Методы решения задач по химии. Учебное пособие

●Оснóвные соли, образованные слабыми основаниями, взаимодействуют с сильными основаниями в растворе:

Be(OH)Cl + KOH = Be(OH)2↓+ KCl

Mg(ОН)NO3 + KOH = Mg(OH)2↓ + KNO3

Cu(OH)Cl + KOH = Cu (OH)2↓ + KCl

●Оснóвныесоливзаимодействуютскислымисолямиврастворе: 2Al(ОН)2Cl + 4KHSO4 = 2KCl+ Al2(SO4)3 + K2SO4 + 4H2O 2Al(ОН)2+ + 4HSO4– = 2Al3+ + 4SO42– + 4H2O

Al(ОН)Cl2 + KHSO4 = KCl + AlClSO4+H2O

Или: 3Al(ОН)Cl2 + 3KHSO4 = 3KCl + Al2(SO4)3 + AlCl3 + 3H2O Al(ОН)2+ + HSO4– = Al3+ + SO42– + H2O

КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

(Гидроксокомплексы)

●Как было показано выше, некоторые металлы, их оксиды и гидроксиды (амфотерные) растворяются в аммиаке или в щелочах с образованием аммиачных комплексов или гидроксокомплексов:

13) Zn(NO3)2(p) + 4KCN(p) = K2[Zn(CN)4](p)

14) 2Al(т) + 2NaOH(р) + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2 (упрощенно)

91

15) Na[Al(OH)4]гидроксоалюминат= NaAlO2 + 2H2O↑ (tt)

16) 2Al(т) + 2NaOH(р)+ 10H2O = 2Na[Al(OH)4(H2O)2] + 3H2↑

диакватетрагидроксоалюминат

17)2Al(т) + 6NaOH(к) + 6H2O = 2Na3[Al(OH)6] + 3H2↑

18)Al2O3(т) +2NaOH(р)+3H2O=2Na[Al(OH)4] (упрощеннаязапись) наязапись19))Al2O3(т) + 2NaOH(р) + 7H2O = 2Na[Al(OH)4(H2O)2] (коррект-

20)Al2O3(т) + 6NaOH(конц. р) + 3H2O = 2Na3[Al(OH)6]

21)Fe(OH)3(т) + 3KOH(к, горячий) = K3[Fe(ОН)6]

22)Cr(OH)3(т) + 3KOH(к) = K3[Cr(OH)6]р.зеленый

23)Cr(OH)3(т) + KOH(р) + 2H2O = K[Cr(OH)4 (H2O)2] р.зеленый или упрощенно: Cr(OH)3(т) + KOH(р) = K[Cr(OH)4]

●Придействиисильнойкислотынакомплекснуюсольобразуется:

1)при недостатке кислоты (добавляютпо каплям до прекрашения образования осадка) – средняя соль, гидроксид металла и вода:

Na[Al(OH)4] + HCl = NaCl + Al(OH)3↓+ H2O

Na2[Zn(OН)4](р) + 2HCl(р) = 2NaCl + Zn(OH)2↓ + 2H2O 2) в избытке кислоты – две средние соли и вода:

Na[Al(OH)4] + 4HC = NaCl + AlCl3 + 4H2O

Na2[Zn(OН)4](р) + 4HCl(р) = 2NaCl + ZnCl2 + 4H2O:

Возможно также образование основных солей при постепенном добавлении кислоты:

Na[Al(OH)4] + 2HCl = NaCl + Al(OH)2Cl + 2H2O

Na[Al(OH)4] + 3HCl = NaCl + Al(OH)Cl2 + 3H2O

● При действии слабой кислоты (кислотного оксида) на комплексную соль образуется кислая соль (избыток кислоты или кислотного оксида) или средняя соль активного металла, амфотерный гидроксид и вода:

