Главная / Решение реальных заданий ЕГЭ в формате 2018 года / Задания 32 (2017). Реакции, подтверждающие взаимосвязь различных классов неорганических веществ.

Задания 32 (2017). Реакции, подтверждающие взаимосвязь различных классов неорганических веществ.

Условие
1

Оксид алюминия растворили в водном растворе гидроксида натрия. К образовавшемуся раствору прилили избыток азотной кислоты. Продукт, являющимся соединением алюминия, выделили, высушили и прокалили. Выделившуюся смесь газов пропустили через раствор гидроксида кальция. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Оксид алюминия относится к амфотерным оксидам. При действии на амфотерные оксиды и гидроксиды водными растворами щелочей образуются комплексные соли:

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]

2) Комплексные соли, полученные взаимодействием щелочей с амфотерными металлами/оксидами/гидроксидами, при действии на них избытка сильной кислоты разрушаются, превращаясь в соли, образованные этой кислотой, и воду:

Na[Al(OH)4] + 4HNO3 → NaNO3 + Al(NO3)3 + 4H2O

3) Все нитраты термически нестойки, т.е. разлагаются при нагревании. Нитраты металлов, расположенных в ряду активности от Mg до Cu (включительно), при разложении образуют оксид металла, оксид азота (IV) и кислород. В случае нитрата алюминия реакция разложения будет описываться уравнением:

4Al(NO3)3 2Al2O3 + 12NO2↑ + 3O2

4) При поглощении диоксида азота щелочью в присутствии кислорода образуется нитрат активного металла и вода:

2Ca(OH)2 + 2NO2 + 3O2 → 2Ca(NO3)2 + 2H2O

2

Гидроксид алюминия прокалили. Образовавшийся твердый остаток при нагревании растворили в растворе гидроксида калия. Через полученный прозрачный раствор пропустили избыток газа с резким запахом, образовавшийся при взаимодействии твердого бромида натрия с концентрированной серной кислотой. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Нерастворимые основания, а также амфотерные гидроксиды при нагревании разлагаются до соответствующего оксида и воды:

2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O

* Щелочи, в отличие от нерастворимых оснований и амфотерных гидроксидов, при нагревании не разлагаются и способны плавиться и даже кипеть без разложения.

2) Амфотерные оксиды и гидроксиды реагируют как с твердыми щелочами при сплавлении, так и с водными растворами щелочей. При взаимодействии амфотерных оксидов и гидроксидов с водными растворами щелочей образуются комплексные соли (гидроксокомплексы). В случае с оксидом и гидроксидом алюминия образуются тетрагидроксоалюминат щелочного или щелочноземельного металла (в зависимости от используемой щелочи):

Al2O3 + 2KOH + 3H2O → 2K[Al(OH)4]

3) При взаимодействии кристаллических бромидов с концентрированной серной кислотой протекает окислительно-восстановительная реакция, в результате которой бромид-ион окисляется до брома, а сера в концентрированной серной кислоте понижает свою степень окисления +6 до +4, превращаясь в диоксид серы SO2:

2NaBr(тв.) + 3H2SO4(конц.) → 2NaHSO4 + Br2 + SO2↑ + 2H2O

Вместо NaHSO4 в качестве продукта также можно записать Na2SO4.

*  Отношение остальных галогенидов к концентрированной серной кислоте

Кристаллические йодиды, являясь намного более сильными восстановителями, чем бромиды, восстанавливают концентрированную серную кислоту до сероводорода, сами при этом как и бром окисляясь до простого вещества (I2).

Кристаллические фториды и хлориды под действием концентрированной серной кислоты не окисляются, а переходят соответственно в газообразные HF и HCl.

4) Комплексные соли, являющиеся продуктами взаимодействия щелочей и амфотерных гидроксидов, разлагаются при действии на них кислот и кислотных оксидов. В данном случае сернистый газ, образующий слабую сернистую кислоту, разрушает комплексную соль с образованием калиевой соли и нерастворимого амфотерного основания — гидроксида алюминия:

K[Al(OH)4] + SO2 → KHSO3 + Al(OH)3

*Кислотные оксиды SO2 и  CO2 не способны реагировать с гидроксидами вида Me(OH)3.

3

Фосфат кальция сплавили с оксидом кремния (IV) и углеродом. Образовавшееся в результате этой реакции простое вещество сожгли в избытке хлора. К образовавшемуся веществу добавили избыток раствора гидроксида калия, а после завершения реакции — известковую воду. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Данная реакция лежит в основе промышленного получения фосфора.  Фосфор восстанавливается коксом при нагревании, а оксид кремния связывает соединения кальция в тугоплавкий силикат. Реакция протекает при температуре около 1600oC:

Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C  3CaSiO3 + 2P + 5CO

2) Фосфор в качестве восстановителя взаимодействует со многими неметаллами. В недостатке хлора фосфор сгорает до трихлорида фосфора PCl3, а в избытке хлора фосфор окисляется до пятивалентного состояния с образованием пентахлорида фосфора:

2P + 5Cl2(изб.) 2PCl5

3) Являясь кислотным соединением, пентахлорид фосфора способен взаимодействовать с растворами щелочей с образованием соответствующих хлоридов и фосфатов:

8KOH + PCl5 → K3PO4 + 5KCl + 4H2O

4) Обменные реакции солей с щелочами, кислотами и другими солями протекают при условии образования осадка или выделения газа:

2K3PO4 + 3Ca(OH)2 → Ca3(PO4)2↓ + 6KOH

4

Калий растворили в воде. Через полученный раствор пропустили газ, выделившийся при взаимодействии серебра с концентрированной азотной кислотой. После этого к данному раствору прилили раствор перманганата калия, в результате чего наблюдали выпадение темно-коричневого осадка. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Щелочные и щелочно-земельные металлы бурно взаимодействуют с водой с образованием щелочи и водорода:

