ЗАДАНИЕ. В решении приведите окончательный вариант уравнения, электронный баланс, укажите роль ключевых веществВ решении приведите окончательный вариант уравнения, электронный баланс, укажите роль ключевых веществ. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции, определите окислитель и восстановитель. 1. KNO2 + K2Cr2O7 +… → … + Cr(NO3)3 + H2O 2. N2O +... + H2SO4 → MnSO4 + NO + K2SO4 + … 3. РН3 + AgNO3 +... → Ag +... + HNО3 4. K2Cr2O7 + H2SO4 + … → I2 + Cr2(SO4)3 + … + H2O 5. NO + KClO + … ® KNO3 + KCl + … 6. I2 + K2SO3 + …® K2SO4 + … + H2O 7. Cr2(SO4)3+KMnO4+…® K2CrO4+…+K2SO4+H2O 8. PH3 + HMnO4 ® MnO2 + … + … 9. Z n + KNO3 + … → NН3 + K2ZnO2 + …. 10. H2O2 + KMnO4 + H2 SO4 → MnSO4 + O2 +...+... 11. КNO3 + Mg + H2O → NH3 + Mg(OH)2 +… 12. Zn + KMnO4 + … → … + MnSO4 + K2SO4 + …. 13. H2O2 + Na3[Cr(OH)6] → … + H2O + NaOH 14. P2S3 + HNO3(к) → H3PO4 + S +… +… 15. P2H4 + HClO3 → … + Cl2 +H2O 16. AlP + HNO3(к) → H3PO4 +… + … + H2O 17. KMnO4 + MnSO4 + H2O → MnO2 + … + … 18. NO2 + P2O3 +... → NO + K2HPO4+... 19. P2O3 + H2Cr2O7 + … → H3PO4 + CrPO4 20. H2O2 + Hg(NO3)2 = … + Hg2(NO3)2 + … 21. NaNO2 + … + H2SO4 → … + Cr2(SO4)3 + … + … 22. Na2SO3 +... + K2Cr2O7 = Na2SO4 +... +... +... 23. KNO3 + … + Cr2O3 → K2CrO4 + KNO2 + … 24. K2Cr2 O7 + … = Cl2 + CrCl3 + … + … 25. Br2 + MnSO4 + … ® MnO2¯ + NaBr + … + … 26. KI + H2SO4(конц) = … + H2S +... + H2O 27. Zn + KClO3 + … + H2O = K2[Zn(OH)4] + … 28. PbO2 + Mn(NO3)2 + … = … + Pb(NO3)2 + H2O 29. Cr2(SO4)3 + KClO3 + … → Na2CrO4 + KCl + … + … 30. Cu2O + …… + 2KMnO4 = CuSO4 + MnSO4 + ….. + ….. Тема 5. Химические свойства важнейших классов неорганических веществ: кислотно-основные взаимодействия, обменные взаимодействия, окислительно-восстановительные реакции. Задания С2 самые сложные в ЕГЭ. Ученик не только должен выбрать пары реагирующих веществ, самостоятельно решить, возможен ли процесс и при каких условиях, но и определить продукты. Придерживаться какого-то алгоритма при выполнении этих заданий весьма сложно. Для успешного выполнения таких заданий нужна база химических знаний, которая формируется не один год, и достаточный опыт выполнения подобных упражнений. Постараемся максимально обобщить сведения о химических свойствах неорганических веществ. Предлагаем Вам схему, в которой прослеживается генетическая связь классов веществ, а также наиболее распространенные кислотно-основные, обменные и окислительно-восстановительные реакции. Реакции, идущие (как правило) без изменения степени окисления, обозначены синими линиями и стрелками, окислительно-восстановительные реакции – красными линиями и стрелками. Каждое взаимодействие пронумеровано. Далее для всех реакций указаны условия протекания, а так же рассмотрены некоторые частные случаи или особенности взаимодействия.