Na2[Zn(OН)4](р) + 2SO2(изб) = Zn(OН)2↓ + 2NaHSO3

Na2[Zn(OН)4](р) + 2CO2(изб) = Zn(OН)2↓ + 2NaHCO3

Na2[Zn(OН)4](р) + 2H2S(г) = Zn(OН)2↓ + 2Na2S+2H2О

Na2[Zn(OН)4](р) + 2NH4Cl(р) = Zn(OН)2↓+ 2NaCl + 2NH3 + 2H2О

Na[Al(OH)4]+CO2изб = NaHCO3+Al(OH)3↓ 2Na[Al(OH)4](р) + СО2(г) = 2Al(OH)3↓+ Na2СO3+ H2O

92

Na3[Al(OH)6](р) + 3СО2(изб) = Al(OH)3↓+ 3NaHСO3 или 2Na3[Al(OH)6](р) + 3СО2(г) = 2Al(OH)3↓+ 3Na2СO3 + 3H2O Na[Al(OH)4](р) + H2S(р)изб = Al(OH)3↓+ NaHS+ H2O Na3[Al(OH)6](р) + 3H2S(г)изб = Al(OH)3↓+ 3NaHS+ 3H2O Na[Al(OH)4](р) + SО2(г) изб = Al(OH)3↓+ NaНSO3 Na3[Al(OH)6](р) + 3SО2(г)изб = Al(OH)3↓+ 3NaHSO3 Na[Al(OH)4](р)+ NH4Cl(р) = Al(OH)3↓+ NaCl + NH3 + H2О Na3[Сr(OH)6](р) + 3СO2 изб = Cr(OH)3↓+ 3NaHСO3 Na3[Сr(OH)6](р) + 3СO2 = Cr(OH)3↓+ 3Na2СO3 + 3H2O Na3[Сr(OH)6](р) + 3NH4Cl(р) = Cr(OH)3↓+ 3NaCl + 3NH3 + 3H2О

Этиреакции протекаютзасчетнейтрализации ОН–+ Н+ = H2O: 2NaOН + SО2(г) изб = NaНSO3 + 2H2O;

Al(OH)3 + SО2(г) изб ≠

● При действии растворов солей, образованных слабыми основаниями, на комплексную соль образуются соответствующие слабые основания и соль:

3Na[Al(OH)4](р) + FeCl3 = 3Al(OH)3↓+ Fe(OH)3↓ + 3NaCl 3Na2[Zn(OН)4](р) + 2AlCl3 = 3Zn(OH)2↓ + 2Al(OH)3↓+ 6NaCl

за счет щелочного гидролиза соли:

3NaOН + FeCl3 =3NaCl + Fe(OH)3↓ 3NaOН + AlCl3 =3NaCl + Al(OH)3↓

● При термическом разложении гидроксокомплексов образуются бериллаты, цинкаты, алюминаты, хромиты и т.д.:

93

Механизмы этих реакций можно представить так:

1)NaOН ≠ (t);

2)Al(OH)3 = AlOOHметагидроксид + H2O

3)NaOН + AlOOH = NaAlO2 + H2O

●При добавлении в раствор гидроксокомплекса гидроксида того же металла:

Na[Al(OH)4](р) →Al(OH)3↓+ NaOH

Na3[Сr(OH)6] →Cr(OH)3↓ + 3NaOH

● При разбавлении гидроксокомплексов водой выпадает в осадок слабое основание за счет гидролиза:

Na[Al(OH)4] → Al(OH)3↓+ NaOН

Na2[Zn(OН)4] → Zn(OН)2 + 2NaOН

Na3[Сr(OH)6] → Сr(OH)3↓+ 3NaOН

РАЗЛОЖЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СОЛЕЙ

●Нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений от магния по медь (в том числе и нитрат лития), разлагаются по схеме (обратите внимание на повышение степени окисления переходного элемента, находящегося в промежуточной степени окисления):

4Fe(NO3)2 = 2Fe2O3 + 8NO2 + O2 4Fe(NO3)3 = 2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + О2 4LiNO3 = 2Li2O + 4NO2 + O2

●Нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений металлов между литием и магнием, разлагаются по схеме:

2NaNO3 = 2NaNO2 + O2

●Нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений металлов правее меди, разлагаются по схеме:

