Задания 31 (C2). Реакции, подтверждающие взаимосвязь различных классов неорганических веществ

1) При нагревании натрия в атмосфере водорода (T = 250-400^oC) образуется гидрид натрия):

2Na + H₂ = 2NaH

2) При добавлении воды к гидриду натрия образуется щелочь NaOH, и выделяется водород:

NaH + H₂O = NaOH + H₂↑

3) При взаимодействии меди с концентрированным раствором азотной кислоты выделяется бурый газ - NO₂:

Cu + 4HNO₃(конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

4) При пропускании бурого газа NO₂ через раствор щелочи протекает реакция диспропорционирования – азота N⁺⁴ одновременно окисляется и восстанавливается до N⁺⁵ и N⁺³:

2NaOH + 2NO₂ = NaNO₃ + NaNO₂ + H₂O

(реакция диспропорционирования 2N⁺⁴ → N⁺⁵ + N⁺³).

Формула железной окалины – Fe₃O₄.

При взаимодействии железной окалины с концентрированной азотной кислоты образуется нитрат железа и выделяется оксид азота NO₂:

Fe₃O₄ + 10HNO_3(конц.) → 3Fe(NO₃)₃ + NO₂↑ + 5H₂O

При взаимодействии нитрата железа с гидроксидом натрия выделяется осадок – гидроксид железа (III):

Fe(NO₃)₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaNO₃

Fe(OH)₃ – амфотерный гидроксид, не растворимый в воде, разлагается при нагревании на оксид железа (III) и воду:

2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O

При сплавлении оксида железа (III) с железом образуется оксид железа (II):

Fe₂O₃ + Fe → 3FeO

1) При сжигании натрия на воздухе образуется пероксид натрия:

2Na + O₂ → Na₂O₂

2) При взаимодействии пероксида натрия с хлороводородом при нагревании выделяется газ Cl₂:

Na₂O₂ + 4HCl → 2NaCl + Cl₂↑ + 2H₂O

3) В щелочной среде хлор реагирует при нагревании с амфотерным оксидом хрома в образованием хромата и хлорида калия:

Cr₂O₃ + 3Cl₂ + 10KOH → 2K₂CrO₄ + 6KCl + 5H₂O

2Cr⁺³ -6e → 2Cr⁺⁶ | ^. 3 - окисление

Cl₂ + 2e → 2Cl⁻ | ^. 1 - восстановление

4) Осадок желтого цвета (BaCrO₄) образуется при взаимодействии хромата калия и хлорида бария:

K₂CrO₄ + BaCl₂ → BaCrO₄↓ + 2KCl

1) Цинк реагирует с гидроксидом калия с образование тетрагидроксоцинката калия (аналогично ведут себя Al и Be):

2) Тетрагидроксоцинкат калия после при прокаливании теряет воду и превращается в цинкат калия:

3) Цинкат калия при взаимодействии с соляной кислотой образует хлорид цинка, хлорид калия и воду:

4) Хлорид цинка в результате взаимодействия с сульфидом аммония превращается в нерастворимый сульфид цинка - осадок белого цвета:

1) Йодоводородная кислота нейтрализуется кислой солью слабой угольной кислоты, в результате чего выделяется углекислый газ и образуется NaCl:

HI + KHCO₃ → KI + CO₂↑ + H₂O

2) Йодид калия вступает в окислительно-восстановительную реакцию с дихроматом калия в кислой среде, при этом Cr⁺⁶ восстанавливается до Cr⁺³, I⁻ окисляется до молекулярного I₂, который выпадает в осадок:

6KI + K₂Cr₂O₇ + 7H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 4K₂SO₄ + 3I₂↓ + 7H₂O

2Cr⁺⁶ + 6e → 2Cr⁺³ │ 1

2I⁻ -2e → I₂ │ 3

3) При взаимодействии молекулярного йода с алюминием образуется йодид алюминия:

2Al + 3I₂ → 2AlI₃

4) При взаимодействии йодида алюминия с раствором сульфида калия в осадок выпадает Al(OH)₃ и выделяется H₂S. Образование Al₂S₃ не происходит в связи с полным гидролизом соли в водном растворе:

