лабораторный опыт 3, страница 32 - гдз по химии 10 класс тетрадь для практических работ Матулис, Матулис

1. Объясните наблюдаемые явления. Напишите уравнение реакции сульфата меди(II) со щелочью.

При добавлении раствора щелочи к раствору сульфата меди(II) наблюдается образование осадка гидроксида меди(II) $\text{Cu(OH)}_2$, который является нерастворимым основанием голубого цвета. Это происходит вследствие реакции ионного обмена между ионами меди(II) и гидроксид-ионами.

При последующем добавлении раствора глицерина (многоатомного спирта) к осадку гидроксида меди(II) происходит его растворение и образование прозрачного раствора васильково-синего цвета. Это явление обусловлено тем, что многоатомные спирты (как глицерин) способны образовывать растворимые комплексные соединения с ионами меди(II) при взаимодействии со свежеосажденным гидроксидом меди(II). Эта реакция является качественной реакцией на многоатомные спирты.

Уравнение реакции сульфата меди(II) со щелочью (например, гидроксидом натрия):

$\text{CuSO}_4 + 2\text{NaOH} \to \text{Cu(OH)}_2 \downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4$

Ионное уравнение: $\text{Cu}^{2+} + 2\text{OH}^- \to \text{Cu(OH)}_2 \downarrow$

Ответ: При добавлении щелочи к $\text{CuSO}_4$ образуется голубой осадок $\text{Cu(OH)}_2$. При добавлении глицерина к $\text{Cu(OH)}_2$ осадок растворяется, образуя прозрачный васильково-синий раствор комплексного соединения. Уравнение реакции: $\text{CuSO}_4 + 2\text{NaOH} \to \text{Cu(OH)}_2 \downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4$.

2. Имеются две пробирки без этикеток. В одной пробирке находится водный раствор этанола, в другой — раствор этиленгликоля. Как при помощи химической реакции определить, в какой пробирке какое вещество находится? Объясните наблюдаемые явления. Напишите уравнение реакции.

Для определения содержимого пробирок можно использовать качественную реакцию на многоатомные спирты.

Процедура определения:

1. В каждую из двух пробирок сначала добавляют небольшой объем раствора сульфата меди(II) ($\text{CuSO}_4$).
2. Затем в обе пробирки по каплям добавляют раствор щелочи (например, гидроксида натрия $\text{NaOH}$) до образования голубого осадка гидроксида меди(II) ($\text{Cu(OH)}_2$).
3. Далее в каждую пробирку добавляют небольшое количество исследуемого раствора (из одной из двух исходных пробирок без этикеток).

• В пробирке, содержащей раствор этанола, никаких видимых изменений не произойдет. Осадок гидроксида меди(II) останется неизменным. Это связано с тем, что этанол является одноатомным спиртом и не способен образовывать растворимые комплексы с гидроксидом меди(II) в таких условиях.
• В пробирке, содержащей раствор этиленгликоля, произойдет растворение голубого осадка гидроксида меди(II), и раствор окрасится в интенсивный васильково-синий цвет. Это объясняется тем, что этиленгликоль (этандиол-1,2) является многоатомным спиртом (имеет две гидроксильные группы у соседних атомов углерода) и способен образовывать растворимое комплексное соединение с ионами меди(II) при взаимодействии со свежеосажденным гидроксидом меди(II).

Уравнение реакции этиленгликоля с гидроксидом меди(II):

$2\text{HO-CH}_2-\text{CH}_2-\text{OH} + \text{Cu(OH)}_2 \to (\text{HO-CH}_2-\text{CH}_2-\text{O})_2\text{Cu} + 2\text{H}_2\text{O}$

Ответ: Используя реакцию со свежеосажденным гидроксидом меди(II): этиленгликоль (многоатомный спирт) растворит осадок с образованием синего раствора, тогда как этанол (одноатомный спирт) не вызовет изменений. Уравнение реакции: $2\text{HO-CH}_2-\text{CH}_2-\text{OH} + \text{Cu(OH)}_2 \to (\text{HO-CH}_2-\text{CH}_2-\text{O})_2\text{Cu} + 2\text{H}_2\text{O}$.

