Задачи по наблюдению явлений и их объяснению

Пример 18. В одной из двух фарфоровых чашек был выпарен досуха водный раствор аммиака, в другой – водный раствор гидроксида натрия. Можно ли не прибегая к каким-либо пробам, указать чашку, в которой был раствор аммиака? Ответ поясните.

Решение.

При нагревании раствора гидроксида натрия происходит испарение растворителя – воды. После удаления всей воды на дне чашки остается сухой остаток белого цвета – гидроксид натрия NaOH.

При нагревании раствора аммиака кроме испарения воды происходит термическое разложение весьма неустойчивого гидрата аммиака (гидроксида аммония):

NH₃∙ H₂O = NH₃↑ + H₂O (пар).

Образующийся при этом аммиак улетучивается. В чашке не остается ничего. Поэтому определить ту чашку, в которой выпаривали раствор аммиака, довольно просто.

Пример 19. Склянка, почти доверху заполненная концентрированной серной кислотой, была оставлена открытой. Через несколько дней часть жидкости перелилась через край склянки. Чем это объясняется?

Решение.

Одним из характерных свойств концентрированной серной кислоты является гигроскопичность, то есть способность поглощать влагу из окружающей среды. Оставленная на несколько дней серная кислота поглощает водяной пар из воздуха, объем раствора при этом увеличивается и часть его переливается через край сосуда.

Пример 20. Как будет изменяться со временем масса открытого сосуда: а) с очень разбавленным раствором серной кислоты; б) с концентрированной серной кислотой?

Решение.

а) Масса открытого сосуда с очень разбавленным раствором серной кислоты со временем будет уменьшаться за счет испарения воды, при этом концентрация раствора будет увеличиваться;

б) Масса сосуда с концентрированной серной кислотой будет увеличиваться за счет поглощения водяного пара воздуха, при этом концентрация раствора будет уменьшаться.

Пример 21. Можно ли перевести бромоводород из наполненного этим газом стеклянного цилиндра в другой, «пустой» цилиндр, наклоняя первый цилиндр над вторым так, как если бы производилось переливание жидкости? Ответ подтвердите расчетами.

Решение.

«Переливание» бромоводорода из одного сосуда в другой возможно, так как этот бесцветный термически устойчивый газ значительно тяжелее воздуха:

(воздуха) = 29 г/моль, а M (HBr) = 81 г/моль.

Тяжелый газ будет опускаться на дно цилиндра, вытесняя воздух.

Пример 22. В приборе (рис. 1) был поставлен следующий опыт. В банку был налит раствор гидроксида бария. Из бюретки по каплям прибавляли раствор серной кислоты. По мере прибавления серной кислоты лампа светила все более тускло. Через некоторое время лампа совсем погасла. Почему гаснет лампа? Что будет наблюдаться при дальнейшем прибавлении кислоты? Будут ли наблюдаться те же явления, если серную кислоту заменить соляной?

Рис. 1

Решение.

Лампочка будет светить тем ярче, чем больше электропроводность раствора. Электропроводность определяется количеством ионов, содержащихся в растворе. Первоначально в растворе присутствует сильный электролит – гидроксид бария. При добавлении серной кислоты протекает реакция:

Ba(OH)₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2H₂O.

В данном процессе образуется малорастворимый сульфат бария и слабый электролит – вода. В результате в растворе значительно уменьшается количество ионов, способных переносить заряд (проводить электрический ток). При достижении точки эквивалентности, когда ν (Ba(OH)₂) = ν (H₂SO₄), количество ионов в растворе уменьшится настолько, что лампочка может совсем погаснуть. Однако при дальнейшем добавлении серной кислоты, являющейся сильным электролитом, концентрация ионов в растворе возрастет, лампочка снова начнет светиться.

При замене серной кислоты соляной подобного не происходит, так как в ходе обменной реакции образуется сильный электролит – хлорид бария (растворимая соль, хорошо диссоциирующая в растворе):

Ba(OH)₂ + 2HCl = BaCl₂ + 2H₂O.

Лампочка не будет гаснуть.