Сборгник задач по химии

оксидами), а в щелочной среде равновесие смещается вправо и Zn(OH)2 может реагировать с основаниями или основными оксидами, т. е. ведёт себя, как кислота (приложение, табл. 2). Таким образом, амфотерные гидроксиды обладают двойственностью свойств – это химические хамелеоны.

Соли – вещества, молекулы которых состоят из основного и кислотного остатков, т.е. это гибриды, образованные при взаимодействии основания и кислоты. При написании формулы соли основной остаток пишут слева, кислотный справа. Соли можно рассматривать, как продукты частичного или полного замещения атомов водорода в кислоте на металл или гидроксильных групп в основании на кислотные остатки.

Соли классифицируют на средние, кислые и основные

(приложение, схема 1).

Средние или нормальные соли – продукты полного заме-

щения атомов водорода в кислоте на металл или гидроксильных групп в основаниях на кислотный остаток, например:

H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O;

средняя соль

Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O.

средняя соль

Кислые соли – продукты неполного замещения атомов водорода в молекулах кислот атомами металлов. Кислые соли получаются, если количества основания недостаточно для образования средней соли, например:

H2SO4 + KOH (недостаток) = KНSO4 +H2O.

кислая соль

Кислые соли образуют только многоосновные кислоты. Кислую соль переводят в среднюю действием достаточного количества соответствующего основания:

KHSO4 + KOH = K2SO4 + H2O.

средняя соль

41

Атомыводородавкислотемогутбытьзамещенытакжегруппой атомов, играющейролькатиона, напримераммонийнойгруппой:

H2SO4 + 2NH4OH = (NH4)2SO4 + 2H2O;

средняя соль

H2SO4 + NH4OH = NH4HSO4 + H2O

кислая соль

Основные соли – продукты неполного замещения OH– групп в основаниях на кислотные остатки. Основные соли образуются, если количества кислоты не достаточно для образования средней соли, например:

Mg(OH)2 + HCl (недостаток) = MgOHCl + H2O.

Основные соли образуют только многокислотные основания. Основные соли переводят в средние действием достаточного количества соответствующей кислоты:

MgOHCl + HCl = MgCl2 + H2O.

Номенклатурасолей

Наиболее распространена международная номенклатура, которая построена на следующих принципах. Наименование солей бескислородных кислот состоит из сочетания латинского или греческого названия элемента, образующего кислоту, с окончанием "ид" и названия металла: NaCl – хлорид натрия; CaS – сульфид кальция. Для солей, образованных металлами с переменной степенью окисления, последняя указывается в скобках, например: FeCl3 – хлорид железа (III); FeCl2 – хлорид

железа (II).

Название солей кислородсодержащих кислот образуется от латинского названия кислотного остатка (соответствующего латинскому названию элемента, образующего кислоту) и названия металла, например, K3PO4 – фосфат калия. При этом в случае максимальной степени окисления кислотообразующего элемента употребляется окончание "ат", а в случае низшей степени – "ит". Например, соли азотной HNO3 и серной H2SO4 кислот называются нитратами и сульфатами, а азотистой HNO2 и сернистой H2SO3 соответственно – нитритами и сульфитами:

42

CaSO4 – сульфат кальция; CaSO3 – сульфит кальция; NaNO3 – нитрат натрия; NaNO2 – нитрит натрия.

Названия кислых солей составляются также, только с добавлением приставки "гидро", которая указывает на наличие незамещённых атомов водорода. Если таких атомов несколько, их число обозначают греческими числительными (ди, три и т.д). Например: K2HPO4 – гидрофосфат калия; KH2PO4 дигидрофосфат калия; Ba(HS)2 – гидросульфид бария; Mg(HSO4)2 – гидросульфат магния.

Наименование основных солей выводят из средних, приме-

няя приставку "гидроксо", указывающую на наличие незамещенных гидроксильных групп. Если число гидроксильных групп в молекуле соли больше единицы, то их количество также указывают числительными. Так, Cr(OH)2NO3 – дигидроксонитрат хрома; CrOH(NO3)2 – гидроксонитрат хрома; (CaOH)2SiO3 – гидроксосиликат кальция.

