Экспериментальные задачи по химии

Государственное учреждение образования
«Средняя школа №32 г. Могилева»
Экспериментальные
задачи по химии
с примерами решений
Швайбович Светлана Петровна, учитель химии 1
категории
2013г.
Экспериментальные задачи
Экспериментальные задачи – это задачи, в которых количественные
характеристики отсутствуют или носят вспомогательный характер.
Существуют различные типы таких задач:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Объяснение наблюдаемых или описанных явлений.
Распознавание веществ, доказательство их качественного состава.
Разделение смесей, очистка от примесей.
Получение веществ.
Приготовление растворов.
Отнесение веществ или явлений к определенным типам и классам.
Пять советов выполняющим экспериментальные задачи:
1. Не начинайте эксперимент до тех пор, пока не составите его
подробный план.
2. Запишите свои наблюдения и их объяснения.
3. Не выбрасывайте полученные вещества, а сохраняйте их до конца
работы.
4. Если нужно определить содержимое пробирок, то берите небольшие
пробы веществ, не проводите опыты со всем веществом.
5. Во время эксперимента соблюдайте правила безопасной работы, не
мешайте окружающим: не кричите, не лезьте к соседу с советами, не
приглашайте весь класс посмотреть, что у вас получилось.
Рекомендации по ходу определения:
1. Запишите формулы всех веществ, о которых идет речь в задаче, а
под ними название класса, к которому принадлежит вещество.
2. Вспомните химические свойства веществ данных классов, а также их
качественные реакции.
3. Определите, какие реактивы нужно использовать, чтобы различить
вещества, относящиеся к этим классам соединений.
4. По каким признакам можно различить соединения, данные в задаче,
при использовании этих реактивов.
5. Проведите необходимые реакции.
6. Запишите свои наблюдения в таблицу:
Объяснение наблюдаемых или описанных явлений
Задание 1 . Неизвестное вещество красного цвета нагрели в хлоре и продукт
реакции растворили в воде. В полученный раствор добавили щелочь,
выпавший осадок голубого цвета отфильтровали и прокалили. При
нагревании продукта прокаливания, который имел черный цвет, с коксом
было получено исходное вещество красного цвета. Напишите уравнения
описанных реакций.
Решение
Cu +Cl2 = CuCl2
CuCl2 + 2KOH = Cu(OH)2 + 2KCl
t0
Cu(OH)2 = CuO + H2O
t0
2CuO + C
= 2Cu + CO2 ( возможно написание CO )
Доказательство качественного состава вещества
Задание 2 . С помощью качественных реакций подтвердите состав сульфата
меди (II).
Решение
Исследуемый
Реактив
Признаки реакций
раствор
СuSO4
Исследуемый
ион
SO42Cu2+
Раствор
Раствор
BaCl2
NaOH
Белый осадок
Голубой осадок
Сокращенные ионные уравнения проведенных:
СuSO4 +BaCl2 = BaSO4 + CuCl2
Ba2+ + SO42- = BaSO4
СuSO4+ 2NaOH = Cu (OH)2 + Na2SO4
Cu2+ + 2OH- = Cu (OH)2
Вывод : сульфат меди (II) состоит из ионов Cu2+ и SO42-.
Разделение смесей
Задание 3. В вашем распоряжении смесь песка, цинка, хлорида калия и
карбоната бария, реактивы: соляная и серная кислоты, растворы гидроксида
натрия и сульфата натрия, лабораторное оборудование.
Предложите методику разделения этой смеси и получения отдельно песка,
хлорида калия, нерастворимых соединений цинка и бария. Напишите схемы
реакций.
Решение
Схема разделения смеси:
р-р KCl
выпари
вание
KCl
KCl, + вода
Раствор + NaOH,
Песок
+
Zn2+,
p-p Zn(OH)2
+
(SiO2), фильтр
Na + фильтр
+ Na2SO4,
BaCO3,
Песок + HCl, Раствор
p-p
Zn
(SiO2),
p-p Ba2+, Zn2+
+ фильтр BaSO4
BaCO3,
+
Zn
фильтр
Песок,
(SiO2)
Смесь перенести в стаканчик, залить водой и перемешать, происходит
растворение хлорида калия. Раствор хлорида калия отделить фильтрованием
и поставить выпариваться, а остаток залить соляной кислотой. Протекают
реакции:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
и BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + H2O + CO2
В ионном виде:
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2
и BaCO3 + 2H+ = Ba2+ + H2O + CO2
Раствор солей отделить от песка фильтрованием, затем к раствору добавить
избыток раствора сульфата натрия:
Na2SO4 + BaCl 2 = BaSO4
+ 2NaCl
SO42- + Ba2+ = BaSO4
Осадок сульфата бария отделить фильтрованием, к раствору небольшими
порциями добавлять раствор щелочи до выпадения осадка гидроксида цинка:
Zn2+ + 2OH - = Zn(OH)2
ZnCl2 + 2NaOH = Zn(OH)2
Избытка щелочи надо избегать, так как он может привести к растворению
осадка:
Zn(OH)2 + 2 NaOH = Na2[Zn(OH)4]
Zn(OH)2 + 2OH - = [Zn(OH)4]2-
Осадок отфильтровать и промыть на фильтре.