2K + 2H2O → 2KOH + H2

2) Азотная и концентрированная серная кислоты являются кислотами-окислителями. В отличие от кислот-неокислителей, взаимодействующих с металлами, расположенными в электрохимическом ряду напряжений до водорода, с выделением водорода, кислоты-окислители способны реагировать с металлами, стоящими в этом ряду напряжение как до, так и после водорода (кроме платины и золота). Однако вместо водорода выделяются продукты восстановления азота и серы, причем состав продуктов зависит от температуры реакции, активности металла и концентрации кислоты. При взаимодействии концентрированной азотной кислоты с железом и любым металлом правее него продуктом восстановления является диоксид азота (бурый газ):

Ag + 2HNO3(конц.) → AgNO3 + NO2↑ + H2O

3) Диоксид азота, как и другие кислотные оксиды, способен взаимодействовать с основными оксидами и основаниями с образованием солей. Однако диоксид азота, в отличие от других кислотных оксидов, при взаимодействии с основаниями образует сразу две соли – нитрат и нитрит:

2NO2 + 2KOH → KNO3 + KNO2 + H2O

4) Перманганат способен окислять нитриты до нитратов. В кислой среде перманганат восстанавливается до Mn2+, в нейтральной – до MnO2, в щелочной – до манганата MnO42-. В нашем случае среда нейтральная, поэтому уравнение реакции будет иметь вид:

3KNO2 + 2KMnO4 + H2O → 3KNO3 + 2MnO2↓ + 2KOH

5

В раствор бромоводорода добавили карбонат калия. Образовавшуюся при этом соль выделили, высушили, добавили к концентрированной серной кислоте и нагрели. Полученное простое вещество разделили на две части. Одну часть вещества поместили в горячий концентрированный раствор гидроксида калия, а другую часть – в раствор, содержащий сульфит калия и гидроксид натрия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Все соли, образованные слабыми кислотами, реагируют с другими существенно более сильными кислотами:

K2CO3 + 2HBr → 2KBr + CO2↑ + H2O

2) При взаимодействии кристаллических бромидов с концентрированной серной кислотой протекает окислительно-восстановительная реакция, в результате которой бромид-ион окисляется до брома, а сера в концентрированной серной кислоте понижает свою степень окисления +6 до +4, превращаясь в диоксид серы SO2:

2KBr(тв) + 2H2SO4(конц., гор.) → K2SO4 + Br2 + SO2↑ + 2H2O

Также возможен вариант с образованием кислой соли KHSO4 вместо K2SO4.

*  Отношение остальных галогенидов к концентрированной серной кислоте:

Кристаллические йодиды, являясь намного более сильными восстановителями, чем бромиды, восстанавливают концентрированную серную кислоту до сероводорода, сами при этом как и бром окисляясь до простого вещества (I2).

Кристаллические фториды и хлориды под действием концентрированной серной кислоты не окисляются, а переходят соответственно в газообразные HF и HCl.

3) При взаимодействии галогенов – хлора, брома и йода – с щелочами протекает реакция диспропорционирования. Реакция брома (хлора, йода) с горячим раствором щелочи приводит к образованию бромида (хлорида, йодида) и бромата (хлората, йодата):

3Br2 + 6KOH → 5KBr + KBrO3 + 3H2O (нагрев)

4) Сера является кислотообразующим элементом, для которого присущи разные степени окисления. При использовании подходящего окислителя или восстановителя можно перейти от соли одной кислоты к соли другой кислоты, в которой кислотообразующий элемент имеет другую степень окисления. В данном случае соль сернистой кислоты при действии окислителя – брома — переходит в соль серной кислоты:

Br2 + K2SO3 + 2NaOH → 2NaBr + K2SO4 + H2O

6

Оксид железа (III) поместили в раствор азотной кислоты. Образовавшуюся соль выделили, высушили и прокалили. Твердый остаток, полученный при прокаливании соли, растворили в иодоводородной кислоте. Один из продуктов этой реакции, являющийся простым веществом, вступило в реакцию с концентрированным раствором гидроксида натрия при нагревании. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Оксид железа (III) является амфотерным оксидом. Как и другие амфотерные оксиды, Fe2O3 в зависимости от свойств второго реагента способен проявлять как кислотные, так и основные свойства. При взаимодействии с кислотами амфотерный оксид проявляется основные свойства, в результате чего образуется соль:

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O

2) Все нитраты подвержены термическому разложению. Глубина разложения зависит от положения металла в ряду активности. Нитраты металлов от Mg до Cu включительно разлагаются с образованием оксида металла, бурого газа NO2 и кислорода:

4Fe(NO3)3 нагрев 2Fe2O3 + 12NO2↑ + 3O2

3) При взаимодействии оксида железа (III) с иодоводородной кислотой, проявляющей восстановительные свойства, происходит изменение степени окисления йода, при этом железо (III) восстанавливается до железа (II):

Fe2O3 + 6HI → 2FeI2 + I2 + 3H2O

4) Йод, как и галогены бром и хлор, проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства, поэтому способен вступать в реакции диспропорционирования. В горячем концентрированном раствором щелочи йод диспропорционирует с образованием иодида и иодата:

3I2 + 6NaOH(конц.) нагрев 5NaI + NaIO3 + 3H2O

7

Карбид алюминия сожгли на воздухе. Выделившийся газ пропустили через избыток раствора гидроксида калия. К раствору образовавшейся в результате этой реакции соли добавили сульфат хрома (III). Выделившийся осадок поместили в концентрированный раствор пероксида водорода и гидроксида натрия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Бинарное соединение карбид алюминия сгорает на воздухе до двух оксидов: нелетучего оксида алюминия и углекислого газа:

Al4C3 + 6O2 → 2Al2O3 + 3CO2

2) Реакция кислотного оксида с основными оксидами и основаниями приводит к образованию солей:

2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O

3) При смешении растворов солей трехвалентных металлов с растворами сульфитов/сульфидов/карбонатов в реакции помимо солей принимает участие также вода. Связано это с тем, что предполагаемый в качестве продукта сульфит/сульфид/карбонат трехвалентного металла необратимо гидролизуется водой:

