Практическая работа 2, страница 152 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

Практическая работа 2. Изучение свойств кислот, оснований и солей в свете теории электролитической диссоциации

I. Изучение свойств кислот

1. Определите $pH$ выданного раствора соляной кислоты.

2. Исследуйте, с какими из предложенных веществ будет реагировать соляная кислота: магний, медь, гидроксид калия, карбонат натрия, сульфат натрия.

Вспомните, что при проведении реакции нейтрализации можно к щёлочи предварительно добавить индикатор (фенолфталеин или др.), а затем — кислоту.

Отметьте качественные признаки протекающих реакций.

Сделайте выводы о свойствах кислот на примере соляной кислоты.

II. Изучение свойств щелочей

1. Определите $pH$ выданного раствора гидроксида натрия.

2. Исследуйте отношение гидроксида натрия к кислотам и солям, например серной кислоте и хлориду железа($III$).

Отметьте качественные признаки протекающих реакций.

Сделайте выводы о свойствах щелочей на примере гидроксида натрия.

III. Изучение свойств солей

Осадите катионы металла и анионы кислотного остатка, содержащиеся в растворе сульфата железа($II$).

Сделайте вывод о свойствах солей на примере сульфата железа($II$).

В отчёте о выполненной работе все уравнения реакций представьте в молекулярной, полной ионной и сокращённой ионной формах.

I. Изучение свойств кислот

1. Определите pH выданного раствора соляной кислоты.

Соляная кислота ($HCl$) — сильная кислота. В водном растворе она практически полностью диссоциирует на ионы водорода ($H^+$) и хлорид-ионы ($Cl^−$).

$HCl \rightarrow H^+ + Cl^−$

Наличие высокой концентрации ионов водорода ($H^+$) обуславливает сильнокислую среду раствора. При измерении pH универсальной индикаторной бумагой или pH-метром, значение pH будет значительно меньше 7 (обычно в диапазоне 1–2 для разбавленных лабораторных растворов). Это указывает на кислую среду.

Ответ: pH раствора соляной кислоты меньше 7, среда кислая.

2. Исследуйте, с какими из предложенных веществ будет реагировать соляная кислота: магний, медь, гидроксид калия, карбонат натрия, сульфат натрия. Отметьте качественные признаки протекающих реакций.

Решение:

Магний (Mg): Магний — активный металл, стоящий в ряду активности металлов до водорода. Он будет реагировать с соляной кислотой с выделением водорода и образованием соли — хлорида магния.

Качественный признак: бурное выделение пузырьков бесцветного газа ($H_2$), растворение металлического магния.

Уравнения реакции:

Молекулярное: $Mg(тв) + 2HCl(р-р) \rightarrow MgCl_2(р-р) + H_2(г)\uparrow$

Полное ионное: $Mg^0 + 2H^+ + 2Cl^− \rightarrow Mg^{2+} + 2Cl^− + H_2^0\uparrow$

Сокращенное ионное: $Mg^0 + 2H^+ \rightarrow Mg^{2+} + H_2^0\uparrow$

Медь (Cu): Медь — металл, стоящий в ряду активности после водорода. Она не вытесняет водород из растворов кислот-неокислителей, какой является соляная кислота.

Качественный признак: видимых изменений не наблюдается.

Реакция не протекает.

Гидроксид калия (KOH): Это сильное основание (щелочь), которое вступает с соляной кислотой в реакцию нейтрализации с образованием соли (хлорида калия) и воды.

Качественный признак: если к раствору щелочи предварительно добавить индикатор фенолфталеин (раствор станет малиновым), то при добавлении кислоты произойдет обесцвечивание раствора. Без индикатора видимых признаков нет, но происходит выделение тепла (экзотермическая реакция).

Уравнения реакции:

Молекулярное: $KOH(р-р) + HCl(р-р) \rightarrow KCl(р-р) + H_2O(ж)$

Полное ионное: $K^+ + OH^− + H^+ + Cl^− \rightarrow K^+ + Cl^− + H_2O$

Сокращенное ионное: $H^+ + OH^− \rightarrow H_2O$

Карбонат натрия ($Na_2CO_3$): Это соль, образованная сильным основанием и слабой угольной кислотой. Соляная кислота, как более сильная, вытесняет угольную кислоту, которая тут же разлагается на углекислый газ и воду.