Распознавание веществ
Задание 4 .В четырех пронумерованных пробирках находятся сухие оксид
меди (II), сажа, хлорид натрия и хлорид бария. Как, пользуясь минимальным
количеством реактивов, определить, в какой из пробирок находится какое
вещество? Ответ обоснуйте и подтвердите уравнениями соответствующих
химических реакций.
Ответ :CuO и С — черного цвета, NaCl и ВаВr2 - белые. Единственным
реактивом может быть, например, разбавленная серная кислота H2SO4:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O (голубой раствор); BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 +
2HCl (белый осадок).
С сажей и NaCl разбавленная серная кислота не взаимодействует.
Задание 5. Вам выданы шесть пронумерованных бюксов, в которых
находятся сухие соли: MgCl2, BaCl2, PbCl2, ZnCl2, MnCl2 и NaCl. Используя
имеющиеся на столе реактивы и оборудование, определите в каком бюксе
находится каждый из выше перечисленных хлоридов. Напишите уравнения
реакций определения солей, там, где это необходимо.
Реактивы: 1M H2SO4, 1M NaOH, дистиллированная вода.
Решение
MgCl2
BaCl2
PbCl2
ZnCl2
MnCl2
NaCl
H2O
р
р
р при нагр.
р
р
р
H2SO4
–
↓
↓*
–
–
–
NaOH
↓
–
↓р-ся в изб.
↓р-ся в изб.
↓буреет
–
*
осадок растворяется в избытке щелочи.
Ниже приводим один из вариантов решения. Определение солей начинаем с
растворения их в воде. Для растворения берем несколько крупинок соли.
Растворяются в воде без нагревания все соли, кроме PbCl2. Эта соль
растворяется при нагревании, а при охлаждении раствора вновь выпадает в
осадок. Таким образом мы можем предположить, что данная соль PbCl2.
Подтвердить предположение можно следующими реакциями:
PbCl2(раствор) + H2SO4 = PbSO4↓ + 2HCl
Особенностью
этого
осадка
является
его
растворимость
в
концентрированном растворе щелочи:
PbSO4↓ +4 NaOH = Na2[Pb(OH)4] + Na2SO4.
К оставшимся растворам MgCl2, BaCl2, ZnCl2, MnCl2 и NaCl по каплям
добавляем серную кислоту. Осадок выпадает только в одной пробирке и не
растворяется в избытке кислоты и щелочи. Это может быть только BaSO4.
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HCl.
Все остальные соли образуют сульфаты, растворимые в воде.
К оставшимся в четырех пробирках растворам добавляем по каплям щелочь.
При этом наблюдаем следующие эффекты.
В пробирке, содержащей раствор MgCl2, выпадает осадок, который не
растворяется в избытке реагента:
MgCl2 + 2NaOH = Mg(OH)2↓ + 2NaCl.
В пробирке, содержащей раствор ZnCl2, выпадает осадок , который будет
растворяться как в избытке реагента, так и в кислоте. Это подтверждает
амфотерность ионов цинка.
ZnCl2 + 2 NaOH = Zn(OH)2↓ + 2NaCl.
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4].
Zn(OH)2 + H2SO4 = ZnSO4 + 2H2O.
В пробирке, содержащей раствор MnCl2, выпадает осадок, буреющий на
воздухе.
MnCl2 + 2NaOH = Mn(OH)2 ↓+ 2NaCl.
2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2↓ (бурый) или
2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO2 + 2H2O.
В пробирке, содержащей раствор NaCl, никаких эффектов не наблюдаем.
Задание 6. В пяти пронумерованных пробирках находятся растворы
следующих веществ: хлорида натрия, йодида калия, карбоната натрия,
серной кислоты, сульфата меди(П). Предложите способ распознавания
веществ без использования дополнительных реактивов. Подтвердите
полученные результаты написанием уравнений реакций в молекулярном и
ионном видах и их отличительные признаки для анализа (образование
осадка, выделение газа, изменение окраски).
Оборудование: 5 пробирок с растворами, штатив с пробирками,
фильтровальная бумага, пипетки, дистиллированная вода.
