Общая химия для поступающих в вузы. Учебное пособие

2 KMnO4¾¾t® K2MnO4 + MnO2↓+ O2↑

Обозначим через х объем кислорода, выделившегося при разложении KMnO4. Тогда объем кислорода, выделившегося при разложении KСlO3, составит 3х (так как образуется 3 моля O2). Общий объем – 8,96 л кислорода. Отсюда:

х+ 3х = 8,96; 4х = 8,96;

х= 2,24 л O2 при разложении KMnO4.

Oбьем О2, полученный при разложении KСlO3, составит: 8,96 – 2,24 = 6,72 л.

Найдем массу KMnO4, при разложении которого образуется 2,24л О2. 316 г KMnO4 → 22,4 л О2;

х г KMnO4→ 2,24 л О2.

Отсюда х = 316 × 2,24 =31,6 г (KMnO4).

22,4

Найдем массу KСlO3

mKClO3 = mсмеси - mKMnO4 = 56,1 – 31,6 г = 24,5 г. Найдем массовые доли KСlO3 и KMnO4

21

Решая систему уравнений, получим: x = 24,5 г, y = 2,24 л.

Найдем массу KMnO4, при разложении которого образуется 2,24л О2: 56,1 – 24,5 = 31,6 г.

Найдем массовые доли KСlO3 и KMnO4:

Ответ: ωKClO3 = 43,7%; ωKMnO4 = 56,3%.

Задача 2. Какова масса 1 л смеси, содержащей 10% (по обьему) озона и 90% кислорода (н.у.)?

Решение:

Найдем объемы озона и кислорода:

VO3 = ϕO3 × Vсмеси = 0,1×1 л = 0,1 л;

VO2 = ϕ O2 × Vсмеси

Найдем количество веществ О3 и О2:

Найдем массу О3 и О2

mO3 = nO3 × MO3 = 0,0045 × 48 = 0,216 г ;

mO2 = nO2 × MO2 = 0,0402 × 32 =1,286 г .

Найдем массу 1 л смеси О3 и О2:

22

mсмеси = mO3 + mO2 = 0,216 + 1,286 = 1,502 г ≈ 1,5 г .

Ответ: mсмеси = 1,5 г .

Задача 3. Методом электронного баланса найдите коэффициенты в уравнении следующей окислительно-восстановительной реакции:

4 Fe +2(OH)2 + O 02 + 2H2O → 4 Fe +3( O –2H)3

Сера и ее соединения

Вприроде сера встречается в свободном состоянии и в соединениях: FeS2 – пирит, СuS, Ag2S, PbS – медный, серебряный, свинцовый блеск, СаSO4∙2H2O – гипс; в нефти, угле, белках. Имеет несколько аллотропных модификаций:

– α-сера – ромбическая (лимонно-желтая);

– β-сера – моноклинная (темно-желтая);

– аморфная сера.

Получение

Впромышленности – выплавка горных пород.

Влаборатории:

Н2SO3 + 2H2S → 3S↓ + 3H2O; 2H2S + O2 → 2 S↓ + 2H2O.

Химические свойства

1. Взаимодействие с простыми веществами:

23

2.Взаимодействие со сложными веществами:

–с водой не взаимодействует и не растворяется;

–с кислотами-окислителями

S+ 2 H2SO4(конц.) → 3SO2 + 2H2O;

S+ 6 HNO3(конц.) → Н2SO4 + 6NO2 +2H2O;

– со щелочами

3S0 + 6NaOH ¾¾t® 2Na2S–2 + Na2S+4O3 + 3H2O.

Применение

Для получения Н2SO4, для производства красителей, пороха, спичек, в медицине, в сельском хозяйстве.

Соединения серы

1. Бескислородные соединения.

H2S-2 – сероводород (бесцветный газ с запахом тухлых яиц, ядовит). Является сильным восстановителем.

5H2S-2 + 2KMn+7O4 + 3H2SO4 → 5S0↓ + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O; H2S-2 + 6HNO3 → S+4O2 + 6NO2 + 4H2O.

Водный раствор – сероводородная кислота (слабая).

I. H2S ¾¾® H+ + HS–, K1 = 1∙10-7;

¬¾ ¾

II. HS– ¾¾® H+ + S2–, K2 = 2,5∙10-13.

¬¾ ¾

Проявляет все свойства, характерные для кислот. Взаимодействует с металлами с выделением водорода, с основными оксидами, основаниями, с некоторыми солями.

2NaOH + H2S → Na2S + H2O;

NaOH + H2S → NaHS + H2O; CaO + H2S → CaS + H2O;

Рb(NO3)2 + H2S → РbS↓ + 2HNO3 (качественная реакция). черный

Получение

24

FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S↑.

2. Кислородосодержащие соединения.

SO2 – оксид серы (IV), или сернистый газ с резким запахом; кислотный оксид.

SO2 + H2O → H2SO3 – cернистая кислота

Проявляет окислительно-востановительную двойственность. 2H2S-2 + S+4O2 → 3S0↓+ 2H2O;

5 S+4O2 + 2KMnO4 + 2H2O → 2H2 S+6O4 +2MnSO4 + K2SO4.

Получение

В лаборатории

Cu + 2H2SO4(конц) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O.

