"Химия", Габриелян О.С.
Химический практикум помогает опытным путём проверить свойства металлов и их соединений. В ходе работы сравнивают активность металлов, наблюдают реакции с кислородом, водой, кислотами и растворами солей, получают гидроксиды и исследуют их свойства. Главная задача — научиться связывать признаки реакции с её уравнением и делать вывод по ряду активности металлов. Особое внимание уделяют амфотерному гидроксиду алюминия.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Химический практикум — выполнение опытов для проверки изученных свойств веществ. Наблюдение — это то, что непосредственно видно или ощущается по ходу опыта: пузырьки газа, осадок, изменение цвета. Вывод объясняет наблюдение и показывает, какое свойство вещества подтверждено.
Ряд активности металлов — последовательность металлов по способности отдавать электроны. Чем левее обычно находится металл, тем легче он вступает в реакции. По ряду предсказывают, вытеснит ли металл водород из кислоты или другой металл из раствора его соли.
Реакция замещения — реакция, в которой атомы простого вещества замещают атомы элемента в сложном веществе. Так металл замещает водород в кислоте или другой металл в его соли. Общие примеры: Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑ и Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu.
Амфотерные гидроксиды проявляют свойства и оснований, и кислот. Например, Al(OH)3 реагирует с кислотой, образуя соль и воду, а с избытком щёлочи — растворимое соединение алюминия. Проверка обеих реакций нужна, чтобы доказать двойственный характер гидроксида.
Перед опытом читают цель и порядок действий, подготавливают пробирки, держатель, реактивы и средства защиты. Это нужно, чтобы не перепутать вещества, не нарушить последовательность операций и заранее знать возможные опасности. Кислоты и щёлочи нельзя пробовать, направлять на себя или смешивать без указания инструкции.
При взаимодействии с кислородом и водой металлы ведут себя по-разному из-за различной активности и прочности защитных плёнок. Активные металлы могут быстро окисляться, нагреваться или реагировать с водой с выделением газа, а малоактивные реагируют медленно либо не реагируют в обычных условиях. Поэтому в наблюдении указывают не только факт реакции, но и её интенсивность, цвет пламени или осадка, выделение пузырьков.
Металл выделяет водород из разбавленной неокисляющей кислоты, если он стоит в ряду активности левее водорода. Электроны металла переходят к ионам водорода, и образуются молекулы H2. Например, магний растворяется с выделением пузырьков, а уравнение Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 связывает наблюдение с причиной реакции.
В растворе соли металл может вытеснить другой металл, если он активнее этого металла. Например, железо расположено левее меди, поэтому отдаёт электроны ионам Cu²⁺: на железе появляется медь, а голубой раствор постепенно меняет цвет. Такое изменение цвета или появление осадка служит признаком качественной реакции — реакции, по которой обнаруживают определённое вещество.
Свойства соединений металлов исследуют последовательно. Сначала к раствору соли добавляют щёлочь, чтобы получить нерастворимый гидроксид, затем осадок обрабатывают кислотой и, если гидроксид амфотерный, избытком щёлочи. Такая схема позволяет отличить обычное основание от вещества, способного реагировать в двух направлениях.
| Что проверяют | Реагенты | Условие протекания реакции | Признаки реакции | Вывод или уравнение |
|---|---|---|---|---|
| Взаимодействие металла с кислородом | Металл, O2 | Нагревание или высокая активность металла | Свечение, пламя, образование оксида | Металл + O2 → оксид металла |
| Взаимодействие металла с водой | Металл, H2O | Активный металл и подходящая температура | Пузырьки газа, движение металла, нагревание, растворение | Активность металла определяет возможность реакции |
| Взаимодействие металла с кислотой | Металл, разбавленная HCl | Металл стоит левее H в ряду активности | Выделение H2, растворение металла | Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑ |
| Вытеснение металла из раствора его соли | Fe, раствор CuSO4 | Fe активнее Cu | Осаждение меди, изменение цвета раствора | Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu |
| Получение гидроксида из раствора соли | Раствор соли металла, NaOH | Образующийся гидроксид нерастворим | Появление осадка | AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3↓ + 3NaCl |
| Взаимодействие гидроксида с кислотой и щёлочью | Al(OH)3, HCl, избыток NaOH | Амфотерный характер гидроксида | Осадок растворяется в обеих пробирках | Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O; Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] |
Таблицу читают слева направо: сначала определяют, что проверяют и какие вещества берут, затем оценивают условие реакции и признаки. В последней ячейке наблюдение переводят на язык химического уравнения. Если опыт не совпал с прогнозом, проверяют чистоту веществ, последовательность действий и соответствие металлов ряду активности.