3 7 6 5 4 8 9
11 12 13 14 15
Р М Н Р М Н
17 18
1. Металл + Неметалл. В данное взаимодействие не вступают инертные газы. Чем выше электроотрицательность неметалла, тем с большим числом металлов он будет реагировать. Например, фтор реагирует со всеми металлами, а водород – только с активными. Чем левее в ряду активности металлов находится металл, тем с большим числом неметаллов он может реагировать. Например, золото реагирует только с фтором, литий – со всеми неметаллами. 2. Неметалл + неметалл. При этом более электроотрицательный неметалл выступает окислителем, менее ЭО – восстановителем. Неметаллы с близкой электроотрицательностью плохо взаимодействуют между собой, например, взаимодействие фосфора с водородом и кремния с водородом практически не возможно, так как равновесие этих реакций смещено в сторону образования простых веществ. Не реагируют с неметаллами гелий, неон и аргон, остальные инертные газы в жестких условиях могут реагировать с фтором. Не взаимодействуют кислород с хлором, бромом и йодом. Со фтором кислород может реагировать при низких температурах. 3. Металл + кислотный оксид. Металл восстанавливает неметалл из оксида. После этого избыток металла может реагировать с получившимся неметаллом. Например: 2Mg + SiO2 = 2MgO + Si (при недостатке магния) 2Mg + SiO2 = 2MgO + Mg2Si (при избытке магния) 4. Металл + кислота. Металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, реагируют с кислотами с выделением водорода. Исключение составляют кислоты – окислители (серная концентрированная и любая азотная), которые могут реагировать с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода, в реакциях не выделяется водород, а получается вода и продукт восстановления кислоты. Нужно обратить внимание на то, что при взаимодействии металла с избытком многоосновной кислоты может получиться кислая соль: Mg +2H3PO4 = Mg(H2PO4)2 + H2. Если продуктом взаимодействия кислоты и металла является нерастворимая соль, то металл пассивируется, так как поверхность металла защищается нерастворимой солью от действия кислоты. Например, действие разбавленной серной кислоты на свинец, барий или кальций. 5. Металл + соль. В растворе в данную реакцию вступают металл, стоящий в ряду напряжений правее магния, включая сам магний, но левее металла соли. Если металл активнее магния, то он реагирует не с солью, а с водой с образованием щелочи, которая в дальнейшем реагирует с солью. При этом исходная соль и получающаяся соль должны быть растворимыми. Нерастворимый продукт пассивирует металл. Однако, из этого правила бывают исключения: 2FeCl3 + Cu = CuCl2 + 2FeCl2; 2FeCl3 + Fe = 3FeCl2. Так как железо имеет промежуточную степень окисления, то его соль в высшей степени окисления легко восстанавливается до соли в промежуточной степени окисления, окисляя даже менее активные металлы. В расплавах ряд напряжений металлов не действует. Определить, возможна ли реакция между солью и металлом, можно только с помощью термодинамических расчетов. Например, натрий может вытеснить калий из расплава хлорида калия, так как калий более летучий: Na + KCl = NaCl + K↑ (эту реакцию определяет энтропийный фактор). С другой стороны алюминий получали вытеснением из хлорида натрием: 3Na + AlCl3 = 3NaCl + Al. Этот процесс экзотермический, его определяет энтальпийный фактор. Возможен вариант, что соль при нагревании разлагается, и продукты ее разложения могут реагировать с металлом, например нитрат алюминия и железо. Нитрат алюминия разлагается при нагревании на оксид алюминия, оксид азота (IV) и кислород, кислород и оксид азота будут окислять железо: 10Fe + 2Al(NO3)3 = 5Fe2O3+ Al2O3 + 3N2 6. Металл + основный оксид. Также, как и в расплавах солей, возможность этих реакций определяется термодинамически. В качестве восстановителей часто используют алюминий, магний и натрий. Например: 8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe реакция экзотермическая, энтальпийный фактор); 2 Al + 3Rb2O = 6Rb↑ + Al2O3 (рубидий летучий, энтальпийный фактор). 