2AgNO3 = 2Ag + 2NO2↑ + О2↑

94

●Карбонатыметаллов(кромещелочных) разлагаютсядооксидов: CaCO3 = CaO + CO2↑

●Сульфаты металлов (кроме щелочных): 4FeSO4= 2Fe2O3(т) + 4SO2↑ + О2↑(t> 700 оС) 4CrSO4= 2Cr2O3(т) + 4SO2↑ + О2↑(t> 700 оС)

2Fe2(SO4)3(т) = 2Fe2O3(т) + 6SO2 ↑ + 3O2↑(t> 700 оС) 2Cr2(SO4)3(т) = 2Cr2О3(т) + 6SO2↑ + 3O2↑ (800 oC)

●При термической диссоциации аммонийных солей летучих кислот выделяется аммиакисоответствующеевеществовгазообразномвиде:

NH4I → NH3↑ + HI↑ (t)

NH4Br → NH3 ↑ + HBr↑ (t)

NH4Cl → NH3↑ + HCl↑ (338 оС)

NH4F → NH3↑ + HF↑ (t)

(NH4)2CO3 NH3↑ + NH4HCO3 (до 50 оС)

NH4HCO3 → NH3↑ + CO2↑ + Н2О↑ (58 оС )

В конечном виде: (NH4)2CO3 = 2NH3↑+ CO2↑+ Н2О↑ 58 оС) (NH4)2S → NH3↑ + NH4HS (t1, первая стадия) NH4HS NH3↑ + H2S↑ (t2>t1, вторая стадия)

Окончательно можно записать: (NH4)2S = 2NH3↑+ H2S↑

CH3COONH4 → CH3COOH↑+ NH3↑

●При тех же условиях из солей нелетучих многоосновных средних и слабых кислот выделяется только аммиак, а в остатке образуются кислые соли. При более высокой температуре кислые соли могут разлагаться до соответствующих кислот, которые тут же дегидратируются:

(NH4)2MoO4 →NH3↑ + NH4HMoO4 (t1, первая стадия) NH4HMoO4 → NH3↑ + H2MoO4 (t2 >t1, вторая стадия)

H2MoO4 →MoO3 + Н2О (t3 >t2 , третья стадия – дегидратация) В итоге можно записать:

(NH4)2MoO4 = 2NH3↑ + MoO3 + Н2О(t)

95

Если в состав соли аммония входит анион сильной нелетучей кислоты, то протолиз приводит к образованию кислой соли:

(NH4)2SO4 → NH3↑ + NH4HSO4 (355 оС)

Разложениефосфатовможно представитьследующимисхемами: (NH4)3РO4 → NH3↑ + (NH4)2HРO4 (до 40 оС) (NH4)2HРO4 → NH3↑ + NH4H2РO4 (до 70 оС)

NH4H2РO4 → NH3↑ + H3РO4 (155 оС),

H3РO4 = HРO3 + Н2О (250 оС)

В конечном виде: NH4H2РO4 = NH3↑ + HРO3 + Н2О (250 оС). ●Разложениесолейаммония,образованныханионом-окислителем

NH4NO3 = N2O↑ + 2Н2О↑ (240 оС)

NH4NO2 = N2↑ + 2Н2О↑ (70 оС)

(NH4)2 Cr2O7 = N2↑+ Cr2O3 + 4Н2О↑ (170 оС) 2(NH4)2CrO4= Cr2O3 + N2↑+ 2NH3↑+ 5Н2О (180 оС)

●Разложение кислых солей

2HCO3– → [HCO3– + HCO3–] → CO32 – + CO2↑ + Н2О↑,

2NaHCO3 = Na2CO3+ CO2↑+ Н2О↑

Ca(HCO3)2 = CaCO3+ CO2↑+ Н2О↑

При разложении гидрофосфатов щелочных металлов происходит автопротолиз гидрофосфат-ионов с образованием средних и кислых солей фосфорной и пирофосфорной кислот:

2Na2HРO4 = Na4P2O7 + Н2О (250 оС)

