Необходимый уровень подготовки студентов

1. Знать номенклатуру основных классов неорганических соединений, в том числе традиционные названия наиболее распространенных оксидов, гидроксидов, кислот и оснований.

2. Знать классификацию и взаимосвязь между основными классами неорганических соединений, способы их получения и свойства.

3. Уметь составлять химические формулы по названию вещества и давать название веществу по его химической формуле.

4. Уметь писать уравнения реакций, отражающие химические свойства оксидов, гидроксидов, кислот и солей.

Примеры решения типовых задач

Задача 1. Напишите уравнения реакций образования всех возможных кислых и основных солей: Fe(OH)₃ + H₃PO₄ →

Решение: Кислые или основные соли образуются при неполной нейтрализации многоосновной кислоты (кислые) или многокислотного основания (основные).

Трехосновная отрофосфорная кислота H₃PO₄ может образовать три вида солей: средняя соль - ортофосфаты, с кислотным основанием PO₄^3-, и два вида кислых солей - дигидроортофосфаты - Н₂PO₄^- и гидроортофосфаты- НPO₄^2-.

Трехкислотное основание гидроксид железа (III) может образовать 4 вида солей: средняя соль – с катионом железа (III) Fe³⁺, и три вида основных солей – с катионом гидрокосжелеза (III) Fe(OH)²⁺ и дигидроксожелеза (III) Fe(OH)₂⁺ . Возможно и образование смешанной соли с катионами гидрокосжелеза (III) Fe(OH)²⁺ и дигидроксожелеза(III).

Таким образом, теоретически можно предсказать, что могут быть образованы 2 вида кислых солей и 3 вида основных.

Для образования кислых солей необходимо, чтобы основание было в избытке, то есть мольное отношение . То есть, возможны варианты,и. В соответствие с этим напишем эти три уравнения.

2Fe(OH)₃ + H₃PO₄ → [Fe(OH) Fe(OH)₂] PO₄ + 3H₂O

ортофосфатгидроксодигидроксожелеза (III)

3Fe(OH)₃ + 2H₃PO₄ → [Fe(OH)]₃ (PO₄)₂ + 6H₂O

ортофосфатгидроксожелеза (III)

3Fe(OH)₃ + H₃PO₄ → [Fe(OH)₂]₃ (PO₄) + 3H₂O

ортофосфатдигидроксожелеза (III)

Для образования кислых солей необходимо, чтобы в реакционной среде кислота была в избытке. То есть, возможны варианты ии. В соответствие с этим напишем эти три уравнения.

Fe(OH)₃ + 2H₃PO₄ → Fe[HPO₄H₂PO₄] + 3H₂O

гидроортофосфатдигидроортофосфатжелеза (III)

2Fe(OH)₃ + 3H₃PO₄ → Fe₂ (НPO₄)₃ + 6H₂O

ортофосфатгидроксожелеза (III)

Fe(OH)₃ + 3H₃PO₄ → Fe (Н₂PO₄)₃ + 6H₂O

ортофосфатдигидроксожелеза (III)

Если студент затрудняется в определении структуры или брутто формулы образовавшейся соли, то можно прибегнуть к схематической формы решения задачи. Рассмотрим пример образования гидроортофосфатдигидроортофосфатжелеза (III) взаимодействием одной моли Fe(OH)₃ и двух молей H₃PO₄.

HO

HO P=O НO

OH HO O P=O

Fe OH + HO → Fe O + 3H₂O

OH HO P=O О

HO HO P=O

HO

Задача 2. Имея в распоряжении только калий, воду, воздух и фосфор, получите максимальное число минеральных удобрений.

Решение.

2К + 2Н₂О → 2КОН + Н₂

Воздух →N₂ (78%) + О₂ (21%)

N₂ + 3Н₂ 2NH₃

N₂+ O₂2NO₂

2NO + O₂→ 2NO₂

4NO₂ + O₂+ 2H₂O → 4HNO₃

HNO₃+ NH₃→ NH₄NO₃ (нитрат аммония или аммиачная селитра)

4Р + 5О₂ → 2Р₂О₅

Р₂О₅ + 3Н₂О → 2Н₃РО₄

2Н₃РО₄ + 3NH₃ → (NH₄ )Н₂РО₄ + (NH₄ )₂НРО₄ (аммофос)

Н₃РО₄ + 3КОН → 3Н₂О +К₃РО₄ (ортофосфат калия)

КОН + HNO₃→ КNO₃ (нитрат калия или калийная селитра)

Задача 3. На примере ортофосфата гидроксокальция покажите химизм последовательного перехода основной соли в кислую (дигидроортофосфата кальция). Назовите все соли.

Решение.

