Задачи и упражнения / Авдеенко А.П. Сборник задач по неорганической химии

произведение концентраций его ионов в растворе превышает его произведение растворимости (ПР) при данной температуре.

Вначале определим концентрации ионов Pb2+ и Cl¯. После смешивания равных объемов концентрация каждого из веществ уменьшится вдвое по срав-

нению с исходным раствором: [Pb2+] = [Cl¯] = 0,1:2 = 0,05 моль/л. Вычислим произведение концентраций ионов, присутствующих в растворе:

[Pb2+] [Cl¯]2 = 5∙10-2 (5∙10-2)2 = 1,25∙10-4.

Полученное произведение концентраций ионов меньше, чем ПР PbCl2 =

=2,4∙10-4.

Следовательно, раствор не насыщен и осадок выпадать не будет.

Пример 2. Образуется ли осадок PbCl2 при смешении равных объемов 0,1

М раствора Pb(NO3)2 и 1 М раствора NaCl ?

Решение. После смешения концентрация каждого вещества уменьшается вдвое:

[Pb2+] = 0,1 : 2 = 0,05 моль/л;

[Cl¯] = 1 : 2 = 0,5 моль/л.

Находим ионное произведение для PbCl2:

[Pb2+] [Cl¯]2 = 5∙10-2 (5∙10-1)2 = 1,25∙10-2. Так как ПР PbCl2 = 2,4∙10-4, то [Pb2+] [Cl¯]2 >

раствор пересыщен и осадок выпадает.

Пример 3. Как перевести в раствор: а) ион Са2+

Сu2+ из осадка CuS; в) ионы Cl¯ из осадка AgCl ?

Решение. Согласно второму правилу произведения растворимости осадок растворяется в тех случаях, когда в растворе над осадком произведение концентраций свободных ионов становится меньше соответствующего произведения растворимости.

а) Выразим ПРCaCO3 через произведение концентраций ионов:

ПРCaCO3 = [Ca2+] [CO32-].

211

Чтобы связать ион CO32-, можно приливать к осадку раствор сильной кислоты:

CO32- + 2Н+ = СО2 + Н2О.

Образующийся диоксид углерода удаляется из сферы реакции. Так как величина ПР постоянна, то концентрация иона Ca2+ в растворе над осадком бу-

дет все время увеличиваться до тех пор, пока не разрушатся все ионы CO32-, а

осадок СаCO3 перейдет в раствор.

б) Сульфиды металлов, не растворимые ни в воде, ни в минеральных кислотах, растворяются за счет окислительно-восстановительных реакций. Так, для растворения осадка CuS, для которого ПРCuS = [Cu2+] [S2-], необходимо окис-

лить S2- до элементарной серы, не растворимой в воде и поэтому выходящей из сферы реакции. С уменьшением концентрации S2- будет повышаться концен-

трация ионов Cu2+ до тех пор, пока осадок растворится. Одной из окислитель- но-восстановительных реакций может быть окисление перманганатом в кислой среде:

2MnO4¯ + 5S2- + 16H+ = 2Mn2+ + 5So + 8H2O.

в) Для переведения осадка AgCl в раствор уменьшения произведения концентрации [Ag+] [Cl¯] добиваются путем комплексообразования:

Ag+ + 2NH3 [Ag(NH3)2]+.

Таким образом, выпавший осадок переходит в раствор, но не в виде исходных ионов, а в виде комплексных ионов.

Задача № 4. Определить концентрацию раствора, на титрование которого пошел определенный объем раствора известной концентрации.

Пример 1. Определить концентрацию и титр раствора серной кислоты, если на нейтрализацию 11,25 мл ее израсходовано 10,00 мл 0,1234 н раствора едкого натра.

Решение. Для вычисления нормальной концентрации раствора кислоты используем равенство

Vк-ты СН(к-ты) = Vщ СН(щ).

212

Отсюда

СН(к-ты) = 10 0,1234 = 0,1097 экв/л.

11,25

По нормальности можно определить титр раствора ( ЭH 2SO4 = 49 г/моль):

Пример 2. Навеска Ba(OH)2 растворена в мерной колбе емкостью 250 мл, раствор разбавлен до метки водой. На титрование 20,00 мл полученного раствора израсходовано 22,40 мл 0,09884 н раствора HCl. Определить массу Ba(OH)2 в навеске.

Решение. Аналогично предыдущему примеру вначале определяем нормальность раствора Ba(OH)2:

Задача № 5. Указать наиболее специфичные качественные реакции для открытия следующих ионов из растворов: Fe2+, Fe3+, Co2+, Mn2+,

CО32-, Cl¯.

Решение. 1) Ионы Fe2+ с раствором гексацианоферрат(III) калия в солянокислой среде образуют осадок турнбулевой сини:

3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2 + 3K2SO4; 3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- = Fe3[Fe(CN)6]2 .

2) Частной реакцией на ионы Fe3+ является реакция взаимодействия с раствором гексацианоферрата калия (II) в кислой среде, сопровождающаяся образованием темно-синего осадка «берлинской лазури»:

4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl; 213

3Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- = Fe4[Fe(CN)6]3 .

