1.2 Примеры решения типовых задач

Пример 1

Напишите уравнения реакций образования всех возможных кислых и основных солей: Fe(OH)₃ + H₃PO₄ →

Решение: Кислые или основные соли образуются при неполной нейтрализации многоосновной кислоты (кислые) или многокислотного основания (основные).

Трехосновная отрофосфорная кислота H₃PO₄ может образовать три вида солей: средняя соль - ортофосфаты, с кислотным остатком PO₄^3-, и два вида кислых солей - дигидроортофосфаты (Н₂PO₄^- ) и гидроортофосфаты (НPO₄^2-). Нельзя отрицать образование еще одного соединения - смешанной кислой соли.

Трехкислотное основание гидроксид железа (III) может образовать 4 вида солей: средняя соль – с катионом железа (III) Fe³⁺, и три вида основных солей – с катионом Fe(OH)²⁺, катионом Fe(OH)₂⁺, также нельзя отрицать возможность образования двойной соли с катионами гидроксожелеза и дигидроксожелеза(III).

Таким образом, теоретически можно предсказать образование средней соли, 3 видов кислых солей и 3 видов основных солей.

Для образования основных солей необходимо, чтобы основание было в избытке, то есть мольное отношение . Возможны следующие варианты: , и . В соответствие с этим напишем три уравнения.

2Fe(OH)₃ + H₃PO₄ → [Fe(OH) ∙Fe(OH)₂]PO₄ + 3H₂O

ортофосфат дигидроксо-гидроксожелеза (III)

3Fe(OH)₃ + 2H₃PO₄ → [Fe(OH)]₃ (PO₄)₂ + 6H₂O

ортофосфат гидроксожелеза (III)

3Fe(OH)₃ + H₃PO₄ → [Fe(OH)₂]₃ (PO₄) + 3H₂O

ортофосфат дигидроксожелеза (III)

Для образования кислых солей необходимо, чтобы в реакционной среде кислота была в избытке. То есть, возможны варианты: и и . В соответствие с этим напишем три уравнения.

Fe(OH)₃ + 2H₃PO₄ → Fe[HPO₄∙H₂PO₄] + 3H₂O

дигидроортофосфат-гидроортофосфат железа (III)

2Fe(OH)₃ + 3H₃PO₄ → Fe₂(НPO₄)₃ + 6H₂O

гидроортофосфат железа (III)

Fe(OH)₃ + 3H₃PO₄ → Fe (Н₂PO₄)₃ + 6H₂O

дигидроортофосфат железа (III)

Образование средней соли:

Fe(OH)₃ + H₃PO₄ → FePO₄ + 3H₂O

ортофосфат железа (Ш)

Если студент затрудняется в определении структурной формулы образовавшейся соли, то можно прибегнуть к схематической форме решения задачи.

Рассмотрим пример образования дигидроортофосфат-гидроортофосфата железа (III) при взаимодействии 1 моль Fe(OH)₃ и 2 моль H₃PO₄.

H – O

H – O – P=O H – O

O – H H – O O P = O

Fe ^__ O – H + H – O → Fe – O + 3H₂O

O – H H – O ^__ P=O О

H – O H – O – P=O

H – O

Пример 2

Имея в распоряжении только калий, воду, воздух и фосфор, получите максимальное число минеральных удобрений.

Решение:

2К + 2Н₂О → 2КОН + Н₂

Воздух →N₂ (78%) + О₂ (21%)

N₂ + 3Н₂ 2NH₃

N₂+ O₂ 2NO₂

2NO + O₂→ 2NO₂

4NO₂ + O₂+ 2H₂O → 4HNO₃

HNO₃+ NH₃→ NH₄NO₃ (нитрат аммония или аммиачная селитра)

4Р + 5О₂ → 2Р₂О₅

Р₂О₅ + 3Н₂О → 2Н₃РО₄

2Н₃РО₄ + 3NH₃ → (NH₄ )Н₂РО₄ + (NH₄ )₂НРО₄ (аммофос)

Н₃РО₄ + 3КОН → 3Н₂О +К₃РО₄ (ортофосфат калия)

КОН + HNO₃→ КNO₃ (нитрат калия или калийная селитра)

Пример 3

На примере ортофосфата гидроксомагния покажите химизм последовательного перехода основной соли в кислую (дигидроортофосфат магния). Назовите все соли.

