Практическая работа 1, страница 125 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

Практическая работа 1. Химические реакции

Реактивы: цинк, железо, медь и уголь; кислоты серная и хлороводородная; гидроксиды натрия и кальция; соли калия — хлорид, сульфат и карбонат; соли меди(II) — сульфат и хлорид; фенолфталеин.

Проведите химические реакции согласно заданиям 1–4, составьте уравнения реакций и охарактеризуйте каждую из них по признакам: 1) соотношение числа и состава исходных веществ и продуктов реакции; 2) изменение степени окисления атомов; 3) выделение или поглощение теплоты; 4) направление протекания реакции; 5) участие катализатора; 6) наличие границы раздела фаз (см. § 18).

В уравнениях окислительно-восстановительных реакций расставьте коэффициенты. Укажите окислители и восстановители.

Задание 1.

Раскалите в пламени спиртовки уголёк, воспользовавшись пинцетом. Положите уголёк в фарфоровую чашку. Через некоторое время поднесите к нему ладонь, ощутите выделение теплоты. Отметьте признаки реакции.

Задание 2.

Раствор щёлочи с 1–2 каплями индикатора нейтрализуйте кислотой.

Задание 3.

Проведите реакцию соли меди(II) с имеющимся металлом.

Задание 4.

Проведите любые две реакции между имеющимися у вас сложными веществами.

Задание 1

При прокаливании угля на воздухе происходит его взаимодействие с кислородом. Уравнение реакции горения угля (углерода):

$C + O_2 \rightarrow CO_2$

Характеристика реакции:

Соотношение числа и состава исходных веществ и продуктов реакции: это реакция соединения. Из двух простых веществ (углерод и кислород) образуется одно сложное вещество (оксид углерода(IV)).

Изменение степени окисления атомов: это окислительно-восстановительная реакция. Коэффициенты расставлены, они равны 1.

Углерод изменяет степень окисления с 0 до +4, он отдает электроны и является восстановителем.

Кислород изменяет степень окисления с 0 до -2, он принимает электроны и является окислителем.

Электронный баланс:

$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | 1

$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1

Выделение или поглощение теплоты: это экзотермическая реакция, протекающая с выделением большого количества теплоты, что ощущается при поднесении руки к раскаленному угольку.

Направление протекания реакции: это необратимая реакция, так как в данных условиях обратный процесс разложения углекислого газа не происходит.

Участие катализатора: это некаталитическая реакция, она протекает без участия катализатора.

Наличие границы раздела фаз: это гетерогенная реакция, так как реагенты находятся в разных агрегатных состояниях: уголь (твердое вещество) и кислород воздуха (газ).

Ответ: При горении угля наблюдается выделение тепла. Реакция является окислительно-восстановительной реакцией соединения, гетерогенной, экзотермической, необратимой и некаталитической. Углерод ($C$) — восстановитель, кислород ($O_2$) — окислитель.

Задание 2

Для нейтрализации раствора щёлочи (например, гидроксида натрия $NaOH$) кислотой (например, соляной $HCl$) используется индикатор фенолфталеин, который в щелочной среде имеет малиновую окраску. При добавлении кислоты окраска исчезает. Уравнение реакции:

$NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$

Характеристика реакции:

Соотношение числа и состава исходных веществ и продуктов реакции: это реакция обмена (частный случай - реакция нейтрализации). Два сложных вещества (основание и кислота) обмениваются своими составными частями с образованием соли и воды.

Изменение степени окисления атомов: это не окислительно-восстановительная реакция, так как все элементы сохраняют свои степени окисления: $Na^{+1}O^{-2}H^{+1} + H^{+1}Cl^{-1} \rightarrow Na^{+1}Cl^{-1} + H_2^{+1}O^{-2}$.

Выделение или поглощение теплоты: это экзотермическая реакция, реакции нейтрализации сильных кислот и оснований всегда протекают с выделением теплоты.

Направление протекания реакции: это необратимая реакция, так как в результате образуется очень слабодиссоциирующее вещество — вода ($H_2O$).

Участие катализатора: это некаталитическая реакция.

Наличие границы раздела фаз: это гомогенная реакция, так как все исходные вещества и продукты реакции находятся в виде водного раствора (одна фаза - жидкость).

