Методы решения задач по химии. Учебное пособие

●При определенном соотношении образуются средние соли:

Внимание! В присутствии окислителей окисляются: Fe2O3 + 4КOH(т) + КClO3(т) = 2K2FeO4 феррат + КCl + 2H2O (t)

61

●С нерастворимыми основаниями амфотерные оксиды не взаимодействуют в обычных условиях.

●При сплавлении с солями летучих кислот, а также с силикатами амфотерные оксиды вытесняют кислотные оксиды:

Fe2O3 (т) + Na2CO3(пл) = 2NaFeO2 + CO2↑(t) Al2O3(т) + К2СО3(т) = 2КAlO2 + СО2↑(t) ZnO +Na2SiO3(пл) = Na2ZnO2+ SiO2 (t)

Внимание! В присутствии окислителей окисляются:

Fe2O3 (т) + 2Na2CO3(плав) + 3NaNO3(плав)= 2Na2FeO4+ 3NaNO2+ 2CO2↑(t)

●Амфотерные оксиды с водой не реагируют, что объясняется большой прочностью кристаллической структуры, преимущественно ионного типа:

Fe2O3 (т) + H2O ≠ , Al2O3(т) + H2O ≠, ZnO + H2O≠.

●Двойные оксиды (смешанно-валентные оксиды, FeO.Fe2O3) с кислотами образуют две соли:

Fe3O4 + 8HCl = FeCl2 + FeCl3 + 4H2O.

КИСЛОТНЫЕ ОКСИДЫ

Кислотные оксиды (ангидриды кислот – продукт отщепления воды от соответствующей кислоты) в воде в различной степени растворимы и с ней реагируют, кроме SiO2. При этом образуются кислотные гидроксиды, в которых сохраняется степень окисления атомной частицы неметалла. У оксидов NO2 и ClO2 нет соответствующих кислотных гидроксидов, при их растворении в воде происходит дисмутация с образованием двух различных кислот:

2NO2 + H2O= HNO2 + HNO3

2ClO2 + H2O = HClO2 + HClO3

Здесь представлен ряд реакционной способности простых веществ неметаллов по отношению к простому веществу кислороду и сложному веществу воде:

62

Восстановительные свойства простых веществ понижаются

Si B P4 H2 C S C S N2 N2 N2 Cl2 N2 Cl2 N2 Cl2 SiO2 B2O3 P4O10 H2O CO2 SO2CO SO3N2O5NO2N2O3ClО2NOCl2ОN2OCl2О7

Окислительные свойства оксидов усиливаются

● Неметаллы правее водорода могут быть восстановлены из их оксидов водородом (∆Gреакции< 0):

N2O(г) + H2(г) = N2↑+ H2O↑, ∆Gреакции = –341 кДж

2NO(г) + 2H2(г) = N2↑+ 2H2O, ∆Gреакции = –648 кДж

2NO2(г) + 7H2(г) = 2NH3 + 4H2O, ∆Gреакции = –1085 кДж:

1)2NO2(г) + 4H2(г) = N2↑+ 4H2O, ∆Gреакции = –1051 кДж

2)3H2(г) + N2 = 2NH3, ∆Gреакции = –34 кДж

CO2(г) + 4H2 = CH4 + 2H2O, ∆Gреакции = –131 кДж:

1)CO2(г) + 2H2 = C+ 2H2O, ∆Gреакции = –80 кДж

2)2H2 + C = CH4, ∆Gреакции = –51 кДж

SO2(г) + 2H2(г) = S↓ + 2H2O, ∆Gреакции = –174 кДж SО2(г) + 3H2(г) = H2S+ 2H2O, ∆Gреакции = –208 кДж: 1) SO2(г) + 2H2(г) = S↓ + 2H2O, ∆Gреакции = –174 кДж 2) H2(г) + S = H2S, ∆Gреакции = –34 кДж

● Впередистоящий неметалл восстанавливает последующие из

63

●Неметаллы до водорода не могут быть восстановлены водородом из их оксидов при стандартных условиях.

