Условие задания:
Учащиеся Артур, Саша и Жанна проводили реакции ионного обмена.
Жанна взяла для опыта раствор гидроксида лития и добавила к нему раствор азотной кислоты.
Артур высказал мнение о том, что никакой реакции не получилось, так как никаких изменений учащиеся не наблюдали.
Саша с ним не согласился и решил повторить опыт, но вначале добавить фенолфталеин.
Почему он так решил поступить? Произошла ли реакция ионного обмена? Кто из учащихся прав? Изменится ли цвет индикатора? Ответ обоснуй.
Решение:
Давайте разберем ситуацию по порядку.
1. Какие вещества взаимодействовали?
Жанна смешала раствор гидроксида лития (\(\text{LiOH}\)) и раствор азотной кислоты (\(\text{HNO}_3\)).
- Гидроксид лития (\(\text{LiOH}\)) — это сильное основание (щелочь).
- Азотная кислота (\(\text{HNO}_3\)) — это сильная кислота.
2. Произошла ли реакция ионного обмена?
Да, между сильным основанием и сильной кислотой всегда происходит реакция нейтрализации, которая является частным случаем реакции ионного обмена. Уравнение реакции:
\[\text{LiOH} + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{LiNO}_3 + \text{H}_2\text{O}\]В результате реакции образуется нитрат лития (\(\text{LiNO}_3\)) — растворимая соль, и вода (\(\text{H}_2\text{O}\)) — очень слабый электролит (малодиссоциирующее вещество).
Поскольку в продуктах реакции образуется вода, которая является слабым электролитом, эта реакция ионного обмена протекает до конца.
3. Почему Артур не наблюдал изменений?
Артур не наблюдал никаких изменений, потому что все продукты реакции — нитрат лития и вода — являются бесцветными и растворимыми веществами. Ни осадка, ни газа, ни изменения цвета раствора (если изначально не было индикатора) не образуется. Поэтому визуально определить протекание реакции было невозможно.
4. Почему Саша решил добавить фенолфталеин?
Саша решил добавить фенолфталеин, потому что фенолфталеин является кислотно-основным индикатором. Он меняет свой цвет в зависимости от кислотности или щелочности среды:
- В щелочной среде (при \(\text{pH} > 8.2\)) фенолфталеин окрашивается в малиновый (или розовый) цвет.
- В нейтральной и кислой среде (при \(\text{pH} < 8.2\)) фенолфталеин бесцветен.
Изначально в растворе был гидроксид лития (\(\text{LiOH}\)), который является щелочью. Если бы Саша добавил фенолфталеин в исходный раствор гидроксида лития, раствор стал бы малиновым. При добавлении азотной кислоты (\(\text{HNO}_3\)) происходит нейтрализация щелочи. Когда вся щелочь будет нейтрализована кислотой, среда станет нейтральной или кислой, и малиновая окраска фенолфталеина исчезнет. Таким образом, исчезновение малиновой окраски будет являться наглядным доказательством протекания реакции.
5. Кто из учащихся прав?
Права Жанна, которая провела реакцию, и Саша, который предложил способ её обнаружения. Артур не прав, так как реакция произошла, но он не смог её обнаружить без индикатора.
6. Изменится ли цвет индикатора?
Да, цвет индикатора изменится. Если фенолфталеин добавить в исходный раствор гидроксида лития, он окрасится в малиновый цвет. При добавлении азотной кислоты и протекании реакции нейтрализации, малиновая окраска исчезнет, когда вся щелочь будет нейтрализована.
Обоснование ответа:
Реакция между гидроксидом лития (\(\text{LiOH}\)) и азотной кислотой (\(\text{HNO}_3\)) является реакцией нейтрализации, которая относится к реакциям ионного обмена. В результате этой реакции образуются нитрат лития (\(\text{LiNO}_3\)) и вода (\(\text{H}_2\text{O}\)). Уравнение реакции:
\[\text{LiOH} + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{LiNO}_3 + \text{H}_2\text{O}\]Эта реакция протекает до конца, так как образуется слабый электролит — вода. Однако, все продукты реакции бесцветны и растворимы, поэтому визуально (без индикатора) её протекание незаметно. Артур не прав, утверждая, что реакции не было, так как он не наблюдал внешних изменений.
Саша прав, предложив использовать фенолфталеин. Фенолфталеин — это индикатор, который в щелочной среде (которой является исходный раствор гидроксида лития) окрашивается в малиновый цвет, а в нейтральной или кислой среде (которой станет раствор после полной нейтрализации щелочи кислотой) становится бесцветным. Таким образом, исчезновение малиновой окраски фенолфталеина будет наглядным доказательством того, что реакция нейтрализации произошла.
Краткий ответ для тетради:
1. Реакция ионного обмена произошла.
2. Уравнение реакции: \(\text{LiOH} + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{LiNO}_3 + \text{H}_2\text{O}\).
3. Артур не наблюдал изменений, потому что продукты реакции (нитрат лития и вода) бесцветны и растворимы.
4. Саша решил добавить фенолфталеин, чтобы визуально определить момент нейтрализации. Фенолфталеин меняет цвет из малинового (в щелочи) на бесцветный (в нейтральной/кислой среде).
5. Правы Жанна (реакция произошла) и Саша (предложил способ обнаружения). Артур не прав.
6. Цвет индикатора изменится: из малинового на бесцветный.