«Мысленный химический эксперимент»

18. Газ, полученный в результате взаимодействия между сульфидом железа(II) и соляной кислотой, пропустили через раствор сульфата меди(II). Осадок отфильтровали и обработали концентрированной азотной кислотой. Выделившийся газ растворили в воде в присутствии кислорода. Напишите уравнения описанных реакций.

Выполняя это задание, необходимо учитывать условия протекания реакций, а также физические свойства реагирующих и получающихся в результате реакции веществ (агрегатное состояние, цвет, растворимость в воде и т.д.).

Газ, выделившийся в результате взаимодействия сульфида железа(II) и соляной кислоты – сероводород H₂S:

FeS + 2HCl = FeCl₂ + H₂S↑

При пропускании сероводорода через раствор сульфата меди(II) выпадает черный осадок сульфида меди(II):

H₂S + CuSO₄ = CuS↓ + CuSO₄

Азотная кислота – сильный окислитель за счет атомов азота в высшей степени окисления +5. При взаимодействии с сульфидами – сильными восстановителями за счет атомов серы в низшей степени окисления, она окисляет их. Концентрированная азотная кислота при этом чаще всего восстанавливается до NO₂ (бурый газ):

CuS + 8HNO₃(конц.) = CuSO₄ + 8NO₂↑ + 4H₂O

Типичная ошибка учащихся – написание не окислительно-восстановительной, а обменной реакции между сульфидом меди(II) (или сульфидом другого металла) и азотной кислотой с образованием сероводорода Н₂S и нитрата!

При пропускании NO₂ через воду в присутствии кислорода образуется азотная кислота (эта реакция используется в промышленности для получения азотной кислоты):

4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃

Таким образом, эталонный ответ может выглядеть так:

1) FeS + 2HCl = FeCl₂ + H₂S↑

2) H₂S + CuSO₄ = CuS↓ + CuSO₄

3) CuS + 8HNO₃(конц.) = CuSO₄ + 8NO₂↑ + 4H₂O

4) 4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃

19. Железо сожгли в кислороде. Полученное вещество разделили на две части. Одну часть растворили в соляной кислоте. К другой части добавили горячую концентрированную серную кислоту и после окончания реакции к полученному раствору прилили раствор гидроксида натрия до полного выпадения осадка. Напишите уравнения описанных реакций.

При сгорании железа в кислороде образуется железная окалина Fe₃O₄, представляющая собой смешанный оксид FeO•Fe₂O₃:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

При взаимодействии железной окалины с соляной кислотой происходит образование смеси солей: хлорида железа(II) и хлорида железа(III):

Fe₃O₄ + 8HCl = FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O

Эта реакция не является окислительно-восстановительной в отличие от следующей – взаимодействия железной окалины с концентрированной серной кислотой. Являясь сильным окислителем, концентрированная серная кислота окисляет Fe⁺² в составе железной окалины до Fe⁺³:

2Fe₃O₄ + 10H₂SO₄(конц.) = 3Fe₂(SO₄)₃ + SO₂↑ + 10H₂O

Полученный после окончания реакции раствор содержит сульфат железа(III), который при взаимодействии с раствором гидроксида натрия образует осадок гидроксида железа(III):

Fe₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Fe(OH)₃↓ + 3Na₂SO₄

Таким образом, эталонный ответ может выглядеть так:

1) 3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

2) Fe₃O₄ + 8HCl = FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O

3) 2Fe₃O₄ + 10H₂SO₄(конц.) = 3Fe₂(SO₄)₃ + SO₂↑ + 10H₂O

4) Fe₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Fe(OH)₃↓ + 3Na₂SO₄

20. Раствор, полученный в результате взаимодействия натрия с водой, полностью нейтрализовали соляной кислотой. Образовавшийся раствор подвергли электролизу с инертными электродами. Выделившийся на аноде газ пропустили через горячий раствор гидрокисида калия. Напишите уравнения описанных реакций.

