Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сборник задач по химии. Учебное пособие
.pdf
дам относятся оксиды: щелочных и щелочноземельных металлов,
лантана, а также всех металлов в низших степенях окисления.
Кислотными называются такие оксиды, которым соответствуют кислоты, например, таким оксидам, как CO2, SO3, Mn2O7,
соответствуют кислоты H2CO3, H2SO4, HMnO4. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов, а также металлов в высших
степенях окисления.
Амфотерными называются оксиды, которые в зависимости
от условий проявляют основные или кислотные свойства. К ним
относятся оксиды некоторых металлов главных подгрупп (бериллия, алюминия), а также оксиды некоторых металлов побочных
подгрупп периодической системы элементов в промежуточных
степенях окисления (BeO, Al2O3, ZnO, CuO, MnO2, Fe2O3, Cr2O3).
Химические свойства.
1. Большинство кислотных оксидов и оксиды щелочных и
щелочно-земельных металлов взаимодействуют с водой с образованием соответственно кислот и оснований:
SO3 + H2O = H2SO4;
Na2О + H2O = 2NaOH.
Другие основные оксиды непосредственно с водой не реа-
гируют, а соответствующие им основания получают из солей:
NiSO4 + 2NaOH = Ni(OH)2 + Na2SO4;
CuCl2 + 2KOH = Cu(OH)2 + 2KOH.
2. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды:
BaO + 2HNO3 = Ba(NO3)2 + H2O.
3. Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями также с образованием соли и воды:
SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O;
4. Основные и кислотные оксиды могут взаимодействовать
между собой с образованием соли:
MgO + SO3 = MgSO4;
CaO + N2O5 = Ca(NO3)2.
5. Амфотерные оксиды реагируют и с кислотами, и с основаниями:
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O;
ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O.
121
Получение. Оксиды получают следующими способами.
Дано:
m (Me) = 22 г
V(H2) = 5.6 дм³
Решение
1. Составляют уравнение реакции,
учитывая то, что валентность щелочноземельного металла равна двум:
Me + 2H2O = Me(OH)2 + H2↑.
Найти:
Me
.моль 25,0
4,22
5,6(H
H(
)
)
2
2
m
V
V
n
г/моль. 88
25,0
22
(Me)
(Me)
Me)(
n
m
M
1. При взаимодействии простых и сложных веществ с кис-
лородом:
4Al + 3O2 = 2Al2O3;
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O;
2H2S + 3O2 = 2H2O + 2SO2.
2. При разложении сложных веществ:
Ca(OH)2 = CaO + H2O;
2H3PO4 = 3H2O + P2O5;
CaCO3 = CaO + CO2.
3. При некоторых других реакциях:
HClO4 + P2O5 = 2HPO3 + Cl2O7;
Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2.
Пример 1. Определите щелочноземельный металл, если в
результате реакции этого металла массой 22 г с водой при нормальных условиях выделилось 5.6 дм³ водорода.
2. Рассчитывают количество вещества водорода, образую-
щегося в результате реакции по формуле
3. Определяют молярную массу металла, учитывая то, что
n(Me) = n(H2) = 0,25 моль, по формуле
Следовательно, металл Me – это стронций.
Ответ: стронций (Sr).
122
Пример 2. Состав оксида элемента выражается формулой
Дано:
m (Me) = 10,8 г
m(Me2О3) = 20,4 г
Решение
1. Составляют уравнение реакции,
учитывая то, что валентность металла
равна трем:
4Me + 3O2 = 2Me2O3.
Найти:
Me
моль. 0,3
32
9,6
)(O
)(O
)O(
2
2
2
M
m
n
моль.г/ 27
4,0
10,8
(Me)
(Me)
Me)(
n
m
M
Me2О3. Для получения оксида массой 37,6 г необходимо 28,0 г
элемента. Какой элемент образует оксид?
2. Согласно закону действующих масс рассчитывают массу
кислорода, пошедшего на реакцию по формуле
m(O2) = m(Me2О3) – m(Me) = 20,4 – 10,8 = 9,6 г.
3. Определяют количество вещества кислорода по формуле
4. На основании уравнения реакции составляют пропорцию:
4 моль Me – 3 моль O2
x моль Me – 0,3 моль O2; x = 0,4 моль Me.
5. Рассчитывают молярную массу металла:
Ответ: M(Al) = 27 г/моль. Это алюминий.
Контрольные задания
1. Назовите следующие оксиды и дайте их графические
формулы: K2O; MnO; N2O3; Cu2O; CO2; SO3; Fe2O3; P2O5; Mn2O7;
NO; FeO; P2O3; SO2; Na2O; N2O3; Ag2O; Mn3O4; SiO2; CO; N2O.
