Лидин Р. А., Молочко В. А. Химия для абитуриентов. От средней школы к вузу

2п80ф 4- 4КаОН (конц.) = На2[2п(ОН)4] 4- Иа2804

Образующиеся соли, называются комплексными, так как они включают комплексные анионы [А1(ОН)4] “ и [2п(ОН)4]2_ ; названия этих солей:

>Ыа[А1(ОН)4] - тетрагидроксоалюминат(Ш) натрия

Иа2[2п(ОН)4] - тетрагидроксоцинкат(Н) натрия

тогда как соли, полученные выше при нагревании оксидов А12Оэ и 2пО с твердой щелочью называются иначе:

NаАЮ2 -диоксоалюминат(Ш) натрия

На22 п0 2-диоксоцинкат(Н) натрия ^

Часто эти названия упрощают (хотя это и не рекомен­ дуется) и говорят об алюминатах и цинкатах.

При подкйслении растворов этих комплексных солей происходит разрушение комплексов:

а) Иа[А1(ОН)4] 4- НЖ )3 (разб,) = А1(ОН)3| + ИаИОз 4- Н20,

Иа[А1(ОН)4] 4- 4НКОэ (конц.) = А1(Ж)3)3;4- ИаИОз 4- 4Н20,

лы гидроксидов неизвестны, поскольку из водного раство­ ра вместо гидроксидов выпадают гидратированные оксиды,

Амфотерные элементы в свободном виде взаимодейст­ вуют как с типичными кислотами, так и со щелочами:

А1 4- ЗН2804 (разб.) = А12(804)3 4- ЗН2|; ,

А1 4- 6Н20 4- 2КаОН (конц.) = 2Ыа[А1(ОН)4] 4- ЗН2|.

Амфотерные гидроксиды и особенно оксиды широко распрост­ ранены в природе; упомянем самые известные минералы-гиббсит А1(ОН)3; бёмит (диаспор, боксит) АЮ(ОН), гётит РеО(ОН), корунд (глинозём) А120 3, гематит Ре20 3, пиролюзит Мп02, глёт (масси­ кот) РЬО, касситерит 8п02 и многие<другие.

Бинарные соединения. Большинство двухэлементных сое­ динений (кроме основных, амфотерных и кислотных окси­ дов) и многоэлементных соединений (кроме гидроксидов и солей) относится к бинарным соединениям, например Н20, КВг, Н28, К 20, РШ3, СаС2, ЯН*, Н20 2,;РЩ4С1, М§3К 2 и др.

100

Кислородные бинарные соединения, например, СО, N0, N02 и (Ре11Бе12п)0 4 называются оксидами, но они не могут быть отнесены ни к одному из рассмотренных ранее типов

гидроксидов (хотя С и И-неметаллы), они не образуют солей, в состав анионов которых входили бы С11 и Кп. Поэтому оксиды СО и N 0 называют несолеобразующими

2Ж )2 + 2ЫаОН = ЫаЖ)2 + ИаЖ)3,^

но не существуют кислота и соли, содержавшие бы К1у. Двойной оксид (Ре11Ре1211)04 содержит катионы амфотёр-

ного элемента-железа в двух разных степенях окисления и прщвзаимодействии с кислотами образует не одну, а две

Формально этот двойной оксид «содержит» оксиды Ре110 и ре^Оз, проявляющие основные й амфотерныё свойства соответственно; известны соли-ферраты(Щ) КаРе02 и К Ре02. С этой точки зрения, если записать формулу двой­ ного оксида как соль железа(11)-Реп(Реш0 2)2, такие двой­ ные оксиды называют солеобразными оксидами, т.*ё. похо­ жими на соли, но не являющимися ими в действительности.

Ионные бинарные соединения, такие как А§Р, КС1, Иа28, Ва(Н8)2, №14Вг и РЫ2, построены, подобно солям, из реальных катионов и анионов. Их называют1 бёскислороб- ными солями. Эти соли рассматривают как продукты заме­ щения водорода в соединениях, например, Н28, НР, НС1, НВг и Н1.

