/
Теги: общее школьное образование общеобразовательная школа химия химические науки
ISBN: 978-5-9775-1739-3
Текст
В. А. Шемерянкина,
Э. Р. Шамсутдинов,
0. А. Стоколос
ЕГЭ по химии
Теоретическая и практическая
подготовка
• Теоретические основы химии
и общая химия
• Основы неорганической химии
• Химия элементов
• Органическая химия
• Методы познания в химии
• Более 700 тренировочных
заданий
• 15 вариантов ЕГЭ 2023 года
и их решения
В. А. Шемерянкина,
Э. Р. Шамсутдинов,
О. А. Стоколос
ЕГЭ по химии
Теоретическая и практическая
подготовка
Санкт-Петербург
« БХВ-Петербург»
2024
УДК 373:54
ББК 24.Я721
Ш46
Шемерянкина, В. А.
Ш46 ЕГЭ по химии. Теоретическая и практическая подготовка /
В. А. Шемерянкина, Э. Р. Шамсутдинов, О. А. Стоколос. —
СПб.: БХВ-Петербург, 2024. — 752 с.: ил.
ISBN 978-5-9775-1739-3
Представлен весь теоретический материал, необходимый для успешной сдачи
ЕГЭ по химии. Учебное пособие содержит разделы по общей, неорганической
и органической химии, а также главу по методам познания химии. После каждого
раздела приведены тренировочные и тестовые задания в формате ЕГЭ, позволяю¬
щие закрепить изученный теоретический материал. Учтены тенденции к усложне¬
нию заданий экзамена, в первую очередь, связанные с повышением уровня слож¬
ности расчетных задач экзаменационного варианта. Особое внимание уделено раз¬
личным типам задач и особенностям подхода к их решению.
В книге представлены 15 авторских тренировочных вариантов, составленных
с учетом всех требований кодификатора ЕГЭ по химии 2023 года и включающих
в себя все последние изменения в структуре экзамена. Даются ответы к приведен¬
ным тестовым заданиям и тренировочным вариантам.
Для абитуриентов и образовательных учреждений
УДК 373:54
ББК 24.Я721
Группа подготовки издания:
Руководитель проекта
Зав. редакцией
Редактор
Компьютерная верстка
Оформление обложки
Павел Шалин
Людмила Гауль
Анна Кузьмина
Натальи Смирновой
Зои Канторович
Подписано в печать 19.10.23.
Формат 70хЮ01/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 60,63.
Доп. тираж 1000 экз. Заказ №7899.
"БХВ-Петербург", 191036, Санкт-Петербург, Гончарная ул., 20.
Отпечатано с готового оригинал-макета
ООО «Принт-М», 142300, М.О., г. Чехов, ул. Полиграфистов, д. 1
ISBN 978-5-9775-1739-3
© ООО "БХВ", 2023, 2024
© Оформление. ООО "БХВ-Петербург", 2023, 2024
Содержание
Предисловие 7
Глава 1. Теоретические основы химии и общая химия 9
1.1. Современные представления о строении атома 9
1.2. Валентность и степень окисления 21
1.3. Классификация и номенклатура неорганических соединений 28
1.3.1. Бинарные соединения 28
1.3.2. Гидроксиды 32
1.3.3. Кислоты 33
1.3.4. Соли 35
1.3.5. Комплексные соединения 38
1.4. Периодический закон и Периодическая система химических элементов
Д. И. Менделеева 39
1.5. Химические связи 43
1.5.1. Ковалентная связь 43
1.5.2. Ионная связь 50
1.5.3. Металлическая связь 51
1.5.4. Водородная связь 51
1.6. Строение веществ и кристаллические решётки 52
1.7. Раствор. Растворимость 57
1.8. Электролитическая диссоциация 58
1.9. Химические реакции 60
1.9.1. Физические и химические явления 60
1.9.2. Составление уравнений химических реакций 60
1.9.3. Классификация химических реакций 62
1.10. Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость реакции 65
1.11. Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение химического
равновесия 68
1.12. Реакции ионного обмена 71
1.13. Водородный показатель pH. Индикаторы 76
1.14. Гидролиз солей. Определение среды водных растворов веществ 77
1.15. Окислительно-восстановительные реакции. Метод электронного баланса 81
1.16. Электролиз 93
1.17. Методы решения расчётных задач 98
1.17.1. Расчёты с использованием понятия «массовая доля» 100
1.17.2. Расчёты с использованием понятия «количество вещества» 105
4
Содержание
1.17.3. Расчёты по уравнениям реакций 109
1.17.4. Расчёты с использованием понятия «химическое равновесие» 111
1.17.5. Объёмные отношения газов в химических реакциях 114
1.17.6. Тепловой эффект химической реакции 115
1.17.7. Расчёт массовой доли примесей 117
1.17.8. Выход продукта реакции 119
Итоговый тест по теоретическим основам химии и общей химии 121
Глава 2. Основы неорганической химии 135
2.1. Оксиды 135
2.1.1. Химические свойства кислотных оксидов 135
2.1.2. Химические свойства основных оксидов 139
2.1.3. Химические свойства амфотерных оксидов 140
2.1.4. Несолеобразующие оксиды 142
2.1.5. Восстановительные свойства оксидов 142
2.1.6. Окислительные свойства оксидов 143
2.1.7. Получение оксидов 144
2.2. Гидроксиды 152
2.2.1. Основания 152
2.2.2. Амфотерные гидроксиды 156
2.3. Кислоты 160
2.4. Серная кислота 166
2.5. Азотная кислота 174
2.6. Средние соли 181
2.7. Кислые соли 187
2.8. Средние и комплексные соли амфотерных металлов 192
2.9. Необратимый гидролиз бинарных соединений :. 196
2.10. Методы решения расчётных задач 201
2.10.1. Определение вещества, взятого в избытке или недостатке 201
2.10.2. Расчёты с использованием понятия «массовая доля вещества
в конечном растворе» 204
2.10.3. Смеси 208
2.10.4. Растворимость 212
2.10.5. Кристаллогидраты 215
2.10.6. Частичное разложение 218
2.10.7. Пластинка 221
2.10.8. Электролиз 223
2.10.9. Олеум 228
2.10.10. Атомы 229
Глава 3. Химия элементов . 235
3.1. Щелочные металлы . 235
3.2. Щелочноземельные металлы 241
3.3. Магний 246
3.4. Алюминий 249
Содержание 5
3.5. Цинк 255
3.6. Железо 258
3.7. Хром 267
3.8. Медь 274
3.9. Водород 279
3.10. Кислород 283
3.11. Углерод 290
3.12. Кремний 296
3.13. Азот 301
3.14. Фосфор 311
3.15. Сера 319
3.16. Галогены 4 329
Итоговый тест по неорганической химии 340
Глава 4. Органическая химия 349
4.1. Углеводороды 351
4.1.1. Алканы 351
4.1.2. Алкены 364
4.1.3. Циклоалканы 375
4.1.4. Циклоалкены 379
4.1.5. Алкадиены 382
4.1.6. Алкины 388
4.1.7. Ароматические углеводороды (арены) 397
4.2. Кислородсодержащие органические соединения 411
4.2.1. Спирты 411
4.2.2. Фенолы 424
4.2.3. Альдегиды и кетоны 430
4.2.4. Карбоновые кислоты 440
4.2.5. Сложные эфиры 455
4.2.6. Жиры 460
4.2.7, Углеводы 462
4.3. Азотсодержащие органические соединения 467
4.3.1. Амины 467
4.3.2. Аминокислоты. Белки 475
- 4. Методы решения расчётных задач 481
4.4.1. Определение молекулярной формулы вещества по массовым долям
элементов 481
4.4.2. Определение молекулярной формулы вещества по продуктам сгорания.... 484
Итоговый тест по органической химии 490
Глава 5. Методы познания в химии. Химия и жизнь 503
5.1. Природные источники углеводородов 503
52. Переработка нефти 504
5.3. Переработка каменного угля 506
" 4 Высокомолекулярные соединения 506
L
6
Содержание
5.5. Правила работы в лаборатории 509
5.6. Лабораторная посуда и оборудование 510
5.7. Методы разделения смесей и очистки веществ 513
Итоговый тест по методам познания в химии 513
Тренировочные варианты 517
Вариант 1 517
Вариант 2 526
Вариант 3 535
Вариант 4 544
Вариант 5 553
Вариант 6 563
Вариант 7 572
Вариант 8 581
Вариант 9 589
Вариант 10 599
Вариант 11 608
Вариант 12 617
Вариант 13 * 626
Вариант 14 635
Вариант 15 644
Ответы 653
Приложения 733
Приложение 1. Периодическая система химических элементов
Д. И. Менделеева 735
Приложение 2. Растворимость кислот, солей и оснований в воде 736
Приложение 3. Тривиальные названия неорганических веществ 737
Приложение 4. Основные каталитические реакции и используемые
в них катализаторы 740
Приложение 5. Цвета осадков и растворов неорганических соединений 742
Я|
Предметный указатель 747
Предисловие
_ рогой выпускник!
Мы очень рады, что ты держишь в руках наше пособие, и хотим немного расска¬
зать тебе о нём.
Предмет «химия» является важной естественно-научной дисциплиной, поскольку
: чания в области химии позволяют подготовить профессионального специалиста в
~аких отраслях промышленности и сферах науки, как медицина, фармацевтика, ве-
-финария, фундаментальная химия, химическая технология, экология и многих
других. Наша задача — помочь тебе не только подготовиться к сдаче единого госу¬
дарственного экзамена (ЕГЭ) по химии, но и глубоко погрузиться в сложную и
чень интересную науку.
В нашем учебном пособии представлен весь теоретический материал, необходимый
для успешной сдачи ЕГЭ по химии. Книга содержит разделы по общей, неоргани-
- еской и органической химии, а также включает в себя главу по методам познания
имии. После каждого раздела приведены тренировочные и тестовые задания в
□ _рмате ЕГЭ, позволяющие закрепить изученный теоретический материал. Одной
_ тенденций экзамена является повышение уровня сложности расчётных задач как
= первой, так и во второй частях экзаменационного варианта, поэтому в данном по¬
: >5ии мы уделили много внимания различным типам задач и особенностям подхо¬
да к их решению.
“-еимуществом нашего пособия является наличие 15 авторских тренировочных
з^риантов ЕГЭ по химии 2023 года, составленных на основе демонстрационного
варианта, подготовленного Федеральным институтом педагогических измерений
ФИЛИ). Очень важно, чтобы ты был ознакомлен со структурой и содержанием
■ : нтрольных измерительных материалов (КИМ) ЕГЭ по химии, поэтому трениро-
з :■ чные варианты включают в себя все последние изменения в структуре экзамена.
'■'лига поможет тебе самостоятельно подготовиться к ЕГЭ по химии и успешно
.дать экзамен на высокий балл. Теоретический материал пособия представлен в
-оследовательности, позволяющей наиболее глубоко усвоить изучаемые разделы, а
- аличие большого количества заданий в формате ЕГЭ даёт возможность тебе само¬
стоятельно оценивать уровень приобретённых знаний и следить за своими успеха¬
ми в изучении химии. Пособие также может быть полезно педагогам по химии для
“олготовки учеников к сдаче экзамена, контроля усвоения изученного материала,
-роведения промежуточных аттестаций и оценки уровня подготовки выпускников
8
Предисловие
к ЕГЭ по химии. Книга содержит ответы к приведенным тестовым заданиям и тре¬
нировочным вариантам и может использоваться при дистанционном обучении.
Важно отметить, что авторами данного пособия являются преподаватели химии, в
своё время сдавшие экзамен на высшие баллы, и эксперт ЕГЭ доцент ведущего
нефтегазового вуза страны.
На протяжении многих лет мы готовим выпускников к ЕГЭ по химии по собствен¬
ным материалам, качество которых позволяет абитуриентам сдавать экзамен на вы¬
сокие и очень высокие баллы. В нашем учебном пособии мы объединили накоп¬
ленные теоретические знания и дополнили их большим количеством практических
заданий в соответствии с демоверсией ЕГЭ по химии 2023 года.
Мы уверены, что наша книга поможет сдать экзамен на высокий балл ученику с
любым уровнем начальных знаний по химии. Мы много лет следим за изменения¬
ми ЕГЭ, знаем все подводные камни экзамена и хотим поделиться нашим опытом с
тобой!
Всё в твоих руках, удачи!
Глава 1
Теоретические основы химии
и общая химия
Химия — наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходя¬
щих в результате химических реакций. В данной главе представлены основные за¬
коны и понятия общей химии, без рассмотрения которых невозможно изучение хи¬
мических свойств веществ.
1.1. Современные представления о строении атома
Атом — химически неделимая частица, состоящая из положительно заряженного
ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.
Ядро атома состоит из нуклонов: протонов и нейтронов.
Протон (р или р+)— частица, имеющая условный положительный заряд+1 и
массу, равную 1 атомной единице массы (а.е.м.)’.
Нейтрон (п или л°)— незаряженная или нейтрально заряженная частица с мас¬
сой, равной 1 а.е.м.
Заряд ядра атома определяется числом протонов, входящих в его состав. Численное
значение заряда ядра равно порядковому (атомному) номеру элемента в Периоди¬
ческой системе химических элементов Д. И. Менделеева— таблице Менделеева
(си. приложение 7). Число протонов в ядре атома также равно порядковому номеру
элемента.
Порядковый номер представляет собой целое число, как правило, расположенное в
верхней части ячейки элемента в таблице Менделеева.
Так, порядковый номер лития Li равен 3, следовательно, ядро лития содержит
3 протона, а его заряд равен +3, в то время как порядковый номер алюминия А1 ра¬
вен 13, следовательно, ядро алюминия содержит 13 протонов и его заряд равен +13
(рис. 1.1).
Электрон (е или ё) — частица, имеющая отрицательный заряд и массу, равную
.00055 массы протона.
За одну атомную единицу массы принята 1/12 массы изотопа углерода 12С, равная 1,66 • 10 27 кг.
10
Гпава 1
Порядковый номер
Символ элемента -
Название элемента
3
Li 6,94
Литий
Массовое число
13
26,98 AI
Алюминий
Рис. 1.1. Ячейки лития и алюминия в таблице Менделеева
Атом — электронейтральная частица. Число протонов в ядре атома равно числу
вращающихся вокруг него электронов. Соответственно, число электронов так же
равно порядковому номеру элемента.
Так, порядковый номер лития (Li) равен 3, следовательно, число протонов и число
электронов атома равно 3 (рис. 1.2).
Под химическим элементом понимают группу атомов с одинаковым зарядом ядра,
поскольку число протонов — индивидуальная характеристика каждого элемента.
В ячейках таблицы Менделеева можно увидеть десятичную дробь (см. рис. 1.1).
Так обозначается массовое число (А), приблизительно равное относительной
атомной массе (Аг) атома в а.е.м.
Масса электронов почти в 2000 раз меньше массы нуклонов, поэтому вклад элек¬
тронов в атомную массу незначителен. Массовое число приблизительно равно
сумме числа протонов и нейтронов:
А =р+ + п®.
Таким образом, число нейтронов равно разности между массовым числом и числом
протонов, определяемым порядковым номером элемента (Z):
n°=A — Z.
Для удобства вычислений массовое число округляют в соответствии с правилами !
округления до целого числа. Исключением является хлор, относительная атомная
масса которого принимается равной 35,5 а.е.м.
Так, массовое число атома Li равно 7, а его порядковый номер — 3, соответственно
Li содержит 7-3 = 4 нейтрона (см. рис. 1.2).
Электроны
Энергетические уровни
Ядро атома
Протоны
Нейтроны
Рис. 1.2. Строение атома лития
Теоретические основы химии и общая химия
11
Изотопы
Изотопы — разновидности атомов одного и того же химического элемента, имею¬
щие одинаковый заряд ядра (число протонов), но разное массовое число. Следова¬
тельно, изотопы отличаются друг от друга числом нейтронов.
Относительная атомная масса химического элемента в таблице Менделеева равна
сумме масс всех найденных изотопов элемента с учётом их распространённости в
природе.
Например, водород имеет следующие изотопы2: протий }Н не содержит нейтронов,
дейтерий f Н содержит 1 нейтрон, тритий , Н — 2 нейтрона. Доля , Н составляет
99,9%, поэтому атомная масса водорода в таблице Менделеева близка к единице.
Электронная оболочка
Электронная оболочка— совокупность всех электронов атома. Именно строение
электронной оболочки определяет химические свойства элемента.
Каждый электрон обладает определённым запасом энергии3. Совокупность элек¬
тронов с близкими значениями энергии называется электронным слоем, энергети¬
ческим или электронным уровнем. Чем дальше от ядра располагается слой, тем
больше запас энергии электронов и слабее силы притяжения положительно заря¬
женного ядра. Энергетический уровень, находящийся дальше всего от ядра, назы¬
вается внешним.
Периодическая система Д. И. Менделеева разделена на 8 групп (вертикальные ря¬
ды) и 7 периодов (горизонтальные ряды). Группы, в свою очередь, делятся на глав¬
ные (А) и побочные (В) подгруппы.
Главные подгруппы берут своё начало во 2-м периоде. Например, элементы
I группы, символы которых расположены с той же стороны, что и символ Li, при¬
надлежат главной подгруппе (Н, Na, К, Rb, Cs, Fr), а с противоположной сторо¬
ны — побочной (Си, Ag, Аи и Rg). В III группе все элементы, символы которых
-зсположены с той же стороны, что и символ В, принадлежат главной подгруппе
( Al, Ga, In, Tl, Nh), а с противоположной стороны — побочной (Sc, Y, La и Ac).
Главную подгруппу VIII группы составляют Не, Ne, Ar, Кг, Хе, Rn и Og.
Число электронных слоёв атома равно номеру периода, в котором расположен эле¬
мент. Так, литий расположен во 2-м периоде, следовательно, число энергетических
уровней лития равно двум (см. рис. 1.2). Кальций расположен в 4-м периоде, следо-
аательно, число энергетических уровней кальция равно четырём.
■ При обозначении изотопов рядом с символом элемента в верхнем левом углу указывается массовое
- я ело изотопа, а в левом нижнем углу — заряд ядра атома.
' Состояние электронов в атоме определяется квантовыми числами. Данная тема подробно рассматри-
■эется в курсе высшей школы.
12
Глава 1
Для большинства элементов наиболее важными для рассмотрения являются элек¬
троны внешнего уровня, способные вступать во взаимодействие с внешними элек¬
тронами других элементов.
У элементов главных подгрупп число электронов на внешнем уровне равно но¬
меру группы.
Так, литий расположен в IA-группе, следовательно, на его внешнем уровне нахо¬
дится 1 электрон; хлор расположен в VIIA-группе, следовательно, на его внешнем
уровне находится 7 электронов.
Энергетические уровни состоят из энергетических подуровней, образованных
атомными орбиталями.
Атомная орбиталь — наиболее вероятная область нахождения электрона в атоме.
Существуют s-,p-. d- и/орбитали, каждая из которых имеет определённую форму:
5-орбиталь— сферическую, /7-орбиталь— форму восьмёрки или гантели, d- и
/орбитали — более сложную форму (рис. 1.3).
s-орбиталь р-орбиталь с/-орбиталь
Рис 1.3. Формы атомных орбиталей
Число подуровней, как и число энергетических уровней, равно номеру периода,
в котором расположен элемент. Первый уровень содержит только s-подуровень,
второй уровень — s- и ^-подуровни, третий уровень — s-, р- и d-подуровни и т. д.
В свою очередь, s-подуровень состоит из одной атомной орбитали, ^-подуровень —
из трёх, d-подуровень — из пяти.
Распределение электронов по уровням, подуровням и
орбиталям отображают с помощью электронной или
электронно-графической формулы, представляя атом¬
ные орбитали в виде квадратов-ячеек (рис. 1.4).
В соответствии с принципом Паули, на одной орбита¬
ли не может находиться более двух электронов. Также
в атоме не может быть двух электронов, обладающих
одинаковыми свойствами, поэтому в электронно¬
графических формулах электроны изображают в виде
направленных в разные стороны стрелок.
s-орбиталь
Рис. 1.4. Атомная орбиталь
Теоретические основы химии и общая химия
13
Если на атомной орбитали находится один электрон, он называется неспаренным.
если электронов два — они образуют электронную пару и называются спаренными.
Максимально возможное число электронов, находящихся на каком-либо энергети¬
ческом уровне, равно 2п2. где п — номер уровня.
Так, на первом уровне может находиться не более 2 электронов (на 5-подуровне),
на втором — не более 8 (2 на 5- и 6 на ^-подуровне), на третьем — не более 18
(2 на 5-, 6 на р- и 10 на d-подуровне) и т. д.
Электроны, принимающие участие в образовании химических связей, называются
валентными (см. разд. 1.2).
У элементов IA- и ИА-групп и гелия валенные электроны располагаются на
5-подуровне внешнего уровня, поэтому они называются 5-элементами.
У элементов IIIA-VIIIA-групп валентные электроны располагаются на s- и /?-под-
уровнях внешнего уровня, поэтому они называются ^-элементами.
Число валентных электронов элементов главных подгрупп (s- и р-элементов)
равно номеру группы. Исключением является гелий.
В соответствии с принципом наименьшей энергии электроны заполняют подуровни
в следующем порядке:
15 —> 25 •—> 2р —> 35 —> Зр —» 45 —> 3d —> 4р и т. д.
Важно!
Заполнение З^-подуровня происходит после заполнения 45-подуровня.
Электронную конфигурацию атома составляют следующим образом:
1. Рядом с символом элемента (в левом нижем углу) указывают число электронов
атома, равное порядковому номеру элемента.
2. Дугами изображают энергетические уровни атома (количество дуг равно номеру
периода), отмечая под ними количество электронов на каждом уровне.
3. Составляют электронную формулу в соответствии с порядком заполнения орби¬
талей электронами: указывают номер энергетического уровня, тип атомной ор¬
битали (5-, р-, d-) и число электронов на ней (верхним индексом).
4. Составляют электронно-графическую формулу, заполняя ячейки электронами в
соответствии с электронной формулой.
На рис. 1.5 приведены электронные конфигурации некоторых элементов первого и
второго периодов.
14
Гпава 1
Так, единственный электрон атома водорода располагается на s-подуровне первого
энергетического уровня. Поэтому в электронной формуле водорода к атомной ор¬
битали 1s добавляется верхний индекс 1, а в ячейке 1s электронно-графической
формулы указывается направленная вверх стрелка.
Атом гелия содержит 2 электрона, образующие электронную пару на s-подуровне
первого энергетического уровня, поэтому в ячейке 1s электронно-графической
формулы атома гелия указываются две направленные в разные стороны стрелки.
Гелий завершает первый период, поскольку единственная орбиталь (1s) первого
энергетического уровня полностью заполнена электронами.
Электронная
формула
Электронно¬
графическая
формула
2Не) 1s2
2
,Н
хх и тол
10Ne); 1s22s22p6 2Р
2 8 L11J
1s
Рис. 1.5. Электронные конфигурации атомов элементов 1-го и 2-го периодов
(подчеркнуты подуровни с валентными электронами)
Следующий элемент — литий — расположен во 2-м периоде, поэтому три его элек¬
трона располагаются на двух энергетических уровнях. Первые два электрона за¬
полняют s-орбиталь первого уровня, а третий — s-орбиталь второго уровня. Таким
образом, на внешнем энергетическом уровне лития находится один электрон (ва¬
лентный), 2/?-подуровень остается незаполненным. Соответственно, литий является
s-элементом.
Азот содержит 7 электронов, располагающихся на двух энергетических уровнях.
Два электрона заполняют ls-подуровень, два электрона— 25-подуровень, а остав¬
шиеся три находятся на 2р-подуровне. Соответственно, азот является ^-элементом.
Теоретические основы химии и общая химия
15
В соответствии с правилом Хунда каждая из орбиталей подуровня заполняется
сначала одним электроном, а только после исчерпания незаполненных орбита¬
лей — вторым.
Так, в электронно-графической формуле азота три электрона на 2/г-подуровне сле¬
дует располагать в разных ячейках — атом азота содержит три неспаренных элек¬
трона.
Атом следующего элемента (кислорода) содержит на один электрон больше, чем
атом азота; соответственно, на 2/?-подуровне кислорода находятся одна электрон¬
ная пара и два неспаренных электрона.
Второй период завершается неоном, поскольку все его орбитали полностью запол¬
нены электронами, а следующий элемент (натрий) находится уже в 3-м периоде.
Зачастую используются сокращённые электронные конфигурации, отображающие
только валентные электроны атома.
На рис. 1.6 приведены сокращённые электронные конфигурации некоторых эле¬
ментов 3-го периода.
nNa))) 3s’ Е ШР ГГПШ
11 Z Z / 3s Зр 3d
Z о I '
„Si ))) Щ ЕШ ШШ
2 8 4 оъ ор ои
18Аг ))) 3s23p6 И ИМ (III I..I
18 /U Н 3s Зр 3d
Рис. 1.6. Сокращённые электронные конфигурации атомов
элементов 3-го периода
Третий период таблицы Менделеева завершается аргоном, однако его ЗсАорбиталь
остается незаполненной. Это связано с тем, что в соответствии с принципом наи¬
меньшей энергии после заполнения З/э-орбитали сначала заполняется 4s-, а только
затем — ЗбУ-орбиталь.
Так, электронная конфигурация внешнего уровня калия— 4s1, а кальция— 4s2.
Эти элементы стоят в главных подгруппах, поэтому число электронов на их внеш¬
нем уровне равно номеру группы.
Со следующего элемента (скандия) начинается заполнение Зб?-орбитали, которое
завершается у цинка (рис. 1.7).
Десять элементов от Sc до Zn расположены в побочных подгруппах. Число элек¬
тронов на их внешнем уровне равно двум (4s2).
16 Гпава 1
2iSe )))) 4s23cT ® ЦР It I I I I I
2 8 9 2 3d
25Mn)))) 4s23d5 @ |t |t It It It I
2 8 13 2 3d
30Zn )))) 4s23d10 0 Itlltlltlltlltll
2 8 18 2 3d
Рис. 1.7. Сокращённые электронные конфигурации атомов элементов 4-го периода
Валентные электроны элементов побочных подгрупп находятся на 5-орбитали
внешнего уровня и d-орбиталях предвнешнего уровня, поэтому эти элементы назы¬
ваются d-элементами.
Элементы главных подгрупп относятся к s- и p-элементам, а элементы побоч¬
ных подгрупп — к d-элементам.
При распределении электронов d-элементов 4-го периода по энергетическим уров¬
ням соблюдают следующий порядок:
1. Заполняют первый и второй уровни (10 электронов).
2. Заполняют s- и р-орбитали третьего уровня (8 электронов).
3. Заполняют 45-орбиталь (2 электрона).
4. Вычитают из общего числа электронов атома уже распределённые по орбиталям
20 электронов, получая количество электронов на 3d-op6HTann.
Примечание
Для лучшего запоминания можно провести аналогию: порядковый номер Sc
равен 21 (Sc является первым d-элементом 4-го периода), на его 3d-орбитали
находится 1 электрон; порядковый номер Мп равен 25 (Мп является пятым
d-элементом 4-го периода), и на его 3d-op6nranH — 5 электронов.
Для d-элементов VIB группы (Cr, Mo, W) и IB группы (Си, Ag, Аи) характерен
«проскок» или «провал» электрона с 5-орбитали внешнего уровня на d-орбиталь
предвнешнего. Это явление возникает из-за большей устойчивости наполовину
(d5) или полностью (d10) заполненного предвнешнего d-подуровня (рис. 1.8).
Число электронов на внешнем уровне элементов побочных подгрупп (d-элемен¬
тов) равно 2. Исключением являются элементы с «проскоком» электрона, их внешний
уровень содержит 1 электрон, находящийся на s-орбитали.
Теоретические основы химии и общая химия 17
24^г ) ) )) 4s13d5 5 4р |t |t |t |t |t~]
2 8 13 1 J -1 '
«проскок» электрона LLs I—L—J—I » ■ t . .* ,
4s 4p |t It It It I I
3d
29Cu ) ) ) ) 4з,ЗсГ° 4? Itlltlltmiltll
2 8 18 1 2d
«проскок» электрона Ш ЕШ
3d
Рис. 1.8. Сокращённые электронные конфигурации атомов Сг и Си
Цинк является последним ^/-элементом 4-го периода— его Зб?-орбиталь целиком
заполнена электронами. Следующий после цинка элемент (галлий) находится в
главной подгруппе и является /^-элементом. У галлия также целиком заполнена
3<7-орбиталь, а три его валентных электрона находятся на 4$- и 4р-подуровнях
внешнего уровня. Напомним, что число электронов на внешнем уровне элементов
главных подгрупп (s- и ^-элементов) равно номеру группы (рис. 1.9).
3iGa)))) 4s23d'°4p' 0 НП Itlltlltlltlltll
2 8 18 3 3d
Рис. 1.9. Сокращённая электронная конфигурация атома Ga
Обратите внимание, что Сг и К имеют одинаковую конфигурацию внешнего энер¬
гетического уровня 4s1, в то время как Na и К схожую — ns', где п — номер уровня.
Возбуждённое состояние атома
Различают основное и возбуждённое состояния атома. Рассмотренные ранее кон¬
фигурации элементов отображают их основное состояние.
Приобретая энергию, атом может распаривать электронные пары внешнего уровня
и переходить в возбуждённое состояние. При этом один из электронов пары зани¬
мает пустую атомную орбиталь внешнего уровня.
При переходе в возбуждённое состояние общее количество электронов атома не
изменяется, однако число неспаренных электронов увеличивается.
Так, атом алюминия в основном состоянии содержит один неспаренный электрон, а
в возбуждённом — три. В электронной конфигурации возбуждённого состояния
атома рядом с символом элемента указывается «*» (рис. 1.10).
18
Гпава 1
Al 3s23p1 Щ It Г I I Al 3s13p2 P It It I... I
3s 3p 3s 3p
основное состояние возбуждённое состояние
Рис. 1.10. Сокращённые электронные конфигурации основного
и возбуждённого состояний атома А1
Три неподелённые электронные пары на внешнем уровне атома хлора и свободная
Зб/-орбиталь обусловливают наличие у хлора трёх возбуждённых состояний. Коли¬
чество неспаренных электронов при этом постепенно увеличивается с одного до
трёх, пяти и семи соответственно (рис. 1.11).
основное состоя 1ие С| 3$23п5 Ш [t•' ЩJ I I Г I 1~~1
3s Зр 3d
СГ 3s23p43d1 И Itilt It I It.I LI LI
3s 3p 3d
■ST Cl" 3s>>3d> И ШП II It N I I
СГ 3s'3p‘3d‘ E mn II It It I I I
r 3s 3p 3d
Рис. 1.11. Сокращённые электронные конфигурации основного
и трёх возбуждённых состояний атома С1
Атомы азота, кислорода и фтора не имеют возбуждённых состояний, поскольку на
их внешнем энергетическом уровне (втором) нет свободных атомных орбиталей —
отсутствует ^-подуровень.
Ионы
Установлено, что наиболее устойчивое состояние атома обусловлено наличием на
его внешнем энергетическом уровне 2 или 8 электронов: в этом случае все электро¬
ны атома находятся в спаренном состоянии. Такую конфигурацию имеют элементы
VIIIA группы: Не, Ne, Аг и др. Из-за своей устойчивости и низкой химической ак¬
тивности эти элементы получили название «благородные (инертные) газы».
Для достижения конфигурации инертного газа элементы с числом электронов на
внешнем уровнем от одного до трёх отдают электроны, а от пяти до семи —
принимают электроны. Для элементов, имеющих четыре электрона на внешнем
уровне, характерно как отдавать, так и принимать электроны.
Отдавая и принимая электроны, атомы элементов приобретают заряд и образуют
ионы — заряженные частицы. Поскольку электрон имеет условный отрицательный
заряд, при принятии электронов образуются отрицательно заряженные ионы, а при
отдаче электронов — положительно заряженные.
Теоретические основы химии и общая химия
19
Катионы — положительно заряженные ионы, в которых число протонов превыша¬
ет число электронов.
Анионы — отрицательно заряженные ионы, в которых число электронов превышает
число протонов.
Так, натрий имеет один электрон на внешнем уровне, следовательно, для достиже¬
ния восьмиэлектронной внешней оболочки ему не хватает семи электронов. Однако
принятие такого количества электронов является энергетически менее выгодным
процессом по сравнению с отдачей единственного электрона. Лишаясь его, натрий
приобретает конфигурацию инертного газа предшествующего периода (неона) и
образует положительно заряженный ион — катион натрия, содержащий 10 электро¬
нов (рис. 1.12).
Атом натрия Uj 1111
3s Зр
Na Is22s22pe3s' и [town
2s 2p
§==11 и
1s
Катион натрия I I Illi
3s 3p
Na^s22s22p63s° И ItlltlEI
D+ = 11
ё= 10
2s 2p
И
1s
Рис. 1.12. Электронные конфигурации атома Na и катиона Na+
При отдаче трёх электронов скандий образует устойчивый положительно заряжен¬
ный ион Sc3+, содержащий 18 электронов и имеющий конфигурацию инертного
газа третьего периода — аргона (рис. 1.13).
Атом скандия Sc 3s23p64s23d1
El Р* = 21 ё = 21
4s
И ElfTltll It I I I I I
3s 3p 3d
Катион скандия Sc3+ 3$23p64s°3d0
[-] p+ = 21 e = 18
4s
И EM I I I I I I
3s 3p 3d
Рис. 1.13. Сокращённые электронные конфигурации атома Sc и катиона Sc3+
Кислород содержит на внешнем уровне шесть электронов; следовательно, до за¬
вершения внешнего уровня ему не хватает двух электронов. Принимая их, кисло¬
род приобретает конфигурацию неона и образует отрицательно заряженный ион
О2-, содержащий 10 электронов (рис. 1.14).
Атом кислорода
О 1s22s22p4
р+ = 8
ё = 8
Анион кислорода
O2-1s22s22p6
р =8
ё= 10
EI ЕМ
2s 2р
El
1s
Рис. 1.14. Электронные конфигурации атома О и аниона О2
20
Глава 1
Задания
1. Заполните таблицу.
Элемент
Символ
Группа
Период
+
Р
и°
Число е
Л
общее
на внешнем
уровне
валент¬
ных
Бериллий
Be
ПА
2
4
5
4
2
2
9
8
-
К
ША
3
2 '
40
4
2
7
Цезий
7
4
28
1
IVB
26
0
Fe
2. Для атомов следующих элементов:
1) С; 2) Mg; 3) Сг; 4) Вг; 5) F; 6) As; 7) S; 8) V; 9) Ag; 10) К
а) составьте электронные формулы и электронно-графические конфигурации в
основном состоянии;
б) укажите число электронов на внешнем энергетическом уровне, число валент¬
ных электронов, общее число неспаренных электронов и число неспаренных
^-электронов;
в) определите, атомы каких из указанных элементов могут переходить в возбу¬
ждённое состояние, и составьте электронные формулы и электронно¬
графические конфигурации атомов этих элементов во всех возможных воз¬
буждённых состояниях, укажите число неспаренных электронов.
3. Составьте электронные формулы и электронно-графические конфигурации сле¬
дующих ионов:
• катионов Li+, Са2+, Al3+, Mg2+;
• анионов О2-, СГ, N3- , S2 .
Теоретические основы, химии и общая химия 21
Определите, электронным конфигурациям каких инертных газов соответствуют
электронные конфигурации данных ионов.
1.2. Валентность и степень окисления
Пытаясь достичь энергетически более устойчивого состояния, атомы вступают во
взаимодействие друг с другом, образуя при этом химические связи.
Вещества, образованные атомами одного химического элемента, называются про¬
стыми (Fe, Н2, С, Р4), а вещества, образованные атомами разных химических эле¬
ментов, называются сложными (Н2О, H2SO4, СН3СООН).
Валентность
Валентность — способность атома образовывать химические связи. Численное
значение валентности показывает количество связей, которые образовал или может
образовать атом. Как правило, в образовании связей участвуют неспаренные ва¬
лентные электроны атома. Значение валентности принято отображать римскими
цифрами.
Атомы элементов могут иметь постоянную или переменную валентность, что обу¬
словлено количеством валентных электронов и наличием у атома возбуждённого
состояния (состояний).
Постоянную валентность проявляют элементы I-III групп главных подгрупп.
Так, валентность натрия во всех соединениях равна I, магния — II, алюминия — III.
Элементы II группы в основном состоянии не имеют неспаренных электронов, од¬
нако при переходе в возбуждённое состояние неспаренных электронов становится
два. Элементы III группы образуют химические связи только в возбуждённом со¬
стоянии, задействуя три неспаренных электрона (см. рис. 1.10).
Переменную валентность проявляют элементы IV-VII групп. Так, в основном
состоянии хлор имеет один неспаренный электрон, соответственно, проявляет ва¬
лентность I. Однако из-за наличия свободных Зб?-орбиталей электронные пары, на¬
ходящиеся на 3s- и Зр-подуровнях, могут распариваться, образуя 3, 5 или 7 неспа¬
ренных электронов (см. рис., 1.11). Таким образом, максимальная валентность хлора
равна VII.
Высшая валентность химического элемента равна номеру группы, в которой он
находится.
Так, высшая валентность углерода равна IV, фосфора — V, серы — VI. Исключе¬
ниями являются элементы VIII группы. Инертные газы обладают очень низкой хи¬
22
Гпава 1
мической активностью и не вступают во взаимодействие с другими веществами4,
поэтому валентность элементов VIIIA группы принимается равной 0.
Высшая валентность азота, кислорода и фтора также не равна номеру группы, что
вызвано отсутствием свободных rf-орбиталей на их внешнем энергетическом уров¬
не (втором) и, соответственно, отсутствием возбуждённых состояний (см. рис. 1.5).
Высшая валентность азота равна IV, кислорода — III, фтора — I (см. разд. 1.5).
Степень окисления
Степень окисления — условный заряд атома в соединении. Степень окисления ото¬
бражает количество отданных (заряд +) и принятых (заряд -) атомом электронов.
По способности принимать или отдавать электроны химические элементы можно
условно разделить на металлы и неметаллы.
К неметаллам относят простые вещества химических элементов, представленных в
табл. 1.1.
Таблица 1.1. Расположение неметаллов в таблице Менделеева
Периоды
Группы
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
1
н
Не
2
в
с
N
о
F
Ne
3
Si
Р
S
С1
Аг
4
As
Se
Вг
Кг
5
Те
I
Хе
6
At
Rn
Простые вещества всех остальных элементов, в том числе элементов побочных
подгрупп, относят к металлам.
Данное деление является условным: некоторые элементы проявляют свойства как
металлов, так и неметаллов. Однако в рамках ЕГЭ рассматриваются свойства толь¬
ко типичных металлов и неметаллов.
Степени окисления атомов, входящих в состав простых веществ, равны нулю
(Н2, К, Fe, S8, С).
4 Особые химические свойства инертных газов не рассматриваются в рамках ЕГЭ.
Теоретические основы химии и общая химия
23
Типичные металлы содержат на внешнем энергетическом уровне от одного до трёх
электронов, поэтому, вступая в химические реакции, они отдают электроны.
Типичным неметаллам, наоборот, свойственно принимать (перетягивать) электро¬
ны, поскольку на внешнем уровне они содержат от четырёх до семи электронов.
Электроотрицательность (ЭО) — способность атомов в молекуле перетягивать на
себя электронную плотность (электронные пары). Наиболее электроотрицатель¬
ным элементом является фтор. Далее приведён ряд электроотрицательности:
Металлы < Si <B<H<P<C<S<I< BF<C1<N<O<F
Электроотрицательность увеличивается
Примечание
Для успешной сдачи экзамена следует запомнить ряд электроотрицательно¬
сти, поскольку иногда сравнить электроотрицательность элементов и пра¬
вильно расставить степени окисления в молекуле, используя только таблицу
Менделеева, невозможно.
Ряд электроотрицательности позволяет определить, какой именно элемент в соеди¬
нении проявляет отрицательную степень окисления. Фтор является наиболее элек¬
троотрицательным элементом, поэтому во всех сложных веществах его заряд отри¬
цательный (-1). Металлы имеют очень низкие значения электроотрицательности,
поэтому во всех соединениях проявляют положительные степени окисления.
