О.С.ГАБРИЕЛЯН,
И.Г.ОСТРОУМОВ,
А.К.АХЛЕБИНИН

СТАРТ В ХИМИЮ

7 класс

Продолжение. Начало см. в № 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10/2006

Глава 3.
Явления, происходящие с веществами

(окончание)

§18. Химические реакции.
Условия протекания и прекращения
химических реакций

Все рассмотренные ранее способы разделения смесей основаны на различиях в физических свойствах веществ, образующих смеси, и относятся к физическим явлениям. Однако есть и химические явления. Такие явления сопровождаются превращением веществ, их называют химическими реакциями .

Сравним физические явления, лежащие в основе разделения смесей, и химические реакции, приводящие к получению новых химических соединений, на примере смеси порошков железа и серы.

Тщательно смешивают железные опилки и порошок серы (в отношении 7:4 по массе). Получилась смесь двух простых веществ, в которой каждое сохраняет свои свойства (предложите способы разделения полученной смеси).
Смесь переносят в пробирку и нагревают в пламени спиртовки. Начинается химическая реакция железа с серой, в результате которой образуется новое вещество – сульфид железа. Продукт реакции – сложное вещество, свойства которого отличаются от свойств как железа, так и серы. Например, оно не притягивается магнитом, тонет в воде, не ржавеет и не горит (рис. 78).

Опишем проведенную химическую реакцию словами:

железо + сера = сульфид железа

и химическими формулами:

Для того чтобы прошел этот химический процесс, были необходимы два условия: соприкосновение реагирующих веществ и первоначальная подача тепла (нагревание).

Первое условие обязательно для всех химических процессов, где участвуют два или более веществ. Второе требуется не всегда.

Демонстрационный эксперимент. Помещают в пробирку небольшой кусочек мрамора и приливают раствор соляной кислоты. Происходит бурное выделение газа (рис. 79).

Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой и кончик ее опускают в другую пробирку с известковой водой. О том, что протекает химическая реакция, можно судить по появлению белого осадка – помутнению известковой воды (рис. 80).

Какой газ выделился в первом опыте? Что является реактивом на этот газ во втором опыте?
Для проведения обеих реакций нагревания не потребовалось.

Можно описать протекающие реакции с помощью названий веществ:

мрамор + соляная кислота хлорид кальция + углекислый газ + вода,

углекислый газ + известковая вода карбонат кальция + вода.

Однако химики используют вместо слов химические формулы:

СаСО 3 + HCl CaCl 2 + CO 2 + H 2 O,

CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O.

Для протекания некоторых реакций мало соприкосновения веществ или их нагревания. Если такие реакции и протекают, то идут они очень медленно. Чтобы ускорить этот процесс, используют особые вещества, называемые катализаторами.

Катализаторами называют вещества, которые ускоряют химические реакции, но по их окончании остаются неизмененными качественно и количественно.

Биологические катализаторы белковой природы называют ферментами , или энзимами .

Продемонстрируем действие катализаторов с помощью следующего эксперимента.

Демонстрационный эксперимент. В большую пробирку наливают небольшой объем раствора перекиси (точнее, пероксида) водорода. К раствору добавляют несколько крупинок порошка диоксида марганца, выполняющего роль катализатора. Начинается бурное выделение газа – кислорода, о чем свидетельствует вспыхивание внесенной в верхнюю часть пробирки тлеющей лучинки (рис. 81).

Повторим аналогичный опыт, только вместо диоксида марганца поместим в пробирку с пероксидом водорода немного кашицы свежеизмельченного картофеля, содержащего фермент. Наблюдаем бурное выделение кислорода.

Происходящую химическую реакцию можно отобразить с помощью названий веществ:

или их формул:

Таким образом, необходимым условием для протекания химических реакций является соприкосновение реагирующих веществ. В ряде случаев требуется нагревание или использование катализаторов.

Знание условий протекания реакций позволяет управлять ими: ускорять, замедлять или вовсе прекращать. Последнее обстоятельство очень важно, например, для прекращения реакций горения при тушении пожаров.