Решение. В отличие от остальных раствор сульфат меди (II) окрашен в
голубой цвет. Пробы бесцветных растворов следует разлить в 4 пробирки и
добавить к ним раствор сульфата меди (II).
В растворе йодида калия образуется осадок, окрашенный в присутствии
образовавшегося йода в бурый цвет (возможно ощущение запаха йода).
В растворе с карбонатом натрия выделятся бирюзовый осадок и пузырьки
газа.
В растворах серной кислоты и хлорида натрия изменений не наблюдается.
Для их различия применяют раствор карбоната калия: в пробирке с серной
кислотой выделяется газ. В другой пробирке изменений нет - хлорид
натрия.
4KI+2 СuSO4
2CuI +I2 + 2K2SO4
2Na2CO3 +2 СuSO4 + H2O
2Na2 SO4 + (CuOH)2CO3 + CO2
NaCl + СuSO4
нет реакции
H2SO4 + Na2CO3
CO2 + Na2 SO4 + H2O
Задание 7. В выданных вам пронумерованных пробирках находятся
растворы нитрата калия, хлорида бария, серной кислоты, сульфата натрия,
фенолфталеина, карбоната натрия. Не используя других реактивов,
распознайте, в какой пробирке находится каждый из них.
В отчете приведите план определения, наблюдения, молекулярные и ионные
уравнения реакций.
Решение. В пять пробирок отливается около 1 мл каждого раствора, кроме
первого. Затем в каждую пробирку добавляется первый раствор. Отмечаются
признаки протекания реакций.
Такие же пробы повторяются для второго и т.д. растворов. Наблюдения
записываются в форме таблицы, например:
№№ 1
2
1
-
бел.ос. бел.ос. нет
2
бел.ос. -
нет
3
бел.ос. нет
4
нет
3
4
5
6
В-во
бел.ос. нет
BaCl2
нет
газ
нет
H2SO4
-
нет
нет
нет
Na2SO4
нет
нет
-
малин. нет
5
бел.ос. газ
нет
малин. -
нет
K2CO3
6
нет
нет
нет
-
KNO3
нет
нет
ф-ф
Теоретический
анализ:
Из выданных веществ только хлорид бария образует осадки с тремя другими
веществами. Следовательно, в нашем примере раствор 1 - раствор хлорида
бария. Не вступает в реакцию обмена с выданными веществами нитрат калия
- раствор 6.
Не вступает в реакцию обмена с выданными веществами также
фенолфталеин (раствор 4), но он изменяет свою окраску на малиновую в
растворе карбоната натрия (раствор 5), который имеет щелочную среду
вследствие гидролиза. (Если концентрация раствора фенолфталеина в
спиртовом растворе высока, он может выпадать в осадок при добавлении к
водным рвстворам, имеющим кислую или нейтральную среду!)
Образует осадок с раствором хлорида бария и взаимодействует еще с
карбонатом натрия с выделением газа серная кислота - раствор 2. Только с
хлоридом бария взаимодействует сульфат натрия - раствор 3.
Молекулярные и ионные уравнения реакций:
Na2CO3 + BaCl2 = BaCO3
Na2SO4 + BaCl 2 = BaSO4
+ 2NaCl
+ 2NaCl
CO32- + Ba2+ = BaCO3
H2SO4 + BaCl 2 = BaSO4
+ 2HCl
H2SO4 + Na2CO3 = Na2SO4 + CO2 + H2O
Na2CO3 + H2O
NaHCO3 + NaOH
SO42- + Ba2+ = BaSO4
CO32- + 2H+ = CO2 + H2O
CO32- + H2O
HCO3- + OH –
Задание 8. В пяти пробирках без этикеток находятся растворы
гидроксида, сульфида, хлорида, йодида натрия и аммиака. Как определить
эти вещества при помощи одного дополнительного реактива? Приведите
уравнения химических реакций.
Ответ: Задача имеет несколько решений, два из которых приведены
ниже.
а. Во все пробирки добавляем раствор медного купороса:
2NaOH + CuSO4 = Na2SO4 + Cu(OH)2 (голубой осадок);
Na2S + CuSO4 = Na2SO4 + CuS (черный осадок);
NaCl + CuSO4 (в разбавленном растворе изменений нет);
4NaI+2CuSO4 = 2Na2SO4 + 2CuI +I2 (коричневый осадок);
4NH3 + CuSO4 = Cu(NH3)4SO4 (синий раствор или голубой осадок,
растворимый в избытке раствора аммиака).
б. Во все пробирки добавляем раствор нитрата серебра:
2NaOH + 2AgNO3 = 2NaNO3 + Н2О + Ag2O (коричневый осадок);
Na2S + 2AgNO3 = 2NaNO3 + Ag2S (черный осадок);
NaCl + AgNO3 = NaN03 + AgCl (белый осадок);
NaI + AgNO3 = NaNO3 + AgI (желтый осадок);
2NH3 + 2AgNO3 + H2O = 2NH4NO3 + Ag2O (коричневый осадок).
