Анализ распределения физических сил при использовании химических приборов. Собирание газов Можно ли аммиак собирать методом вытеснения воды
Аппарат Киппа используют для получения водорода, углекислого газа и сероводорода. Твердый реагент помещают в средний шарообразный резервуар аппарата на пластмассовый кольцевой вкладыш, предохраняющий попадание твердого реагента в нижний резервуар. В качестве твердого реагента для получения водорода используют цинковые гранулы, углекислого газа - куски мрамора, сероводорода - куски сульфида железа. Куски насыпаемого твердого вещества должны быть размером около 1 см 3 . Пользоваться порошком не рекомендуется, так как ток газа получится очень сильным. После загрузки твердого реагента в аппарат через верхнее горло заливают жидкий реагент (например, разбавленный раствор соляной кислоты при получении водорода, углекислого газа и сероводорода). Жидкость наливают в таком количестве, чтобы её уровень (при открытом газоотводном кране) достигал половины верхнего шарообразного расширения нижней части. Пропускают газ в течение 5-10 минут, чтобы вытеснить воздух из аппарата, после этого закрывают газоотводный кран, в верхнее горло вставляют предохранительную воронку. Газоотводную трубку соединяют с тем прибором, куда нужно пропускать газ.
При закрытом кране выделяющийся газ вытесняет жидкость из шарообразного расширения аппарата, и он перестает работать. При открывании крана кислота вновь поступает в резервуар с твердым реагентом, и аппарат начинает работать. Это один из самых удобных и безопасных методов получения газов в лаборатории.
Собирать газ в сосуд можно различными методами. Наиболее распространены два метода: метод вытеснения воды и метод вытеснения воздуха. Выбор метода обусловлен свойствами газа, который нужно собрать.
Метод вытеснения воздуха . Этим методом можно собрать практически любой газ. Прежде чем отбирать газ, надо определить, легче он воздуха или тяжелее. Если относительная плотность газа по воздуху больше единицы, то сосуд-приемник следует держать отверстием вверх, так как газ тяжелее воздуха и будет опускаться на дно сосуда (например, углекислый газ, сероводород, кислород, хлор и др.). Если относительная плотность газа по воздуху меньше единицы, то сосуд-приемник следует держать отверстием вниз, так как газ легче воздуха и будет подниматься вверх сосуда (например, водород и др.). Контролировать наполнение сосуда можно по-разному, в зависимости от свойств газа. Например, для определения кислорода используют тлеющую лучину, которая при поднесении к краю сосуда (но не внутрь!) вспыхивает; при определении углекислого газа горячая лучина потухает.
Метод вытеснения воды . Этим методом можно собирать только газы, которые не растворяются в воде (или мало растворяются) и не реагируют с ней. Для собирания газа необходим кристаллизатор, на 1/3 заполненный водой. Сосуд-приемник (чаще всего пробирку) наполняют до верху водой, закрывают пальцем и опускают в кристаллизатор. Когда отверстие сосуда окажется под водой, его открывают и вводят в сосуд газоотводную трубку. После того, как вся вода будет вытеснена из сосуда газом, отверстие закрывают под водой пробкой и вынимают сосуд из кристаллизатора.
Проверка газа на чистоту . Многие газы горят на воздухе. Если поджечь смесь горючего газа с воздухом, то произойдет взрыв, поэтому газ нужно проверять на чистоту. Проверка заключается в сжигании небольшой порции газа (около 15 мл) в пробирке. Для этого газ собирают в пробирку и поджигают от пламени спиртовки. Если газ не содержит примесей воздуха, то горение сопровождается легким хлопком. Если же раздается резкий лающий звук, то газ загрязнен воздухом и необходима его очистка.
ХИМИЯ
Довывод
Задача 1.
Даны газообразные вещества: H2, HCl, CO2, CO, O2, NH3.
1. Определите, какие из них легче воздуха, а какие тяжелее (ответ обоснуйте).
2. Определите, какие из них нельзя собрать методом вытеснения воды.
3. Определите, что будет происходить с этими газами, если их пропустить через раствор кислоты, щёлочи (ответ подтвердите уравнениями реакций).
Решение.
1. Легче воздуха, те, молярная масса которых меньше 29 г/моль (молярная масса воздуха). Это H 2 , CO , NH 3 . Тяжелее: HCl , CO 2 , O 2 .
2. Методом вытеснения воды можно собирать газы, которые нерастворимы или плохо растворимы в воде. Это H 2 , CO 2 , CO , O 2 . Нельзя методом вытеснения воды собирать газы: HCl , NH 3 .
3. С кислотами реагируют вещества, обладающие основными свойствами:
NH 3 + HCl = NH 4 Cl
Со щелочами реагируют вещества, обладающие кислотными свойствами:
HCl + KOH = KCl + H2O
Есеп 1.
Газ тәрізді заттар берілген: H2, HCl, CO2, CO, O2, NH3.
1.Олардың қайсысы ауадан ауыр және қайсысы жеңіл екенін анықтаңыздар (жауаптарыңызды дәлелдеңіздер).
2. Олардың қайсысын суды ығыстыру әдісімен анықтауға болмайтынын анықтаңыздар.
3. Егер оларды сілтінің, қышқылдың ерітінділері арқылы өткізгенде осы газдармен не болатынын анықтаңыздар (жауаптарыңызды реакция теңдеулері арқылы дәлелдеңіздер).
Шешуі.
1. Ауадан жеңіл, яғни молярлық массасы 29 г/мольдан (ауаның молярлық массасы) кіші болатын газдар: H2, CO, NH3. Ауыр: HCl, CO2, O2.
2. Суды ығыстыру әдісімен суда ерімейтін немесе суда аз еритін газдарды алуға болады. Олар Это H2, CO2, CO, O2. Суды ығыстыру әдісі арқылы жинауға болмайтын газдар: HCl, NH3.
