Практическая работа 2, страница 192 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

Практическая работа 2

Сравнение свойств карбоновых и неорганических кислот

Цель работы: исследовать химические свойства карбоновых кислот и сравнить их с химическими свойствами неорганических кислот.

Оборудование и реактивы: штатив с пробирками, спиртовка, держатель для пробирок, водные растворы уксусной и хлороводородной кислот, оксид меди(II), растворы щёлочи и соды, цинк (гранулы), растворы индикаторов, индикаторная бумага. Для дополнительного эксперимента — различные фрукты и ягоды.

Ход работы

Осуществите взаимодействие уксусной и хлороводородной кислот с вы-данными вам веществами. Сравните наблюдаемые явления. Напишите уравнения протекающих реакций в молекулярной и ионной формах.

Дополнительный эксперимент

Испытайте растворами лакмуса, метилоранжа и индикаторной бумагой соки лимона, яблока, клюквы и других кислых плодов. Убедитесь в присут-ствии кислот в их составе.

Ход работы

В ходе работы сравниваются химические свойства типичной неорганической сильной кислоты — соляной ($HCl$), и типичной органической (карбоновой) слабой кислоты — уксусной ($CH_3COOH$).

1. Взаимодействие с индикаторами

Наблюдения: Растворы обеих кислот вызывают изменение окраски индикаторов, что свидетельствует о наличии ионов водорода $H^+$ и кислой среде. Лакмус и метилоранж в обеих кислотах становятся красными. Универсальная индикаторная бумага также показывает кислую среду (красно-оранжевый цвет).

Сравнение: Соляная кислота является сильной кислотой, она диссоциирует в воде практически полностью. Уксусная кислота — слабая, диссоциирует обратимо и в меньшей степени. Поэтому при одинаковой молярной концентрации растворов pH соляной кислоты будет значительно ниже, а окраска индикаторов будет более "кислой" (например, ярко-красной), чем в растворе уксусной кислоты (розовой или оранжево-красной).

Уравнения диссоциации:

Соляная кислота: $HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$

Уксусная кислота: $CH_3COOH \rightleftharpoons H^+ + CH_3COO^-$

Ответ: И уксусная, и соляная кислоты обладают кислыми свойствами, изменяя цвет индикаторов. Соляная кислота является более сильной, что проявляется в более выраженном изменении цвета индикатора при равных концентрациях.

2. Взаимодействие с металлами (на примере цинка)

Наблюдения: При помещении гранулы цинка в пробирки с соляной и уксусной кислотой в обоих случаях наблюдается выделение пузырьков газа (водорода).

Сравнение: Реакция цинка с соляной кислотой протекает значительно интенсивнее, чем с уксусной кислотой. Это связано с тем, что соляная кислота — сильная, и концентрация ионов $H^+$ в её растворе намного выше.

Уравнения реакций для соляной кислоты ($HCl$):

• Молекулярное: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$
• Полное ионное: $Zn^0 + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Zn^{2+} + 2Cl^- + H_2^0 \uparrow$
• Сокращенное ионное: $Zn^0 + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2^0 \uparrow$

Уравнения реакций для уксусной кислоты ($CH_3COOH$):

• Молекулярное: $Zn + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2 \uparrow$
• Полное ионное: $Zn^0 + 2CH_3COOH \rightarrow Zn^{2+} + 2CH_3COO^- + H_2^0 \uparrow$
• Сокращенное ионное: $Zn^0 + 2CH_3COOH \rightarrow Zn^{2+} + 2CH_3COO^- + H_2^0 \uparrow$ (записывается так, поскольку уксусная кислота - слабый электролит)

Ответ: Обе кислоты реагируют с цинком (металлом, стоящим в ряду активности до водорода) с выделением водорода, что является общим свойством кислот. Скорость реакции выше у сильной соляной кислоты.

3. Взаимодействие с основными оксидами (на примере оксида меди(II))

Наблюдения: Черный порошок оксида меди(II) ($CuO$) реагирует с обеими кислотами. В результате реакции оксид растворяется, а раствор приобретает голубой цвет, характерный для ионов меди(II) $Cu^{2+}$.

Сравнение: Реакция с соляной кислотой идет быстрее, при комнатной температуре. Для реакции с уксусной кислотой может потребоваться небольшое нагревание для увеличения скорости.