Ag2O растворяется в избытке раствора аммиака: Ag20 + 4NH3 + H2O =
2[Ag(NH3)2]OH.
NaOH и Ва(ОН)2 можно различить по разному окрашиванию пламени
(Na+ окрашивают в желтый цвет, а Ва2+ — в зеленый).
Задание 9: Вам выданы две склянки, содержащие в одной 3, в другой 4
катиона из следующего набора катионов: Ag+, Zn2+, Al3+, Pb2+, Ba2+, Mn2+,
NH4+ (катионы не повторяются).
Используя имеющиеся на столе дополнительные реактивы и оборудование,
определите, какие катионы находятся в каждой склянке. Решение
представьте в виде таблицы. Напишите уравнения реакций, представленных
в вашей таблице.
Реактивы: Исследуемые растворы (0,1М), дополнительно растворы: 2M
HCl, 1M H2SO4, 2M NaOH, 2M NH3*H2O
Оборудование: штатив с пробирками, пипетки, водяная баня .
Решение .
Реагент
Ag
+
↓ р-ся в
NH3·H2
HCl
O
↓
помутнение
↓
H2SO4
NaOH
↓ р-ся в
изб.
NH3·H2O
Zn
2+
Al
2+
Ba
−
↓ р-ся в
NaOH
↓ р-ся в
изб.
↓ р-ся в
изб.
↓ р-ся в
изб.
−
↓
буреет
↓ р-ся в
изб.
↓
↓
−
↓
буреет
Zn
2+
Al
3+
−
−
−
−
4
7, 8
5, 6
9,
10
11,
12
13
NaOH
Pb
-
–
2. AgCl↓ +2NH3·H2O = [Ag(NH3)2] + Cl + 2H2O
+
-
3. 2Ag + SO4 = Ag2SO4↓
4. 2Ag + 2OH = Ag2O↓ + H2O
↓
2+
14
15,
16
17,
18
19
1. Ag + Cl = AgCl↓
+
−
2+
−
1, 2
3
2-
Mn
↓ р-ся в
гор.
воде
HCl
H2SO4
+
2+
−
NH3·H2O
+
Pb
−
Ион Ag+
Реагент
3+
Ba
2+
Mn
2
NH4
−
−
−
−
↑
нагрева
ние
−
NH4
+
+
−
20
−
−
−
−
−
21,
22
22,
23
24
−
+
−
+
+
5. 2Ag +2NH3·H2O = Ag2O↓ + 2NH4 + H2O
–
+
6. Ag2O↓ + 4NH3·H2O = 2[Ag(NH3)2] + 2OH + 3H2O
–
2+
7. Zn + 2OH = Zn(OH)2↓
–
8. Zn(OH)2↓ + 2OH = Zn(OH)4
2–
2+
9. Zn + 2NH3·H2O = Zn(OH)2↓ + 2NH4
+
2+
–
10. Zn(OH)2↓ + 4NH3·H2O = [Zn(NH3)4] + 2OH + 4H2O
–
3+
11. Al + 3OH = Al(OH)3↓
–
–
–
12. Al(OH)3↓ + OH + 2H2O = [Al(OH)4(H2O)2] или Al(OH)3↓ + 3OH =
3–
[Al(OH)6] или
–
–
Al(OH)3↓ + OH = [Al(OH)4]
3+
13. Al + 3NH3·H2O = Al(OH)3↓+ 3NH4
2+
+
–
14. Pb + 2Cl = PbCl2↓
2+
2–
15. Pb + SO4 = PbSO4↓
–
2–
16. PbSO4↓ + 4OH = [Pb(OH)4] + SO4
2+
2–
–
17. Pb +2OH = Pb(OH)2↓
–
18. Pb(OH)2↓ + 2OH = Pb(OH)4
2–
2+
19. Pb + 2 NH3·H2O = Pb(OH)2↓ + 2NH4
2+
+
2-
20. Ba + SO4 = BaSO4↓
2+
–
21. Mn + 2OH = Mn(OH)2↓
2+
22. Mn + 2NH3·H2O = Mn(OH)2↓ + NH4
+
23. Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2↓ или Mn(OH)2 + O2 = 2MnO2↓ + 2H2O
+
-
24. NH4 + OH = NH3↑ + H2O
Получение веществ
Задание 10. Получите оксид железа (III), исходя из хлорида железа (III).
Напишите уравнения соответствующих реакций, а уравнение реакции с
участием электролита и в ионном виде.