«Цепочки» превращений»
11. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
NaCl
→ Cl2
→ KClO3
X1
X2
X3
Хлор может быть получен из хлорида натрия путем электролиза его расплава или раствора:
2NaCl(расплав)
2Na
+ Cl2
Составляя следующее уравнение реакции, следует обратить внимание на условия ее протекания: для получения хлората калия необходимо пропустить хлор через горячий раствор щелочи. В этих условиях хлор диспропорционирует с образованием хлората и хлорида калия:
3Cl2
+ 6KOH
KClO3
+ 5KCl
+ 3H2O
Проведение реакции на холоду приводит к образованию гипохлорита KClO и хлорида KCl.
Хлорат калия разлагается при нагревании в присутствии катализатора MnO2 с образованием хлорида калия и кислорода:
2KClO3 2KCl + 3O2
При действии концентрированной серной кислоты на твердый хлорид калия при нагревании образуется газообразный хлороводород НCl:
KCl + H2SO4(конц.) HCl↑ + KHSO4
При пропускании хлороводорода через раствор нитрата серебра AgNO3 происходит реакция обмена, в результате которой выпадает осадок хлорида серебра:
HCl + AgNO3 = AgCl↓ + NaNO3.
12. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
С
X1
X2
X3
→ X1
→ C
Концентрированная серная кислота окисляет углерод до углекислого газа, восстанавливаясь при этом до оксида серы(IV):
C + 2H2SO4 (конц.) CO2 + 2SO2 + 2H2O
При составлении второго уравнения реакции следует учесть, что пропускание углекислого газа, которому соответствует двухосновная угольная кислота Н2СО3, может привести к образованию как средней (в избытке щелочи), так и кислой соли (в избытке углекислого газа). С учетом условия, указанного в задании, составим уравнение реакции:
CO2 + 2NaOH(изб.) = Na2CO3 + H2O
Дальнейшее пропускание углекислого газа приводит к образованию гидрокарбоната:
Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaHCO3
Согласно уже составленному первому уравнению реакции, веществом Х1 является СО2. Выделить СО2 из гидрокарбоната (вещество Х3) можно путем нагревания (реакция, обратная только что записанной) или путем добавления кислоты, например соляной:
NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2 + H2O
Далее следует вспомнить о слабых окислительных свойствах углекислого газа за счет атома углерода, находящегося в высшей степени окисления +4, которые проявляются, например, при его взаимодействии с магнием:
CO2 + 2Mg C + 2MgO
13. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Zn →
Zn(NO3)2
→ Zn(OH)2
X1
X2
X3
Так как в условии задания не указаны условия, приводящие к образованию нитрата цинка из цинка, то можно применить различные способы осуществления этого превращения. Например, можно подействовать на цинк азотной кислотой любой концентрации, учитывая при написании уравнения реакции преимущественное образование того или иного продукта ее восстановления. Так, если подействовать на цинк очень разбавленной азотной кислотой, преимущественно образуется NH4NO3:
4Zn + 10HNO3(оч.разбавл.) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Приведенное уравнение реакции является одним из возможных уравнений, соответствующих взаимодействию цинка с азотной кислотой.
Допустим также другой способ получения нитрата цинка из цинка, например, реакция замещения между нитратом менее активного, чем цинк, металла, и цинком. Например:
Zn + Cu(NO3)2 = Zn(NO3)2 + Cu
Однако будет засчитана только одна реакция, приводящая к осуществлению этого превращения!
Чтобы получить нерастворимый в воде гидроксид цинка, к растворимой соли (в данном случае - нитрату цинка) следует осторожно добавить щелочь:
Zn(NO3)2 + 2NaOH = ZnOH)2↓ + 2NaNO3
Затем необходимо учесть амфотерные свойства гидроксида цинка: дальнейшее добавление щелочи с полученному осадку приводит к его растворению, в результате чего образуется комплексная соль тетрагидроксоцинкат натрия:
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]
Тетрагидроксоцинкат натрия легко разрушается под действием кислоты или при пропускании углекислого газа:
Na2[Zn(OH)4] + 2CO2 = Zn(OH)2↓ + 2NaHCO3
В этих двух реакциях гидроксид цинка проявляет кислотные свойства, а при взаимодействии с серной кислотой – основные:
Zn(OH)2+ H2SO4 = ZnSO4 + 2H2O
14. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Fe
X1
X2
X3
X4
X5
Укажите условия протекания реакций.
Известно, что концентрированная серная кислота при комнатной температуре пассивирует железо (а также алюминий и хром). Однако при нагревании, что указано в условии задания, происходит окисление железа до степени окисления +3. Следует помнить, что концентрированная серная кислота проявляет окислительные свойства за счет атомов серы в степени окисления +6. Реакция происходит в соответствии с уравнением:
2Fe + 6H2SO4(конц.) Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O
При добавлении хлорида бария к полученному раствору сульфата железа(III) Fe2(SO4)3 в результате реакции обмена образуются две соли – хлорид железа(III) FeCl3 и нерастворимый сульфат бария BaSO4:
Fe2(SO4)3 + 3BaCl2 = 2FeCl3 + 3BaSO4↓
Хлорид железа(III) проявляет окислительные свойства за счет атомов железа в степени окисления +3, о чем школьники часто забывают. Поэтому при его взаимодействии с сероводородом Н2S, являющимся сильным восстановителем, происходит не реакция обмена, а окислительно-восстановительный процесс, в результате которого железо со степени окисления +3 восстанавливается до степени окисления +2, образуя хлорид железа(II):
2FeCl3 + H2S = 2FeCl2 + S↓ + 2HCl
Добавление к полученной соли раствора щелочи приводит к выпадению осадка гидроксида железа(II):
FeCl2 + 2KOH = Fe(OH)2↓ + 2KCl
Под действием сильного окислителя – концентрированной азотной кислоты, гидроксид железа(II) окисляется до степени окисления +3:
Fe(OH)2 + 4HNO3(конц.) = Fe(NO3)3 + NO2↑ + 2H2O