3. Қышқылмен негіздік қасиет көрсететін заттар әрекеттеседі:
NH3 + HCl = NH4Cl
Сілтілермен қышқылдық қасиет көрсететін заттар әрекеттеседі:
HCl + KOH = KCl + H2O
CO2 + 2KOH = K2CO3 + H2O или CO2 + KOH = KHCO3
Задача 2.
Ранней весной ранним утром, когда температура окружающего воздуха была ещё 0 °С, а давление 760 мм рт. ст., три товарища, прогуливая своих собак, увидели пустую бутылку на газоне. "Она пуста", - сказал один из них. "Нет, она полна до краёв, и я знаю формулу вещества, которым она наполнена", - сказал другой. "Вы оба не правы", - сказал третий.
1. Кто из товарищей, по вашему мнению, был прав (ответ обоснуйте)?
2. Рассчитайте количество вещества и число частиц, содержащихся в бутылке, если её объём равен 0,7 дм3.
3. Рассчитайте молярную массу газа, содержащегося в бутылке.
Решение.
1. Прав третий, так как в бутылке воздух (она не пуста – первый неправ), а воздух является не индивидуальным веществом (второй тоже неправ). Воздух представляет собой смесь газов:
2. Т. к. условия нормальные, то V M = 22,4 л/моль. Рассчитаем количество вещества n = V / V M = 0,7 / 22,4 л/моль = 0,03125 моль. Число частиц N = N A · n = 6,02·1023 моль-1 · 0,03125 моль = 1,88·1022 частиц.
3. Молярную массу воздуха можно рассчитать, зная состав воздуха. В воздухе содержится примерно 78% N 2 , 21% O 2 , 0,5% Ar и 0,5% CO 2 . Средняя молярная масса будет равна M ср = x 1 · M 1 + x 2 · M 2 + x 3 · M 3 + x 4 · M 4
Есеп 2.
Ерте көктемде таңертең ерте қоршаған ортаның температурасы 0 °С, қысым 760 мм сын. бағ. болып тұрған кезде үш адам өздерінің иттерін қыдыртуға шықты және олар газондағы бос құтыны (бутылка) көрді. «Ол бос» - деді оның біреуі. «Жоқ, аузына дейін заттармен толы» деді екіншісі, себебі ол құтының ішіндегі заттардың формуласын біледі. «Сендер екеулерің де дұрыс таппадыңдар» - деді үшіншісі.
1. Сіздердің ойларыңызша, осы үш адамның қайсысы дұрыс ойлады (жауаптарыңды дәлелдеңдер)?
2. Егер құтының (бутылканың) ішіндегі заттың көлемі 0,7 дм3 – ге тең болатыны белгілі болса, зат мөлшерін және молекулалар санын табыңыздар.
3. Құтының ішіндегі газдың молярлық массасын есептеңіздер.
Шешуі.
1. Үшінші адам дұрыс айтты, себебі оның ішінде ауа бар (ол бос емес, ендеше бірінші адам дұрыс таппады), ал ауа жеке зат емес (сол себепті екінші адам да дұрыс таппады). Ауа бірнеше газдардың қоспасынан тұрады: N 2 , O 2 , Ar , CO 2 , H 2 O и др.
2. Яғни жағдай қалыпты, ендеше V M = 22,4 л/моль. Зат мөлшерін есептейміз n = V / V M = 0,7 / 22,4 л/моль = 0,03125 моль. Молекула саны N = N A · n = 6,02 ·1023 моль-1 · 0,03125 моль = 1,88·1022 бөлік.
3. Ауаның құрамын біле отырып ауаның молярлық массасын есептеуге болады. Ауа шамамен төмендегі газдар қоспасынан тұрады: 78% N 2 , 21% O 2 , 0,5% Ar және 0,5% CO 2 . Орташа молярлық массасы тең болады M ср = x 1 · M 1 + x 2 · M 2 + x 3 · M 3 + x 4 · M 4 = 0,78·28 + 0,21·32 + 0,05·40 + 0,05·44 ≈ 29 г/моль.
Задача 3.
У вас в распоряжении имеются карбонат кальция и соляная кислота. Предложите способы синтеза не менее 6 новых веществ, среди которых 2 простых. В синтезах можно использовать только исходные вещества, продукты их взаимодействия, необходимые катализаторы и электрический ток.
Решение.
1. CaCO 3 = CaO + CO 2 (при нагревании)
2.
3.
4. CaO + H2O = Ca(OH)2
5. CaCl 2 = Ca + Cl 2 (электролиз расплава)
6. 2 HCl = H 2 + Cl 2 (электролиз раствора)
7. 2H2O = 2H2 + O2 (электролиз)
8. Ca + H2 = CaH2
9. Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O (при 0ºC)
10. при нагревании )
11. Cl2 + H2O = HCl + HClO (при 0ºC)
12. 3 Cl 2 + 3 H 2 O = 5 HCl + HClO 3 (при нагревании)
Есеп 3.
Сіздерде кальций карбонат ы және тұз қышқылы бар. Осы заттар арқылы 6-дан кем емес жаңа заттарды, оның ішінде 2 жай заттарды қалай алуға болады? Синтезде тек қана бастапқы заттарды, олардан алынған өнімдерді қолдануға болады, катализатор және электр тоғы қажет.
Шешуі .
1. CaCO 3 = CaO + CO 2 (қыздырғанда )
2. CaCO3 + HCl = CaCl2 + CO2 + H2O
3. CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2
4. CaO + H2O = Ca(OH)2
5. CaCl 2 = Ca + Cl 2 (балқыма электролиз і )
6. 2 HCl = H 2 + Cl 2 (ерітнді электролиз і )
7. 2 H 2 O = 2 H 2 + O 2 (электролиз)
8. Ca + H 2 = CaH 2
9. Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O (0ºC -де )
10. 6Ca(OH)2 + 6Cl2 = 5CaCl2 + Ca(ClO3)2 + 6H2O (қыздырған кезде )
11. Cl2 + H2O = HCl + HClO (0ºC -де )
12. 3Cl2 + 3H2O = 5HCl + HClO3 (қыздырған кезде )
Задача 4.