2. Напишите формулы оксидов следующих элементов
(в скобках даны степени окисления элементов): азот (+1, +2, +3,
+4, +5); хром (+2, +3, +6); хлор (+1, +7); сера (+4, +6); фосфор
(+3, +5); железо (+2, +3); углерод (+2, +4); кремний (+2, +4);
медь (+1, +2); сера (+4, +6); серебро (+1, +2); марганец (+4, +7);
бор (+1, +3); золото (+1, +3); мышьяк (+3, +5).
123
3. Напишите уравнения следующих реакций: оксид бария +
BaO + H2O ;
CrO3 + H2O ;
CaO + H2CO3 ;
SiO2 + NaOH ;
Fe2O3 + CO2 ;
Al2O3 + HNO3 ;
CuO + H2SO4 ;
MnO2 + NaOH ;
ZnO + NaOH ;
SO3 + H2O ;
BeO + KOH ;
CuO + HCl ;
СаО + Н2O ;
CO + H2O ;
Fe2O3 + H2SO
4
;
Cr2O3 + NaOH ;
SO3 + КОН ;
MnO2 + HNO3 ;
CaO + H2SO3 ;
ZnO + Ca(OH)2 ;
CuO + P2O
5
;
SO3 + Ba(OH)2 ;
P2O5 + HNO3 ;
SO2 + NaOH .
оксид серы (IV); оксид азота (III) + вода; оксид кобальта (III) +
серная кислота; оксид серы (VI) + оксид железа (III); оксид кремния (IV) + гидроксид калия; оксид меди (II) + сероводородная
кислота; оксид азота (V) + оксид цинка.
4. Закончите уравнения реакций:
5. Напишите уравнения реакций получения оксидов: MnO;
N2O3; Cu2O; Fe2O3; P2O5; Mn2O7; Ag2O; Mn3O4; SiO2; N2O; ZnO;
Bi2O3; N2O3; Ag2O; SiO2.
6. Какие из перечисленных оксидов будут взаимодейство-
вать с водой: CaO; Na2O; SiO2; CuO; P2O5; CrO3?
7. Определите объем водорода (н. у.), необходимый для
полного восстановления оксида железа (III) массой 800 кг.
8. Определите щелочной металл, если в результате реакции
металла массой 4,6 г с водой образовалось 8,0 г оксида этого металла.
9. Определите щелочной металл, если в результате реакции
этого металла массой 7,8 г с водой при нормальных условиях выделилось 2,24 дм³ водорода.
10. Определите массовую долю гидроксида кальция в растворе, если к оксиду кальция массой 5,6 г добавили 100 г воды.
11. Состав оксида элемента выражается формулой Э2О3.
Для получения оксида массой 37,6 г необходимо 28,0 г элемента.
Какой элемент образует оксид?
124
6.2. Основания
NaOH
Ca(OH)2
Bi(OH)3
Na – O – H
O – H
Ca
O – H
O – H
Bi – O – H
O – H
гидроксид
натрия
гидроксид
кальция
гидроксид
висмута (III)
Основаниями называются соединения, состоящие из металла и гидроксильных групп (OH-). Число гидроксильных групп в
основании определяется степенью окисления элемента. Существует также основание, в котором гидрокси-группа присоединена не к металлу, а к иону аммония (NH
+
). Это основание называ-
4
ется гидроксидом аммония (NH4OH).
Графические формулы:
Номенклатура. Название основания составляется из двух
слов: гидроксид + название металла в родительном падеже.
Например, LiOH – гидроксид лития; Ca(OH)2 – гидроксид кальция. Если элемент образует несколько оснований, то после названия элемента указывается его степень окисления римской цифрой
в скобках: Fe(OH)2 – гидроксид железа (II); Fe(OH)3 – гидроксид
железа (III).
Положительные ионы, которые образуются в результате отрыва от молекулы основания одной или нескольких гидроксогрупп, называются остатками оснований. Положительный заряд
остатка основания определяется числом отсоединившихся гидроксогрупп (табл. 9).
Классификация. По растворимости в воде основания де-
лятся на две группы: растворимые в воде (щелочи) и нерастворимые. Щелочами являются гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (кроме бериллия и магния). Гидроксиды
всех других металлов нерастворимы в воде.