3K2CO3 + Сr2(SO4)3 + 3H2O → 2Cr(OH)3↓ + 3K2SO4 + 3CO2

* Исключение: взаимодействие солей трехвалентного железа с растворами сульфидов и сульфитов не подчиняются описанному выше правилу, поскольку протекают окислительно-восстановительные реакции — железо (III) восстанавливается до железа (II). При этом сульфид-ион окисляется до свободной серы, а сульфит-ион окисляется до сульфат-иона. Например:

2FeCl3 + 3Na2S = 2FeS + S + 6NaCl

2FeCl3 + Na2SO3 + H2O= 2FeCl2 + 2HCl + Na2SO4

4) Соединения хрома (III) при действии на них сильных окислителей в щелочной среде превращаются в хроматы — соли ярко-желтого цвета, содержащие в своем составе хромат-ион CrO42-:

2Cr(OH)3 + 3H2O2 + 4NaOH → 2Na2CrO4 + 8H2O

8

Алюминий сожгли в токе хлора. Полученное вещество добавили к раствору карбоната натрия. Выпавший в результате этой реакции осадок выделили и поместили в раствор гидроксида натрия. К продукту реакции прилили избыток раствора серной кислоты. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) При взаимодействии алюминия с хлором образуется бескислородная соль:

2Al + 3Cl2 → 2AlCl3

2) При смешении растворов солей трехвалентных металлов с растворами сульфитов/сульфидов/карбонатов в реакции, помимо солей, принимает участие также вода. Связано это с тем, что предполагаемый в качестве продукта сульфит/сульфид/карбонат трехвалентного металла необратимо гидролизуется водой:

2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 6NaCl + 2Al(OH)3↓ + 3CO2

* Исключение: взаимодействие солей трехвалентного железа с растворами сульфидов и сульфитов не подчиняются описанному выше правилу, поскольку протекают окислительно-восстановительные реакции — железо (III) восстанавливается до железа (II). При этом сульфид-ион окисляется до свободной серы, а сульфит-ион окисляется до сульфат-иона. Например:

2FeCl3 + 3Na2S = 2FeS + S + 6NaCl

2FeCl3 + Na2SO3 + H2O= 2FeCl2 + 2HCl + Na2SO4

3) Амфотерные гидроксиды проявляют как кислотные, так и основные свойства. При взаимодействии амфотерных оксидов/гидроксидов с щелочами образуются комплексные соли:

Al(OH)3 + NaOH(р-р) → Na[Al(OH)4]

4) При действии избытка сильных кислот на гидроксокомплексы последние полностью разрушаются, образуя соли активного и амфотерного металлов:

2Na[Al(OH)4] + 4H2SO4 → Na2SO4 + Al2(SO4)3 + 8H2O

9

Оксид железа (III) сплавили с твердым гидроксидом натрия. Полученное твердое вещество добавили к избытку раствора вещества, полученного при пропускании смеси оксида азота(IV) с кислородом через воду. Соединение железа выделили и поместили в раствор карбоната калия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Оксид железа (III) является амфотерным оксидом, обладающим и кислотными, и основными свойствами. При сплавлении оксида железа (III) со щелочью образуется диоксоферрат (III) натрия:

Fe2O3 + 2NaOH(тв.) → 2NaFeO2 + H2O (сплавление)

2) При пропускании смеси диоксида азота с кислородом через воду образуется азотная кислота:

4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3

* при пропускании чистого NO2 (без кислорода) через воду образуются две кислоты — азотная и азотистая.

3) При действии сильных кислот на NaFeO2 образуется две соли и вода:

NaFeO2 + 4HNO3(изб.) → NaNO3 + Fe(NO3)3 + 2H2O

4) При смешении растворов солей трехвалентных металлов с растворами сульфитов/сульфидов/карбонатов в реакции, помимо солей, принимает участие также вода. Связано это с тем, что предполагаемый в качестве продукта сульфит/сульфид/карбонат трехвалентного металла необратимо гидролизуется водой:

2Fe(NO3)3 + 3K2CO3 + 3H2O → 2Fe(OH)3↓ + 6KNO3 + 3CO2

* Исключение: взаимодействие солей трехвалентного железа с растворами сульфидов и сульфитов не подчиняются описанному выше правилу, поскольку протекают окислительно-восстановительные реакции — железо (III) восстанавливается до железа (II). При этом сульфид-ион окисляется до свободной серы, а сульфит-ион окисляется до сульфат-иона. Например:

2FeCl3 + 3Na2S = 2FeS + S + 6NaCl

2FeCl3 + Na2SO3 + H2O= 2FeCl2 + 2HCl + Na2SO4

10

Сульфат железа (II) добавили к раствору гидроксида натрия. Осадок выделили и добавили к концентрированному раствору перекиси водорода. Полученное вещество бурого цвета добавили к раствору иодоводородной кислоты. Простое вещество, образовавшееся в результате этой реакции, поместили к горячий концентрированный раствор гидроксида калия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Реакция сульфата железа (II) и гидроксида натрия является типичным примером реакции обмена между растворимой солью и щелочью. Ее протекание возможно, поскольку образуется осадок (гидроксид железа (II)):

FeSO4 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + Na2SO4

2) Гидроксид железа (II) легко окисляется. Под действием кислорода или перекиси водорода бледно-зеленый осадок гидроксида железа окисляется, превращаясь также в нерастворимый гидроксид железа (III) бурого цвета:

2Fe(OH)2 + H2O2 → 2Fe(OH)3

3) Иодид-ион является довольно сильным восстановителем вследствие чего способен окисляться даже ионами Cu2+ и Fe3+, восстанавливая их соответственно до соединений Cu+1 и Fe+2. Так, в случае гидроксида железа (III) его взаимодействие с йодоводородной кислотой выглядит следующим образом:

2Fe(OH)3 + 6HI → 2FeI2 + I2 + 6H2O

4) Все галогены (кроме фтора) диспропорционируют при взаимодействии с щелочами, т.е. одновременно и повышают, и понижают свою степень окисления. В горячем растворе щелочи йод окисляется до I+5 и восстанавливается до I-1:

3I2 + 6KOH(горяч.) → 5KI + KIO3 + 3H2O

* аналогично реагируют с щелочью при нагревании хлор и бром.