●Химические реакций

могут протекать только при очень высоких температурах. ●Растворимые кислотные оксиды взаимодействуют с основа-

ниями в обычных условиях с образованием кислых или средних солей. В избытке щелочи образуются средние солисоответствующих

кислот кислотных ангидридов:

CO2 + 2NaOH(р)избыток = Na2CO3 + H2O,

P2O5 + 6NaOH(р)избыток = 2Na3PO4 + 3H2O

SO3+ 2NaOH(р)избыток= Na2SO4 +H2O

В избытке кислотного оксида образуются кислые солисоответствующих кислот кислотных ангидридов:

CO2избыток+ NaOH(р) = NaНCO3, P2O5 избыток + 2NaOH(р) + H2O = 2NaH2PO4 P2O5 избыток + 4NaOH(р) = 2Na2НPO4 + H2O

SO3избыток+ NaOH(р) = NaHSO4

Помните! Возможно и промежуточное состояние (почему-то отсутствует в школьной программе), когда одновременно образуются средняя и кислая соли или две кислые соли٭:

P2O5 избыток + 4NaOH(р) = Na3PO4+ NaH2PO4+ H2O P2O5 избыток + 5NaOH(р) = Na3PO4+ Na2НPO4+ 2H2O

64

P2O5 избыток + 3NaOH(р) = NaH2PO4+ Na2НPO4

Аналогично:

2CO2 избыток+ 3NaOH(р) = Na2CO3 + NaНCO3+ H2O 2SO2 избыток+ 3NaOH(р) = Na2SO3 + NaНSO3+ H2O 2SO3избыток+ 3NaOH(р) = Na2SO4 + NaНSO4+ H2O

٭смотрите раздел «Решение задач на кислые соли».

●Большинство нерастворимых кислотных оксидов взаимодействует с основаниями при сплавлении или сильном нагревании:

●CO2 реагирует при нагревании с некоторыми амфотерными гид-

роксидами (Be(OH)2,Zn(OH)2,Pb(OH)2 и Cu(OH)2) с образованием нерастворимых основных солей: ((BeOH)2CO3, (CuOH)2CO3, (PbOH)2CO3, (ZnOH)2CO3, смотрите выше):

CO2 + 2Zn(OH)2 = (ZnOH)2CO3 + H2O

Такие же основные соли образуются в избытке многокислотного основания при умеренном нагревании:

CO2 + 2Fe(OH)2 = (FeOH)2CO3 + H2O

●Нелетучие кислотные оксиды вытесняют при сплавлении летучие кислотные оксиды из их солей (SiO2 → CO2 , SiO2 → P2O5):

Na2CO3расплав+ SiO2 = Na2SiO3 + CO2

2Na3PO4расплав + 3SiO2 = 3Na2SiO3 + P2O5

●Кислотные оксиды реагируют с основными оксидами при нагревании:

SiO2 + Na2O = Na2SiO3

CO2 + СaO = CaCO3

●Кислотные оксиды не взаимодействуют друг с другом или с кислотами, но сильный дегидратирующий кислотный оксид взаимодействует с безводными кислородсодержащими кислотами:

P2O5(т) + 2HClO4(безвод) = Cl2O7 + 2HPO3↑

P2O5(т) + 2HNO3(безвод) = N2O5 + 2HPO3↑

65

●Имеют место также окислительно-восстановительные реакции между кислотными оксидами:

NO2(г) + SO2(г) = SO3 + NO (t)

●Имеют место также окислительно-восстановительные реакции между кислотными оксидами и кислотами:

SO2+ 2H2S = 3S + 2H2O

●Кислотные оксиды образованы не только неметаллами, но также металлами (в основном d-элементами) в высших степенях окисления (V2O5, CrO3, WO3, MoO3, Mn2O7, ОsO4), некоторые из которых хорошо растворяются в воде с образованием соответствующих кислот:

CrO3 + H2O = H2CrO4

Mn2O7 + H2O = 2НMnO4

Остальные оксиды (WO3, MoO3, ОsO4) в воде не растворяются, но они растворяются в растворах или расплавах щелочей:

Помните! Большинство кислотных оксидов неметаллов имеет

молекулярную кристаллическую решетку: SO2(г), CO2(г), NO2(г), SO3(лж), N2O3(лж), P2O5(тл), N2O5(тл) SеO2(тл), ТеO2(тл) (лж – летучая жидкость, тл – твердое летучее вещество); но SiO2(т) – вещество с атомной кристал-

лической решеткой.