Газовая смесь, содержащая два галогеноводорода, имеет плотность, по водороду равную 38. Объем этой смеси при н. у. был поглощен равным объемом воды. На нейтрализацию 100 мл образовавшегося раствора было израсходовано 11,2 мл 0,4 моль/л раствора гидроксида натрия.
1. Определите, какие галогеноводороды могли содержаться в данной смеси.
2. Рассчитайте состав газовой смеси в объёмных процентах.
3. Предложите способ определения качественного состава газовой смеси.
Решение.
1. Масса 1 моль газовой смеси при н. у. составляет 38·2 = 76 г. Таким образом, в газовой смеси не могут присутствовать одновременно HBr и HI (M (HBr ) = 81 г/моль, M (HI ) = 128 г/моль). Также одновременно не могут присутствовать HF и HCl (M (HF ) = 20 г/моль, M (HCl ) = 36,5 г/моль). В смеси должен быть галогеновородод с M меньше 76 г/моль и галогеноводород с M больше 76 г/моль. Возможные составы смесей: 1) HF и HBr ; 2) HF и HI ; 3) HCl и HBr ; 4) HCl и HI .
Концентрация галогеноводородов в растворе составляет (11,2·0,4):100 = 0,0448 моль/л. Это значение достаточно хорошо соответствует расчётному значению 1:22,4 = 0,0446 моль/л для процесса растворения 1 л газа (н. у.) в 1 л воды (при условии, что молекулы галогеноводорода мономерны). Таким образом, газовая смесь не содержит фтороводород, который и в газовой фазе находится в виде (HF ) n , где n = 2-6.
Тогда условиям задачи соответствуют только два варианта смесей: HCl + HBr или HCl + HI .
2. Для смеси HCl + HBr : пусть x моль – количество HCl в 22,4 л смеси (н. у.). Тогда количество HBr составляет (1- x ) моль. Масса 22,4 л смеси составляет:
36,5 x + 81(1- x ) = 76; x = 0,112; 1- x =0,888.
Состав смеси: HCl – 11,2%, HBr – 88,8%.
Аналогично для смеси HCl + HI :
36,5 x + 128(1- x ) = 76; x = 0,562.
Состав смеси: HCl – 56,2%, HI – 43,8%
3. Так как обе смеси должны содержать хлороводород, то качественно остаётся определить бромоводород или иодоводород. Это определение удобнее сделать в форме простых веществ – брома или иода. Для перевода галогеноводородов в простые вещества водный раствор можно окислить хлором:
2HBr + Cl2 = 2HCl + Br2
2HI + Cl2 = 2HCl + I2
Полученные растворы галогенов можно отличить по окраске раствора в неполярном растворителе (при экстракции) или по более чувствительной реакции окраски крахмала.
Также исходные галогеноводороды можно различить по различающейся окраске галогенидов серебра:
HBr + AgNO 3 = AgBr ↓ + HNO 3 (светло-жёлтый осадок)
HI + AgNO 3 = AgI ↓ + HNO 3 (жёлтый осадок)
Есеп 4.
Екі галогенсутектен тұратын газ қоспасының сутек бойынша тығыздығы 38. Осы қоспаның қ.ж.-дағы көлемі судың көлемімен бірдей. Алынған 100 мл ерітіндіні бейтараптағанда 11,2 мл 0,4моль/л натрий гидроксидінің ерітіндісі жұмсалды.
1. Осы қоспада қандай галогенсутек барын анықтаңыздар.
2. Газ қоспасының құрамын көлемдік процентпен анықтаңыздар.
3. Газ қоспасының сапасын анықтайтын жағдайды ұсыныңыздар.
Шешуі.
1. 1 моль газ қоспасының массасы қ.ж. құрайды: 38·2 = 76 г. Сондықтан газ қоспасында бір мезгілде HBr және HI (M (HBr) = 81 г/моль, M (HI) = 128 г/моль) бола алмайды. Сонымен қатар бір мезгілде HF және HCl (M (HF) = 20 г/моль, M (HCl) = 36,5 г/моль) бола алмайды. Қосапада М массасы 76г/мольдан аз галогенсутек болуы керек. Мүмкін болатын газ қоспалары: 1) HF және HBr; 2) HF және HI; 3) HCl және HBr; 4) HCl және HI.
Ерітіндідегі галогенсутектердің концентрациясы (11,2·0,4):100 = 0,0448 моль/л. Бұл мән 1 л суға (галогенсутек молекуласы мономерлі болған жағдайда) 1 л газды (қ.ж.) еріту процесі үшін төмендегі есептеу нәтижесіне жақын: 1:22,4 = 0,0446 моль/л. Ендеше, газ қоспасында фторсутек болмайды, себебі ол газ фазасында (HF)n түрінде болады, мұндағы n = 2-6.
Ендеше есептің шарты тек екі нұсқаға сәйкес келеді: HCl + HBr немесе HCl + HI.
2. HCl+HBr қоспасы үшін: 22,4 л қоспадағы (қ.ж.) HCl мөлшері – х. Онда HBr мөлшері (1-x) моль болады. 22,4 л қоспаның массасы:
36,5x + 81(1-x) = 76; x = 0,112; 1-x=0,888.
Қоспа құрамы: HCl – 11,2%, HBr – 88,8%.
Қоспа үшін HCl+HI:
36,5x + 128(1-x) = 76; x = 0,562.