(СаОН)₃РО₄ + 2Н₃РО₄→ 6Н₂О + Са₃(РО₄)₂

ортофосфата гидроксокальция ортофосфата кальция

Са₃(РО₄)₂ + Н₃РО₄ → 3СаНРО₄

гидроортофосфат кальция

СаНРО₄ + Н₃РО₄ → Са(Н₂РО₄)₂

дигидроортофосфат кальция

Задача 4. Имеются отдельные пробирки с растворами хлоридов алюминия, аммония, кальция и железа (II). По каким признакам и химическими превращениями можно установить содержание каждой пробирки? Приведите уравнения химических реакций.

Решение: Отбираем некоторую часть от этих растворов и помещаем их в пронумерованные (1,2, 3 и 4) пробирки.

Ко всем 4 пробиркам по порциям добавляем раствор гидроксида натрия. В трех из этих пробирок постепенно, по мере добавления гидроксида натрия, появляется осадок. При этом, допустим в пробирке №1 осадок имеет зеленоватую окраску, которая при стоянии буреет. Следовательно, в этой пробирке находился железа (II).

FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂ + 2NaCl

зеленый

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

коричневый

В пробирке №2 выпал белый осадок, который в избытке щелочи не растворяется. Следовательно, в пробирке №2 находился раствор хлорида кальция.

СаCl₂ + 2NaOH → Са(OH)₂ + 2NaCl

белый

В пробирке №3 выпал белый осадок, который в избытке щелочи растворился. Следовательно, в пробирке №3 находился раствор хлорида алюминия.

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ + 3NaCl

белый

Al(OH)₃ + NaOH (изб.) → Na[Al(OH)₄]

В пробирке № 4, где не выпал осадок, по методу исключения, находился хлорид аммония. Для проверки, содержимое пробирки слегка нагреваем . При этом появляется характерный запах аммиака, а мокрая лакмусовая индикаторная бумаг синеет от паров аммиака.

NH₄Cl + NaOH→ NH₄OH + NaCl

NH₄OH NH₃ + H₂O

Таким образом, доказано, что в пробирке №4 находился раствор хлорида аммония.

Задача 5. Каким одним реактивом можно распознать кристаллические вещества сульфита натрия, сульфида натрия, нитрита натрия карбоната кальция и карбоната натрия, находящиеся в отдельных банках без этикеток? Приведите химизм процессов установления химического состава этих веществ.

Решение: Берем пронумерованные пробирки (№1-5), и из банок с соответствующими номерами, отсыпаем несколько кристаллов вещества. Все пробирки до половины заполняем водой и во все пробирки медленно добавляем концентрированный раствор серной кислоты.

Допустим, что в пробирке №1, где находилась водная суспензия нерастворимого в воде вещества. При добавлении серной кислоты наблюдается бурное выделение газа, осадок в начале растворяется и со временем, после прекращения выделения осадка, образуется белый, мелкодисперсный осадок. Эти наблюдения позволяют заключить, что в банке №1 находится карбонат кальция (мел или известняк).

СаСО₃ + Н₂SO₄ → Са SO₄ + [Н₂СО₃]^*

[Н₂СО₃] → СО₂ + Н₂O

Допустим, в пробирке № 2 наблюдается выделение бесцветного газа, не обладающим характерным запахом. Следовательно, в пробирке №2 находится карбонат натрия.

Na₂СО₃ + Н₂SO₄ → Na₂SO₄ + Н₂O + СО₂

Допустим, в пробирке №3 наблюдается выделения газа с характерным едким запахом, который на воздухе буреет. Следовательно, в банке №3 находится нитрит натрия.

2NaNO₂+ Н₂SO₄ → Na₂SO₄ + [НNO₂]

[НNO₂] → NO + Н₂O

2NO + O₂ → 2NO₂

бурый газ

Допустим, в пробирке № 4 выделяется газ, с характерным неприятным запахом тухлых яиц. При этом, раствор мутнеет и со временем выпадает желтый порошок.

Наблюдение показывают, что в банке № 4 находится сульфид натрия.

Na₂S + Н₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂S

запах тухлых яиц

3H₂S+ Н₂SO₄→ 4Н₂О + 4S

желтый порошок

В последней пробирке наблюдаются выделение газа c резким запахом горелых спичек. Следовательно, в банке №5 находится сульфит натрия.

Na₂SО₃ + Н₂SO₄ → Na₂SO₄ + [H₂SО₃]

[H₂SО₃] → SO₂ + Н₂О

* В химии квадратными скобками изображают химически неустойчивые при обычных условиях соединения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Курс общей химии/Под ред. Н.В. Коровина.-М.: Высш. шк., 1990. .- С.147-152.

2. Н.Л. Глинка. Общая химия.- Л.: Химия, 1983.- С. 215-222.

3. Н.С. Ахметов. Общая и неорганическая химия.- М.: Высш. Шк., 1981.- С. 131-132.

4. Л.М.Романцева, З.Л.Лещинская, В.А.Суханова. Сборник задач и упражнений по общей химии.-М.:Высш. шк., 1991.

5. Химия: Справ. изд /В.Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем.– М.: Химия, 1997.