO_3$), который является солью слабой угольной кислоты. Сильная соляная кислота вытесняет слабую угольную, которая тут же разлагается на углекислый газ и воду. Выделение пузырьков углекислого газа ($CO_2$) и наблюдается в пробирке.

  $CaCO_3(тв.) + 2HCl(р-р) \rightarrow CaCl_2(р-р) + H_2O(ж) + CO_2\uparrow$

Ответ: Синий цвет растворов в 4-й и 5-й пробирках обусловлен образованием ионов меди(II) в составе соли $CuCl_2$. Выделение газа в 6-й пробирке — это результат реакции кислоты с карбонатом с образованием углекислого газа $CO_2$. Уравнения реакций приведены выше.

3. Распознавание соляной кислоты и её солей

Напишите уравнения соответствующих реакций и подумайте, как можно отличить: а) соляную кислоту от других кислот; б) хлориды от других солей; в) растворы хлоридов от соляной кислоты.

Качественной реакцией на хлорид-ион ($Cl^−$) является реакция с ионами серебра ($Ag^+$), которые обычно добавляют в виде раствора нитрата серебра ($AgNO_3$). В результате образуется белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$), который не растворяется в сильных кислотах (например, в $HNO_3$).

Уравнения реакций:

$HCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + HNO_3$

$NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$

$CaCl_2 + 2AgNO_3 \rightarrow 2AgCl\downarrow + Ca(NO_3)_2$

На основе этой реакции можно отличить:

• а) Соляную кислоту от других кислот (например, от серной $H_2SO_4$ или азотной $HNO_3$): нужно добавить к растворам кислот раствор нитрата серебра. Только в пробирке с соляной кислотой выпадет белый осадок $AgCl$.

• б) Хлориды от других солей (например, от сульфатов или нитратов): аналогично, нужно добавить раствор нитрата серебра. Выпадение белого творожистого осадка, нерастворимого в азотной кислоте, укажет на присутствие хлорид-ионов.

• в) Растворы хлоридов от соляной кислоты: и кислота, и ее соли дадут осадок с нитратом серебра. Чтобы их различить, можно использовать индикатор (например, лакмус, который в кислоте станет красным, а в нейтральном растворе соли, как $NaCl$, не изменит цвет) или добавить активный металл (например, цинк). В пробирке с соляной кислотой будет выделяться водород, а в растворе хлорида натрия реакции не будет.

Ответ: Различение основано на качественной реакции на хлорид-ион с нитратом серебра и на общих свойствах кислот (действие на индикаторы, реакция с металлами).

Почему вместо раствора нитрата серебра(I) можно также использовать раствор нитрата свинца(II)?

Раствор нитрата свинца(II), $Pb(NO_3)_2$, также можно использовать, так как ионы свинца(II) ($Pb^{2+}$) образуют с хлорид-ионами нерастворимую соль — хлорид свинца(II) ($PbCl_2$), который выпадает в виде белого кристаллического осадка.

$2HCl + Pb(NO_3)_2 \rightarrow PbCl_2\downarrow + 2HNO_3$

Однако этот реактив используется реже, так как хлорид свинца(II) растворим в горячей воде, что может привести к неверным результатам, если раствор теплый. Реакция с нитратом серебра более надежна.

Ответ: Нитрат свинца(II) образует с хлорид-ионами белый осадок хлорида свинца(II) $PbCl_2$, что позволяет обнаружить их в растворе.

Напишите уравнения проведённых реакций и ответьте на вопрос, что является реактивом на соляную кислоту и её соли.

Уравнения реакций с нитратом серебра:

В ионном виде все реакции сводятся к одной:

$Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow$

Качественным реактивом на соляную кислоту и ее растворимые соли (то есть на хлорид-ион $Cl^−$) является катион серебра $Ag^+$, который обычно используют в виде раствора нитрата серебра($I$) $AgNO_3$.

Ответ: Качественным реактивом на соляную кислоту и её соли является раствор нитрата серебра(I) $AgNO_3$. Признак реакции — образование белого творожистого осадка $AgCl$, нерастворимого в азотной кислоте.

4. Отчёт о работе оформите в виде таблицы.

Что сделали (название опыта)	Что наблюдали (уравнения* и признаки реакций)	Вывод
1. Получение соляной кислоты. В пробирку с твердым $NaCl$ добавили концентрированную $H_2SO_4$. Смесь осторожно нагрели. Выделяющийся газ пропустили через воду в другой пробирке.	Наблюдали выделение бесцветного газа с резким запахом. В пробирке с водой газ растворялся, образуя плотные, опускающиеся на дно струи. $NaCl(тв.) + H_2SO_4(конц.) \rightarrow NaHSO_4 + HCl\uparrow$	Соляную кислоту можно получить в лаборатории действием концентрированной серной кислоты на хлорид натрия. Хлороводород — газ, хорошо растворимый в воде.
2. Химические свойства соляной кислоты. В пробирки с полученной соляной кислотой поместили: 1) лакмус; 2) цинк; 3) медь; 4) оксид меди(II); 5) гидроксид меди(II); 6) карбонат кальция.	1) Лакмус окрасился в красный цвет. 2) Выделение пузырьков газа (водорода): $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$ 3) Изменений нет. 4) Черный порошок растворился, раствор стал синим: $CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$ 5) Голубой осадок растворился, раствор стал синим: $Cu(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + 2H_2O$ 6) Бурное выделение газа (углекислого): $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$	Соляная кислота является сильной кислотой и проявляет все типичные свойства кислот: изменяет цвет индикаторов, реагирует с активными металлами, основными оксидами, основаниями и солями летучих или слабых кислот.
3. Распознавание соляной кислоты и её солей. В пробирки с растворами $HCl$, $NaCl$ и $CaCl_2$ добавили по несколько капель раствора нитрата серебра(I).	Во всех трех пробирках наблюдалось выпадение белого творожистого осадка. $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow$	Качественным реактивом на хлорид-ион ($Cl^-$) является катион серебра ($Ag^+$), который образует с ним нерастворимый белый осадок хлорида серебра $AgCl$.