Қоспа құрамы: HCl – 56,2%, HI – 43,8%
3. Ендеше бромсутек және иодсутек екі қоспа да болуы қажет. Бұл анықтама жай зат түрінде – бром немесе иод анықтауға ыңғайлы. Галогенсутекті жай затқа айналдыру үшін оның ерітіндісін хлормен тотықтыру қажет:
2HBr + Cl2 = 2HCl + Br2
2HI + Cl2 = 2HCl + I2
Галогендердің алынған ерітінділерін неполярлы еріткіштегі ерітіндінің түсі бойынша (экстаркция кезіндегі) немесе крахмалдың әсері арқылы анықтауға болады.
Сондай-ақ галогенсутектерді күміс галогенидіндегі әртүрлі түстері арқылы анықтауға болады:
HBr + AgNO3 = AgBr↓ + HNO3 (ашық-сары тұнба)
HI + AgNO3 = AgI↓ + HNO3 (сары тұнба)
Задача 5 (Термохимические расчеты, примеси).
При сжигании 1,5 г образца цинка выделилось 5,9 кДж теплоты. Определите, содержал ли образец цинка негорючие примеси, если известно, что при сжигании 1 моль цинка выделяется 348 кДж теплоты.
Есеп 5 ( Қоспалар, т ермохими ялық есептеулер ). 1,5 г мырыш үлгісін жаққанда 5,9 кДж жылу бөлінді. 1моль мырышты жаққанда 348 кДж жылу бөлінетінін біле отырып мырыш үлгісінде жанбайтын қоспалар барма, жоқпа анықтаңыздар.
Решение:
Шешуі :
ХИМИЯ
Вывод
Задание 1 .
Расшифруй цепочку превращения и осуществи химические реакции:
 |
position:absolute; z-index:2;margin-left:218px;margin-top:91px;width:16px;height:55px">
 |
Дополнительно известно:
Вещество А – корунд
Вещество B – самый распространенный металл (Ме) в земной коре
Вещество С – соединение, содержащее 15,79% Ме, 28,07% S , 56,14% О
Вещество Е – белое студенистое вещество, плохо растворимое в воде. Продукт взаимодействия вещества С со щелочью
Вещество D – натриевая соль самого распространенного металла, молекула которой содержит 40 электронов.
Решение:
А – Al 2 O 3
B – Al
C - Al2(SO4)3
D - NaAlO2
E – Al(OH)3
За каждуюопределенную формулу вещества – 1 балл
За каждое правильное написанное уравнение химической реакции (с условиями осуществления) – 2 балла
ИТОГО: 5·1+8·2 = 21 балл
1 тапсырма .
Айналулар тізбегін ашып, химиялық реакция теңдеулерін жазыңыздар:
|
position:absolute; z-index:15;margin-left:218px;margin-top:91px;width:16px;height:55px">
|
Қосымша белгілі болғаны:
А заты – корунд
B заты – жер шарында ең көп таралған метал (Ме)
С заты – 15,79% Ме, 28,07% S , 56,14% О тұратын қосылыс
Е заты – ақ қоймалжың зат, суда нашар ериді. Заттың сілтімен әрекеттесуінің өнімі С
D заты – ең көп таралған металдың натрий тұзы, молекуласы 40 электроннан тұрады.
Шешуі :
А – Al2O3
B – Al
C - Al2(SO4)3
D - NaAlO2
E – Al(OH)3
Әрбір заттың формуласын анықтағанға – 1 ұпайдан
Дұрыс жазылған әрбір химиялық реакция теңдеуіне (шарты көрсетілген) – 2 ұпайдан
БАРЛЫҒЫ: 5·1+8·2 = 21 ұпай
Задание 2. В шести пронумерованных бюксах (химических стаканах) находятся твердые вещества (в виде порошков): гидрокарбонат натрия, хлорид натрия, сульфат цинка, фосфат калия, карбонат кальция, сульфат железа(II ). Используя имеющиеся на столе реактивы и оборудование, определите содержимое каждого бюкса (химического стакана). Приведите химическую формулу каждого вещества и напишите уравнения проведенных химических реакций.
Реагенты: 2 M HCl, 2 M NaOH , H 2 O дистиллированная, 2М раствор AgNO 3
Оборудование: штатив с пробирками (7-10 штук), шпатель, пипетки.
Решение:
Этапы работы | Наблюдения | Уравнения реакции, выводы |
|
Растворить пробы веществ в воде | Не растворилось одно вещество | Это CaCO3 |
|
Добавить в пробы растворенного и нерастворенного вещества HCl | В двух пробирках выделяется газ. | NaHCO3 + HCl = CaCO3 + HCl = |
|
Добавить в пробы веществ раствор гидроксида натрия (не избыток) | В двух пробирках выпадают осадки зеленого (болотного) цвета и белого аморфного. | Это FeSO4 и Zn(NO3)2 FeSO4 + NaOH = Zn(NO3)2 + NaOH= |
|
Добавляем в пробы веществ по каплям нитрат серебра | В двух пробирках выпадают белый творожистый и желтый осадки. | Это NaCl и K3PO4 NaCl +AgNO3 = K3PO4 + AgNO3= |
За определение каждого вещества по 1 баллу.
За уравнение реакции – 2 балла
Итого: 6·1+6·2 = 18 баллов
Примечание: Если в уравнении реакции не расставлены все коэффициенты, но сущность химической реакции отражена – 1 балл
2 тапсырма. Алты номерленген бюксте (химиялық стакан) қатты зат бар (ұнтақ түрінде): натрий гидрокарбонаты, натрий хлориді, мырышг сульфаты, калий фосфаты, кальций карбонаты, темір (ІІ) сульфаты. Столдағы реактивтерді және құралдарды пайдалана отырып, әрбір бюкстегі затты анықтаңыздар. Әрбір заттың химиялық формуласын және химиялық реакция теңдеулерін жазыңыздар.
Реагенттер: 2M HCl, 2M NaOH, дистилденген H2O, 2М AgNO3 ерітіндісі
Құрал-жабдықтар : пробиркалары бар штатив (7-10 дана ), шпатель (ұстағыш) , пипетк алар .