Как вы знаете, горение – это взаимодействие веществ с кислородом воздуха. Следовательно, для того, чтобы потушить пожар, нужно прекратить доступ кислорода к горящим предметам. Этого добиваются, заливая их водой, различными пенами, засыпая песком, набрасывая плотную ткань или используя специальные устройства – огнетушители (рис. 82).

1. Какие условия необходимы для протекания химических реакций?

2. Приведите примеры реакций из повседневной жизни, для протекания которых не требуется первоначальное нагревание.

3. Что такое катализаторы? Что такое ферменты?

4. Назовите известные вам способы тушения пожаров.

5. С помощью учителя или специальной литературы рассмотрите устройство углекислотного огнетушителя. В чем принцип его действия?

6. Прочитайте инструкции к применению высококачественных стиральных порошков – синтетических моющих средств (СМС) с добавлением ферментов (энзимов). В чем преимущества СМС, содержащих энзимы, перед обычными СМС?

7. Почему костер или горящие деревянные постройки тушат водой? Какую роль играет вода в этом процессе?

8. Почему нельзя потушить водой горящую нефть?

9. Почему нельзя тушить водой горящие электроприборы или электропроводку?

§19. Признаки химических реакций

Вы уже знаете, что сущность химических реакций состоит в превращениях одних веществ в другие. Часто такие превращения сопровождаются внешними эффектами, которые воспринимаются органами чувств. Их-то и называют признаками химических реакций .

Внешними признаками химических реакций можно считать: образование осадка (рис. 83, а , см.
с. 10), выделение газа (рис. 83, б ), появление запаха, изменение цвета (рис. 83, в ), выделение или поглощение теплоты.

В предыдущем параграфе вы уже познакомились с некоторыми признаками реакций. Так, при взаимодействии железных опилок с порошком серы изменялся цвет смеси, выделялась теплота (см.
рис. 78, б ). При взаимодействии мрамора с соляной кислотой наблюдалось выделение газа (см. рис. 79). При взаимодействии углекислого газа с известковой водой появлялся осадок (см. рис. 80). Вспыхивание тлеющей лучинки в присутствии кислорода – тоже признак протекания реакции (см. рис. 81).

Проиллюстрируем указанные признаки химических реакций с помощью демонстрационного и ученического экспериментов.

Демонстрационный эксперимент. В химическом стакане находится бесцветный раствор щелочи. Обнаружить ее можно с помощью особых веществ – индикаторов (от лат. indico – указываю). Индикатором на щелочь является бесцветный спиртовой раствор фенолфталеина.
Если к содержимому стаканчика прилить несколько капель раствора фенолфталеина, то жидкость окрасится в малиновый цвет, «сигналя» о наличии в стакане раствора щелочи.
Затем к содержимому стакана приливают раствор кислоты – до исчезновения малиновой окраски. Какой признак протекания химической реакции вы наблюдаете?

Посмотрите еще несколько реакций с изменением цвета растворов.

Демонстрационный эксперимент. В двух химических стаканах разноцветные растворы: фиолетово-розовый (перманганат калия в щелочной среде) и оранжевый (подкисленный раствор дихромата калия). В оба стакана добавляют бесцветный раствор сульфита натрия. Что указывает на протекание в стаканах химических реакций (рис. 84)?

Ученический эксперимент. Несколько кристалликов марганцовки (буквально два-три!) растворите в стакане воды (дождитесь полного растворения вещества). В полученный раствор опустите таблетку аскорбиновой кислоты. Какие изменения указывают на протекание химической реакции?

Ученический эксперимент. В газовой зажигалке с прозрачным корпусом вы видите бесцветную жидкость. Это смесь двух газов, названия которых вы могли прочитать на автозаправочных газонаполнительных станциях или бытовых баллонах – пропан и бутан. Какие же это газы, если имеют жидкое агрегатное состояние? Дело в том, что внутри резервуара – повышенное давление. Нажмите на клапан, не поджигая газ. Слышите шипение? Пропан и бутан вырываются наружу, принимая привычное для нормального давления газообразное состояние.
Зажгите зажигалку. Протекает химическая реакция горения пропана и бутана (рис. 85). Ненадолго поднесите пламя к оконному стеклу. Объясните наблюдаемое явление.