Так, в соединении NaH водород проявляет степень окисления -1, поскольку являет¬
ся более электроотрицательным элементом по сравнению с натрием, который про¬
являет степень окисления +1.
В молекуле С1Вг более электроотрицательным элементом является хлор, поэтому
его степень окисления отрицательная (-1), а степень окисления брома положитель¬
ная (+1).
Степень окисления элемента непосредственно зависит от числа валентных элек¬
тронов.
.ысшая степень окисления атома химического элемента равна номеру группы,
в которой он находится.
24
Гпава 1
Так, высшая степень окисления кальция равна +2, серы — +6, марганца — +7.
Однако высшая степень окисления фтора, кислорода, инертных газов и некоторых
d-элементов не равна номеру группы.
♦ Фтор является самым электроотрицательным элементом, поэтому он не может
проявлять положительных степеней окисления. Высшая степень окисления фто¬
ра равна нулю.
♦ Кислород является вторым по электроотрицательности элементом после фтора;
соответственно, положительную степень окисления он проявляет только в со¬
единении с фтором OF2. Высшая степень окисления кислорода равна +2.
♦ Высшая степень окисления элементов VIIIA группы равна нулю, поскольку они
не образуют сложных веществ.
Металлам не свойственно принимать электроны; соответственно, они не могут
проявлять отрицательных степеней окисления.
Низшая степень окисления металлов равна нулю.
Низшая степень окисления неметаллов определяется числом электронов, которых
не хватает атому до завершения внешней восьмиэлектронной оболочки (табл. 1.2).
Низшая степень окисления неметаллов определяется по формуле: номер груп¬
пы минус 8.
Исключениями являются бор (-3), водород (-1), а также инертные газы.
Таблица 1.2. Определение низших степеней окисления типичных неметаллов
Группа
IV
V
VI '
VII
Типичные неметаллы
С, Si
N, Р
О, S, Se
F, Cl, Br, I
Определение низшей
степени окисления
4-8=-4
5-8 = -3
6 - 8 = -2
7 - 8 =-1
Степени окисления и валентности важнейших элементов приведены в табл. 1.3.
Теоретические основы химии и общая химия
25
Таблица 1.3. Степени окисления и валентности важнейших элементов
Веще¬
ства
Группа
Элементы
Степени окисления
Валент¬
ность
низшая
промежуточные
высшая
Неме¬
таллы
IA
Н
-1
0
+1
I
IVA
с
-4
-3,-2,-1, 0,+1,+2,+3
+4
III, IV
Si
-4
0,+2
II, IV
VA
N
-3
-2,-1, 0,+1,+2,+3,
+4
+5
III, IV
р
-3 '
0,4-1,+3
III, V
As
-3
0, +3
III, V
VIA
О
-2
-1,0
+2
II, III
S
-2
-1,0,+2,+4
+6
II, IV, VI
Se
-2
0,+4
IV, VI
VIIA
F
-1
Постоянная
0
I
Cl, Br, I
-1
+1, 4-3, +5
+7
I, III, V, VII
Ме¬
таллы
IA
Li, Na, K,
Rb, Cs
0
Постоянная
+1
I
IB
Cu, Ag
+1
+2
I, II
ПА, ПВ
Be, Mg,
Ca, Zn, Sr,
Ba
Постоянная
+2
II
ША,
ШВ
Al, Sc
Постоянная
+3
III
IVA
Sn, Pb
+2
+4
II, IV
VIB
Cr
4-2, +3
+6
II, III, VI
VIIB
Mn
• 42, +4, +6
47
п, IV, VI,
VII
VIIIB
Fe
+2,+3
4-6
II, III, VI
Примечание: подчёркнуты высшие степени окисления элементов, не равные номеру
группы.
26
Гпава 1
Существует несколько основных правил определения степеней окисления атомов
элементов в молекуле.
1. Металлы IA-IIIA групп проявляют в соединениях постоянную положительную
степень окисления, равную номеру группы. Так, степень окисления натрия во
всех соединениях равна +1, магния — +2, алюминия — +3.
2. Водород в соединениях с большинством неметаллов отдает единственный элек¬
трон и проявляет степень окисления+1. При этом в соединениях с металлами
водород принимает электрон и завершает свой энергетический уровень, прояв¬
ляя степень окисления -1.
3. Фтор является самым электроотрицательным элементом. До завершения внеш¬
него уровня фтору не хватает одного электрона, поэтому в соединениях он про¬
являет постоянную степень окисления -1.
4. В большинстве соединений кислород проявляет степень окисления -2, посколь¬
ку до завершения внешнего уровня ему не хватает двух электронов. Исключе¬
ниями являются пероксиды (-1) и соединение с фтором OF2 (+2).
5. Атомы элементов IV—VIII групп имеют одно или несколько возбуждённых со¬
стояний, поэтому элементам этих групп свойственно проявлять переменные
степени окисления.
6. Азот и углерод проявляют все степени окисления от -3 до +5 и от -4 до +4 соот¬
ветственно.
При составлении формул веществ необходимо учитывать валентность и степень
окисления каждого элемента.
Поскольку все молекулы— электронейтральные частицы, сумма степеней
окисления атомов з молекуле должна равняться нулю.
В том случае если валентности элементов не равны, а степени окисления в сумме
не дают 0, необходимо использовать индексы — цифры, стоящие после символа
элемента в правом нижнем углу. Значение индекса показывает количество атомов
данного элемента, входящих в состав соединения.
Так, соединение Mg3P2 состоит из трёх атомов магния и двух атомов фосфора, а
соединение KNO3 из одного атома калия, одного атома азота и трёх атомов ки¬
слорода. Если индекс указан после группы элементов в скобках, то его значение
показывает количество данных групп: индекс относится к каждому элементу в
скобках.
Например, соединение Са(С1О)2 состоит из одного атома кальция, двух атомов
хлора и двух атомов кислорода, а соединение Fe2(SO4)3 — из двух атомов железа,
трёх атомов серы и двенадцати атомов кислорода.
Теоретические основы химии и общая химия
27
Опираясь на приведённые выше правила, определим степени окисления всех эле¬
ментов в следующих соединениях.
+i -1
♦ КС1
Калий — металл IA группы, в соединениях проявляет постоянную степень окис¬
ления+1. Хлор— неметалл VIIА группы, проявляет отрицательную степень
окисления -1 (номер группы -8 = 7-8).
+2 -2
♦ MgS
Магний — металл ПА группы, в соединениях проявляет постоянную степень
окисления +2. Сера — неметалл VIA группы, проявляет отрицательную степень
окисления -2 (номер группы -8 = 6-8).
+ 1 х -2
♦ NaNO3
Степень окисления натрия равна+1 (постоянная), а кислорода-2 (в большинст¬
ве соединений). Сумма всех степеней окисления в соединении равна нулю, по¬
этому степень окисления азота (х) можно определить как:
+1 + х + 3-(-2) = 0;
х = +5.
+ 1 х -2
♦ К2Сг2О7
Степень окисления хрома (х) можно определить как:
2-(+1) + 2х + 7-(-2) = 0;
2х = +12;
х = +6.
+3 х-2
♦ A12(SO4)3
Степень окисления серы (х) можно определить как:
2-(+3) + 3-(х + 4-(-2)) = 0;
Зх = +18;
х = +6.
Задания
1. Определите значения высшей и низшей степени окисления и разность между
ними для атомов следующих элементов: Mg, С, Р, О, Сг, N, Н, Be, Ti, К, F.
2. Определите степени окисления атомов элементов в составе следующих сложных
веществ: NaF, CaS, Bal2, А1РО4, HNO3, Ва(ОН)2, N2O4, KMnO4, CuO,
K2O2, H4P2O7, Mg3P2, CuCl, K2Cr2O7, CaH2, MnO3, P4O10, OF2.
28
Гпава 1
1.3. Классификация и номенклатура
неорганических соединений
Неорганическая химия изучает строение и химические свойства всех химических
элементов таблицы Менделеева и их соединений, то есть охватывает все вещества,
называемые неорганическими.
Схожие физико-химические свойства и строение позволяют разделить сложные
неорганические вещества на следующие классы:
♦ бинарные соединения (в том числе оксиды);
♦ основания;
♦ амфотерные гидроксиды;
♦ кислоты;
♦ соли.
1.3.1. Бинарные соединения
Бинарные соединения (от лат. Ы — два) — химические вещества, состоящие из
атомов двух элементов. Бинарные соединения могут быть образованы металлом и
неметаллом или же атомами двух неметаллов.
При составлении формул веществ первым, как правило, указывается элемент, про¬
являющий положительную степень окисления.
Название бинарных соединений начинается со слова, обозначающего элемент в от¬
рицательной степени окисления, то есть элемент с большей электроотрицательно¬
стью. В данном слове обязательно присутствует суффикс -ид\ Вторым словом яв¬
ляется название элемента в положительной степени окисления. Если данный эле¬
мент проявляет переменную валентность, то её значение в данном соединении
указывается в скобках после названия вещества.
К основным типам бинарных соединений относятся следующие.
Фториды, хлориды, бромиды, иодиды — бинарные соединения, содержащие со¬
ответственно фтор, хлор, бром или йод в степени окисления -1 и валентности I.
Элементы VIIA группы имеют общее название — галогены, а их бинарные соеди¬
нения в степени окисления галогена -1 называются галогенидами.
Так, соединение КТ называется фторидом калия, NaCl — хлоридом натрия,
А1Вг3 — бромидом алюминия, a Fel2 — иодидом железа(П).
При составлении формулы хлорида натрия нужно учесть, что валентность натрия
постоянна и равна I, а его степень окисления во все соединениях +1. Валентность и
степень окисления хлора в хлоридах равны I и -1 соответственно. Поскольку ва¬
лентности элементов равны, а сумма степеней окисления — 0, индексы в соедине¬
нии не нужны, а его формула — NaCl.
Теоретические основы химии и общая химия
29
При составлении формулы фторида кальция необходимо учесть, что валентность
кальция равна II, а его степень окисления в соединениях +2. В свою очередь, ва¬
лентность и степень окисления фтора во фторидах равны I и -1 соответственно.
Валентности элементов различны, а сумма степеней окисления не равна 0, поэтому
фтору необходимо добавить индекс 2. Формула соединения — CaF2.
+2 -1
CaF2 Проверка: +2 + 2 • (-1) = 0.
Галогены могут образовывать бинарные соединения друг с другом. Так, в соедине¬
нии ВгС1 хлор проявляет отрицательную степень окисления -1, поскольку является
более электроотрицательным элементом по сравнению с бромом. Данное вещество
называется хлоридом брома(1).
В соединении 1Вг3 бром проявляет отрицательную степень окисления-1, посколь¬
ку является более электроотрицательным элементом. Степень окисления йода в
данном веществе равна +3, а его название — бромид йода(Ш).
Оксиды — бинарные соединения, содержащие кислород в степени окисления -2 и
валентности II. Из-за своей распространенности в природе и многочисленности ок¬
сиды выделяют в отдельный класс сложных веществ.
Оксиды делятся на:
♦ несолеобразующие'. N2O, NO, СО, SiO;
♦ солеобразующие (табл. 1.4):
• основные— оксиды металлов в степенях окисления +1, +2 (кроме амфотер¬
ных);
• амфотерные — оксиды металлов в степенях окисления +3, +4 и некоторые
оксиды металлов в степени окисления +2: ZnO, ВеО, SnO, РЬО;
• кислотные — оксиды металлов в степенях окисления +5, +6, +7 и оксиды
неметаллов во всех степенях окисления (кроме несолеобразующих).
Таблица 1.4. Классификация солеобразующих оксидов
Основные
Амфотерные
Кислотные
Оксиды металлов в степенях окисления
Практически все
+1,+2
(+2), +3, +4
+5, +6, +7
оксиды неметаллов
Na2O, Cs2O, СаО,
А12О3, Сг2О3, МпО2,
СгО3, МпО3,
C12O, В2О3, SiO2,
CrO, MgO, CuO
ZnO, ВеО, SnO, РЬО
Мп2О7
Р2О5, so3, С12О7
Примечание: подчёркнуты амфотерные оксиды металлов в степени окисления +2.
Некоторые оксиды являются смешанными (двойными), например, железная окали¬
на Fe3O4 (FeO • Fe2O3) — оксид железа(П, III).
30
Гпава 1
Практически все элементы, кроме инертных газов и фтора, образуют оксиды. В би¬
нарном соединении OF2 отрицательную степень окисления проявляет более элек¬
троотрицательный фтор, кислород же проявляет степень окисления +2. Поэтому
OF2 называется фторидом кислорода (а не оксидом фтора!).
Сульфиды — бинарные соединения, содержащие серу в степени окисления -2 и
валентности II.
+1 -2
Na2S
сульфид натрия
4-2-2
FeS
сульфид железа(П)
4-3 -2
Fe2S3
сульфид железа(Ш)
+1 -2
H2s
сульфид водорода
Если в бинарном соединении электроотрицательность серы меньше электроотрица¬
тельности другого элемента, такое соединение не является сульфидом. Так, соеди¬
нение SC12 называется хлоридом серы(П).
Нитриды — бинарные соединения, содержащие азот в степени окисления -3 и ва¬
лентности III.
4-1 -3
Li3N
нитрид лития
4-2 -3
Mg3N2
нитрид магния
4-3-3
BN
нитрид бора
-3+1
NH3
нитрид водорода
В бинарных соединениях со всеми элементами, кроме кислорода и фтора, азот про¬
являет отрицательную степень окисления. Так, в соединениях NH3 и NC13 азот
проявляет степень окисления -3, несмотря на то, что при написании формулы его,
как правило, располагают слева.
Фосфиды — бинарные соединения, содержащие фосфор в степени окисления -3 и
валентности III. Фосфор образует фосфиды со многими металлами, бором и водо¬
родом:
+1 -3
+2 -3
+3-3
-3+1
Na3P
Са3Р2
ВР
РН3
фосфид натрия
фосфид кальция
фосфид бора
фосфид водорода
В соединениях с серой, кислородом, азотом и галогенами фосфор проявляет поло-,
жительную степень окисления.
Карбиды — бинарные соединения, содержащие углерод в степени окисления -4 и
валентности IV (метаниды}. 3
Углерод образует карбиды со многими металлами, кремнием и бором. В соедине¬
ниях с более электроотрицательными неметаллами углерод проявляет положитель¬
ную степень окисления.
+2 -4
Ве2С
карбид бериллия
+3 -4
А14С3
карбид алюминия
+4-4
SiC
карбид кремния
сн4
карбид водорода
Теоретические основы химии и общая химия ЗУ
Существуют также карбиды-аг/етишгенмды, содержащие углерод в степени окисле¬
ния -1 и валентности IV.
+1 -1
+1 -1
+2 -1
+2 -1
Na2C2
Ag2C2
СаС2
MgC2
ацетиленид натрия
ацетиленид серебра(1)
карбид кальция
карбид магния
Силициды — бинарные соединения, содержащие кремний в степени окисления -4
и валентности IV.
Кремний образует силициды только с активными металлами.
+1 -4 +1 -4 +2-4 +2-4
Na4Si K4Si Mg2Si Ca2Si
силицид натрия силицид калия силицид магния силицид кальция
Важно отметить, что степень окисления является условным показателем. Так, в со¬
единении SiH4 степени окисления элементов можно расставить следующим обра¬
зом:
♦ положительная у кремния (+4) и отрицательная у водорода (-1);
♦ отрицательная у кремния (-4) и положительная у водорода (+1).
Эта неопределённость вызвана близкими значениями электроотрицательности
кремния и водорода. Однако в связи с тем, что SiH4 образуется в реакциях гидро¬
лиза силицидов металлов (см. разд. 2.9), степень окисления кремния в которых
равна -4, для удобства можно принять степень окисления кремния в SiH4 равной
-4, а водорода — +1.
Гидриды — бинарные соединения, содержащие водород в степени окисления -1 и
валентности I. Водород образует гидриды только с активными металлами:
+1-1 +2-1 +2-1 +3-1
КН СаН2 ВаН2 А1Н3
гидрид калия гидрид кальция гидрид бария гидрид алюминия
Гидриды металлов являются единственными соединениями, в которых водород
проявляет отрицательную степень окисления. В остальных группах и классах неор¬
ганических и органических соединений степень окисления водорода равна +1.
Летучие водородные соединения (ЛВС)— бинарные соединения неметаллов с
водородом в степени окисления +1. Важнейшие ЛВС приведены в табл. 1.5.
Таблица 1.5. Важнейшие летучие водородные соединения
IV группа
V группа
VI группа
VII группа
СН4
NH3
Н2О
HF
метан
аммиак
вода
фтороводород
32
Гпава 1
Таблица 1.5 (окончание)
IV группа
V группа
VI группа
VII группа
SiH4
силан
РН3
фосфин
H2S
сероводород
НС1
хлороводород
AsH3
арсин
H2Se
селеноводород
НВг
бромоводород
HI
иодоводород
1.3.2. Гидроксиды
Гидроксиды— сложные вещества, содержащие гидроксид-анион (ОН-)- Многие
гидроксиды образуются при взаимодействии оксидов с водой, что отражено в их на¬
звании (гидратированные оксиды). Гидроксиды делятся на три группы (табл. 1.6):
♦ основания — гидроксиды металлов в степенях окисления +1, +2 (кроме амфо¬
терных);
♦ амфотерные гидроксиды — гидроксиды металлов в степенях окисления +3, +4
и некоторые гидроксиды металлов в степени окисления +2: Zn(OH)2, Ве(ОН)2,
Sn(OH)2, РЬ(ОН)2;
♦ кислородсодержащие кислоты — гидроксиды металлов в степенях окисления
+5, +6, +7 и гидроксиды неметаллов во всех степенях окисления.
Таблица 1.6. Классификация гидроксидов
Основные
Амфотерные
Кислотные
(основания)
(кислородсодержащие кислоты)
Гидроксиды металлов в степенях окисления
Все гидроксиды
+1,4-2
(+2), +3, +4
+5, +6, +7
неметаллов
NaOH, CsOH,
А1(ОН)3, Сг(ОН)3,
Н2СгО4,
нею, Н3ВО3,
Са(ОН)2, Сг(ОН)2,
Zn(OH)2, Ве(ОН)2,
Н2МпО4,
H2SiO3, Н3РО4,
Mg(OH)2, Cu(OH)2
Sn(OH)2, РЬ(ОН)2
НМпО4
H2SO4, НС1О4
Примечание: подчёркнуты амфотерные гидроксиды металлов в степени окисления +2.
Основания — сложные вещества, состоящие из катиона металла (катиона аммония
NH* ) и гидроксид-аниона ОН- (гидроксогруппы)5.
5 Существует несколько теорий, описывающих природу и химические свойства оснований и кислот.
В данном пособии определения оснований, кислот и солей основаны на теории электролитической
диссоциации Аррениуса — Оствальда.
Теоретические основы химии и общая химия
33
Различают растворимые в воде (щёлочи) и нерастворимые основания. Основные
свойства также проявляет гидрат аммиака NH3 Н2О (гидроксид аммония). По ко¬
личеству входящих в состав гидроксогрупп основания делятся на однокислотные
(NaOH, КОН) к многокислотные (Са(ОН)2, Ва(ОН)2).
Амфотерные гидроксиды — сложные вещества, состоящие из катиона амфотерно¬
го металла и гидроксид-аниона ОН-. В зависимости от условий амфотерные гидро¬
ксиды могут проявлять как основные, так и кислотные свойства. Как правило, фор¬
мулы амфотерных гидроксидов отображают основной формой записи (табл. 1.7).
Таблица 1.7. Основные и кислотные формы записи формул амфотерных гидроксидов
Амфотерный гидроксид
Основная форма
Кислотная форма
Гидроксид цинка
Zn(OH)2
H2ZnO2
Гидроксид алюминия
А1(ОН)3
Н3А1О3 или НА1О2
Гидроксид бериллия
Ве(ОН)2
Н2ВеО2
Гидроксид железа(Ш)
Fe(OH)3
HFeO2
Гидроксид хрома(Ш)
Сг(ОН)3
НСгО2
1.3.3. Кислоты
Кислоты — сложные вещества, состоящие из катиона водорода Н+ и аниона ки¬
слотного остатка (табл. 1.8).
По количеству атомов водорода, способных замещаться на катион металла, разли¬
чают одноосновные (HNO3), двухосновные (H2SO4), трёхосновные (Н3РО4) ки¬
слоты и т. д.
По наличию кислорода в составе молекулы кислоты подразделяют на бескислород¬
ные и кислородсодержащие.
Таблица 1.8. Список важнейших неорганических кислот
Тип
Формула
кислоты
Название кислоты
(тривиальное)
Формула
кислотного
остатка
Название
кислотного
остатка
Вески-
слород-
ные
HF
Фтороводородная (плавиковая)
F’
Фторид
НС1
Хлороводородная (соляная)
сг
Хлорид
НВг
Бромоводородная
вг
Бромид
HI
Иодоводородная
г
Иодид
H2S
Сероводородная
S2’
Сульфид
H2Se
Селеноводородная
Se2“
Селенид
34 Гпава 1
Таблица 1.8 (окончание)
Тип
Формула
кислоты
Название кислоты
(тривиальное)
Формула
кислотного
остатка
Название
кислотного
остатка
Кисло-
родсо-
держа¬
щие
hno2
Азотистая
NO"
Нитрит
HNO3
Азотная
no;
Нитрат
H2SO3
Сернистая
SO2’
Сульфит
H2SO4
Серная
SO2’
Сульфа!
H2CO3
Угольная
СО2’
Карбонат 1
H2SiO3
Кремниевая
SiO2’
Силикат
HPO3
Метафосфорная
РО3-
Метафосфат
H3PO4
Ортофосфорная/фосфорная
РО’-
Ортофосфат/
фосфат
н4р2о7
Пирофосфорная
Р О4"
r2V77
Пирофосфат
Н2МпО4
Марганцовистая
МпО2’
Манганат
НМпО4
Марганцовая
МпО4
Перманганат
Н2СгО4
Хромовая
СгО2’
Хромат
Н2Сг2О7
Дихромовая
Сг2О2’
Дихромат
нею
Хлорноватистая
СЮ’
Гипохлорит
НС1О2
Хлористая
сю;
Хлорит
НС1О3
Хлорноватая
СЮ3’
Хлорат
НС1О4
Хлорная
сю;
Перхлорат
Обратите внимание, в формулах кислотных остатков указывается заряд иона. Так.
SO3 является оксидом серы(У1), a SO3" — отрицательно заряженным кислотным
остатком сернистой кислоты (сульфитом).
Указывая заряд иона, знак ставят после числа (2-), а указывая значение степени
окисления отдельного атома в соединении, — до числа (+2).
Теоретические основы химии и общая химия 35
Заряд аниона кислотного остатка определяется основностью кислоты: кислотные
остатки одноосновных кислот имеют заряд 1- (или -), двухосновных — заряд 2-,
трёхосновных — заряд 3- и т. д.
Для определения заряда аниона нужно посчитать общий заряд катионов Н+, вхо¬
дящих в состав кислоты: заряд аниона равен этому же числу, но с отрицательным
знаком. Так, в состав серной кислоты H2SO4 входят два атома водорода, поэтому
заряд сульфат-аниона равен 2-:
заряды ионов степени окисления атомов элементов
+ 2- +1 +6-2
so4 H2SO4
катион анион
Кислородсодержащие кислоты являются гидроксидами элементов в соответствую¬
щей степени окисления и валентности. Так, гидроксид азота(У) имеет формулу
HNO3, гидроксид серы(У1)— H2SO4, а гидроксид марганца(УП)— НМпО4.
Бескислородные кислоты и их соли являются бинарными соединениями. Обратите
внимание, что среди бинарных соединений к кислотам относятся только летучие
водородные соединения элементов VII и VI групп (кроме Н2О): HF, НС1, HBr, HI,
H2S, H2Se.
Атомы водорода в кислотах способны замещаться на катионы металлов (катион
аммония NH4) и образовывать соли.
1.3.4. Соли
Соли — сложные вещества, состоящие из катиона металла (или катиона аммония
NH4) и аниона кислотного остатка. В названиях солей сначала указывается назва¬
ние кислотного остатка, а затем название катиона в родительном падеже: сульфат
магния, карбонат калия. Если в состав соли входит металл с переменной валентно¬
стью, её значение указывают в скобках: нитрат железа(Ш), сульфат меди(П).
Различают следующие типы солей:
♦ средние; ♦ двойные;
♦ кислые; ♦ смешанные;
♦ основные; ♦ комплексные.
Средние соли — соли, образованные замещением всех катионов водорода кислоты
на катионы металла (или NH4 ).
При составлении формул солей нужно учитывать заряд солеобразующих ионов:
■если сумма положительных и отрицательных зарядов не равна нулю, необходимо
использовать индексы.
36
Глава
1
Важно!
Если ион состоит из нескольких элементов (кислородсодержащие анионы
или катион аммония), то при указании индекса он заключается в скобки. Зна¬
чение индекса отражает количество данных ионов в составе соединения.
При составлении формулы сульфата натрия нужно учесть, что заряд катиона на¬
трия равен 1+, а заряд сульфат-аниона равен 2-, поэтому в формуле соли к атому
натрия добавляется индекс «2» — соль состоит из двух катионов натрия и одного
сульфат-аниона:
+ 2-
Na2SO4 Проверка: 2 • (1+) + (2-) = 0.
Карбонат кальция состоит из одного катиона кальция Са2+ и одного карбонат-
аниона COf , поскольку их заряды в сумме равны нулю.
2+ 2-
СаСО3 Проверка: (2+) + (2-) = 0.
Если заряды ионов, входящих в состав соли, не имеют общего делителя (отличного
от единицы), то индексы можно расставить крест-накрест. Например, фосфат маг-!
ния состоит из катионов Mg2+ и анионов РО|“, таким образом, у катиона магния
указывается индекс «3», а у фосфат-аниона — индекс «2»:
2+ 3-
Mg3(PO4)2 Проверка: 3 ■ (2+) + 2 • (3-) = 0.
Далее приведены формулы и названия некоторых средних солей с зарядами ионов:
+ -
2+ 2-
3+
3+ 2-
КС1
BaSO3
Cr(NO3)3
Fe2(SO4)3
хлорид калия
сульфит бария
нитрат хрома(П1)
сульфат железа(Ш)
+ 2-
2+
3+ 3-
2+ 2-
(NH4)2co3
Ca(NO2)2
А1РО4
CuS
карбонат аммония
нитрит кальция
фосфат алюминия
сульфид меди(П)
Заряды большинства
катионов и анионов
представлены в
таблице растворимосп
(см. приложение 2).
Кислые соли — соли, состоящие из катиона металла (или МЩ ) и аниона кислот¬
ного остатка, содержащего один или несколько незамещённых ионов Н+. Кислые
соли образуют только многоосновные кислоты (с двумя и более атомами водорода^
Название кислых солей отличается от названия средних добавлением пристава
«гидро», указывающей на атом водорода в составе соли. Так, карбонат калия имеез
формулу К2СО3, а гидрокарбонат калия— КНСО3.
При составлении формул кислых солей необходимо учитывать степень окисленц
водорода при определении заряда аниона. Так, карбонат-анион имеет заряд 2
Теоретические основы химии и общая химия 37
С03“), а гидрокарбонат-анион — заряд 1- (НСО3). Заряд аниона кислой соли все¬
гда выше заряда аниона средней соли данной кислоты, поскольку в состав аниона
кислой соли входит положительно заряженный водород.
+ 2-
2+ 2- .
+ 2-
2+ 3-
Na2SO4
СаСО3
(NH4)2S
Ва3 (РО4)2
сульфат натрия
карбонат кальция
сульфид аммония
фосфат бария
+ -
2+
+ -
2+ 2-
NaHSO4
Са(НСО3)2
nh4hs
ВаНРО4
гидросульфат
гидрокарбонат
гидросульфид
гидрофосфат бария
натрия
кальция
аммония
Если в состав аниона кислой соли входят два атома водорода, в название добавля-
гтся приставка «дигидро». Такие кислые соли могут образовывать трёхосновные
кислоты. Так, фосфорная кислота (Н3РО4) содержит три атома водорода, способ¬
ных замещаться на катионы металла, а значит, может образовывать три ряда солей:
• фосфаты: Na3PO4, Са3(РО4)2;
♦ гидрофосфаты: К2НРО4, (NH4)2HPO4;
♦ дигидрофосфаты: LiH2PO4, Ва(Н2РО4)2.
(Важно!
НС1 и другие одноосновные кислоты не могут образовывать кислые соли.
Основные соли — соли, состоящие из катиона металла, связанного с одной или не¬
. • лькими гидроксогруппами, и аниона кислотного остатка. Основные соли обра-
г ?зт только многокислотные основания (с двумя и более группами ОН").
: названии основных солей присутствует приставка «гидроксо». указывающая на
:2-зичие гидроксильной группы. Например, хлорид меди(П) имеет формулу СиС12,
_ идроксохлорид меди(П) — CuOHCl. При составлении формул основных солей
._г яд гидроксогруппы необходимо учитывать при определении заряда катиона:
2+ 2-
СиСО3
карбонат меди(П)
+ 2-
(СиОН)2СО3
“•ороксокарбонат меди(П)
Fe(NO3)3
нитрат железа(Ш)
2+
FeOH(NO3)2
гидроксонитрат железа(Ш)
з+ -
А1С13
хлорид алюминия
А1(ОН)2С1
дигидроксохлорид алюминия
Важно!
NaOH и другие однокислотные основания не могут образовывать основные
соли.
38
Гпава 1
Двойные соли — соли, состоящие их двух разных катионов и одного аниона ки¬
слотного остатка. Примерами двойных солей являются следующие соединения:
+ 3+2- + + - + 2+3-
KA1(SO4)2 KNaCl2 (KCl-NaCl) NH4MgPO4
сульфат алюминия-калия хлорид калия-натрия фосфат аммония-магния
Смешанные соли — соли, состоящие из одного катиона и двух анионов разных ки¬
слотных остатков. Примерами смешанных солей являются следующие соединения:
2+ - - 2+ - -
CaCl(ClO) CaCIBr
хлорид-гипохлорит кальция хлорид-бромид кальция
1.3.5. Комплексные соединения
Комплексные соединения— сложные вещества, содержащие комплексный иощ
Комплексный ион состоит из центрального атома комплексообразующего элемент!
{комплексообразователя) и частиц, связанных с ним донорно-акцепторными связя¬
ми {см. разд. 1.5). Такие частицы называются лигандами. Количество лиганд равна
координационному числу центрального атома. Лиганды и комплексообразователя
образуют внутреннюю сферу комплекса, ионы противоположного знака— внеиА
нюю (рис. 1.15).
внешняя Na2[Zn(OH)4] внутренняя
сфера сфера
комплексе- лиганды координационное
образователь число
Рис. 1.15. Строение комплексных солей
Комплексный ион может иметь как положительный, так и отрицательный заряЛ
Так, в соединении К[А1(ОН)4] комплексный ион имеет заряд 1-, а в соединенш!
[Ag(NH3)2]OH заряд комплексного иона равен 1+. Лигандами, в свою очередь, м
гут быть как ионы, так и молекулы. Например, в соединении K4[Fe(CN)6] лигам
дами являются анионы CN", а в соединении [А1(Н2О)6]С13 — молекулы воды.
Названия комплексных соединений составляют следующим образом:
1. Сначала указывают анион, затем — катион.
2. Указывают координационное число комплексообразователя (1— моно-, 2-1
ди-, 3 — три-, 4 — тетра-} 5 — пента-, 6 — гекса- и др.).
3. Указывают название лиганд (CN" — циано, ОН- — гидроксо, СГ — хлоре
Н2О —аква, NH3 —аммин).
4. Если комплексообразователь проявляет переменную валентность, её значеши
указываются в скобках.
^еретические основы химии и общая химия 39
’злее приведены названия некоторых комплексных соединений:
+ 2- + - +3-
Na2[Zn(OH)4] [Ag(NH3)2]OH K3[Fe(CN)6]
тетрагидроксоцинкат натрия гидроксид диамминсеребра(Г) гексацианоферрат(Ш) калия
Важно!
Многие вещества имеют тривиальные (обиходные) названия. Таблица триви¬
альных названий неорганических веществ приведена в приложении 3.
Задания ,
Составьте формулы следующих бинарных соединений и определите степени
окисления атомов элементов в них: оксид натрия, хлорид алюминия, оксид се-
ры(ГУ), нитрид кальция, оксид железа(Ш), иодид меди(1), фосфид алюминия, ок¬
сид марганца(УП), сульфид фосфора(У), оксид кальция, гидрид бария, оксид
хрома(У1), нитрид калия, карбид алюминия, селеноводород, фторид серебра(1).
2 Определите, к какому классу неорганических соединений относятся следующие
вещества, и назовите их: CaF2, NaNO3, H2SO4, К2О, BaSO3, А1(0Н)3, РН3,
MnO3, H2S, H2CrO4, NaOH, КНСО3, СО, Zn(OH)2, (CuOH)2CO3, Fe(OH)3,
Li3PO4, K2[Zn(OH)4].
Определите, какие свойства (основные, кислотные, амфотерные, несолеобра¬
зующие) проявляют следующие оксиды: СО2, BaO, Cs2O, N2O, С12О7, NO2,
Fe2O3, ВеО, К2О, А12О3, SO3, ZnO, СО, I2O5, В2О3, NO, SrO.
- Определите, какие свойства проявляют следующие гидроксиды: Са(ОН)2,
Fe(OH)3, Fe(OH)2, H2SO4, NaOH, Zn(OH)2, гидроксид цезия, гидроксид фос¬
фора^), гидроксид марганца(П), гидроксид марганца(УП), гидроксид магния.
' Составьте формулы следующих солей и расставьте степени окисления всех ато¬
мов элементов в них: сульфат натрия, хлорид бария, нитрат серебра(1), иодид
кальция, гидрокарбонат аммония, тетрагидроксоалюминат калия, силикат лития,
гидросульфид натрия, сульфит бария, бромид железа(Ш), ортофосфат стронция,
гидроксокарбонат меди(П), нитрит рубидия.
\
1.4. Периодический закон
и Периодическая система химических элементов
Д. И. Менделеева
зременная формулировка периодического закона Д. И. Менделеева звучит сле-
_ ющим образом: «Свойства простых веществ, а также состав и свойства сое дине-
Глава 1
ний элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядер атомой эле¬
ментов».
Закономерности изменения свойств отчётливо прослеживаются у элементов;
главных подгрупп.
Важнейшими свойствами атомов элементов являются:
♦ радиус атома;
♦ металлические и неметаллические свойства простых веществ;
♦ окислительные и восстановительные свойства простых веществ;
♦ электроотрицательность;
♦ основные и кислотные свойства оксидов и гидроксидов;
♦ кислотные свойства летучих водородных соединений;
♦ высшая валентность.
Рассмотрим свойства по порядку.
1. Радиус атома — расстояние от ядра до самой дальней орбитали внешнего энер
гетического уровня атома.
Значение атомного радиуса элемента зависит от числа энергетических уровне]
атома. Так, у элементов первого периода радиус атома наименьший, а у элемен
тов седьмого — самый большой. Поэтому среди элементов одной подгруппы
увеличением порядкового номера радиус атома увеличивается. Так, атомнья
радиус серы больше радиуса кислорода, а радиус атома калия больше радиуа
атома лития (рис. 1.16).
Рис. 1.16. Сравнение атомных^радиусов
кислорода и серы
Однако среди элементов одного периода с увеличением порядкового номера р
диус атома уменьшается. Это связано с увеличением числа протонов и чис:
электронов атома, что приводит к усилению взаимодействия между полож
тельно заряженным ядром и электронами внешнего уровня — электроны сил
41
табетические основы химии и общая химия
-:ее притягиваются к ядру. Так, радиус натрия больше радиуса алюминия, а ра¬
диус лития больше радиуса азота (рис. 1.17).
Рис. 1.17. Сравнение атомных радиусов
лития и азота
Таким образом, радиус атома увеличивается «вниз» по подгруппе и «налево» по
периоду (к Fr).
Z Металлические свойства,— способность атомов химических элементов отда¬
вать электроны.
Наиболее ярко металлические свойства выражены у элементов IA группы. Это
аызвано наличием на их внешнем уровне одного электрона (чем меньше элек¬
тронов, тем легче их отдавать). «Самым сильным» металлом является франций,
поскольку среди элементов IA группы он имеет наибольший радиус: ядро слабее
притягивает электрон, находящийся на внешнем уровне.
Под активностью металлов и их восстановительными свойствами также по¬
нимают способность атома отдавать электроны. Эти свойства изменяются ана¬
логично металлическим: усиливаются «вниз» по подгруппе и «налево» по пе¬
риоду (к Fr).
Порядок изменения активности металлов в окислительно-восстановительных
реакциях приведён в ряду активности металлов — электрохимическом ряду на¬
пряжений металлов:
Rb К Ba Sr Са Na Mg Al Мп Zn Сг Fe Cd Co Ni Sn Pb (H2) Sb Bi Cu Hg Ag Pt Au
Активность металлов уменьшается
Неметаллические свойства -К способность атомов химических элементов при¬
нимать (притягивать) электроны.
Наиболее ярко неметаллические свойства выражены у элементов VIIA группы,
что вызвано наличием на их внешнем уровне семи электронов (до завершения
слоя не хватает одного). «Самым сильным» неметаллом является фтор, посколь¬
ку среди элементов VIIА группы он имеет наименьший радиус: ядро сильнее
притягивает электроны внешнего уровня.
Неметаллические и окислительные свойства неметаллов определяются их элек¬
троотрицательностью. Все эти свойства усиливаются «вверх» по группе, «на¬
право» по периоду (к F).
42 Глава
Важно!
Типичные металлы имеют меньшее значение электроотрицательности по
сравнению с неметаллами. Так, в VIIA-группе Мп расположен «выше» Вг
однако значение электроотрицательности марганца ниже, поскольку он явля¬
ется металлом.
4. Основные свойства оксидов и гидроксидов.
С увеличением порядкового номера основные свойства оксидов и гидроксидов
усиливаются в рамках одной подгруппы и ослабевают по периоду. Обратите
внимание, что в ряду металлов Na, К, Си самыми слабыми основными свойст¬
вами обладает медь, располагающаяся в побочной подгруппе.
Основные свойства оксидов и гидроксидов увеличиваются «вниз» по подгруппе
и «налево» по периоду (к Fr).
5. Кислотные свойства оксидов и гидроксидов.
С увеличением порядкового номера кислотные свойства оксидов и гидроксидо!
ослабевают в рамках одной подгруппы и усиливаются по периоду. Таким обра¬
зом, кислотные свойства оксидов и гидроксидов увеличиваются «вверх» по под^
группе и «направо» по периоду (к F).
6. Кислотные свойства летучих водородных соединений характеризуются их спо¬
собностью отщеплять протон водорода (Н+) в химических реакциях.
Кислотные свойства летучих водородных соединений усиливаются с увеличени
ем порядкового номера и в группах, и в периодах.
Так, в ряду СН4, NH3, Н2О, HF кислотные свойства усиливаются от СН4 i
HF, а в ряду HF, НС1, НВг, HI— от HF к HI. Следовательно, кислотные свойств!
HI в ряду летучих водородных соединений самые сильные.
Таким образом, кислотные свойства летучих водородных соединений увеличи
ваются «вниз» по подгруппе и «направо» по периоду (к I).
♦ Неметаллические
♦ Окислительные
♦ Кислотные (оксидов и гидроксидов)
♦ Электроотрицательность
♦ Металлические
♦ Восстановительные
♦ Основные
(оксидов и гидроксидов)
♦ Радиус атома
♦ Кислотные свойства
летучих водородных
соединений
Рис. 1.18. Направление увеличения важнейших свойств элементов
"еретические основы химии и общая химия
43
". Высшая валентность атомов элементов увеличивается по периоду «вправо»,
при этом в рамках одной подгруппы не изменяется. Исключениями являются
элементы VIII группы.
Направление увеличения важнейших свойств элементов приведено на рис. 1.18.
Задания
Расположите следующие элементы в порядке усиления кислотных и основных
.'войств их высших гидроксидов, ослабевания окислительных и восстановитель¬
ных свойств образованных ими простых веществ, уменьшения радиуса атома и
электроотрицательности:
1) Li, К, Na;
2) N, С, Be;
3) Al, К, Cl;
4) I, Br, Cl;
5) Mg, Na, K;
6) Si, Cl, Na;
7) N, P, Si;
8) K, Cu, Ca;
9) Mn, Se, Br;
10) Cl, Br, Mn:
11) S, Fe, Cl;
12) As, Se, V.