2NaН2РO4 = Na2Н2P2O7 + Н2О (350 оС)

ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

1. Гидролизу поаниону подвергаются анионы слабых кислот (F–, S2–, NO2–, CO32–, SiO32–, SO32–, PO43–, ClO–, ClO2–), соликарбоновых ки-

слот, алкоголяты (правильно будет записать только первую ступень

96

гидролиза). При этом эти анионы отбирают у воды ион водорода, оставляя в остатке ионы OH–, вследствие чего среда раствора соли ста-

новится щелочной (pH>7):

S2 – + Н2О ↔ HS– + OH-,

CO32 – + Н2О ↔ HCO3– + OH-,

PO43 – + Н2О ↔ HPO42– + OH-,

ClO– + Н2О ↔ HClO + OH-,

CH3COO– + Н2О ↔ CH3COOH + OH–,

C2H5O– + Н2О ↔ C2H5OH + OH–.

Химическое равновесие сильно смещено влево, так как в правой части уравнения реакции накапливается щелочь. Следовательно, если нейтрализовать ее, то можно равновесие полностью сместить вправо.

2. Гидролизу по катиону подвергаются катионы слабых основа-

ний (NH4+, Mg2+, Al3+, Be2+, Mn2+, Zn2+, Cr2+, Cr3+, Fe2+, Fe3+, Ni2+, Sn2+, Pb2+, Cu2+). Правильно будет записать только первую ступень гидролиза. При этом эти катионы забирают у воды OH--ионы, оставляя в остатке ионы Н+, вследствие чего среда раствора соли становится кислой

(рН<7):

Mg2++ Н2О ↔ MgОН+ + Н+,

Zn2+ + Н2О ↔ ZnОН+ + Н+,

Cr3++ Н2О ↔ CrОН2+ + Н+,

Al3++ Н2О ↔ AlОН2+ + Н+.

Чем выше заряд катиона, тем сильнее подвергается катион гидролизу, и тем выше значение рН.

Химическое равновесие сильно смещено влево, так как в правой части уравнения реакции накапливается сильная кислота. Следовательно, если нейтрализовать ее, то можно равновесие полностью сместить вправо.

3. Гидролизу подвергаются одновременно по катиону и аниону соли, образованные катионами слабых оснований и анионами слабых кислот. При этом среда раствора соли близка к нейтральной – она слабокислая или слабощелочная.

Химическое равновесие смещено вправо, т.к. образуются слабые электролиты, а при образовании нерастворимого осадка или газообразного вещества гидролиз идет до конца.

97

Pb2+ + 2CH3COO– + 2Н2О ↔ 2CH3COOH + Pb(OH)2↓, 2Cr3++ 3S2 – + 6Н2О ↔ 3Н2S↑+ 2Cr(ОН)3↓.

4. Катионы сильных оснований и анионы сильных кислот гидролизу не подвергаются, поэтому среда раствора, как и среда чистой воды, нейтральная:

Cl– + Н2О ≠, Na++ Н2О ≠ .

Факторы, влияющие на степень гидролиза:

1)с повышением температуры гидролиз усиливается;

2)с понижением концентрации раствора (по мере разбавления) гидролиз усиливается;

3)чемслабееоснованиеикислота,темсильнеепротекаетгидролиз.

4)чем выше заряд катиона, тем сильнее протекает гидролиз.

5)при нейтрализации щелочи или кислоты, что накапливается в правой части реакции, равновесие можно полностью сместить вправо,

т.е. гидролиз усиливается.

6)если в щелочной раствор соли добавить щелочь гидролиз ос-

лабевает;

7)если в кислый раствор соли добавить кислоту, гидролиз осла-

бевает.