Сравните окраску пламени зажигалки с пламенем газовой плиты и свечи. Какое пламя коптит? Проследите связь между свечением пламени и его коптящими свойствами.
Переход пропана и бутана из жидкого состояния внутри зажигалки в газообразное вне ее – это явление физическое. А горение этих газов – химическая реакция.

Некоторые реакции сопровождаются образованием труднорастворимых веществ, которые выпадают в осадок.

Демонстрационный эксперимент. В два химических стакана, содержащих бесцветный раствор гидроксида натрия и желтоватый раствор желтой кровяной соли, добавляют раствор хлорного железа (рис. 86). Что указывает на химические явления?

Не только образование осадка, но и его растворение служит признаком протекания химической реакции.

Демонстрационный эксперимент. В стаканчик с полученным в предыдущем опыте бурым осадком добавляют соляную кислоту. Что указывает на протекание химической реакции?

Благодаря образованию нерастворимого вещества – карбоната кальция (вспомните: это и мел, и мрамор) в результате протекания природных химических реакций в пещерах «растут» каменные «сосульки» – сталактиты и сталагмиты.

Сталактитовые колонны образуются тысячелетиями. Смоделировать фрагмент этого процесса можно и дома (задание 9 в конце этого параграфа). Понятно, что вместо сталактита вы получите просто осадок карбоната кальция.

1. Чем отличаются химические явления от физических?

2. К каким явлениям вы отнесете горение свечи и «горение» электрической лампочки?

3. Приведите примеры известных из повседневной жизни реакций, которые сопровождаются изменением цвета, выделением газа или выпадением осадка.

4. Какой процесс происходит при растворении в воде таких лекарственных средств, как шипучих таблеток аспирина УПСА или витамина С?

5. Какие качественные реакции используются для распознавания кислорода и углекислого газа?

6. Под действием так называемых кислотных дождей разрушаются мраморные скульптуры. Какое явление происходит при этом?

7. В глубокую тарелку насыпьте горку сухого речного песка. Пропитайте песок спиртом. В вершине конуса сделайте небольшое углубление и положите в него смесь тщательно перемешанных 2 г питьевой соды и 13 г сахарной пудры. Осталось поджечь смесь и наблюдать за протеканием сразу нескольких химических реакций: горение спирта, обугливание сахара, разложение соды при нагревании.

8. В литровую стеклянную банку налейте полстакана воды и опустите часть шипучей таблетки аспирина размером с горошину. Что наблюдается при этом? Чтобы определить, какой газ выделяется в результате химической реакции, опустите в банку тлеющую лучинку (не касаясь жидкости).

9. Налейте полстакана кипяченой воды и размешайте в нем половину чайной ложки гашеной извести (она продается в хозяйственных магазинах). Весь порошок не растворится, но это не беда. Дайте смеси отстояться и слейте прозрачный раствор с осадка в чистый стакан.

С помощью трубочки от сока (осторожно, избегайте брызг!) продувайте выдыхаемый воздух через раствор. Вскоре он помутнеет: образуется осадок белого цвета. Сделайте вывод о протекании в стакане химической реакции.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6.
Изучение процесса коррозии железа
(домашний эксперимент)

Вам наверняка известен процесс коррозии (ржавления) железа. Под действием внешних условий на металле образуется ржавчина. В этой работе вы выясните, как влияют внешние условия на скорость коррозии железа.

Для проведения эксперимента вам понадобятся:

Три пластиковые бутылки с крышками объемом 250–500 мл;

Три больших гвоздя длиной 5–10 см;

Наждачная бумага для зачистки гвоздей;

Кипяченая вода;

Водопроводная вода из-под крана;

Поваренная соль.

Гвозди нужно помыть с мылом, чтобы избавиться от слоя масла, который защищает их от ржавления. Когда гвозди высохнут, зачистите их поверхность наждачной бумагой и промойте кипяченой водой.

Первую бутылку полностью заполните холодной кипяченой водой, положите туда гвоздь и плотно закройте крышкой.

Вторую бутылку заполните наполовину холодной водой из-под крана, положите туда гвоздь. Крышкой бутылку закрывать не нужно.

В третью бутылку сначала всыпьте две столовые ложки поваренной соли. Заполните ее наполовину холодной водой из-под крана, закройте крышкой и хорошо перемешайте. Когда вся соль растворится, поместите в бутылку третий, последний гвоздь. Крышкой бутылку закрывать не нужно.