11

Хлорат калия нагрели в присутствии оксида марганца (IV). Выделившийся газ прореагировал с горячим металлическим железом. Железную окалину растворили в концентрированной азотной кислоте. Образовавшаяся в результате этой реакции соль внесли в раствор карбоната калия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Хлорат калия (бертолетова соль) разлагается в присутствии диоксида марганца до хлорида калия и кислорода:

2KClO3 → 2KCl + 3O2↑ (кат. MnO2)

2) Реакция горения железа в кислороде приводит к образованию железной окалины Fe3O4, представляющей собой смешанный оксид FeO∙Fe2O3:

3Fe + 2O2 → Fe3O4

3) Железная окалина Fe3O4 формально может рассматриваться как смесь FeO и Fe2O3 в мольном соотношении 1:1. При взаимодействии оксида Fe2O3 с концентрированной азотной кислотой протекает реакция обмена без изменения степени окисления железа в образовавшейся соли – нитрата железа (III). А при взаимодействии оксида FeO, в котором железо проявляет степень окисления +2, происходит его окисление, в результате чего также образуется соль нитрата железа (III), а концентрированная азотная кислота восстанавливается до диоксида азота:

Fe3O4 + 10HNO3(конц.) → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O

4) При смешении растворов солей трехвалентных металлов с растворами сульфитов/сульфидов/карбонатов в реакции, помимо солей, принимает участие также вода. Связано это с тем, что предполагаемый в качестве продукта сульфит/сульфид/карбонат трехвалентного металла необратимо гидролизуется водой:

2Fe(NO3)3 + 3K2CO3 + 3H2O → 2Fe(OH)3↓ + 6KNO3 + 3CO2

* Исключение: взаимодействие солей трехвалентного железа с растворами сульфидов и сульфитов не подчиняются описанному выше правилу, поскольку протекают окислительно-восстановительные реакции — железо (III) восстанавливается до железа (II). При этом сульфид-ион окисляется до свободной серы, а сульфит-ион окисляется до сульфат-иона. Например:

2FeCl3 + 3Na2S = 2FeS + S + 6NaCl

2FeCl3 + Na2SO3 + H2O= 2FeCl2 + 2HCl + Na2SO4

12

Гидрид калия растворили в воде. Через полученный раствор пропустили газ с неприятным запахом, выделившийся при взаимодействии твердого иодида калия с нагретой концентрированной серной кислотой. К раствору образовавшейся соли калия добавили сульфат алюминия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Гидриды активных металлов содержат водород в редкой для него степени окисления, равной -1.  По этой причине гидриды активных металлов являются чрезвычайно сильными восстановителям, в частности, восстанавливают водород из воды:

KH + H2O → KOH + H2

2) В ряду ионов F-Cl-Br-I возрастают восстановительные свойства галогенидов. Так, например, фториды и хлориды не вступают в окислительно-восстановительную реакцию с концентрированной серной кислотой. При их взаимодействии с H2SO4 выделяются газообразные HF и HCl соответственно. Бромиды восстанавливают концентрированную H2SO4 до SO2, а йодиды – до H2S:

8KI(тв.) + 9H2SO4(конц.) → 4I2↓ + H2S↑ + 4H2O + 8KHSO4

3) При взаимодействии сероводородной кислоты с избытком щелочи протекает реакция обмена с образованием сульфида калия и воды:

H2S + 2KOH → K2S + 2H2O

4) При смешении растворов солей трехвалентных металлов с растворами сульфитов/сульфидов/карбонатов в реакции помимо солей принимает участие также вода. Связано это с тем, что предполагаемый в качестве продукта сульфит/сульфид/карбонат трехвалентного металла необратимо гидролизуется водой:

3K2S + Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ + 3K2SO4

* Исключение: взаимодействие солей трехвалентного железа с растворами сульфидов и сульфитов не подчиняются описанному выше правилу, поскольку протекают окислительно-восстановительные реакции — железо (III) восстанавливается до железа (II). При этом сульфид-ион окисляется до свободной серы, а сульфит-ион окисляется до сульфат-иона. Например:

2FeCl3 + 3Na2S = 2FeS + S + 6NaCl

2FeCl3 + Na2SO3 + H2O= 2FeCl2 + 2HCl + Na2SO4

13

Пероксид водорода разложили в присутствии оксида марганца (IV). Выделившийся в результате этой реакции бесцветный газ прореагировал с железом с образованием железной окалины, которую затем смешали с концентрированной азотной кислотой. Далее к полученному раствору добавили раствор карбонат калия, в результате чего выделился газ и образовался бурый осадок. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1)  Пероксид водорода – неустойчивое, легко разлагающееся соединение. Разложение пероксида водорода катализируется ионами переходных металлов:

2H2O2 → 2H2O + O2↑ (кат. MnO2)

2) Железная окалина, имеющая формулу Fe3O4, образуется при сжигании железа в кислороде:

3Fe + 2O2 нагрев Fe3O4

3) Железная окалина – Fe3O4 может условно рассматриваться как смесь оксидов FeO и Fe2O3 в молярном соотношении 1:1.Таким образом, между оксидом железа (III) и концентрированной азотной кислотой протекает обычная обменная реакция с образованием нитрата железа (III) и воды, а между оксидом железа (II) – окислительно-восстановительная реакция, в результате которой также образуется нитрат железа (III), а азот в азотной кислоте восстанавливается до бурого газа (NO2):