2AlI₃ + 3K₂S + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 6KI + 3H₂S↑

1) При растворении карбида алюминия в бромоводородной кислоте образуется соль – бромид алюминия, и выделяется метан:

Al₄C₃ + 12HBr → 4AlBr₃ + 3CH₄↑

2) При взаимодействии бромида алюминия с раствором сульфита калия в осадок выпадает Al(OH)₃ и выделяется сернистый газ - SO₂:

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

3) Пропуская сернистый газ через подкисленный раствор дихромата калия, при этом Cr⁺⁶ восстанавливается до Cr⁺³, S⁺⁴ окисляется до S⁺⁶:

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

2Cr⁺⁶ + 6e → 2Cr⁺³ │ 1

S⁺⁴ -2e → S⁺⁶ │ 3

4) При взаимодействии сульфата хрома (III) с раствором нитрата бария образуется нитрат хрома (III), и в осадок выпадает сульфат бария белого цвета:

Cr₂(SO₄)₃ + 3Ba(NO₃)₂ → 3BaSO₄↓ + 2Cr(NO₃)₃

1) Алюминий, а также бериллий и цинк, способен реагировать как с водными растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении. При обработке алюминия водным раствором гидроксида натрия образуются тетрагидроксоалюминат натрия и водород:

2NaOH + 2Al + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

2) При пропускании углекислого газа через водный раствор тетрагидроксоалюмината натрия в осадок выпадает кристаллический гидроксид алюминия. Поскольку по условию через раствор пропускают избыток углекислого газа, образуется не карбонат, а гидрокарбонат натрия:

Na[Al(OH)₄] + CO₂ → Al(OH)₃ ↓ + NaHCO₃

3) Гидроксид алюминия является нерастворимым гидроксидом металла, следовательно, при нагревании разлагается на соответствующий оксид металла и воду:

4) Оксида алюминия, являющийся амфотерным оксидом, при сплавлении с карбонатами вытесняет из них углекислый газ с образованием алюминатов (не путать с тетрагидроксоалюминатами!):

1) Алюминий (также бериллий и цинк) реагирует как с водными растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении. При обработке алюминия водным раствором гидроксида натрия образуются тетрагидроксоалюминат натрия и водород:

2NaOH + 2Al + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

2) При пропускании водорода над нагретым порошком оксида меди (II) Cu⁺² восстанавливается до Cu⁰: цвет порошка меняется с черного (CuO) на красный (Cu):

3) Медь растворяется в концентрированной серной кислоте с образованием сульфата меди (II). Кроме того, при этом выделяется диоксид серы:

Cu + 2H₂SO_4(конц.) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

4) При добавлении сульфата меди к раствору иодида калия протекает окислительно-восстановительная реакция: Cu⁺² восстанавливается до Cu⁺¹, I⁻ окисляется до I₂ (молекулярный йод выпадает в осадок):

CuSO₄ + 4KI → 2CuI + 2K₂SO₄ + I₂↓

1) Электролиз раствора хлорида натрия:

Катод: 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH⁻

Aнод: 2Cl⁻ − 2e → Cl₂

Таким образом, из раствора хлорида натрия в результате его электролиза выделяются газобразные H₂ и Cl₂, а в растворе остаются ионы Na⁺ и ОН⁻. В общем виде уравнение записывается следующим образом:

2H₂O + 2NaCl → H₂↑ + 2NaOH + Cl₂↑

2) При добавлении к раствору щелочи хлорида железа (III) протекает обменная реакция, в результате которой в осадок выпадает Fe(OH)₃:

3NaOH + FeCl₃ → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl

3) При прокаливании гидроксида железа (III) образуются оксид железа (III) и вода:

4) При растворении оксида железа (III) в иодоводородной кислоте образуется FeI₂, при этом I₂ выпадает в осадок:

Fe₂O₃ + 6HI → 2FeI₂ + I₂↓ + 3H₂O

2Fe⁺³ + 2e → 2Fe⁺²│1

2I⁻ − 2e → I₂ │1

1) При нагревании хлората калия в присутствии катализатора (MnO₂, Fe₂O₃, CuO и др.) образуется хлорид калия и выделяется кислород:

2) При сжигании железа в атмосфере кислорода образуется железная окалина, формула которой Fe₃O₄ (железная окалина представляет собой смешанный оксид Fe₂O₃ и FeO):

3) При растворении железной окалины в избытке соляной кислоты образуется смесь хлоридов железа (II) и (III):

Fe₃O₄ + 8HCl → 2FeCl₃ + FeCl₂ + 4H₂O

4) В присутствии сильного окислителя – дихромата натрия Fe⁺² окисляется до Fe⁺³:

6FeCl₂ + Na₂Cr₂O₇ + 14HCl → 6FeCl₃ + 2CrCl₃ + 2NaCl + 7H₂O

Fe⁺² – 1e → Fe⁺³ │6

2Cr⁺⁶ + 6e → 2Cr⁺³ │1

1) При пропускании аммиака через бромоводородную кислоту образуется бромид аммония (реакция нейтрализации):

NH₃ + HBr → NH₄Br

2) При сливании растворов бромида аммония и нитрата серебра протекает реакция обмена между двумя солями, в результате которой выпадает осадок светло-желтого цвета – бромид серебра:

NH₄Br + AgNO₃ → AgBr↓ + NH₄NO₃

3) При нагревании бромида серебра с порошком цинка протекает реакция замещения – выделяется серебро:

2AgBr + Zn → 2Ag + ZnBr₂

4) При действии на металл концентрированной серной кислоты образуется сульфат серебра и выделяется газ с неприятным запахом – диоксид серы:

2Ag + 2H₂SO_4(конц.) → Ag₂SO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

2Ag⁰ – 2e → 2Ag⁺ │1

S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴ │1

1) Оксид хрома (VI) CrO₃ является кислотным оксидом, следовательно, он взаимодействует со щелочью с образованием соли - хромата калия:

CrO₃ + 2KOH → K₂CrO₄ + H₂O

2) Хромат калия в кислой среде превращается без изменения степени окисления хрома в бихромат K₂Cr₂O₇ – соль оранжевого цвета:

2K₂CrO₄ + H₂SO₄ → K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O

3) При обработке бихромата калия бромоводородной кислотой Cr⁺⁶ восстанавливается до Cr⁺³, при этом выделяется молекулярный бром:

K₂Cr₂O₇ + 14HBr → 2CrBr₃ + 2KBr + 3Br₂ + 7H₂O

2Cr⁺⁶ + 6e → 2Cr⁺³ │1

2Br⁻ − 2e → Br₂ │3

4) Бром как более сильный окислитель вытесняет серу из ее водородного соединения:

Br₂ + H₂S → 2HBr + S↓

1) При нагревании порошка магния в атмосфере азота образуется нитрид магния:

2) Нитрид магния полностью гидролизуется с образованием гидроксида магния и аммиака:

Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂↓ + 2NH₃↑

3) Аммиак обладает основными свойствами за счет наличия у атома азота неподеленной электронной пары и в качестве основания вступает в реакцию обмена с сульфатом хрома (III), в результате которой выделяется осадок серого цвета - Cr(OH)₃:

6NH₃ ^. H₂O + Cr₂(SO₄)₃ → 2Cr(OH)₃↓ + 3(NH₄)₂SO₄

4) Перекись водорода в щелочной среде окисляет Cr⁺³ до Cr⁺⁶, в результате чего образуется хромат калия:

2Cr(OH)₃ + 3H₂O₂ + 4KOH → 2K₂CrO₄ + 8H₂O

Cr⁺³ -3e → Cr⁺⁶ │2

2O⁻ + 2e → 2O^-2 │3

1) При взаимодействии амфотерного Al₂O₃ с азотной кислотой образуется соль – нитрат алюминия (реакция обмена):

Al₂O₃ + 6HNO₃ → 2Al(NO₃)₃ + 3H₂O

2) При прокаливании нитрата алюминия образуется оксид алюминия, а также выделяются диоксид азота и кислород (алюминий принадлежит группе металлов (в ряду активности от щелочно-земельных до Cu включительно), нитраты которых разлагаются до оксидов металлов, NO₂ и O₂):

3) Металлический алюминий образуется при электролизе Al₂O₃ в расплавленном криолите Na₂AlF₆ при 960-970^oC.