Шешуі :
Жұмыс этаптары | Құбылыс | Реакция теңдеулері |
|
Заттың сынамасын суда еріту | Бір зат та еріген жоқ | Бұл CaCO3 |
|
Еріген және ерімеген заттың сынамасына НСІ қосу | Екі пробиркада газ бөлінеді | NaHCO3 + HCl = CaCO3 + HCl = |
|
Заттың сынамасына натрий гидроксидін қосу (аз мөлшерде) | Екі прробиркада жасыл түсті (саз балшық тәрізді) және ақ түсті аморфты тұнба пайда болады | Бұл FeSO4 және Zn(NO3)2 FeSO4 + NaOH = Zn(NO3)2 + NaOH= |
|
Сынамаға тамшылатып күміс нитратын қосамыз | Екі пробиркада ақ ірімшік тәрізді және сары тұнба түседі. | Бұл NaCl және K3PO4 NaCl +AgNO3 = K3PO4 + AgNO3= |
Әрбір затты анықтағанға 1 ұпайдан.
Әрбір реакция теңдеуіне – 2 ұпайдан.
Барлығы : 6·1+6·2 = 18 ұпай
Ескерту: Егер реакция теңдеуінде барлық коэффиценттер қойылмаған болса, бірақ химиялық реакцияның мәні анықталған болса – 1 ұпай беруге болады
Тест «Азот и его соединения»
Вариант 1 1. Наиболее прочная молекула: а) Н 2 ; б) F 2 ; в) О 2 ; г) N 2 .2. Окраска фенолфталеина в растворе аммиака: а) малиновая; б) зеленая; в) желтая; г) синяя.3. Степень окисления +3 у атома азота в соединении: а) NH 4 NO 3 ; б) NaNО 3 ; в) NО 2 ; г) КNO 2 .4. При термическом разложении нитрата меди(II) образуются: а) нитрит меди(II) и О 2 ;б) оксид азота(IV) и О 2 ;в) оксид меди(II), бурый газ NO 2 и О 2 ; г) гидроксид меди(II), N 2 и О 2 .5. Какой ион образован по донорно-акцепторному механизму? а) NH 4 + ; б) NO 3 – ; в) Сl – ; г) SO 4 2– .6. Укажите сильные электролиты: а) азотная кислота; б) азотистая кислота; в) водный раствор аммиака; г) нитрат аммония.7. Водород выделяется при взаимодействии: а) Zn + HNO 3 (разб.); б) Cu + HCl (р-р);в) Al + NaOH + H 2 O;г) Zn + H 2 SO 4 (разб.);д) Fe + HNO 3 (конц.).8. Составьте уравнение реакции цинка с очень разбавленной азотной кислотой, если один из продуктов реакции – нитрат аммония. Укажите коэффициент, стоящий перед окислителем.9.Дайте названия веществам А, В, С. Вариант 2 1. Cпособом вытеснения воды нельзя собрать:а) азот; б) водород; в) кислород; г) аммиак.2. Реактивом на ион аммония служит раствор: а) сульфата калия; б) нитрата серебра; в) гидроксида натрия; г) хлорида бария.3. При взаимодействии НNО 3 (конц.) с медной стружкой образуется газ: а) N 2 O; б) NН 3 ; в) NO 2 ; г) Н 2 .4. При термическом разложении нитрата натрия образуется: а) оксид натрия, бурый газ NO 2 , O 2 ; б) нитрит натрия и О 2 ;в) натрий, бурый газ NO 2 , O 2 ;г) гидроксид натрия, N 2 , О 2 .5. Cтепень окисления азота в сульфате аммония: а) –3; б) –1; в) +1; г) +3.6. С какими из указанных веществ реагирует концентрированная HNO 3 при обычных условиях? а) NаОН; б) АgСl; в) Al; г) Fе; д) Сu.7. Укажите число ионов в сокращенном ионном уравнении взаимодействия сульфата натрия и нитрата серебра: а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.8. Составьте уравнение взаимодействия магния с разбавленной азотной кислотой, если один из продуктов реакции – простое вещество. Укажите коэффициент, стоящий в уравнении перед окислителем.9. Напишите уравнения реакций для следующих превращений:
Дайте названия веществам А, В, С, D.
Ответы
Вариант 1 1 – г; 2 – а; 3 – г; 4 – в; 5 – а; 6 – а, г; 7 – в, г; 8 – 10,
2Ag + + SO 4 2– = Ag 2 SO 4 ;
8 – 12, 9. А – NO, B – NO 2 , C – HNO 3 , D – NH 4 NO 3 ,
Газообразные вещества из курса неорганической и органической химии
При подготовке к предстоящим экзаменам выпускникам 9-х и 11-х классов необходимо изучить вопрос о газообразных веществах (физических свойствах, способах и методах получения, их распознавании и применении). Изучив темы спецификации экзаменов ОГЭ и ЕГЭ (на сайте www . fipi . ru ), можно сказать, что отдельного вопроса по газообразным веществам практически нет (см. таблицу):
| ЕГЭ | №14 (Характерные химические свойства углеводородов: алканов, циклоал- канов, алкенов, диенов, алкинов, ароматических углеводородов (бен- зола и толуола). Основные способы получения углеводородов (в лаборатории); №26 (Правила работы в лаборатории. Лабораторная посуда и оборудование. Правила безопасности при работе с едкими, горючими и токсичными веществами, средствами бытовой химии. Научные методы исследования химических веществ и превращений. Методы разделения смесей и очистки веществ. Понятие о металлургии: общие способы получения металлов. Общие научные принципы химического производства (на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола). Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия. Природные источники углеводородов, их переработка. Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поли- конденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки) |
Так, в варианте №3 (Химия. Подготовка к ОГЭ-2017. 30 тренировочных материалов по демоверсии 2017 года. 9-й класс: учебно-методическое пособие / под ред. В.Н. Доронькина. – Ростов н/Д: Легион, 2016. – 288 с.) учащимся предложено дать ответ на следующий вопрос (№13):
Верны ли следующие суждения о способах получения веществ?
