Получение заданного вещества реакцией обмена
Очевидно, что, выбирая реакцию для превращения исходного вещества в другие, а также для получения заданного вещества желательно, чтобы выход продукта был как можно большим. Тогда из нескольких возможных вариантов предпочтительнее те, в которых реакции практически необратимы (примеры таких реакций рассмотрены ранее) Если заданный продукт – малорастворимое вещество или относится к слабым электролитам, тоего образованиеотвечает условиям, необходимым для обменных реакций. При этом дополнительными условиями могут быть: как можно больший выход продукта, а возможность несложного отделения его от других веществ, образовавшихся в результате реакции. Примеры: а) предложить варианты получения PbCO3 Решение: Заданный продукт – малорастворимая соль, поэтому обменная реакция может протекать за счет ее образования. Для получения PbCO3 необходимо иметь электролит, содержащий катионы свинца(II) – это соль или основание, и электролит – источник CO32– – угольную кислоту или ее соль. Для полного протекания реакции необходимо, чтобы исходные электролиты были сильными и хорошо растворимыми. С учетом этого из соединений свинца, например, хлорида, сульфата, нитрата, гидроксида в качестве исходного вещества выберем нитрат, как хорошо растворимую соль. Соответственно, источником карбонат-ионов может быть карбонат натрия, калия (растворимые соли). Уравнение протекающей реакции: Pb(NO3)2 + Na2CO3 ® PbCO3¯ + 2NaNO3 Очевидно, что проблемы разделения продуктов нет, т.к. один из них выделяется в виде осадка, а второй остается в растворе. Примечание: Карбонаты многих металлов часто оказываются наиболее подходящими в качестве исходных веществ для синтеза других солей тех же металлов. Несмотря на то, что многие карбонаты малорастворимы, реакции обмена с соответствующими кислотами (более сильными, чем угольная) протекают практически необратимо вследствие выделения из раствора CO2 (см. принцип Ле Шателье). Например, действием азотной, соляной или уксусной кислотой на PbCO3 легко получить, соответственно, нитрат, хлорид или ацетат свинца.
б) предложить варианты получения Cu(OH)2 Решение: Заданное вещество – слабое малорастворимое основание, поэтому обменная реакция может протекать за счет его образования. Для получения Cu(OH)2 необходимо иметь растворимую соль меди и основание – источник OH– Реакция образования Cu(OH)2 будет протекать до конца, если в качестве основания взять щелочь: CuSO4 + 2KOH ® Cu(OH)2¯ + K2SO4
в) предложить варианты получения Al(OH)3 Решение: На первый взгляд задача аналогична предыдущей. Однако в данном случае Al(OH)3 – не только слабое малорастворимое основание, но еще и амфотерное, при избытке щелочи оно может раствориться. В этом случае в качестве основания лучше использовать водный раствор аммиака: AlCl3 + 3NH3*H2O ® Al(OH)3¯ + 3NH4Cl Другим вариантом получения Al(OH)3 может быть реакция необратимого гидролиза: AlCl3 + 3Na2CO3 + 6H2O ® 2Al(OH)3¯ + 3CO2 + 6NaCl Если заданный продукт – сильный хорошо растворимый электролит: Образование таких продуктов не отвечает условиям, необходимым для обменных реакций. В подобных случаях исходные вещества подбирают такие, чтобы другие продукты отвечали условиям, необходимым для реакции обмена. При этом дополнительные условия могут быть те же, что и рассмотренные выше. Пример: предложить варианты полученияCu(NO3)2. Заданное вещество – сильный, хорошо растворимый электролит, и сам по себе не может быть причиной реакции обмена. Поэтому исходные электролиты, содержащие ионы Cu2+ и NO3-, выберем такие, чтобы другой продукт реакции был электролитом слабым или малорастворимым. Например, при наличии Cu SO4, Cu Cl2, K NO 3, Pb(NO 3)2 реакция обмена с KNO3 не пойдет ни с CuSO4, ни с CuCl2, т.к. в обоих случаях все продукты были бы растворимыми. Напротив, с участием Pb(NO3)2 реакция возможна и с CuSO4, и с CuCl2, т.к. сульфат и хлорид свинца малорастворимы: CuSO4 + Pb(NO3)2 ® Cu(NO3)2 + PbSO4¯ CuCl2 + Pb(NO3)2 ® Cu(NO3)2 + PbCl2¯ В заключение следует отметить, что в большинстве своем обменные реакции в растворах протекают заметно быстрее, чем окислительно-восстановительные реакции. По этой причине, анализируя возможность химического взаимодействия между заданными веществами, необходимо в первую очередь определить возможность реакции обменного типа. Например, при смешивании раствора сульфита натрия и подкисленного раствора перманганата калия первое, что мы обнаружим, – это запах «жженой серы» – сернистого ангидрида: Na2SO3 + KMnO4 + H2SO4 ® H2SO3 + Na2SO4 + KMnO4, ë® SO2 + H2O и только потом наблюдается обесцвечивание раствора вследствие восстановления перманганат-ионов сернистой кислотой и двуокисью серы.
|
