Практическая работа 3, страница 232 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

Практическая работа 3. Решение экспериментальных задач по теме «Неметаллы»

Задание 1. Проведите реакцию между растворами: а) сульфата натрия и нитрата бария; б) хлорида натрия и нитрата серебра(I).

Опишите признаки реакций. Укажите анионы, входящие в состав полученных осадков.

Задание 2. Проведите реакции, доказывающие качественный состав: а) хлорида аммония; б) серной кислоты.

Задание 3. Определите с помощью качественных реакций выданные вам в пронумерованных пробирках растворы: а) фосфата калия и карбоната калия; б) силиката натрия и сульфата натрия.

Задание 4. Опытным путём определите, в какой из пробирок находится каждое из минеральных удобрений: а) кальциевая селитра, сульфат аммония; б) хлорид калия, поташ.

Рассчитайте и сравните питательную ценность выданных удобрений.

При составлении отчёта о работе уравнения реакций, протекающих в растворах, представьте в молекулярной и ионной формах.

Задание 1

а) сульфата натрия и нитрата бария

При смешивании растворов сульфата натрия ($Na_2SO_4$) и нитрата бария ($Ba(NO_3)_2$) происходит реакция ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимое вещество — сульфат бария ($BaSO_4$).

Молекулярное уравнение реакции:

$$Na_2SO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaNO_3$$

Полное ионное уравнение:

$$2Na^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2NO_3^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2Na^+ + 2NO_3^-$$

Сокращенное ионное уравнение:

$$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$$

Признак реакции: выпадение белого мелкокристаллического осадка.

Анион, входящий в состав осадка: сульфат-ион ($SO_4^{2-}$).

Ответ: Признаком реакции является образование белого осадка сульфата бария. Анион в составе осадка — $SO_4^{2-}$.

б) хлорида натрия и нитрата серебра(I)

При взаимодействии растворов хлорида натрия ($NaCl$) и нитрата серебра(I) ($AgNO_3$) также протекает реакция ионного обмена, приводящая к образованию нерастворимого хлорида серебра ($AgCl$).

Молекулярное уравнение реакции:

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

Полное ионное уравнение:

$$Na^+ + Cl^- + Ag^+ + NO_3^- \rightarrow AgCl \downarrow + Na^+ + NO_3^-$$

Сокращенное ионное уравнение:

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

Признак реакции: выпадение белого творожистого осадка.

Анион, входящий в состав осадка: хлорид-ион ($Cl^-$).

Ответ: Признаком реакции является образование белого творожистого осадка хлорида серебра. Анион в составе осадка — $Cl^-$.

Задание 2

а) качественный состав хлорида аммония

Хлорид аммония ($NH_4Cl$) состоит из катиона аммония ($NH_4^+$) и хлорид-аниона ($Cl^-$). Для их обнаружения проводят следующие качественные реакции:

1. Реакция на катион аммония ($NH_4^+$): к раствору хлорида аммония добавляют раствор щелочи (например, $NaOH$) и нагревают. Выделяется газ аммиак ($NH_3$) с резким запахом, который окрашивает влажную красную лакмусовую бумажку в синий цвет.

Молекулярное уравнение:

$$NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t} NaCl + NH_3 \uparrow + H_2O$$

Сокращенное ионное уравнение:

$$NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t} NH_3 \uparrow + H_2O$$

2. Реакция на хлорид-ион ($Cl^-$): к раствору хлорида аммония добавляют раствор нитрата серебра ($AgNO_3$). Выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$).

Молекулярное уравнение:

$$NH_4Cl + AgNO_3 \rightarrow AgCl \downarrow + NH_4NO_3$$

Сокращенное ионное уравнение:

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

Ответ: Качественный состав хлорида аммония доказывается реакцией со щелочью при нагревании (выделение аммиака) для обнаружения иона $NH_4^+$ и реакцией с нитратом серебра (выпадение белого осадка) для обнаружения иона $Cl^-$.

б) качественный состав серной кислоты

Серная кислота ($H_2SO_4$) состоит из катионов водорода ($H^+$) и сульфат-анионов ($SO_4^{2-}$).