Последние в водном растворе диссоциируют так же, как

икислоты Н Н 03,.Н28 0 4 и Н2СОэ, поэтому их называют

бескислородными кислотами. ^ Водный раствор хлороводорода НС1-это хлороводород­

ная кислота (если раствор концентрированный-соляная кис­ лота), растворVсероводорода Н28-сероводородная кислота

ит.п.

Реакции нейтрализации с -участием бескислородных кислот:

а) ЦВг + НН3 Н20 ИН4Вг + Н20,

101

б) 2Н28 4- Ва(ОН)2 ■= Ва(Н8)2 4- 2НгО,

в) 2Н1 + РЬ(9Н)2 = РЫ2| 4- 2Н20 ...................

Бинарные соединения синтезируют из простых веществ или другими способами:

а) Ы2 4- ЗН2 = 2ИН3, б) Са + 2С (графит) = СаС2 (ацетиленид кальция) в) 2А1 4- 312 = 2А113, г) ИН3 4- НС1 = 1ЧН4С1.

Напомним, что некоторые бинарные соединения легко гидролизуются водой (см. разд. 8), однако большинство из

. них являются очень устойчивыми и не разрушаются в воде, кислотах и щелочах.

Встречаются двойные и смешанные бинарные соедине­ ния, например:

(РепРе21)0 4-оксид дижелеза(Ш)-железа(П)

(СаТ1)03 -триоксид титана-кальция

Многие бинарные соединения находятся в природе в виде минералов и являются ценным уминеральным сырьем для про­ мышленности:

Общая сводка всех рассмотренных типов неорганических веществ приведена на рис. 11.

Большое число примеров реакций с участием важнейших типов простых и сложных веществ содержится в последую-

102

Рйс. 11. Классификация неорганических веществ

щих разделах, порвященных химии элементов и их соеди­ нений.

: Упражнения

10.1.Распределите соли по группам и составьте их названия: ЫаН804, Ре804(0Н), К28, Ва(НС03)2, К2804, ИаН8, А1(Ж)3)2ОН, Ре2(804)3, СаНР04, Са(Н2Р04)2, Са2С 03(0Н)2, РЬ(С1)Р, КСг(804)2, Мп(СЮ4)2, СаМ§(С03)2, М§(С1)ОН, РеС12, СГ13.

103

10.2.Составьте названия-следующих солей: 1лВЮ4, Ыа2Сг20 7, РЬ(ГО3)2, РЫ2, Ыа4Р20 7 , К28е, КаСЮ, СзМп04, СаР2, ЫаСЮ2, КЬ2820 7, СиВг2.

10.3.Составьте уравнения реакций нейтрализации (солеобра-

зования):

КОН + Н2804 = (средняя и кислая соли) Ре(ОН)2 4- НС1 = (средняя соль, основная соль|) Ва(ОН)2 4“ Н3Р0 4 = (средняя и кислые соли) г .

А1(ОН)3 4“ НСЮ4 = (средняя соль, основные солиI ) ' 8г(ОН)2 4“ Н28 = (средняя и кислая соль)

Ва(ОН)2 4“ Н2СОэ = (средняя соль, основная соль|, кислая соль)

Назовите эти соли. На образование какой из солей каждого примера затрачено наименьшее и наибольшее количество кислоты?

10.4. Установите, можно ли утверждать, что в каждой реакции получится одна соль:

Ответ подтвердите уравнениями реакций. Возможен ли перевод: а) всех средних солей в кислые и основные соли, б) образовавшихся кислых и основных солей в средние соли? .

10.5. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций двойного обмена: в

10.6. Составьте уравнения термических реакций с участием

4- диоксид углерода ж) гидрокарбонат магния 4- гидроксид магния = карбонат маг­

ния -Ь вода 10.7. Составьте в общем виде схемы получения средних солей

(не менее 16 способов), например:

1) кислота 4- основание = средняя соль 4- вода

. 2) кислая соль 4- основание (щелочь) = средняя соль 4- вода и т.д. Сопроводите каждый способ примером.