2.2. Генетическая связь между классами неорганических соединений

Между простыми веществами, оксидами, кислотами, основаниями и солями существует генетическая связь – возможность их взаимного перехода. Так например, вещество – металл кальций – в результате соединения его с кислородом превращается в оксид кальция:

Ca + O2 → CaO.

Оксид кальция при взаимодействии с H2O образуют гидроксид кальция, который, в свою очередь, при взаимодействии с кислотой превращается в соль:

CaO + H2O → Ca(OH)2 ;

Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2H2O.

Эти превращения можно представить схемой: Ca → CaO → Ca(OH)2 → CaSO4.

К тому же продукту можно придти, исходя из неметалла, например серы:

S → SO3 → H2SO4 → CaSO4.

Итак, различными путями получена одна и та же соль.

43

Возможен и обратный переход – от соли к другим классам неорганических соединений и простым веществам. Например, от сульфата меди путём его взаимодействия со щёлочью можно перейти к гидроксиду меди (II), от него – с помощью прокаливания – к оксиду меди, а из последнего – посредством восстановления водородом при нагревании – получить простое вещество – медь:

CuSO4 → Cu(OH)2 → CuO → Cu.

Однако следует иметь в виду, что часто получение веществ осуществляется не прямым, а косвенным путём. Например, гидроксид меди (II) нельзя получить реакцией взаимодействия оксида меди (II) с водой. В этом случае применяют косвенный путь: на оксид меди действуют кислотой, получая соль, а из соли – действием раствора щёлочи – гидроксид меди (II).

2.3. Количественные расчёты состава смеси. Способы получения и свойства оксидов, кислот, оснований, солей

В количественных расчётах состава смеси часто используют понятие массовой доли.

Массовая доля вещества (ω) – это отношение массы ве-

щества в системе к массе всей системы. Массовая доля вещест-

2.4. Примеры решения задач

Пример 1. Определить массовую долю примесей (%) в составе технического образца хлорида алюминия, содержащего 18 г AlCl3 и 2 г примесей.

44

Решение: масса образца равна сумме масс хлорида алюминия и примесей:

m(образца) = m(AlCl3) + m(примесей) = 18 + 2 = 20 г.

Рассчитываем массовую долю примесей по уравнению (2): ω(примесей) = mm((примесиобразца)) · 100 %= 202 · 100 % = 10 %.

Пример 2. Образец массой 15,60 г, состоящий из оксида и карбоната кальция, прокалили. В результате реакции выделился газ объёмом 2,24 л (н.у.). Определить массовую долю (%) оксида кальция в образце.

Решение: при прокаливании будет разлагаться карбонат кальция (оксид кальция устойчив при нагревании):

t

CaCO3 → CaO + CO2↑.

Рассчитаем количество образовавшегося диоксида углерода:

Согласно уравнению реакции n(CaCO3) = n(CO2); => n(CaCO3) = 0,1 моль.

Находим массу CaCO3:

m(CaCO3) = n(CaCO3) · M(CaCO3) = 100 · 0,1 = 10 г.

Масса CaO равна разнице масс образца и карбоната кальция: m(CaO) = m(образца) – m(CaCO3) = 15,6 – 10 = 5,6 г.

Определяем массовую долю CaO в образце:

ω(CaO) = mm((примесиобразца)) · 100 % = 15,65,6 · 100 % = 35,9 %.

Пример 3. Оксид углерода (IV), полученный при полном сжигании 0,3 г углерода, пропустили через раствор гидроксида бария массой 200 г с массовой долей Ba(OH)2, равной 3,42 %. Определить массу осадка.

Решение: записываем уравнение реакции горения углерода:

C + O2 → CO2↑ (1)

Рассчитаем количество вещества углерода:

45

n(C) = Mm = 012,3 = 0,025 моль.

Согласно уравнению реакции: n(CO2) = n(C); n(CO2) = 0,025 моль. Определим массу Ba(OH)2 в растворе:

В соответствии с уравнением химической реакции 0,025 моль CO2 реагирует с 0,04 моль Ba(OH)2. Значит, гидроксид бария находится в избытке; поэтому расчёт массы осадка BaCO3 проводим по CO2. Согласно (2):

n(BaCO3) = n(CO2); n(BaCO3) = 0,025 моль.