2 Расположите следующие элементы в порядке усиления кислотных свойств обра¬
зованных ими летучих водородных соединений:
1)F,I,C1; 2)N, С, О; 3) Se, Br, As; 4) P, Si, Cl.
Для пунктов 2, 3 и 4 расположите элементы в порядке увеличения их валентно¬
сти в летучих водородных соединениях.
1.5. Химические связи
Химическая связь — это взаимодействие между атомами, приводящее к образова¬
нию более устойчивого соединения. По механизму образования связи подразделя¬
ют на:
♦ ковалентные (включая донорно-акцепторную);
• ионную;
• металлическую;
♦ водородную.
* .5.1. Ковалентная связь
• ■валентная связь — это связь, образованная общими для двух атомов электрон-
-=:ми парами. Существуют два механизма образования ковалентной связи: обмен-
-ый (ковалентные полярная и неполярная связи) и донорно-акцепторный.
При образовании ковалентной связи по обменному механизму неспаренные элек¬
троны атомов образуют общую электронную пару.
44 Гпава
Ковалентная неполярная связь (КНС) образуется между атомами неметаллов с
одинаковым значением электроотрицательности. Как правило, ковалентная непо¬
лярная связь присутствует в простых веществах-неметаллах (Н2, С, Si, N2, Р4.
О2, S8, F2, С12, Вг2, 12 и др.), а также в некоторых сложных веществах6. Степени
окисления атомов в простых веществах-неметаллах равны нулю, поскольку образо¬
ванные электронные пары в равной степени принадлежат обоим атомам. Валент¬
ность при этом не равна нулю.
В схемах образования химических связей неспаренные электроны обозначены точ¬
ками (•), спаренные пары— двумя точками (:), а образованные электронные па-1
ры — валентными штрихами (-).
В зависимости от количества общих электронных пар различают одинарньи
(-), двойные (=) или тройные (=) связи.
Далее приведены примеры образования ковалентной неполярной связи в молекула]
простых веществ.
♦ Н2.
Водород содержит один электрон на 15-орбитали. До завершения энергетическо¬
го уровня водороду не хватает одного электрона, поскольку максимальное колгь
чество электронов на 5-орбитали равно 2. Для того чтобы завершить электрон¬
ный слой, атом водорода образует общую электронную пару с другим таким же
атомом водорода. Связь между атомами водорода в молекуле Н2 одинарна]
(рис. 1.19).
НЕ + Q]H-НИН или Н + Н-Н$Н или н-Н
1s 1s
Рис. 1.19. Схема образования одинарной связи (ковалентной неполярной)
в молекуле водорода
♦ Галогены.
Элементам VIIA группы для достижения внешней восьмиэлектронной оболочю
не хватает одного электрона, поэтому молекулы их простых веществ образована
одинарными ковалентными неполярными связями (рис. 1.20).
F И
F* + F--*’FSF- или F-F
2р
2s
Рис. 1.20. Схема образования одинарной связи (ковалентной неполярной)
в молекуле фтора
6 КНС также присутствует в простых веществах-металлах, находящихся в газообразном состояли
(Na2).
"еретические основы химии и общая химия 45
• 02.
Внешний уровень кислорода содержит шесть электронов: два неспаренных
электрона и две электронные пары. До завершения внешнего уровня кислороду
не хватает двух электронов, поэтому он образует две общие электронные пары с
другим таким же атомом кислорода. Связь между атомами кислорода в молеку¬
ле О2 двойная (рис. 1.21).
:Q+-Q:—О$О или 0=0
Рис. 1.21. Схема образования двойной связи (ковалентной неполярной)
в молекуле кислорода
• n2.
Внешний уровень азота содержит пять электронов: три неспаренных электрона
и одну электронную пару. До завершения внешнего уровня азоту не хватает трёх
электронов, поэтому он образует три общие электронные пары с другим таким
же атомом азота. Связь между атомами азота в молекуле N2 тройная (рис. 1.22).
:N-+ N:^:N0N: или №N
Рис. 1.22. Схема образования тройной связи (ковалентной неполярной) в молекуле азота
Сложными веществами с ковалентной йеполярной связью являются (рис. 1.23):
♦ пероксиды, содержащие в своём составе кислородный мостик -0-0- (Н2О2,
Na2O2, ВаО2);
♦ карбиды-ацетилениды ( Na2C2, СаС2, Ag2C2);
■ пирит (FeS2);
в некоторые органические соединения (С2Н6, С2Н2).
КНС
КНС
КНС
КНС
КНС
н-о-о-н
0-0
к-ос-к
ОС
S-S
\ /
\ /
\ /
Ва
Са
Fe
пероксид водорода
пероксид бария
ацетиленид калия
карбид кальция
пирит
Рис. 1.23. Строение некоторых сложных веществ
с ковалентной неполярной связью (КНС)
46
Глава
Ковалентная полярная связь (КПС) образуется между атомами (как правило, не¬
металлами) с разными значениями электроотрицательности (НС1, Н2О, СО2,
NH3). Образующаяся общая электронная пара смещается к более 3neKTpooTpnuaJ
тельному элементу, в результате чего на атомах появляются частичные заряды (по¬
ложительные и отрицательные). Чем больше разница в значениях электроотрица¬
тельности элементов, тем более полярной является связь.
Далее приведены примеры образования ковалентной полярной связи.
♦ НС1.
Атомы водорода и хлора содержат по одному неспаренному электрону на внеш¬
нем уровне. При образовании химической связи эти электроны спариваются н
образуют общую электронную пару, которая смещается к более электроотрица-|
тельному элементу— хлору (рис. 1.24). В связи с этим хлор приобретает час-*
тичный отрицательный заряд (S-), а водород — частично положительный (5+).
С1И
3s
ЙЖП
Зр w
H + Cl:-*H§CI: или н-CI или H-CI
Рис. 1.24. Схема образования одинарной связи (ковалентной полярной)
в молекуле НС1
( '
Для упрощения составления формул веществ и уравнивания реакций частичные
заряды могут опускаться. Как правило, используются целочисленные значение
степеней окисления атомов элементов (Н+СГ).
♦ Н2О.
Атом кислорода содержит два неспаренных электрона на внешнем уровне, и почп
во всех соединениях проявляет валентность II — образует две химические связи
Атом водорода может образовывать только одну связь за счёт своего единствен
ного электрона. Поэтому в молекуле воды атом кислорода связан двумя одинар
ными связями с двумя атомами водорода (рис. 1.25).
1s
ОИ
2s
2р
Н
H+Q+H- н|о|н или Н-ОЧН или Н-О-Н
Рис. 1.25. Схема образования двух одинарных связей (ковалентной полярной)
в молекуле воды
Теоретические основы химии и общая химия
47
♦ со2.
В возбуждённом состоянии атом углерода содержит четыре неспаренных элек¬
трона на внешнем уровне, поэтому в молекуле СО2 атом углерода связан с дву¬
мя атомами кислорода двойными связями (рис. 1.26). Кислород является более
электроотрицательным элементом; следовательно, образованные общие элек¬
тронные пары смещены к нему.
ой [ПШ
2s 2р
С'Е 1ППП :6 + С+0:-0^С§0 или ОгС=Ю или ООО
2s 2р ....
ои шп
2s 2р
Рис. 1.26. Схема образования двух двойных связей (ковалентной полярной)
в молекуле оксида углерода(1У)
Энергия, выделяющаяся при образовании химической связи, называется энергией
связи. Чем больше значение энергии связи, тем прочнее молекула и тем больше
-нергии нужно затратить на её разрыв.
На прочность связи также оказывает влияние её кратность (число общих элек¬
тронных пар): чем выше кратность связи, тем больше энергия и прочность связи.
Ещё одной характеристикой прочности связи является её длина — расстояние меж-
лу ядрами атомов в молекуле: чем больше длина связи, тем меньше её прочность,
тначение длины связи зависит от радиусов атомов элементов, входящих в состав
вещества. Так, в ряду соединений HF, НС1, HBr, HI длина ковалентной связи между
2томом водорода и атомом галогена увеличивается от HF к HI, поскольку радиус
пома увеличивается от фтора к йоду. При этом прочность связи в данном ряду
меныпается.
Существует ещё один механизм образования ковалентной связи— донорно¬
акцепторный (донорно-акцепторная связь, ДАС). В отличие от обменного меха¬
низма, в котором неспаренные электроны атомов образуют общие электронные па¬
ты. в донорно-акцепторном механизме один из атомов (донор) предоставляет непо-
зелённую электронную пару, а другой (акцептор) — свободную электронную ор-
'италь (рис. 1.27).
Обменный механизм
АЮ + ПВ-АЕВ
Донорно-акцепторный механизм
АИ + Пв-АЙВ
донор акцептор
Рис. 1.27. Механизмы образования ковалентной связи
48
Гпава 1
Веществами с донорно-акцепторной связью являются:
♦ соединения с катионом аммония NH4;
♦ оксид азота(У), азотная кислота HNO3 и нитраты NO3;
♦ угарный газ СО;
♦ озон О3;
♦ комплексные соединения K2[Zn(OH)4], K4[Fe(CN)6] и др.;
♦ соли аминов и аминокислот (см. разд. 4.3).
Далее представлены примеры образования донорно-акцепторной связи.
♦ NH4+.
Катион аммония образуется при взаимодействии аммиака NH3 с соединениями,
содержащими подвижный катион водорода Н+, например с кислотами.
Внешний уровень атома азота содержит пять электронов: три неспаренных элек¬
трона и одну неподелённую электронную пару.
В молекуле аммиака атом азота проявляет валентность III и образует ковалент¬
ные полярные связи с тремя атомами водорода, валентность каждого из которых
равна I. Степень окисления азота в молекуле аммиака равна -3, поскольку он яв¬
ляется более электроотрицательным элементом, чем водород (рис. 1.28).
H + N + Н
Н
нОн или H->N-H или H-N-H
н н н
Рис. 1.28. Схема образования трёх одинарных связей (КПС) в молекуле аммиака
Атом азота в молекуле аммиака содержит неподелённую электронную пару на
внешнем уровне. В свою очередь, катион водорода Н+ другой молекулы не со¬
держит электронов и имеет свободную орбиталь, которая образуется при отдаче
атомом водорода единственного электрона. Электронная пара азота переходит
на свободную орбиталь водорода и становится общей (рис. 1.29). При этом атом
азота и катион водорода образуют ковалентную связь по донорно-акцепторному
механизму. Донором электронной пары является атом азота, а акцептором — ка¬
тион водорода.
донор
H(N| Н + ’1Т -
|-| акцептор
Рис. 1.29. Схема образования донорно-акцепторной связи в катионе аммония
'--эротические основы химии и общая химия 49
В образующемся катионе аммония NH4 валентность азота равна IV, а степень
окисления -3.
Важно!
Молекула аммиака не содержит связей, образованных по донорно-акцептор¬
ному механизму.
• HNO3.
Азот образует три ковалентные полярные связи с тремя атомами кислорода с
помощью неспаренных 2/?-электронов. Четвёртая связь образуется по донорно¬
акцепторному механизму, атом азота при этом является донором электронной
пары. Экспериментально доказано, что связи между азотом и двумя атомами ки¬
слорода полуторные (показано пунктиром на рис. 1.30). Поскольку все общие
электронные пары смещаются к более электроотрицательному элементу — ки¬
слороду, степень окисления азота в молекуле азотной кислоты равна +5. Ва¬
лентность азота при этом равна IV!
zO /О
H-O-N - H-O-N( - Н-О-N
4 о хо Ч)
Рис. 1.30. Варианты структурных формул азотной кислоты
Высшая валентность азота не равна номеру группы, поскольку азот не имеет воз¬
буждённого состояния. Азот не может распаривать электронную пару, находящую¬
ся на 2^-подуровне, из-за отсутствия свободных атомных орбиталей на внешнем
уровне. Однако из-за возможности образовывать связи по донорно-акцепторному
механизму высшая валентность азота равна IV (NH4, N2O5, HNO3, NOJ).
♦ CO.
Два неспаренных электрона кислорода образуют две ковалентные полярные свя¬
зи с двумя неспаренными электронами углерода. При этом неподелённая элек¬
тронная пара на внешнем уровне атома кислорода взаимодействует со свобод¬
ной /2-орбиталью углерода (рис. 1.31). В результате образуется связь по донорно¬
акцепторному механизму: кислород является донором электронной пары, угле¬
род — акцептором.
си
2s
ОИ
2s
ЦГ
2р
•С + О: -* -С 00- или С^О
\ i \ I U
Рис. 1.31. Схема образования тройной связи
(ковалентной полярной и донорно-акцепторной) в молекуле оксида углерода(П)
50
Глава
Таким образом, валентность углерода и кислорода в молекуле угарного газ!
равна III, степени окисления при этом равны +2 и -2 соответственно.
I Важно!
Во всех остальных неорганических и органических соединениях валентносп
кислорода равна II, а углерода — IV.
1.5.2. Ионная связь
Ионная связь — это связь, образованная между заряженными частицами (ионами
за счёт сил электростатического притяжения. Как правило, ионная связь образуете^
между типичными металлами и типичными неметаллами (KF, Na2O, СаС12).
Ионная связь отличается от ковалентной полярной тем, что более электроотрица*
тельный элемент практически полностью забирает электрон другого элемента
в результате чего образуются ионы с целочисленными зарядами, зачастую имею¬
щие конфигурацию инертных газов. Поэтому ионную связь часто рассматриваю
как крайний случай ковалентной полярной связи.
Примером соединения с ионной связью является хлорид натрия NaCl. Внешни]
уровень натрия содержит 1 электрон, а хлора — 7. При образовании связи натрш
отдает хлору единственный валентный электрон, приобретая при этом конфигура
цию благородного газа предыдущего периода— неона (2s2 2//). Хлор, принимав
электрон, приобретает конфигурацию инертного газа аргона (3s23/?6). Образоваь
шиеся ионы Na+ и СГ притягиваются друг к другу электростатическими силам*
(рис. 1.32). *
NaE ГТП -ё - Na+E ШП r г
3s зр 3s зр Na ^C’r - Na+|:CI:|
Cl Е [ПГПТП + e СГ [til [ЖЕ " L“J
3s 3p 3s 3p
Рис. 1.32. Схема образования ионной связи в хлориде натрия
Ионная связь присутствует не только в бинарных соединениях, но и в веществах а|
сложными ионами: соединениях с катионом аммония NH^, солях, основаниях
некоторых органических соединениях.
I
Важно!
Катион аммония связывается с анионами кислотных остатков ионной связью
NH4C1, (NH4)2SO4, CH3COONH4.
Теоретические основы химии и общая химия
51
Важно понимать, что большинство сложных соединений образовано несколькими
типами связей (рис. 1.33).
♦ В соединении Na2SO4 присутствуют два типа связей: ионная связь между ка¬
тионом Na+ и анионом SO;" и ковалентная полярная связь между атомами се¬
, I ры и кислорода в анионе SO4“.
♦ В пероксидах: Na2O2 содержит ионную связь между Na+ и О" и ковалентную
неполярную связь (-О-О-); Н2О2 содержит ковалентную полярную (Н-О) и ко¬
валентную неполярную связи (-О-О-).
• В солях аммония: в соединении NH4C1 присутствуют ковалентная полярная
) I связь между атомом азота и тремя атомами водорода, донорно-акцепторная
I I связь между атомом азота и четвёртым атомом водорода и ионная связь между
катионом NH4 и анйоном СГ.
I
’■ О.х zO‘Na+
-It S Na10-О’Na* Н-О-О-Н
т| 4O'Na*
сульфат натрия пероксид натрия пероксид водорода
Рис. 1.33. Структурные формулы некоторых сложных веществ
I- |
я I 1
i-1 ■ .5.3. Металлическая связь
и I <1?таллическая связь — это связь, образованная силами притяжения между поло-
I жительно заряженными ионами металлов и отрицательно заряженными электрона-
I этих металлов. Металлическая связь присутствует в простых веществах метал-
:з (Na, Fe, К, Си), а также в их сплавах (бронза и др.).
Н
H-N-H
CI
Н
хлорид аммония
Sc SC
' 5.4. Водородная связь
| Водородная связь — связь между атомом водорода и атомом элемента с высоким
I качением электроотрицательности (N, О, F). В структурных формулах водородные
сс :аязи отображают пунктирной линией.
и il -'разование водородной связи обусловлено двумя типами взаимодействия: донор-
■ - акцепторным и электростатическим. Более электроотрицательный элемент сме-
| зает на себя электронную плотность, в результате чего приобретает отрицатель-
I srii заряд, а водород— положительный (рис. 1.34). Положительно заряженный
: дород взаимодействует с неподелённой электронной парой азота, кислорода или
ю ~ тора. Чем более электроотрицательным является элемент, тем прочнее водородная
тзязь.
52 Гпава 1
;о;
х б+н/ чн
о¬
. 0 н“ 5.
;6: ;о:
н чн нх хн
Рис. 1.34. Водородные связи между молекулами воды
Водородная связь может быть как межмолекулярной, так и внутримолекулярной.
Межмолекулярная водородная связь образуется между молекулами:
♦ аммиака;
♦ воды;
♦ пероксида водорода;
♦ фтороводорода; <
♦ спиртов;
♦ карбоновых кислот;
♦ аминов;
♦ аминокислот.
Водородная связь также может возникать между молекулами приведённых выше
веществ и молекулами воды при их растворении.
Прочность водородной связи на порядок ниже прочности ковалентной, однако на
разрыв водородной связи требуется дополнительное количество энергии. Это обу¬
словливает повышенные температуры кипения и плавления NH3, Н2О и HF по
сравнению с летучими водородными соединениями других элементов V-VII групп.
Внутримолекулярные водородные связи присутствуют в структурах белков, угле¬
водов и нуклеиновых кислот.
1.6. Строение веществ
и кристаллические решётки
В зависимости от температуры и давления окружающей среды вещества могут на¬
ходиться в трёх основных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твёр
дом.
Газообразное агрегатное состояние характеризуется очень слабыми межмолеку
лярными взаимодействиями. Расстояние между молекулами газов на порядок пре-1
вышает размер самих молекул. Газы занимают весь имеющийся объём, легко сжи^
маются при увеличении давления, имеют низкую плотность (относительно други
агрегатных состояний) и движутся хаотично.
еоретические основы химии и общая химия
53
Молекулы жидкостей связаны более сильными межмолекулярными взаимодейст¬
виями. Жидкости характеризуются меньшим (по сравнению с газами) расстоянием
ежду молекулами, а также определённым объёмом при данных условиях и спо-
_ ?5ностью принимать любую форму сосуда. Жидкости практически не сжимаются
-ри увеличении давления и имеют большую плотность по сравнению с газами
<больше молекул в единице объёма).
- асстояние между частицами (атомами, молекулами) в твёрдых телах соизмеримо
. размерами этих частиц. Твёрдые тела характеризуются способностью сохранять и
;<орму, и объём, имеют высокую плотность.
Изменение агрегатного состояния вещества при неизменном давлении, прежде все-
■ . связано с изменением температуры окружающей среды.
Кидкое состояние является промежуточным между твёрдым и газообразным: при
величении температуры твёрдые вещества сначала плавятся ( ^ ), а затем — ки-
(tK). Однако некоторые твёрдые вещества, например кристаллический йод и
.ухой лёд (твёрдое состояние углекислого газа), при нагревании переходят сразу в
газообразное состояние, минуя жидкое. Такой процесс называется возгонкой или
:тблимацией, а обратный переход — десублимацией (рис. 1.35).
е
ia
/-
ю!
т
е-
возгонка
(сублимация)
газообразное
десублимация
твёрдое
Рис. 1.35. Переходы между агрегатными состояниями веществ
В зависимости от строения и свойств твёрдые тела разделяют на аморфные и кри-
_ Фаллические,
9 аморфных телах молекулы и атомы располагаются хаотично, упорядоченность
» I -_стиц наблюдается на расстояниях, соизмеримых с их размерами (рис. 1.36).
аморфных веществ отсутствует чёткая температура плавления— переход в жидкое
.: стояние происходит постепенно. Аморфным веществам свойственны текучесть и
ре I пластичность. Примерами являются многие полимеры, стёкла, смолы, воск.
ки-1 - льшинство твёрдых тел имеет кристаллическое строение (см. рис. 1.36). Для
и'-1 тих характерно строго упорядоченное расположение частиц по всему объёму (кри-
ггаллическая решётка) и наличие определённой температуры плавления. Места
54
Гпава 1
расположения атомов, ионов или молекул в кристалле называются узлами кристал¬
лической решётки.
кристаллические вещества
аморфные вещества
Рис. 1.36. Строение кристаллических и аморфных веществ
Различают четыре типа кристаллических решёток: молекулярную, ионную, метал¬
лическую и атомную (табл. 1.9). Тип кристаллической решётки обусловлен видом
частиц, находящихся в её узлах, и характером взаимодействия между ними (типом
химической связи).
Таблица 1.9. Типы кристаллических решёток
Тип кристалли¬
ческой решётки
Частицы
в узлах
Силы взаимодей¬
ствия (тип связи)
Примеры веществ
Молекулярная
Молекулы
Межмолекулярные
взаимодействия
Н2О, HI, СО2, С12,
CHjCOOH , SiH4, SiCl4, NH3,
P4 (белый), O2, H2SO4,
См (фуллерен)
Ионная
Ионы
Ионная связь
NaCl, (NH4)2SO4, K2O,
Ba(OH),, C3H7COONa, Lil
Металлическая
Атомы и
катионы
металлов
Металлическая
связь
Металлы и их сплавы: Fe, Си,
К, Al, Ni и др.
Атомная
Атомы
Ковалентные связи
С (алмаз), С (графит), Si,
SiO2, SiC, В, BN, Ge,
P (красный), P (чёрный)
Молекулярная кристаллическая решётка
Молекулы в кристалле удерживаются слабыми межмолекулярными силами (сила¬
ми Ван-дер-Ваальса, водородными связями и др.). Атомы внутри молекул, как пра¬
Теоретические основы химии и общая химия
55
вило, соединены ковалентными связями. Молекулярную кристаллическую решётку
имеют:
♦ простые вещества — неметаллы (кроме веществ с атомной решёткой);
♦ оксиды и гидроксиды неметаллов;
♦ бинарные соединения двух неметаллов;
♦ многие органические вещества (кроме солей).
Вещества с молекулярной кристаллической решёткой имеют высокую летучесть и
низкую твёрдость, а также относительно низкие температуры кипения и плавления:
многие из них при нормальных условиях находятся в жидком и газообразном агре¬
гатных состояниях.
Ионная кристаллическая решётка
В узлах ионной решётки находятся разноименные ионы (катионы и анионы), свя¬
занные прочными электростатическими силами— ионной связью. Ионную кри¬
сталлическую решётку имеют оксиды, гидроксиды и бинарные соединения метал¬
лов, органические и неорганические соли. Вещества с ионной кристаллической ре¬
шёткой характеризуются высокой твёрдостью и нелетучестью. Они не проводят
электрический ток в твёрдом состоянии, однако их растворы и расплавы обладают
высокой электропроводностью. Вещества с ионной решёткой имеют высокие тем¬
пературы кипения и плавления. Так, NaCl (ионная решётка) имеет температуру
плавления, равную 801 °C, в то время как температура плавления Н2О (молеку¬
лярная решётка) равна 0 °C.
Металлическая кристаллическая решётка
В узлах металлической решётки находятся атомы и катионы металлов, связанные
металлической связью с валентными электронами, перемещающимися по всему
объёму кристалла (электронный газ). Металлическую решётку имеют простые ве¬
щества металлы и их сплавы. Характерными физическими свойствами металлов
являются тепло- и электропроводность в кристаллическом состоянии, пластичность
и ковкость. Температуры плавления различных металлов находятся в широком
диапазоне: например, температура плавления цезия равна 28 °C, в то время как
температура плавления железа составляет 1538 °C. Свободные электроны металлов
в разных направлениях преломляют солнечный свет, поэтому практически все ме¬
таллы блестят. При нормальных условиях металлы находятся в твёрдом агрегатном
состоянии (исключением является жидкая ртуть) и чаще всего имеют серебристый
цвет.
Атомная кристаллическая решётка
В узлах атомной решётки находятся атомы, связанные прочными ковалентными
связями. Для веществ с атомной кристаллической решёткой характерны высокая
твёрдость и прочность, высокие температуры кипения и плавления. Они практиче¬
56
Гпава 1
ски не растворяются в воде и органических растворителях. Как правило, все ва¬
лентные электроны атомов участвуют в образовании связей в решётке, поэтому
вещества с атомной кристаллической решёткой не проводят электрический ток, ис¬
ключениями являются графит, кремний и германий.
Основные вещества с атомной кристаллической решёткой следует запомнить
(см. табл. 1.9).
Задания \'
1. Определите, какие типы связей присутствуют в соединениях, представленных в
таблице, а также укажите их тип кристаллической решётки.
Вещество
Формула
Типы связей
Тип кри-
сталличе-
ской ре¬
шётки
метал¬
личе¬
ская
КПС
КНС
ионная
ДАС
Сульфат магния
MgSO4
+
' +
Ионная
Азотная кислота
Са
Хлорид аммония
Пероксид натрия
К[А1(ОН)4]
Гидрокарбонат
аммония
Алмаз
ВаС12
Угарный газ
Zn(OH)2
NH3
Хлор
СаС2
Примечание: ДАС — донорно-акцепторная связь; КНС — ковалентная неполярная связ!
КПС — ковалентная полярная связь.
езретические основы химии и общая химия
57
1.7. Раствор. Растворимость
Раствор— гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более ве¬
ществ, одно из которых является растворителем, а остальные — растворёнными
веществами. Как правило, растворитель имеет то же агрегатное состояние, что и
сам раствор.
Яри растворении веществ их кристаллическая решётка разрушается. Образующие¬
. я при этом частицы равномерно распределяются между молекулами растворителя.
Для приготовления растворов неорганических веществ в качестве растворителя, как
равило, используют воду. Для растворения органических веществ обычно приме¬
няют органические растворители (гептан, толуол, ацетон).
Растворимость — способность вещества образовывать однородную смесь с опре-
.елённым растворителем при данной температуре. Значение растворимости пока¬
зывает максимальную массу вещества, которую можно растворить в 100 граммах
растворителя (воды), и измеряется в граммах (г) растворённого вещества на 100 г
растворителя.
"Растворимость кислот, солей и оснований в воде приведена в приложении 2. В за¬
висимости от значения растворимости в воде вещества разделяют на:
• растворимые («Р»), если значение растворимости больше 1 г на 100 г воды;
• малорастворимые («М»), если значение растворимости находится в интервале от
0,1 до 1 г на 100 г воды;
♦ нерастворимые («Н»), если значение растворимости меньше 0,1 г на 100 г воды.
-аствор, содержащий максимальную массу растворённого вещества при данной
уемпературе, называется насыщенным, а раствор, в котором ещё можно растворить
екоторое количество вещества — ненасыщенным.
Так, при постепенном растворении твёрдой соли в воде при неизменной температу¬
ре сначала образуется ненасыщенный раствор. При достижении максимальной
энцентрации растворённого вещества раствор становится насыщенным: дальней¬
шее растворение соли при данной температуре невозможно.
Растворимость веществ зависит от их природы и температуры, при которой прово¬
дится растворение. Обычно с повышением температуры растворимость твёрдых
веществ в воде возрастает, а газообразных — падает. При охлаждении водных рас-
■ воров твёрдых веществ их растворимость уменьшается, а избыток вещества, кото¬
рый не может раствориться при данной температуре, кристаллизуется и осаждается
выпадает в осадок).
Растворы, содержащие, относительно большое количество растворённого вещества,
зазывают концентрированными, а содержащие относительно малое количество
вещества —разбавленными.
Если вода прочно связана с растворённым веществом, то при охлаждении из рас¬
твора осаждается кристаллогидрат — твёрдое вещество, содержащее в своем со¬
58 Гпава 1
ставе одну или несколько молекул воды (кристаллизационная вода). При нагрева¬
нии большая часть кристаллогидратов теряет кристаллизационную воду — образу¬
ется безводная соль.
В формуле и названии кристаллогидратов указывается чисдб молекул воды, прихо¬
дящихся на одну молекулу вещества. Например, кристаллогидрат с формулой
CuSO4 • 5Н2О называется пентагидратом сульфата меди(П), пятиводным сульфа¬
том меди(П) или медным купоросом.
Задания
1. Составьте формулы следующих веществ, расставьте степени окисления атомов
всех элементов и, пользуясь таблицей растворимости, определите растворимость
данных соединений в воде: нитрат бария, карбонат железа(П), серная кислота,
гашёная известь, сульфат бария, фторид серебра(1), кремниевая кислота, фосфат
лития, бертолетова соль, гидрофосфат кальция, иодид аммония, поваренная
соль, сульфид меди(П), гидроксид магния, дигидрофосфат стронция, калиевая
селитра, едкий натр, гидроксид марганца(УП), мрамор, гидроксид бария, пище¬
вая сода.
1.8. Электролитическая диссоциация
Электролиты — вещества, растворы или расплавы которых проводят электриче¬
ский ток. Электролитами являются многие соли, кислоты и основания.
Неэлектролиты — вещества, растворы или расплавы которых не проводят элек¬
трический ток. Неэлектролитами являются простые вещества, оксиды и многие ор¬
ганические соединения.
Электролитической диссоциацией называется частичный или полный распад веще¬
ства на ионы при его растворении в воде или плавлении.
Рис. 1.37. Схема образования гидратированных ионов
при электролитической диссоциации хлорида натрия
Теоретические основы химии и общая химия 59
При растворении твёрдого вещества его кристаллическая решётка разрушается, а
ионы (или молекулы) распределяются по всему объёму раствора, окружаясь моле¬
кулами растворителя (рис. 1.37). Такие ионы называются гидратированными, а их
наличие обусловливает электропроводность растворов электролитов.
Степень диссоциации — отношение числа распавшихся на ионы молекул к исход¬
ному числу молекул растворённого вещества. По значению степени диссоциации
электролиты делятся на сильные и слабые.
Сильные электролиты в разбавленных растворах диссоциируют практически
полностью, соответственно, их водные растворы состоят только из гидратирован¬
ных ионов. К сильным электролитам относятся:
♦ многие соли;
• сильные кислоты (HNO3, H2SO4, НС1, HBr, HI, HC1O4,, HC1O3,, HMnO4);
♦ гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (щёлочи).
Соляная кислота в водном растворе диссоциирует с образованием катиона водоро¬
да и хлорид-аниона:
НС1^Н+ + СГ
Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, при этом диссоциация по вто¬
рой ступени протекает слабее:
I ступень: H2SO4 —► Н++ HSO4
II ступень: HSO4 Н+ + SO4“
Полную диссоциацию сильных кислот можно отображать суммарным уравнением:
H2SO4 -»■ 2РГ + SO4~
При диссоциации растворимого в воде фосфата калия образуются три катиона ка¬
лия и один фосфат-анион:
К3РО4 -» ЗК+ + РО4
Диссоциация гидроксида бария протекает с образованием катиона бария и двух
идроксид-анионов:
Ва(ОН)2 -> Ва2+ + 2ОН“
Молекулы слабых электролитов диссоциируют в значительно меньшей степени.
Их растворы в основном состоят из исходных нераспавшихся молекул. К слабым
э лектролитам относятся:
♦ вода;
• слабые кислоты (HF, H2S, H2SO3, Н2СО3, HNO2, Н3РО4, НС1О, НС1О2,
H2SiO3, СН3СООН и другие органические кислоты);
♦ нерастворимые в воде гидроксиды металлов и гидрат аммиака.
60
Гпава
1.9. Химические реакции
1.9.1. Физические и химические явления
Явлениями называются различные превращения и изменения веществ.
Физические явления характеризуются изменением физических свойств вещее]
формы, объёма, температуры, агрегатного состояния, при этом химический сост
веществ остаётся неизменным.
Химические явления характеризуются изменением химического Состава одного и
нескольких исходных веществ (реагентов) в результате протекания химических :
акций. Химические реакции сопровождаются образованием новых веществ (пр
дуктов).
Для описания химических превращений используют схемы химических реакщ
В них с помощью формул веществ отображается переход реагентов (левая час
схемы) в продукты реакции (правая часть схемы), которые разделяются знаю
«—>» или знаком «=»:
Mg + H2SO4 -> MgSO4 + H2f
реагенты продукты
Признаками протекания химических реакций являются:
♦ образование нерастворимого в воде вещества — осадка (i);
♦ выделение газа (t);
♦ изменение цвета раствора;
♦ растворение осадка или твёрдого вещества;
♦ выделение или поглощение теплоты.
1.9.2. Составление уравнений химических реакций
При протекании химических реакций происходит перегруппировка атомов в м<
кулах веществ, при этом общее количество этих атомов не изменяется. Это ш
жение отображено в законе сохранения массы веществ, согласно которому м:
веществ, образовавшихся в результате химической реакции, равна массе веще
вступивших в неё.
При составлении схемы реакции число атомов одного или нескольких элемент,
левой и правой частях схемы может отличаться. В этом случае перед веществ
необходимо поставить коэффициенты (числа), значение которых показывает кс
чество реагирующих или образующихся в результате реакции молекул. Коэфф г
енты расставляют таким образом, чтобы число атомов каждого элемента в ре а:
тах и продуктах было одинаковым.
диетические основы химии и общая химия
61
_ -.ема реакции с расставленными коэффициентами называется уравнением химиче-
| - и/реакции’.
N2 + Н2 NH3 N2 + ЗН2 2NH3
схема реакции уравнение реакции
В соответствии с приведённым уравнением реакции при взаимодействии одной мо-
। эекулы азота с тремя молекулами водорода образуются две молекулы аммиака. Ес¬
- в реакцию вступает одна молекула вещества, коэффициент перед ней не указы-
l зается. Таким образом, сумма коэффициентов в данной реакции равна 1 + 3 + 2 = 6.
Важно!
При выполнении заданий обязательно уравнивайте каждую написанную ре¬
акцию. Неуравненные или неверно уравненные реакции во второй части ЕГЭ
оцениваются в 0 баллов.
”.;и уравнивании реакций следует использовать следующие правила.
В первую очередь необходимо уравнять ионы и атомы металлов и неметаллов,
за исключением водорода и кислорода: как правило, атомы Н и О входят в со¬
став большинства участвующих в реакции веществ.
2 Далее уравнять атомы водорода, затем — кислорода.
? Убедиться в правильности расставленных коэффициентов, проверив равенство
количества атомов кислорода в левой и правой частях уравнения.
4 Убедиться, что уравнения содержат целочисленные коэффициенты, не имеющие
общих делителей.
Гак. для правильного написания реакции между гидроксидом алюминия и серной
■ ислотой необходимо:
Записать схему реакции, указав в левой части исходные вещества, а в правой —
продукты реакции:
А1(ОН)3 + H2SO4 -+ A12(SO4)3 + Н2О
2. Поставить перед гидроксидом алюминия коэффициент 2, а перед серной кисло¬
той — 3, поскольку сульфат алюминия состоит из двух атомов алюминия и трёх
сул ьфат-анионов:
2А1(ОН)3 + 3H2SO4 -► A12(SO4)3 + Н2О
г Уравнять атомы водорода в реакции: их количество в левой части уравнения
равно 12, соответственно, в правой части их также должно быть 12. Поскольку
одна молекула воды содержит два атома водорода, перед её формулой в схеме
реакции необходимо поставить коэффициент 6:
2А1(ОН)3 + 3H2SO4 —► A12(SO4)3 + 6Н2О
2-3 + 3-2 = 12 атомов Н 6-2=12 атомов Н
62 Птава
4. Проверить равенство атомов кислорода в левой и правой частях уравнения: ле
вая часть содержит 2-3 + 3-4 = 18 атомов кислорода, а правая— 4-3 + 6 = 11
атомов кислорода. Реакция уравнена верно.
Задания ’
1. Расставьте коэффициенты в следующих реакциях и назовите £$се участвующие I
них вещества:
1) Na + С12 —> NaCl
2) КОН + Н3РО4 -> К3РО4 + Н2О
3) А1 + О2 —> А12О3
4) Mg + Fe2 (SO4)3 -> MgSO4+ Fe
5) BaCl2 + K3PO4 -> Ba3(PO4)2 + KC1
6) Fe + HC1 -> FeCl2 + H2
7) Zn(NO3)2 -> ZnO + NO2+ O2
8) Cu + HCI + O2 -> CuCl2 + H2O
9) NH3 • H2O + A1C13 -»• A1(OH)3+ NH4C1
10) K2CO3 + HBr —> KBr + CO2 + H2O
11) Na + H2O -> NaOH + H2
12) Fe3O4 + Al —> A12O3 + Fe
1.9.3. Классификация химических реакций
Химические реакции классифицируются по следующим признакам:
♦ число и состав реагентов и продуктов реакции;
♦ тип реагирующих фаз;
♦ обратимость;
♦ использование катализатора:
♦ тепловой эффект;
♦ изменение степеней окисления атомов химических элементов.
Рассмотрим реакции подробнее.
1. Число и состав реагентов и продуктов реакции.
• Реакции соединения — из нескольких исходных веществ образуется то;
один продукт реакции:
А + В^С
К2О + SO3 -> K2SO4
4Fe + ЗО2 + 6Н2О -> 4Fe(OH)3
'эоретические основы химии и общая химия
63
• Реакции разложения — из одного исходного вещества образуется несколько
продуктов реакции:
А^В + С
Cu(OH)2 СиО + Н2О ।
NH4HCO3 NH3 + СО2 + Н2О
• Реакции замещения — при взаимодействии простого вещества со сложным
образуется новое простое вещество и новое сложное:
А + ВС —В + АС
Mg + 2HCl^MgCl2 + H2
С12 + 2NaI —► 2NaCl +12
Реакции замещения с участием органических веществ рассмотрены в главе 4.
• Реакции обмена — при взаимодействии двух сложных веществ происходит
взаимный обмен их составными частями:
AB + CD—>AD + CB
ВаС12 4- K2SO4 BaSO4 + 2КС1
FeO 4- 2НС1 FeCl2 + Н2О
. Тип реагирующих фаз.
Система— совокупность взаимодействующих химических веществ, обособ¬
ленная от окружающей среды.
Фаза — часть системы, однородная по химическому составу и строению и отде¬
лённая от других частей системы границей раздела.
• Гомогенными называются реакции, в которых отсутствует граница раздела
фаз между реагирующими веществами. Как правило, гомогенными являются
газофазные и жидкофазные реакции, реагенты в которых находятся только в
газообразном или только в жидком (растворённом) состоянии.
• Гетерогенными называются реакции, в которых между реагентами присут¬
ствует граница раздела фаз. Как правило, гетерогенными являются реакции,
в которых исходные вещества находятся в разных агрегатных состояниях,
а также все реакции, протекающие с участием твёрдых веществ.
Обратимость.
• Обратимыми называются химические процессы и реакции, которые при
данных условиях протекают одновременно в двух взаимно противоположных
направлениях. В уравнениях обратимых реакций между реагентами и про¬
дуктами используют символ «£*».
64
Глава
• Практически необратимыми (необратимыми) называются химичесга
процессы и реакции, протекающие только в одном направлении: продукт
реакции не реагируют друг с другом с Образованием исходных веществ.
4. Использование катализатора.
Катализатор — вещество, повышающее скорость химической реакции
имеющее одинаковый химический состав в начале и в конце взаимодействЕ
Катализатор не является ни реагентом, ни продуктом: в уравнении химичесю:
реакции его формула указывается над стрелкой «—>» или знаком «=».
Каталитическими называются реакции, протекающие с участием катализап
ра, а некаталитическими — без его участия.
Основные каталитические реакции и используемые в них катализаторы при»
дены в приложении 4.
5. Тепловой эффект.
Тепловой эффект — количество теплоты, которое выделяется или поглощает;
в результате протекания химической реакции. Тепловой эффект обозначает;
буквой 0 а его значение обычно измеряется в килоджоулях (кДж).
В термохимическом уравнении указываются сокращённые агрегатные состояв!
