Практическая работа 4, страница 278 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

Практическая работа 4. Решение экспериментальных задач по теме «Металлы»

Задание 1. Исследуйте действие соляной кислоты на металлы:

а) цинк и медь;

б) железо и медь.

Дайте объяснение наблюдаемым явлениям.

Задание 2. Используя щёлочь, установите, в какой из выданных пронумерованных пробирок находится раствор каждого из веществ:

а) сульфат магния и сульфат меди(II);

б) хлорид железа(III) и хлорид кальция.

Задание 3. Получите реакцией обмена амфотерный гидроксид исходя из:

а) хлорида алюминия;

б) сульфата цинка.

Докажите его амфотерность.

Задание 4. Проведите реакции согласно схемам:

а) железо $ \rightarrow $ хлорид железа(II) $ \rightarrow $ гидроксид железа(II) $ \rightarrow $ гидроксид железа(III);

б) сульфат меди(II) $ \rightarrow $ гидроксид меди(II) $ \rightarrow $ хлорид меди(II) $ \rightarrow $ медь.

Задание 1. Исследуйте действие соляной кислоты на металлы:

а) цинк и медь;

Решение:

При добавлении соляной кислоты ($HCl$) в пробирку с гранулами цинка ($Zn$) наблюдается активное выделение пузырьков бесцветного газа (водорода) и постепенное растворение металла. Это происходит потому, что цинк в электрохимическом ряду напряжений металлов стоит левее водорода, а значит, является более активным металлом и способен вытеснять водород из растворов кислот (кроме азотной кислоты любой концентрации и концентрированной серной).

Уравнение реакции: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

При добавлении соляной кислоты в пробирку с медью ($Cu$) видимых признаков реакции не наблюдается. Медь в электрохимическом ряду напряжений стоит правее водорода, поэтому она не может вытеснить его из раствора соляной кислоты.

Ответ: Цинк реагирует с соляной кислотой, так как стоит в ряду напряжений до водорода. Медь не реагирует с соляной кислотой, так как стоит в ряду напряжений после водорода.

б) железо и медь.

Решение:

При добавлении соляной кислоты ($HCl$) в пробирку с железными ($Fe$) стружками или порошком наблюдается выделение пузырьков газа (водорода) и растворение металла. Железо, как и цинк, стоит в ряду напряжений левее водорода и вытесняет его из раствора соляной кислоты.

Уравнение реакции: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

Реакция с медью, как и в предыдущем пункте, не идет, так как медь стоит в ряду напряжений правее водорода.

Ответ: Железо реагирует с соляной кислотой с выделением водорода, а медь не реагирует. Объяснение аналогично предыдущему пункту: положение металлов в электрохимическом ряду напряжений относительно водорода.

Задание 2. Используя щёлочь, установите, в какой из выданных пронумерованных пробирок находится раствор каждого из веществ:

а) сульфат магния и сульфат меди(II);

Решение:

Для распознавания этих солей используем раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$). При добавлении щелочи в обе пробирки будут наблюдаться разные признаки реакции.

В пробирке с сульфатом магния ($MgSO_4$) образуется белый студенистый осадок гидроксида магния ($Mg(OH)_2$).

Уравнение реакции: $MgSO_4 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

В пробирке с сульфатом меди(II) ($CuSO_4$) образуется ярко-синий осадок гидроксида меди(II) ($Cu(OH)_2$).

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

Ответ: Пробирку с сульфатом магния можно определить по выпадению белого осадка при добавлении щелочи, а пробирку с сульфатом меди(II) — по выпадению синего осадка.

б) хлорид железа(III) и хлорид кальция.

Решение:

Используем в качестве реактива раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$).

В пробирке с хлоридом железа(III) ($FeCl_3$) при добавлении щелочи выпадает объемистый бурый (коричневый) осадок гидроксида железа(III) ($Fe(OH)_3$).

Уравнение реакции: $FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

В пробирке с хлоридом кальция ($CaCl_2$) образуется белый осадок гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$).

Уравнение реакции: $CaCl_2 + 2NaOH \rightarrow Ca(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

Ответ: Пробирку с хлоридом железа(III) можно определить по выпадению бурого осадка при добавлении щелочи, а пробирку с хлоридом кальция — по выпадению белого осадка.