Ответ: При добавлении кислоты к раствору щелочи с фенолфталеином малиновая окраска исчезает, что свидетельствует о нейтрализации щелочи. Реакция является реакцией обмена (нейтрализации), гомогенной, экзотермической, необратимой и некаталитической.

Задание 3

Проведем реакцию между солью меди(II) (например, сульфатом меди(II) $CuSO_4$) и более активным металлом из списка (например, цинком $Zn$, так как он стоит в ряду активности металлов левее меди). Уравнение реакции:

$Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu$

Характеристика реакции:

Соотношение числа и состава исходных веществ и продуктов реакции: это реакция замещения. Простое вещество (цинк) замещает атомы меди в сложном веществе (сульфате меди(II)).

Изменение степени окисления атомов: это окислительно-восстановительная реакция. Коэффициенты в уравнении равны 1.

Цинк изменяет степень окисления с 0 до +2, он является восстановителем.

Медь изменяет степень окисления с +2 до 0, ион меди($Cu^{2+}$) в составе соли является окислителем.

Электронный баланс:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$ | 1

$Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ | 1

Выделение или поглощение теплоты: это экзотермическая реакция.

Направление протекания реакции: это необратимая реакция.

Участие катализатора: это некаталитическая реакция.

Наличие границы раздела фаз: это гетерогенная реакция, так как реагенты находятся в разных фазах: цинк (твердое вещество) и раствор сульфата меди(II) (жидкость).

Ответ: При погружении цинковой пластинки в раствор сульфата меди(II) на ней образуется красно-коричневый налет меди, а голубая окраска раствора постепенно исчезает. Реакция является окислительно-восстановительной реакцией замещения, гетерогенной, экзотермической, необратимой и некаталитической. Цинк ($Zn$) — восстановитель, ион меди(II) ($Cu^{2+}$) — окислитель.

Задание 4

Приведем примеры двух реакций между сложными веществами из предложенного списка.

Реакция 1: Реакция обмена с образованием осадка.

Взаимодействие сульфата меди(II) ($CuSO_4$) и гидроксида натрия ($NaOH$). Уравнение реакции:

$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$

Характеристика реакции:

Соотношение числа и состава исходных веществ и продуктов реакции: это реакция обмена. Два сложных вещества (соль и основание) обмениваются ионами.

Изменение степени окисления атомов: это не окислительно-восстановительная реакция, степени окисления элементов не изменяются.

Выделение или поглощение теплоты: реакция ионного обмена, как правило, протекает с незначительным тепловым эффектом.

Направление протекания реакции: это необратимая реакция, так как одним из продуктов является нерастворимое в воде вещество — гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$), выпадающий в осадок синего цвета.

Участие катализатора: это некаталитическая реакция.

Наличие границы раздела фаз: это гетерогенная реакция. Исходные вещества являются растворами (жидкая фаза), но в результате образуется твердый осадок.

Ответ: При смешивании растворов сульфата меди(II) и гидроксида натрия выпадает голубой студенистый осадок гидроксида меди(II). Реакция является реакцией обмена, гетерогенной, необратимой и некаталитической.

Реакция 2: Реакция обмена с выделением газа.

Взаимодействие карбоната калия ($K_2CO_3$) и соляной кислоты ($HCl$). Уравнение реакции:

$K_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2KCl + H_2O + CO_2\uparrow$

Характеристика реакции:

Соотношение числа и состава исходных веществ и продуктов реакции: это реакция обмена. Два сложных вещества (соль и кислота) обмениваются ионами.

Изменение степени окисления атомов: это не окислительно-восстановительная реакция, степени окисления элементов не изменяются.

Выделение или поглощение теплоты: это экзотермическая реакция.

Направление протекания реакции: это необратимая реакция, так как в результате образуется летучее вещество (газ $CO_2$) и малодиссоциирующее вещество (вода $H_2O$), которые покидают сферу реакции.

Участие катализатора: это некаталитическая реакция.

Наличие границы раздела фаз: это гетерогенная реакция. Реакция начинается в растворе (гомогенная система, если карбонат калия растворен), но становится гетерогенной из-за выделения газообразного продукта ($CO_2$).

Ответ: При добавлении соляной кислоты к раствору карбоната калия наблюдается бурное выделение пузырьков бесцветного газа без запаха (углекислого газа). Реакция является реакцией обмена, гетерогенной, необратимой и некаталитической.