104

10.8.Выведите формулы оксидов,' отвечающих гидроксидам НЖ)2, Ве(ОН)2, НЮ3, Н2СЮ4, Сг(ОН)3, Н28Ю3, В(ОН)3, Ьа(ОН)3, Н48Ю4, СгО(ОН), Си(ОН)2, НСЮ, ТЬ(ОН)4, НСЮ4, 8г(ОН)2, РеО(ОН), Н28е04, ННОэ. Назовите гидроксиды и оксиды.

10.9.Выведите формулы гидроксидов, отвечающих оксидам А520 3, 2пО, А820 5, Мп20 3, 8е02, КЪ20, Мп20 7, Р20 5, РЬО, 803, Ре^Оз. Назовите оксиды и гидроксиды. -

10.10.Имеются оксиды СаО, Мп20 7, СЮ3, К20 5, Ы20, С120 7, ВаО. Составьте уравнения их реакций с водой.

10.11.Получите средние соли по' следующим реакциям:

10.12. Назовите (не составляя уравнений реакций) продукты взаимодействия оксидов:

Ккаким группам оксидов относятся все реагенты?

10.13.Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций:

802 4- Ва(ОН)2 = (средняя соль, кислая соль)

»10.14. Подберите коэффициенты в уравнениях реакций:

10.15.Докажите амфотерность: а) гидроксида бериллия, б) гидроксида хрома(И1) составлением уравнений их реакций с серной кислотой и твердым гидроксидом калия.

10.16.Составьте уравнения следующих реакций:

105

Назовите полученные соли.

10.17. Укажите, как изменяются свойства элементов при повы­ шении их степени окисления в следующих рядах:

а) М п6-М п20 3-М п02-Мп20 7

б) СгО-Сг2Оз-СгО2-Сг20 5-СгС>з^

в) У(ОН)2- УО(ОН)- УО(ОН)2- У20 5• зн2о г) Ре2+-Ре3+/Ре02 -РеО Г

10.18. Составьте уравнения термических реакций с участием амфотерных гидроксидов и оксидов:

Сг20 3 4- К2820 7 = КСг(804)2 4- К2804 А12Оэ + к2со3 = КАЮ2 + со2 РеО(ОН) + Ва(ОН)2 = (ВаРе2)04 + Н20 ВеО 4* К2820 7 = К2Ве(804)2

Са(ОН)3 4- КН804 = КСа(804)2 + К2804 + Н20

10.19. Руководствуясь положением элементов в Периодической системе, составьте формулы бинарных соединений:

а) фосфора-с литием, кальцием, азотом, бромом, водородом б) алюминия-с водородом, углеродом, азотом, серой, хромом в) брома-с барием, бором, углеродом, водородом, цинком г) серы-с фосфором, углеродом, водородом, магнием, кад­

мием. , Укажите, какие из них являются бескислородными кислотами и со­ лями.

10.20. Составьте уравнения термических реакций получения двойных оксидов:

10.21. Укажите (не составляя уравнений реакций), какие би­ нарные соединения образуются в следующих парах реагентов:

Ваш ответ подтвердите составлением уравнений реакций.

10.22.Составьте уравнения термических реакций получения

сид-дихлорид хрома 4“ сульфат калия 4- сульфат натрия 4- вода

106

б) нитрид кальция 4- хлорид аммония = хлорид кальция 4- ам­ миак \ ^

в) оксид бора 4- фторид кальция 4- серная кислота = трифторид бора 4- сульфат кальция 4- вода

г) сульфат аммония 4- гидроксид кальция = аммиак 4- сульфат кальция -Ь вода

д) фторид кальция 4- серная кислота = сульфат кальция 4- фтороводород

е) сульфид хрома(Ш)^- вода = метагидроксид хрома 4- серово­ дород.