Чтобы ничего не перепутать, с помощью фломастера пронумеруйте каждую бутылку.

Поставьте бутылки в укромное место. Если вода из второй и третьей бутылок будет испаряться, то просто доливайте в них воду из-под крана.

Через неделю на гвоздях образуется ржавчина. Посмотрите, где ее больше, а где меньше.

Запишите свои наблюдения, расставив номера бутылок напротив соответствующих описаний, например:

Ржавчины образовалось мало или ее практически не заметно – … ;

Ржавчина хорошо заметна, она крепко держится на гвозде – … ;

Ржавчины так много, что она не держится на гвозде, осыпается с него и образует на дне бутылки бурый осадок – … .

Сделайте выводы, как влияет на процесс коррозии состав раствора и доступ воздуха.

Авак Авакян

ообщаю химическую «новость». Мои оппоненты, пытаясь сотворить «разгромные опровержения» моих Дрокинских геологических открытий, в своих опусах заявили, что концентрированная серная кислота, якобы, не реагирует с известняками и мраморами, а я, следовательно, такой «необразованный» и «вообще сумасшедший», что «в упор» не знаю этой «всем известной Истины». В качестве обоснования они приводят идею, что, якобы, серная кислота образует при этом гипс, который, будучи нерастворимым соединением, покрывает известняк или мрамор плёнкой, защищающей его от дальнейшего действия кислоты и, следовательно, «моментально блокирует» эту реакцию. Первым сий «перл» высказал Дмитрий Львович Брызгалов (преподаватель детсадовской продлёнки; в Интернете он пишет «помои» в мой адрес анонимно); затем эту же идею напечатал Борис Михайлович Лобастов (Красноярский студент геолог), сформулировав её с особым пафосом: «в геологии исследования на наличие карбонатов проводятся при помощи соляной кислоты, концентрация которой не превышает 10%. Почему бы не использовать серную, особенно высокой концентрации, она ведь сильнее? Всё дело в том, что при реакции серной кислоты и кальцита (карбоната кальция) образуется очень малорастворимое соединение — сульфат кальция (он же гипс), который моментально покрывает полностью поверхность карбонатов и останавливает тем самым реакцию.» (слово «останавливает » он выделил жирным шрифтом).

Весь сыр−бор из−за того, что я использовал серную кислоту 93% концентрации («аккумуляторную кислоту») для тестирования Дрокинских горных пород на наличие в них карбонатов (в первую очередь, кальцита), хотя «по инструкции» официальным геологам «предписано» использовать для этого тестирования соляную кислоту 10% концентрации. Увидев, что я делал тесты «не положенной» кислотой, мои критики набросились на меня, пытаясь доказать, что использованная мною кислота, якобы, не реагирует с кальцитом, и что я, следовательно, невежда, а все мои геологические результаты по окрестностям Дрокино — чушь шарлатана.

Откликаться на такого рода «перлы» мне, как правило, просто лень: ведь речь идёт не о сложной химической экзотике, а о банальных азах из школьного учебника. Но так как данный «перл» мои гòре−критики взялись истово множить и страстно «перепостить» с целью дискредитировать вообще все мои работы во всех областях, — я нашёл время, ЗАСНЯЛ эту химреакцию на ВИДЕО и разместил этот ВИДЕОРОЛИК на нескольких серверах; вот, кликайте на выбор (по первой ссылке — СКАЧИВАНИЕ ):