Совместный гидролиз солейимеет место, когда смешивают раст-

воры солей, подвергающиеся гидролизу одна по катиону, а другая – по аниону.Совместныйгидролизсолейпрактическипротекаетдо конца:

Pb2++ CO32 – + Н2О → Pb(OH)2↓ + CO2↑

Al3+ + PO43 – + 3Н2О→Al(OH)3↓ +Н3PO4 2Fe3+ + 3SiO32 – + 6Н2О→2Fe(OH)3↓ +3Н2SiO3↓

98

Примеры для самостоятельной работы

1.Даны вещества: серная кислота(конц. р-р), углерод,оксид цинка, гидроксид натрия (р-р). Напишите четыре уравнения возможныхреакций между этими веществами.

1)2H2SO4 + C = CO2 + 2SO2 + 2H2O

2)H2SO4 + ZnO = ZnSO4 + H2O

3)H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O

4)ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4]

2.Даны вещества: перманганат калия (р-р), йодоводородная кислота, карбонат кальция, сульфит калия (р-р). Напишите четыре уравнения возможных реакций между этими веществами.

1)2KMnO4 + 16HI = 5I2 + 2KI + 2MnI2 + 8H2O

2)2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O = 3K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH

3)2HI + CaCO3 = CaI2 + CO2 + H2O

4)4HI + K2SO3 = 2I2 + S + 2KOH + H2O

3.Даны вещества: дихромат калия (р-р), соляная кислота (конц. р-р), карбонат аммония (р-р), гидроксид калия (р-р). Напишите четыре уравнения возможных реакций между этими веществами.

1)K2Cr2O7 + 14HCl = 3Cl2 + 2KCl + 2CrCl3 + 7H2O

2)K2Cr2O7 + 2KOH = 2K2CrO4 + H2O

3)2HCl + (NH4)2CO3 = 2NH4Cl + CO2 + H2O

4)HCl + KOH = KCl + H2O

4.Напишите уравнения реакций по схеме: простое вещество → кислота → кислотный оксид → средняя соль → кислая соль. Все вещества содержат один и тот же элемент – серу.

1)S + 6HNO3 = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O

2)Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + H2O

3)SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O

4)Na2SO3 + SO2 + H2O = Ca(HSO3)2

5.Даны:оксидкремния,солянаякислота,магний,карбонатнатрия. Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими

веществами.

1) SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si (или Mg2Si)

99

2)Mg + 2HCl = MgCl2 + H2

3)2HCl + Na2CO3 = 2NaCl + CO2 + H2O

4)SiO2 + Na2CO3=Na2SiO3 + CO2

6.Даны вещества: оксид серы (IV), перманганат калия (р-р), йодоводородная кислота, гидроксид калия (р-р). Напишите четыре уравнения возможных реакций между этими веществами.

1)5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O = K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4

2)SO2 + KOH = KHSO3

SO2 + 2KOH = K2SO3 + H2O

3)2KMnO4 + 16HI = 2KI + 2MnI2 + 5I2 + 8H2O

4)HI + KOH = KI + H2O

7. Железо прокалили на воздухе. Полученное соединение, в котором металл находится в двух степенях окисления, растворили в строго необходимом количестве концентрированной серной кислоты. В раствор опустили железную пластинку и выдерживали до тех пор, пока ее масса не перестала уменьшаться. Затем к раствору добавили щелочь, и выпалосадок.Напишитеуравнения перечисленныхреакций.

1)3Fe + 2O2 = Fe3O4

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

3)Fe2(SO4)3 + Fe = 3FeSO4

4)FeSO4 + 2KOH = Fe(OH)2↓ + K2SO4

8. Данывещества: HBr(р-р), MnO2, KOH(р-р), SO2.

Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими веществами (не больше одного уравнения на каждую пару веществ).

1)4HBr + MnO2 = MnBr2 + Br2 + 2H2O

2)HBr +KOH = KBr + H2O

3)2KOH + SO2 = K2SO3 + H2O или KOH + SO2 = KHSO3

4)MnO2 + SO2 = MnSO4

9. Оксид хрома (VI) прореагировал с гидроксидом калия. Полученное вещество обработали серной кислотой, из образовавшегося раствора выделили соль оранжевого цвета. Эту соль обработали бромоводородной кислотой. Полученное простое вещество вступило в реакцию с сероводородом. Напишите уравнения перечисленных реакций.

100