Fe3O4 + 10HNO3(конц.) → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O

4) При смешении растворов солей трехвалентных металлов с растворами сульфитов/сульфидов/карбонатов в реакции, помимо солей, принимает участие также вода. Связано это с тем, что предполагаемый в качестве продукта сульфит/сульфид/карбонат трехвалентного металла необратимо гидролизуется водой:

2Fe(NO3)3 + 3K2CO3 + 3H2O → 2Fe(OH)3↓ + 6KNO3 + 3CO2

14

Оксид азота (II) окислили кислородом. Выделившийся в результате этой реакции газ бурого цвета смешали с кислородом и пропустили через воду, при этом образовалась кислота. В горячий концентрированный раствор этой кислоты поместили оксид железа (II). В раствор образовавшийся соли добавили карбонат калия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) NO легко окисляется кислородом воздуха при комнатной температуре и атмосферном давлении с образованием «бурого газа» NO2:

2NO + O2 → 2NO2

2) При пропускании смеси диоксида азота с кислородом через воду образуется азотная кислота::

4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3

* при пропускании чистого NO2 через воду образуются сразу две кислоты — азотная и азотистая.

3) При взаимодействии оксида железа (II) с кислотами-неокислителями образуются соли двухвалентного железа, при взаимодействии оксида железа (II) с кислотами-окислителями образуются соли трехвалентного железа. В случае использования в качестве окислителя азотной кислоты продуктом восстановления является газ NO2:

FeO + 4HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + NO2↑ + 2H2O

4) При смешении растворов солей трехвалентных металлов с растворами сульфитов/сульфидов/карбонатов в реакции, помимо солей, принимает участие также вода. Связано это с тем, что предполагаемый в качестве продукта сульфит/сульфид/карбонат трехвалентного металла необратимо гидролизуется водой:

2Fe(NO3)3 + 3K2CO3 + 3H2O → 2Fe(OH)3↓ + 6KNO3 + 3CO2

* Исключение: взаимодействие солей трехвалентного железа с растворами сульфидов и сульфитов не подчиняются описанному выше правилу, поскольку протекают окислительно-восстановительные реакции — железо (III) восстанавливается до железа (II). При этом сульфид-ион окисляется до свободной серы, а сульфит-ион окисляется до сульфат-иона. Например:

2FeCl3 + 3Na2S = 2FeS + S + 6NaCl

2FeCl3 + Na2SO3 + H2O= 2FeCl2 + 2HCl + Na2SO4

15

Силицид кальция обработали горячей водой. Выделившийся в результате этой реакции газ сожгли в кислороде. Твердый продукт смешали с фосфатом кальция и углем и данную смесь прокалили. Образовавшееся простое вещество растворили в концентрированной азотной кислоте. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Бинарное соединение силицид кальция легко гидролизуется водой и водными растворами кислот-неокислителей. В обоих случаях одним из продуктов является силан SiH4:

Ca2Si + 4H2O → 2Ca(OH)2 + SiH4

2) Силан может самопроизвольно загораться при контакте с кислородом воздуха. При это образуется диоксид кремния, вода, а также выделяется большое количество теплоты:

SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O

3) В промышленности фосфор получают прокаливанием фосфата кальция с углем (коксом) и песком в электрических печах при температуре около 1500 – 1600oC. Выделяющиеся пары белого фосфора конденсируются в приемнике под слоем воды:

2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10C → 6CaSiO3 + P4 + 10CO

* вместо формулы белого фосфора P4 можно записывать просто P. 

4) Фосфор, сера и углерод способны окисляться азотной кислотой и концентрированной серной кислотой. Данные простые вещества окисляются до высших степеней окисления элементов, образуя соответствующие кислородсодержащие кислоты:

P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2↑ + H2O

* При действии концентрированной серной кислоты на серу, очевидно, невозможно окисление серы S0 до высшей степени окисления +6. В этом случае протекает реакция сопропорционирования:

2H2SO4(конц.) + S = 3SO2 + 2H2O

16

Натрий осторожно поместили в воду. Через полученный раствор пропустили недостаток сернистого газа. Образовавшуюся соль добавили в подкисленный серной кислотой раствор бихромата натрия. Соль хрома выделили и добавили к раствору карбоната натрия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Щелочные и щелочно-земельные металлы взаимодействуют с водой в обычных условиях. При этом образуется щелочь и выделяется водород:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

2) При пропускании недостатка сернистого газа через водный раствор щелочи образуется нормальная (средняя) соль:

2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O

3) Сульфит натрия содержит серу в промежуточной степени окисления, т.е. в реакциях может быть как окислителем, так и восстановителем (чаще последнее). При действии различных окислителей (кислорода, перманганатов, бихроматов , кислот-окислителей, галогенов) сульфит натрия окисляется до сульфата:

3Na2SO3 + Na2Cr2O7 + 4H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 4Na2SO4 + 4H2O

4) При смешении растворов солей трехвалентных металлов с растворами сульфитов/сульфидов/карбонатов в реакции, помимо солей, принимает участие также вода. Связано это с тем, что предполагаемый в качестве продукта сульфит/сульфид/карбонат трехвалентного металла необратимо гидролизуется водой:

Cr2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Cr(OH)3↓ + 3Na2SO4 + 3CO2

* Исключение: взаимодействие солей трехвалентного железа с растворами сульфидов и сульфитов не подчиняются описанному выше правилу, поскольку протекают окислительно-восстановительные реакции — железо (III) восстанавливается до железа (II). При этом сульфид-ион окисляется до свободной серы, а сульфит-ион окисляется до сульфат-иона. Например:

2FeCl3 + 3Na2S = 2FeS + S + 6NaCl

2FeCl3 + Na2SO3 + H2O= 2FeCl2 + 2HCl + Na2SO4

17

К раствору хлорида железа (III) добавили карбонат натрия, в результате чего выпал осадок бурого цвета. Осадок выделили, высушили и прокалили. Оксид железа (III) полностью восстановили угарным газом, в результате чего выделился бесцветный газ. Этот газ пропустили через водный раствор силиката натрия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) При смешении растворов солей трехвалентных металлов с растворами сульфитов/сульфидов/карбонатов в реакции, помимо солей, принимает участие также вода. Связано это с тем, что предполагаемый в качестве продукта сульфит/сульфид/карбонат трехвалентного металла необратимо гидролизуется водой:

