Общая, неорганическая и аналитическая химия. Конспект лекций

Соли - сложные вещества, состоящие из катионов металла и кислотного остатка.

Номенклатура солей.

Получение солей (на примере получения CuSO4)

Cu + 2H2SO4 конц. = CuSO4 + SO2 + 2H2O Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O CuO + SO3 = CuSO4

Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O

CuCO3 + H2SO4 = CuSO4 + H2O + CO2

CuCl2 + Ag2SO4 = CuSO4 + 2AgCl

Химические свойства солей

CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4 (Fe до Cu в ряду напряжений) Pb + ZnCl2 (Pb после Zn в ряду напряжений)

CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4 (осадок)

51

CuSO4 + H2S = CuS + H2SO4 (осадок)

CuSO4 + BaCl2 = BaSO4 + CuCl2 (осадок)

Разложение некоторых солей при нагревании: Ca(HCO3)2 t CaCO3 + H2O + CO2 (при кипячении воды)

CaCO3 t CaO + CO2 (кроме устойчивых карбонатов щелочных

2.2. Химия s-элементов

Химия элементов IA группы

Щелочные металлы Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Атомы этих элементов имеют электронную формулу ns1. Они являются сильными восстановителями. Их активность растет от лития к цезию. Для них характернастепеньокисления+1.Вприродещелочныеметаллынаходятся в виде хлоридов, сульфатов, карбонатов, силикатов и т.д.

Щелочные металлы мягкие, легко режутся ножом, на свежем срезе имеют серебристую окраску. Все они легкие и легкоплавкие металлы с хорошей электропроводностью. В парообразном состоянии атомы щелочных металлов образуют молекулы Э2, например, Na2.

52

Получение и химические свойства щелочных металлов

Получение:

электролизрасплава

6Li + N2 = 2Li3N

Реакции с водой и разбавленными кислотами: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

2Na + 2HCl = 2NaCl + H2

Получение и химические свойства соединений щелочных металлов

Оксиды. Оксиды щелочных металлов являются активными основными оксидами.

4Li + O2 t 2Li2O

Na2O2 + 2Na t 2Na2O

Na2O + H2O = 2NaOH

Na2O + CO2 = Na2CO3 Na2O(тв)+ Al2O3(тв) t 2NaAlO2

Na2O + 2HCl = 2NaCl + H2O

Гидроксиды. Гидроксиды щелочных металлов - это растворимые основания, щелочи. При этом их степень диссоциации увеличивается от LiOH к CsOH

NaOH Na+ + OH- ( 1)

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O 2NaOH + Zn + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2 2NaOH + ZnO t Na2ZnO2 + H2O NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4]

53

3NaOH + FeCl3 = Fe(OH)3 + 3NaCl

Гидриды. Гидриды щелочных металлов – восстановители.

NaH + H2O = NaOH + H2

NaH + HCl = NaCl + H2

NaH + Cl2 t NaCl + HCl

Пероксиды и надпероксиды. Являются окислителями.

Na2O2 + 2H2O = 2NaOH + H2O2

Na2O2 + 2HCl = 2NaCl + H2O2

2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2

Na2O2 + 2KI + 2H2SO4 = Na2SO4 + I2 + K2SO4 + 2H2O Na2O2 + CO t Na2CO3

2KO2 + 2H2O = 2KOH + H2O2 + O2 2KO2 + CO t K2CO3 + O2

Соли. Хорошо растворяются в воде. Соли лития окрашивают пламя горелки в карминово-красный цвет, соли натрия - в желтый цвет, соли калия - в светло-фиолетовый цвет. Соли щелочных металлов со слабыми кислотами гидролизуются, создавая щелочную среду.

Na2CO3 + H2O  NaHCO3 + NaOH

2Na+ + CO32- + H2O  HCO3- + OH- + 2Na+ CO32- + H2O  HCO3- + OH-

Химия элементов IIA группы.

Элементы IIA группы имеют электронную формулу ns2. Все они являются металлами, сильными восстановителями, несколько менее активным, чем щелочные металлы. Для них характерна степень окисления +2 и валентность II. Щелочноземельные металлы: Ca, Sr, Ba, Ra. В природе элементы IIA группы находятся в виде солей: сульфатов, карбонатов, фосфатов, силикатов. Элементы IIA группы представляют собой легкие серебристые металлы, более твердые, чем щелочные металлы.

Получение и химические свойства простых веществ

Элементы IIA группы - менее активные восстановители, чем щелочные металлы. Их восстановительные свойства увеличиваются от бериллия к радию. Кислород воздуха окисляет Ca, Sr, Ba, Ra при обычной температуре. Mg и Be покрыты оксидными пленками и окисляются кислородом только при нагревании:

54

электролизрасплава

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 Mg + 2H2O(хол.)

Mg + 2H2O(гор.) t Mg(OH)2 + H2 Mg + 2HCl = MgCl2 + H2

4Mg + 10HNO3(разб.) = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Получение и химические свойства соединений

Оксиды. Оксид бериллия - амфотерный оксид. Оксид магния – нерастворимый основный оксид. Оксид кальция – растворимый основный оксид.

BeO + H2O

BeO + 2HCl = BeCl2 + H2O

BeO + 2NaOH t Na2BeO2 + H2O

MgO + H2O

MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O MgO + NaOH

CaO + H2O = Ca(OH)2

CaO + CO2 = CaCO3

CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O

Гидроксиды. Гидроксид бериллия - амфотерное основание. Гидроксид магния – нерастворимое основание. Гидроксиды щелочноземельных металлов - щелочи.