7. Неметалл + основный оксид. Здесь возможно два варианта: 1) неметалл – восстановитель (водород, углерод): CuO + H2 = Cu + H2O; 2) неметалл – окислитель (кислород, озон, галогены): 4FeO + O2 = 2Fe2O3. 8. Неметалл + основание. Как правило, реакция идет между неметаллом и щелочью.Не все неметаллы могут реагировать с щелочами: нужно помнить, что в это взаимодействие вступают галогены (по-разному в зависимости от температуры), сера (при нагревании), кремний, фосфор. 2KOH + Cl2 = KClO + KCl + H2O (на холоде) 6KOH + 3Cl2 = KClO3 + 5KCl + 3H2O (в горячем растворе) 6KOH + 3S = K2SO3 + 2K2S + 3H2O 2KOH + Si + H2O = K2SiO3+ 2H2 3KOH + 4P + 3H2O = PH3 + 3KPH2O2 9. Неметалл+ кислотный оксид. Здесь также возможно два варианта: 1) неметалл – восстановитель (водород, углерод): СО2 + С = 2СО; 2NO2 + 4H2 = 4H2O + N2; SiO2 + C = CO2 + Si. Если получившийся неметалл может реагировать с металлом, использованным в качестве восстановителя, то реакция пойдет дальше (при избытке углерода) SiO2 + 2C = CO2 + SiС 2) неметалл – окислитель (кислород, озон, галогены): 2СO + O2 = 2СО2. СO + Cl2 = СОCl2. 2NO + O2 = 2NО2. 10. Кислотный оксид + основный оксид. Реакция идёт, если получающаяся соль в принципе существует. Например, оксид алюминия может реагировать с серным ангидридом с образованием сульфата алюминия, но не может реагировать с углекислым газом, так как соответствующей соли не существует. 11. Вода + основный оксид. Реакция возможна, если образуется щелочь, то есть растворимое основание (или мало растворимое, в случае кальция). Если основание нерастворимое или мало растворимое, то идёт обратная реакция разложения основания на оксид и воду. 12. Основный оксид + кислота. Реакция возможна, если образующаяся соль существует. Если получающаяся соль нерастворима, то реакция может пассивироваться из-за перекрытия доступа кислоты к поверхности оксида. В случае избытка многоосновной кислоты возможно образование кислой соли. 13. Кислотный оксид + основание. Как правило, реакция идет между щелочью и кислотным оксидом. Если кислотный оксид соответствует многоосновной кислоте, может получиться кислая соль: CO2 + KOH = KHCO3. Кислотные оксиды, соответствующие сильным кислотам, могут реагировать и с нерастворимыми основаниями. Иногда с нерастворимыми основаниями реагируют оксиды, соответствующие слабым кислотам, при этом может получиться средняя или основная соль (как правило, получается менее растворимое вещество): 2Mg(OH)2 + CO2 = (MgOH)2CO3 + H2O. 14. Кислотный оксид + соль. Реакция может идти в расплаве и в растворе. В расплаве менее летучий оксид вытесняет из соли более летучий. В растворе оксид, соответствующий более сильной кислоте, вытесняет оксид, соответствующий более слабой кислоте. Например, Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2, в прямом направлении эта реакция идет в расплаве, углекислый газ более летучий, чем оксид кремния; в обратном направлении реакция идет в растворе, угольная кислота сильнее кремниевой, к тому же оксид кремния выпадает в осадок. Возможно соединение кислотного оксида с собственной солью, например, из хромата можно получить дихромат, и сульфата – дисульфат, из сульфита – дисульфит: Na2SO3 + SO2 = Na2S2O5 Для этого нужно взять кристаллическую соль и чистый оксид, или насыщенный раствор соли и избыток кислотного оксида. В растворе соли могут реагировать с собственными кислотными оксидами с образованием кислых солей: Na2SO3 + H2O + SO2 = 2NaHSO3 15. Вода + кислотный оксид. Реакция возможна, если образуется растворимая или мало растворимая кислота. Если кислота нерастворимая или мало растворимая то идёт обратная реакция разложения кислоты на оксид и воду. Например, для серной кислоты характерна реакция получения из оксида и воды, реакция разложения практически не идёт, кремниевую кислоту нельзя получить из воды и оксида, но она легко разлагается на эти составляющие, а вот угольная и сернистая кислоты могут участвовать как в прямых, так и обратных реакциях. 