125
Таблица 9
Основания
Остатки оснований
Формула
Название
Формула
Название
KOH
Гидроксид калия
K
+
Калий-ион
Mg(OH)
2
Гидроксид магния
Mg(OH)
+
Гидроксомагний-ион
Mg
2+
Магний-ион
Bi(OH)
3
Гидроксид висмута (III)
[Bi(OH)2]
+
Дигидроксовисмут (III)-ион
Bi(OH)
2+
Гидроксовисмут (III)-ион
Bi
3+
Висмут (III)-ион
Mn(OH)2
Гидроксид марганца (II)
Mn(OH)
+
Гидроксомарганец (II)-ион
Mn
2+
Марганец (II)-ион
Названия и формулы некоторых оснований и их остатков
По числу гидроксильных групп, которые определяют кислотность основания, последние делятся:
- на однокислотные (NaOH, KOH);
- двухкислотные (Ca(OH)2, Sr(OH)2);
- трехкислотные (La(OH)3, Al(OH)3);
- четырехкислотные (Th(OH)4).
Гидроксиды, которые взаимодействуют с кислотами и щелочами с образованием солей, называются амфотерными. К ним
относятся гидроксиды некоторых металлов главных подгрупп
(бериллия, алюминия), а также некоторых металлов побочных
подгрупп периодической системы элементов в промежуточных
степенях окисления (Be(OH)3, Al(OH)3, Zn(OH)2, Cu(OH)2,
Fe(OH)3, Cr(OH)3).
Химические свойства.
1. Большинство оснований, кроме NaOH и KOH, при нагре-
вании разлагаются: t
Cu(OH)2 = CuO + H2O;
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O.
2. Основания взаимодействуют с кислотами с образованием
воды и солей (средних, основных и кислых):
NaOH + HCl = NaCl + H2O;
2Mg(OH)2 + H2SO4 = (MgOH)2SO4 + 2H2O;
KOH + H3PO4 = KH2PO4 + H2O.
126
Взаимодействие между основанием и кислотой называется
реакцией нейтрализации. Любая реакция нейтрализации сводится
к взаимодействию ионов OH- и H+ с образованием малодислоциированного электролита – воды.
3. Щелочи взаимодействуют с кислотными оксидами с об-
разованием солей и воды:
Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3 + H2O;
2KOH + Mn2O7 = 2KMnO4 + H2O.
4. Щелочи взаимодействуют с солями с образованием ново-
го основания и средней или основной соли:
2NaOH + NiSO4 = Ni(OH)2 + Na2SO4;
KOH + CuCl2 = CuOHCl + KCl.
5. Амфотерные гидроксиды взаимодействуют как с растворами кислот, так и с растворами щелочей (образуется соль - тетрагидроксоалюминат натрия), например:
Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + H2O;
Zn(OH)2 + 2KOH = K2[Zn(OH)4];
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O;
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4].
В настоящее время растворение амфотерных гидроксидов в
щелочных растворах рассматривается как процесс образования
гидроксосолей (гидроксокомплексов).
Комплексный гидроксо-ион [Al(OH)4]- образуется в результате возникновения дополнительных ковалентных связей по донорно-акцепторному механизму между атомами алюминия и
ионами OH-:
Al(OH)3 + OH- → [Al(OH)4]-.
Получение. Основания получают следующими способами.
1. Щелочи получают при взаимодействии щелочных и ще-
лочно-земельных металлов или их оксидов с водой:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑;
CaO + H2O = Ca(OH)2.
2. Нерастворимые в воде основания, в том числе амфотерные гидроксиды, получают косвенным путем, а именно, действием щелочей на водные растворы соответствующих солей:
BiCl3 + 3KOH = Ni(OH)3 + 3KCl;
Cr2(SO4)3 + 6NaOH = 2Cr(OH)3 + 3Na2SO4.
127
Контрольные задания
Ba(OH)2 + HNO3 → ;
Ca(OH)2 + H3AsO4 → ;
Sr(OH)2 + N2O3 → ;
KOH + V2O5 → ;
NaOH + Mn(NO3)2 → ;
Ca(OH)2 + Al2(SO4)3 → ;
LiOH + NiSO4 ;
Ba(OH)2 + CuCl2 ;
Аl(ОН)3 + NaOH ;
NaOH + Н3РO4 ;
Ве(ОН)2 + КОН ;
Cu(OH)2 + HBr ;
Mg(OH)2 + NaOH ;
КОН + SO2 ;
Fe(OH)3 + LiОН ;
Сr(ОН)2 + HI ;
NiCl2 + NaOH ;
Ca + H2O.
1. Назовите следующие основания и дайте их графические
формулы: KOH; Mn(OH)2; Cr(OH)3; Cu(OH)2; Fe(OH)3, Th(OH)4;
NH4OH; Al(OH)3; LiОН; Sr(OH)2; Сr(ОН)3; NaOH; Ca(OH)2.
2. Напишите уравнения реакций получения: гидроксида
стронция; гидроксида железа (III); гидроксида олова (II); гидроксида алюминия; гидроксида марганца (II); гидроксида аммония;
гидроксида тория; гидроксида меди (I); гидроксида железа (II).