А. Путём вытеснения воды нельзя собрать аммиак.
Б. Путём вытеснения воды нельзя собрать кислород.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
Чтобы ответить на вопрос, ребятам следует знать физические и химические свойства аммиака и кислорода. Аммиак с водой очень хорошо взаимодействует, следовательно, методом вытеснения воды его получить нельзя. Кислород в воде растворяется, но с ней не взаимодействует. Поэтому, методом вытеснения воды его получить можно.
В варианте №4 (Химия. Подготовка к ЕГЭ-2017. 30 тренировочных вариантов по демоверсии на 2017 год: учебно-методическое пособие / под ред. В.Н. Доронькина. – Ростов н/Д: Легион, 2016. – 544 с.) учащимся предложено дать ответ на следующий вопрос (№14):
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые образуются при нагревании смеси твёрдых ацетата калия и гидроксида калия:
1) водород;
2) метан;
3) этан;
4) углекислый газ;
5) карбонат калия
Ответ: 2 (реакция декарбоксилирования)
Более того, для сдачи ЕГЭ ребятам необходимо знать, что является сырьём для получения того или иного газообразного вещества. Например, в той же книжке под редакцией Доронькина вопрос №26 (вариант 8) звучит так:
Установите соответствие между получаемым в промышленности веществом и сырьём, используемым для его получения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой:
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами:
Ответ:
В варианте №12 предлагают обучающимся вспомнить область применения некоторых газообразных веществ:
Установите соответствие между веществом и областью его применения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой:
Ответ:С ребятами, сдающими экзамен по химии в 9-ом классе, на занятиях по подготовке к экзамену, заполняем нижеследующую таблицу (в 11-ом классе повторяем её и расширяем):
Водород
Самый лёгкий газ, в 14,5 раз легче воздуха, с воздухом в соотношении два объёма водорода к одному объёму кислорода образует «гремучий газ»
1. Путём взаимодействия щелочных и щелочноземельных металлов с водой:
2 Na + 2 H 2 O = 2 NaOH + H 2
2. Взаимодействием металлов (до водорода) с соляной кислотой (любой концентрации) и разбавленной серной кислотой:
Zn + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2
3. Взаимодействием переходных (амфотерных) металлов с концентрированным раствором щёлочи при нагревании:
2Al + 2NaOH ( конц ) + 6H 2 O = 2Na + 3H 2
4. Разложением воды под действием электрического тока:
2H 2 O = 2H 2 + O 2
По характерному звуку взрыва: сосуд с водородом подносят к пламени (глухой хлопок – чистый водород, «лающий» звук – водород с примесью воздуха):
2H 2 + O 2 2H 2 O
Водородная горелка, производство маргарина, ракетное топливо, производство различных веществ (аммиака, металлов, например вольфрама, соляной кислоты, органических веществ)
Кислород
Бесцветный газ, без запаха; в жидком состоянии имеет светло-голубую окраску, в твёрдом – синюю; в воде растворим лучше, чем азот и водород
1. Путём разложения перманганата калия:
2 KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
2. Путём разложения перекиси водорода:
2 H 2 O 2 2 H 2 + O 2
3. Разложение бертолетовой соли (хлората калия):
2KClO 3 = 2KCl + 3O 2
4. Разложение нитратов
5. Разложением воды под действием электрического тока:
2 H 2 O = 2 H 2 + O 2
6. Процесс фотосинтеза:
6 CO 2 + 6 H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Вспыхивание тлеющей лучинки в ёмкости с кислородом
В металлургии, как окислитель ракетного топлива, в авиации для дыхания, в медицине для дыхания, при взрывных работах, для газовой резки и сварки металлов
Углекислый газ
Бесцветный газ, без запаха, в 1,5 раза тяжелее воздуха. При обычных условиях в одном объёме воды растворяется один объём углекислого газа. При давлении 60 атм превращается в бесцветную жидкость. При испарении жидкого углекислого газа часть его превращается в твёрдую снегообразную массу, которую в промышленности прессуют – получают «сухой лёд».
1. В промышленности обжигом известняка:
CaCO 3 CaO + CO 2
2. Действием соляной кислоты на мел или мрамор:
CaCO
3
+ 2HCl = CaCl
2
+ H
2
O + CO
2
С помощью горящей лучинки, которая гаснет в атмосфере углекислого газа, или по помутнению известковой воды:
CO 2 + Ca (OH ) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O
Для создания «дыма» на сцене, хранения мороженого, в шипучих напитках, в пенных огнетушителях
Аммиак
Бесцветный газ с резким запахом, почти в 2 раза легче воздуха. Нельзя вдыхать продолжительное время, т.к. он ядовит. Легко сжижается при обычном давлении и температуре -33,4 о С. При испарении жидкого аммиака из окружающей среды поглощается много тепла, поэтому аммиак применяют в холодильных установках. Хорошо растворим в воде: при 20 о С в 1 объёме воды растворяется около 710 объёмов аммиака.
1. В промышленности: при высоких температурах, давлении и в присутствии катализатора азот реагирует с водородом, образуя аммиак:
N 2 +3 H 2 2 NH 3 + Q
2. В лаборатории аммиак получают действием гашёной извести на соли аммония (чаще всего хлорид аммония):
Ca(OH) 2 + 2NH 4 Cl CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O
1) по запаху;
2) по изменению окраски влажной фенолфталеиновой бумажки (стала малинового цвета);
3) по появлению дыма при поднесении стеклянной палочки, смоченной соляной кислотой
1)в холодильных установках; 2) производство минеральных удобрений;
3) производство азотной кислоты;
4) для паяния; 5) получение взрывчатых веществ; 6) в медицине и в быту (нашатырный спирт)
Этилен
При нормальных условиях – бесцветный газ со слабым запахом, частично растворим в воде и этаноле. Хорошо растворим в диэтиловом эфире и углеводородах. Является фитогормоном. Обладает наркотическими свойствами. Самое производимое органическое вещество в мире.