Определим массу осадка:

m(BaCO3) = n(BaCO3) · M(BaCO3) = 0,025 · 197 = 4,93 г.

Пример 4. Массовая доля кристаллизационной воды в составе кристаллогидрата FeSO4 · xH2O равна 0,453. Определите формулу кристаллогидрата.

Решение: для реагентов условимся, что масса образца кристаллогидрата составляет 100 г.

Определим массу кристаллизационной воды в образце: m(H2O) = ω(H2O) · m(образца) = 0,453 · 100 = 45,32 г.

Масса FeSO4 в образце равна разнице масс кристаллогидрата и воды:

m(FeSO4) = m(образца) – m(H2O) = 100 – 45,32 = 54,68 г.

Определим количество FeSO4 в образце.

Составим схему: FeSO4 · xH2O → FeSO4, из которой следует, что: n(FeSO4 · xH2O) = n(FeSO4) = 0,36 моль.

46

Определим молярную массу кристаллогидрата.

Таким образом, формула кристаллогидрата FeSO4 · 7H2О. Пример 5. Определить степень окисления хрома в хромо-

вой кислоте H2CrO4 и в дихромат-ионе (Cr2O7)–2.

Решение: для определения степени окисления хрома в хромовой кислоте H2CrO4 обозначим его заряд за х, и умножив известные степени окисления водорода «+1» и кислорода «–2» на число их атомов в соединении, составим уравнение:

(+1) · 2+ х + (–2) · 4 = 0; отсюда х = +6.

Находим степень окисления в дихромат-ионе (Cr2O7)–2, приравнивая алгебраическую сумму зарядов атомов иона заряду иона:

2х + (–2) ·7 = –2, отсюда х = +7.

Пример 6. Определить формулы оксидов, соответствующих следующим гидроксидам: HClO4, H2SiO3, H3AsO4, КОН, Fe(OH)2.

Решение: степени окисления элементов в оксидах и гидроксидах должны совпадать. Поэтому для определения формулы оксида, соответствующего кислотному гидроксиду HClO4, определим степень окисления кислотообразующего элемента по вышеуказанной схеме:

HClO4: + 1 + х + (–2) · 4 = 0; х = + 7.

НCl O4

Находим наименьшее общее кратное к степеням окисления элементов, составляющих оксид (это числа 2 для кислорода и 7 для хлора) – 14. Разделив наименьшее общее кратное на степень окисления каждого из элементов оксида, определим их индексы в формуле оксида: для атомов хлора 14/7 = 2, для ато-

мов кислорода – 14/2 = 7. Итак, формула оксида хлора Cl+27О7−2 .

47

Аналогично определяем формулы оксидов, соответствующих кремниевой и ортомышьяковой кислотам. В H2SiO3 степень окисления кремния +4, поэтому формула оксида крем-

ния Si+4O2; В H3AsO4 степень окисления мышьяка +5, поэтому формула оксида мышьяка As+25О5−2 .

Для определения формул оксидов, соответствующих основным гидроксидам – КОН, Fe(OH)2 определяем степени окисления элементов, образующих гидроксиды, учитывая, что заряд ОН-группы –1:

КОН: (х – 1 = 0; х = +1), ему соответствует К+21О−2 ;

Fe(OH)2: (х + (–1) · 2 = 0; х = +2) – Fe+2O–2.

Пример 7.Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить цепочку превращений:

Решение:

1.Na2CO3 + Н2O + CO2 → 2NaHCO3;

2.2NaHCO3 + Ca(ОН)2 → Na2CO3 + CaCO3↓+ 2Н2O;

3.CaCO3 + Mg(ОН)2 → Ca(ОН)2 + MgCO3↓;

4.2Ca(ОН)2 (избыток) + Н2SO4 → (CaОН)2SO4 + 2Н2O;

5. (CaОН)2SO4 + Н2SO4 → 2CaSO4 + 2Н2O.