2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Fe(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2

2) Нерастворимые гидроксиды подвержены термическому разложению с образованием соответствующих оксидов и воды. Данные реакции протекают без изменения степеней окисления:

2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O (нагрев)

3) При восстановлении высших оксидов образуются низшие оксиды. Так, при действии на оксид железа (III) избытком угарным газа, водорода или углерода при нагревании образуется железо:

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

4) Соли способны взаимодействовать с кислотами при условии признака реакции. Осадок в подобных типах реакции образуют только соли кремниевой кислоты. При пропускании через соль кремниевой кислоты кислотного оксида (или другой кислоты) образуется соль и в осадок выпадает кремниевая кислота:

Na2SiO3 + CO2 + H2O → Na2CO3 + H2SiO3

18

Оксид меди (II) растворили в серной кислоте. Через образовавшийся раствор пропустили газ с резким запахом, выделившийся при взаимодействии магния с концентрированной серной кислотой, в результате чего в осадок выпало вещество черного цвета. Это вещество выделили и добавили к концентрированной азотной кислоте. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Оксид меди (II) относится к основным оксидам, в связи с чем реагирует с кислотами, образуя соответствующие соли:

CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

2) Концентрированная серная кислота проявляет сильные окислительные свойства. Связано это с тем, что окислительные свойства в кислотах-окислителях обеспечиваются не за счет катионов водорода H+, а за счет кислотообразующего элемента в высшей степени окисления, в  нашем случае серы.

Магний является активным металлом, поэтому сера в концентрированной серной кислоте восстанавливается им до низшей степени окисления -2, т.е. до сероводорода:

4Mg + 5H2SO4(конц.) → 4MgSO4 + H2S↑ + 4H2O

3) Обычно реакция слабой кислоты с солью, образованной другой существенно более сильной кислотой не протекает. Однако это правило нарушается, если образуется соль с крайне низкой растворимостью. Например, к таким «крайне нерастворимым» солям относятся сульфиды меди, свинца и ртути. При пропускании сероводорода через растворы солей этих металлов наблюдается выпадение осадка нерастворимого сульфида:

CuSO4 + H2S → CuS↓ + H2SO4

* следует отметить, что нерастворимый в воде сульфид железа (II) в аналогичных условиях в осадок не выпадает из-за недостаточно низкой растворимости.

4) Кислота-окислитель переводит серу из минимальной степени окисления (-2) в максимальную (+6), при этом концентрированная азотная кислота восстанавливается до диоксида азота:

CuS + 8HNO3(конц.) → CuSO4 + 8NO2↑ + 4H2O

19

Нитрид кальция растворили в воде, в результате чего выделился газ с резким запахом. Этот газ при нагревании пропустили через трубку, заполненную оксидом меди (II). Образовавшееся в результате этой реакции простое вещество красного цвета поместили в разбавленный раствор азотной кислоты. Водный раствор полученной соли подвергли электролизу. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Нитриды щелочных и щелочноземельных металлов легко разлагаются водой, образуя щелочь и аммиак:

Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3

2) Оксид меди восстанавливается аммиаком до свободного металла:

2NH3+ 3CuO → 3Cu + N2↑ + 3H2O (нагрев)

3) Азотная кислота является сильным окислителем и способна реагировать со всеми металлами в ряду активности, кроме платины и золота. Медь, будучи малоактивным металлом, восстанавливает концентрированную азотную кислоту до NO2, а разбавленную до NO:

3Cu + 8HNO3(разб.) → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

4) Нитрат меди — соль, образованная катионом металла,расположенного правее водорода в ряду активности, и кислородсодержащим кислотным остатком. В случае растворов солей таких металлов на катоде протекает процесс восстановления катиона металла. В нашем случае его можно записать так:

катод: Cu2+ + 2e => Cu0

Кислородсодержащие кислотные остатки (кроме остатков карбоновых кислот) не могут разрядиться на аноде, поскольку энергетически более выгодным является процесс окисления молекул воды:

анод: 2H2O — 4e- => O2 + 4H+

Количество электронов, которые отдает катод, равно количеству электронов, которые принимает анод. Подведем в связи с этим электронный баланс:

катод: Cu2+ + 2e => Cu0          | ∙ 2

анод: 2H2O — 4e- => O2 + 4H+ | ∙ 1

2Cu2+ + 2H2O = 2Cu0 + O2 + 4H+  — ионное уравнение электролиза.

Добавив по  4 нитрат-иона в левую и правую часть уравнения и объединив их с противоионами, получаем полное уравнение электролиза:

2Cu(NO3)2 + 2H2O → 2Cu↓ + O2↑ + 4HNO3 (электролиз)

20

Водный раствор нитрата меди (II) подвергли электролизу, в результате чего на катоде выделилось простое вещество красного цвета. Это вещество нагрели с оксидом меди (II). Образовавшееся соединение меди растворили в концентрированной серной кислоте. Далее к этому раствору добавили раствор сульфида натрия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Нитрат меди — соль, образованная катионом металла, расположенного правее водорода в ряду активности, и кислородсодержащим кислотным остатком. В случае растворов солей таких металлов на катоде протекает процесс восстановления катиона металла. В нашем случае его можно записать так:

катод: Cu2+ + 2e => Cu0

Кислородсодержащие кислотные остатки (кроме остатков карбоновых кислот) не могут разрядиться на аноде, поскольку энергетически более выгодным является процесс окисления молекул воды:

анод: 2H2O — 4e- => O2 + 4H+

Количество электронов, которые отдает катод, равно количеству электронов, которые принимает анод. Подведем в связи с этим электронный баланс:

катод: Cu2+ + 2e => Cu0          | ∙ 2

анод: 2H2O — 4e- => O2 + 4H+ | ∙ 1

2Cu2+ + 2H2O = 2Cu0 + O2 + 4H+  — ионное уравнение электролиза.