1) В промышленности дегидрированием этана:
CH 3 -CH 3 CH 2 =CH 2 + H 2
2) В лаборатории этилен получают двумя способами:
а) деполимеризацией полиэтилена:
(-CH 2 -CH 2 -) n nCH 2 =CH 2
б) каталитической дегидратацией этилового спирта (в качестве катализатора используют белую глину или чистый оксид алюминия и концентрированную серную кислоту):
C 2 H 5 OHCH 2 =CH 2 + H 2 O
Кислород
+
Вниз дном
+
Вверх дном
Углекислый газ
+
Вниз дном
-
Аммиак
+
Вверх дном
-
Этилен
+
Вниз дном и наклонно
-
Таким образом, для успешной сдачи ОГЭ и ЕГЭ, учащимся необходимо знать способы и методы получения газообразных веществ. Самыми распространенными из них являются кислород, водород, углекислый газ и аммиак. В учебнике 11 класса ребятам предлагается практическая работа №1, которая так и называется «Получение, собирание и распознавание газов». В ней предложено пять вариантов – получение пяти разных газообразных веществ: водород, кислород, углекислого газа, аммиака и этилена. Конечно, на уроке продолжительностью 45 минут все 5 вариантов выполнить просто нереально. Поэтому, прежде чем приступить к данной работе, учащиеся дома заполняют вышепредложенную таблицу. Таким образом, ребята дома при заполнении таблицы повторяют методы и способы получения газообразных веществ (курс химии 8, 9 и 10 класса) и приходят на урок уже теоретически осведомлёнными. За одну тему выпускники получают две оценки. Работа по объёму получается большая, но ребята с удовольствием её выполняют. А стимулом является – хорошая оценка в аттестат.
Анализ распределения физических сил
при использовании химических приборов
Демонстрационный эксперимент и многие практические работы основаны на использовании простых химических приборов. Кроме знакомства с химическими превращениями веществ, учащиеся должны разобраться в физической сущности того, что происходит, и уметь по рисунку прибора объяснить суть происходящего: что куда движется и что где происходит.
Один из приборов в кабинете химии – газометр. На рис. 1 изображен газометр, наполненный газом. Это может быть кислород, как указано на рисунке, углекислый газ или просто воздух. Краны 1 и 2 в этот момент закрыты. Газ в соответствии с законом Паскаля оказывает давление на стенки сосуда и воду. Открываем кран 1 , столб воды из воронки оказывает давление на газ, поджимая его, но т.к. внутреннее давление газа и давление воды уравновешены, ничего не происходит. Открываем кран 2 , газ устремляется в выходное отверстие (скорость потока регулируется осторожным поворотом крана). Давление внутри сосуда падает – и вода из воронки поступает в газометр. После закрытия крана 2 отбор газа прекращается, уровень воды устанавливается на более высокой отметке, т.к. наступает новое равновесие сил. Для прекращения давления воды перекрывается кран 1 .
Второй прибор, сходный с газометром, – аппарат Киппа (рис. 2). В этом приборе можно получать водород из цинка и соляной кислоты (см. рис. 2), сероводород из сернистого железа, углекислый газ из мрамора. В позиции а прибор находится в рабочем состоянии, кран открыт. Крепкий раствор соляной кислоты устремляется в нижнюю часть прибора, заполняет его и смачивает металлический цинк, лежащий на медной сетке. Цинк растворяется в кислоте, реагирует с ней, образующийся водород устремляется в среднюю сферу прибора, вытесняет воздух, смешиваясь с ним. Поэтому выходящий газ надо проверить на чистоту. Распределение физических сил в приборе показано на рис. 2 при помощи стрелок.
Закрываем кран. Водород продолжает образовываться, его количество увеличивается. Поскольку выход газу перекрыт, внутри сферы увеличивается давление. Оно и выдавливает кислоту из средней сферы до тех пор, пока кислота перестанет покрывать поверхность цинка. Химическая реакция прекращается (смоченный кислотой цинк продолжает некоторое время реагировать с ней). Внутреннее давление в приборе, создаваемое водородом, и давление, создаваемое гидравлическим затвором, уравновешиваются.
Рассмотрим методы собирания газов. На рис. 3 показано, как собирать газ методом вытеснения воздуха. Если газ токсичный, эта операция проводится в вытяжном шкафу. Газы, которые тяжелее воздуха, – СО 2 , О 2 , HCl, SO 2 , поступая в банку или химический стакан, вытесняют воздух.
При изучении углекислого газа: его физических свойств и неспособности поддерживать горение органических веществ – демонстрируется занимательный опыт гашения горящей на воздухе парафиновой свечи (рис. 4). Углекислый газ, как более тяжелый, под действием силы тяжести опускается вниз. Он заполняет емкость и вытесняет воздух, который в ней содержится. Свеча в атмосфере углекислого газа гаснет.
Прибор, изображенный на рис. 5, учащиеся собирают на практической работе «Получение кислорода и изучение его свойств». Этот прибор иллюстрирует метод собирания газа путем вытеснения воздуха (физическое обоснование понятия «относительная плотность»).
Другой способ собирания газов связан с вытеснением воды из сосуда. Таким путем можно собирать газы, мало растворяющиеся в воде, в частности оксид азота(II) (рис. 6). Газ из реактора 1 поступает в газоотводную трубку 2 , подведенную под перевернутый вверх дном цилиндр 3 . Проходя через толщу воды, газ собирается в зоне дна цилиндра. Под давлением газа вода выталкивается из цилиндра.