всех участвующих или образующихся веществ (тв.— твёрдое, ж— жидк
р-р — растворённое, г — газообразное) и тепловой эффект реакции.
По значению теплового эффекта различают следующие реакции.
• Эндотермические реакции — реакции, протекающие с поглощением тепл
ты. Тепловой эффект этих реакций отрицательный (Q < 0): в термохимии
ском уравнении он указывается с отрицательным знаком (-0. Эндотермич
скими являются многие реакции разложения:
Са(ОН)2(ТВ.) —► СаО(тв j + Н2О(ж) - Q
Са(ОН)2(тв > —► СаО(тв) + Н2О^ж) — 65 кДж
Исключением является реакция разложения дихромата аммония, протека
щая с выделением тепла:
(NH4)2Cr2O7 Сг2О3 + N2f + 4Н2О + Q
• Экзотермические реакции — реакции, протекающие с выделением тепло"
Тепловой эффект этих реакций положительный {Q > 0): в термохимическ
уравнении он указывается с положительным знаком (+0). Экзотермически
являются практически все реакции соединения, замещения, горения и н
трализации.
Горение — реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла и с:
та. Горение протекает под действием различных окислителей, основным
которых является кислород — многие вещества сгорают на воздухе:
С(те.) + О2(Г) СО2(Г) + Q
еоретические основы химии и общая химия
65
Нейтрализация — реакция обмена, протекающая между кислотой и основа¬
нием:
HCl(p.p) + NaOH(p.p) —> NaCl(P_p) + Н2О(ж) + Q
С выделением тепла также протекают реакции растворения щелочных (Li, Na,
К, Rb, Cs) и щелочноземельных (Са, Sr, Ва) металлов в воде:
2К(ТВ>) + 2Н2О(ж) -> 2КОН(р.р) + H2(r) + Q
Исключением являются реакции соединения азота с кислородом и водорода с
йодом: при их протекании на разрыв связей в молекулах исходных веществ
затрачивается больше энергии, чем выделяется при образовании новых свя¬
зей в молекулах NO и HI. Поэтому данные реакции являются эндотермиче¬
скими. При этом обратные реакции разложения оксида азота(П) и иодоводо¬
рода являются экзотермическими:
^2(г) + Q2(r) 2NO(r) - Q Над + 1ад 2Ш(г) - Q
2NO(r) N2(r) + О2(г) + Q 2Н1(г) Н2(г) + I2(r) + Q
- Изменение степеней окисления атомов химических элементов.
Химические реакции могут протекать как с изменением степеней окисления
атомов элементов (окислительно-восстановительные), так и без изменения.
Задания
Расставьте коэффициенты и укажите степени окисления атомов элементов в сле¬
дующих реакциях:
1) Fe + С12 FeCl3 5) N2 + Н2 NH3
2) Са(ОН)2 + HNO3 -> Ca(NO3)2 + Н2О 6) Ва + Н2О -> Ва(ОН)2 + Н2
3) А1(ОН)3 А12О3 + Н2О 7) Fe + О2 —> Fe3O4
4) N2 + О2 -> NO 8) Fe(NO3)3 Fe2O3 + NO2+ O2
Охарактеризуйте данные реакции по следующим признакам: а) число и состав
реагентов и продуктов реакции; б) обратимость; в) тепловой эффект; г) измене¬
ние степени окисления атомов элементов.
1.10. Скорость химической реакции.
х акторы, влияющие на скорость реакции
роешь химической реакции — число соударений частиц, приводящих к химиче-
.^?му взаимодействию, в единицу времени. Для гомогенных реакций под скоро-
тью подразумевается изменение концентраций реагентов в единицу времени.
ГЛ9(
66
Основные факторы, влияющие на скорость реакции:
♦ природа реагирующих веществ;
♦ температура проведения реакции;
♦ концентрация реагентов;
♦ площадь поверхности твёрдых реагентов;
♦ давление;
♦ катализатор или ингибитор.
Рассмотрим эти факторы подробнее.
1. Природа реагирующих веществ.
Природа реагирующих веществ определяется строением реагентов, типом хи>:
ческих связей и их активностью. Например, магний взаимодействует с солян
кислотой с большей скоростью, чем менее активный цинк, стоящий правее ка
ния в ряду активности металлов. В свою очередь, реакция магния с соляной i
слотой протекает быстрее, чем с более слабой азотистой кислотой.
Разрыв ионных и ковалентных полярных связей требует затрат меньшего koi
чества энергии, чем разрыв ковалентных неполярных связей. Так, с наиболыз
скоростью протекают реакции ионного обмена (практически мгновенно,
меньшей— гетерогенные реакции замещения. Самыми медленными являю:
реакции, в которые вступают простые вещества-неметаллы, и реакции, в котол
происходит разрыв неполярных связей (например, с органическими веществами
2. Температура проведения реакции.
В соответствии с правилом Вант-Гоффа, повышение температуры на кажл
10 °C увеличивает скорость большинства гомогенных химических реакций
2-4 раза (в пределах определённого интервала температур). При этом уменьз
ние температуры приводит к уменьшению скорости реакции.
3. Концентрация реагентов.
Скорость реакции возрастает с увеличением концентраций реагентов: при i
вышении числа реагирующих частиц в единице объёма вероятность их соуди
ний увеличивается. В свою очередь, уменьшение концентрации реагентов - i
водит к уменьшению скорости реакции.
Важно!
На скорость реакции влияет концентрация только растворённых, жидк
газообразных реагентов.
Так, реакция магния с 20%-ной соляной кислотой протекает быстрее, Ч!
5%-ной:
Mg(TB.) + 2НС1(р.р) —► MgCl2(p_P) + Н2(Г)
"т'сетические основы химии и общая химия 67
При этом добавление магнйзН твёрдого вещества) не оказывает влияния на ско¬
рость протекания реакции.
Важно!
Концентрация продуктов реакции не влияет на скорость её протекания.
Так, изменение концентраций хлорида магния и водорода не оказывает влияния
на скорость реакции магния с соляной кислотой.
< Площадь поверхности твёрдых реагентов.
Гетерогенные реакции с участием твёрдых веществ протекают на их поверхно¬
сти. Концентрация твёрдого вещества на поверхности постоянна, поэтому до¬
бавление твёрдого реагента не влияет на скорость протекания реакции. Повы¬
сить скорость можно, увеличив площадь поверхности, на которой протекает ре¬
акция: измельчить твёрдые реагенты. Так, порошок магния взаимодействует с
соляной кислотой с большей скоростью, чем его стружка или проволока.
' Давление.
Повышение давления увеличивает скорость только тех реакций, которые проте¬
кают с участием газообразных реагентов. При повышении давления газ сжима¬
ется и занимаемый частицами объём уменьшается. Это приводит к увеличению
концентрации вещества и, соответственно, увеличению скорости реакции. Этого
же эффекта можно достичь, уменьшая объём реакционного сосуда газофазной
реакции.
Так, увеличение давления повышает скорость реакции углекислого газа с окси¬
дом кальция:
СО2(г) + СаО(тв) —> СаСО3(тв)
Однако изменение давления не оказывает влияния на скорость реакции магния с
соляной кислотой, поскольку в реакцию не вступают газообразные вещества, а
образующийся водород не является реагентом!
* Катализатор или ингибитор.
Катализатор повышает скорость химической реакции, а ингибитор — замедля¬
ет её. Биологическими катализаторами являются ферменты,
I ш
:здания
. Определите, какими способами можно повысить скорость реакций, протекаю¬
щих между следующими веществами:
Fe(TB.) и НС1(р_р); 3) Си(тв) и S(tb); 5) Li(TB) и Н2О(Ж);
NaOH(pp) и H2SO4(p_p), 4) Н2(г) и С12(г); 6) Zn(OH)2(TB) (t).
68
Гпава
1.11. Химическое равновесие.
Факторы, влияющие на смещение
химического равновесия
Обратимые химические реакции протекают одновременно в двух противоположи
ных направлениях, поэтому в уравнении обратимой реакции между реагентами i
продуктами ставится знак «^2». Стрелка вправо «—>» показывает направление пре-
текания прямой реакции, приводящей к образованию продуктов реакции, а стрелв
влево «<—»— направление протекания обратной реакции, приводящей к образова
нию исходных веществ.
Если в реакционный сосуд постоянного
объёма поместить исходные вещества,
вступающие в обратимую химическую
реакцию, то в начальный момент времени
скорость прямой реакции vnp будет мак¬
симальной, а обратной vo6p —- минималь¬
ной, поскольку продукты реакции ещё не
образовались (их исходная концентрация
равна нулю). По мере протекания реак-
Рис. 1.38. График изменения скоростей
прямой и обратной реакций во времед
ции концентрация продуктов увеличивается, а исходных веществ — уменьшаете^
что приводит к постепенному повышению скорости обратной реакции и снижена
скорости прямой. В определённый момент времени скорости прямой и обратна
реакций становятся равными, а концентрации веществ — равновесными', в систем
наступает химическое равновесие.
Химическое равновесие — состояние реакционной системы, при котором скорое!
прямой и обратной реакций равны и отличны от нуля:
vnp ^обр •
При неизменных условиях протекания реакции система продолжает находиться
равновесии, но при изменении какого-либо параметра равновесие смещается в ел
рону прямой или обратной реакции.
Направление смещения равновесия определяется в соответствии с принципом Л
Шателъе: при воздействии внешнего фактора (температуры, концентрации вещ
ства или давления) на равновесную систему равновесие смещается в сторону р
акции, противодействующей этому воздействию.
1. Изменение температуры.
При увеличении температуры равновесие смещается в сторону протекания энд
термической реакции (для поглощения подведённого тепла). Уменьшение та
пературы, наоборот, смещает равновесие в сторону протекания экзотермичесн
реакции.
' ?: оетические основы химии и общая химия
69
Реакция синтеза аммиака из простых веществ является экзотермической, соот¬
ветственно, обратная ей реакция разложения аммиака — эндотермической:
уменьшение температуры
N2(r) + 3H2(r)^2NH3(r) + e
<
увеличение температуры
При уменьшении температуры равновесие смещается в сторону прямой реакции
। в сторону образования продуктов), протекание которой сопровождается выде¬
лением тепла: для противодействия внешнему воздействию. При увеличении
температуры равновесие, наоборот, смещается в сторону обратной реакции —
з сторону образования исходных веществ (реагентов).
: . Изменение концентрации.
При увеличении концентрации какого-либо вещества равновесие смещается в
сторону реакции, в которую вступает это вещество, поскольку его концентрация
при этом уменьшается. Соответственно, при увеличении концентрации исход¬
ных веществ равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции, и
наоборот:
увеличение концентрации N2 или Н2
N2(r) + 3H2(r)^2NH3(r) + e ’
<
увеличение концентрации NH3
При уменьшении концентрации какого-либо вещества равновесие смещается в
сторону протекания реакции, в которой это вещество образуется:
уменьшение концентрации NH3
X
N2(r) + 3H2(r)^2NH3(r) + e
<
уменьшение концентрации N2 или Н2
На смещение равновесия в системе влияет концентрация только жидких и газо¬
образных реагентов.
Важно!
Добавление или удаление твёрдых веществ не приводит к смещению равно¬
весия.
Однако если реакция протекает в растворе и добавление растворимого в воде
твёрдого вещества увеличивает или уменьшает концентрацию ионов в равно¬
весной системе, то равновесие в этой системе смещается.
Например, в случае обратимой диссоциации плавиковой кислоты:
HF(p-p) Щр.р) + F(p_p) — Q
70
Гла&1
• Добавление твёрдого фторида калия KF смещает равновесие в сторону с
ратной реакции. Это связано с тем, что фторид калия диссоциирует в водг
образованием фторид-анионов, концентрация которых в равновесной систе
увеличивается:
KF(p_P) —> К(р-р) + F(p-p)
• Добавление фторида магния практически не смещает равновесие в дана
системе, поскольку MgF2 нерастворим в воде.
• Добавление в равновесную систему твёрдого гидроксида калия, диссоил
рующего в воде с образованием гидроксид-анионов, приводит к уменьшен]
концентрации катионов водорода — происходит их «связывание» в резулы
те реакции:
кон^ к;.р) + ОН-^
Н+ + ОН Н2О
В этом случае равновесие смещается в сторону прямой реакции — в стора
образования катионов водорода.
3. Изменение давления.
Изменение давления влияет на смещение равновесия только тех реакций, в i
торых принимает участие хотя бы одно газообразное вещество, при этом а
может быть как реагентом, так и продуктом реакции. Изменение давления прэ
тически не влияет на твёрдые и жидкие вещества.
Увеличение давления в системе равносильно уменьшению объёма реакционнг
пространства: давление возрастает при сжатии газообразной смеси. Поэтому л
увеличении давления (уменьшении объёма) равновесие смещается в сторону с
разования меньшего количества газов, а при уменьшении давления (увеличен
объёма) — наоборот, в сторону образования большего количества газов.
Для определения условного количества газов в реагентах и продуктах реакз
необходимо учесть коэффициенты, стоящие перед газообразными веществам
уравнении реакции. Так, в реакцию синтеза аммиака вступают 4 молекулы гаа
(3 молекулы водорода и 1 молекула азота), а продуктами реакции являю]
2 молекулы аммиака. Поэтому при увеличении давления равновесие смещаем
в сторону прямой реакции, в результате протекания которой количество газ
уменьшается:
увеличение давления
N2(r) + 3H2(r)^2NH3(r) + e
<
уменьшение давления
В реакцию разложения карбоната кальция не вступает ни одно газообразное ■
щество (0 молекул газов), а образуется 1 молекула углекислого газа. Поэта
"еоретические основы химии и общая химия 71
уменьшение давления приводит к смещению равновесия в сторону протекания
прямой реакции:
уменьшение давления
>
СаСО3(тв) СаО(тв) + СО2(г) - Q
<
увеличение давления
- Добавление катализатора.
Катализатор не оказывает влияния на смещение равновесия, поскольку одно¬
временно и в равной степени ускоряет как прямую, так и обратную реакцию.
Катализатор ускоряет наступление равновесия, но не смещает его направление.
Добавление ингибитора также не оказывает влияния на смещение равновесия.
I Задания
Определите, какими способами можно сместить химическое равновесие сле¬
дующих реакций как в сторону образования исходных веществ, так и в сторону
образования продуктов реакции:
1) N2(r) + 3H2(r)i-2NH3(r) + e
2) Над + 1ад^2Н1(г)-е
3) 4HNO3(3K) 2Н2О(ж) + 4NO2(r) + Оад - Q
4) 2SO3(r) 2SO2(r) + О2(г) - Q
5) СаО(тв) + СО2(г) СаСО3(тв) + Q
I 6) Н(р-р) + N02(p-p) Н№2(р-р) + Q
11.12. Реакции ионного обмена
е! -еакция ионного обмена— химическая реакция между электролитами, протекаю-
11 пая в растворе. В ходе реакции не происходит изменения степеней окисления ато¬
. I ов элементов. Реакция протекает необратимо (до конца) в случае образования:
♦ слабого электролита;
• нерастворимого вещества (осадка);
• газа.
I При составлении реакций ионного обмена необходимо учитывать следующие
I факторы.
I ■ Любая реакция ионного обмена протекает только в случае выпадения осадка,
выделения газа, образования воды или слабой кислоты.
I • Оксиды не вступают в реакции ионного обмена, поскольку не являются элек-
I тролитами.
72
Гпава
♦ Соли вступают в реакции ионного обмена только с растворимыми в воде вепи
ствами.
♦ Нерастворимые соли и основания вступают в реакции ионного обмена только!
кислотами.
♦ Амфотерные гидроксиды вступают в реакции ионного обмена й~с кислотам!
и со щелочами.
Реакции ионного обмена отображают тремя видами уравнений: молекулярным. пт
ным ионным и сокращённым ионным.
При составлении ионного уравнения растворимые в воде сильные электролиты
писываются в виде ионов, образовавшихся при их полной диссоциации. Слаба
электролиты, неэлектролиты и нерастворимые соединения записываются в вид
молекул.
В ионном уравнении указываются заряд ионов и коэффициент, обозначающий л
количество. В записи заряда иона сначала указывается численное значение, а зат^
его знак (как в таблице растворимости). Так, сульфат алюминия диссоциирует
воде с образованием двух трёхзарядных катионов алюминия и трёх двухзаряднм
сульфат-анионов:
A12(SO4)3 -> 2А13+ + 3SO3-
Кислые, основные и комплексные соли диссоциируют ступенчато. В ионном ур
нении следует указывать продукты диссоциации по первой ступени, то есть кати
водорода кислой соли должен входить в состав кислотного остатка:
КНСО3 К+ + НСО3
Гидроксильная группа основной соли должна быть связана с катионом металла:
CaOHCl СаОН+ + СГ
Лиганды комплексной соли должны оставаться .в комплексном ионе:
К[А1(ОН)4] К+ + [А1(ОН)4]-
Рассмотрим порядок составления ионного уравнения.
1. Составить молекулярное уравнение реакции.
• Записать схему реакции, продуктами которой являются вещества, образов,
ные взаимным обменом катионами или анионами реагентов:
AB + CD—>CB + AD
• Проверить наличие в продуктах реакции осадка, газа, воды или слабой кис:
ты и уравнять реакцию — расставить коэффициенты перед молекулами :
ществ.
2. Записать полное ионное уравнение с учётом расставленных коэффициент
растворимые в воде сильные электролиты — в виде ионов, а слабые электро:
ты, неэлектролиты и нерастворимые соединения — в виде молекул.
еретические основы химии и общая химия
73
• Сократить одинаковые ионы в левой и правой частях уравнения, а оставшиеся
ионы и молекулы записать в сокращённом ионном уравнении. Если в уравнении
нет одинаковых ионов, сокращённое ионное уравнение повторяет полное.
Убедиться в отсутствии общих делителей у коэффициентов перед ионами и
молекулами в сокращённом ионном уравнении, в противном случае — сокра¬
тить их.
- .пример, реакция ионного обмена между гидроксидом бария и соляной кислотой
ттотекает с образованием хлорида бария и воды (НОН — одна из форм записи мо-
-гкулы воды):
Ва(ОН)2 + 2НС1 -> ВаС12 + 2Н2О
н полном ионном уравнении данной реакции все вещества, кроме воды, необходи-
записать в ионном виде, поскольку они являются растворимыми в воде сильны-
«2 электролитами:
Ва2+ + 2ОН~ + 2Н+ + 2СГ -> Ва2+ + 2СГ + 2Н,О
ггионы бария и хлорид-анионы находятся в левой и правой частях уравнения в
знаковом количестве, поэтому эти ионы необходимо сократить. Оставшиеся ио¬
. и молекулы имеют общий делитель — 2, поэтому коэффициенты перед ними
кже необходимо сократить:
'яон +W ^ад2о
ОН + Н+ Н2О
ная реакция протекает без видимых признаков изменений: в реакции не образу¬
- и не растворяется осадок, не выделяется газ, не происходит изменения цвета
створа.
Важно!
Образование воды в реакциях ионного обмена является одним из необходи¬
мых условий их протекания, но не является внешним признаком.
> сокращённому ионному уравнению можно понять, что реагентами являются рас-
пимые в воде сильные электролиты (кислота и щёлочь), а одним из продуктов ре-
[и — вода. Если вместо гидроксида бария в реакцию вступит другая щёлочь или
. jto соляной кислоты — другая сильная кислота (при условии, что образующаяся
□ растворима), сокращённое ионное уравнение будет иметь тот же вид:
2NaOH + H2SO4 -> Na2SO4 + 2Н2О
молекулярное уравнение
2Na+ + 2ОН’ + 2Н+ + SO^ 2Na+ + SO2- + 2Н2О
полное ионное уравнение
ОН +Н+^Н2О
сокращённое ионное уравнение
74 Глав
Реакция между кислотой и основанием называется реакцией нейтрализации.
Реакция между гидроксидом кальция и фосфатом калия протечет с образована
нерастворимой соли — фосфата кальция. Гидроксид кальция является малорасп
римым соединением, однако в небольших количествах хорошо растворяется в вл
и диссоциирует полностью (является щёлочью):
ЗСа(ОН)2 + 2К3РО4 -> Са3(РО4)2| + 6КОН
ЗСа2+ + 6ОН" + 6К+ + 2РО4~ -► Са3(РО4)2| + 6К+ + 6ОН"
ЗСа2+ + 2РО^ -> Са3(РО4)2|
Признаком протекания данной реакции является образование белого осадка. Цвс
осадков и растворов неорганических соединений приведены в приложении 5.
В реакциях ионного обмена могут образовываться газы, представленные в табл. 1.1
Таблица 1.10. Газы, образующиеся в реакциях ионного обм
Газ
Формула
Цвет
Запах
Сероводород
H2S
Бесцветный
С неприятным запахом
Углекислый газ
со2
Без запаха
Сернистый газ
so2
С резким запахом
Аммиак
NH3
С резким запахом
Углекислый газ, сернистый газ и аммиак являются продуктами разложения нр
тойчивых соединений.
♦ Углекислый газ выделяется при разложении образующейся в реакции ионн:
обмена угольной кислоты:
Н2СО3 СО2 + Н2О
♦ Сернистый газ — при разложении сернистой кислоты:
H2SO3 ^SO2 + H2O
♦ Аммиак — при разложении гидроксида аммония:
NH4OH^NH3+H2O
Если продуктом реакции ионного обмена являются угольная кислота, сернисгз
кислота или гидроксид аммония, вместо этих соединений следует указывать ез
Еретические основы химии и общая химия 75
- кты их разложения. Так, в реакции ионного обмена между карбонатом кальция и
?: гмоводородной кислотой выделяется углекислый газ:
СаСО3 + 2НВг -> СаВг2 + СО2| / Н2О
нГсо^ '
СаСО3 + 2Н+ + 2Вг -> Са2+ + 2ВГ + СО2Т + Н2О
СаСО3 + 2Н+ Са2+ + СО2? + Н2О
Зонная реакция протекает с растворением белого осадка СаСО3 и выделением газа
зез цвета и запаха СО2.
Гидроксид серебра(1) AgOH разлагается в водной среде, поэтому при его получе-
яи в ходе реакции ионного обмена образуются чёрный осадок оксида серебра(1) и
■ода:
2AgNO3 + 2NaOH -> 2NaNO3 + Ag2OJ, + H2O
2Ag+ + 2NO3 + 2Na+ + 2OH“ 2Na+ + 2NO3 + Ag2O| + H2C
2Ag+ + 2OH" -> Ag2O; + H2O
* дним из условий протекания реакций ионного обмена является образование сла-
I хн кислоты:
2NaF + H2SO4 -> Na2SO4 + 2HF
2Na+ + 2F“ + 2H+ + SO4“ 2Na+ + SO4“ + 2HF
F“ + H+ —»HF
I --ороводородная кислота растворима в воде, однако она является слабым электро¬
щитом, поэтому в ионных уравнениях отображается в виде молекулы. Данная реак-
I l • протекает без видимых признаков изменений.
I I-аимодействие слабой сероводородной кислоты с сульфатом меди(П) приводит к
I ^пазованию чёрного осадка сульфида меди(П):
Cuso4 + h2s Cus; + h2so4
Cu2+ + so^ + h2s cus; + 2ir + soi-
Cu2+ + H2S CuS| + 2H+
L Я/
I мдания
L Определите, какие из указанных в ряду веществ являются сильными электроли¬
тами: соляная кислота, гидроксид натрия, сульфат лития, вода, гидросульфид
I калия, плавиковая кислота, оксид натрия, гидроксид алюминия, пищевая сода,
гидрат аммиака, хлорная кислота, нитрат аммония, тетрагидроксоцинкат калия.
Напишите уравнения диссоциации сильных электролитов.
76
Глаее
2. Закончите схемы следующих химических реакций и расставьте коэффициенты
1) NaCl + AgNO3—►
2) H2SO4 + KOH^
3) FeBr3+NaOH^
4) FeS + HCl->
5) К2СО3 + НС1->
6) FeI2+K2CO3—>
7) NH4I + Ca(OH)2
8) K3PO4 + BaBr2 —»
9) A12(SO4)3 + NH3 • H2O
10) Mg(OH)2 + HNO3 -»■
11)" K2SO3 + HNO2 ->
12) LiF + H2SO4—>
а затем:
а) назовите все исходные вещества и продукты реакций;
б) напишите полное и сокращённое ионные уравнения реакций;
в) определите, какие из приведённых реакций относятся к реакциям нейтрал
зации;
г) определите признаки протекания всех реакций.
3. Определите, какие из указанных в ряду веществ вступают друг с другом в реа
ции ионного обмена. Напишите молекулярные, ионные и сокращённые иония
уравнения всех возможных реакций. Опишите признаки протекания реакций:
1) сульфат калия, хлорид железа(Ш), азотная кислота, гидроксид бария;
2) иодид аммония, гидроксид бария, нитрат серебра, хлорид железа(П);
3) гидроксид алюминия, серная кислота, нитрит магния, карбонат кальция;
4) фторид натрия, хлорат бария, гидроксид калия, нитрат свинца(И);
5) поваренная соль, фосфат калия, нитрат серебра, бромид лития.
1.13. Водородный показатель pH.
Индикаторы
Характеристикой кислотности растворов электролитов является водородный по*
зателъ pH, который отражает концентрацию ионов водорода в растворе7 (рис. 13!
♦ при pH < 6 раствор имеет кислотную среду: чем меньше значение pH, тем а
лее кислой является среда раствора;
♦ при 6 <рН<8раствор имеет нейтральную среду: значение pH воды равно 7; I
♦ при рН>8 раствор имеет щелочную среду: чем больше значение pH, тем бс
щелочной является среда раствора.
7 Водородный показатель pH выражают через отрицательный десятичный логарифм концентрал
ионов водорода по формуле: pH = -lg[H+].
еретические основы химии и общая химия 77
Шкала pH водных растворов электролитов
01 23456789 10 1
1 12 13 14
1 ~оела
12С"вора
кислотная
нейтраль¬
ная
щелочная
сильнокислая
слабокислая
слабо¬
щелочная
сильнощелочная
Рис. 1.39. Шкала pH водных растворов электролитов
мнение pH от 0 до 3 имеют растворы сильных кислот, а значение pH от 11 до
В растворы сильных щелочей.
качественного определения среды раствора используют индикаторы — орга-
w-еские вещества, окрашивающие раствор в разные цвета в зависимости от его
жзчения pH (табл. 1.11).
Таблица 1.11. Окраска индикаторов в различных средах
Индикатор
Среда раствора
кислотная
нейтральная
щелочная
Двкмус
Красный
Фиолетовый
Синий
Метилоранж
Розовый (красный)
Оранжевый
Жёлтый
Фенолфталеин
Бесцветный
Бесцветный
Малиновый
' лтите внимание, что индикатор фенолфталеин меняет окраску только в раство-
L имеющем щелочную среду. В кислой и нейтральной средах фенолфталеин бес-
ктный.
1 *4. Гидролиз солей.
Определение среды водных растворов веществ
лиз — взаимодействие сложных веществ с водой, в результате которого про¬
стит разложение этих веществ с образованием новых соединений.
■ лиз солей — взаимодействие солей с водой, приводящее к образованию сла-
। электролита или малодиссоциирующего вещества.
ггимый гидролиз
растворении в воде соли диссоциируют на ионы. Образующиеся при этом ка-
ы слабых оснований и анионы слабых кислот (табл. 1.12) взаимодействуют с
« с образованием слабого электролита или малодиссоциирующего вещества.
78
Гnat
Таблица 1.12. Ионы сильных и слабых кислот и основа
Катионы
Анионы
сильных оснований
слабых оснований
сильных кислот
слабых кислот
Li+ , Na+, К+, Rb+ ,
NH*, Mg2+, Zn2t,
СГ, Вг“, Г,
F’, S2’, SO2’, NO:
Cs+, Са2+, Sr2+,
Cu2+ , Fe2+, Fe3+T
SO2’, NO3,
СО2’, SiO2’, РО3’.
Ва2+
Al3+ и др.
С1О4", С1О3“
СН3СОО’ и др.
По отношению к гидролизу растворимые соли разделяют на четыре типа.
1. Соли, образованные катионом сильного основания и анионом слабой кисло
гидролизуются по аниону.
Так, диссоциация нитрита натрия в воде приводит к образованию следуюн
ионов:
NaNO2 —> Na++ NO2
Поскольку нитрит натрия образован сильным основанием NaOH и слабой i
слотой HNO2, с водой взаимодействует только нитрит-анион:
NO2 + НОН ОН" + HNO2
В результате гидролиза в растворе образуются гидроксид-анионы, поэтому q
да растворов солей данного типа является слабощелочной.
Молекулярное уравнение гидролиза:
NaNO2 + НОН NaOH + HNO2
Для определения среды раствора соли используют индикаторы: в слабощел<
ной среде лакмус окрашивается в синий цвет, метилоранж — в жёлтый, а :
нолфталеин — в малиновый.
Анионы слабых многоосновных кислот гидролизуются ступенчато. По перв
ступени гидролиз протекает с образованием аниона кислой соли:
K2SO3 -> 2К+ + SO32
SO2’ + НОН ОН’ + HSO3
K2SO3 + НОН КОН + KHSO3
По второй ступени гидролиз практически не протекает.
2. Соли, образованные катионом слабого основания и анионом сильной кисло1
гидролизуются по катиону.
Так, диссоциация хлорида аммония в воде приводит к образованию следуют
ионов:
NH4C1 —► NHJ + СГ
езретические основы химии и общая химия 79
Поскольку хлорид аммония образован слабым основанием NH3 ■ Н2О и сильной
кислотой НС1, с водой взаимодействует только катион аммония:
nh; + нон nh3 ■ н2о + н+
nh4oh
NH4a + НОН NH3 • Н2О + НС1
В результате гидролиза в растворе образуются катионы водорода, поэтому среда
растворов солей данного типа является слабокислой. Для определения среды их
растворов можно использовать только лакмус и метилоранж, меняющие в сла¬
бокислой среде свою окраску на красную. Фенолфталеин в кислотной среде
окраску не изменяет и остаётся бесцветным.
Катионы двух- и трёхвалентных металлов гидролизуются по первой ступени.
При этом образуются катионы основных солей:
CuBr2 —► Си2+ + 2ВГ
Си2+ + НОН СиОН+ + Н+
CuBr2 + НОН СиОНВг + НВг
L Соли, образованные катионом слабого основания и анионом слабой кислоты,
гидролизуются как по катиону, так и по аниону.
NH4F—>NH4+F~
NH4 + F" + НОН NH3 • Н2О + HF
NH4F + НОН -> NH3 • Н2О + HF
Среда растворов солей данного типа принимается нейтральной8.
- Соли, образованные катионом сильного основания и анионом сильной кислоты,
не подвергаются гидролизу.
В их составе нет ионов, способных взаимодействовать с водой с образованием
слабого электролита или малодиссоциирующего вещества. Растворы данных со¬
лей имеют нейтральную среду.
Нерастворимые в воде соли практически не гидролизуются.
I Важно!
При рассмотрении химических свойств растворимых солей следует пренеб¬
регать их взаимодействием с водой.
1 . эеда растворов в этом случае определяется с помощью констант диссоциации образующихся
> _.ют и оснований.
80 Гпаеа
Необратимый гидролиз
В некоторых случаях гидролиз солей протекает необратимо. Необратимо гидролж
зующиеся соли в водной среде разлагаются: в таблице растворимости у данных со
лей стоит символ «—».
Важно! (
Гидролиз протекает без изменения степеней окисления атомов элементов.
Так, карбонаты, сульфиты и сульфиды трёхвалентных металлов (А13+, Fe3+, Сг
подвергаются полному необратимому гидролизу с образованием нерастворимы
амфотерных гидроксидов и газов СО2, SO2 или H2S соответственно:
A12S3 + 6Н2О 2А1(ОН)з1 + 3H2Sf
+3 +4 +3 +4
Fe2(CO3)3 + ЗН2О -» 2Fe(OH)31 + 3CO2f
По этой причине реакции ионного обмена между растворами солей трёхвалентнш
металлов и карбонатами, сульфитами и сульфидами сопровождаются протекании
необратимого совместного гидролиза: в результате реакции также образуется ня
растворимый в воде амфотерный гидроксид и выделяется газ.
Так, при взаимодействии раствора хлорида алюминия и сульфита калия образует;
нерастворимый в воде гидроксид алюминия и выделяется бесцветный газ с резки
запахом SO2:
2А1С13 + 3K2SO3 + ЗН2О 2А1(ОН)3| + 3SO2J + 6КС1
2А13+ + 6СГ + 6К+ + 3SO^ + ЗН2О -> 2А1(ОН)31 + 3SOJ + 6К+ + 6СГ
2А13++ 3SO3~ + ЗН2О —> 2А1(ОН)3| 3SO2J
При взаимодействии раствора сульфата хрома(Ш) и карбоната калия образуете
нерастворимый в воде гидроксид хрома(Ш) и выделяется газ без цвета и запаи
СО2:
Cr2(SO4)3 + ЗК2СО3 + ЗН2О -> 2Сг(ОН)з| + 3CO2f + 3K2SO4
2Сг3+ + 3SO4“ + 6К+ + ЗСО3~ + ЗН2О -> 2Сг(ОН)3; + ЗСО2Т + 6К+ + 3SO;’
2Сг3+ + ЗСО| + ЗН2О -> 2Сг(ОН)3; + ЗСО2|
Важно!
В данных реакциях в левую часть уравнения необходимо добавлять воду.
>. -ические основы химии и общая химия 81
ри взаимодействии растворов солей трёхвалентных металлов с кислыми солями
вых кислот также протекает совместный гидролиз:
Fe(NO3)3 + ЗКНСО3 -> Fe(OH)3; + 3CO2t + 3KNO3
Fe3+ + 3NO3 + ЗК+ + ЗНСО3 -> Fe(OH)3| + 3CO2f + ЗК+ + 3NO3
Fe3+ + ЗНСО3 Fe(OH)3; + 3CO2f
г сратимый гидролиз бинарных соединений рассмотрен в разд. 2.9.
\ х
ЕЭНИЯ
-ределите характер среды водных растворов следующих соединений: хлорид
- зтрия, серная кислота, фторид калия, аммиак, перхлорат бария, сульфат желе-
_ Ш), гидроксид кальция, питьевая сода, азотистая кислота, натриевая селитра,
_-эрид меди(П), едкое кали, нитрат цинка, поташ.
--пишите уравнения необратимого гидролиза следующих солей: сульфид алю-
(иния, сульфит хрома(Ш), карбонат железа(Ш), сульфид бария.
Запишите уравнения реакций между водными растворами следующих веществ:
। хлорид алюминия и сульфит натрия;
2 бромид железа(Ш) и карбонат калия;
’ сульфат хрома(Ш) и сульфид аммония;
4 иодид алюминия и гидросульфид натрия;
" нитрат железа(Ш) и гидрокарбонат аммония;
- нитрат железа(Ш) и карбонат натрия.
15. Окислительно-восстановительные реакции.
етод электронного баланса
. ителъно-восстановителъные реакции (ОВР) — реакции, протекающие с из¬
- ^нием степеней окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих
еств: окислителя и восстановителя. Изменение степеней окисления происхо-
- из-за смещения электронной плотности от одного атома к другому.
. становитель — частица (атом, ион, молекула), которая в ОВР отдаёт электро¬
: Электроны имеют отрицательный заряд, поэтому степень окисления восстано-
-еля в результате реакции повышается. Процесс отдачи электронов атомом, мо-
-.лой или ионом называется окислением.
_внения, отображающие процессы окисления и восстановления, называются
-тронными. В электронном уравнении указываются: атом в исходной степени
82
Глав*
окисления (в реагенте), количество отданных или принятых им электронов, атом
новой степени окисления (в продукте реакции):
2H2S + О2 -* 2S + 2Н2О
молекулярное уравнение
S’2-2e-»S°
электронное уравнение
В данной реакции атом серы в молекуле H2S является восстановителем: он отда|
два электрона (окисляется) и повышает свою степень окисления до 0.
Окислитель — частица (атом, ион, молекула), которая в ОВР принимает электр
ны. Степень окисления окислителя в результате реакции понижается. Процесс пр
нятия электронов атомом, молекулой или ионом называется восстановлением:
5КС1О3 + 6Р -+ 5КС1 + ЗР2О5
молекулярное уравнение
С1+5 + 6ё—>С1-1
электронное уравнение
В данной реакции атом хлора в соединении КС1О3 является окислителем: он пр
нимает 6 электронов (восстанавливается) и понижает свою степень окисления до -
Помимо окислителя и восстановителя в ОВР могут принимать участие веществ
определяющие среду протекания реакции. Для создания кислотной среды обычз
используется серная кислота, щелочной— гидроксиды калия или натрия, не
тральной — вода.
Различают четыре типа окислительно-восстановительных реакций.
1. Межмолекулярные— реакции, в которых окислителем и восстановителем я
ляются атомы, входящие в состав разных веществ:
+7 -1 +2 0
2КМпО4 + 16НС1 -> 2МпС12 + 2КС1+ 5С12 + 8Н2О
2. Внутримолекулярные — реакции, в которых окислителем и восстановителем я
ляются разные атомы одного и того же вещества:
-3 +6 +3 о
(NH4)2Cr2O7 -+ Cr2O3 + N2J + 4Н2О
3. Диспропорционирования — реакции, в которых окислителем и восстановите.-:
являются атомы одного элемента в составе одного вещества:
0 -1 +5
ЗС12 + 6КОН 5КС1 + КС1О3 + ЗН2О 4
4. Контрпропорционирования (сопропорционирования) — реакции, в которя
окислителем и восстановителем являются атомы одного элемента, находящие
в разных степенях окисления. В реакции образуется один продукт окисления
восстановления, содержащий атомы этого элемента в промежуточной степен
окисления.
шческие основы химии и общая химия
83
элемента могут находиться как в одном соединении, так и в разных:
-3 +3
о
NH4NO2 —> N2 + 2Н2О
-2 +4 О
2H2S + SO2 -> 3S + 2Н2О
электронного баланса
многих ОВР подбор коэффициентов является сложной задачей. Для их опреде-
- можно использовать метод электронного баланса, основанный на правиле:
Общее число электронов, принятых окислителем, должно быть равно общему
числу электронов, отданных восстановителем. 2 * *
2 уравнивания ОВР необходимо:
Записать схему реакции и определить элементы, атомы которых изменяют сте-
-ень окисления:
+7 -1 +2 .0
КМпОд + Н2О2 + H2SO4 MnSO4 + K2SO4 + 04 + Н2О
Указать окислитель и восстановитель:
КМпО4 (Мп"7) —окислитель;
Н2О2 (О-1) —восстановитель.
. ставить электронные уравнения процессов окисления и восстановления. Ко-
^•чество атомов элемента, меняющих степень окисления, указывается с помо¬
щью индекса или коэффициента. В данном примере атом кислорода отдает один
■ектрон и повышает степень окисления с -1 до 0. Поскольку в состав молекул
- О2 и О2 входят по два атома кислорода, общее число отданных электронов
--вно 1-2 = 2. В электронном уравнении необходимо поставить коэффициент 2
еред атомом кислорода, входящим в состав молекулы Н2О2 и индекс атому
• -порода, входящему в состав простого вещества О2:
МгГ7 + 5ё —> Мп+2
2Оч-2ё^О®
_: ставить электронный баланс, подобрав к электронным уравнениям такие
сожители, чтобы количество принимаемых и отдаваемых электронов было
: шлаковым. Удобнее всего в качестве множителя для процесса окисления
равнение с кислородом) указать число электронов, принимаемых окислителем
марганцем), а для процесса восстановления (уравнение с марганцем) — отда-
к&емых восстановителем (кислородом) — крест-накрест:
Мп+7 + 5ё —> Мп+2 2
2О-1-2ё—5
: .ли множители имеют общий делитель, их необходимо сократить.
84
Глав
5. Найденные множители являются коэффициентами в уравнении реакции,
следует поставить как перед формулами окислителя и восстановителя в реал
тах, так и перед продуктами их восстановления и окисления:
2КМпО4 + 5Н2О2 + H2SO4 2MnSO4 + K2SO4 + 5O2J + H2O
6. Уравнять вещества, содержащие атомы металлов и кислотные остатки (при а
линии):
2КМпО4 + 5Н2О2 + 3H2SO4 2MnSO4 + K2SO4 + 5О2$ + Н2О
7. Уравнять атомы водорода и кислорода:
2КМпО4 + 5Н2О2 + 3H2SO4 -^2MnSO4 + K2SO4 + 5O2f + 3H2O
8. Убедиться в правильности расставленных коэффициентов, проверив равенсг
количества всех элементов в левой и правой частях уравнения.