Добавив по  4 нитрат-иона в левую и правую часть уравнения и объединив их с противоионами, получаем полное уравнение электролиза:

2Cu(NO3)2 + 2H2O → 2Cu↓ + O2↑ + 4HNO3 (электролиз)

2) Высшие оксиды меди, железа, углерода могут реагировать соответственно с медью, железом, углеродом при нагревании. При этом образуется оксид с промежуточной степенью окисления элемента. В случае меди и оксида меди (II) реакция приводит к образованию оксида меди (I):

Cu + CuO → Cu2O (нагрев)

3) Cu+1 окисляется концентрированными серной и азотной кислотами до Cu+2:

Cu2O + 3H2SO4(конц.) → 2CuSO4 + SO2↑ + 3H2O

4) Две соли реагируют друг с другом в случае, если одновременно выполняются два требования:

* исходные соли растворимы

*  в продуктах есть осадок или газ

Таким образом, реакция между растворимыми солями CuSO4 и Na2S возможна поскольку образуется осадок (CuS):

CuSO4 + Na2S → CuS↓ + Na2SO4

* среди редких случаев образования газа при взаимодействии солей обязательно следует помнить реакцию между растворами солей аммония и нитритов при нагревании, например:

NH4Cl + KNO2 = N2↑ + 2H2O + KCl

21

Карбид алюминия поместили в раствор бромоводородной кислоты. К раствору соли добавили сульфит калия, в результате чего выпал осадок и выделился газ с резким запахом. Этот газ пропустили через подкисленный серной кислотой раствор бихромата калия. Соль хрома выделили и добавили к раствору хлорида бария. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Карбид алюминия легко гидролизуется водой, а также растворами кислот и щелочей. При взаимодействии с водой и кислотами протекает обычная реакция обмена:

Al4C3 + 12HBr → 4AlBr3 + 3CH4

2) При смешении растворов солей трехвалентных металлов с растворами сульфитов/сульфидов/карбонатов в реакции, помимо солей, принимает участие также вода. Связано это с тем, что предполагаемый в качестве продукта сульфит/сульфид/карбонат трехвалентного металла необратимо гидролизуется водой:

2AlBr3 + 3K2SO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 3SO2↑ + 6KBr

* Исключение: взаимодействие солей трехвалентного железа с растворами сульфидов и сульфитов не подчиняются описанному выше правилу, поскольку протекают окислительно-восстановительные реакции — железо (III) восстанавливается до железа (II). При этом сульфид-ион окисляется до свободной серы, а сульфит-ион окисляется до сульфат-иона. Например:

2FeCl3 + 3Na2S = 2FeS + S + 6NaCl

2FeCl3 + Na2SO3 + H2O= 2FeCl2 + 2HCl + Na2SO4

3) Дихроматы и перманганаты являются сильными окислителями. Сернистый газ содержит серу в степени окисления +4, т.е. в промежуточной степени окисления, в связи с чем может быть как окислителем, так и восстановителем. Дихромат-ион при восстановлении в нейтральной среде превращается в Cr(OH)3, в щелочной среде — в [Cr(OH)6]3+, в случае кислой среды  — в соль трехвалентного хрома:

3SO2 + K2Cr2O7 + H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O

4) Две соли реагируют друг с другом в случае, если одновременно выполняются два требования:

* исходные соли растворимы

*  в продуктах есть осадок или газ

Таким образом, реакция между растворимыми солями Cr2(SO4)3 и BaCl2  возможна, поскольку образуется осадок (BaSO4):

Cr2(SO4)3 + 3BaCl2 → 3BaSO4↓ + 2CrCl3

* среди редких случаев образования газа при взаимодействии солей обязательно следует помнить реакцию между растворами солей аммония и нитритов при нагревании, например:

NH4Cl + KNO2 = N2↑ + 2H2O + KCl

22

Нитрат натрия прокалили. Образовавшуюся при этом соль смешали с йодидом аммония и нагрели. Продукт реакции поместили в щелочной раствор перманганата натрия. Осадок выделили и добавили к концентрированному раствору едкого калия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Степень разложения нитратов определяется расположением металлов в ряду активностей.

Разложение нитратов металлов, расположенных в ряду активностей левее магния, происходит до нитритов и кислорода. Разложение нитратов металлов, расположенных в ряду активностей от Mg до Cu (включительно), протекает до оксидов металлов, диоксида азота и кислорода. Разложение нитратов металлов, расположенных правее меди, происходит до металла, диоксида азота и кислорода. Натрий расположен до магния в ряду активности, поэтому уравнение разложения его нитрата записывается следующим образом:

2NaNO3 → 2NaNO2 + O2 (нагрев)

2) При нагревании смеси, состоящей из нитрита металла и соли аммония, протекает окислительно-восстановительная реакция с образованием молекулярного азота, соли и воды:

NaNO2 + NH4I → NaI + N2↑ + 2H2O (нагрев)

3) Йодид-ион обладает сильными восстановительными свойствами, легко превращаясь под действием даже не очень сильных окислителей в простое вещество I2. Перманганат-ион в щелочной среде восстанавливается в наименьшей степени:  марганец понижает свою степень окисления с +7 лишь до +6:

2NaI + 2NaMnO4 → I2↓ + 2Na2MnO4

4) Все галогены реагируют с растворами щелочей. Хлор, бром и йод при взаимодействии с щелочами при нагревании образуют воду и две соли — галогенид (MeHal) и галогенат (MeHalO3) активного металла:

3I2 + 6KOH → 5KI + KIO3 + 3H2O

* в случае щелочей, образованных щелочно-земельными металлами, формулы галогенида и галогената имеют вид MeHal2 и Me(HalO3)2 соответственно.