Уравнения реакций для соляной кислоты ($HCl$):

• Молекулярное: $CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$
• Полное ионное: $CuO + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Cu^{2+} + 2Cl^- + H_2O$
• Сокращенное ионное: $CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O$

Уравнения реакций для уксусной кислоты ($CH_3COOH$):

• Молекулярное: $CuO + 2CH_3COOH \xrightarrow{t} (CH_3COO)_2Cu + H_2O$
• Полное ионное: $CuO + 2CH_3COOH \rightarrow Cu^{2+} + 2CH_3COO^- + H_2O$
• Сокращенное ионное: $CuO + 2CH_3COOH \rightarrow Cu^{2+} + 2CH_3COO^- + H_2O$

Ответ: Обе кислоты реагируют с основными оксидами с образованием соли и воды. Сильная соляная кислота реагирует быстрее слабой уксусной кислоты.

4. Взаимодействие с основаниями (реакция нейтрализации на примере гидроксида натрия $NaOH$)

Наблюдения: Реакция нейтрализации не имеет внешних признаков. Её протекание можно зафиксировать с помощью индикатора, например, фенолфталеина. Если к раствору щёлочи ($NaOH$) добавить фенолфталеин (раствор станет малиновым), то при добавлении любой из кислот до полной нейтрализации раствор обесцветится.

Сравнение: Обе реакции являются реакциями нейтрализации. Существенной разницы в визуальных наблюдениях нет.

Уравнения реакций для соляной кислоты ($HCl$):

• Молекулярное: $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$
• Полное ионное: $H^+ + Cl^- + Na^+ + OH^- \rightarrow Na^+ + Cl^- + H_2O$
• Сокращенное ионное: $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

Уравнения реакций для уксусной кислоты ($CH_3COOH$):

• Молекулярное: $CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$
• Полное ионное: $CH_3COOH + Na^+ + OH^- \rightarrow CH_3COO^- + Na^+ + H_2O$
• Сокращенное ионное: $CH_3COOH + OH^- \rightarrow CH_3COO^- + H_2O$

Ответ: Обе кислоты вступают в реакцию нейтрализации с основаниями, образуя соль и воду. Это фундаментальное свойство всех кислот.

5. Взаимодействие с солями слабых кислот (на примере карбоната натрия $Na_2CO_3$)

Наблюдения: При добавлении обеих кислот к раствору соды (карбоната натрия) наблюдается бурное выделение газа без цвета и запаха ($CO_2$).

Сравнение: Реакция с соляной кислотой протекает более бурно, чем с уксусной, так как соляная кислота является более сильной, чем угольная и уксусная. Уксусная кислота также сильнее угольной, поэтому она вытесняет её из солей.

Уравнения реакций для соляной кислоты ($HCl$):

• Молекулярное: $Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$
• Полное ионное: $2Na^+ + CO_3^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow 2Na^+ + 2Cl^- + H_2O + CO_2 \uparrow$
• Сокращенное ионное: $CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

Уравнения реакций для уксусной кислоты ($CH_3COOH$):

• Молекулярное: $Na_2CO_3 + 2CH_3COOH \rightarrow 2CH_3COONa + H_2O + CO_2 \uparrow$
• Полное ионное: $2Na^+ + CO_3^{2-} + 2CH_3COOH \rightarrow 2CH_3COO^- + 2Na^+ + H_2O + CO_2 \uparrow$
• Сокращенное ионное: $CO_3^{2-} + 2CH_3COOH \rightarrow 2CH_3COO^- + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: И соляная, и уксусная кислоты реагируют с карбонатами, так как обе они сильнее угольной кислоты. Реакция с сильной соляной кислотой протекает интенсивнее.

Общий вывод по ходу работы: Карбоновые (на примере уксусной) и неорганические (на примере соляной) кислоты проявляют общие кислотные свойства: реагируют с индикаторами, активными металлами, основными оксидами, основаниями и солями более слабых кислот. Основное различие заключается в силе кислот: сильная соляная кислота реагирует в большинстве случаев значительно энергичнее, чем слабая уксусная кислота.

Дополнительный эксперимент

Наблюдения: При нанесении соков лимона, яблока и клюквы на индикаторную бумагу или при добавлении к ним растворов индикаторов (лакмуса, метилоранжа) наблюдается изменение их цвета на характерный для кислой среды.

• Лакмус становится красным.
• Метилоранж становится розово-красным.
• Универсальная индикаторная бумага окрашивается в цвета от желтого до красного (в зависимости от pH сока).

Вывод: Изменение цвета индикаторов подтверждает наличие кислот в составе фруктовых и ягодных соков. Например, в лимоне содержится лимонная кислота, в яблоках — яблочная, в клюкве — бензойная и лимонная. Эти органические кислоты обуславливают их кислый вкус.

Ответ: Соки лимона, яблока и клюквы имеют кислую среду из-за содержания в них органических кислот, что доказывается изменением цвета индикаторов.