Решение:

(MgОН)₃РО₄ + 2Н₃РО₄→ 6Н₂О + Mg₃(РО₄)₂

ортофосфат гидроксомагния ортофосфат магния

Mg₃(РО₄)₂ + Н₃РО₄ → 3MgНРО₄

гидроортофосфат магния

MgНРО₄ + Н₃РО₄ → Mg(Н₂РО₄)₂

дигидроортофосфат магния

Пример 4

Имеются отдельные пробирки с растворами хлоридов алюминия, аммония, кальция и железа (II). По каким признакам и химическим превращениям можно установить содержание каждой пробирки? Приведите уравнения химических реакций.

Решение:

Отбираем некоторую часть от этих растворов и помещаем их в пронумерованные пробирки.

В каждую из четырех пробирок прибавляем небольшими порциями раствор гидроксида натрия. В трех из этих пробирок появляется осадок. При этом в одной из пробирок осадок имеет зеленоватую окраску, которая при стоянии буреет. Следовательно, в этой пробирке находился хлорид железа (II).

FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂ + 2NaCl

зеленый

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

коричневый

В другой пробирке выпал белый осадок, который в избытке щелочи не растворяется. Следовательно, в пробирке находился раствор хлорида кальция. СаCl₂ + 2NaOH → Са(OH)₂ + 2NaCl

белый

В третьей пробирке выпал белый осадок, который в избытке щелочи растворился. Следовательно, в третьей пробирке находился раствор хлорида алюминия.

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ + 3NaCl

белый

Al(OH)₃ + NaOH (изб.) → Na[Al(OH)₄]

В пробирке № 4, где не выпал осадок, находился хлорид аммония. Для проверки, содержимое пробирки слегка нагреваем. При этом появляется характерный запах аммиака, а мокрая лакмусовая индикаторная бумаг синеет от паров аммиака.

NH₄Cl + NaOH→ NH₄OH + NaCl

NH₄OH NH₃ + H₂O

Пример 5

Каким одним реактивом можно распознать кристаллические вещества: сульфит натрия, сульфид натрия, нитрит натрия карбонат кальция и карбонат натрия, находящиеся в отдельных банках без этикеток? Приведите химизм процессов установления химического состава этих веществ.

Решение: Берем пронумерованные пробирки (№1-5), и из банок с соответствующими номерами, отсыпаем по нескольку кристаллов веществ в пробирки. Все пробирки до половины заполняем водой и во все пробирки медленно добавляем концентрированный раствор серной кислоты.

Допустим, что в пробирке №1, где находилась водная суспензия нерастворимого в воде вещества, при добавлении серной кислоты наблюдается бурное выделение газа, осадок сначала растворяется, но со временем, образуется белый, мелкодисперсный осадок. Эти наблюдения позволяют заключить, что в банке №1 находится карбонат кальция (мел или известняк).

СаСО₃ + Н₂SO₄ → СаSO₄ + Н₂СО₃

Н₂СО₃ → СО₂ + Н₂O

Допустим, в пробирке № 2 наблюдается выделение бесцветного газа, не обладающим характерным запахом. Следовательно, в пробирке №2 находится карбонат натрия.

Na₂СО₃ + Н₂SO₄ → Na₂SO₄ + Н₂O + СО₂

Допустим, в пробирке №3 наблюдается выделения газа с характерным едким запахом, который на воздухе буреет. Следовательно, в банке №3 находится нитрит натрия.

2NaNO₂+ Н₂SO₄ → Na₂SO₄ + [НNO₂]

[НNO₂] → NO + Н₂O

2NO + O₂ → 2NO₂

бурый газ

Допустим, в пробирке № 4 выделяется газ, с характерным неприятным запахом тухлых яиц. При этом раствор мутнеет и со временем выпадает желтый порошок.

Наблюдение показывают, что в банке № 4 находится сульфид натрия.

Na₂S + Н₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂S

запах тухлых яиц

3H₂S+ Н₂SO₄→ 4Н₂О + 4S

желтый порошок

В последней пробирке наблюдаются выделение газа c резким запахом горелых спичек. Следовательно, в банке №5 находится сульфит натрия.

Na₂SО₃ + Н₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂SО₃

H₂SО₃ → SO₂ + Н₂О