В промышленности

2РbS + 3O2 ¾¾t® 2РbO + 2SO2↑.

SO3 – оксид серы (VI) – бесцветная жидкость, кислотный оксид. SO3 + H2O → H2SO4 – cерная кислота.

SO3 проявляет окислительные свойства, восстанавливается до SO2.

Получение

2SO2 + O2 ¾ t,¾V2¾O5 ® 2SO3.

Серная кислота

H2SO4 – бесцветная вязкая жидкость (ρ = 1,83г/мл).

Химические свойства

1. Взаимодействие с металлами. Сильный окислитель. В разбавленной H2SO4 окислителем является ион H+. Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, вытесняют его из разбавленной серной кислоты:

Mg + Н +2 SO4 → MgSO4 + H20↑.

25

В концентрированной H2SO4 окислителем является S+6. Продукт восстановления зависит от активности металла:

Cu + 2H2SO4(конц.) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O;

3Zn + 4H2SO4(конц.) → 3ZnSO4 + S↓ + 4H2O; 4Mg + 5H2SO4(конц.) → 4MgSO4 + H2S↑ + 4H2O.

Пассивирует при обычной температуре Fe, Al, Ni, Сr, Ti.

26

2.Взаимодействие с неметаллами S + 2H2SO4(конц.) → 3SO2↑ + 2H2O.

3.Взаимодействие с оксидами (основными, амфотерными), основаниями

CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O; 2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + H2O.

4.Взаимодействие с солями

BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓+ 2HCl - качественная реакция на SO 24− . белый

5. Взаимодействие с органическими соединениями

C12 H22 O11 + 11H2SO4(конц.) →12C(графит) + 11(H2SO4×H2O).

Получение

H2SO4 получают в несколько стадий контактным способом: I. 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2↑ – обжиг пирита

II. 2SO2 + O2 ¾ ¾t,C,¾V2¾O5® 2SO3

III. nSO3 + H2SO4 → H2SO4 ∙ nSO3 (олеум)

Приливая к олеуму необходимое количество воды, получают кислоту

H2SO4 ∙ nSO3 + nH2O → (n+1)H2SO4

Применение. Производство минеральных удобрений, волокон, пластмасс, красителей, взрывчатых веществ, в металлургии (Сu, U, Ni,…). Соли используют для борьбы с вредителями, в строительстве, медицине.

27

Задача 1. Какое количество серы выпадет в осадок при пропускании 11,2 л сероводорода (н.у.) через раствор, содержащий 41 г сернистой кислоты?

Решение:

Запишем уравнение реакции взаимодействия сероводорода с сер-

Следовательно, сернистая кислота взята в избытке, массу образующейся серы будем рассчитывать по недостатку, т.е. по объему сероводородной кислоты, вступившей в реакцию.

Составляем пропорцию: 44,8 л H2S → 96 г S; 11,2 л H2S → х г S.

Отсюда х = 11,2 ×96 = 24 г .

44,8

m(S) 24

Количество серы n(S) = M(S) = 32 = 0,7 моль. Ответ: n(S) = 0,7 моль.

Задача 2. При взаимодействии раствора серной кислоты массой 16 г с избытком раствора хлорида бария выделился осадок массой 5,7 г. Определите массовую долю серной кислоты в исходном растворе.

Решение:

Запишем уравнение реакции:

28

Найдем массу H2SO4, необходимую для получения 5,7 г BaSO4. 98 г H2SO4 → 233 г BaSO4;

х г H2SO4 → 5,7 г BaSO4 .

Ответ: ωH 2SO 4 = 15 %.

Задача 3. При растворении меди в избытке концентрированной серной кислоты выделился оксид серы (IV) объемом 448 мл (н.у.). Определите массу растворенной меди.

Решение:

Запишем уравнение реакции х 448 мл

Cu0 + 2H2SO4,конц. → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O n = 1 моль n = 1 моль

M = 64 г/моль Vm= 22,4 л/моль m = 64 г V = 22,4 л

Найдем массу меди, составив пропорцию: 64 г Cu → 22,4 л SO2;

х г Cu → 0,448 л SO2.

Отсюда х = 64 ×0,448 =1,28 г .

22,4

Ответ: m(Cu) = 1,28 г.

Вода

29

Вода – распространенное химическое вещество (¾ земного шара покрыто водой). Прозрачная жидкость без цвета и запаха. Это оксид водорода Н2О. Имеет угловое строение и полярную ковалентную связь (см. рис. 1.1 и 1.2).

Рис. 1.1. Расстояние между ядрами и угол связи в молекуле воды

Н + - О

молекула полярна

Рис. 1.2. Диполь воды

Молекулы воды между собой образуют водородные связи:

×××× О─Н ×××× О─Н ×××× О─Н ××××

/ / /

НН Н

Возникают ассоциаты (Н2О)n, что обуславливает высокие плотность (ρ=1 г/мл), температуру кипения (tкип = 100 °С).

Получение

Перегонка и очистка воды.

Химические свойства

1. Взаимодействие с простыми веществами:

– с металлами (щелочными и щелочноземельными металлами при обычных условиях).

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑;

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑.

30