Если газ плохо растворяется в воде, то этим газом мож
но насыщать воду, как показано на рис. 7. В таком приборе можно получать хлор (см. рис. 7) или сернистый газ, добавляя к кристаллам сульфита натрия концентрированную серную кислоту. Газ, получаемый в колбе Вюрца, поступает в газоотводную трубку, концом погруженную в воду. Частично газ растворяется в воде, частично заполняет пространство над водой, вытесняя воздух.
Если газ хорошо растворяется в воде, то
его нельзя собирать методом вытеснения воды. На
рис. 8 и 9 показано, как собирают хлороводород и
аммиак методом вытеснения воздуха. На тех же рис.
8 и 9
(cм. c. 22) изображено растворение газов при
погружении пробирок с HCl и NH 3 отверстием в
воду.
Если насыщать хлороводородом из пробирки (с реагентами) с газоотводной трубкой, опущенной в воду (рис. 10), то первые порции газа мгновенно растворяются в воде. В 1 л воды растворяется около 500 л хлороводорода, следовательно, поступающий газ не создает избыточного давления. На рис. 10 отмечено последовательное изменение давления газа p внутр в реакционной пробирке по отношению к атмосферному давлению p атм. Давление внутри прибора становится меньше внешнего давления, и вода стремительно заполняет газоотводную трубку и сам прибор. Кроме того, что эксперимент испорчен, еще и пробирка может треснуть.
При изучении химических свойств металлического натрия (рис. 11) важно не только наблюдать его поведение в реакции с водой, но и объяснять наблюдаемые явления. Первое наблюдение – натрий остается на поверхности воды, следовательно, его плотность меньше единицы (плотность воды). Второе наблюдение – натрий «мечется» по воде по причине отталкивающего действия выделяющегося газа. Третье наблюдение – натрий плавится и превращается в шарик. Реакция взаимодействия натрия с водой – экзотермическая. Выделяющейся теплоты достаточно, чтобы расплавить натрий, следовательно, он – легкоплавкий металл. Четвертое наблюдение – реакция сопровождается вспышками, следовательно, теплоты реакции достаточно и для самовозгорания натрия, и для микровзрыва водорода. Если реакцию проводить в узком пространстве (в пробирке), да еще и с крупным кусочком натрия, то взрыва водорода не избежать. Чтобы не было взрыва, реакцию проводят в кристаллизаторе или в большом по диаметру химическом стакане и с использованием маленького кусочка натрия.
Необходимо уделить большое внимание правилу растворения концентрированной серной кислоты в воде (рис. 12). Кислота, как более тяжелая жидкость, устремляется на дно круглодонной колбы. Все остальное показано на рис. 12.
Формированию физико-химического мышления способствует изучение кислорода (как в начальном курсе химии, так и в курсе органической химии). Речь идет об использовании кислорода и ацетилена при сварке и автогенной резке металла (рис. 13). При сварке высокотемпературное пламя горящего в кислороде ацетилена (до 2500 °С) направляется на металлический провод и свариваемое место. Металл плавится, получается шов. При автогенной резке пламя подплавляет металл, а избыток кислорода его выжигает.
Не в каждом кабинете химии имеется кремний как простое вещество. Проверим его на электропроводность при помощи простейшего прибора: щуп с упругими удлиненными железными концами, лампочка (смонтированная на подставке), и электропровод с вилкой (рис. 14). Лампочка светится, но не ярко – видно, что кремний проводит электрический ток, но оказывает ему значительное сопротивление.
Химический элемент кремний – аналог углерода, но радиус его атомов больше, чем радиус атомов углерода. Кремний, как простое вещество, имеет такую же (как алмаз) кристаллическую решетку (атомную) с тетраэдрической направленностью химических связей. В алмазе ковалентные связи прочные, он не проводит электрический ток. В кремнии, как показывает даже грубый эксперимент, какая-то часть электронных пар распаривается, что обусловливает некоторую электропроводность вещества. Кроме того, кремний разогревается (у некоторых учащихся есть возможность в этом убедиться), что тоже свидетельствует о сопротивлении вещества электрическому току.
С большим интересом учащиеся наблюдают за исследованием физических и химических свойств бензола (рис. 15). К небольшому количеству воды приливаем слой бензола толщиной ~2 мм (см. рис. 15, а ). Видно, что две бесцветные жидкости не смешиваются. Интенсивным встряхиванием перемешиваем эту расслоенную смесь, получаем «седую» эмульсию. Фиксируем пробирку в вертикальном положении. Учащиеся наблюдают постепенное расслоение бензола и воды, причем сначала прозрачным становится нижний уровень содержимого, и через непродолжительное время получаем исходное распределение. Молекулы воды легче молекул бензола, но ее плотность несколько больше. Взаимодействие между неполярными молекулами бензола и полярными молекулами воды незначительное, очень слабое, поэтому большая часть бензола выталкивается на поверхность воды (см. рис. 15, б ).
Теперь приливаем бензол к нескольким миллилитрам бромной воды (небольшой интенсивности окрашивания) (см. рис. 15, б ). Жидкости не смешиваются. Интенсивно перемешиваем содержимое пробирки и даем возможность системе отстояться. Бром, прежде растворенный в воде, экстрагируется в слой бензола, что видно по изменению окраски и увеличению ее интенсивности.
К содержимому пробирки прильем несколько
миллилитров слабого раствора щелочи
(см. рис. 15, б
). Бром вступает в реакцию со
щелочью. Слой бензола обесцвечивается, а
образовавшиеся неорганические вещества и вода
переходят в нижний (водный) слой.
В данной статье мы ограничились примерами, которые иллюстрируют не просто связь преподавания химии с физикой, а компенсируют недостаток учебников, в которых названные физические явления, как правило, не находят отражения.