Практическая работа 2, страница 226 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

Практическая работа 2

Сравнение свойств карбоновых и неорганических кислот

Цель работы: исследовать химические свойства карбоновых кислот и сравнить их с химическими свойствами неорганических кислот.

Оборудование и реактивы: штатив с пробирками, спиртовка, держатель для пробирок, водные растворы уксусной и хлороводородной кислот, оксид $меди(II)$, растворы щёлочи и соды, цинк (гранулы), растворы индикаторов, индикаторная бумага; для дополнительного эксперимента — различные фрукты и ягоды.

Ход работы

Осуществите взаимодействие уксусной и хлороводородной кислот с выданными вам веществами. Сравните наблюдаемые явления. Напишите уравнения протекающих реакций в молекулярной и ионной формах.

Дополнительный эксперимент

Испытайте растворами лакмуса, метилоранжа и индикаторной бумагой соки лимона, яблока, клюквы и других кислых плодов. Убедитесь в присутствии кислот в их составе.

Ход работы

1.Действие кислот на индикаторы

В две пробирки налили по $1–2\text{ мл}$ растворов: в первую — соляной кислоты $HCl$, во вторую — уксусной кислоты $CH_3COOH$. Испытали растворы индикаторами (лакмус, метилоранж, универсальная индикаторная бумага).

Наблюдения: В обоих случаях лакмус окрашивается в красный цвет, метилоранж — в розово-красный, а универсальная бумага показывает кислую среду ($pH < 7$). Однако в растворе соляной кислоты окраска более интенсивная, так как $HCl$ — сильный электролит и диссоциирует полностью, создавая более высокую концентрацию ионов $H^+$, а уксусная кислота — слабый электролит:

$$HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$$

$$CH_3COOH \rightleftarrows CH_3COO^- + H^+$$

2.Взаимодействие с металлами (цинк)

В две пробирки поместили по грануле цинка $Zn$. В первую прилили соляную кислоту, во вторую — уксусную кислоту.

Наблюдения: В обеих пробирках наблюдается выделение пузырьков бесцветного газа — водорода. В пробирке с соляной кислотой реакция протекает значительно быстрее и бурнее, чем с уксусной.

Уравнения реакций:

С соляной кислотой:
Молекулярное: $$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$$ Полное ионное: $$Zn + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Zn^{2+} + 2Cl^- + H_2\uparrow$$ Сокращенное ионное: $$Zn + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2\uparrow$$

С уксусной кислотой (уксусную кислоту как слабый электролит оставляем в молекулярном виде):
Молекулярное: $$Zn + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2\uparrow$$ Полное ионное: $$Zn + 2CH_3COOH \rightarrow 2CH_3COO^- + Zn^{2+} + H_2\uparrow$$ Сокращенное ионное: $$Zn + 2CH_3COOH \rightarrow 2CH_3COO^- + Zn^{2+} + H_2\uparrow$$

Образуется ацетат цинка.

3.Взаимодействие с основными оксидами (оксид меди(II))

В две пробирки насыпали немного черного порошка оксида меди(II) $CuO$. Прилили кислоты и слегка подогрели на спиртовке.

Наблюдения: Черный осадок растворяется, растворы приобретают голубовато-зеленую окраску за счет образования гидратированных ионов меди $Cu^{2+}$. В соляной кислоте растворение происходит быстрее.

Уравнения реакций:

С соляной кислотой:
Молекулярное: $$CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$$ Полное ионное: $$CuO + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Cu^{2+} + 2Cl^- + H_2O$$ Сокращенное ионное: $$CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O$$

С уксусной кислотой:
Молекулярное: $$CuO + 2CH_3COOH \xrightarrow{t} (CH_3COO)_2Cu + H_2O$$ Полное ионное: $$CuO + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Cu + H_2O$$ Сокращенное ионное: $$CuO + 2CH_3COOH \rightarrow 2CH_3COO^- + Cu^{2+} + H_2O$$

Образуется ацетат меди(II).