3) Для открытия ионов Co2+ к раствору приливают насыщенный раствор роданида аммония и несколько капель изоамилового спирта. После взбалтывания слой изоамилового спирта окрашивается в синий цвет вследствие образования комплексного соединения:

CoSO4 + 4NH4CNS (NH4)2[Co(CNS)4] + (NH4)2SO4.

4) Ионы Mn2+ при нагревании с порошком диоксида свинца в присутствии концентрированной азотной кислоты дают малиново-красную окраску за счет образования марганцевой кислоты:

2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4 + 2H2O.

5) При добавлении к раствору, содержащему анионы CО32-, раствора сильной кислоты наблюдается выделение пузырьков бесцветного газа СО2:

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2;

CO32- + 2H+ = H2O + CO2.

6) Реактивом на ионы Cl¯ является раствор нитрата серебра, дающий с ионами Cl¯ белый аморфный осадок хлорида серебра:

NaCl + AgNO3 = NaNO3 + AgCl ;

Cl¯ + Ag+ = AgCl.

При добавлении к осадку водного раствора аммиака происходит его растворение за счет комплексообразования:

AgCl + 2NH4OH = [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O.

При последующем подкислении исследуемого раствора азотной кислотой комплекс разрушается и снова выпадает белый осадок:

[Ag(NН3)2]Cl + HNO3 = AgCl + NH4NO3 + H2O.

20.2. Задачи для самостоятельного решения

1. Как приготовить по 0,5 л 0,1 н растворов HCl и H2SO4 исходя из раствора HCl (ρ = 1,170 г/мл; 34,18 %-ной концентрации) и раствора H2SO4 (ρ = 1,82 г/мл; 91,11 %-ной концентрации) ?

214

2. Сколько граммов AgNO3 надо отвесить, чтобы приготовить 250 мл рас-

твора AgNO3 с титром 0,0010 г/мл ?

3. Пользуясь таблицей произведения растворимости, определить, какими из реактивов (Na2S, Na2CrO4, NaI) можно полнее осадить ион Ag+ из раствора

AgNO3.

4. Выпадает ли осадок CaC2O4 при смешении равных объемов 0,01 М

растворов CaCl2 и Na2C2O4 ?

5.Как перевести сульфат бария в растворимую в кислоте форму ?

6.Почему нельзя применять реакции окисления Mn2+ в MnO4¯ при по-

мощи PbO2 в солянокислом растворе в присутствии ионов I¯, S2-, H2O2 ?

7.Рассчитать рН 0,05 М раствора гидроксида бария Ba(OH)2.

8.Указать частные реакции для открытия ионов: NH4+, Al3+, Cu2+, Zn2+, Pb2+, SO42-, NO3¯.

21.ЭЛЕМЕНТЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ. ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Решение. Названия даются согласно правилам женевской номенклатуры:

23) мета-нитрофенол.

216

Задача № 2. Представить графические формулы следующих соединений:

1)2,6-диметил-3-этилгептен-2-ин-4;

2)2-метил-3-этил-4-бутилгептен-6;

3)6-амино-2-метилгептин-3-он-5-аль-1;

4)3-гидразино-2-метилбутадиол-1,4;

5)5-нитро-7-гидроксиламино-2-метил-4-изопропилгептен-2;

6)1-метилциклопентадиен-2,4;

7)5-аминоциклопентадиен-1,3;

8)циклогексатриен-1,3,5 или бензол.

Решение.

CH2–CH3 CH3

1) CH3 – C = C–C C – СН – CH3; CH3

C2Н5

2) CH3-СН-СН-СН-CH2-CH2-CH2-CH3;

CH3 CH2 -СН= CH2

OCH3

3)CH3-CH-С-С С-СН-С O ;

H

NH2

CH3

4) HOCH2-CH-СH-CH2OH;

NHNH2

NO2

5) CH3-C=CH-CH-CH-CH2-CH2-NHOH; CH3 CH3(CH3)2

Задача № 3. Какова природа каждой химической связи углерод-углерод в соединении Н3С-С С-СН=СH-NO2 ?

С С

Решение. Одинарная связь С-С – это σ-связь

Двойная связь С=С состоит из одной σ-связи и одной π-связи:

Тройная связь С С состоит из одной σ-связи и двух π-связей:

С С

Задача № 4. Представить графические формулы всех возможных изомеров алифатического углеводорода С6Н12. Назвать их.

Решение. Для алкенов существует изомерия цепи и изомерия положения двойной связи.

Задача № 5. Какова направленность реакций присоединения HCl и HBr к

CH3

Подтвердить ответ изучением индуктивного и мезомерного эффектов. Решение. 1) Индуктивный положительный эффект СН3-группы выше, чем

CH3 – CH2 – CH – С(СН3)3.

Cl

219

3) Индуктивный положительный эффект двух групп СН3 выше, чем од-

ной группы СН3, поэтому направление реакции будет следующим:

NO2

220