1. Реакция на катион водорода ($H^+$): наличие ионов водорода определяет кислую среду раствора. Это можно доказать с помощью индикаторов: лакмус в растворе серной кислоты станет красным, метиловый оранжевый — розовым.

2. Реакция на сульфат-ион ($SO_4^{2-}$): к раствору серной кислоты добавляют раствор, содержащий ионы бария ($Ba^{2+}$), например, раствор хлорида бария ($BaCl_2$). Наблюдается выпадение белого осадка сульфата бария ($BaSO_4$), нерастворимого в кислотах.

Молекулярное уравнение:

$$H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$$

Сокращенное ионное уравнение:

$$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$$

Ответ: Качественный состав серной кислоты доказывается изменением цвета индикатора (например, лакмуса на красный) для обнаружения ионов $H^+$ и реакцией с солями бария (выпадение белого осадка) для обнаружения ионов $SO_4^{2-}$.

Задание 3

а) фосфата калия и карбоната калия

В двух пронумерованных пробирках находятся растворы фосфата калия ($K_3PO_4$) и карбоната калия ($K_2CO_3$). Для их распознавания можно использовать сильную кислоту, например, соляную ($HCl$).

Ход определения: В каждую пробирку добавляем по несколько капель раствора соляной кислоты.

Наблюдения:

1. В пробирке с карбонатом калия будет наблюдаться бурное выделение газа (углекислого газа $CO_2$) без запаха — реакция "вскипания".

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

$$CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$$

2. В пробирке с фосфатом калия видимых изменений не произойдет.

$$K_3PO_4 + 3HCl \rightarrow 3KCl + H_3PO_4$$

Ответ: Распознать растворы можно действием сильной кислоты; в пробирке с карбонатом калия будет выделяться газ.

б) силиката натрия и сульфата натрия

В двух пронумерованных пробирках находятся растворы силиката натрия ($Na_2SiO_3$) и сульфата натрия ($Na_2SO_4$). Для их различения также можно использовать сильную кислоту (например, $HCl$ или $H_2SO_4$).

Ход определения: В обе пробирки приливаем понемногу раствор кислоты.

Наблюдения:

1. В пробирке с силикатом натрия образуется гелеобразный (студенистый) осадок кремниевой кислоты ($H_2SiO_3$).

$$Na_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2SiO_3 \downarrow$$

$$SiO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2SiO_3 \downarrow$$

2. В пробирке с сульфатом натрия видимых изменений не будет.

Ответ: Распознать растворы можно с помощью сильной кислоты; в пробирке с силикатом натрия выпадет гелеобразный осадок.

Задание 4

а) Кальциевая селитра и сульфат аммония

Определение веществ:

В пробирках находятся кальциевая селитра ($Ca(NO_3)_2$) и сульфат аммония ($(NH_4)_2SO_4$). Для их определения необходимо провести качественные реакции на ионы $NH_4^+$ и $SO_4^{2-}$.

План определения:

1. В обе пробирки добавляем раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$), и осторожно нагреваем. В пробирке, где находится сульфат аммония, будет выделяться газ (аммиак) с резким запахом.

$$(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$$

В пробирке с кальциевой селитрой выделения газа не будет (может выпасть белый осадок $Ca(OH)_2$).

2. Для подтверждения можно в обе пробирки добавить раствор хлорида бария ($BaCl_2$). В пробирке с сульфатом аммония выпадет белый осадок $BaSO_4$.

$$(NH_4)_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NH_4Cl$$

Таким образом, вещество, которое реагирует со щелочью с выделением газа, — сульфат аммония. Другое вещество — кальциевая селитра.

Расчет и сравнение питательной ценности:

Питательная ценность азотных удобрений определяется массовой долей азота ($\omega(N)$).

Дано:

Удобрения: кальциевая селитра ($Ca(NO_3)_2$), сульфат аммония ($(NH_4)_2SO_4$).