В некоторых реакциях одно и то же вещество может выступать как в качес1
окислителя или восстановителя, так и в качестве среды. В этом случае коэффш
ент, полученный из электронного баланса, ставится только перед продуктом оы
ления или восстановления.
Например, азотная кислота в реакции с бромидом натрия является и окислите.;»:
и средой: часть азотной кислоты вступает в окислительно-восстановительный п
цесс и переходит в NO, а часть остаётся в той же степени окисления и «связыва!
катионы натрия в соль. Следовательно, коэффициент перед азотной кислотой л
жен учитывать оба направления поведения азотной кислоты в реакции:
+5 +2 +5
8HNO3 + 6NaBr 3Br2 + 2NOt + 6NaNO3 + 4Н2О
N+5 + Зё -> ЬГ2 2
2ВГ1-2ё—>• Вг? 3
Важно!
В электронном уравнении данной реакции необходимо поставить коэффш|
ент 2 перед атомом брома в степени окисления -1, поскольку продуктом;
акции является двухатомная молекула Вг2.
Если в веществе окислению или восстановлению одновременно подвергаются а
мы разных элементов, то в электронном балансе отображаются все окислители
восстановительные переходы, а количество отданных или принятых электря
разными атомами суммируется.
Например, в реакции обжига пирита окислению подвергаются атом железа в ста
ни окисления 4-2 и два атома серы в степени окисления -1.
этические основы химии и общая химия
85
ло отданных восстановителем FeS2 электронов суммируется:
4FeS2 + 11О2 2Fe2O3 + 8SOJ
Fe+2-le^Fe+3 )_п
2S-1 - 10ё—> 2S+4J
О° + 4ё—»2О-2
4
11
окислении иодида фосфора(Ш) перманганатом калия в щелочной среде три
:а йода в степени окисления -1 окисляются до простого вещества Г2:
Р13 + КМпО4 + КОН -► К3РО4 +12 + К2МпО4 + Н2О
ом случае при составлении электронного баланса перед атомами йода ставятся
_ ^ициенты, уравнивающие их количество в левой и правой частях электронно-
равнения:
зг1
умножить на 2 умножить на 3
6Г‘-6ё—>31^
скольку в электронном уравнении количество атомов йода, входящих в состав
удваивается, необходимо также удвоить атомы фосфора:
2Р+3-4ё—► 2Р+5)
б^-бё-^ )
1
10
— 10ё
Мп+7 + 1ё —> Мп+6
уравнивании молекулярного уравнения необходимо учитывать не только ио¬
нные множители, но и коэффициенты, стоящие перед частицами в электрон-
уравнении. Так, перед молекулой Р13 необходимо поставить коэффициент 2,
эед молекулой 12 —коэффициент 3:
2PI3 + ЮКМпО4 + 16КОН -> 2К3РО4 + 312 + ЮК2МпО4 + 8Н2О
"•юны и анионы, которые не участвуют в окислительно-восстановительном про-
_е, как правило, вступают в реакцию с веществом, определяющим среду:
+i +1 +i +1
lONal + 2КМпО4 + 8H2SO4 -> 5I2 + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 8Н2О
кислая среда
составлении уравнения окислительно-восстановительной реакции в первую
чеоедь необходимо определить образующиеся продукты. Для этого нужно про-
визировать, какое вещество является окислителем, какое— восстановителем,
. шое — средой.
•: _ества, содержащие атомы в высшей степени окисления, проявляют только
с -.тигельные свойства: они не могут отдавать электроны и повышать свою сте-
вкь окисления.
86 Гпая
Вещества, содержащие атомы в низшей степени окисления, соответственно, проз
ляют только восстановительные свойства.
Если вещество содержит атомы в промежуточной степени окисления, то оно моя
проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства, то есть обладь
окислительно-восстановительной двойственностью (ОВД).
Типичные окислители
Типичными окислителями являются следующие.
1. Марганцовая кислота и её соли — перманганаты. Окислительные свойств
данных соединениях проявляет марганец в степени окисления +7. Продук,
восстановления марганцовой кислоты и перманганатов определяются сре^
протекания реакции (рис. 1.40).
КМпО4
розово-фиолетовый р=р
кислотная среда
Н*
нейтральная среда
Н2О
щелочная среда
ОН~
Мп2* + К*
МпО21 + КОН
+6
К2МпО4
бесцветный р-р
бурый осадок
зелёный р-р
Рис. 1.40. Продукты восстановления КМпО4
в различных средах
• В кислотной среде (Н+) Мп+7 восстанавливается до соли Мп2+ с кислоп
определяющей среду реакции. Розово-фиолетовый раствор перманганата а
этом обесцвечивается:
+7 +3 +2 +5
2КМпО4 + 5NaNO2 + 3H2SO4 -> 2MnSO4 + K2SO4 + 5NaNO3 + 3H2O
розовый р-р бесцветный p-p
Mn+7 + 5ё —► Mn+2 2
1ST3 - 2ё -» N+5 5
• В нейтральной среде (Н2О) Мп+7 восстанавливается до диоксида мартам
МпО2, который выпадает из раствора в виде бурого осадка, раствор при эк
обесцвечивается. Катион калия в нейтральной среде образует щёлочь КОН:'
+7 +3 +4 . +5
2КМпО4 + 3NaNO2 + Н2О 2MnO2| + 3NaNO3 + 2КОН
розовый р-р бурый осадок
Мп+7 + Зё —> Мп+4 2
ЬГ3-2ё—»ЬГ5 3
■ - оетические основы химии и общая химия
87
• В щелочной среде (ОН ) Мп17 восстанавливается до соли марганцовистой
кислоты— манганата. Окраска раствора при этом изменяется с розово¬
фиолетовой на зелёную:
+7 +3 +6 +5 .
2КМпО4 + NaNO2 + 2КОН -► 2K2MnO4 + NaNO3 + Н2О
розовый р-р зелёный р-р
Мп+7+ 1ё^Мп+б 2
N+3-2e—>N+5 1
Z Соединения хрома в степени окисления +6:
• оксид хрома(У1);
■ хромовая кислота и её соли — хроматы (жёлтого цвета);
■ дихромовая кислота и её соли — дихроматы (оранжевого цвета).
Продукты восстановления соединений хрома(У1) также определяются средой
'□отекания реакции.
• Наибольшую окислительную активность соединения хрома(УТ) проявляют в
кислотной среде, в которой они восстанавливаются до соли Сг3+ с кислотой,
определяющей среду реакции. Раствор в этом случае изменяет окраску на си¬
не-зелёную:
+6 +3 +3 +5
K2Cr2O7 + 3NaNO2 + 4H2SO4 -> Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 3NaNO3 + 4H2O
оранжевый р-р сине-зелёный р-р
Вещества К2Сг2О7 и Cr2(SO4)3 содержат по два атома хрома, поэтому в
электронном уравнении перед Сг+6 и Сг+3 необходимо поставить коэффици¬
ент 2:
2Сг+б + 6ё —► 2Сг+3'Я 1
ьГ3-2ё—>n+5 ^з
Полученные множители 2 и 6 имеют общий делитель (2), поэтому перед
•равниванием реакции их необходимо сократить.
+6 —1 +3 о
К2Сг2О7 + 14НС1 ->■ 2СгС13 + 2КС1 + ЗС12 + 7Н2О
оранжевый р-р сине-зелёный р-р
2Сг+6 + 6ё —* 2Сг+3 1
2СГ'-2ё—>С12 3
Обратите внимание, НС1 в данной реакции является и восстановителем, и
средой её протекания.
88
Глава
• В нейтральной среде выпадает серо-зелёный осадок гидроксида хрома(Ш):
+6 +3 +3 +5
2К2СгО4 + 3NaNO2 + 5Н2О ->■ 2Cr(OH)3; + NaNO3 + 4КОН
жёлтый р-р серо-зелёный осадок
2Сг 6 + 6ё -> 2Сг+3 2
N+3-2e—>N+5 3
• В сильнощелочной среде образуется комплексная соль гексагидроксохр
мат(Ш) калия — раствор зелёного цвета:
+6 +3 +3 +5
2K2CrO4 + 3NaNO2 + 2К0Н + 5Н2О -► 2К3[Сг(ОН)6] + 3NaNO3
жёлтый р-р зелёный р-р
2Сг+6 + 6ё —► 2Сг+3 2
N+3-2e^N+5 3
3. Кислородсодержащие кислоты галогенов и их соли. Продуктами их восстж
новления, как правило, являются галогеноводороды и их соли. В качестве оки;
лителя часто применяют хлорат калия — бертолетову соль:
+5 +3 -1 +5
КС1О3 + 3NaNO2 -> КС1 + 3NaNO3
В редких случаях соединения, содержащие атомы галогенов в промежуточны
степенях окисления, могут проявлять восстановительные свойства.
4. Фтор является самым электроотрицательным элементом и очень сильным оки<
лителем. В кислотной среде он восстанавливается до HF, в щелочной — до фи
ридов:
+5 0 +7 -1
КС1О3 + F2 + 2КОН -> КС1О4 + 2KF + Н2О
5. Кислород — второй по электроотрицательности элемент после фтора — такя
проявляет сильные окислительные свойства. Продуктом восстановления кис."
рода могут быть различные соединения:
0 0 +1 -1 -2 0 +4-2 -2
2Na + О2 -> Na2O2 2H2S + ЗО2 2SO2 + 2Н2О
+4 0 +5-2 -2 0 0 +2 -2
4NO2 + О2 + 4КОН 4KNO3 + 2Н2О 2Cu + 4НС1 + О2 -+ 2СиС12 + 2Н2О
Важно!
В реакции с более электроотрицательным фтором кислород проявляет в
становительные свойства и повышает свою степень окисления — образуем
фторид кислорода(И):
О О +2-1
О2 + 2F2 2OF2
Теоретические основы химии и общая химия
89
Концентрированная серная кислота (см. разд. 2.4).
~ Азотная кислота (см. разд. 2.5).
В Соли азотной кислоты (нитраты) проявляют сильные окислительные свойства
з расплавленном состоянии. Продуктом их восстановления, как правило, явля¬
ются нитриты:
+5 +3 +6 +3
ЗКЫО3(расплав) + Cr2O3 + 4NaOH 2Na2CrO4 + 3KNO2 + 2Н2О
"личные восстановители
личными восстановителями являются следующие.
Галогеноводороды и их соли. Практически во всех реакциях продуктом их
: кисления являются простые вещества.
Наибольшей восстановительной активностью обладают HI и иодиды. При их
..числении образуется жёлто-бурый раствор 12:
' /0 ‘
Н2О2 + 2KI + H2SO4 -> I2 + K2SO4 + 2Н2О
Бромоводород и бромиды также являются сильными восстановителями. Про¬
дуктом их окисления является красно-бурый раствор Вг2:
2КМпО4 + 16НВг 5Вг2 + 2МпВг2 + 2КВг + 8Н2О
- аименьшей восстановительной активностью обладают хлороводород и хлори-
_ы. При их окислении выделяется жёлто-зелёный газ С12:
+5 -1 О
КС1О3 + 5КС1 + 3H2SO4 ЗС12Т + 3K2SO4 + ЗН2О
Фтороводород и фториды не проявляют восстановительных свойств.
L ероводород и сульфиды. Продуктом их окисления, как правило, является се¬
-... образующаяся в виде жёлтого нерастворимого в воде вещества:
-2 +7 0 +2
5K2S + 2КМпО4 + 8H2SO4 5S; + 2MnSO4 + 6K2SO4 + 8H2O
l Аммиак в большинстве реакций окисляется до простого вещества — бесцветно-
। у газа азота, входящего в состав воздуха:
3 +7 0+4
2NH3 + 2KMnO4 N2f + 2МпО2; + 2КОН + 2Н2О
* -с единения фосфора:
фосфин и фосфиды;
• соединения фосфора в степенях окисления +1 и +3.
90 Глава
Практически во всех реакциях они окисляются до фосфорной кислоты или фс:
фатов:
-3 +6 +5 +3
ЗРН3 + 4К2Сг2О7 + 16H2SO4 -> ЗН3РО4 + 4Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 16Н2О
+3 +7 +5 +6
Н3РО3 + 2КМпО4 + 5К0Н -► К3РО4 + 2К2МпО4 + 4Н2О
5. Угарный газ. При его окислении образуются углекислый газ или карбонаты:
СО + С12 + 4NaOH -> Na2CO3 + 2NaCl + 2Н2О
6. Простые вещества — металлы. Металлы не проявляют отрицательных степе
ней окисления, поэтому в реакциях являются только восстановителями:
О +6 +3 +3
2А1 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 -> A12(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O
Вещества, проявляющие -кислительно-восстановительную
двойственность
Вещества, содержащие атомы в промежуточных степенях окисления, обладает
окислительно-восстановительной двойственностью (ОВД). Поведение вещества i
таком случае зависит от реагента, с которым оно вступает в реакцию: в'реакциях i
сильными восстановителями — проявляет окислительные свойства, а в реакциях ।
сильными окислителями — восстановительные.
К веществам, проявляющим ОВД, относятся следующие.
1. Практически все неметаллы (табл. 1.13).
Таблица 1.13. Окислительно-восстановительная двойственность неметалла
Неметалл
Как окислитель
Как восстановитель
с
0 -4
ЗС + 4А1 -> А14С3
0 +2
ЗС + Fe2O3 -4 2Fe + 3CO
Si
0 -4
Si + 2Mg —> Mg2Si
0 +4
Si + 2F2 -► SiF4
n2
0 -3
N2 + 6Li -> 2Li3N
0 +2
N2 + O2 -> 2NO
p
0 -3
2P + 3Ca —> Ca3P2
0 +5
2P + 5KNO3 P2O5 + 5KNO2
S
0 -2
S + H2 —» H2S
0 +4
3S + 4CrO3 -> 3SO2 + 2Cr2O3
• Водород является очень сильным восстановителем:
о +1
Н2 + СиО -> Си + Н2О
еретические основы химии и общая химия
91
Окислительные свойства водород проявляет только в реакциях с активными
металлами:
о -1
Н2 + 2Na -> 2NaH
• У галогенов более выражены окислительные свойства. Продуктами их вос¬
становления являются галогеноводороды и их соли:
О -1
С12 + NaNO2 + 2NaOH -► 2NaCl + NaNO3 + H2O
Важно!
Окислительная активность галогенов постепенно уменьшается от фтора к
йоду.
Галогены окисляются, как правило, до кислот или солей в степени окисления +5:
О +5
12 + 5С12 + 6Н2О -> 2НЮ3 + 10НС1
Z Пероксид водорода и пероксиды металлов содержат кислород в промежуточной
степени окисления -1. Это обусловливает их окислительно-восстановительную
двойственность, причём окислительные свойства пероксидов выражены силь¬
нее.
Как окислители, пероксиды восстанавливаются до воды или щелочей:
-1 -2
Н2О2 + KNO2 Н2О + KNO3
Как восстановители, переходят в кислород:
-1 о
ЗН2О2 + 2KMnO4 2МпО2| + 3O2f + 2КОН + 2Н2О
L Азотистая кислота и нитриты являются сильными восстановителями, они окис-
дпотся до азотной кислоты или нитратов:
+3 . +5
3KNO2 + КС1О3 -► 3KNO3 + КС1
окислительные свойства азотистая кислота и нитриты проявляют только в реак¬
циях с очень сильными восстановителями. Продуктом их восстановления явля¬
ется оксид азота(П) NO — бесцветный газ:
+3 +2
2KNO2 + 2KI + 2H2SO4 -+ 2NO +12 + 2K2SO4 + 2H2O
Зернистый газ, сернистая кислота и сульфиты также проявляют сильные вос¬
.— зновительные свойства и окисляются до серной кислоты или сульфатов:
+4 +6
SO2 + С12 + 2Н2О -+ H2SO4 + 2НС1
Г —
92 Гпава
Окислительные свойства атом серы в степени окисления +4 проявляет только
сильными восстановителями. Продуктом реакции является простое вещество Si
+4 О
SO2 + 4HI —> S + 2I2 + 2Н2О
5. Соединения хрома и железа в степени окисления +2 проявляют сильные воссга
новительные свойства и окисляются с образованием соединений в степени оки
ления +3:
+2 +3
4Сг(ОН)2 + О2 + 2Н2О -4.4Сг(ОН)3
Окислительные свойства соли железа(П) и хрома(П) проявляют только в реака
ях с более активными металлами:
+2 О
FeSO4 + Mg MgSO4 + Fe
6. Соединения хрома и железа в степени окисления +3 проявляют окислительна
свойства и восстанавливаются до соединений в степени окисления +2:
Fe2(SO4)3 + SO2 + 2Н2О -> 2FeSO4 + 2H2SO4
Как восстановители вступают в реакции только в присутствии щёлочи и об"
зуют соли в степени окисления +6 — хроматы и ферраты:
+з +6 /
Cr2O3 + ЗН2О2 + 4NaOH 2Na2CrO4 + 5Н2О
хромат натрия
+3 +6
2Fe(OH)3 + 3NaC10 + 4NaOH -> 2Na2FeO4 + 3NaCl + 5H2O
феррат натрия
7. Марганцовистая кислота, манганаты и диоксид марганца подобно пермангави
там проявляют сильные окислительные свойства. В кислотной среде реакпи
протекают с образованием солей Мп2+:
+4 +2
МпО2 + 4НС1 МпС12 + Cl2f + 2Н2О
Их восстановительные свойства выражены намного слабее. Так, мангана-
окисляются только под действием очень сильных окислителей, например хлоя
до перманганатов:
+6 +7
2К2МпО4 + С12 2КМпО4 + 2КС1
Задания
1. Определите, какие свойства (окислительные, восстановительные или окис-»
тельно-восстановительную двойственность) может проявлять:
1) атом азота в соединениях NH3, HNO2, N2, KNO3, NO, HNO3;
-веские основы химии и общая химия
93
;• згом хрома в соединениях К2СгО4, Ст, CrO3, Cr2(SO4)3, (NH4)2Cr2O7;
*-• лтом серы в соединениях SO3, K2S, SO2, S8, KHSO3, H2S2O7.
Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в следующих
реакциях:
( КМпО4 + HI —> I2 + Mnl2 + KI + Н2О
11 Си + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + Н2О
3) K2Cr2O7 + Н2О2 + H2SO4 Cr2(SO4)3 + K2SO4 + о2 + Н2О
4) Си2О + H2SO4 —> CuSO4 + SO2 + Н2О
5. SO2 + KMnO4 + H2O -> H2SO4 + MnSO4 + K2SO4
- NaBrO3 + NaBr + H2SO4 —> Br2 + Na2SO4 + H2O
' ? Fe3O4 + HNO3 -> Fe(NO3)3 + NO2 + H2O
• P2S3 + NaMnO4 + NaOH Na3PO4 + S + Na2MnO4 + H2O
’ тределите окислитель и восстановитель.
.■’’Ставьте уравнения следующих окислительно-восстановительных реакций:
, KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 -> 7) NaNO2 + Nai -h^SO., ->
2 KMnO4 + Na2SO3 + H2O 8) KMnO4 + NH3 ->
■ ■ KMnO4 + Na2SO3 + KOH — 9) KIO3 + HI —>
4. K2Cr2O7 + FeSO4 + H2SO4 10) SO2 + Cl2 + H2O ->
f Cr2(SO4)3 + Br2 + NaOH -► 11) K2Cr2O7 + KNO2 + H2SO4
- NaMnO4 + HC1 —> 12) H2O2 + KC1O3 —>
i затем:
• назовите все исходные вещества и продукты реакций;
г составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель;
з определите признаки протекания всех реакций.
'6. Электролиз
^ролиз — совокупность окислительно-восстановительных процессов, проте-
пих под действием электрического тока в растворе или расплаве электролита.
проведения электролиза в раствор или расплав вещества погружаются элек-
)ы — проводники электрического тока.
94 Глав
Анод — положительно заряженный электрод, на котором протекают реакции ок
ления. К аноду притягиваются отрицательно заряженные анионы или вода.
Катод — отрицательно заряженный электрод, на котором происходят реакции вз
становления. К катоду притягиваются положительно заряженные катионы или boj
Для проведения электролиза используются инертные (графитовые, платиновы
или активные электроды (медные, никелевые и др.). Инертные электроды не п
вергаются химическим превращениям в ходе реакции, в то время как активные р
творяются при проведении процесса.
В рамках ЕГЭ рассматривается электролиз с использованием инертных электроде
Электролиз водных растворов
На катоде происходит восстановление катионов металлов, водорода или воз
В зависимости от активности металла восстановлению могут подвергаться сам Б
тион, вода или одновременно и катион, и вода (табл. 1.14).
Таблица 1.14. Катодные продукты электролиза растворов солей и кис
Li-Al
Мп-РЬ
Кислоты (Н+)
Cu-Au
Электролизу подверга¬
ются только молекулы
воды
Электролизу подверга¬
ются и молекулы воды, и
катионы металла
Электролизу
подвергаются
катионы водо¬
рода
Электролиз}
подвергаютс=
только катион
металла
На катоде образуется
водород, а в растворе
гидроксид-анионы
На катоде образуются
и водород, и металл
На катоде
образуется
водород
На катоде
образуется
металл
2Н2О + 2ё-> + 2ОН“
2Н2О + 2ё-> + 2ОН"
Ме+" + иё —> Ме°
2Н+ + 2ё—>Н2
Me’" + иё—► Ml
На аноде происходит окисление анионов кислотных остатков, гидроксогруппы в
воды (табл. 1.15).
Таблица 1.15. Анодные продукты электролиза растворов солей и щелоч
Бескислородные
анионы
(СГ, Вг", Г, S2")
Кислородсодержащие
анионы и К
Щёлочи
(онэ
Анионы карбоновм
кислот
Электролизу под¬
вергаются сами
анионы
Электролизу подвер¬
гаются только молеку¬
лы воды
Электролизу
подвергаются
гидроксид-
анионы
Электролизу подвер¬
гаются кислотные
остатки карбоновьд
кислот
' - этические основы химии и общая химия
95
Таблица 1.15 (окончание)
Бескислородные
анионы
(СГ, Вг', Г, S2)
Кислородсодержащие
анионы и F
Щёлочи
(Off)
Анионы карбоновых
кислот
■-1 аноде образуется
। —. стое вещество-
неметалл
На аноде образуется
кислород, а в растворе
катионы водорода
На аноде обра¬
зуется кисло¬
род
На аноде образуются
углекислый газ
и алкан, полученный
удвоением радикала
кислоты
[ ZSaT-2e —На1$
S~2-2e->S°
2Н2О - 4ё —► О® + 4Н+
4ОН“-4ё—»
-> О* + 2Н2О
2RCOO~-2e—►
-> 2СО2 + R-R
ечание: Hal — атом галогена.
алии электролиза солей карбоновых кислот рассмотрены в разд. 4.1.1 и 4.2.4.
■ составлении уравнения электролиза необходимо проанализировать, какие
= нно процессы протекают на катоде и аноде, и совместить их в суммарном урав-
?: реакции. При этом количество электронов, участвующих в данных процес-
лолжно быть одинаковым (как и при составлении электронного баланса в
с тигельно-восстановительной реакции).
l при электролизе раствора хлорида натрия к катоду движутся катионы натрия,
_ноду — хлорид-анионы. В ряду активности металлов натрий находится между
ем и алюминием, поэтому на катоде происходит электролиз воды с образова-
: 1 молекулярного водорода, а в растворе образуется гидроксид натрия. Хлорид-
ны (бескислородные) подвергаются электролизу на аноде с образованием мо-
тарного хлора:
Катодный процесс:
Анодный процесс:
2Н2О + 2ё —> Н2 + 2ОН“ 1
2СГ-2ё—>С12 1
Суммарное уравнение: 2С1 + 2Н2О —> Н2 + 2ОН + С12
6
2NaCl + 2Н2О -> HJ + 2NaOH + С12|
на катоде
на аноде
электролизе сульфата меди(П) на катоде происходит восстановление малоак-
- зй меди, а на аноде — окисление молекул воды, кислородсодержащие суль-
- анионы остаются в растворе в виде серной кислоты:
Катодный процесс:
Анодный процесс:
Си2++ 2ё —> Си0
2Н2О - 4ё —> О2 + 4Н+
2
1
Суммарное уравнение: 2Си2+ + 2Н2О —> 2Си° + 4Н+ + О2
‘г
2CuSO4 + 2Н2О -> 2ОЦ + 2H2SO4 + O2f
на катоде на аноде
96
Гпава ■
Фторид-анионы не подвергаются электролизу в растворе, поэтому при электролизе
фторида серебра(1) на катоде образуется металлическое серебро, а на аноде — ки¬
слород:
Катодный процесс:
Анодный процесс:
Ag' + 1е —► Ag°
2Н2О - 4ё — О2 + 4Н+
4
1
Суммарное уравнение: 4AgT + 2Н2О —> 4Ag° + 4Н+ + О2
4
4AgF + 2Н2О 4» 4Agj + 4HF + O2f
на катоде на аноде
При электролизе хлорида меди(И) вода не участвует ни в катодном, ни в анодн»
процессе, поэтому она отсутствует и в уравнении реакции:
Катодный процесс:
Анодный процесс:
Си21 + 2ё —> Си0
2СГ - 2ё -> С12
1
1
СиС12+ ci2f
Электролиз щелочей, кислот и солей, в которых как катион, так и анион, не подве]
гаются электролизу (NaF, KNO3), сводится к электролизу воды. Щёлочь, кисло:
или соль при этом не расходуются, а их концентрация в растворе увеличиваете
поскольку уменьшается количество воды:
Катодный процесс:
Анодный процесс:
2Н2О + 2ё Н2 + 2ОН“
2Н2О - 4ё —> О2 + 4Н+
2
1
Суммарное уравнение: 2Н2О —» 2Н2 + О2
При электролизе солей Мп-Pb на катоде протекают два параллельных процесс
восстановление катиона металла и восстановление воды. В зависимости от у слов;
проведения процесса на катоде преимущественно может выделяться или метал:
или водород, поэтому электролиз водных растворов данных солей следует запис
вать в виде двух отдельных реакций: электролиза соли и электролиза воды. Та
при электролизе раствора сульфата железа(П) на катоде образуются железо и вод:
род, а на аноде — кислород:
Катодный процесс:
Анодный процесс:
Fe2+ + . —♦Fe0
2Н2О - 4ё —> О2 + 4Н+
2
1
Суммарное уравнение: 2Fe2+ + 2Н2О —> 2Fe° + 4Н+ + О2
*
2FeSO4 + 2Н2О -> 2Fe; + 2H2SO4 + О2 J
на катоде
2Н2О—»2Н2 + О2
на аноде
"паретические основы химии и общая химия
97
Важно!
Если на катоде или аноде образуется водород или кислород, то при составле¬
нии уравнения электролиза в реагентах обязательно указывается вода.
•-ектролиз расплавов
В отличие от растворов электролитов, в их расплавах отсутствуют молекулы воды,
z этому в окислительно-восстановительных процессах принимают участие только
I «сны, образовавшиеся при диссоциации данного электролита. Следовательно, катион
- х катоде восстанавливается до металла, а анион на аноде окисляется до неметалла.
ик, при электролизе расплава фторида натрия на катоде образуется натрий, а на
.iso де — фтор:
Катодный процесс: Na+ + 1е —> Na° 2
Анодный процесс: 2F - 2е —► F2 1
2NaF(pacnjiaB) Д 2Na + F2f
а электролизе расплава гидроксида калия на катоде образуется калии, а на ано¬
— кислород и вода:
Катодный процесс:
Анодный процесс:
К~+1ё—»К° 4
4OFT-4ё—► О2 + 2Н2О 1
‘г
4КОН(расплав) 4К + О2Т + 2Н2О
"тактическое применение электролиза
z -ромышленности электролиз применяется для получения многих веществ.
Активные металлы (Li-Mg) получают электролизом расплавов их галогенидов:
‘г Ь
2NaCl(pacnjiaB) 2Na + Cl2t CaF2(pacnr:aB) —» Са + F2f
В водных растворах катионы данных металлов не подвергаются электролизу.
1 Алюминий в промышленности получают электролизом раствора боксита А12О3
а расплавленном криолите Na3[AlF6]:
ккриолит
2А12О3 > 4А1 + 3O2t
Использование криолита позволяет значительно снизить температуру проведе¬
ния процесса.
Остальные металлы (Mn-Au) можно получать электролизом растворов их солей:
‘г
4AgNO3 + 2Н2О 4Ag; + О2? + 4HNO3
98 Глава 1
4. Фтор в промышленности получают только электролизом расплавов фторидов
активных металлов:
2NaF(pacnaaB) -> 2Na + F2J
Важно!
Фтор не образуется при электролизе водных растворов фторидов:
2CuF2 + 2Н2О -> 2ОЦ + О2| + 4HF
5. Хлор, бром, йод и серу можно получить как электролизом растворов, так и элек¬
тролизом расплавов соответствующих бескислородных солей:
2КС1(расплав) -> 2К + СИ Na2S + 2Н2О H2f + 2NaOH + S
6. Водород и кислород можно получить электролизом воды, щелочей, некоторых
кислот и солей:
2Н2О—»2Н2 + О2
7. Щёлочи в промышленности получают электролизом растворов хлоридов ще¬
лочных металлов:
4
2NaCl + 2Н2О -> H2f + 2NaOH + С12|
Задания V
L Определите продукты электролиза растворов следующих веществ, которые вы¬
делились на инертных электродах: хлорид калия, сульфат железа(Ш), хлорна1|
кислота, фторид лития, сульфид калия, нитрат серебра, иодид цинка, сульфит
натрия, бромид меди(П), гидроксид кальция.
2. Определите продукты электролиза расплавов следующих веществ, которые вы¬
делились на инертных электродах: хлорид натрия, фторид калия, гидроксид ли¬
тия, иодид бария.
3. Составьте уравнения реакций электролиза, в ходе которых можно получить сле¬
дующие вещества: медь, гидроксид натрия, фтор, алюминий, хлор, серную ки¬
слоту, калий, серебро.
1.17. Методы решения расчётных задач
Варианты контрольно-измерительных материалов ЕГЭ по химии 2023 года включа¬
ют в себя 6 расчётных задач.
Теоретические основы химии и общая химия 99
Три задачи, представленные в первой части варианта, относятся к базовому уровню
сложности.
♦ Задание 26. Расчёты с использованием понятия «массовая доля вещества в рас¬
творе».
♦ Задание 27. Расчёты по термохимическим уравнениям.
♦ Задание 28. Расчёты массовой или объёмной доли выхода продукта реакции от
теоретически возможного. Расчёты массовой доли (массы) химического соеди¬
нения в смеси.
Одна задача, представленная в первой части варианта, относится к повышенному
ровню сложности.
• Задание 23. Расчёты с использованием понятия «химическое равновесие».
Две задачи, представленные во второй части варианта, имеют высокий уровень
сложности. Ответ к данным заданиям должен включать в себя развёрнутое описа¬
ние всего хода решения. Проверка решений задач высокого уровня сложности осу¬
ществляется экспертами в соответствии с критериями оценивания.
♦ Задание 33. Установление молекулярной и структурной формулы органического
вещества (см. разд. 4.4). I
• Задание 34. Расчётная задача по неорганической химии высокого уровня слож¬
ности (см. разд. 2.10).
3 данном разделе представлены методы решения задач базового и повышенного
уровня сложности. Перед рассмотрением методов решения задач необходимо озна¬
комиться с основными физическими величинами, использующимися при решении
табл. 1.16).
Таблица 1.16. Основные физические величины
Величина
Символ
Единица измерения
Масса
т
мг, 1 г = 1000 мг, 1 кг= 1000 г, 1 т = 1000 кг
Объём
V
мл, 1 л = 1000 мл, 1 м3 = 1000 л
II Плотность
p = m/V
г/мл, кг/м3
Относительная атомная масса
4
а.е.м.
-Дгносительная молекулярная
масса
*4
а.е.м.
—
Температура
t
°C
Давление
р
Па, 1 кПа = 1000 Па, атм., мм рт. ст.
100
Гпава 1
1.17.1. Расчёты с использованием понятия
«массовая доля»
Массовая доля элемента в соединении определяется по формуле:
, ч Л (элемента)-и
со (элемента) = — 100%,
V 7 Мг
где п — число атомов элемента в соединении.
ЗАДАЧА 1. Вычислите массовые доли элементов в молекуле аммиака.
Решение. Молекула аммиака NH3 состоит из одного атома азота и трёх атомов во¬
дорода. Для вычисления массовой доли необходимо знать относительные атомные
массы элементов и молекулярную массу аммиака.
Важно!
Значения относительных атомных масс элементов приведены в ячейках таб¬
лицы Менделеева. При проведении вычислений атомные массы всех элемен¬
тов необходимо округлять до целых чисел. Исключением является Liop, от¬
носительная атомная масса которого принимается равной 35,5 а.е.м.
Относительная атомная масса водорода равна 1 а.е.м., а азота— 14 а.е.м. Соответ¬
ственно, молекулярная масса аммиака равна:
Mr(NH3) = 14 + 3-l = 17 а.е.м.
Тогда массовые доли элементов равны:
©(bl) = —- • 100% = 82,4%; ©(H) = — • 100% = 17,6%.
v ' 17 ’ V > 17
Проверка! Сумма массовых долей элементов в соединении всегда равна 100%.
ЗАДАЧА 2. Вычислите массовые доли элементов в дихромате аммония.
Решение. Молекулярная масса дихромата аммония равна:
Mr((NH4)2Cr2O7) = (14 + l-4)-2 + 52-2 + 16-7 = 252 а.е.м.
14-2 52-2
©(N) = — 100% = 11,1%; ©(Сг) = — • 100% = 41,3%;
v ’ 252 v ' 252
©(H) = — 100% = 3,2%; ©(О) = • 100% = 44,4%.
v ’ 252 v ’ 252
‘еретические основы химии и общая химия
101
кассовая доля вещества в растворе определяется по формуле:
и,.-,,,.,
га(р-ра)
где со(в-ва) — массовая доля вещества в растворе; /и(в-ва) — масса растворённого
•лцества; /и(р-ра) —масса раствора.
3 свою очередь, масса раствора равна сумме масс растворённого вещества и рас¬
ширителя т(р-ля):
т(р-ра) = /и(в-ва) 4- ти(р-ля).
«гтворителем неорганических веществ чаще всего является вода, поэтому:
ти(р-ра) = ^(в-ва) + ти(воды).
ЗАДАЧА 3- Вычислите массовую долю хлорида натрия в 36 г раствора, содержаще¬
-: 7,2 г соли.
- е .иение. Массовая доля хлорида натрия в растворе равна: /
, . m(NaCl) 7,2 г •
co(NaCl) = —- ■ 100% = 100% = 20%.
ти(р-ра) 36 г
ЗАДАЧА 4. В 100 г воды растворили 12,5 г серной кислоты. Вычислите массовую
з: лю серной кислоты в растворе.
-гшение. Обратите внимание, масса раствора складывается из масс растворённого
клества и воды.
, . »j(H,SO4)
©( H,SO4) = —Ш—12.100% =
ти(р-ра)
12,5 г
(12,5+ 100) г
•100% = 11,1 %.
ЗАДАЧА 5. Вычислите массу соли, содержащейся в 250 г 15%-ного раствора карбо-
Еэта натрия.
~ гшение. Масса карбоната натрия в растворе равна:
zw(Na2CO3) =
w(p-pa)-(o(Na2CO3) _ 250 г-15%
100% - 100%
= 37,5 г.
ЗАДАЧА 6. К НО г 20%-ного раствора хлорида бария добавили 15 г воды. Вычис¬
тите массовую долю соли в полученном растворе.
: с шение. Для решения задачи необходимо знать массу соли в полученном растворе
। массу конечного раствора.
102
Глава i
При добавлении воды масса раствора увеличивается на 15 г, а масса растворённого
вещества не изменяется:
/>?(ВаС12) =
w, (р-ра) • О), (ВаС12) _ 110 г • 20%
со2 (ВаС12) =
100%
т(ВаС12)
—i ^-100% =
W72(p-Pa)
100%
= 22 г;
22 г
100% = 17,6%.
(110 + 15)г
Проверка! При разбавлении раствора водой массовая доля вещества уменьшается.
ЗАДАЧА 7. Вычислите массу твёрдого нитрата серебра, которую нужно добавить i
130 г 10%-ного раствора этой соли для получения раствора с массовой долей соли
20%.
Решение. Масса нитрата серебра(1) в исходном растворе равна:
w, (AgNO3) =
m,(p-pa)-co, (AgNO3) _ 130 г 10% _ ?
100%
100%
Для решения задачи необходимо ввести переменную, поскольку при добавлении
соли к раствору происходит изменение как массы вещества, так и массы раствора.
Удобнее всего за х принять ту величину, значение которой требуется Определить по
условию задачи: в данном случае это масса добавляемой твёрдой соли. Тогда:
m2(AgNO3) = (13 + x) г;
т2(р-ра) = (130 + х) г.
Полученные выражения необходимо подставить в уравнение для нахождения мас¬
совой доли вещества в конечном растворе:
со, (AgNO3) =
m,(AgNO;) t 2()% = (13 + х)г 10()%
w2(p-pa)
(130 + х) г
При решении данного уравнения удобнее всего разделить обе его части на 100 я
решить полученную пропорцию крест-накрест:
— = _UL±2l 20-(130 + х) = 100(13 + х);
100 130 + х
2600+ 20х = 1300+ 100х => 80х = 1300;
х = 1300/80 = 16,25 г.
Важно!
При добавлении к раствору воды (растворителя) увеличивается только маса
раствора, в то время как при добавлении растворяемого вещества увеличива¬
ется не только масса вещества, но и масса раствора.
теоретические основы химии и общая химия 103
ЗАДАЧА 8. При выпаривании 40 г воды из 400 г раствора соли массовая доля веще-
гтва увеличилась на 2%. Вычислите массовую долю соли в конечном растворе.
-имение. При выпаривании воды из раствора уменьшается только масса раствора:
ticca вещества не изменяется.
Лусть
ти(в-ва) = х г;
со, (в-ва) = Х Г • 100%;
1 400 г
со. (в-ва) = — 100%;
(400-40) г
(в-ва) = со, (в-ва) + 2% => —^—•100 = —^-100 + 2;
1 360 400
л = т(в-ва) = 72 г;
хг 72г
(о? (в-ва) = 100% = 100% = 20%.
360г 360г
1АЧА 9. Вычислите массовую долю хлороводорода в растворе, полученном при
шении 40 г 20%-ного и 120 г 30%-ного растворов соляной кислоты.
иение. Решение задачи можно представить в виде таблицы.
I раствор
II раствор
Конечный раствор
к в-ва)
(1)^=8г
100
+
120-30
(2) = 36 г
100
=
(3) 8 + 36 = 44г
* Р-ра)
40 г
+
120 г
=
(4) 40+ 120 = 160 г
.■в-ва)
20%
30%
44
(5) 100% = 27,5%
160
с а конечного раствора равна сумме масс смешиваемых растворов, а масса ве-
тва в нём — сумме масс растворённых веществ. Будьте внимательны, скла-
лть массовые доли нельзя!
еерка! При смешении двух растворов значение массовой доли вещества в ло¬
гином растворе находится между значениями массовых долей в исходных рас-
LX.
104
Глава
ЗАДАЧА 10. При добавлении к 0,25 кг раствора нитрата бария 450 г 20%-ного ра<
твора нитрата бария получили раствор с массовой долей соли 15%. Вычислите ма<
совую долю нитрата бария в исходном растворе.
Решение. Решение задачи можно представить в виде таблицы.
I раствор
II раствор
Конечный раствор
/л (в-ва)
(4) 105-90 = 15 г
+
(3)^ = 90г
100
=
700-15
(2) = 105 г
100
т(р-ра)
0,25 кг = 250 г
+
450 г
=
(1) 250 + 450 = 700 г 1
со(в-ва)
(5) — -100% = 6%
250
20%
15%
Обратите внимание, для верного решения задачи значения масс необходимо npi
вести к одной единице измерения (перевести килограммы в граммы).