Взаимодействие натрия с водой приводит к образованию растворимого в воде гидроксида натрия и водорода:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑

При нейтрализации раствора гидроксида натрия соляной кислотой образуется хлорид натрия:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

Продуктом электролиза раствора хлорида натрия с инертными электродами на аноде является хлор:

2NaCl + 2H₂O 2NaOH + H₂↑_{(на катоде)} + Cl₂↑_{(на аноде)}

Хлор диспропорционирует в растворах щелочей. При составлении уравнения реакции следует учесть температуру раствора гидроксида калия. Пропускание хлора через горячий раствор щелочи сопровождается образованием хлората и хлорида:

3Cl₂ + 6KOH(горяч.) = KClO₃ + 5KCl + 3H₂O

Эталонный ответ может выглядеть так:

1) 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑

2) NaOH + HCl = NaCl + H₂O

3) 2NaCl + 2H₂O 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑

4) 3Cl₂ + 6KOH(горяч.) = KClO₃ + 5KCl + 3H₂O

21. Через раствор, полученный в результате растворения алюминия в концентрированном растворе гидроксида калия, пропустили углекислый газ. Выделившийся осадок отделили и прокалили. Полученный твердый остаток сплавили с карбонатом натрия. Напишите уравнения описанных реакций.

При взаимодействии алюминия с концентрированным раствором гидроксида калия образуется комплексная растворимая соль (тетрагидроксоалюминат калия K[Al(OH) ₄]) и выделяется водород:

2Al + 2KOH + 6H₂O = 2K[Al(OH) ₄] + 3H₂↑

При пропускании через раствор тетрагидроксоалюмината калия углекислого газа происходит разрушение комплекса, в результате чего выпадает осадок гидроксида алюминия Al(OH)₃:

K[Al(OH)₄] + CO₂ = Al(OH)₃↓ + KHCO₃

Прокаливание гидроксида алюминия приводит к образованию оксида алюминия и воды:

2Al(OH)₃ Al₂O₃ + 3H₂O

При составлении следующего уравнения реакции следует учесть, что оксид алюминия обладает амфотерными свойствами: при сплавлении с карбонатом натрия он ведет себя как кислотный оксид. Продуктами этой реакции являются метаалюминат натрия и углекислый газ:

Al₂O₃ + Na₂CO₃ 2NaAlO₂ + CO₂↑

Эталонный ответ может выглядеть так:

1) 2Al + 2KOH + 6H₂O = 2K[Al(OH) ₄] + 3H₂↑

2) K[Al(OH)₄] + CO₂ = Al(OH)₃↓ + KHCO₃

3) 2Al(OH)₃ Al₂O₃ + 3H₂O

4) Al₂O₃ + Na₂CO₃ 2NaAlO₂ + CO₂↑

22. Над нагретым натрием пропустили водород. Образовавшееся в результате реакции вещество пометили в воду. Через полученный раствор пропустили сернистый газ до образования нормальной соли, а затем добавили водный раствор перманганата калия. Напишите уравнения описанных реакций.

Водород, взаимодействуя с активным металлом - натрием, проявляет окислительные свойства, восстанавливаясь до Н^-1. В результате реакции образуется гидрид натрия NaH:

2Na + H₂ = 2NaH

Если гидрид натрия поместить в воду, то происходит его гидролиз, сопровождающийся образованием гидроксида натрия и водорода:

NaH + H₂O = NaOH + H₂↑

Сернистый газ SO₂ – кислотный оксид, которому соответствует двухосновная кислота H₂SO₃, поэтому он способен при взаимодействии со щелочами образовывать два вида солей – сульфиты и гидросульфиты. Согласно условию задачи образуется нормальная соль – сульфит натрия:

2NaOH + SO₂ = Na₂SO₃ + H₂O

Далее следует учесть, что к полученному раствору сульфита натрия добавляют водный раствор перманганата калия. В этих условиях, т.е. в нейтральной среде, перманганат калия восстанавливается до оксида марганца(IV). Сульфит натрия окисляется до сульфата натрия:

3Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + H₂O = 3Na₂SO₄ + 2MnO₂↓ + 2KOH

Эталонный ответ может выглядеть так:

1) 2Na + H₂ = 2NaH

2) NaH + H₂O = NaOH + H₂↑

3) 2NaOH + SO₂ = Na₂SO₃ + H₂O

4) 3Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + H₂O = 3Na₂SO₄ + 2MnO₂↓ + 2KOH