4.Взаимодействие со щелочами (реакция нейтрализации)

В две пробирки налили по $1\text{ мл}$ раствора гидроксида натрия $NaOH$ и добавили по $1–2$ капли фенолфталеина (растворы окрасились в малиновый цвет). Затем по каплям добавляли: в первую пробирку — соляную кислоту, во вторую — уксусную.

Наблюдения: В обоих случаях происходит обесцвечивание раствора, что свидетельствует о нейтрализации щелочи кислотой.

Уравнения реакций:

С соляной кислотой:
Молекулярное: $$NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$$ Полное ионное: $$Na^+ + OH^- + H^+ + Cl^- \rightarrow Na^+ + Cl^- + H_2O$$ Сокращенное ионное: $$OH^- + H^+ \rightarrow H_2O$$

С уксусной кислотой:
Молекулярное: $$NaOH + CH_3COOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$$ Полное ионное: $$Na^+ + OH^- + CH_3COOH \rightarrow CH_3COO^- + Na^+ + H_2O$$ Сокращенное ионное: $$OH^- + CH_3COOH \rightarrow CH_3COO^- + H_2O$$

Образуется ацетат натрия.

5.Взаимодействие с солями слабых кислот (сода)

В две пробирки прилили растворы карбоната натрия $Na_2CO_3$ и добавили кислоты.

Наблюдения: В обеих пробирках наблюдается бурное вспенивание с выделением углекислого газа, так как обе кислоты сильнее угольной и вытесняют её из солей.

Уравнения реакций:

С соляной кислотой:
Молекулярное: $$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + CO_2\uparrow + H_2O$$ Полное ионное: $$2Na^+ + CO_3^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow 2Na^+ + 2Cl^- + CO_2\uparrow + H_2O$$ Сокращенное ионное: $$CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow CO_2\uparrow + H_2O$$

С уксусной кислотой:
Молекулярное: $$Na_2CO_3 + 2CH_3COOH \rightarrow 2CH_3COONa + CO_2\uparrow + H_2O$$ Полное ионное: $$2Na^+ + CO_3^{2-} + 2CH_3COOH \rightarrow 2Na^+ + 2CH_3COO^- + CO_2\uparrow + H_2O$$ Сокращенное ионное: $$CO_3^{2-} + 2CH_3COOH \rightarrow 2CH_3COO^- + CO_2\uparrow + H_2O$$

Выделяется диоксид углерода.

Дополнительный эксперимент

Капли свежевыжатых соков лимона, яблока и клюквы нанесли на полоски универсальной индикаторной бумаги и добавили к ним капли растворов лакмуса и метилоранжа.

Наблюдения:

• Универсальная индикаторная бумага окрашивается в оранжево-красный цвет ($pH \approx 2–3$ для лимона, $pH \approx 3–4$ для клюквы и яблока).
• Лакмус изменяет окраску на красную.
• Метилоранж приобретает отчетливый розовый цвет.

Объяснение: Изменение окраски индикаторов доказывает наличие в растительных соках свободных ионов $H^+$, образующихся за счет диссоциации содержащихся в них органических кислот (лимонной, яблочной, бензойной и др.).

Вывод

Карбоновые кислоты (на примере уксусной) проявляют общие для всех кислот химические свойства: изменяют окраску индикаторов, взаимодействуют с металлами, стоящими в ряду активности до водорода, основными оксидами, основаниями и солями более слабых или летучих кислот. Сходство свойств обусловлено наличием гидроксогруппы в составе карбоксила $-COOH$ и способностью отщеплять ион $H^+$.

Основное различие заключается в силе кислот: хлороводородная кислота является сильной и диссоциирует практически на $100\%$, поэтому все реакции протекают мгновенно и бурно. Уксусная кислота является слабым электролитом, концентрация ионов $H^+$ в ее растворе значительно ниже, поэтому реакции замещения и растворения оксидов протекают медленнее и часто требуют нагревания.