ЗАДАЧА 11. При добавлении к 10%-ному раствору едкого натра 15 г твёрдого ги
роксида натрия массовая доля щёлочи увеличилась в 3 раза. Вычислите массу и
ходного раствора щёлочи.
Решение. Пусть масса исходного раствора щёлочи равна х г. Тогда масса гидроксз
да натрия в нем равна:
, ч х г-10% _ 1
т, (в-ва) = = 0,1х г.
1 100%
При добавлении твёрдой щёлочи происходит её растворение; при этом увеличив,
ется как масса вещества, так и масса раствора. Значение массовой доли щёлочи
конечном растворе находится по формуле:
ЗО%=(О,1Х + 15)Г-1ОО% => х = от, (р-ра) = 52,5 г.
(х + 15)г
Массовая доля компонента смеси определяется по формуле:
m(B.Ba)=2^<^2_.ioo%.
ти(смеси)
Объёмная доля компонента газовой смеси определяется по формуле:
ф(в-ва) = Ва) -100%.
И(смеси)
Теоретические основы химии и общая химия 105
Так, воздух является газовой смесью, объёмная доля азота в которой составляет
’8%, кислорода — 21%, углекислого газа, аргона и других газов — 1%.
Задания
Вычислите массовые доли всех элементов в молекулах: а) воды; б) серной ки¬
слоты; в) нитрата аммония; г) гидроксида алюминия; д) перманганата калия;
е) железной окалины.
2 В 100 г воды растворили 25 г гидроксида натрия. Вычислите массовую долю
щёлочи в растворе.
‘ Вычислите массу хлорида калия, которая содержится в 220 г 12%-ного раствора
соли.
4 К 25 г 10%-ного раствора хлората калия добавили 5 г твёрдой соли. Вычислите
массовую долю соли в полученном растворе.
5 400 г 22%-ного раствора карбоната натрия разбавили 200 мл воды. Вычислите
массовую долю соли в полученном растворе.
- К 100 г 20%-ного раствора серной кислоты добавили 50 г 15%-ного раствора
азотной кислоты. Вычислите массовые доли кислот в полученном растворе.
" К 250 г 30%-ного раствора соли добавили 300 г 14%-ного раствора той же соли.
Вычислите массовую долю соли в полученном растворе.
Вычислите массу нитрата натрия, которую следует растворить в 130 г 15%-ногэ
раствора соли, чтобы получить 30%-ный раствор.
Вычислите массу 10%-ного раствора гидрокарбоната калия, которую следует
добавить к 40 г 30%-ного раствора соли, чтобы получить 24%-ный раствор.
'.17.2. Расчёты с использованием понятия
<количество вещества»
-томы, молекулы и ионы имеют настолько маленький размер, что даже мельчай¬
шие крупинки вещества содержат огромное число этих частиц. Для удобства про¬
ведения химических расчётов используют понятие «количество вещества», кото¬
рое характеризует число однотипных частиц в веществе. Количество вещества v
измеряется в молях и находится отношением числа частиц N (атомов, молекул, про-
-энов и т. д.) к постоянной величине— числу Авогадро NA (6,02 • 1023 1/моль или
моль 1):
106
Гпава
Число (постоянная) Авогадро — физическая величина, численно равная количеств
частиц (молекул, атомов, ионов, протонов и др.) в 1 моле вещества.
ПРИМЕР 1. Алюминиевая стружка содержит 12,04 • 1023 атомов, тогда количества
вещества алюминия равно:
А(А1) 12,04-1023 „
v (А1) = —-—- = 77 г = 2 моль.
v ’ Na 6,02 1023 моль-
ПРИМЕР 2. Количество вещества молекул воды равно 5 моль, тогда число молеку
воды равно:
ЛГ(Н2О) = v(H2O) • Na = 5моль • 6,02 • 1023 моль’1 = 30,1 Ю23 молекул.
Для нахождения числа атомов определённого элемента необходимо умножить чис¬
ло молекул вещества на количество атомов данного элемента в формуле вещества
Так, молекула воды содержит два атома водорода, поэтому число атомов водородл
в два раза больше числа молекул воды: f
А (атомов Н) = 2 • А(Н2О) = 2 • 30,1 • 1023 = 60,2 • 1023 атомов.
Количество вещества связано с его массой т через значение молярной массы М :
т
v =—.
М
Молярная масса— масса 1 моль вещества. Значение молярной массы числены
равно значению относительной молекулярной массы, однако измеряется в грамма I
на моль (г/моль).
ПРИМЕР 3. Масса 5 моль воды равна:
w(H2O) = v(H2O)-Af = 5 моль-(1-2 + 1б) г/моль = 90 г.
ПРИМЕР 4. Количество вещества 17,1 г сульфата алюминия равно:
v(A12(SO4)3) =
m(Al2(SO4)3)
M(A12(SO4)3)
17,1 г
(27-2 + (32+ 16-4)-3) г/моль
—— - 0,05 моль.
342
Количество вещества газа связано с его объёмом V через значение молярного обы
ёма V :
т
К
v = —
Молярный объём — объём 1 моль вещества.
'эоретические основы химии и общая химия
107
: начение молярного объёма всех газов при нормальных условиях9 (н. у.) составляет
22,4 л/моль.
Обратите внимание, если в задании не указано, что объёмы газов измерены при
£ зрмальных условиях, расчёт с использованием значения молярного объёма
22.4 л/моль проводить нельзя.
"РИМЕР 5. Объём 5 моль углекислого газа равен:
И(СО2) = v(CO2)- Vm =5 моль-22,4 л/моль =112 л.
ПРИМЕР 6. Количество вещества 6,72 л кислорода (при н. у.) равно:
X И(О2) 6,72 л ..
v(Оо) = —= = = О, S моль.
v Vm 22,4 л/моль 7
ЗАДАЧА 1. Вычислите объём (при н. у.), занимаемый угарным газом массой 14 г.
Решение. Масса и объём газа связаны через количество вещества. Зная массу газа,
•ижно вычислить v , используя молярную массу:
v(CO) =
ти(СО)
М(СО)
14 г
(12 + 16) г/моль
= 0,5 моль.
Далее, зная v , можно вычислить объём газа при н. у.:
K(CO) = v(CO)-Km =0,5 моль-22,4 л/моль = 11,2 л.
2АДАЧА 2. Вычислите количество вещества гидроксида бария в 142,5 г 24%-ного
раствора.
’гшение. Для нахождения количества вещества гидроксида бария необходимо
ль его массу в растворе:
ти(Ва(ОН)2) =
т(р-ра) • со(Ва(ОН)2) _ 142,5 г ■ 24%
’ 100% ~ 100%
= 34,2 г;
v(Ba(OH)2) =
m(Ba(OH)2)
M(Ba(OH)2)
= 0,2 моль.
(137 + (16 +1) • 2) г/моль
братите внимание, масса и объём жидкости или раствора связаны через значение
ютности.
Нормальными принято считать условия, при которых температура газа составляет 0 °C, а его
вление равно одной атмосфере (101,3 кПа).
108
Глава
Плотность — масса определённого объёма вещества. Значение плотности опреде¬
ляется отношением массы вещества к занимаемому им объёму и измеряется i
граммах на миллилитр (г/мл) или килограммах на кубический метр (кг/м3).
тп
P=F
Плотность воды принимается равной 1 г/мл или 1000 кг/м3.10
ЗАДАЧА 3. Вычислите количество атомов водорода, входящих в состав 180 мл воды.
Решение. Поскольку в условиях задачи приведен объём жидкости, сначала необхо¬
димо вычислить массу этой жидкости, а только после рассчитать количество веще
ства:
ли(Н2О) = р(Н2О)• И(Н2О) = 1 г/мл • 180 мл = 180 г;
/тт m 180 Г , _
v(Н7О) = — = 10 моль; /
' " ' М (1-2 + 16) г/моль
TV(H2O) = у(Н2О)-7Ул = 10 моль-6,02-1023 моль1 =60,2-1023 молекул;
Адатомов Н) = 2 • W(H2O) = 2 • 60,2 • 1023 = 120,4 1023 атомов.
ЗАДАЧА 4. Вычислите количество вещества серной кислоты в 38,7 мл её 20%-но:
раствора плотностью 1,14 г/мл.
Решение.
/и(р-ра) = р-К = 1,14 г/мл-38,7 мл = 44,1 г;
w(H2S04) = w(p-pa)-co(H2S04)/100% = 44,l г-20%/100% = 8,82 г;
v (H2SO4) = — = ' — = 0,09 моль.
v 2 47 М (1-2 + 32 + 16-4)г/моль
Задания
1. Вычислите количество вещества 100 г алюминия, 100 г гидроксида кал]
100 г сульфата аммония.
2. Вычислите количество вещества соляной кислоты в 91,25 г её 40%-ного раствор
3. Вычислите объём (при н. у.), занимаемый 1 кг кислорода.
4. Вычислите массу 108,36-1022 частиц сульфата железа(Ш);
10 Плотность воды равна 1 г/мл только при 4 °C, однако значение плотности при комнатной тез
ратуре очень близко к 1 г/мл.
--соетические основы химии и общая химия 109
' Вычислите количество атомов азота в 33,6 л аммиака (при н. у.).
Вычислите массовую долю атомов серы в 196 г 20%-ного раствора серной ки¬
слоты.
R Вычислите массовую долю атомов водорода в 29,25 г 20%-ного раствора хлори¬
да натрия.
• Вычислите массовую долю атомов водорода в 96 г 35%-ного раствора гидрокси¬
да калия.
1.17.3. Расчёты по уравнениям реакций
5 соответствии с законом сохранения массы.
Масса продуктов химической реакции равна массе реагентов.
При этом количества веществ реагентов и продуктов реакции пропорциональны
коэффициентам в уравнении реакции. Значит, отношение количеств веществ равно
[отношению соответствующих коэффициентов:
N2 + ЗН2 -> 2NH3
1 моль 3 моль 2 моль
28 г 6 г 34 г
кая количество вещества одного из участвующих в реакции веществ, можно вы¬
числить количество вещества другого в соответствии с отношением их коэффици-
"ов. В данном случае:
, . . . v(NJ v(NH3)
v(N2):v(NH3) = 1:2 или ■у22= * 1 —■
□опустим, в реакцию вступило 10 моль азота; соответственно, количество вещества
сюазующегося аммиака равно:
ю v(NH3) , ч
— = —— - => v(NH3) - 20 моль.
“аким образом, при решении расчётных задач по уравнениям реакций необходимо:
I Составить уравнение реакции.
2 Рассчитать количество вещества известного соединения по его массе, объёму
или числу молекул.
Рассчитать количество вещества искомого соединения по соотношению коэф¬
фициентов в уравнении реакции.
4 Рассчитать массу, объём или число молекул искомого соединения.
110 Гпава 1
ЗАДАЧА 1. Вычислите массу осадка, образующегося при добавлении избытка хло¬
рида бария к раствору, содержащему 200 г сульфата железа(Ш).
Решение.
1. Уравнение реакции:
Fe2(SO4)3 + ЗВаС12 -> ЗВаЗОД + 2FeCl3
2. Расчёт количества вещества известного соединения по его массе:
v(Fe2(SO4)3) = — = 7 = 0,5 моль.
v 2 4 3 7 М (56-2 + (32 + 16-4)-3) г/моль
3. Расчёт количества вещества искомого соединения по соотношению коэффици¬
ентов в уравнении реакции:
v(BaSO4):v(Fe2(SO4)3) = 3:l;
0,5 v(BaSO4) . Г
—— = —-—- => v(BaSO4) = 30,5 = l,5 моль.
4. Расчёт массы искомого соединения:
/?i(BaSO4) = v М = 1,5 моль (137+ 32+ 16-4) г/моль = 349,5 г.
ЗАДАЧА 2. Вычислите объём углекислого газа (при н. у.), образующегося при до-'
бавлении к избытку раствора карбоната натрия 182,5 г 8%-ного раствора соляной
кислоты.
Решение.
Na2CO3 + 2НС1 —■ 2NaCl + CO2f + Н2О
ш(НС1) = тр_ра (НС1)-со(НС1)/1ОО% = 182,5 г-8%/100% = 14,6 г;
/,т„п т 14,6г п л
v (НС1) = — = = 0,4 моль;
М (1 + 35,5) г/моль
v(CO2):v(HC1) = 1:2 => v(CO2) = 0,4/2 = 0,2 моль;
V(СО2) = v • Vm = 0,2 моль• 22,4 л/моль = 4,48 л.
Задания
1. Вычислите объём газа (при н. у.), образующегося при растворении 400 г карбс»
ната кальция в избытке соляной кислоты.
2. Вычислите массу сульфида железа(П), которую растворили в избытке разбаь
ленной серной кислоты, если в результате реакции выделилось 44,8 л (при н. у.
газа.
Теоретические основы химии и общая химия 111
3. Вычислите массу осадка, образующегося при смешении 135 г 12%-ного раство¬
ра хлорида меди(П) с избытком раствора гидроксида натрия.
- Вычислите массу 15%-ного раствора фосфата калия, которую необходимо доба¬
вить к избытку раствора нитрата кальция, чтобы в результате реакции образова¬
лось 232,5 г осадка.
5 Вычислите объём газа (при н. у.), образующегося при добавлении к 330 г
25%-ного раствора сульфата аммония избытка раствора гидроксида лития.
1.17.4. Расчёты с использованием понятия
^химическое равновесие»
лмическое равновесие — состояние реакционной системы, при котором скорости
-рямой и обратной реакций равны и отличны от нуля.
I По мере протекания реакции исходные концентрации реагентов постепенно умень-
_аются, а концентрации продуктов — возрастают. После наступления химического
-звновесия концентрации веществ не изменяются (становятся равновесными).
При решении задач с использованием понятия «химическое равновесие» необходимо:
По исходным концентрациям веществ определить направление протекания ре¬
акции (прямая или обратная).
2 Определить изменение концентрации известных веществ.
' По уравнению химической реакции определить изменение концентрации иско¬
мого вещества: узнать, сколько вещества вступило в реакцию или образовалось
при её протекании.
- Определить исходную/равновесную концентрацию искомого вещества.
ЗАДАЧА 1. В реактор постоянного объёма поместили азот и водород. В результате
—отекания обратимой реакции
^2(г) + 3H2(r) 2NH3(r)
■ реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом исходная
I .: ацентрация водорода составила 0,6 моль/л, а равновесные концентрации азота и
■ £<шиака— 0,3 моль/л и 0,2 моль/л соответственно. Определите исходную концен-
-эдию азота (X) и равновесную концентрацию водорода (У).
:гмение. Для решения данной задачи необходимо составить следующую таблицу:
Реагент
n2
н2
NH3
Исходная концентрация, моль/л
X
0,6
Изменение концентрации, моль/л
? ^вновесная концентрация, моль/л
0,3
Y
0,2
112 Глава 1
Поскольку аммиак не был помещён в реактор (продукт реакции), его исходная кон¬
центрация равна нулю: химическая реакция протекает в прямом направлении.
Аммиак образуется при протекании реакции; соответственно, изменение его кон¬
центрации составляет 0,2 моль/л.
Реагент
n2
н2
NH3
Исходная концентрация, моль/л
X
0,6
0
Изменение концентрации, моль/л
увеличива¬
ется на 0,2
Равновесная концентрация, моль/л
0,3
У
0,2 1
Пусть объём реактора равен 1 л, тогда количество образовавшегося в реакции ах
миака составляет 0,2 моль. Тогда в соответствии с уравнением реакции количеств
вступивших в реакцию азота и водорода равно:
v(N2):v(NH3) = 1:2 => v(N2) = 0,2/2 = 0,1 моль;
v(H2):v(NH3) = 3:2 => v(N2) = 0,2-3/2 = 0,3 моль.
Следовательно, изменение концентрации азота составляет 0,1 моль/л, а водорода -
0,3 моль/л. Поскольку азот и водород являются реагентами, при протекании реа
ции их концентрации уменьшаются.
Реагент
n2
Н2
NH3
Исходная концентрация, моль/л
х
0,6
0
Изменение концентрации, моль/л
уменьшается
на 0,1
уменьшается
на 0,3
увеличиваете
на 0,2
Равновесная концентрация, моль/л
0,3
У
0,2
Значение исходного количества вещества (концентрации) реагента равно сумме
количества вещества, вступившего в реакцию, и конечного количества веще,
(равновесйой концентрации). Следовательно, исходная концентрация азота ра
0,1 + 0,3 = 0,4 моль/л.
Для нахождения равновесной концентрации водорода необходимо вычесть из
чения его исходной концентрации количество водорода, вступившего в реаки
Следовательно, равновесная концентрация водорода равна 0,6 - 0,3 = 0,3 моль г.
Теоретические основы химии и общая химия
113
Задания
1. В реактор постоянного объёма поместили оксид серы(1У) и кислород. В резуль¬
тате протекания обратимой реакции
2SO2(r) +
°2(г) 2SO3(r)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом исход¬
ная концентрация оксида cepw(IV) составила 6,0 моль/л, а равновесные концен¬
трации оксида серы(ГУ) и кислорода— 4,0 моль/л и 3,0 моль/л соответственно.
Определите исходную концентрацию кислорода (X) и равновесную концентра¬
цию оксида серы(У1) (У).
2. В реактор постоянного объёма поместили азот и водород. В результате протека¬
ния обратимой реакции
N2(r) + ЗН2(Г) 2NH3(r)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом исход¬
ная концентрация азота составила 3,5 моль/л, а равновесные концентрации во¬
дорода и аммиака — 2,9 моль/л и 1,4 моль/л соответственно. Определите исход¬
ную концентрацию водорода (X) и равновесную концентрацию азота (У).
} В реактор постоянного объёма поместили кислород и водород. В результате
протекания обратимой реакции
2Н2(г) + О2(г) 2Н2О(г)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом исход¬
ная концентрация водорода составила 20 моль/л, а равновесные концентрации
кислорода и воды— 14 моль/л и 4 моль/л соответственно. Определите исход¬
ную концентрацию кислорода (X) и равновесную концентрацию водорода (У).
- В реактор постоянного объёма поместили оксид азота(П) и кислород. В резуль¬
тате протекания обратимой реакции
2NO(r) + О2(г) 2NO2(r)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом исход¬
ная концентрация кислорода составила 0,35 моль/л, а равновесные концентра¬
ции оксида азота(П) и оксида азота(1У)— 0,11 моль/л и 0,20 моль/л соответст¬
венно. Определите исходную концентрацию оксида азота(П) (X) и равновесную
концентрацию кислорода (У).
5 В реактор постоянного объёма поместили аммиак. В результате протекания об¬
ратимой реакции
2NH3(r) N2(r) + ЗН2(г)
114 Гпава ‘
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом равно¬
весные концентрации аммиака и азота составили 0,4 моль/л и 0,3 моль/л соот¬
ветственно. Определите исходную концентрацию аммиака (X) и равновесную
концентрацию водорода (У).
1.17.5. Объёмные отношения газов в химических реакциях
При одинаковых условиях (температуре и давлении) 1 моль всех газов занимает
равный объём. Соответственно, отношение объёмов двух газообразных веществ
равно отношению их количеств веществ:
r2 <
При проведении расчётов по уравнениям реакций, протекающих в газовой фазе,
можно использовать закон объёмных отношений газов:
Отношение объёмов газов, измеренных при одинаковых условиях, равно отно¬
шению коэффициентов перед этими веществами в уравнении реакции.
Так, в газофазной реакции
N2(r) + 3H2(r)^2NH3(r)
K(N2):F(H2):F(NH3) = 1:3:2.
Если при одинаковых условиях объём двух газов одинаков, то отношение плотно¬
стей этих газов равно отношению их молекулярных масс.
Pi _ mJV _ _ v-Mj _ М}
р2 m2/V т2 \‘М2 М2
Величина, равная отношению плотностей двух газов при одинаковых условиях,
называется относительной плотностью одного газа по второму.
Pt
р2 м2'
В качестве «газа сравнения» может использоваться любой газ с известной молеку¬
лярной массой. Например, молекулярная масса водорода равна 2 г/моль, азота —
28 г/моль, воздуха — 29 г/моль.
ПРИМЕР 1. Относительная плотность углекислого газа по гелию равна:
мс°2)=
М(СО2) 44
М(Не) ” 4
Теоретические основы химии и общая химия 115
ЗАДАЧА 1. Определите объём азота, образующегося при сжигании в кислороде 23 л
аммиака. Объёмы газов измерены при одинаковых условиях.
Решение. Горение аммиака протекает в соответствии с уравнением реакции:
4NH3 + ЗО2 —> 2N2 + 6Н2О
Поскольку объёмы газов измерены при одинаковых условиях, для решения задачи
необходимо использовать закон объёмных отношений газов.
v(NH3) v(N2) K(NH3) K(N2)
4 2 4 2
Соответственно,
K(N2) = K(NH3)-2/4 = ll,5 л.
ЗАДАЧА 2. Определите объём смеси газов, выделившейся при разложении 20 л ок¬
. ида серы(У1). Объёмы газов измерены при одинаковых условиях.
Решение. Разложение оксида серы(У1) протекает в соответствии с уравнением ре¬
акции:
2SO3 2SO2 + О2
3 соответствии с законом объёмных отношений газов:
r(SO2) = r(SO3) = 20 л;
r(O2) = K(SO3)/2 = 10 л;
Г (смеси) = K(SO2) + V (О2) = 20 +10 = 30 л.
Задания
. Вычислите объём кислорода, необходимый для полного окисления 30 л угарно¬
го газа. Объёмы газов измерены при одинаковых условиях.
2. Вычислите объём водорода, образующийся при разложении 22 л аммиака. Объ¬
ёмы газов измерены при одинаковых условиях.
1.17.6. Тепловой эффект химической реакции
Тепловой эффект химической реакции — количество теплоты, которое выделяется
жди поглощается в результате её протекания. Количество выделившегося или по-
■ ющённого тепла отображается в термохимическом уравнении реакции:
НгЗОдф.р) + 2NaOH(p.p) —> Na2SO4(P_p) + 2Н2О(Ж) +110 кДж
116
Гпава 1
В термохимическом уравнении реакции значение теплового эффекта указано с учё¬
том того, что количества вещества реагентов и продуктов равны коэффициентам в
реакции. Так, при взаимодействии 1 моль серной кислоты и 2 моль гидроксида на¬
трия образуется 1 моль сульфата натрия, 2 моль воды и выделяется 110 кДж тепла.
Тепловой эффект химической реакции прямо пропорционален значению коли¬
чества вещества участвующего в реакции соединения.
Так, в реакции с 2 моль серной кислоты выделится 220 кДж тепла, а в реакции с
10 моль — 1100 кДж.
ЗАДАЧА 1. Окисление диоксида серы протекает в соответствии с термохимическим
уравнением:
2SO2(r) + О2(Г) 2SO3(r) + 198 кДж
Вычислите количество теплоты, которое выделится при окислении 17,92 л (при
н. у.) диоксида серы.
Решение. Для решения задачи следует найти количество вещества диоксида серы:
v(SO2) = — = 17,92 Л =0,8 моль.
v ' Г 22,4 л/моль
Если в реакцию вступает 2 моль SO2, тепловой эффект реакции составляет
198 кДж. Для определения количества тепла, выделяющегося при окислении
0,8 моль диоксида серы, следует составить пропорцию:
2 моль 198 кДж
= => х = 79,2 кДж.
0,8 моль х кДж
ЗАДАЧА 2. Горение алюминия протекает в соответствии с термохимическим урав¬
нением:
4А1(ТВj + 3O2fr) —► 2А12О3(тв) + 3350 кДж
Вычислите массу вступившего в реакцию алюминия, если в результате протекания
реакции выделилось 40,2 кДж тепла.
Решение. Если в реакцию вступает 4 моль алюминия, тепловой эффект реакции со¬
ставляет 3350 кДж. Количество вступившего в реакцию алюминия можно вычис¬
лить по пропорции:
4 моль 3350 кДж л
= => х = 0,048 моль,
х моль 40,2 кДж
Теоретические основы химии и общая химия
117
Тогда масса вступившего в реакцию алюминия равна:
V (Al) = v • М = 0,048 моль • 27 г/моль = 1,296 г.
Задания
1. Взаимодействие гидроксида бария и азотной кислоты протекает в соответствии
с термохимическим уравнением реакции:
Ва(ОН)2(р-Р) + 2HNO3(p_p) —> Ba(NO3)2(p_p) + 2Н2О(ж) + 112 кДж
Определите количество выделившейся теплоты, если в реакцию вступило
151,2 г азотной кислоты.
2. Разложение нитрата серебра(1) протекает в соответствии с термохимическим
уравнением реакции:
2AgNO3(TB ) -► 2Ag(TB ) + 2NO2(r) + O2(r) - 315 кДж
Вычислите объём выделившегося бурого газа, если в результате протекания ре¬
акции поглотилось 189 кДж теплоты.
3. Разложение дихромата аммония протекает в соответствии с термохимическим
уравнением реакции:
(NH4)2Cr2O7(TB) —> Сг2О3(та) + N2(r) + 4Н2О(ж) + 309 кДж
Вычислите массу образовавшегося оксида хрома(Ш), если в результате протека¬
ния реакции выделилось 1668,6 кДж теплоты.
- Взаимодействие водорода с кислородом протекает в соответствии с термохими¬
ческим уравнением реакции:
2Н2(г) + О2(г) —> 2Н2О(г) + 484 кДж
Определите количество выделившейся теплоты, если в результате реакции обра¬
зовалось 2,25 кг воды.
1.17.7. Расчёт массовой доли примесей
Зачастую в промышленности добывают или получают вещества, загрязнённые
примесями других соединений (природные, технические). Как правило, примеси не
принимают участия в основной реакции и не отображаются в её уравнении.
Масса навески (порции) технического вещества складывается из массы чистого
вещества и массы примесей:
тп(навески) = /«(чистого в-ва) + /и (примесей).
Важно!
При проведении расчётов по уравнению реакции необходимо использовать
массу именно чистого вещества.
118
Гпава 1
Массовые доли чистого вещества и примесей в навеске технического вещества на¬
ходятся по формулам:
z ч т( чистого в-ва)
ш( чистого в-ва) = — — -100%;
т (навески)
> х ш (примесей)
со (примесей) = —— -100%;
т (навески)
со(чистого в-ва) + со(примесей) = 100%.
ЗАДАЧА 1. Технический сульфат калия массой 200 г, содержащий 13% примесей,
добавили к избытку раствора хлорида бария. Вычислите массу образовавшегося
осадка.
Решение. Взаимодействие реагентов протекает в соответствии с уравнением реак¬
ции:
K2SO4 + ВаС12 BaSO4i + 2КС1
Перед определением количества вещества сульфата калия необходимо вычислить
массовую долю и массу чистого вещества.
со (чист. K2SO4) = 100% - со(примесей) = 100% -13% = 87%;
т(чист. K2SO4) = /и (техн. K2SO4) • co(K2S04)/100% = 200 г - 87%/100% = 174 г;
(V сгл i т 174 г 1
v (K9SO4 ) = — = = 1 моль;
v 2 47 М (39-2 + 32 + 16-4) г/моль
v(BaSO4):v(K2SO4) = l:l => v(BaSO4) = 1 моль;
TT?(BaSO4)= v-М =1 моль (137+ 32+ 16-4) г/моль = 233 г.
ЗАДАЧА 2. Вычислите массовую долю инертных примесей в природном известняке
массой 150 г, если при его растворении в избытке соляной кислоты выделилось
16,8 л (при н. у.) углекислого газа.
Решение. Растворение известняка в соляной кислоте протекает в соответствии с
уравнением реакции:
СаСО3 + 2НС1 -> СаС12 + CO2f + Н2О
Известняк состоит из карбоната кальция и инертных примесей:
т (известняка) = 7и(СаСО3) + т (примесей).
Теоретические основы химии и общая химия
119
Поскольку в условии задачи дана масса именно известняка, найти количество ве¬
щества карбоната кальция, используя эту массу, невозможно. Однако в реакцию с
соляной кислотой вступает только карбонат кальция, поэтому количество его веще¬
ства можно рассчитать по уравнению реакции, зная количество вещества выделив¬
шегося углекислого газа.
у
*(со.)=—
V т
16,8 л
22,4 л/моль
= 0,75 моль;
v(CaCO3):v(CO2) = l:l => v(CaCO3) = 0,75 моль;
т (СаСО3) = v • М = 0,75 моль • (40 + 12 + 16-3) г/моль = 75 г;
т(примесей) = т(известняка) -/л(СаСО3) = 150 г-75 г = 75 г;
со(примесей) = т(примесей)/т(известняка)-100% = 75 г/150 г-100% = 50%.
Задания
1. Техническую аммонийную селитру массой 120 г добавили к избытку раствора
гидроксида натрия. При этом выделилось 26,88 л (при н. у.) газа. Вычислите
массовую долю примесей в аммонийной селитре.
2. Навеску карбоната кальция, содержащего 14% примесей, растворили в избытке
бромоводородной кислоты. При этом выделилось 56 л (при н. у.) газа. Вычисли¬
те массу исходной навески.
3. 261 г сульфата калия, содержащего 24% примесей, добавили к избытку раствора
гидроксида бария. Вычислите массу образовавшегося осадка.
4. 150 г смеси гидроксида натрия и хлорида натрия, добавили к избытку раствора
сульфата железа(Ш), при этом образовалось 64,2 г осадка. Вычислите массовую
долю хлорида натрия в смеси.
1.17.8. Выход продукта реакции
Если исходные вещества (или одно из них) вступают в реакцию полностью, то счи¬
тается, что она протекает до конца.
Например, в химическую реакцию вступают 2 моль магния и 2 моль хлора:
Mg + С12 MgCl2
2 моль 2 моль 2 моль
Если образуется 2 моль хлорида магния, то реакция протекает до конца— со
100%-ным выходом.
Однако на практике многие реакции протекают не полностью. Для определения
полноты протекания реакции используют величину выхода продукта реакции т|.
120
Гпава 1
Выход продукта реакции численно равен отношению количества, массы или объё¬
ма вещества, которое образовалось практически при проведении реакции, к коли¬
честву, массе или объёму вещества, рассчитанному по уравнению реакции — тео¬
ретическому. Выход продукта реакции (массовая или объёмная доля выхода) от
теоретически возможного измеряется в долях единицы или процентах и находится
по формуле:
Т] = .100% = -100% = • 100%.
^теор ^теор ^теор
ПРИМЕР 1. Если при протекании реакции 2 моль магния и 2 моль хлора образуется
не 2 моль хлорида магния, а 1 моль, то реакция протекает с 50%-ным выходом
(рис. 1.41):
и (MgCl2) = • 100% = 1 МОЛЬ • 100% = 50%.
Утеор 2 М0ЛЬ
Рис. 1.41. Схематичное отображение полноты протекания химической реакции
Если в задаче не указан выход продукта реакции и его значение не является иско-1
мой величиной, то выход принимается равным 100%.
ЗАДАЧА 1. Вычислите массу аммиака, образующегося при взаимодействии 6,72.
(при н. у.) азота с избытком водорода, если массовая доля выхода аммиака от тео¬
ретически возможного составляет 30%.
Решение. Синтез аммиака протекает в соответствии с уравнением реакции:
N2 + ЗН2 2NH3 .
, т ч V 6,72 л л о
v( N?) = — = = 0,3 моль;
v 27 К 22,4 л/моль
т 7
vTCOp (NH3): v(N2) = 2:1 => VTTOP (NH3) = 0,3 моль • 2 = 0,6 моль;
»?reop(NH3) =v-M =0,6 моль-(14 + 1-3) г/моль = 10,2 г;
™прак (NH3) = литеор (NH3)• n/100% = 10,2 г • 30%/100% = 3,06 г.
Теоретические основы химии и общая химия 121
ЗАДАЧА 2. В результате реакции водорода с 20 л кислорода образовалось 30 л па¬
ров воды. Вычислите объёмную долю выхода воды (в %) от теоретически возмож¬
ного. Объёмы газов измерены при одинаковых условиях.
Решение. Взаимодействие водорода с кислородом протекает в соответствии с урав¬
нением реакции:
2Н2 + О2—>2Н2О
К(О2):К(Н2О) = 1:2 => Гтеор(Н2О) = 20 л 2 = 40 л;
п(Н2О) = Гпрак/Итеор .100% = 30 л/40 л • 100% = 75%.
L W
Задания V
1. Вычислите объём газа, образующегося при взаимодействии 34 г сульфида ам¬
мония с соляной кислотой, если объёмный выход составляет 95% от теоретиче¬
ски возможного.
2. При взаимодействии 171 г сульфата алюминия с избытком раствора карбоната
калия образовался осадок массой 62,4 г. Вычислите массовую долю выхода от
теоретически возможного.
3. Вычислите объём паров воды, которые образуются при взаимодействии избытка
водорода с 200 л кислорода, если объёмная доля выхода воды составляет 65%
теоретически возможного. Объёмы газов измерены при одинаковых условиях.
4. При электролизе 117 г расплава фторида кальция на аноде выделилось 26,88 л
(при н. у.) газа. Вычислите объёмную долю выхода фтора от теоретически воз¬
можного.
5. При взаимодействии 236,4 кг карбоната бария с избытком соляной кислоты об¬
разовалось 187,2 кг хлорида бария. Вычислите массовую долю выхода хлорида
бария от теоретически возможного.
Итоговый тест по теоретическим основам химии
и общей химии
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических эле¬
ментов:
l)Na; 2) Сг; 3) Мп; 4) Р; 5) Mg.
1. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоя¬
нии содержат два электрона на внешнем энергетическом уровне.
2. Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые
в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева находятся
в одном периоде.
122
Глава 1
Расположите выбранные элементы в порядке увеличения их атомного радиу¬
са.
3. Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в со¬
единениях могут проявлять валентность VI.
Для выполнения заданий 4-6 используйте следующий ряд химических эле¬
ментов:
1)Сг; 2)Р; 3) Мп; 4) С1; 5)0.
4. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоя¬
нии содержат одинаковое число неспаренных электронов на внешнем энерге¬
тическом уровне.
5. Из указанных в ряду химических элементов выберите три ^-элемента.
Расположите выбранные элементы в порядке увеличения значения их элек¬
троотрицательности.
6. Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента с одинаковой
разностью между значениями высшей и низшей степеней окисления.
Для выполнения заданий 7-9 используйте следующий ряд химических эле¬
ментов:
1)S; 2) Си; 3) К; 4) Вг; 5) Mg.
7. Определите, стабильные ионы каких из указанных в ряду элементов имеют
электронную конфигурацию аргона.
8. Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента-металла.
Расположите выбранные элементы в порядке усиления металлических
свойств соответствующих им простых веществ.
9. Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в со¬
единениях проявляют постоянную степень окисления.
Для выполнения заданий 10-12 используйте следующий ряд химических эле¬
ментов:
1)S; 2) Сг; 3) N; 4) Р; 5) К.
10. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоя¬
нии имеют сходную электронную конфигурацию внешнего энергетического
уровня.
11. Из указанных в ряду химических элементов выберите три ^-элемента.
Расположите выбранные' элементы в порядке ослабевания кислотных свойств
образованных ими летучих водородных соединений.
12. Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в со¬
единениях могут проявлять степень окисления +4.
Теоретические основы химии и общая химия
123
Для выполнения заданий 13-15 используйте следующий ряд химических эле¬
ментов:
1) В; 2) Se; 3) Sc; 4)N; 5) Br.
13. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в возбуждённом
состоянии имеют одинаковое число неспаренных электронов на внешнем
энергетическом уровне.
14. Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые
в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева находятся
в одном периоде.
Расположите выбранные элементы в порядке усиления окислительных
свойств соответствующих им простых веществ.
15. Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в со¬
ставе образованных ими анионов 30J проявляют одинаковую степень окис¬
ления.
16. Из предложенного перечня выберите два вещества с ковалентной полярной
связью:
1) хлор; 4) карбид кальция;
2) хлорид аммония; 5) сульфат цинка.
3) нитрид кальция;
17. Из предложенного перечня выберите два вещества немолекулярного строе¬
ния:
1) аммиак; 4) сульфид фосфора(У);
2) карбид кремния; 5) серная кислота.
3) нитрат аммония;
18. Из предложенного перечня выберите два вещества, между молекулами кото¬
рых существует водородная связь:
1) сероводород; 4) водород;
2) аммиак; 5) пероксид водорода.
3) гидрид натрия;
I 19. Из предложенного перечня выберите два вещества ионного строения с до¬
норно-акцепторной связью:
1) азотная кислота; 4) тетрагидроксоалюминат калия;
2) сульфат аммония; 5) нитрид натрия.
3) угарный газ;
124
Гпава 1
20. Из предложенного перечня выберите два вещества с немолекулярной кри¬
сталлической решёткой, в которых присутствует ковалентная неполярная
связь:
1) графит; 4) карбид кальция;
2) карбид кремния; 5) хлорид кремния.
3) хлор;
21. Среди предложенных формул веществ выберите формулы: А) основного ок¬
сида; Б) несолеобразующего оксида; В) амфотерного оксида.
1) со
2) Мп2О7
3) Na2O2
4) О2
5) ZnO
6) CrO3
7) Cs2O
8) N2O3
9)F2O
22. Среди предложенных названий веществ выберите названия: А) соли серни¬
стой кислоты; Б) соли соляной кислоты; В) соли хлорной кислоты.
1) хлорат калия
2) гидросульфит
аммония
3) гидросульфид
кальция
4) гипохлорит
кальция
5) хлорид железа(Ш)
6) перхлорат лития
7) сульфид стронция
8) хлорит магния
9) сульфат бария
23. Среди предложенных названий веществ выберите названия: А) кислой соли:
Б) кислотного оксида; В) основной соли.
1) бурый газ
2) малахит
3) негашёная известь
4) пищевая сода
5) бертолетова соль
6) известняк
7) едкое кали
8) железная окалина
9) веселящий газ
24. Среди предложенных формул/названий веществ выберите формулы/назва-
ния: А) несолеобразующего оксида; Б) растворимого в воде гидроксида:
В) средней соли.
1) гипохлорит калия
2) Rb2O
3) НМпО4
4) Са(С1О)С1
5) веселящий газ
6) питьевая сода
7) СО2
8) Mg(OH)2
9) SiH4
Теоретические основы химии и общая химия
125
25. Среди предложенных формул/названий веществ выберите формулы/назва-
ния: А) кислоты; Б) соли азотной кислоты; В) амфотерного гидроксида.
1) Ca3N2
2) А12О3
3) гашёная известь
4) аммонийная селитра
5) H2ZnO2
6) H2Se
7) Н3Р •
8) KNO2
9) Fe(OH)2
26. Из предложенного перечня выберите все уравнения реакций соединения.
1) СаО + Н2О —> Са(ОН)2
2) 2KNO3 2KNO2 + О2
3) 4NO2 + О2 + 2Н2О -> 4HNO3
4) Zn + 2НС1 -> ZnCl2 + Н2
5) (CuOH)2CO3 2CuO + СО2 + Н2О
27. Из предложенного перечня выберите все типы реакций, к которым относится
взаимодействие азота с водородом:
N2 + ЗН2 2NH3
1) соединения; 4) каталитическая;
2) эндотермическая; 5) необратимая.
3) гомогенная;
28. Из предложенного перечня выберите все реакции замещения.
1) 2Na + 2Н2О 2NaOH + 2Н2 4) 3Fe3O4 + 8А1 4А12О3 + 9Fe
2) 2Zn + О2 ->■ 2ZnO 5) Fe + CuSO4 FeSO4 + Си
3) NaH + НС1 -► NaCl + H2
29. Из предложенного перечня выберите все типы реакций, к которым можно
отнести следующую реакцию:
Н2 + I2 2HI
1) необратимая; 4) ионного обмена;
2) разложения; 5) эндотермическая.
3) окислительно-восстановительная;
30. Из предложенного перечня выберите все экзотермические реакции.
1) (NH4)2Cr2O7 Cr2O3 + N2 + 4Н2О 4) Na2O + Н2О -> 2NaOH
2) 2NO -> N2 + О2 5) Н2 + С12 -> 2НС1
3) Cu(OH)2 СиО + Н2О
126 Гпава 1
31. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые при¬
водят к уменьшению скорости реакции железа с соляной кислотой:
Fe + 2НС1 -► FeCl2 + Н2
1) понижение давления; 4) разбавление водой;
2) добавление железа; 5) охлаждение.