16. Основание + кислота. Реакция идет, если хотя бы одно из реагирующих веществ растворимо. В зависимости от соотношения реагентов могут получаться средние, кислые и основные соли. 17. Основание + соль. Реакция идет, если оба исходные вещества растворимы, а в качестве продукта получается хотя бы один неэлектролит или слабый электролит (осадок, газ, вода). 18. Соль + кислота. Как правило, реакция идет, если оба исходные вещества растворимы, а в качестве продукта получается хотя бы один неэлектролит или слабый электролит (осадок, газ, вода). Сильная кислота может реагировать с нерастворимыми солями слабых кислот (карбонатами, сульфидами, сульфитами, нитритами), при этом выделяется газообразный продукт. Реакции между концентрированными кислотами и кристаллическими солями возможны, если при этом получается более летучая кислота: например, хлороводород можно получить действием концентрированной серной кислоты на кристаллический хлорид натрия, бромоводород и йодоводород – действием ортофосфорной кислоты на соответствующие соли. Можно действовать кислотой на собственную соль для получения кислой соли, например: BaSO4 + H2SO4 = Ba(HSO4)2. 19. Соль + соль. Как правило, реакция идет, если оба исходные вещества растворимы, а в качестве продукта получается хотя бы один неэлектролит или слабый электролит. Особо обратим внимание на те случаи, когда образуется соль, которая в таблице растворимости показана прочерком. Здесь возможны 2 варианта: 1) соль не существует, потому что необратимо гидролизуется. Это большинство карбонатов, сульфитов, сульфидов, силикатов трехвалентных металлов, а так же некоторые соли двухвалентных металлов и аммония. Соли трехвалентных металлов гидролизуются до соответствующего основания и кислоты, а соли двухвалентных металлов – до менее растворимых основных солей. Рассмотрим примеры: 2FeCl3 + 3Na2CO3 = Fe2(CO3)3 + 6NaCl (1) Подчеркнутая соль не существует из-за необратимого гидролиза: Fe2(CO3)3 + 6H2O = 2Fe(OH)3 + 3 H2CO3 H2CO3 разлагается на воду и углекислый газ, вода в левой и правой части сокращается и получается: Fe2(CO3)3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 3 CO2 (2) Если теперь объединить (1) и (2) уравнения и сократить карбонат железа, мы получим суммарное уравнение, отражающее взаимодействие хлорида железа (III) и карбоната натрия: 2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 3CO2 + 6NaCl CuSO4 + Na2CO3 = CuCO3 + Na2SO4 (1) Подчеркнутая соль не существует из-за необратимого гидролиза: 2CuCO3 + H2O = (CuOH)2 CO3+CO2 (2) Если теперь объединить (1) и (2) уравнения и сократить карбонат меди, мы получим суммарное уравнение, отражающее взаимодействие сульфата (II) и карбоната натрия: 2CuSO4 + 2Na2CO3 + H2O = (CuOH)2 CO3+ CO2 + 2Na2SO4 2) Соль не существует за счёт внутримолекулярного окисления-восстановления, таким солям относятся Fe2S3, FeI3, CuI2. Как только они получаются, тут же разлагаются: Fe2S3 = 2FeS+ S; 2FeI3 = 2FeI2 +I2; 2CuI2 = 2CuI + I2 Например; FeCl3 + 3KI = FeI3 + 3KCl (1), но вместо FeI3 нужно записать продукты его разложения: FeI2 +I2. Тогда получится: 2FeCl3 + 6KI = 2FeI2 +I2 + 6KCl Это не единственный вариант записи данной реакции, если йодид был в недостатке, то может получиться йод и хлорид железа (II): 2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 +I2 + 2KCl В предложенной схеме ничего не сказано про амфотерные соединения и соответствующие им простые вещества. На них мы обратим особое внимание. Итак, амфотерный оксид в данной схеме может занять место и кислотного и основного оксидов, амфотерный гидроксид – место кислоты и основания. Нужно помнить, что, выступая в качестве кислотных, амфотерные оксиды и гидроксиды образуют в безводной среде обычные соли, а в растворах – комплексные соли: Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O (сплавление) Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4 ] (в растворе) Простые вещества, соответствующие амфотерным оксидам и гидроксидам, реагируют с растворами щелочей с образованием комплексных солей и выделением водорода: 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4 ] + 3Н2
|
Металл 1 Неметалл
Основный оксид 10Кислотный оксид
Основание 16 Кислота
Соль19 Соль