Схема электролиза Al₂O₃:

В расплаве протекает диссоциация оксида алюминия:

Al₂O₃ → Al³⁺ + AlO₃^3-

K(-): Al³⁺ + 3e → Al⁰

A(+): 4AlO₃^3- − 12e → 2Al₂O₃ + 3O₂

Суммарное уравнение процесса:

Жидкий алюминий собирается на дне электролизера.

4) При обработке алюминия концентрированным щелочным раствором, содержащим нитрат калия, выделяется аммиак, а также образуется тетрагидроксоалюминат калия (щелочная среда):

8Al + 5KOH + 3KNO₃ + 18H₂O → 3NH₃↑ + 8K[Al(OH)₄]

Al⁰ – 3e → Al⁺³ │8

N⁺⁵ + 8e → N^-3 │3

1) При обработке сульфида железа (II) соляной кислотой образуется хлорид железа (II) и выделяется сероводород (реакция обмена):

FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑

2) При обжиге сульфида железа (II) железо окисляется до степени окисления +3 (образуется Fe₂O₃) и выделяется диоксид серы:

3) При взаимодействии двух серосодержащих соединений SO₂ и H₂S протекает окислительно-восстановительная реакция (сопропорционирование), в результате которой выделяется сера:

2H₂S + SO₂ → 3S↓ + 2H₂O

S^-2 – 2e → S⁰ │2

S⁺⁴ + 4e → S⁰ │1

4) При нагревании серы с концентрированной азотной кислотой образуются серная кислота и диоксид азота (окислительно-восстановительная реакция):

S + 6HNO_{3 (конц.)} → H₂SO₄ + 6NO₂↑ + 2H₂O

S⁰ – 6e → S⁺⁶ │1

N⁺⁵ + e → N⁺⁴ │6

1) Нитрид кальция реагирует с водой, образуя щелочь и аммиак:

Ca₃N₂ + 6H₂O → 3Ca(OH)₂ + 2NH₃↑

2) Пропуская аммиак над раскаленным порошком оксида меди (II), медь в оксиде восстанавливается до металлической, при этом выделяется азот (в качестве восстановителей используют также водород, уголь, угарный газ и др.):

Cu⁺² + 2e → Cu⁰ │3

2N^-3 – 6e → N₂⁰ │1

3) Медь, расположенная в ряду активностей металлов после водорода, взаимодействует с концентрированной азотной кислотой с образованием нитрата меди и диоксида азота:

Cu + 4HNO_3(конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

Cu⁰ - 2e → Cu⁺² │1

N⁺⁵ +e → N⁺⁴ │2

4) При прокаливании нитрата меди образуется оксид меди, а также выделяются диоксид азота и кислород (медь принадлежит группе металлов (в ряду активности от щелочно-земельных до Cu включительно), нитраты которых разлагаются до оксидовметаллов, NO₂ и O₂):

1) Реакция взаимодействия кремния и хлора протекает при температуре 340-420^oC в токе аргона с образованием хлорида кремния (IV):

2) Хлорида кремния (IV) полностью гидролизуется, при этом образуется соляная кислота, а кремниевая кислота выпадает в осадок:

SiCl₄ + 3H₂O → H₂SiO₃↓ + 4HCl

3) При прокаливании кремниевая кислота разлагается до оксида кремния (IV) и воды:

4) При сплавлении диоксида кремния с углем и фосфатом кальция протекает окислительно-восстановительная реакция, в результате которой образуются силикат кальция, фосфор, а также выделяется угарный газ:

C⁰ − 2e → C⁺² │10

4P⁺⁵ +20e → P₄⁰ │1

1) Соляная кислота реагирует с железом, окисляя его до степени окисления +2, при этом выделяется водород (реакция замещения):

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑

2) Концентрированная азотная кислота пассивирует железо (т.е. на его поверхности образуется прочная защитная оксидная пленка), однако под воздействием высокой температуры железо окисляется концентрированной азотной кислотой до степени окисления +3:

3) Формула железной окалины – Fe₃O₄ (смесь оксидов железа FeO и Fe₂O₃). Fe₃O₄ вступает в реакцию обмена с соляной кислотой, при этом образуются смесь двух хлоридов железа (II) и (III):

Fe₃O₄ + 8HCl → 2FeCl₃ + FeCl₂ + 4H₂O

4) Кроме того, железная окалина вступает в окислительно-восстановительную реакцию с концентрированной азотной кислотой, при этом содержащееся в ней Fe⁺² окисляется до Fe⁺³:

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

5) Железная окалина и железо при их спекании вступают в реакцию конпропорционирования (окислителем и восстановителем выступает один и тот же химический элемент):

1) Хлор – ядовитый газ, обладающий высокой химической активностью, особенно энергично реагирует с красным фосфором. В атмосфере хлора фосфор самовозгорается и горит слабым зеленоватым пламенем. В зависимости от соотношения реагирующих веществ может получаться хлорид фосфора (III) или хлорид фосфора (V):

2P_{(красн.)} + 3Cl₂ → 2PCl₃

2P_{(красн.)} + 5Cl₂ → 2PCl₅

2) При пропускании хлора через холодный концентрированный раствор щелочи образуются хлорид и гипохлорит (молекулярный хлор диспропорционирует на Cl⁺¹  и  Cl^-1):

Cl₂ + 2KOH → KCl + KClO + H₂O

Если хлор пропускать через горячий концентрированный раствор щелочи молекулярный хлор диспропорционирует на Cl⁺⁵ и Cl^-1, в результате чего образуются хлорат и хлорид соответственно:

3Cl₂ + 6KOH → 5KCl + KClO₃ + 3H₂O

3) В результате взаимодействия водных растворов щелочи и серной кислоты образуются кислая либо средняя соль серной кислоты (в зависимости от концентрации реагентов):

KOH + H₂SO₄ → KHSO₄ + H₂O

2KOH + H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2H₂O (реакция нейтрализации)

4) Сильные окислители такие, как серная кислота, превращает фосфор в фосфорную кислоту:

2P + 5H₂SO₄ → 2H₃PO₄ + 5SO₂↑ + 2H₂O

1) Медь, расположенная в ряду активностей металлов правее водорода, способна окисляться сильными кислотами-окислителями (H₂SO_4(конц.), HNO₃ и т.д.):

Cu + 2H₂SO_4(конц.) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

2) В результате взаимодействия раствора KOH с концентрированной серной кислотой образуются кислая соль – гидросульфат калия:

KOH + H₂SO_4(конц.) → KHSO₄ + H₂O

3) При пропускании бурого газа NO₂    N⁺⁴ диспропорционирует на N⁺⁵ и N⁺³, в результате чего образуются нитрат и нитрит калия соответственно:

2NO₂ + 2KOH → KNO₃ + KNO₂ + H₂O

4) При пропускании бурого газа через концентрированный раствор серной кислоты N⁺⁴ окисляется до N⁺⁵ и выделяется диоксид серы:

2NO₂ + H₂SO_4(конц.) → 2HNO₃ + SO₂

1) Хлор, являясь сильным окислителем, вступает в реакцию с железом, окисляя его до Fe⁺³:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

2) При пропускании хлора через холодный концентрированный раствор щелочи образуются хлорид и гипохлорит (молекулярный хлор диспропорционирует на Cl⁺¹ и Cl^-1):

2KOH + Cl₂ → KCl + KClO + H₂O

Если хлор пропускать через горячий концентрированный раствор щелочи, молекулярный хлор диспропорционирует на Cl⁺⁵ и Cl^-1, в результате чего образуются хлорат и хлорид соответственно:

3Cl₂ + 6KOH → 5KCl + KClO₃ + 3H₂O

3) Хлор, обладающий более сильными окислительными свойствами, способен окислить входящую в состав кислой соли серу:

Cl₂ + NaHS → NaCl + HCl + S↓

4) Кислая соль – гидросульфид натрия в щелочной среде превращается в сульфид:

2NaHS + 2KOH → K₂S + Na₂S + 2H₂O