3. Напишите уравнения реакций разложения: гидроксида
стронция; гидроксида олова (II); гидроксида алюминия; гидроксида марганца (II); гидроксида железа (III); гидроксида тория;
гидроксида меди (I); гидроксида железа (II); гидроксида галлия
(III); гидроксида кальция; гидроксида лантана.
4. Закончите уравнения реакций:
5. Напишите уравнения следующих реакций: гидроксид
алюминия + азотная кислота; гидроксид меди (II) + хлорная кислота; цезий + вода, оксид бария + вода; гидроксид бария + оксид
фосфора (V); гидроксид хрома (III) + гидроксид калия.
6. К каким типам относятся следующие основания: LiOH;
Ca(OH)2; Al(OH)3; KOH; Ba(OH)2; Zn(OH)2; Cr(OH)2; Ni(OH)2?
7. Какие из оснований: Ca(OH)2; Al(OH)3; KOH; Ba(OH)2;
Be(OH)2; Cu(OH)2 будут взаимодействовать с NaOH и HCl?
8. По формулам оксидов: Na2O; CrO; Cu2O; Fe2O3; MnO;
La2O3; K2O составить формулы соответствующих гидроксидов.
9. Какая кислота образуется в результате реакции оксида
фосфора (V) массой 14,2 г и воды массой 2,2 г?
128
6.3. Кислоты
HNO3
H2SO
4
H3PO4
O
H – O – N
O
H – O O
S
H – O O
H – O
H – O – P = O
H – O
азотная
кислота
серная
кислота
ортофосфорная
кислота
Кислотами называются соединения, в состав которых входят атомы водорода, способные замещаться атомами металлов.
При этом образуются соли:
H2SO4 + 2Na = Na2SO4 + H2↑.
Графические формулы:
Классификация. Различают кислоты бескислородные и
кислородсодержащие. Бескислородными кислотами являются
водные растворы водородных соединений неметаллов VI и VII
групп периодической системы элементов: H2S, H2Se, H2Te, HF,
HBr, HI, HCl, а также HSCN и HCN.
Кислородсодержащие кислоты представляют собой гидраты (продукты соединения с водой) оксидов неметаллов, а также
некоторых металлов в высших степенях окисления (+5, +6, + 7).
Например, угольная кислота H2CO3 – продукт соединения CO2 с
водой; хромовая кислота H2CrO4 – продукт соединения CrO3 с
водой, азотная кислота HNO3 – продукт соединения N2O5 c водой.
Число атомов водорода кислоты, способных замещаться
атомами металлов определяют основность кислоты:
- HCl, HBr, HCN – одноосновные;
- H2S, H2CO3, H2SO4 – двухосновные;
- H3PO4, H
AsO
– трехосновные.
3
4
Номенклатура. Название кислородсодержащих кислот производят от названия неметалла с прибавлением окончаний -ная,
-вая, если степень окисления его соответствует номеру группы. По
мере понижения степени окисления элемента суффиксы меняются
в следующем порядке: -оватая, -истая, -оватистая (табл. 10).
129
Таблица 10
Формула
Элемент
Название кислоты
Название
Степень
окисления
HClO
4
Хлор
+7
Хлорная кислота
HClO3
+5
Хлорноватая кислота
HClO2
+3
Хлористая кислота
HClO
+1
Хлорноватистая кислота
HNO3
Азот
+5
Азотная кислота
HNO2
+3
Азотистая кислота
H2SO4
Сера
+6
Серная кислота
H2SO3
+4
Сернистая
H3AsO4
Мышьяк
+5
Мышьяковая
H3AsO3
+3
Мышьяковистая
H3PO
4
Фосфор
+5
Фосфорная
H3PO3
+3
Фосфористая
HMnO
4
Марганец
+7
Марганцовая
H2MnO4
+6
Марганцовистая
Названия и формулы некоторых кислот
Если элемент в одной и той же степени окисления образует
несколько кислородсодержащих кислот, то к названию кислоты с
меньшим числом кислородных атомов добавляется приставка
мета, при наибольшем числе – орто:
- HBO2 – метаборная кислота;
- H3BO3 – ортоборная кислота;
- HPO3 – метафосфорная кислота;
- H3PO4 – ортофосфорная кислота.
Название бескислородных кислот производят от названия
неметалла с окончание о и прибавлением слова водородная:
- HF – фтороводородная;
- HCl – хлороводородная;
- H2S – сероводородная.
Отрицательные ионы, которые образуются в результате отрыва от молекулы кислоты одного или нескольких атомов водорода, называют кислотными остатками. Величина отрицательного
заряда кислотного остатка определяется числом атомов водорода,
замещенных металлом (табл. 11).
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]