10.23. Составьте молекулярные и ионные (где это возможно) уравнения реакций по схемам (другие реагенты выберите сами):

а)Иа —► Иа20 —* ИаОН —> Иа3Р 0 4 —> ИаЖ)3 б) С —> СО 2 —* Н2С 03 —* Ма2СОэ — > ВаС03 —> С02 в) А1 —> А12Оэ —> А1Вг3 —► Д1(ОН)3 —* КАЮ2

10.24. Даны вещества: Иа20, Н20, Ре2Оэ, 80 3 и 2 п. Используя толькоэти вещества и(или) продукты их взаимодействия между собой, предложите все возможные способы получения соединений:

10.25. Приведите уравнения реакций получения следующих про­ дуктов:

Вое другие необходимые реактивы подберите сами.

107

10.27.Подберите коэффициенты в ионных уравнениях реакций

исоставьте возможные молекулярные уравнения;

10.28.См. упражнение 10.27:»

10.29. Имеется разбавленный раствор азотной кислоты, содер­ жащий 0,2 моль растворенного вещества. Требуется нейтрализовать этот раствор до рН 7. Определите (устно), возможно ли это при использовании растворов, содержащих: а) 0,3 моль сероводорода, б) 0,1 моль гидроксида бария, в) 0,2 моль гидрата аммиака, г) 0,2 моль гидрокарбоната калия, д) 0,1 моль гидроксида натрия. Ответ: (а, б, г) да, (в, д) нет. . . ..

10.30.Смешивают равные объемы 0,001М растворов: а) ИаОН и.НСЮ, б) КОН и НВг,.в) ЫН3*Н20 и НЖ)3. Какое значение рН (< 7, >7, == 7) имеет каждая смесь? Почему?

10.31.В раствор хлорида алюминия вносят порошок цинка, а_в раствор ортофосфата натрия-порошок, алюминия. В обоих

опытах наблюдают выделение газа. Составьте уравнения соответст­ вующих реакций.

11. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕМЕТАЛЛОВ. ВОДОРОД. ВОДА

Общая характеристика неметаллов. Положение неметаллов в Периодической системе элементов. Особенности электронного строения атомов неметаллов. Электроотрицательность и окисли­ тельная способность неметаллов. Неметаллические простые ве­ щества.

Водород. Положение водорода в Периодической системе. Изо­ топы водорода. Строение электронной оболочки атома водорода, характерные степени окисления. Водород как простое вещество. Строение молекулы. Физико-химические свойства. Получение и при­ менение водорода. Распространение в природе.

Вода. Строение молекулы. Физические свойства* аномалии во­

108

ды. Химические свойства воды. Вода как растворитель. Тяжелая вода.

Неметаллы. Элементы с неметаллическими свойствами занимают правый верхний угол Периодической системы:

Общая электронная конфигурация их атомов - т 2пр1' 5, где п—номер периода; отсюда вытекает большое разнообразие степеней окисления, неметаллов в их соединениях.

Характерным свойством неметаллов является большее (по сравнению с! металлами) число ^электронов на внешней электронной оболочке их атомов, а следовательно, большая способность к присоединению электронов (окислительная способность), передаваемая высокими значениями их электроотрицательности.

В свободном виде встречаются газообразные (Р2, 0 2, И2, С12) и твердые неметаллические простые вещества (В, С, 81, Р, 8, 12 и др.), при комнатной температуре известен один жидкий неметалл-бром Вг2.

Водород. Элемент водорода Н занимает особое место в Периодической системе. У него нет химических аналогов, он проявляет металлические и неметаллические свойства (поэтому часто в Периодической системе его помещают одновременно в 1А- и в УПА-группу).

Для водорода известно три изотопа: легкий водород {протий) *Н, тяжелый водород {дейтерий) 2Н (И), и сверхтяжелый водород {тритий). 3Н (Т). Протий и дейтерий - стабильные изотопы, а тритий радиоактивен (период полу­ распада 12,34 года). В природе преобладает легкий водород

терные степени окисления в соединениях-чаще (+ 1), реже ( - 1) (рис, 12).

Атом водорода имеет наименьшие размеры по срав­ нению с атомами других элементов, поэтому катион водоро­ да (протон) Н + обладает сильной проникающей способ­ ностью в электронные оболочки атомов других элементов. Атом водорода образует с атомами типичных неметаллов присущие только ему водородные связи.

109