Длительность — чуть больше трёх минут. Сперва показан вариант проведения этой реакции посредством нанесения кислоты пипеткой на полированную поверхность мрамора; затем показана та же реакция в пробирке (кусочек этого мрамора помещается в пробирку с кислотой). За мрамор — СПАСИБО Игорю Юрьевичу Табакаеву (это — бой, то есть обломок, с кладбища Бадалык; не бойтесь: вандализма на кладбище никто НЕ совершал, это именно бой). Мрамор (настоящий, кладбищенский) — это самая инертная форма кальцита (с мелом эта реакция идёт ещё быстрее). Итак — нате видеофакт: эта реакция ИДЁТ (вопреки Брызгалову и Лобастову)! Просто мои якобы «сильно образованные» оппоненты «в упор» не знают, что, во−первых, гипс и в чистой воде хоть и плохо, но заметно растворим; и во−вторых — с серной кислотой он умеет реагировать сперва с образованием ГИДРОсульфата кальция Ca(HSO 4) 2 и далее — ассоциата CaSO 4 ×3H 2 SO 4 , а оба указанных соединения РАСТВОРИМЫ (см., например, «Аналитическая химия кальция; стр. 11»; либо «Курс аналитической химии. Том первый. Качественный анализ; Ф.П. Тредвелл, В.Т. Голл; 1946; стр. 292») и образуются тем охотнее, чем выше концентрация кислоты. Таким образом, в избытке концентрированной серной кислоты «мỳти» CaSO 4 вы НЕ увидите: получится прозрачный раствор Ca(HSO 4) 2 и CaSO 4 ×3H 2 SO 4 .

P.S. Удивляет «ватность» как таких критиков, так и поддакивающих им читателей. Ну неужели так трудно взять, да проверить? Ведь ни мрамор, ни серная кислота 93% не являются ни дефицитом, ни запрещёнными продуктами.

Мрамор (с греч. μάρμαρο - «сияющий камень») – распространенная метаморфическая горная порода, обычно состоящая из одного минерала, кальцита. Мраморами называют продукты метаморфизации изестняков — кальцитовый мрамор; и продукты метаморфизации доломитов — доломитовые мраморы.

Строение крупнозернистая, среднезернистая, мелкозернистая, тонкозернистая. Состоит из кальцита. Бурно вскипает при действии разбавленной соляной кислоты. Не оставляет царапины на стекле. Поверхности зерен ровные (спайность совершенная). Удельный вес 2,7 г/см 3 . Твердость по шкале Мооса 3-4.

Мрамор имеет различный цвет. Нередко он пестро окрашен и имеет затейливый рисунок. Порода поражает неповторимыми рисунками, расцветками. Черный цвет мрамора обусловлен примесью графита, зеленый – хлорита, красный и желтый – окислов и гидроокислов железа.

Отличительные признаки. Для мрамора характерны зернистое строение, содержание кальцита, небольшая твердость (не оставляет царапины на стекле), ровные поверхности зерен (спайность совершенная), реакция при действии разбавленной соляной кислоты. Мрамор можно спутать с более твердыми породами – кварцитом и яшмой. Отличие – кварцит и яшма не реагируют с разбавленной соляной кислотой. Кроме того, мрамор не царапает стекло.

Состав и фото мрамора

Минералогический состав: кальцит CaCO 3 до 99%, примеси графита и магнетита в сумме до 1%.

Химический состав . Кальцитовый мрамор имеет состав: CaCO 3 95-99%, MgCO 3 до 4%, следы окислов железа Fe 2 O 3 и кремнзема SiO 2 . Доломитовый мрамор сложен на 50% из кальцита CaCO 3 , 35-40% доломита MgCO 3 , содержание SiO 2 достигает до 25%.

Белый мрамор. © Beatrice Murch Серый мрамор Черный мрамор обязан своей окраске примесям графита Зеленый цвет мрамора из-за включений хлорита Красный цвет мрамора из-за окислов железа

Происхождение

Структура известняков и доломитов под действием определенных геологических условий (давление, температура) претерпевает изменения, в результате которых и образуется мрамор.

Применение мрамора

Мрамор – прекрасный облицовочный, декоративный и скульптурный материал который использовал в своих трудах известный скульптор Микеланджело Буонарроти. Мрамор используется при отделке зданий, вестибюлей, подземных залов метро, в качестве заполнителя в цветных бетонах, идет для изготовления плит, ванн, умывальников и памятников. Мрамор разных оттенков является одним из основных камней, используемых при создании необычайно красивой флорентийской мозаики.

Давид, Микеланджело Буонарроти. Фото Jörg Bittner Unna Скульптура овна из белого мрамора

Из мрамора делают изящные кубики, светильники, оригинальные настольные приборы. Мрамор используется в черной металлургии при сооружении мартеновских печей, в электротехнической и стекольной промышленностях. Также его применяют в качестве строительного материала в дорожном деле, и в качестве удобрение в сельском хозяйстве и для выжигания извести. Из мраморной крошки изготовляют красивые мозаичные панно и плитки.