КИСЛОТЫ

●Сильные кислоты взаимодействуют с растворами средних и кислых солей более слабых кислот по принципу: сильные кислоты вытесняют из растворов солей более слабые кислоты:

3H2SO4(р) + 2К3РО4(р) = 3K2SO4 + 2H3РО4

H2SO4(р) + 2КН2РО4(р) = K2SO4 + 2H3РО4

H2SO4(р) + К2НРО4(р) = K2SO4 + H3РО4

2HCl(р) + Na2CO3(р) = 2NaCl + H2O + CO2

HCl(р) + NaНCO3(р) = NaCl + H2O + CO2

●Сильные кислоты взаимодействуют c солями или растворами солей других сильных кислот, если при этом образуется нераствори-

66

мая соль или летучая кислота (сильная, более тяжелая нелетучая кислота вытесняет летучую кислоту):

NaCl(т) + H2SO4(к) = NaHSO4 + HCl↑ (t)

BaCl2(р) + H2SO4(к) = BaSO4↓+ 2HCl↑ (t)

●В нарушение общеизвестного правила «сильные кислоты вытесняют слабые из растворов их солей» можно осуществить противоположный процесс, если в результате реакции образуется малорастворимое или устойчивое комплексное соединение:

Pb(NO3)2(p) + H2S(p) = PbS↓ + 2HNO3 (Ag+, Cd2+, Hg2+)

H2S(p) + CuSO4(p) = CuS↓+ H2SO4

6HF(p) + FeCl2(p) = H3[FeF6] + 3HCl

FeCl3(pp) + 2H2O = FeO(OH)↓метагидроксид+ 3HCl

●Нелетучая кислота средней силы (H3РO4) вытесняет сильные летучие кислоты (HCl, HNO3) из растворов их солей при условии образования нерастворимой соли:

3AgNO3 + H3РO4 = Ag3PO4↓ + 3HNO3↑ (t)

●Кислоты взаимодействуют с основными солями с образованием средних солей:

МеОНCl + HCl = MeCl2 + H2O Ме(ОН)2Cl + 2HCl = MeCl3 + 2H2O

за счет реакции нейтрализации: ОН– + Н+ = H2O

●При действии многоосновной кислоты на среднюю соль той же кислоты образуется кислая соль:

Na2SO4(т) + H2SO4(к) = 2NaHSO4

PbSO4(т) + H2SO4(к) = Pb(HSO4)2 Na2СO3(р) + СО2 + H2O = 2NaHСO3 СаСO3(суспенз) + СО2 + H2O = Са(HСO3)2

●При взаимодействии избыточноймногоосновной кислотыс основаниемвсегда образуется или кислая соль, или одновременно две кислые соли, или одновременно кислая и средняя соли:

67

2H2SO4(р)изб+ Ca(OH)2(р) = Ca(HSO4)2(р)+ H2O

H3РO4изб+ NaOH(р) =NaH2РO4 (р)+ H2O (1:1)

H3РO4изб+ 2NaOH(р) =Na2HРO4 (р)+ 2H2O (1:2)

2H3РO4изб+ 3NaOH(р) =NaH2РO4 (р)+ Na2HРO4 (р)+ 3H2O (1:1,5) 2H3РO4 изб+ 5NaOH(р) =Na2HРO4 (р)+ Na3РO4 (р)+ 5H2O (1:2,5)

●При взаимодействии избыточного многокислотного основания с кислотой всегда образуется или основная соль, или две основные соли, или средняя и основная соли:

Ca(OH)2 +HCl = CaОHCl+ H2O

2Ca(OH)2(р)избыток+ H2SO4(р) = (CaОH)2SO4 + H2O

Al(ОН)3 +HCl =Al(ОН)2Cl+H2O (1:1)

Al(ОН)3 +2HCl =Al(ОН)Cl2+2H2O (1:2) 2Al(ОН)3 +3HCl =Al(ОН)2Cl+Al(ОН)Cl2+3H2O (1:1,5)

2Al(ОН)3 +5HCl =AlCl3+Al(ОН)Cl2+3H2O (1:2,5)

●При приливании щелочи к кислоте последняя оказывается в избытке, поэтому вначале образуется кислая соль:

H2SO4(р) + NaOH(р) = NaHSO4(р)+ H2O

Если продолжать добавлять в полученный раствор щелочь, то образуется средняя соль:

NaHSO4(р)+ NaOH(р) = Na2SO4(р)+ H2O

Следовательно, в избытке многоосновной кислоты всегда образуется кислая соль, а в избытке щелочи – средняя соль.

●При приливании кислоты к щелочи последняя оказывается в избытке, поэтому вначале образуется средняя соль:

2NaOH(р)+ H2SO4(р) =Na2SO4(р)+ 2H2O

Если продолжать добавлять в полученный раствор кислоту, то образуется кислая соль:

Na2SO4(р)+H2SO4(р) = 2NaHSO4(р)

Следовательно, в избытке щелочи всегда образуется средняя соль, а в избытке многоосновной кислоты – кислая соль.