Пример 8. Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить цепочку превращений:

Решение:

t

1.Zn +2 NaOH → Na2ZnO2 + Н2↑

Zn0 – 2e → Zn+2;│ок-ние; 2Н+ + 2e → Н02↑│ вос-ние;

2.Na2ZnO2 + 2НCl → 2NaCl + Zn(OH)2↓;

3.Zn(OH)2+ 2КОН → K2[Zn(OH)4];

4.K2[Zn(OH)4] + 2H2SO4 → K2SO4 + ZnSO4 + 4Н2O;

t

5. ZnSO4 → ZnO + SO3.

48

2.5Индивидуальные упражнения и задачи

2.5.1.Классификация неорганических веществ. Номенклатура оксидов, кислот,

оснований, солей

№151. Из химических элементов Н, О, N, Cu составьте как можно больше химических соединений, назовите и классифицируйте их.

№152. Назовите и классифицируйте вещества: SO2, Na2S,

CuSO4·5H2O, S8, N2, Na[Al(OH)4], KHSO4, Fe2(SO4)3, K2SO3, H2.

№153. Назвать вещества, изобразить их графические формулы: KH2PO4, Cr(CN)3, PbOHNO3, Al2O3, Sn(CH3COO)2.

№154. Классифицируйте химические соединения:

Н3AsO4, AgBr, Mg(OH)2, HI, Hg2O2, Al(OH)3, MnO2, Cr2O3, KOH,

H2SiO3, Fe(HCO3)2, (CuOH)2SO4, Na3PO4 и дайте им названия. № 155. Назовите ионы: I-, S2-, NO3-, NO2-, IO3-, MnO4-,

HPO42-,. Напишите формулы и названия кислот, из которых они образуются.

№ 156. Назовите соли: К2СrO4, KMnO4, Na2SO3, NaClO, CaOHNO2, Cа(HS)2 и приведите формулы и названия соответствующих им кислот.

№ 157. Назовите соли: К2СrO4, KMnO4, Na2SO3, NaClO, CaOHNO2, Cа(HS)2 и приведите формулы и названия соответствующих им кислот.

№ 158. Заполните таблицу:

№ 159. Классифицируйте и назовите оксиды: SO3, K2O,

N2O3, Al2O3, MgO, MnO, MnO2, Mn2O7, P2O5, Ag2O.

№ 160. Напишите молекулярные и графические формулы следующих оксидов: а) оксид хлора (VII); б) оксид ртути (II); в)

49

оксид ртути (I); г) оксид марганца (VI); д) оксид калия; е) оксид железа (III); ж) оксид свинца (IV); з) оксид олова (II); .

№ 161. Напишите формулы оксидов, которым соответст-

вуют следующие вещества: Mn(OH)2, Bi(OH)3, Cu(OH)2, LiOH, H3PO4, H2SiO3, HNO3, HNO2. Определите класс и назовите всеуказанные вещества.

№ 162. Классифицируйте следующие основания по ки-

слотности: RbOH, Fe(OH)2, Mn(OH)2, Ca(OH)2, Ti(OH)2. Назови-

те их. Напишите формулы соответствующих им оксидов.

№ 163. Из перечисленных соединений выпишите отдельно оксиды, основания, кислоты и соли и дайте им названия: HNO2, NaOH, Na2HPO4, Hg(OH)2, HCN, P2O5, MgOHCl, Mn2O7, CH3COOH, NiSO4, Co(OH)3, Вa(OH)2.

№ 164. Укажите кислотные остатки следующих кислот и соответствующие им оксиды, как показано в таблице:

№165. Какой из оксидов азота (N2O; NO; N2O3; NO2; N2O5) является ангидридом азотной кислоты, а из оксидов серы (SO2; SO3) – ангидридом серной кислоты? Ответ обосновать.

№166. Расклассифицируйте кислоты: HBr, HBrO, H3AsO4, HPO3, H2SiO3 , HCN.

№167. Напишите формулы и названия кислот, которые соответствуют следующим оксидам: SO2, SO3, P2O3, P2O5, CO2,

N2O5, Cl2O, SiO2, Cl2O7, MnO3.

№ 168. Напишите формулы и названия оксидов, гидратами которых являются следующие кислоты: H2CO3, HNO2,

H2Cr2O7, HClO3, H3PO3, HМnO4.

№ 169. Каким из перечисленных оксидов соответствуют кислоты? Напишите формулы и названия этих кислот: MgO, Mn2O7, CO, N2O, Cl2O5, SiO2, NO, Na2O, SO2, CrO3.

50