Задание 3. Получите реакцией обмена амфотерный гидроксид исходя из:

а) хлорида алюминия;

Решение:

1. Получение гидроксида алюминия. К раствору хлорида алюминия ($AlCl_3$) по каплям добавляем раствор щелочи (например, $NaOH$) до образования белого студенистого осадка гидроксида алюминия ($Al(OH)_3$). Важно не добавлять избыток щелочи, так как амфотерный гидроксид в нем растворится.

Уравнение реакции получения: $AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

2. Доказательство амфотерности. Полученный осадок делим на две пробирки.

В первую пробирку добавляем сильную кислоту, например, соляную ($HCl$). Осадок растворяется, что доказывает основные свойства гидроксида алюминия.

Уравнение реакции: $Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$

Во вторую пробирку добавляем избыток раствора щелочи ($NaOH$). Осадок растворяется с образованием комплексной соли, что доказывает кислотные свойства гидроксида алюминия.

Уравнение реакции: $Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$ (тетрагидроксоалюминат натрия)

Ответ: Гидроксид алюминия получен реакцией обмена между $AlCl_3$ и $NaOH$. Его амфотерность доказана реакциями как с кислотой ($HCl$), так и с щелочью ($NaOH$), в которых он растворяется.

б) сульфата цинка.

Решение:

1. Получение гидроксида цинка. К раствору сульфата цинка ($ZnSO_4$) приливаем по каплям раствор щелочи ($NaOH$) до выпадения белого осадка гидроксида цинка ($Zn(OH)_2$).

Уравнение реакции получения: $ZnSO_4 + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

2. Доказательство амфотерности. Полученный осадок делим на две пробирки.

В первую пробирку добавляем кислоту, например, соляную ($HCl$). Осадок растворяется, что подтверждает его основные свойства.

Уравнение реакции: $Zn(OH)_2 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + 2H_2O$

Во вторую пробирку добавляем избыток раствора щелочи ($NaOH$). Осадок растворяется с образованием бесцветного раствора комплексной соли, что подтверждает его кислотные свойства.

Уравнение реакции: $Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$ (тетрагидроксоцинкат натрия)

Ответ: Гидроксид цинка получен реакцией обмена между $ZnSO_4$ и $NaOH$. Его амфотерность доказана способностью растворяться как в кислотах, так и в щелочах.

Задание 4. Проведите реакции согласно схемам:

а) железо $\rightarrow$ хлорид железа(II) $\rightarrow$ гидроксид железа(II) $\rightarrow$ гидроксид железа(III);

Решение:

1. $Fe \rightarrow FeCl_2$: В пробирку с железными стружками добавляем соляную кислоту. Наблюдаем выделение водорода и образование раствора хлорида железа(II).

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

2. $FeCl_2 \rightarrow Fe(OH)_2$: К полученному раствору хлорида железа(II) добавляем раствор щелочи ($NaOH$). Выпадает серо-зеленый осадок гидроксида железа(II).

$FeCl_2 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

3. $Fe(OH)_2 \rightarrow Fe(OH)_3$: Оставляем пробирку с осадком на воздухе. Постепенно серо-зеленый осадок $Fe(OH)_2$ окисляется кислородом воздуха и буреет, превращаясь в гидроксид железа(III) $Fe(OH)_3$. Для ускорения процесса можно пропустить через суспензию воздух или добавить пероксид водорода.

$4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3 \downarrow$

Ответ: Цепочка превращений осуществлена последовательным действием соляной кислоты, гидроксида натрия и кислорода воздуха.

б) сульфат меди(II) $\rightarrow$ гидроксид меди(II) $\rightarrow$ хлорид меди(II) $\rightarrow$ медь.

Решение:

1. $CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2$: К раствору сульфата меди(II) добавляем раствор щелочи ($NaOH$). Образуется синий осадок гидроксида меди(II).

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

2. $Cu(OH)_2 \rightarrow CuCl_2$: К полученному осадку добавляем соляную кислоту ($HCl$) до его полного растворения. Образуется голубой (или зеленоватый при высокой концентрации) раствор хлорида меди(II).

$Cu(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + 2H_2O$

3. $CuCl_2 \rightarrow Cu$: В полученный раствор хлорида меди(II) опускаем гранулу цинка или железный гвоздь. На поверхности более активного металла выделяется красно-коричневый осадок металлической меди.

$CuCl_2 + Zn \rightarrow ZnCl_2 + Cu \downarrow$

Ответ: Цепочка превращений осуществлена последовательным действием гидроксида натрия, соляной кислоты и более активного металла (например, цинка).