Be(OH)2 + 2HCl = BeCl2 + 2H2O

Be(OH)2 + 2NaOH = Na2[Be(OH)4] Be(OH)2 t BeO + H2O Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + 2H2O Mg(OH)2 +NaOH

Mg(OH)2 t MgO + H2O

55

Ba(OH)2 + 2HCl = BaCl2 + 2H2O

Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O

Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4 + 2H2O

Гидриды. Имеют восстановительные свойства. CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2

CaH2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2

Пероксиды.

BaO2 + 2H2O = Ba(OH)2 + H2O2

BaO2 + 2HCl = BaCl2 + H2O2

2BaO2 + 2CO2 = 2BaCO3 + O2

Соли. Содержание ионов Ca2+ и Mg2+ обуславливает жесткость воды: временную, если есть гидрокарбонаты Ca и Mg, и постоянную, если в воде есть хлориды или сульфаты Ca и Mg.

CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl Ca(HCO3)2 + Сa(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O Ca(HCO3)2 t CaCO3 + H2O + CO2

CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2

2.3. Химия р-элементов

Химия элементов IIIA группы

Элементы IIIА группы имеют электронную формулу ns2np1. Они являются значительно менее активными восстановителями, чем щелочноземельные металлы. Для них характерна степень окисления +3, и валентность III. В группе сверху вниз растут металлические свойства элементов, растут восстановительные свойства их атомов. Увеличиваются основные свойства гидроксидов и уменьшаются их кислотные свойства:

Соединения Tl3+ являются сильными окислителями и восстанавливаются до соединений Tl+.

Химические свойства бора и его соединений

4H3BO3 + 2NaOH = Na2B4O7 + 7H2O

Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O = Na2SO4 + 4H3BO3

4Al + 3O2 = 2Al2O3 (металл покрыт оксидной пленкой) 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 (без оксидной пленки) 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2 8Al + 3Fe3O4 t 9Fe + 4Al2O3

Оксид алюминия - амфотерный оксид

Al2O3 + H2O

Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O Al2O3 + 2NaOH t 2NaAlO2 + H2O

Гидроксид алюминия - амфотерный гидроксид. AlCl3 + 3NH4OH = Al(OH)3 + 3NH4Cl

AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl

Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O 2Al(OH)3 t Al2O3 + 3H2O

Соли алюминия гидролизуются. Некоторые из них (Al2S3, Al2(CO3)3) полностью разлагаются водой.

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S Al2(CO3)3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 3CO2

57

Химия элементов IVA группы

Элементы IVA группы имеют электронную формулу ns2np2. Углеродикремнийявляютсянеметаллами,германий,олово,свинец - металлами. Для элементов характерны степени окисления +4, +2, 0, -4 и валентность IV. В возбужденном состоянии атомы имеют конфигурацию ns1np3, в этом состоянии для них характерна sp3-ги- бридизация.

Свойства углерода и его соединений

Характерные степени окисления углерода, электронные формулы соответствующих ионов, химические свойства и примеры соединений приведены в таблице.

CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3-  2H+ + CO32- CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O

CO2 + H2O+ CaCO3 = Ca(HCO3)2 CO2 + 2Mg t C + 2MgO

Свойства карбонатов и гидрокарбонатов

NaOH + CO2 = NaHCO3 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O

Na2CO3 + H2O  NaHCO3 + NaOH (I ступень гидролиза Na2CO3) NaHCO3 + H2O  NaOH + H2CO3 (гидролиз NaНCO3)

Свойства карбидов

СaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2 Al4C3 + 12HCl = 4AlCl3 + 3CH4

59

Кремниевая кислота и силикаты. Кремниевая кислота имеет полимерное строение и состав xSiO2 yH2O. Н2SiO3 – условная формула, такого соединения не выделено.

Получение и свойства соединений олова и свинца

Гидроксиды олова и свинца имеют амфотерные свойства. При этом в степени окисления +2 в гидроксидах преобладают основные свойства, а в степени окисления +4 - кислотные. Соединения Sn2+ имеют восстановительные свойства, а соединения Pb4+ - окислительные:

SnCl2 + 2NaOH = Sn(OH)2 + 2NaCl

Sn(OH)2 + 2HCl = SnCl2 + 2H2O

Sn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Sn(OH)4]

SnCl4 + 4NH4OH = H2SnO3 + 4NH4Cl + H2O

H2SnO3 + 2NaOH + H2O = Na2[Sn(OH)6]

H2SnO3 + 4HCl = SnCl4 + 3H2O

SnCl2 + 2FeCl3 = 2FeCl2 + SnCl4

PbO2 + 4HCl = PbCl2 + Cl2 + 2H2O

Химия элементов VA группы

Элементы VA группы имеют электронную формулу ns2np3. Азот, фосфор и мышьяк являются неметаллами, висмут и сурьма имеют металлические свойства. Наиболее характерные степени окисления: +5, +3, 0, -3. Оксиды Э2О5 имеют кислотные свойства, свойства оксидов Э2О3: кислотные - для N и P, амфотерные - для As и Sb, основные - для Bi.

Получение и свойства азота и его соединений

Характерные степени окисления азота, соответствующие им электронные формулы, химические свойства и примеры соединений приведены в таблице.