Качественный признак: выделение пузырьков бесцветного газа без запаха ($CO_2$), "вскипание" раствора.

Уравнения реакции:

Молекулярное: $Na_2CO_3(р-р) + 2HCl(р-р) \rightarrow 2NaCl(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$

Полное ионное: $2Na^+ + CO_3^{2−} + 2H^+ + 2Cl^− \rightarrow 2Na^+ + 2Cl^− + H_2O + CO_2\uparrow$

Сокращенное ионное: $CO_3^{2−} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$

Сульфат натрия ($Na_2SO_4$): Это соль, образованная сильным основанием ($NaOH$) и сильной кислотой ($H_2SO_4$). Реакция ионного обмена с соляной кислотой не идет, так как не образуется осадка, газа или слабого электролита.

Качественный признак: видимых изменений не наблюдается.

Реакция не протекает.

Ответ: Соляная кислота реагирует с магнием (выделение газа), гидроксидом калия (нейтрализация) и карбонатом натрия (выделение газа). С медью и сульфатом натрия реакция не идет.

Сделайте выводы о свойствах кислот на примере соляной кислоты.

На основе проведенных опытов можно сделать следующие выводы о химических свойствах кислот:

Кислоты изменяют окраску индикаторов (создают кислую среду, $pH < 7$).

Кислоты реагируют с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до водорода, с выделением газа водорода.

Кислоты вступают в реакцию нейтрализации с основаниями, образуя соль и воду.

Кислоты реагируют с солями более слабых и летучих кислот, вытесняя их.

Кислоты не реагируют с металлами, стоящими в ряду напряжений после водорода.

Кислоты не реагируют с солями сильных кислот, если в результате не образуется осадок или газ.

Ответ: Соляная кислота проявляет типичные свойства сильных кислот: реагирует с активными металлами, основаниями и солями слабых кислот.

II. Изучение свойств щелочей

1. Определите pH выданного раствора гидроксида натрия.

Гидроксид натрия ($NaOH$) — сильное основание (щелочь). В водном растворе он полностью диссоциирует на ионы натрия ($Na^+$) и гидроксид-ионы ($OH^−$).

$NaOH \rightarrow Na^+ + OH^−$

Высокая концентрация гидроксид-ионов ($OH^−$) создает сильнощелочную среду. При измерении pH значение будет значительно больше 7 (обычно в диапазоне 12–13 для разбавленных лабораторных растворов). Индикатор фенолфталеин в такой среде приобретает малиновую окраску, а лакмус — синюю.

Ответ: pH раствора гидроксида натрия больше 7, среда щелочная.

2. Исследуйте отношение гидроксида натрия к кислотам и солям, например серной кислоте и хлориду железа(III). Отметьте качественные признаки протекающих реакций.

Решение:

Серная кислота ($H_2SO_4$): Гидроксид натрия вступает в реакцию нейтрализации с сильной серной кислотой с образованием соли (сульфата натрия) и воды.

Качественный признак: Реакция экзотермическая (выделяется тепло). При наличии индикатора (например, фенолфталеина в растворе $NaOH$) наблюдается его обесцвечивание при добавлении кислоты.

Уравнения реакции:

Молекулярное: $2NaOH(р-р) + H_2SO_4(р-р) \rightarrow Na_2SO_4(р-р) + 2H_2O(ж)$

Полное ионное: $2Na^+ + 2OH^− + 2H^+ + SO_4^{2−} \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2−} + 2H_2O$

Сокращенное ионное: $H^+ + OH^− \rightarrow H_2O$

Хлорид железа(III) ($FeCl_3$): Гидроксид натрия реагирует с растворимой солью хлорида железа(III). Это реакция ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимое основание — гидроксид железа(III).

Качественный признак: образование объемистого осадка бурого (ржаво-коричневого) цвета.