68

●При действии кислоты на среднюю соль, анион которой содержит атомную частицу амфотерного металла (Na2ZnO2), образуется:

– при недостатке кислоты – средняя соль и гидроксид амфотерного металла:

Na2ZnO2 (р) + H2SO4(р) = Na2SO4 + Zn(OH)2↓

– в избытке кислоты – две средние соли и вода:

Na2ZnO2 (р) + 2H2SO4(р) = Na2SO4 + ZnSO4 + 2H2O

ОСНОВАНИЯ

●Щелочи получают по реакциям металлов, основных оксидов и гидридов с водой:

2Ме + 2H2O = 2МеОН + H2(Ме = щелочные металлы)

Ме2О + H2O = 2МеОН (Ме = щелочные металлы)

Ме + 2H2O = Ме(ОН)2+ H2(Ме = щелочно-земельные металлы) МеО + H2O = Ме(ОН)2(Ме = щелочно-земельные металлы)

MeH(т) + H2O = MeOH + H2↑

● Щелочи получают по реакциям обмена: Me2SO4(р) + Ba(OH)2(р) = BaSO4↓+ 2MeOH Me2CO3(р) + Са(OH)2(р) ↔ СаCO3↓ + 2MeOH

●Щелочи получают электролизом растворов солей с диафрагмой: 2NaCl(р) + 2H2O= 2NaOH + H2↑+ Cl2↑ (300г/л; 60–90 оС);

●Cильные основания вытесняют слабые основания из растворов средних и оснóвных солей:

FeCl2 + 2NaОН = Fe(ОН)2↓белый→зеленый+ 2NaCl

AlCl3 + 3NaОН = Al(ОН)3↓ + 3NaCl

NH4Cl(р) + NaOH(р) = NH3.H2O + NaCl

2NH4Cl(р) + Ca(OH)2(р) = 2NH3.H2O + CaCl2

FeCl3(р) + 3NaOH(р) = Fe(OH)3↓бурый + 3NaCl

Fe(ОН)2Cl + NaОН = Fe(ОН)3↓ + NaCl

69

Fe(ОН)Cl2 + 2NaОН = Fe(ОН)3↓ + 2NaCl

● Слабые основания вытесняют более слабые основания из растворов солей:

Al3+ + 3NH3. H2O(р) = Al(OH)3↓белый + 3NH4+

Cr3+ + 3NH3. H2O(р) = Cr(OH)3↓серо-зеленый + 3NH4+

Sn2+ + 2NH3. H2O(р) = Sn(OH)2↓белый + 2NH4+

Be2++ 2NH3. H2O(р) = Be(OH)2↓белый + 2NH4+

● Cильные основания взаимодействуют с кислыми солями с образованием средних солей:

NaOH(р) + NaHCO3 = Na2CO3 + H2O

2KOH(р) + КН2РО4(р) = K3РО4 + 2H2O

KOH(р) + К2НРО4(р) = K3РО4 + H2O

за счет реакции нейтрализации: ОН– + Н+ = H2O

● Cильные основания взаимодействуютс кислотными оксидами и кислотами (смотрите выше).

● Взаимодействие слабых оснований с аммиаком

В представленном ряду слабых оснований Mg(OH)2, Mn(OH)2, Ni(OH)2, Cd(OH)2, Pb(OH)2, Co(OH)2, Fe(OH)2, Cr(OH)2, Zn(OH)2, Cu(OH)2, AuOH // Ве(OH)2, Hg(OH)2, Sn(OH)2, Cr(OH)3, Al(OH)3, Fe(OH)3 в аммиаке растворяются некоторые из тех, что стоят до Ве(OH)2. Однако

Mg(OH)2, Mn(OH)2Pb(OH)2, Fe(OH)2 и Cr(OH)2) не растворяются в ам-

миаке, так как их аммиакаты в растворе неустойчивы. Основания правее AuOH не растворяются в аммиаке.

ЭОН + 2NH3(р) = [Э(NH3)2]OH, Э = Cu, Ag , Au

Или: ЭОН + 2NH3 .H2O(p) = [Э(NH3)2]OH + 4H2O, Э = Cu, Ag, Au Cu(OH)2 + 4NH3(конц.р.)=[Cu(NH3)4]2+интенсивно синий + 2OH-

Или:Cu(OH)2 +4NH3.H2O(конц.р.) =[Cu(NH3)4]2+интенсивносиний+2OH–+4H2O Zn(OH)2 + 4NH3(p) = [Zn(NH3)4](OH)2 бесцветный

Или: Zn(OН)2 + 4NH3 .H2O(p) =[Zn(NH3)4](OН)2 + 4H2O

Ni(OН)2 + 4NH3 .H2O(конц.р.) = [Ni(NH3)4](OH)2 сине-голубой + 4H2O

70