Литьевой мрамор из которого изготавливают ванные, столешницы, лишь имитирует внешний вид, делая предметы похожими на натуральный мрамор и другие природные декоративные камни и минералы. И по цене он гораздо дешевле природного камня, что в какой то мере и делает его популярным. Процесс изготовления литьевого мрамора заключен в смешивании полиэфирной смолы и кварцевого песка.

Месторождения мрамора

Крупнейшим месторождением мрамора в России является Кибик-Кордонское (Красноярский край), где добывается около двадцати разновидностей мрамора разных окрасок от белого до зеленовато-серого. Крупные месторождения мрамора есть на Урале — Айдырлинское и Коелгинское месторождения белого мрамора, расположенные в Оренбургской и Челябинской области, соответственно.

Черный мрамор добывается на Першинском месторождении, желтый на Октябрьском карьере, а сиреневый на Граматушинском месторождении в Свердловской области.

Мрамор из Карелии (возле деревни Тивдия) нежного палевого цвета с розовыми прожилками первым стал использоваться для декоративной отделки в России, его применяли для внутренней отделки Исакиевского и Казанского соборов в Санкт-Петербурге.

Встречается камень на Байкале (красновато-розовый камень из Буровщины), на Алтае (Орокотойское м-е), на Дальнем Востоке (зеленый мрамор). Также добывают в Армении, Грузии (красный мрамор из Новой Шроши), Узбекистане (Газганское месторождение кремового и черного камня), Азербайджане, Таджикистане, Кыргызстане и Греции (о. Парос).

Скульптурный мрамор с твердостью 3, который хорошо поддается обработке добывается в Италии (Каррара). Известные на весь мир скульптуры Микеланджело Буонарроти «Давид», «Пьета», «Моисей» сделаны именно из итальянского мрамора с месторождения Каррара.

Практическая работа включает четыре опыта.

Опыт 1

Прокаливание медной проволоки и взаимодействие оксида меди (II) с серной кислотой

Зажгите спиртовку (газовую горелку). Возьмите тигельными щипцами медную проволоку и внесите ее в пламя. Через некоторое время выньте проволоку из пламени и счистите с нее образовавшийся черный налет на лист бумаги. Опыт повторите несколько раз. Поместите полученный черный налет в пробирку и прилейте в нее раствор серной кислоты. Подогрейте смесь. Что наблюдаете?

Образовалось ли новое вещество при накаливании меди? Запишите уравнение химической реакции и определите ее тип по признаку числа и состава исходных

веществ и продуктов реакции. Какие признаки химической реакции вы наблюдали? Образовалось ли новое вещество при взаимодействии оксида меди (II) с серной кислотой? Определите тип реакции по признаку числа и состава исходных веществ и продуктов реакции и запишите ее уравнение.

1. При прокаливании медной проволоки медь окислятся:

и образуется черный оксид меди (II). Это реакция соединения.

2. Образовавшийся оксид меди (II) растворяется в серной кислоте, раствор становится голубого цвета, образуется сульфат меди (II):

Это реакция обмена.

Взаимодействие мрамора с кислотой

Положите в небольшой стакан 1-2 кусочка мрамора. Прилейте в стакан столько соляной кислоты, чтобы ею покрылись кусочки. Зажгите лучинку и внесите ее в стакан.

Образовались ли новые вещества при взаимодействии мрамора с кислотой? Какие признаки химических реакций вы наблюдали? Запишите уравнение химической реакции и укажите ее тип по признаку числа и состава исходных веществ и продуктов реакции.

1. Мрамор растворился в соляной кислоте, произошла химическая реакция:

Опыт 3

Взаимодействие хлорида железа (III) с роданидом калия

В пробирку налейте 2 мл раствора хлорида железа (III), а затем несколько капель раствора роданида калия KSCN - соли кислоты HSCN, с кислотным остатком SCN - .

Какими признаками сопровождается эта реакция? Запишите ее уравнение и тип реакции по признаку числа и состава исходных веществ и продуктов реакции.