23

К раствору хлорида бария добавили сульфат натрия. Выпавший осадок отделили, а оставшийся раствор досуха упарили. Бесцветное кристаллическое вещество поместили в концентрированный раствор серной кислоты, в результате чего выделился газ с резким запахом. Газ собрали, растворили в воде и избыток получившегося раствора прилили к железной окалине. После окончания реакции к данному кислому раствору добавили перманганат калия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) Обменные реакции между солями сопровождаются, как правило, выпадением осадков. Сульфат бария – не растворимое в воде, в растворах щелочей и большинства кислот вещество белого цвета:

BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + 2NaCl

2) При действии концентрированной серной кислоты на хлориды выделяется газообразный хлороводород. Реакция протекает благодаря тому, что в серной кислоте, в отличие от воды, хлороводород плохо растворяется:

NaCl(тв.) + H2SO4 → NaHSO4 + HCl↑

* Фториды реагируют с концентрированной серной кислотой аналогично хлоридам, а бромиды и йоды окисляются ею до свободных галогенов Br2 и I2 соответственно.

3) Железная окалина формально может рассматриваться как смесь оксидов FeO и Fe2O3  в мольном соотношении 1:1. По этой причине при взаимодействии железной окалины с растворами кислот-неокислителей образуются соли железа (II) и железа (III):

Fe3O4 + 8HCl → FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O

4) Перманганаты и дихроматы – типичные окислители, соли железа (II) – типичные восстановители. Их взаимодействие приводит к окислению железа до степени окисления +3, а перманганат-ион в кислой среде восстанавливается до Mn2+:

5FeCl2 + KMnO4 + 8HCl → 5FeCl3 + MnCl2 + KCl + 4H2O

24

Бромид железа (III) добавили к раствору карбоната натрия. Образовавшийся осадок бурого цвета выделили, высушили и прокалили. Твердый остаток сплавили с гидроксидом калия. Продукт данной реакции растворили в избытке соляной кислоты. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Решение

1) При смешении растворов солей трехвалентных металлов с растворами сульфитов/сульфидов/карбонатов в реакции помимо солей принимает участие также вода. Связано это с тем, что предполагаемый в качестве продукта сульфит/сульфид/карбонат трехвалентного металла необратимо гидролизуется водой:

2FeBr3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Fe(OH)3↓ + 6NaBr + 3CO2

* Исключение: взаимодействие солей трехвалентного железа с растворами сульфидов и сульфитов не подчиняются описанному выше правилу, поскольку протекают окислительно-восстановительные реакции — железо (III) восстанавливается до железа (II). При этом сульфид-ион окисляется до свободной серы, а сульфит-ион окисляется до сульфат-иона. Например:

2FeCl3 + 3Na2S = 2FeS + S + 6NaCl

2FeCl3 + Na2SO3 + H2O= 2FeCl2 + 2HCl + Na2SO4

2) Нерастворимые гидроксиды при прокаливании разлагаются до соответствующего оксида и воды:

2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O (нагрев)

3) Оксид железа (III), будучи амфотерным оксидом, при сплавлении с щелочами образует среднюю соль:

Fe2O3 + 2KOH → 2KFeO2 + H2O (нагрев)

4) Феррат (III) калия при обработке его раствором сильной кислоты образует две соли и воду:

KFeO2 + 4HCl → FeCl3 + KCl + 2H2O

комментариев 15
  1. Светлана

    Добрый день
    В 17 задании, при восстановлении железной окалины угарным газом, образуется оксид железа (II), а не железо. Кажется, у Вас опечатка.

    Спасибо за прекрасный сайт!

    • Сергей Широкопояс

      Спасибо, да, опечатка. Однако, образуется именно железо,т.к. речь о полном восстановлении.

  2. Ирина Владимировна

    Очень ценный материал!!!Сергей, спасибо за огромный труд!!!!!!Доверяю Вашей информации, ценю Ваш интеллект

  3. Светлана

    В задании №18 явная опечатка. По условию сульфид меди (II) помещают в концентрированную серную кислоту, а в решении ниже указано уравнение реакции CuS с концентрированной азотной кислотой.

    • Сергей Широкопояс

      исправлено

  4. Светлана

    В решении задания №7 приведены только три уравнения из четырех. Отсутствует уравнение реакции гидроксида хрома (III) с раствором пероксида водорода и гидроксида натрия.

    • Сергей Широкопояс

      Спасибо. Решение было, но из-за ошибки в html-коде оно просто не отображалось. Исправлено

  5. Людмила

    Здравствуйте! Большое спасибо вам за сайт:) Только вот, если я не ошибаюсь, в задании 7 пропущена 4 реакция. Исправьте, пожалуйста

    • Сергей Широкопояс

      Спасибо. Решение было, но из-за ошибки в html-коде оно просто не отображалось. Исправлено

  6. Алина

    Здравствуйте!
    В 22 задании сказано про щелочной раствор перманганата натрия. Почему в ответах реакция NaI+NaMnO4=I2+Na2MnO4?

    • Сергей Широкопояс

      Ну такое бывает, что средообразователь не попадает в уравнение. В данном случае он влияет на то, в какую форму восстановится перманганат-ион

      Похожая ситуация с реакцией между SO2 и KMnO4 в присутствии серной кислоты. Среди реагентов в уравнении серной кислоты не оказывается.

  7. Ульяна

    Здравствуйте, в 8 задании,в последней реакции, можно записать образование двух кислых солей(гидросульфатов натрия и алюминия)?
    У нас же по условию избыток кислоты. Спасибо!

    • Сергей Широкопояс

      Кислые соли допускается только для щелочных металлов, и только при условии реакции с концентрированной серной кислотой с твердым реагентом

  8. Эльмира

    Здравствуйте.
    Может ли в 15 задании в 4 уравнении образоваться метафосфорная кислота?
    Будет ли это ошибкой?

  9. Эльмира

    Здравствуйте.
    Могла ли в 15 задании в 4 уравнении образоваться метафосфорная кислота?Будет ли это считаться ошибкой?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.