Уравнения реакции:

Молекулярное: $FeCl_3(р-р) + 3NaOH(р-р) \rightarrow Fe(OH)_3(тв)\downarrow + 3NaCl(р-р)$

Полное ионное: $Fe^{3+} + 3Cl^− + 3Na^+ + 3OH^− \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3Na^+ + 3Cl^−$

Сокращенное ионное: $Fe^{3+} + 3OH^− \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow$

Ответ: Гидроксид натрия реагирует с серной кислотой (реакция нейтрализации) и с хлоридом железа(III) с образованием бурого осадка.

Сделайте выводы о свойствах щелочей на примере гидроксида натрия.

На основе проведенных опытов можно сделать следующие выводы о химических свойствах щелочей:

Щелочи изменяют окраску индикаторов (создают щелочную среду, $pH > 7$).

Щелочи реагируют с кислотами (реакция нейтрализации), образуя соль и воду.

Щелочи реагируют с растворами солей, если в результате реакции образуется нерастворимое основание или амфотерный гидроксид.

Ответ: Гидроксид натрия проявляет типичные свойства щелочей: вступает в реакции нейтрализации с кислотами и в реакции ионного обмена с солями с образованием осадка.

III. Изучение свойств солей

Осадите катионы металла и анионы кислотного остатка, содержащиеся в растворе сульфата железа(II).

Решение:

В растворе сульфата железа(II) ($FeSO_4$) содержатся катионы железа(II) ($Fe^{2+}$) и сульфат-анионы ($SO_4^{2−}$).

$FeSO_4 \rightleftharpoons Fe^{2+} + SO_4^{2−}$

Осаждение катиона железа(II) ($Fe^{2+}$): Для осаждения катиона $Fe^{2+}$ можно использовать раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$). В результате реакции образуется нерастворимый гидроксид железа(II).

Качественный признак: выпадение осадка грязно-зеленого цвета, который на воздухе постепенно буреет из-за окисления до гидроксида железа(III).

Уравнения реакции:

Молекулярное: $FeSO_4(р-р) + 2NaOH(р-р) \rightarrow Fe(OH)_2(тв)\downarrow + Na_2SO_4(р-р)$

Полное ионное: $Fe^{2+} + SO_4^{2−} + 2Na^+ + 2OH^− \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2−}$

Сокращенное ионное: $Fe^{2+} + 2OH^− \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow$

Осаждение сульфат-аниона ($SO_4^{2−}$): Качественной реакцией на сульфат-ион является его взаимодействие с ионами бария ($Ba^{2+}$), которые содержатся в растворимых солях бария, например, в хлориде бария ($BaCl_2$).

Качественный признак: выпадение мелкокристаллического белого осадка, нерастворимого в кислотах.

Уравнения реакции:

Молекулярное: $FeSO_4(р-р) + BaCl_2(р-р) \rightarrow BaSO_4(тв)\downarrow + FeCl_2(р-р)$

Полное ионное: $Fe^{2+} + SO_4^{2−} + Ba^{2+} + 2Cl^− \rightarrow BaSO_4\downarrow + Fe^{2+} + 2Cl^−$

Сокращенное ионное: $Ba^{2+} + SO_4^{2−} \rightarrow BaSO_4\downarrow$

Ответ: Катион $Fe^{2+}$ осаждается щелочью с образованием грязно-зеленого осадка $Fe(OH)_2$. Сульфат-анион $SO_4^{2−}$ осаждается растворимой солью бария с образованием белого осадка $BaSO_4$.

Сделайте вывод о свойствах солей на примере сульфата железа(II).

На примере сульфата железа(II) можно сделать вывод, что соли являются сильными электролитами и в растворах диссоциируют на ионы. Характерным свойством солей является их способность вступать в реакции ионного обмена с другими электролитами (щелочами, кислотами, солями). Эти реакции протекают до конца в том случае, если один из продуктов реакции уходит из сферы реакции в виде осадка, газа или слабого электролита (например, воды).

Ответ: Основное свойство солей, продемонстрированное в опытах, — способность вступать в реакции ионного обмена, приводящие к образованию нерастворимых веществ (осадков).