Номер 3, страница 73 - гдз по химии 8 класс учебник Шиманович, Красицкий

3. В двух одинаковых склянках без этикеток находятся бесцветные жидкости, одна из которых вода, а другая — раствор серной кислоты. Какими способами можно распознать, в какой из склянок находится кислота? Обоснуйте предложенные вами способы и напишите соответствующие уравнения реакций.

Чтобы различить воду и раствор серной кислоты, необходимо провести качественные реакции, характерные для кислот в целом или для сульфат-иона в частности. Для этого отбирают небольшие пробы жидкостей из каждой склянки.

Способ 1. Использование индикаторов

В пробы жидкостей из обеих склянок добавляют несколько капель кислотно-основного индикатора, например, лакмуса или метилового оранжевого. В кислой среде (раствор серной кислоты) цвет индикатора изменится, а в нейтральной среде (вода) — нет. Лакмус в кислой среде станет красным, а в нейтральной воде останется фиолетовым. Метиловый оранжевый в кислоте станет красным, а в воде останется оранжевым.

Обоснование этого способа заключается в том, что серная кислота является сильным электролитом и диссоциирует в водном растворе с образованием ионов водорода $H^+$, которые создают кислую среду:

$H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}$

Ответ: в склянке, где индикатор изменил свой цвет на характерный для кислой среды (например, лакмус стал красным), находится раствор серной кислоты.

Способ 2. Взаимодействие с активными металлами

В пробы жидкостей помещают по кусочку активного металла, стоящего в электрохимическом ряду напряжений до водорода, например, цинк (Zn), магний (Mg) или железо (Fe).

Обоснование: кислоты реагируют с активными металлами, при этом происходит реакция замещения с выделением газообразного водорода. В склянке с серной кислотой будет наблюдаться выделение пузырьков газа. Вода при комнатной температуре с данными металлами не реагирует.

Уравнение реакции на примере цинка:

$H_2SO_4 + Zn \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow$

Ответ: в склянке, в которой при добавлении металла наблюдается выделение газа, находится раствор серной кислоты.

Способ 3. Взаимодействие с солями слабых кислот

В пробы жидкостей добавляют небольшое количество карбоната, например, карбоната натрия ($Na_2CO_3$) или кусочек мела/мрамора ($CaCO_3$).

Обоснование: серная кислота, будучи сильной кислотой, вытесняет более слабую угольную кислоту из её солей (карбонатов). Образующаяся угольная кислота ($H_2CO_3$) очень неустойчива и сразу же разлагается на воду и углекислый газ, что вызывает вскипание раствора. Вода с карбонатами не реагирует.

Уравнение реакции на примере карбоната натрия:

$H_2SO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2CO_3$

$H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$

Ответ: в склянке, где при добавлении карбоната происходит бурное выделение газа, находится раствор серной кислоты.

Способ 4. Качественная реакция на сульфат-ион

В пробы жидкостей добавляют несколько капель раствора растворимой соли бария, например, хлорида бария ($BaCl_2$) или нитрата бария ($Ba(NO_3)_2$).

Обоснование: данная реакция является качественной для определения сульфат-ионов ($SO_4^{2-}$). При взаимодействии раствора серной кислоты с раствором соли бария выпадает характерный белый мелкокристаллический осадок сульфата бария ($BaSO_4$), который не растворяется ни в воде, ни в кислотах. В склянке с водой никаких видимых изменений не произойдёт.

Уравнение реакции на примере хлорида бария:

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

Ответ: в склянке, где после добавления раствора соли бария образовался белый осадок, находится раствор серной кислоты.