Домашний эксперемент, страница 256 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

Многие реакции с участием алюминия сопровождаются выделением большого количества теплоты. Одну из таких реакций можно использовать в качестве источника теплоты в самодельной одноразовой «химической грелке». Для ее изготовления вам понадобятся алюминиевая проволока, медный купорос $CuSO_4 \cdot 5H_2O$, поваренная соль $NaCl$, вода и пол-литровая стеклянная банка. Алюминиевую проволоку длиной 30–40 см сложите в пучок и поместите его в банку. Сверху насыпьте три столовые ложки медного купороса и столько же поваренной соли. К приготовленной смеси добавьте полстакана воды и содержимое банки перемешайте круговыми движениями. Примерно через три минуты температура внешних стенок банки поднимется до 50–60 градусов.

Попытайтесь объяснить, какие химические реакции протекают в смеси перечисленных выше веществ и предложите вариант практического использования такой «грелки».

Попытайтесь объяснить, какие химические реакции протекают в смеси перечисленных выше веществ

Нагревание банки происходит в результате протекания нескольких химических процессов.
Во-первых, при добавлении воды происходит растворение медного купороса ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$) и поваренной соли ($NaCl$). В растворе появляются ионы меди ($Cu^{2+}$) и хлорид-ионы ($Cl^-$).
Во-вторых, ключевую роль играет поваренная соль. Поверхность алюминиевой проволоки покрыта очень прочной и химически инертной оксидной пленкой ($Al_2O_3$), которая защищает металл от реакций. Хлорид-ионы ($Cl^-$) эффективно разрушают эту защитную пленку, «оголяя» чистый алюминий. Таким образом, поваренная соль выступает в роли активатора процесса.
В-третьих, после разрушения оксидной пленки начинается основная реакция. Алюминий, как более активный металл, вытесняет медь из раствора ее соли (сульфата меди). Это окислительно-восстановительная реакция, в ходе которой алюминий окисляется, а ионы меди восстанавливаются до металлической меди, которая оседает на проволоке в виде красноватого рыхлого налета. Уравнение этой реакции:
$2Al(s) + 3CuSO_4(aq) \rightarrow Al_2(SO_4)_3(aq) + 3Cu(s)$
Эта реакция является сильно экзотермической, то есть протекает с выделением большого количества теплоты, что и приводит к разогреву содержимого банки до 50–60 градусов.
Также возможна побочная реакция взаимодействия активированного алюминия с водой, которая тоже является экзотермической:
$2Al(s) + 6H_2O(l) \rightarrow 2Al(OH)_3(s) + 3H_2(g)$

Ответ: Основной причиной нагрева является экзотермическая реакция вытеснения меди из раствора её соли (медного купороса) более активным металлом — алюминием. Поваренная соль выполняет роль активатора, разрушая защитную оксидную плёнку на поверхности алюминия.

предложите вариант практического использования такой «грелки»

Такая самодельная химическая грелка является одноразовым источником тепла и может быть использована в различных ситуациях, когда нет доступа к электричеству или огню.

• Индивидуальный обогрев: можно использовать для согревания рук или ног в холодную погоду во время походов, на рыбалке, охоте или просто при нахождении на улице в мороз.
• Подогрев пищи и напитков: в походных условиях с помощью такой грелки можно подогреть консервы или кружку с водой. Для этого банку-грелку можно поместить в котелок с водой, в котором находится банка с едой или кружка.
• Аварийный источник тепла: может служить компонентом аварийного набора в автомобиле или дома на случай чрезвычайных ситуаций, связанных с отключением отопления.
• В образовательных целях: данный опыт является наглядной демонстрацией экзотермической реакции, окислительно-восстановительных процессов и ряда активности металлов.

Ответ: Такую грелку можно использовать для обогрева рук в холодную погоду (в походе, на рыбалке), для подогрева пищи и напитков в полевых условиях, а также в качестве аварийного источника тепла в экстренных ситуациях.