Условие: описать наблюдения при добавлении магния к разбавленной HCl и составить уравнение. Магний стоит левее водорода, поэтому может вытеснить его из кислоты.
Ответ: наблюдается выделение водорода. Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑.
Условие: выяснить, реагирует ли Fe с раствором CuSO4. Железо в ряду активности расположено левее меди, значит, оно способно вытеснить медь.
Ответ: реакция произойдёт: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu.
Условие: к соли алюминия добавили щёлочь, затем осадок разделили и обработали кислотой и избытком щёлочи. Нужно доказать, что Al(OH)3 амфотерен.
Ответ: образование осадка и его растворение и в кислоте, и в щёлочи доказывают амфотерность Al(OH)3.
Ошибка: считать, что любой металл выделяет водород из любой кислоты. Так думают, потому что металл и кислота воспринимаются как универсальные реагенты, но активность металла и свойства кислоты различаются. Проверьте положение металла относительно водорода и состав кислоты.
Ошибка: записывать реакцию металла с солью без сравнения активностей. Менее активный металл не вытесняет более активный из раствора, поэтому предполагаемое уравнение может быть невозможным. Сначала найдите оба металла в ряду, затем проверьте признаки реакции.
Ошибка: ограничиваться словами «появился осадок». Цвет осадка помогает установить, какое вещество образовалось, а без этого наблюдение остаётся неполным. Запишите цвет, формулу вещества и реакцию, которая его объясняет.
Ошибка: называть Al(OH)3 только основанием и проверять его одной кислотой. Растворение в кислоте доказывает основные свойства, но не амфотерность. Добавьте избыток щёлочи и убедитесь, что осадок растворяется и в ней.
Для практикума нужны знания о ряде активности металлов, признаках химических реакций и правилах составления уравнений. Без них трудно заранее определить результат опыта и правильно оформить вывод.
Наблюдения связаны со строением атома: способность отдавать электроны объясняет активность металлов. Также практикум опирается на окислительно-восстановительные реакции и свойства кислот, оснований и солей.
Умение предсказывать реакцию, проверять прогноз опытом и объяснять результат пригодится при изучении металлов. Этот алгоритм помогает решать экспериментальные задачи и выбирать нужные реактивы.
Почему некоторые металлы не выделяют водород при взаимодействии с кислотой?
Металлы, расположенные в ряду активности после водорода, обычно не вытесняют его из разбавленных неокисляющих кислот. Кроме положения в ряду, учитывают свойства самой кислоты: концентрированные и окисляющие кислоты могут реагировать иначе.
Как по ряду активности определить, вытеснит ли металл другой металл из раствора соли?
Сравните металлы в ряду активности. Более активный металл, стоящий левее, может вытеснить менее активный металл из раствора его соли, если реакция не осложняется особыми условиями.
Какие наблюдения помогают понять, что в пробирке произошла химическая реакция?
О реакции говорят выделение газа, появление или растворение осадка, изменение цвета раствора, иногда выделение тепла или света. Наблюдение нужно связать с конкретным веществом и уравнением реакции.
Зачем при изучении гидроксида алюминия добавляют и кислоту, и щёлочь?
Гидроксид алюминия реагирует с кислотой как основание и со щёлочью как кислота. Две реакции позволяют доказать его амфотерность, то есть двойственный характер свойств.
Почему перед выполнением опыта важно записать предполагаемые признаки реакции?
Предположение помогает внимательно наблюдать именно те изменения, которые можно проверить опытом. После работы удобно сравнить ожидаемый результат с фактическим и объяснить расхождение.
Химический практикум 1. Свойства металлов и их соединений