Атомные массы: $Ar(Ca)=40$, $Ar(N)=14$, $Ar(O)=16$, $Ar(H)=1$, $Ar(S)=32$.

Найти:

$\omega(N)$ в $Ca(NO_3)_2$ и $\omega(N)$ в $(NH_4)_2SO_4$.

Решение:

1. Рассчитаем молярные массы веществ:

$M(Ca(NO_3)_2) = 40 + 2 \cdot (14 + 3 \cdot 16) = 40 + 2 \cdot 62 = 164$ г/моль.

$M((NH_4)_2SO_4) = 2 \cdot (14 + 4 \cdot 1) + 32 + 4 \cdot 16 = 2 \cdot 18 + 32 + 64 = 132$ г/моль.

2. Рассчитаем массовые доли азота:

Для $Ca(NO_3)_2$:

$$\omega(N) = \frac{2 \cdot Ar(N)}{M(Ca(NO_3)_2)} = \frac{2 \cdot 14}{164} = \frac{28}{164} \approx 0.1707 \text{ или } 17.07\%$$

Для $(NH_4)_2SO_4$:

$$\omega(N) = \frac{2 \cdot Ar(N)}{M((NH_4)_2SO_4)} = \frac{2 \cdot 14}{132} = \frac{28}{132} \approx 0.2121 \text{ или } 21.21\%$$

3. Сравнение: $21.21\% > 17.07\%$. Следовательно, сульфат аммония является более концентрированным азотным удобрением, чем кальциевая селитра.

Ответ: Питательная ценность сульфата аммония ($\approx 21.2\% N$) выше, чем у кальциевой селитры ($\approx 17.1\% N$).

б) Хлорид калия и поташ

Определение веществ:

В пробирках находятся хлорид калия ($KCl$) и поташ (карбонат калия, $K_2CO_3$). Для их распознавания используем качественную реакцию на карбонат-ион.

План определения:

В обе пробирки добавляем раствор сильной кислоты (например, $HCl$). В пробирке с поташом ($K_2CO_3$) будет наблюдаться выделение пузырьков газа ($CO_2$).

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

В пробирке с хлоридом калия видимых изменений не произойдет.

Расчет и сравнение питательной ценности:

Питательную ценность калийных удобрений принято выражать в пересчете на оксид калия ($\omega(K_2O)$).

Дано:

Удобрения: хлорид калия ($KCl$), поташ ($K_2CO_3$).

Атомные массы: $Ar(K)=39$, $Ar(Cl)=35.5$, $Ar(C)=12$, $Ar(O)=16$.

Найти:

$\omega(K_2O)$ для $KCl$ и $K_2CO_3$.

Решение:

1. Рассчитаем молярные массы веществ и оксида калия:

$M(KCl) = 39 + 35.5 = 74.5$ г/моль.

$M(K_2CO_3) = 2 \cdot 39 + 12 + 3 \cdot 16 = 78 + 12 + 48 = 138$ г/моль.

$M(K_2O) = 2 \cdot 39 + 16 = 78 + 16 = 94$ г/моль.

2. Рассчитаем массовые доли в пересчете на $K_2O$:

В 2 моль $KCl$ содержится 2 моль $K$, что эквивалентно 1 моль $K_2O$.

Для $KCl$:

$$\omega(K_2O) = \frac{M(K_2O)}{2 \cdot M(KCl)} = \frac{94}{2 \cdot 74.5} = \frac{94}{149} \approx 0.6309 \text{ или } 63.09\%$$

В 1 моль $K_2CO_3$ содержится 2 моль $K$, что эквивалентно 1 моль $K_2O$.

Для $K_2CO_3$:

$$\omega(K_2O) = \frac{M(K_2O)}{M(K_2CO_3)} = \frac{94}{138} \approx 0.6812 \text{ или } 68.12\%$$

3. Сравнение: $68.12\% > 63.09\%$. Поташ имеет более высокую питательную ценность.

Ответ: Питательная ценность поташа ($\approx 68.1\%$ $K_2O$) выше, чем у хлорида калия ($\approx 63.1\%$ $K_2O$).