3. Укажите температуру замерзания 40%-го (по объему) водного раствора этиленгликоля.

Дано: График зависимости температуры замерзания этиленгликоля от его концентрации в водном растворе. Концентрация этиленгликоля $40\%$ по объему.

Найти: Температура замерзания $T_{зам}$.

Решение:

По графику находим значение температуры замерзания для концентрации этиленгликоля $40\%$ (по объему). По оси абсцисс (Содержание этиленгликоля, % по объему) находим отметку $40$. Поднимаемся вертикально до пересечения с кривой, затем движемся горизонтально влево до оси ординат (Температура замерзания, °C). При $40\%$ по оси абсцисс соответствующее значение по оси ординат составляет примерно $-20^\circ C$.

Ответ: Температура замерзания $40\%$-го раствора этиленгликоля составляет примерно $-20^\circ C$.

4. Смешали 1 л этиленгликоля и 1 л дистиллированной воды. Укажите температуру замерзания такой смеси. Ответ поясните.

Дано: Объем этиленгликоля $V_{эгл} = 1\text{ л}$. Объем дистиллированной воды $V_{воды} = 1\text{ л}$. График зависимости температуры замерзания этиленгликоля от его концентрации в водном растворе.

Найти: Температура замерзания $T_{зам}$ смеси.

Решение:

Определим объемную концентрацию этиленгликоля в смеси.

Общий объем смеси $V_{общ} = V_{эгл} + V_{воды} = 1\text{ л} + 1\text{ л} = 2\text{ л}$.

Объемная концентрация этиленгликоля $C_{эгл} = \frac{V_{эгл}}{V_{общ}} \times 100\% = \frac{1\text{ л}}{2\text{ л}} \times 100\% = 50\%$.

По графику, представленному на изображении, находим значение температуры замерзания для концентрации этиленгликоля $50\%$ (по объему). При $50\%$ по оси абсцисс (Содержание этиленгликоля, % по объему) соответствующее значение по оси ординат (Температура замерзания, °C) составляет примерно $-35^\circ C$.

Ответ: Температура замерзания такой смеси составляет примерно $-35^\circ C$.

5. Автолюбители могут купить антифриз, разбавленный водой в нужных пропорциях. Также есть возможность приобрести концентрированный состав, который перед применением разбавляют водой в соответствующих пропорциях самостоятельно. Многие считают, что можно использовать концентрат в чистом виде, чтобы он якобы не замерзал. Является ли это мнение верным? Ответ обоснуйте.

Мнение о том, что концентрированный антифриз (чистый этиленгликоль) можно использовать в чистом виде для достижения наилучшей морозостойкости, является неверным.

Обоснование:

По графику зависимости температуры замерзания раствора этиленгликоля от его концентрации видно, что температура замерзания понижается с увеличением концентрации этиленгликоля лишь до определенного предела. Наиболее низкая температура замерзания достигается при концентрации этиленгликоля примерно $60-70\%$ по объему (около $-60^\circ C$). При дальнейшем увеличении концентрации этиленгликоля (свыше $70\%$) температура замерзания начинает снова повышаться. Например, для $100\%$-го (чистого) этиленгликоля температура замерзания составляет около $-10^\circ C$ (по графику, на самом деле обычно указывается около $-13^\circ C$ для чистого вещества).

Таким образом, использование чистого концентрата не обеспечивает максимальной защиты от замерзания, и такой антифриз замерзнет при значительно более высокой температуре, чем оптимально разбавленный раствор.

Ответ: Нет, это мнение неверно. Чистый этиленгликоль замерзает при более высокой температуре (около $-10^\circ C$), чем его водный раствор с оптимальной концентрацией (например, $60-70\%$, замерзающий при $-60^\circ C$).

6. Вместо этиленгликоля в антифризах может использоваться менее токсичный и более экологически чистый пропиленгликоль (пропандиол-1,2). Приведите его структурную формулу.

Структурная формула пропиленгликоля (пропандиола-1,2):

$\text{CH}_3\text{-CH(OH)-CH}_2\text{(OH)}$

или

Ответ: Структурная формула пропиленгликоля: $\text{CH}_3\text{-CH(OH)-CH}_2\text{(OH)}$.