3) добавление хлороводорода;
32. Из предложенного перечня выберите все реакции, скорость которых умень¬
шается при уменьшении давления.
1) 2СО(г) + О2(г) —► 2СО2(г)
2) Mg(TB ) + H2SO4(p_p) —► MgSO4(p_p) + H2(r)
3)2К(Т,} + С12(г)^2КС1(тв.)
4) NH3(r) + НС1(г) —> NH4Cl(r)
5) К2СО3(р_р) + 2110^ - 2КС1(р_р) + СО2(Г) + Н2О(ж)
33. Из предложенного перечня выберите все реакции, протекающие с большей
скоростью (при одинаковых условиях), чем реакция цинка с 10%-ной соляной
кислотой.
1) КС1 + AgNO3 -> AgCl + KNO3
2)Mg + 2HCl(10o/o)^MgCl2+H2
3) Zn -И 2НС1(20о/о) —> ZnCl2 H2
34. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые при¬
водят к уменьшению скорости реакции синтеза аммиака:
N2 + ЗН2 -► 2NH3
1) понижение температуры;
2) повышение давления;
3) понижение концентрации водорода;
4) использование катализатора;
5) использование загрязнённого примесями азота;
35. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые не|
оказывают влияния на изменение скорости реакции хлорида бария с серно>
кислотой:
4) Fe(OH)> —> FeO + Н2О
5) ZnSO4 + Ba(NO3)2 BaSO4 +
+ Zn(NO3)2
1) разбавление водой;
2) добавление сульфата бария;
3) повышение давления;
4) охлаждение;
5) повышение концентрации ю
тионов водорода.
Теоретические основы химии и общая химия
127
36. Установите соответствие между уравнением реакции и изменением степени
окисления восстановителя в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
A) N2 + О2 -> 2NO
Б) 4NH3 + 5О2 -> 4NO + 6Н2О
В) 3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 +
+ 2NO + 4Н2О
ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ
ОКИСЛЕНИЯ
ВОССТАНОВИТЕЛЯ
1) 0 —► -2
2) -3 -+ +2
3) 0 -+ +2
4) +5 +2
37. Установите соответствие между уравнением реакции и свойством атома хло¬
ра в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
А) ЗС12 + 8NH3 -> 6NH4CI + N2
Б) 4КС1О3 -► КС1 + ЗКС1О4
В) С12 + Са(ОН)2 -> Са(С1О)С1 + Н2О
СВОЙСТВО АТОМА ХЛОРА
1) только окислитель
2) только восстановитель
3) и окислитель, и восстановитель
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
Установите соответствие между уравнением реакции и изменением степени
окисления окислителя в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
A) 4Mg + 10HNO3 -> 4Mg(NO3)2 +
+ NH4NO3 + 3H2O
Б) 2Р2О5 + 10С — Р4 + 10СО
В) 3Zn + КС1О3 + 6КОН + ЗН2О ->
-> КС1 + 3K2[Zn(OH)4]
ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ
ОКИСЛЕНИЯ ОКИСЛИТЕЛЯ
1) +5-+-1
2) +5 —> О
3) +5—>-3
4) 0 —> +2
Установите соответствие между уравнением реакции и свойством атома серы
в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
A) SO2 + 2H2S — 3S + 2Н2О
Б) A12S3 + 6Н2О -> 2А1(ОН)3 + 3H2S
В) 2SO3 -> 2SO2 + О2
СВОЙСТВО АТОМА СЕРЫ
1) только окислитель
2) только восстановитель
3) и окислитель, и восстановитель
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
128
Глава 1
40.
Установите соответствие между уравнением реакции и изменением степени
окисления восстановителя в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
A) 2F2 + О2 — 2F2O
Б) 2Na + Н2 — 2NaH
В) 2S + Cl2 S2C12
ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ
ОКИСЛЕНИЯ
ВОССТАНОВИТЕЛЯ
1) 0^-1
2) 0 —► +2
3) 0 —> -2
4) 0—>+1
41.
Установите соответствие между названием соли и продуктами электролиза,
которые выделились на инертных электродах.
НАЗВАНИЕ СОЛИ
А) хлорид бария (водный раствор)
Б) бромид калия (расплав)
В) перхлорат калия (водный раствор)
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
1) металл и кислород
2) металл и галоген
3) водород и кислород
4) водород и галоген
42.
43.
Установите соответствие между веществом и возможным способом его полу
чения путём электролиза.
ВЕЩЕСТВО
А) алюминий
Б) фтор
В) водород
ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ
1) раствора хлорида алюминия
2) расплава фторида калия
3) раствора фторида серебра(1)
4) раствора боксита в расплавлен¬
ном криолите
Установите соответствие между веществом и возможным способом его полу
чения путём электролиза.
ВЕЩЕСТВО ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ
А) натрий 1) раствора NaC104
Б) гидроксид натрия 2) расплава NaF
В) хлор 3) раствора NaCl
4) раствора NaF
Теоретические основы химии и общая химия 729
44. Установите соответствие между формулой вещества и уравнением полуреак¬
ции, протекающей на инертном аноде при электролизе водного раствора это¬
го вещества.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
УРАВНЕНИЕ ПОЛУРЕАКЦИИ
НА АНОДЕ
А)
NaOH
l)S2“-2e—>S
Б)
Na2SO4
2) 4ОН -4ё—>О2 + 2Н2О
В)
Na2S
3) 2Н2О-4ё—> О2+ 4Н+
4) 2SO4~ - 4ё 2SO3 + О2
45. Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза
водного раствора этой соли, которые выделились на инертных электродах.
ФОРМУЛА СОЛИ
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
А) хлорид железа(Ш)
1) металл, водород и кислород
Б) хлорид меди(П)
2) металл и галоген
В) сульфат цинка
3) металл, водород и галоген
4) металл и кислород
Хтя выполнения заданий 46-50 используйте следующие справочные данные.
’’онцентрация (молярная, моль/л) показывает отношение количества растворённого
з ещества (v ) к объёму раствора (F).
"Н («пэ аш») — водородный показатель; величина, которая отражает концентра¬
цию ионов водорода в растворе и используется для характеристики кислотности
среды.
Шкала pH водных растворов электролитов
|рН
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
среда
раствора
сильнокислая
слабокислая
нейтраль¬
ная
слабо¬
щелочная
сильно¬
щелочная
46. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) НС1;
3) Ва(ОН)2;
2) Mg(C104)2;
4) Ca(NO3)2.
Запишите номера веществ в порядке возрастания значения pH их водных рас¬
творов.
130
Гпава ‘
47. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) LiNO3; 3) HI;
2) Sr(NO2)2; 4) A12(SO4)3.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
48. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) силикат калия; 3) поваренная соль;
2) гашёная известь; 4) нитрат марганца(П).
Запишите номера веществ в порядке возрастания значения pH их водных рас¬
творов.
49. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных!
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) аммиак; 3) бертолетова соль;
2) едкий натр; 4) нитрат аммония.
За пишите номера веществ в порядке возрастания значения pH их водных рас 4
творов.
50. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водным
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) Са(НСО3)2; 3) LiOH;
2) HF; 4) RbBr.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
51. Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис-1
тему
Нг(г) + W) 2Ш(г) - Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого во
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) понижение температуры
Б) добавление катализатора
В) уменьшение давления
Г) повышение концентрации
водорода
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЕ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Теоретические основы химии и общая химия
131
52. Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
N2(r) + ЗНад 2NH3(r) + Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) повышение концентрации азота
Б) понижение концентрации аммиака
В) уменьшение объёма реактора
Г) повышение температуры
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
53. Установите соответствие между уравнением обратимой реакции и направле¬
нием смещения химического равновесия при увеличении давления.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
А) СО(г) + С12(г) СОС12(Г) 1) смещается в сторону прямой
реакции
Б) 3Fe(TB) + 4Н2О(г) Fe3O4(TB) + 4Н2(г) 2) смещается в сторону обратной
реакции
В) N2(r) + О2(г) 2NO(r) 3) практически не смещается
Г) РС13(г) + С12(г) РС15(тв)
54. Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
Н2О„ + Mg" , S н;„, + MgOH’ р) Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) упаривание раствора
Б) добавление твёрдого бромида
магния
В) понижение давления
Г) охлаждение раствора
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
132
Гпава 1
55. Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
2Н(р.р) + S(p_p) H2S(p_p) + Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) добавление твёрдого сульфида ме-
ди(11)
Б) добавление ингибитора
В) добавление твёрдого сульфида ка¬
лия
Г) повышение температуры
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
При выполнении заданий 56-65 допустимо использование воды в качестве
среды протекания реакции. Для окислительно-восстановительных реакций со¬
ставьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель. Для реакция
ионного обмена запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравненш
реакций.
Для выполнения заданий 56, 57 используйте следующий перечень веществ:
сульфат аммония, хлороводород, гидроксид натрия, оксид марганца(ГУ), нитра-
бария, аммиак.
56. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови-i
тельная реакция между которыми протекает с выделением жёлто-зелёного газа.
57. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми возможна
реакция ионного обмена, протекающая с образованием белого осадка.
Для выполнения заданий 58, 59 используйте следующий перечень веществ:
бромид меди(П), хлорат калия, гидроксид калия, оксид хрома(Ш), оксид меди(П
хлорид железа(И).
58. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови¬
тельная реакция между которыми протекает с образованием вещества жёлтсь
го цвета.
59. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми возможн.
реакция ионного обмена, протекающая с образованием голубого осадка.
"еоретические основы химии и общая химия 133
11Я выполнения заданий 60, 61 используйте следующий перечень веществ:
. льфид калия, карбонат магния, хлорная кислота, гидроксид алюминия, перекись
кпорода, перманганат калия.
•«). Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови¬
тельная реакция между которыми протекает с выделением газа и образовани¬
ем осадка.
। И. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми возможна
реакция ионного обмена, протекающая с выделением газа без цвета и запаха.
Для выполнения заданий 62, 63 используйте следующий перечень веществ:
.ерная кислота, нитрит магния, нитрат бария, сернистый газ, хромат калия, хлор.
12. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови¬
тельная реакция между которыми протекает с образованием двух кислот.
13. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми возможна
реакция ионного обмена, протекающая без видимых признаков изменений.
1ля выполнения заданий 64, 65 используйте следующий перечень веществ:
перманганат калия, сульфат железа(П), дихромат натрия, серная кислота, гидроксид
; натрия, фосфин.
в4. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови¬
тельная реакция между которыми протекает с обесцвечиванием раствора.
Образование осадка в ходе протекания данной реакции не наблюдается.
45. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми возможна
реакция ионного обмена, протекающая с образованием осадка.
fl
Глава 2
Основы неорганической химии
Э данной главе рассмотрены химические свойства основных классов неорганиче-
.гих соединений, способы их получения, а также методы решения расчётных задач
высокого уровня сложности.
2.1. Оксиды
ксиды — бинарные соединения, содержащие кислород в степени окисления -2 и
талентности И.
“тактически все элементы, кроме фтора и инертных газов, образуют оксиды.
При нормальных условиях оксиды металлов, как правило, находятся в твёрдом аг-
-егатном состоянии. При этом оксиды неметаллов могут быть твёрдыми (Р2О5,
ИО2), жидкими (Н2О, SO3) или газообразными (N2O, NO, NO2, СО, СО2, SO2).
:1зличают солеобразующие и несолеобразующие оксиды. Солеобразующие окси¬
ды. в свою очередь, подразделяются на основные, амфотерные и кислотные
см. разд. 1.3.1).
2.1.1. Химические свойства кислотных оксидов
Кислотные оксиды взаимодействуют с водой.
В реакциях кислотных оксидов с водой образуются гидроксиды — кислородсо¬
держащие кислоты в той же степени окисления и валентности элемента, что и в
оксиде. Кислотные оксиды также называются ангидридами соответствующих им
кислот (табл. 2.1).
Важно!
Реакция протекает только в случае образования растворимой в воде кислоты.
136
Глава
Таблица 2.1. Кислотные оксиды и соответствующие им кислоп
Кислотные оксиды
Кислоты
формула
название
формула
название
+4
so2
Оксид серы(1У), диоксид серы,
сернистый ангидрид, сернистый газ
+4
H2SO3
Сернистая кислота
+6
so3
Оксид серы(УТ), триоксид серы,
серный ангидрид
***6
H2SO4
Серная кислота
+3
N2O3
Оксид азота(1П), азотистый ангидрид
+3
hno2
Азотистая кислота
+5
n2o5
Оксид азота(У), азотный ангидрид
+5
HNO3
Азотная кислота
+3
P2O3
Оксид фосфора(Ш)
Н3РО3
Фосфористая кислота
+5
Р2О5
Оксид фосфора(У)
+5
Н3РО4
Фосфорная кислота,
ортофосфорная кислота
+5
НРО3
Метафосфорная кислота ।
+4
со2
Оксид углерода(1У), диоксид
углерода, углекислый газ
Н2СО3
Угольная кислота
+4
SiO2
Оксид кремния(ГУ), диоксид кремния
+4
H2SiO3
Кремниевая кислота
+6
MnO3
Оксид марганца(У1), триоксид
марганца
+6
Н2МпО4
Марганцовистая кислота
+7
Mn2O7
Оксид марганца(УП)
+7
НМпО4
Марганцовая кислота
+6
СгО3
Оксид хрома(У1), триоксид хрома,
хромовый ангидрид
+6
Н2СгО4
Хромовая кислота
+6
Н2СГ2О7
Дихромовая кислота
+i
C12O
Оксид хлора(1)
нею
Хлорноватистая кислота
+3
C12O3
Оксид хлора(Ш) — неустойчивый
+3
НС1О2
Хлористая кислота
+5
C12O5
Оксид хлора(У) — гипотетический
+5
НС1О3
Хлорноватая кислота
+7
C12O7
Оксид хлора(УП)
НС1О4
Хлорная кислота
Основы неорганической химии
137
Так, в оксиде серы(У1) степень окисления серы равна +6, поэтому при взаимо¬
действии SO3 с водой образуется именно серная кислота:
+4 +6
SO3+H2O-*H2SO4
В оксиде азота(У) степень окисления азота равна +5, поэтому при взаимодейст¬
вии N2O5 с водой образуется азотная кислота, а реакция оксида азота(Ш) с во¬
дой приводит к образованию азотистой кислоты:
+5 +5 +3 +3
N2O5 + Н2О -> 2HNO3 N2O3 + Н2о 2HNO2
Важно!
Азот в степени окисления +4 не образует кислот.
При взаимодействии с водой оксид азота(ГУ) диспропорционирует с образова¬
нием смеси азотной и азотистой кислот:
+4 +5 +3
2NO2 + Н2О HNO3 + HNO2
Однако при добавлении в реакционную смесь окислителя (кислорода) образует¬
ся только азотная кислота:
+4 0 +5 -2
4NO2 + 2Н2О + О2 -> 4HNO3
Оксид хлора(ГУ) также диспропорционирует при взаимодействии с водой. Реак¬
ция протекает с образованием хлорноватой и хлористой кислот:
I +4 +5 +3
2СЮ2 + Н2О -> НСЮ3 + НС1О2
Оксид хрома(У1) является ангидридом двух кислот: хромовой и дихромовой.
При растворении СгО3 в воде образуется смесь двух кислот, находящихся в
J равновесии:
‘ СгО3 + Н2О -> Н2СгО4 2СгО3 + Н2О -> Н2Сг2О7
Оксид серы(1У) и оксид углерода(ГУ) реагируют с водой обратимо, образуя не¬
устойчивые сернистую и угольную кислоты соответственно. Химическое равно¬
весие в данных реакциях сильно смещено в сторону обратной реакции:
I +4 +4 +4 +4
SO2 + Н2О H2SO3 СО2 + Н2О Н2СО3
В чистом виде из водных растворов данные кислоты не выделены, поэтому в ре¬
акциях их формулы можно записать в виде SO2 + Н2О и СО2 + Н2О.
138 Гпава 2
Диоксид кремния является единственным кислотным оксидом, который не взаи¬
модействует с водой, поскольку соответствующая ему кремниевая кислота не¬
растворима в воде:
+4
SiO2 + Н2О
2. Кислотные оксиды вступают в реакцию соединения с основными и амфотерны¬
ми оксидами.
В реакциях образуются соли, состоящие из катиона металла основного или ам¬
фотерного оксида и кислотного остатка кислоты, соответствующей кислотном)
оксиду. Данные реакции протекают без изменения степеней окисления атомов
элементов.
Так, при взаимодействии оксида cepbi(IV) с оксидом натрия образуется сульфит
натрия, поскольку оксиду серы(1У) соответствует сернистая кислота:
+4 +4
Na2O + SO2 —> Na2SO3
При этом в реакции оксида серы(У1) с оксидом натрия образуется соль серно
кислоты — сульфат натрия:
+6 +6
Na2O + SO3 —> Na2SO4
■I
Важно!
При составлении формул солей следите за тем, чтобы степени окисленш
элементов оставались неизменными. Обратите внимание также на заряды об¬
разующихся катионов и анионов и расставьте индексы в формулах продукте!
реакций, если это необходимо.
При взаимодействии диоксида углерода с оксидом кальция образуется карбона!
кальция — соль угольной кислоты:
+4 +4
СаО + СО2 -> СаСО3
В реакции оксида азота(У) с оксидом цинка образуется соль азотной кислоты -ч
нитрат цинка:
+5 +5
ZnO + N2O5 —> Zn(NO3)2
3. Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями и амфотерными гидроке¬
дами.
Продуктами реакции являются соль и вода. Образующаяся соль состоит из ка
тиона металла основания или амфотерного гидроксида и кислотного остатка ki
слоты, соответствующей кислотному оксиду.
"сновы неорганической химии
139
Данные реакции также протекают без изменения степеней окисления атомов
элементов:
4-5 +5
Р2О5 + 6NaOH 2Na3PO4 + ЗН2О
+4 4-4
СО2 + Ва(ОН)2 -> ВаСОз j + Н2О
+7 +7
С12О7 4- Са(ОН)2 Са(С1О4)2 + Н2О
4-6 4-6
3SO3 + 2А1(ОН)3 -» A12(SO4)3 + ЗН2О
При взаимодействии со щелочами NO2 диспропорционирует с образованием
двух солей — нитрата и нитрита:
-4 +5 4-3
2NO2 + 2КОН KNO3 + KNO2 + Н2О
Однако при добавлении в реакцию кислорода образуется только нитрат:
+4 0 4-5 -2
4NO2 + 4КОН + О2 -> 4KNO3 + 2Н2О
Важно!
Оксиды не являются электролитами, поэтому данные реакции не являются
реакциями ионного обмена.
2.1.2. Химические свойства основных оксидов
Оксиды щелочных (Li, Na, К, Rb, Cs) и щелочноземельных (Са, Sr, Ва) металлов
взаимодействуют с водой.
В реакции образуются растворимые в воде основания — щёлочи. Обратите вни¬
мание, сановные оксиды, которым соответствуют нерастворимые в воде гидро¬
ксиды, не взаимодействуют с водой:
Na2O + Н2О 2NaOH СаО + Н2О Са(ОН)2
FeO + Н2О СиО + Н2О
Основные оксиды вступают в реакцию обмена с кислотами:
MgO + H2SO4 -> MgSO4 + Н2О 3Na2O + 2Н3РО4 2Na3PO4 + ЗН2О
Основные оксиды вступают в реакцию соединения с кислотными оксидами:
+5 4-5 4-1 +1
ЗК2О + Р2О5 -> 2К3РО4 СаО + С12О Са(С1О)2
Основные оксиды взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.
140
Гпава 2
2.1.3. Химические свойства амфотерных оксидов
Амфотерные оксиды могут проявлять как кислотные, так и основные свойства. Их
поведение в реакциях зависит от свойств веществ, с которыми они взаимодействуют.
1. Амфотерные оксиды взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами.
В данных реакциях амфотерные оксиды проявляют основные свойства (реаги¬
руют подобно основным оксидам). При взаимодействии образуются соли с ка¬
тионом амфотерного металла и анионом кислотного остатка:
Fe2O3 + 6НС1 -> 2FeCl3 + ЗН2О ZnO + SO3 ZnSO4
Важно!
Амфотерные оксиды не реагируют с оксидами слабых кислот (СО2, SO2).
2. Амфотерные оксиды взаимодействуют с основными оксидами и щелочами.
В данных реакциях амфотерные оксиды проявляют кислотные свойства. Прн
взаимодействии образуются соли с анионом, содержащим амфотерный металл
В зависимости от условий реакции протекают с образованием различных про¬
дуктов.
• При сплавлении амфотерных оксидов с оксидами или гидроксидами щелоч¬
ных и щелочноземельных металлов образуются средние соли, содержащие
кислородсодержащий анион ЭО2~, где Э — амфотерный металл.
Так, при сплавлении амфотерного оксида цинка с основным оксидом натрия
образуется средняя соль— цинкат натрия. Формулу кислотного остаткг
ZnO2" можно получить из формулы гидроксида цинка, записав его в ки¬
слотной форме — H2ZnO2 (см. табл. 1.7):
+2 t +2
ZnO + Na2O Na2ZnO2
При сплавлении амфотерного оксида алюминия с гидроксидом калия образу¬
ется алюминат калия (метаалюминат калия) — средняя соль с кислотным ос¬
татком А1О2. Формулу кислотного остатка можно получить из кислотной
формы записи гидроксида алюминия (Н3А1О3 - Н2О = НА1О2):
+3 f +3
А12О3 + 2КОН -> 2КАЮ2 + Н2О
Кислотный остаток FeO2 называется ферритом, а СгО2 — хромитом:
+3 f +3 +3 +3
Fe2O3 + СаО -> Ca(FeO2)2 Cr2O3 + 2NaOH -> 2NaCrO2 + Н2О
Основы неорганической химии 747
Ферратами и хроматами называются кислотные остатки, содержащие железо
и хром в степени окисления +6.
При сплавлении амфотерные оксиды также реагируют с карбонатами щелоч¬
ных и щелочноземельных металлов. Так, при сплавлении оксида железа(Ш) с
карбонатом натрия образуются феррит натрия и углекислый газ:
+3 / +3
Fe2O3 + Na2CO3 -> 2NaFeO2 + CO2f
Важно!
Оксиды не являются электролитами, поэтому не вступают в реакции ионного
обмена с солями:
ВаО + K2SO4 ZnO + Na3PO4
• При взаимодействии амфотерных оксидов с растворами щелочей образуют¬
ся растворимые в воде гидроксокомплексы — соли, содержащие комплекс¬
ный анион с лигандами гидроксогрупп.
Комплексообразующим ионом является катион амфотерного металла в той
же степени окисления, что и в оксиде. Количество гидроксогрупп определя¬
ется координационным числом комплексообразующего иона, которое, как
правило, в 2 раза превышает его заряд.
Так, при взаимодействии оксида цинка с раствором гидроксида натрия обра¬
зуется комплексная соль, анион которой содержит четыре гидроксогруппы —
ОН, поскольку координационное число двухвалентного цинка равно 4.
Суммарный заряд такого комплексного иона равен 2-, поэтому у однозаряд¬
ного катиона натрия Na+ ставится индекс 2. В реакции образуется раствори¬
мая в воде комплексная соль — тетрагидроксоцинкат натрия:
ZnO + 2NaOH + Н2О -> Na2[Zn(OH)4}
При растворении оксида алюминия в щелочах образуются тетрагидроксо-
алюминаты1:
А12О3 + 2КОН + ЗН2О -> 2К[А1(ОН)4]
Оксид хрома(Ш) обладает химической инертностью и является очень устой¬
чивым соединением, поэтому с растворами щелочей он практически не реа¬
гирует.
Оксид железа(Ш) проявляет слабые амфотерные свойства и также не раство¬
ряется в щелочах.
Координационное число иона алюминия в тетрагидроксоалюминатах равно 6, поскольку в состав
комплексного иона помимо четырёх лиганд гидроксогрупп входят также две лиганды воды, которые
могут не указываться в формуле соли.
142
Гпава 2
Важно!
Все амфотерные оксиды не реагируют с водой, поскольку все амфотерные
гидроксиды нерастворимы в воде:
А12О3 + Н2О ZnO + Н2О
2.1.4. Несолеобразующие оксиды
К несолеобразующим оксидам относятся следующие оксиды неметаллов: СО, SiO.
NO, N2O. Эти оксиды не взаимодействуют с водой, не образуют кислот и солей:
NO + H2O+> CO + Na2O+>
Однако угарный газ может взаимодействовать с расплавленными щелочами с обра¬
зованием солей муравьиной кислоты (см. разд. 4.2.4).
Важно!
Несолеобразующие оксиды принимают участие только в окислительно¬
восстановительных реакциях.
2.1.5. Восстановительные свойства оксидов
1. Оксиды элементов в промежуточной степени окисления могут взаимодейство¬
вать с кислородом. При этом степень окисления элемента в оксиде повышается:
+2 t +4 +3 t +5
2СО + О2 -> 2СО2 Р2О3 + О2 -> Р2О5
+1 t +2 +2 t +3
2Cu2O + О2 -> 4CuO 4FeO + O2 -> 2Fe2O3
Реакция оксида cepbi(IV) с кислородом является обратимой и экзотермической.
В соответствии с принципом Ле-Шателье смещению равновесия в сторону обра¬
зования оксида серы(У1) способствуют пониженная температура и повышенное
давление. Однако при низких температурах реакция практически не протекает
а при повышенных — с большей скоростью протекает обратная реакция разло¬
жения SO3. Поэтому для получения оксида cepbi(VI) с большим выходом реак¬
цию проводят в присутствии катализатора — оксида ванадия(У) V2O5:
v2o5
2SO2 + О2 2SO3
Оксид азота(П) взаимодействует с кислородом с образованием бурого газа —
оксида азота(1У):
+2 +4
2NO + О2 -> 2NO2
Основы неорганической химии
143
Важно!
Другие оксиды азота с кислородом не взаимодействуют.
2. Оксиды в промежуточной степени окисления элементов взаимодействуют с
сильными окислителями:
+3 t +5
ЗР2О3 + 2КС1О3 -> ЗР2О5 + 2КС1
2.1.6. Окислительные свойства оксидов
1. При взаимодействии оксидов с простыми веществами, проявляющими восстано¬
вительные свойства, степень окисления элемента в оксиде понижается:
+3 t +2 +2 t +1
Fe2O3 + Fe -> 3FeO CuO + Cu -> Cu2O
Fe2O3 + C -> 2FeO + CO
+4 t +2
CO2 + C->2CO
+6 +4
5SO3 + 2P -> 5SO2 + P2O5
+6 f +3
4CrO3 + 3S -> 2Cr2O3 + 3SO2
2. Оксиды-окислители (CrO3, MnO2, SO3) взаимодействуют co сложными веще¬
ствами, проявляющими восстановительные свойства:
+4 +2
MnO2 + 4HBr МпВг2 + Вг2 + 2Н2О
+6 +3
2CrO3 + 3K2SO3 + 3H2SO4 Cr2(SO4)3 + 3K2SO4 + ЗН2О
3. При нагревании оксиды металлов взаимодействуют с сильными восстановите¬
лями с образованием простых веществ-металлов (пирометаллургия). В промыш¬
ленности в качестве восстановителей применяются Н2, С (кокс), СО, Активные
металлы (Al, Mg). В ходе реакции они окисляются до следующих веществ:
Н2 -> Н2О С —> СО СО —> СО2 Me -► МехОу
В данные реакции вступают только основные и амфотерные оксиды металлов,
стоящих в ряду активности правее марганца Мп:
ZnO + Н2 4 Zn + Н2О РЬО + С 4 РЬ + СО
Fe2O3 + ЗСО 4 2Fe + ЗСО2 Сг2О3 + 2А1 4 А12О3 + 2Сг
Способ получения металлов из их оксидов при нагревании под действием алю¬
миния называется алюмотермией.
В качестве восстановителя также может использоваться аммиак. В ходе реакции
он окисляется до азота:
ЗСиО + 2NH3 4 ЗСи + NJ + ЗН2О
144
Гпава 2
Под действием углерода и магния могут восстанавливаться и некоторые кислот¬
ные оксиды:
SiO2 + 2Mg 4 2MgO + Si
P2O5 + 5C-■> 2P + 5C0
2.1.7. Получение оксидов
Основными способами получения оксидов являются реакции горения и разложения.
Реакции горения
1. Оксиды образуются при взаимодействии простых веществ с кислородом.
• Металлы.
О Щелочные металлы (Li, Na, К, Rb, Cs) взаимодействуют с кислородом с
образованием различных продуктов. Так, при сгорании в кислороде литий
образует оксид, натрий — пероксид, а калий и остальные щелочные ме¬
таллы — надпероксиды:
-2 -1
4Li + О2 —* 2Li2O 2Na + О2 —> Na2O2
оксид пероксид
-0,5 -0,5
К + О2 —> КО2 Rb + О2-> RbO2
надпероксид надпероксид
Оксиды можно получить, прокаливая пероксиды и надпероксиды с соот¬
ветствующими металлами без доступа воздуха:
Na2O2 + 2Na 4 2Na2O КО2 + ЗК 4 2К2О
0 Металлы II и III групп окисляются кислородом до соответствующих оксидов:
2Mg + О2 4 2MgO 4А1 + ЗО2 4 2А12О3
0 В зависимости от условий проведения реакции и количества кислорода
медь может сгорать как до оксида меди(1), так и до оксида меди(П):
4Си + О2(нед) 2Cu2O 2Cu + О2(Изб > 2CuO
0 Железо сгорает в кислороде с образованием железной окалины — оксида
железа(П, III):
+2; +3
3Fe + 2О2 -> Fe3O4
Железная окалина является смешанным (двойным) оксидом, её состав можн:
выразить формулой FeO Fe2O3. При взаимодействии оксида железа(П, Ш) с
кислотами образуются соли железа в степени окисления +2 и +3:
+2; +3 +2 +3
Fe3O4 + 8НС1 2FeCl2 + FeCl3 + 4Н2О
Основы неорганической химии
145
О В избытке кислорода хром сгорает до оксида хрома(Ш), а марганец — до
оксида марганца(1У):
4Сг + ЗО2 2Сг2О3 Мп + О2 -> МпО2
• Неметаллы.
О Продукт сгорания углерода и фосфора определяется количеством всту¬
пившего в реакцию кислорода. В избытке кислорода образуется оксид в
высшей степени окисления элемента, а в недостатке кислорода — в про¬
межуточной:
2С + О2(нед) -> 2СО С + О2(изб) -» СО2
4Р + ЗО2(нед) -> 2Р2О3 4Р + 5О2(избj -> 2Р2О5
О Кремний сгорает с образованием диоксида кремния:
Si + О2 —> SiO2
О Сера даже в избытке кислорода сгорает до сернистого газа, поскольку
дальнейшее окисление SO2 в SO3 возможно только в присутствии ката¬
лизатора:
v2o5
$ ^2(изб.)-*so2 2SO2 + О2 2SO3
О При нормальных условиях азот не взаимодействует с кислородом. Реакция
возможна только под действием электрического тока или при нагревании
до 2000 °C. Продуктом реакции азота с кислородом является монооксид
азота NO:
N2 + О2 2NO
При снижении температуры NO окисляется до бурого газа:
2NO + О2 2NO2
Важно!
Другие оксиды азота реакцией N2 и NO с кислородом получить невозможно.
0 Взаимодействие водорода с кислородом протекает с выделением большо¬
го количества тепла. Взрывоопасная смесь Н2 и О2 называется гремучей
смесью или гремучим газом'.
2Н2 + О2 4 2Н2О
гремучая смесь
146
Гпава 2
О Среди галогенов (F2, С12, Вг2, 12) с кислородом взаимодействует только
фтор. В реакции образуется фторид кислорода:
+2
2F2 + О2 -> 2OF2
С хлором, бромом и йодом кислород не взаимодействует, оксиды этих
элементов получают косвенным путем.
2. Оксиды образуются при горении простых веществ в оксидах азота N2O, NO2:
S + 2N2O 4 SO2t + 2N2t 4Cu + 2NO2 4 4CuO + N2f
2P + 5N2O 4 P2O5 + 5N21 4Zn + 2NO2 4 4ZnO + N2f
3. Оксиды образуются при горении летучих водородных соединений.
• При сжигании сероводорода в недостатке кислорода окисление протекает не
полностью, при этом образуется простое вещество— сера. При сжигании
H2S в избытке кислорода образуется сернистый газ:
-2,0 -2 , +4
2H2S + О2(нед) -> 2S + 2Н2О 2H2S + ЗО2(изб) -> 2SO2f + 2Н2О
• Продукт горения аммиака также зависит от условий протекания реакции. Без
катализатора окисление протекает с образованием простого вещества — азо¬
та, а при каталитическом окислении аммиака на платиновом Pt катализаторе
образуется оксид азота(П) — NO:
t л Pt
4NH3 + ЗО2 -> 2N2f + 6Н2О 4NH3 + 5О2 —> 4NO| + 6Н2О
• Продуктом реакции фосфина с кислородом может быть как оксид фосфо¬
ра^), так и ортофосфорная кислота:
2РН3 + 4О2 Р2О5 + ЗН2О РН3.+ 2О2 -> Н3РО4
нГрС*4
• Метан в избытке кислорода сгорает до углекислого газа, а силан — до диок¬
сида кремния:
СН4 + 2О2 4 со2 + 2Н2О SiH4 + 2О2 SiO2 + 2Н2О
4. Оксиды образуются при обжиге твёрдых сульфидов металлов в избытке кисло¬
рода. Продуктами реакций являются сернистый газ и оксиды металлов:
+2 -2 t +2 +4 +2 -2 t +2 +4
2CuS + ЗО2 -> 2CuO + 2SO2f 2ZnS + 3O2 -> 2ZnO + 2SO2$
Основы неорганической химии
147
Важно!
Если металл в сульфиде находится в промежуточной степени окисления, то
при его обжиге кислород окисляет и серу, и металл:
+ 1-2 t +2 +4 +2-1 t +3 +4
Cu2S + 2О2 -»2CuO 4- SO2| 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2f
пирит
Оксиды серебра(1) и ртути(П) при повышенных температурах разлагаются, по¬
этому обжиг их сульфидов приводит к образованию металла:
Ag2S 4- О2 -> 2Ag + SO2t
2Ag2O-^*4Ag + O2f
HgS + O24Hg + SO2f
2HgO 4?Hg + O2T
°еакции разложения
.. Оксиды образуются при разложении нерастворимых в воде гидроксидов метал¬
лов при нагревании.
Реакции протекают с образованием воды и оксида металла в той же степени
окисления, что и в гидроксиде:
+2 t +2 +3 t +3
Fe(OH)2 -> FeO + H2O 2Fe(OH)3 -> Fe2O3 + 3H2O
2. Оксиды образуются при разложении некоторых кислот.
• Кремниевая кислота является нерастворимым в воде гидроксидом, поэтому
аналогично гидроксидам металлов она разлагается при нагревании на оксид и
воду:
H2SiO3 —> SiO2 4- Н2О
• Твёрдая йодноватая кислота разлагается при нагревании с образованием ок¬
сида йода(У):
2HIO34l2O5 + H2O
• Нестабильные угольная и сернистая кислоты разлагаются при нормальных
условиях, поэтому углекислый и сернистый газы можно получать в реакциях
ионного обмена карбонатов и сульфитов с кислотами:
Н2СО3 СО2 4- Н2О H2SO3 SO2 + Н2О
FeCO3 + 2НС1 -> FeCl2 + CO2f + Н2О K2SO3 4- H2SO4 K2SO4 + SO2f + H2O
H2CO3
H2so3
148
Гпава 2
• Азотная кислота разлагается при длительном хранении, нагревании или на
свету с образованием воды, бурого газа и кислорода:
4HNO3 4 4NO2T + O2J + 2Н2О
3. Оксиды образуются при разложении нерастворимых в воде карбонатов и суль¬
фитов при нагревании.
Реакция протекает с образованием углекислого или сернистого газа и оксида ме¬
талла в той же степени окисления, что и в соли:
СаСО3 4 СаО + СО2 Т FeSO3 4 FeO + SO2 f
4. Оксиды образуются при разложении нитратов некоторых металлов.
Нитраты всех металлов разлагаются при нагревании. Продукты разложения за¬
висят от положения металла в ряду активности (рис. 2.1).
Me(NO3)x
нитрат
Rb-Na
*- Me(NO2)x + O2
нитрит
ГС
Li, Mg-Cu
MpO + NO + О
ОКСИД
Ag, Hg
Me + NO2 +O2
металл
Рис. 2.1. Схема разложения нитратов металлов
При разложении нитратов щелочных металлов (кроме нитрата лития) образуют¬
ся нитрит металла и кислород:
2KNO3 42KNO2 + О2Т
Разложение металлов щелочноземельных металлов может протекать как с обра¬
зованием нитрита, так и с образованием оксида металла:
Ba(NO3)2 4 Ba(NO2)2 + О2$ 2Ba(NO3)2 4 2ВаО + 4NO2f + O2f
Разложение металлов средней активности протекает с образованием бурого газа,
кислорода и оксида металла:
4Fe(NO3)3 4 2Fe2O3 + 12NO2f + ЗО2 J 2Cu(NO3)2 4 2CuO + 4NO2f + O2f
Важно!
Если степень окисления металла в нитрате промежуточная, то выделяющийся
при разложении кислород окисляет этот металл. Продуктом реакции является
оксид в более высокой степени окисления металла.
Основы неорганической химии 149
Так, при разложении нитрата железа(П) образуется оксид железа(Ш):
+2 t +3
4Fe(NO3)2 -> 2Fe2O3 + 8NOJ + О2 J
Разложение нитрата марганца(П) протекает с образованием оксида марган¬
ца^ V), при этом весь выделяющийся в реакции кислород расходуется на окис¬
ление марганца:
+2 t +4
Mn(NO3)2 -> MnO2 + 2NO2f
Оксиды серебра(1) и ртути(П) неустойчивы при повышенных температурах, по¬
этому при разложении их нитратов образуются металлы:
2AgNO3 4 2Ag + 2NO2T + OJ Hg(NO3)2 4 Hg + 2NO2f + OJ
Важно!
Разложение нитрата аммония при невысоких температурах протекает с обра¬
зованием веселящего газа — оксида азота(1):
NH4NO34n2O + 2H2O
Косвенные способы получения оксидов
1. Оксид фосфора(У) обладает гигроскопичностью— способностью поглощать
пары воды из воздуха, поэтому он может использоваться в качестве водоотни¬
мающего агента для получения ангидридов кислот. Поглощая воду, Р2О5 обра¬
зует метафосфорную кислоту НРО3;
2HNO3 + Р2О5 -> N2O5 + 2НРО3 2НС1О4 + Р2О5 -> С12О7 + 2НРО3
2. Оксид кремния(ГУ) при нагревании вытесняет оксиды из нерастворимых карбо¬
натов и фосфатов:
ВаСО3 + SiO2 4 BaSiO3 + CO2f Са3(РО4)2 + 3SiO2 4 3CaSiO3 + P2O5
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
1. CuS —> CuO —► CuCl2 —* Cu(OH)2 —> CuO —> CuSO4 —> Cu(NO3)2 —> CuO —► Cu
O2 ZnO t H2
2. NH3 —> NO-»X! —» HNO3 —> X2-> X3 —> X4 —► Zn(OH)2 —► X3Zn —► X3
150
Гпава 2
, 02 H2S К2О t HI СаО
3. Na -> Xi Na2O —> X2 H2S SO2 -> X3 K2SO4 -> KNO3 -> X4 -+ X5 X6
O2 t t KOH
4. Fe(OH)3 -> Fe2O3 -> Fe -> X! — FeCl2 Fe(NO3)2 X2 -> Fe(NO3)3 -> X; —> X3
кальциевая _ЛГ|ЙМ-П„ , негашёная v гашёная v бромид силикат
селитра мрамор -> известь — извеСть ' кальция кальция
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических эле¬
ментов:
1)F; 2)Р; 3)N; 4) Си; 5) Не.
1. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоя¬
нии содержат один неспаренный электрон.
2. Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые
образуют оксиды. Расположите выбранные элементы в порядке усиления ки¬
слотных свойств их высших оксидов.
3. Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые могут
образовывать оксид с общей формулой Э2О.
4. Среди предложенных формул веществ выберите формулы: А) кислотного
оксида; Б) основного оксида; В) высшего оксида.
1) F2O
2) N2O
3) CO
4) MnO3
5) A12O3
6) Cr2O3
7) FeO
8) MnO2
9) NO
5. Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО РЕАГЕНТЫ
A) ZnO 1) О2, BaO, NaOH
Б) FeO 2) НС1, К2СО3, КОН
В) А12О3 3) Н2, НВг, Н2О
Г) SO2 4) HI, О2, SO3
5) Н2О, КС1, Fe
Основы неорганической химии
151
6. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
A) NO2, О2 и Н2О
1)
NO и Н2О
Б) NH3 и О2, t
2)
HNO2 и Н2О
В) NH3 и О2, Pt
3)
HNO3
Г) NO2 и Н2О
4)
HNO3 и HNO2
5)
N2 и Н2О
6)
hno2
Задана следующая схема превращений веществ:
О2(изб.) КОН
пирит > X —> Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) S; 4) K2SO4;
2) SO2; 5) K2SO3.
3) so3;
8. В реактор постоянного объёма поместили некоторое количество оксида се-
ры(1У) и кислорода. В результате протекания обратимой реакции
2SO2(r) + О2(г) 2SO3(r)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходная концентрация кислорода составила 1,0 моль/л, а равновесные концен¬
трации оксида серы(ГУ) и оксида серы(У1) — по 1,0 моль/л.
Определите исходную концентрацию сернистого газа (X) и равновесную кон¬
центрацию кислорода (У):
1) 0,5 моль/л; 4) 2,0 моль/л;
2) 1,0 моль/л; 5) 2,5 моль/л;
3) 1,5 моль/л; 6) 4,0 моль/л.
9. Вычислите объём кислорода (при н. у.), который выделится при разложении
127,5 г нитрата серебра(1), содержащего 20% примесей. (Запишите число с
точностью до сотых.)
152
Гпава 2
2.2. Гидроксиды
Гидроксиды— сложные вещества, содержащие гидроксид-анион (ОН ). Различа¬
ют основные, амфотерные и кислотные гидроксиды (см. разд. 1.3.2). В данном раз¬
деле рассмотрены свойства оснований и амфотерных гидроксидов.
2.2.1. Основания
При нормальных условиях все основания являются твёрдыми веществами с ионной
кристаллической решёткой. Растворимые в воде основания называются щелочами.
К ним относятся гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов: LiOH.
NaOH, КОН, RbOH, CsOH, Са(ОН)2, Sr(OH)2 и Ва(ОН)2.
Щёлочи являются сильными электролитами, причём их основные свойства усили¬
ваются вниз по группе: гидроксид цезия — самая «сильная» щёлочь.
Все нерастворимые в воде основания, а также водный раствор аммиака (гидрат ам¬
миака) NH3 • Н2О являются слабыми электролитами.
Химические свойства щелочей
1. Щёлочи вступают в реакцию нейтрализации со всеми кислотами.
При взаимодействии образуются соль и вода:
2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2Н2О Са(ОН)2 + 2НВг СаВг2 + 2Н2О
2. Щёлочи реагируют с кислотными оксидами.
При взаимодействии образуются соль кислоты, соответствующей кислотному
оксиду, и вода:
2КОН + СО2 К2СО3 + Н2О Ва(ОН)2 + SO3 -+ BaSO4 + Н2О
3. Щёлочи взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.
• При нагревании (сплавлении) твёрдых щелочей с амфотерными соединения¬
ми образуется средняя соль:
2КОН + А12О3 4 2КА1О2 + Н2О Ва(ОН)2 + Zn(OH)24 BaZnO2 + 2Н2О
алюминат калия цинкат бария
• При растворении амфотерных оксидов и гидроксидов в растворах щелоче!
образуются комплексные соли:
2КОН(р_р) + А12О3 + ЗН2О -> 2К[А1(ОН)4]
Ва(ОН)2(р.р) + Zn(OH)2 Ba[Zn(OH)4]
Основы неорганической химии
153
- В щелочах растворяются некоторые амфотерные металлы: алюминий, цинк и
бериллий.
Реакция является окислительно-восстановительной: металл, попадая в раствор
щёлочи, окисляется с образованием гидроксокомплекса. Продуктом восстанов¬
ления водного раствора щёлочи является газообразный водород:
О +3
2КОН(р.р) + 2А1 + 6Н2О 4 2К[А1(ОН)4] + 3HJ
О +2
2NaOH(p.p) + Zn + 2Н2О Na2[Zn(OH)4] + H2f
Амфотерные металлы также реагируют с твёрдыми щелочами при сплавлении.
В реакции образуются средняя соль и водород:
О +2
2NaOH + Zn -* Na2ZnO2 + H2J
5. В щелочах растворяются некоторые неметаллы: галогены, сера, кремний и фосфор.
• При попадании в щелочной раствор галогены диспропорционируют с образо¬
ванием двух солей (кроме фтора) 1F1F2.
В холодном растворе щёлочи хлор диспропорционирует с образованием хло¬
рида и гипохлорита, а в горячем — с образованием хлорида и хлората:
0 ХОЛ. +1 0 гор. -1
С12 + 2КОН —> КС1 + КСЮ +Н2О 3 С12 + 6К0Н —> 5КС1 + КС1О3 + ЗН2О
гипохлорит хлорат калия
калия t
При взаимодействии хлора с холодным раствором гидроксида кальция обра¬
зуется смешанная соль хлорид-гипохлорит кальция (хлорная известь):
2С12 + 2Са(ОН)2 СаС12 + Са(С1О)2 + 2Н2О
Са(С1О)С1
Бром вступает в реакции со щелочами аналогично хлору, а йод при любой
температуре проведения реакции образует только иодид и иодат:
Br2 + 2NaOH NaBr + NaBrO + Н2О 3I2 + 6КОН ->■ 5KI + КЮ3 + ЗН2О
• Сера диспропорционирует в концентрированных щелочах с образованием
сульфида и сульфита3:
О t +4 -2
3S + 6КОН -> K2SO3 + 2K2S + ЗН2О
■ В отличие от других галогенов фтор окисляет растворы щелочей до кислорода или фторида кисло¬
рода (см. разд. 3.16).
В реакции также может образовываться тиосульфат натрия Na2S2O3 — продукт растворения серы в
сульфите натрия.
154
Гпава 2
• При растворении фосфора в щелочах выделяется газообразный фосфин, а в
растворе образуется соль фосфорноватистой кислоты — гипофосфит:
о t +1 -3
4Р + 3NaOH + ЗН2О 3NaH2PO2 + РН3 J
• В отличие от других неметаллов кремний в щелочах не диспропорционирует.
Реакция протекает с выделением водорода:
О +1 t +4 О
Si + 2К0Н + Н2О -> K2SiO3 + 2HJ
6. Щёлочи вступают в реакции ионного обмена с солями.
• Реакции протекают, если образуется нерастворимое в воде основание или не¬
растворимая соль:
2NaOH + MgCl2 -> Mg(OH)2| + 2NaCl Ва(ОН)2 + K2SO4 -> BaSO4i + 2KOH
• Если образуется амфотерный гидроксид:
3NaOH + А1С13 А1(ОН)3| + 3NaCl 2КОН + Zn(NO3)2 Zn(OH)2j + 2KNO3
Однако при взаимодействии солей амфотерных металлов с избытком щёлочи
образующийся осадок амфотерного гидроксида растворяется— продуктом
реакции является комплексная соль:
4NaOH(M36} + А1С13 -> Na[Al(OH)4] + 3NaCl
4КОН(изб ) + Zn(NO3)2 -> K2[Zn(OH)4] + 2KNO3
Важно!
Признаком реакции соли амфотерного металла с избытком раствора щёлочи
является образование осадка, а затем его полное растворение.
• При взаимодействии растворов щелочей с солями аммония происходит выде¬
ление аммиака — газа с резким запахом:
КОН + NH4C1 КС1 + NH3t + H2O
nh4oh
Реакция также протекает при нагревании твёрдых реагентов:
Са(ОН)2(тв} + 2NH4Br(TB ) 4 CaBr2 + 2NH3J + 2Н2О
Данные реакции используются для качественного определения катиона ам¬
мония: образуется газ с резким запахом — аммиак.
• Щёлочи вступают в реакции ионного обмена с кислыми солями (см. разд. 2.7)
7. При нагревании гидроксиды щелочных металлов (кроме LiOH) плавятся без
разложения.
Основы неорганической химии
155
Гидроксиды щелочноземельных металлов и гидроксид лития разлагаются при
очень высоких температурах:
Са(ОН)2 4 СаО + Н2О NaOH 4
Получение щелочей
1. Щёлочи образуются при растворении в воде щелочных и щелочноземельных ме
таллов, а также их гидридов.
Реакции являются окислительно-восстановительными, при их протекании выде
ляется газообразный водород:
0+1 +10
2Na + 2Н2О 2NaOH + Н2$
-1 +1 о
NaH + Н2О NaOH + H2f
0+1+2 0
Са + 2Н2О -► Са(ОН)2 + Н2|
-1 +1 о
СаН2 + 2Н2О -> Са(ОН)2 + 2H2f
2. Щёлочи образуются при растворении в воде оксидов щелочных и щелочнозе¬
мельных металлов:
Na2O + Н2О 2NaOH СаО + Н2О Са(ОН)2
3. Щёлочи образуются при растворении в воде пероксидов щелочных и щелочно¬
земельных металлов.
• В холодной воде реакция протекает с образованием пероксида водорода.
Степени окисления элементов при этом не изменяются:
Na2O2 + 2Н2О 2NaOH + Н2О2 СаО2 + 2Н2О Са(ОН)2 + Н2О2
• В горячей воде или при нагревании пероксид водорода разлагается с выделе¬
нием газообразного кислорода:
2Na2O2 + 2Н2О 4NaOH + O2f 2СаО2 + 2Н2О 2Са(ОН)2 + O2f
Обратите внимание, концентрированный пероксид водорода необходимо хра¬
нить в холодильнике, чтобы избежать разложения.
4. В промышленности щёлочи получают электролизом растворов галогенидов ще¬
лочных и щелочноземельных металлов:
4
2NaCl + 2Н2О -»H2j + 2NaOH + Cl2f
Химические свойства нерастворимых в воде оснований
1. Нерастворимые в воде основания вступают в реакцию нейтрализации с кислотами:
Cu(OH)2 + H2SO4 -► CuSO4 + 2Н2О Fe(OH)2 + 2HI -► Fel2 + 2Н2О
2. Взаимодействуют с кислотными оксидами сильных кислот:
Mg(OH)2 + SO3 -> MgSO4 + Н2О
156 Гпава 2
3. Разлагаются при нагревании до оксида металла в той же степени окисления и
воды:
Fe(OH)2 4 FeO + Н2О Cu(OH)2 4 CuO + Н2О
Гидроксид серебра(1) в водной среде разлагается, поэтому при его получении в
ходе реакции ионного обмена образуется оксид серебра(1):
2AgNO3 + 2КОН 2KNO3 + Ag2Ol + Н2О
чёрный
I Важно!
Нерастворимые в воде основания не вступают в реакции ионного обмена с
солями.
Получение нерастворимых в воде оснований
1. Нерастворимые в воде основания не образуются при взаимодействии соответ¬
ствующего оксида металла с водой:
CuO + Н2О пч FeO + Н2О
2. Из оксидов нерастворимые основания можно получить в две стадии:
• сначала основный оксид растворяют в кислоте:
CuO + 2HNO3 -> Cu(NO3)2 + Н2О FeO + 2НС1 -> FeCl2 + Н2О
• затем к полученной соли добавляют раствор щёлочи или аммиака:
Cu(NO3)2 + 2КОН Cu(OH)2| + 2KNO3
FeCl2 + 2NH3 + 2H2O -> Fe(OH)2| + 2NH4C1
Реакцию можно проводить с избытком раствора щёлочи, поскольку образую¬
щиеся основания не растворяются в щелочах (в отличие от амфотерных гидро¬
ксидов).
2.2.2. Амфотерные гидроксиды
При нормальных условиях все амфотерные гидроксиды являются твёрдыми веще¬
ствами с ионной кристаллической решёткой и относятся к слабым электролитам.
Химические свойства амфотерных гидроксидов
Амфотерные гидроксиды проявляют те же химические свойства, что и амфотерные
оксиды.
1. Амфотерные гидроксиды взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами
сильных кислот.
Основы неорганической химии
157
В данных реакциях амфотерные гидроксиды проявляют основные свойства (реа¬
гируют подобно основаниям). При взаимодействии образуются соли с катионом
амфотерного металла:
А1(ОН)3 + 3HNO3 A1(NO3)3 + ЗН2О Zn(OH)2 + 2НС1 ZnCl2 + 2Н2О
2. Амфотерные гидроксиды взаимодействуют со щелочами и основными оксидами.
В данных реакциях амфотерные гидроксиды проявляют кислотные свойства.
При взаимодействии образуются соли с анионом, содержащим амфотерный ме¬
талл. В зависимости от условий реакции протекают с образованием различных
продуктов.
• При сплавлении образуются средние соли, анион которых содержит амфо¬
терный металл:
А1(ОН)3 + КОН 4 КА1О2 + 2Н2О Zn(OH)2 + ВаО 4 BaZnO2 + Н2О
Амфотерные гидроксиды также реагируют с карбонатами щелочных и ще¬
лочноземельных металлов при сплавлении:
2Сг(ОН)3 + К2СО3 4 2КСгО2 + CO2f + ЗН2О
• При растворении амфотерных гидроксидов в растворах щелочей образуются
гидроксокомп лексы:
А1(ОН)3 + КОН К[А1(ОН)4] Zn(OH)2 + 2NaOH -> Na2[Zn(OH)4]
Гидроксид железа(Ш) проявляет слабые амфотерные свойства и не взаимо¬
действует с растворами щелочей.
3. Амфотерные гидроксиды разлагаются при нагревании с образованием оксида в
той же степени окисления металла и воды:
2А1(ОН)3 4 А12О3 + ЗН2О Zn(OH)2 4 ZnO + Н2О
Важно!
Амфотерные гидроксиды не вступают в реакции ионного обмена с солями.
Получение амфотерных гидроксидов
1. Все амфотерные гидроксиды нерастворимы в воде, поэтому их нельзя получить
реакцией соответствующего оксида с водой:
А12О3 + Н2О ZnO + Н2О
158
Гпава 2
2. Амфотерные гидроксиды образуются при взаимодействии солей амфотерных
металлов со щелочами.
В отличие от нерастворимых в воде оснований амфотерные гидроксиды раство¬
ряются в избытке щёлочи, поэтому реакцию следует проводить с недостатком
щёлочи, добавляя её к раствору соли по каплям:
A12(SO4)3 + 6КОН(нед) 2A1(OHU + 3K2SO4
ZnCl2 + Ва(ОН)2(нед ) Zn(0H)4 + ВаС12
При взаимодействии солей амфотерных металлов с избытком раствора щёлочи
происходит растворение образующегося осадка амфотерного гидроксида. Про¬
дуктом реакции является комплексная соль:
A12(SO4)3 + 8КОН(изб) 2К[А1(ОН)4] + 3K2SO4
ZnCl2 + 2Ва(ОН)2(нед3 Ba[Zn(OH)4] + ВаС12
Гидроксид цинка образует комплексные соединения с аммиаком, поэтому для
его получения к солям цинка раствор аммиака необходимо добавлять по каплям,
избегая избытка:
ZnCl2 + 2NH3 • Н2О(нел) Zn(OH)J + 2NH4C1
Другие амфотерные гидроксиды не образуют комплексных соединений с ам¬
миаком, поэтому для их получения раствор аммиака можно добавлять как в из¬
бытке, так и в недостатке:
A12(SO4)3 + 6NH3 • Н2О(изб) 2А1(ОН)4 + 3(NH4)2SO4
3. Гидроксиды алюминия, железа(Ш) и хрома(Ш) образуются при гидролизе соот¬
ветствующих сульфидов, карбонатов и сульфитов:
A12S3 + 6Н2О -► 2А1(ОН)Д + 3H2Sf
Fe2(CO3)3 + ЗН2О -> 2Fe(OH)4 + 3CO2f
2А1С13 + 3Na2SO3 + ЗН2О 2А1(ОН)Д + 3SO2f + 6NaCl
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительнс-
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель :■
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
КОН А12О3, t
1. N2 —> NH3 —»• NH4NO3 —> Х1 NO Х2 -> NaNO2 NaCl -> NaOH > Х3
НэО S KMnO4, H С12(Хол.) KOH(rOD)
2. К2О Xj -> K2SO3 > Х2 -> КВг КОН Х3 С12 —-У х3
"сноеы неорганической химии
159
О2 Н2О(хол.) I2 *(р-ра) Si Нрасплава) Н20 Zn
j Na ► Х| > Х2 * Nai ► Х2 Х3 —> NaCl г Х4 > Х2 ■> Х^
Н20 t HCl NH3(n-p) х Г z х КОН(изб.)
- A12S3 X! -+ Х2 —» Х3 —X! A1(NO3)3 ->Х2 -+ A12(SO4)3 —»Х4
едкий - гидрид едкий поваренная _ едкий хлорат
натр натрии —> наТрИЯ натр —► соль ► натр натрия
В одну из пробирок с осадком гидроксида цинка добавили сильную кислоту
X а в другую — раствор сильного электролита Y. В результате в обеих про¬
бирках наблюдалось растворение осадка. Из предложенного перечня выбери¬
те веществами У, которые могут вступать в описанные реакции:
1) Ва(ОН)2;
2) HF;
4) NH3 -H2O;
5) НС1О4.
3) HNO2;
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
РЕАГЕНТЫ
А) А1(ОН)3
1) Н2О, Si, HNO2
Б) NaH
2) S, НВг, Al
В) КОН
3) HNO3, Ba(OH)2, HCl
Г) СаО
4) HCl, H2O, H2SO4
5) Н2О, HNO3, ВаС12
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
A)
NaOH (гор.) и Cl2
1)
NaCl и H2O
Б)
NaOH (ход.) и Cl2
2)
NaClO и H2O
B)
NaOH и C12O
3)
NaClO, NaCl и H2O
Г)
NaOH и HCl
4)
NaClO, NaClOj и H2O
5)
NaClO3 и Н2О
6)
NaCl, NaC103 и Н2О
160
Гпава 2
4. Задана следующая схема превращений веществ:
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и К:
1) Na2SO3; 4) NaOH;
2) Na2SO4; 5) NaHSO4.
3) Na;
5. Из предложенного перечня выберите все типы реакций, к которым относится
взаимодействие цезия с водой:
1) обратимая; 4) каталитическая;
2) окислительно-восстановительная; 5) экзотермическая.
3) замещения;
Для выполнения заданий 6, 7 используйте следующий перечень веществ:
сульфат железа(П), сульфид калия, хлорид алюминия, перманганат калия, гидро¬
ксид калия, серная кислота. Допустимо использование воды в качестве среды про¬
текания реакции.
6. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови¬
тельная реакция между которыми протекает с образованием нерастворимог
гидроксида. Запишите уравнение только одной из возможных реакций с уча¬
стием выбранных веществ, составьте электронный баланс, укажите окисли¬
тель и восстановитель.
7. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми возможна
реакция ионного обмена, протекающая с образованием осадка и выделение:
газа. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения ре¬
акции с участием выбранных веществ.
2.3. Кислоты
Кислоты — сложные вещества, состоящие из катиона водорода Н+ и аниона ки¬
слотного остатка.
По количеству атомов водорода, способных замещаться на металл, различают однс-
основные (HNO3), двухосновные (H2SO4), трёхосновные (Н3РО4) кислоты и т. д
Кислородсодержащие кислоты являются гидроксидами неметаллов в соответст
вующей валентности и степени окисления (см. разд. 1.3.3}. В свою очередь, бески¬
слородные кислоты представляют собой растворы соответствующих летучих водо¬
родных соединений в воде. Кремниевая и фосфорная кислоты при нормальных усло|
виях являются твёрдыми, а остальные кислородсодержащие кислоты — жидкими.
Основы неорганической химии
161
Все кислоты, кроме кремниевой, растворимы в воде, но не все из них являются
зальными электролитами. К сильным кислотам относятся только HNO3, H2SO4,
ЯС1,НВг,Ш, НС1О3, НС1О4, НМпО4.
■’онцентрированная серная кислота и азотная кислота в любой концентрации явля¬
ется кислотами-окислителями. Все остальные кислоты и разбавленная серная ки-
.дота проявляют слабые окислительные свойства и относятся к кислотам¬
- ^окислителям.
химические свойства кислот
Кислоты вступают в реакцию нейтрализации с основаниями и амфотерными
гидроксидами:
НС1 + КОН -> КС1 + Н2О H2SO4 + Zn(OH)2 -> ZnSO4 + 2Н2О
2 Кислоты взаимодействуют с основными и амфотерными оксидами:
2Н3РО4 + 3Na2O -> 2Na3PO4 + ЗН2О 6НС1 + Fe2O3 2FeCl3 + ЗН2О
Кислоты взаимодействуют с аммиаком по донорно-акцепторному механизму с
образованием солей аммония:
H2SO4 + 2NH3 -4 (NH4)2SO4 HCl(r) + NH3(r) -> NH4Cl(r)
- Кислоты вступают в реакции замещения с металлами.
• Металлы, стоящие в ряду активности левее водорода (Н2), вытесняют водо¬
род из растворов кислот. Реакция сопровождается растворением металла и
выделением газообразного водорода:
2А1 + 6НВг -> 2А1Вг3 + 3H2f Mg + H2SO4(pa360 MgSO4 + Н2{
В данных реакциях окислителем является катион водорода кислоты.
• Металлы, стоящие в ряду активности правее водорода (Н2), не вытесняют
водород из растворов кислот и, соответственно, не растворяются в них:
Си + НС1 Ag + Н2 SO4(pa36}
• Катион водорода проявляет слабые окислительные свойства, поэтому при
взаимодействии с кислотами-неокислителями железо и хром повышают свою
степень окисления до +2 (не до +3):
Fe + 2НС1 -> FeCl2 + H2f Cr + H2SO4(pa36) -4 CrSO4 + H2f
• В некоторых случаях растворению металла в кислоте может препятствовать
образующаяся на его поверхности плёнка нерастворимой соли:
Pb + HCl+> Ba + H2SO4+*
162
I лава 2
Важно!
Неметаллы не вступают в подобные реакции и не вытесняют водород из рас¬
творов кислот.
5. Кислоты вступают в реакции ионного обмена с солями более слабых кислот.
• Все кислоты взаимодействуют с силикатами, поскольку в реакциях образует¬
ся слабая нерастворимая в воде кремниевая кислота:
K2SiO3 + 2НС! -> H2SiO3| + 2КС1
Na2SiO3 + СО2 + Н2О -+ H2SiO3; + Na2CO3
• Кислоты реагируют как с растворимыми, так и с нерастворимыми карбоната¬
ми, сульфитами и сульфидами:
ф К2СО3 + 2HNO3 -► 2KNO3 + COJ + Н2О
• CaSO3 + 2HBr -► CaBr2 + SO2J + Н2О
. Na2S + 2НС1 —> 2NaCl + H2Sf
ф FeS + H2SO4(pa36 ) —> FeSO4 + H2Sf
Однако нерастворимые в воде CuS, Ag2S, PbS не взаимодействуют с кислс-
тами-неокислителями:
CuS + НС1 Ag2S + H2SO4(pa36)
Сульфиды этих металлов можно растворить только в кислотах-окислителях!
(см. разд. 2.4 и 2.5).
• Нерастворимыми в кислотах осадками являются BaSO4, галогениды серебр
(AgCl, AgBr, Agl) и фториды щелочноземельных металлов (CaF2, SrF2, ВаЕ I
Данные осадки не растворяются в образующихся в реакциях кислотах:
ВаС12 + H2SO4 -> BaSO4| + 2НС1 AgNO3 + НС1 -> AgCU + HNO3
CaBr2 + 2HF -> CaF21 + 2HBr CuSO4 + H2S -> CuS| + H2SO4
• Реакции ионного обмена между сильными кислотами и солями более слабый
кислот могут протекать без видимых признаков изменений:
KF + НС1 -> КС1 + HF
2NaNO2 + H2SO4(pa36 ) -+ Na2SO4 + 2HNO2
6. Некоторые кислоты разлагаются.
• Нерастворимая в воде кремниевая кислота разлагается при нагревании:
H2SiO3 —> SiO2 + Н2О
Основы неорганической химии
163
• Неустойчивые угольная и сернистая кислоты разлагаются при нормальных
условиях:
Н2СО3 СО2 + Н2О H2SO3 SO2 + Н2О
• Азотная кислота разлагается при длительном хранении, нагревании или на
свету с образованием воды, бурого газа и кислорода (подобно разложению
нитратов):
4HNO3 4 4NO2f + O2f + 2Н2О
". Кислородсодержащие кислоты взаимодействуют с Р2О5 с образованием ангид¬
рида данной кислоты и метафосфорной кислоты:
H2SO4 + Р2О5 SO3 + 2НРО3 2НС1О4 + Р2О5 -> С12О7 + 2НРО3
г Многие кислоты вступают в окислительно-восстановительные реакции.
• H2SO4(K0Hll) и HNO3 являются кислотами-окислителями (см. разд. 2.4 и 2.5).
• Сернистая и азотистая кислоты проявляют окислительно-восстановительную
двойственность с более выраженными восстановительными свойствами:
+4 +6 +3 +5
H2SO3 + С12 + Н2О -> H2SO4 + 2НС1 2HNO2 + О2 -> 2HNO3
• Бескислородные кислоты проявляют сильные восстановительные свойства,
наиболее выраженные у НВг, Ш и H2S. В реакциях с ними сернистая и азо¬
тистая кислоты являются окислителями:
+4 -10 0 +3 -2 +2 0
H2SO3 + 4HI —> S + 2I2 + ЗН2О 2HNO2 + H2S -► 2NO + S + 2Н2О
• Растворы галогеноводородов взаимодействуют с галогенами, проявляющими
более сильные окислительные свойства. Вышестоящий в таблице Менделеева
галоген вытесняет нижестоящий из раствора его кислоты:
С12 + 2HBr -► Br2 + 2НС1 12 + НВг
Галогены вытесняют серу из раствора сероводорода:
С12 + H2S —► S + 2НС1 I2 + H2S — S + 2HI
Получение кислот
1. Бескислородные кислоты образуются в реакциях соединения водорода с соот¬
ветствующими неметаллами4:
hv
Н2 + F2 -+ 2HF Н2 + С12 -> 2НС1
t t
H2 + I2 ^2HI -g H2 + S^H2S
4 Реакция водорода с хлором протекает под действием ультрафиолетового излучения (света), которое
в реакциях отображается с помощью символов hv, обозначающих энергию кванта света.
164
Гпава 2
2. Кислородсодержащие кислоты образуются при взаимодействии соответствую
щих кислотных оксидов с водой:
SO3 + Н2О -> H2SO4 Мп2О7 + Н2О -► 2НМпО4
С12О + Н2О 2НС1О SiO2 + Н2О
Важно!
Нерастворимую в воде кремниевую кислоту нельзя получить реакцией окси¬
да кремния с водой.
3. Кислоты образуются в реакциях ионного обмена:
K2SiO3 + H2SO4 -> K2SO4 + H2SiO3; KNO2 + HC1 -> KC1 + HNO2
4. Летучие кислоты HF, HC1, HNO3, CH3COOH образуются при взаимодействии
твёрдых солей данных кислот с концентрированной серной кислотой.
Продуктами реакции являются летучая кислота и гидросульфат щелочного ме¬
талла (или сульфат щелочноземельного):
КС1(те} + H2SO4(kohu) - KHSO4 + НС1
Ca(NO3)2 + H2SO4(Kom) - CaSO4 + 2HNO3
Бромиды, иодиды и сульфиды окисляются под действием H2SO4(kohix), поэтом}
HBr, HI и H2S таким способом получить нельзя (см. разд. 2.4).
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительнс -
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
£ (р"Ра) SO2, Н2О Ва КМпО4
1. СаС12 > Х1 > НС1 -> Х2-^НС1 >
NaOH H2SO4(KOHtt) NH3
—> Х3 > Х4 —> Х5
2.
3.
4.
5.
Н2 О2(Изб) Н2О Fe О?, H2SO4
FeS H2S S -> X, —4х2 K2SO3 -» SO2 SO3 —>Х3 ->Х4 >Х5
Н2О Mg HI О, Н2О KMnO4, Н Fe2O3 t
N2O3 —> X! -»Х2 -+ KNO2 -> HNO2 -> Х3 -4 х4 —♦ Х5 > Х6 ► Х7 Х8
H2SO4(pa36) t Н2О,О2 t КОН НС1 Вг2, Н2О NH,
Fe ^4 Х,^ Fe(NO3)2 NO2 > Х2 Х3 —> Х4 Х5 — > Х2 —* Х6
гипохлорит хлорноватистая кремниевая оксид силикат
ХЛ0Р натрия —* кислота ~* кислота —> кремния—* калия
Основы неорганической химии 165
Тест
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических эле¬
ментов:
1) С1; 2) Мп; 3)N; 4) F; 5) Сг.
1. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоя¬
нии содержат одинаковое число электронов на внешнем уровне.
2. Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента-
неметалла. Расположите выбранные элементы в порядке ослабевания кислот¬
ных свойств их летучих водородных соединений.
3. Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в со¬
ставе образованных ими кислот могут проявлять степень окисления +5.
4. Среди предложенных формул/названий веществ выберите формулы/назва-
ния: А) двухосновной кислоты; Б) гидроксида; В) кислотного оксида.
1) йодноватая кислота
2) Н2О2
3) монооксид азота
4) NaH2PO4
5) МпО2
6) соляная кислота
7) СгО3
8) сероводородная кислота
9) СаОНС!
5. В одну из пробирок с раствором сильной кислоты X добавили раствор слабо¬
го электролита У, а в другую — раствор нитрита бария. В результате в обеих
пробирках реакция протекла без видимых признаков изменений. Из предло¬
женного перечня выберите вещества X и У, которые могут вступать в описан¬
ные реакции:
1) фтороводородная кислота; 4) гидроксид натрия;
2) соляная кислота; 5) гидрат аммиака.
3) серная кислота;
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
MgCl2 и Н2
MgCl2 и Н2О
Mg(C103)2 и Н2
Mg(C104)2 и Н2
Mg(C103)2 и Н2О
Mg(ClO4)2 и Н2О
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
А) хлорная кислота и гидроксид магния 1)
Б) соляная кислота и магний 2)
В) хлорноватая кислота и оксид магния 3)
Г) соляная кислота и гидрид магния 4)
5)
6)
166
Г.пава 2
7. Задана следующая схема превращений веществ:
SO3-^4 Н2
Определите, какие из указанных веществ являются веществами XnY:
1) Си;
2) Fe;
3) H2SO4;
4) K2SO4;
5) MgO.
Для выполнения заданий 8, 9 используйте следующий перечень веществ:
перманганат калия, иодоводород, сероводород, фтороводород, нитрат серебра(1).
карбонат калия. Допустимо использование воды в качестве среды протекания ре¬
акции.
8. Из предложенного перечня выберите кислоту и вещество, в ходе окислитель¬
но-восстановительной реакции между которыми одна молекула восстанови¬
теля отдаёт один электрон. Запишите уравнение только одной из возможных
реакций с участием выбранных веществ, составьте электронный баланс, ука¬
жите окислитель и восстановитель.
9. Из предложенного перечня выберите сильную кислоту и вещество, между
которыми возможна реакция ионного обмена, протекающая с образованием
осадка. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения
реакции с участием выбранных веществ.
2.4. Серная кислота
H2SO4 — серная кислота, гидроксид серы(У1) — сильная двухосновная кислота.
В чистом виде представляет собой бесцветную вязкую жидкость, смешивающуюся
с водой в любых соотношениях.
Серная кислота обладает гигроскопичностью — способностью поглощать пары во¬
ды из воздуха. Растворение серной кислоты в воде сопровождается выделение],
большого количества тепла, поэтому при приготовлении раствора серной кислоты
необходимо осторожно добавлять кислоту в воду, чтобы избежать вскипания воды
и разбрызгивания раствора кислоты: «Сначала вода, потом кислота— иначе слу¬
чится большая беда!» При попадании на кожу серная кислота вызывает сильны:
ожоги.
Окислительные свойства серной кислоты определяются её концентрацией в рас¬
творе (табл. 2.2). Продуктом восстановления концентрированной серной кислоты I
всегда является соединение, содержащее серу, поскольку окислителем в реакциях
является сера в степени окисления +6.
Основы неорганической химии
167
Таблица 2.2. Окислительные свойства серной кислоты в зависимости от её концентрации
Химические свойства
Концентрация серной кислоты
концентрированная
разбавленная
Окислительные свойства
Сильные:
кислота-окислитель
Слабые
Взаимодействует со всеми
металлами, кроме Au и Pt
Взаимодействует с металлами,
стоящими в ряду
активности левее водорода
Окисляет некоторые
неметаллы
Не окисляет неметаллы
Окисляет сложные вещества
Не окисляет сложные
вещества
Окислитель
s-k.
н+
Продукт восстановления
+4 0 -2
SO2, S, H2S
0
н2
Окислительные свойства
гонцентрированной серной кислоты
Концентрированная серная кислота взаимодействует со всеми металлами, кроме
Au и Pt. Продукт восстановления кислоты зависит от активности металла.
• Основным продуктом восстановления серной кислоты в реакциях с неактив¬
ными металлами является SO2 (сернистый газ, диоксид серы) — газ с рез¬
ким запахом:
+6 +4
Си + 2H2SO4(kohu) ► CuSO4 + SO2T + 2Н2О
но Си +H2SO4(pa36 )
• В реакциях с металлами средней активности продуктом восстановления
может быть как сернистый газ, так и сера— жёлтое простое вещество, не
растворяющееся в воде:
+6 о
ЗМп + 4H2SO4(Kom) 3MnSO4 + S + 4Н2О
+1 о
Мп + H2SO4(pa36} -> MnSO4 + Н2?
• В реакциях с активными металлами (Li-Zn), проявляющими сильные вос¬
становительные свойства, S+6 принимает восемь электронов и понижает свою
степень окисления до низшей S-2.
168
Глава 2
Продуктом восстановления является сероводород — газ с неприятным запа¬
хом:
+6 -2
4Mg + 5H2SO4(kohw) 4MgSO4 + H2Sf + 4Н2О
+ 1 о
но Mg + H2SO4(pa36) ->• MgSO4 + H2f
• При нормальных условиях концентрированная серная кислота не реагирует с
алюминием, железом и хромом.
При внесении этих металлов в концентрированный раствор серной кислоты
их поверхность покрывается нерастворимой в кислотах оксидной плёнкой —
происходит пассивация металла. Однако реакция протекает при нагревании:
+6 t
2А1 + 6H2SO4(koh,) A12(SO4)3 + 3SO2f + 6Н2О
• Концентрированная серная кислота, в отличие от разбавленной, является
сильным окислителем, поэтому железо и хром при растворении в ней обра¬
зуют соли в степени окисления +3:
2Fe + 6H2SO4(KOH1() -> Fe2(SO4)3 + 3SO2f + 6H2O
но Fe + H2SO4(pa36) -> FeSO4 + H2f
2. Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы: Р, С и S.
• Фосфор окисляется до высшего гидроксида — фосфорной кислоты:
2Р + 5H2SO4(kohu) 2Н3РО4 + 5SOJ + 2Н2О
• Продуктом окисления углерода является углекислый газ:
С + 2H2SO4(kohiC CO2f + 2SO2T + 2Н2О
• В реакции H2SO4(KOHU>) с серой образуется сернистый газ — продукт окисле¬
ния серы и восстановления серной кислоты:
S + 2H2SO4(kohii) 3SO2t + 2Н2О
S°-4e—>S+4 1
S+6 + 2ё —► St4 2
3. Концентрированная серная кислота взаимодействует со сложными веществами,
проявляющими восстановительные свойства.
Продуктом восстановления H2SO4(KOHII ), как правило, является сернистый газ:
KNO2 + H2SO4(kohu) -> KNO3 + SO2? + H2O
Основы неорганической химии
169
• Сероводород и сульфиды могут окисляться как до серы, так и до сернистого
газа:
H2S + H2SO4(KOHUj —> S + SO2t + 2H2O
или H2S + 3H2SO4(koh1l) —> 4SO2f + 4H2O
Na2S + 2H2SO4(KOHLt) S + SO2f + Na2SO4 + 2H2O
но Na2S + H2SO4(pa36) —► Na2SO4 + H2S |
ZnS + 4H2SO4(kohu.) -> ZnSO4 + 4SO2f + 4H2O
но ZnS + H2SO4(pa36} —► ZnSO4 + H2Sf
2FeS2 + 14H2SO4(kohii) Fe^SO^ + 15SOJ + 14H2O
пирит
2Fe+2-2e-?~2Fe^3) [
4S'1- 20<? -> 4S+4 J 22e
S+6 + 2e^S+4 —
Обратите внимание, в данной реакции SO2 образуется как при окислении
пирита, так и при восстановлении серной кислоты, поэтому коэффициент пе¬
ред SO2 является суммой коэффициентов, полученных с помощью метода
электронного баланса (4 + 11 = 15).
Сульфиды меди(П), серебра(1), свинца(П) не растворяются в кислотах-
неокислителях, но окисляются под действием H2SO4(KOH1I}:
CuS + 4H2SO4(kohi^j —> CuSO4 + 4SO2T + 4H2O
HO CuS + H2SO4(pa36>) +»
• Реакции с галогеноводородами и солями их кислот протекают с образованием
различных продуктов.
О HF и НС1 не взаимодействуют с серной кислотой.
Однако твёрдые фториды и хлориды реагируют с H2SO4(kohu). Реакция
протекает без изменения степеней окисления элементов из-за низкой вос¬
становительной способности этих анионов:
КС1(ТВ) + H2SO4(KOW) - KHSO4 + НС1 CaF2 + H2SO4(kohii) -> CaSO4 + 2HF
0 HBr и бромиды проявляют сильные восстановительные свойства, поэтому
окисляются под действием H2SO4(Komv) до брома.
Продуктом восстановления серной кислоты является сернистый газ:
2КВг + 2H2SO4(KOHa) Br2 + SO2$ + K2SO4 + 2Н2О
170
Гпава 2
О HI и иодиды являются очень сильными восстановителями, поэтому в ре¬
акциях с ними сера понижает свою степень окисления до -2.
Продуктом восстановления серной кислоты является сероводород:
8HI + H2SO4(KOHll) - 4I2 + H2S? + 4Н2О
• Соединения с фосфором в низшей и промежуточных степенях окисления
окисляются H2SO4(kohu) до фосфорной кислоты:
РН3 + 4H2SO4(kohix) -» Н3РО4 + 4SO2? + 4Н2О
Р2О3 + 2H2SO4(kow) + Н2О -> 2Н3РО4 + 2SO2?
• Соединения железа и хрома в степени окисления +2 под действием
H2SO4(KOhU) окисляются до соединений в степени окисления +3:
2CrO + 4H2SO4(KOHtt) -> Cr2(SO4)3+ SO2f + 4Н2О
но СгО + H2SO4(pa36; —> CrSO4 + Н2О
2Fe(OH)2 + 4H2SO4(kohii) -> Fe2(SO4)3 + SO2f + 6H2O
но Fe(OH)2 + H2SO4(pa36 j ► FeSO4 + 2H2O
2FeSO4 + 2H2SO4(koh4) -+ Fe2(SO4)3 + SO2? + 2H2O
но FeSO4 + H2SO4(pa36 )
Обратите внимание, в смешанном оксиде Fe3O4 присутствует железо в сте¬
пени окисления +2, поэтому при растворении в H2SO4(KOHII) железная окалина
также подвергается окислению:
+2; +3 ' +з
2Fe3O4 + 10H2SO4(kohu) 3Fe2(SO4)3 + SO2f + 10Н2О
+2; +3 +2 +3
но Fe3O4 + 4H2SO4(pa36) —> FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
• Соединения меди в степени окисления +1 под действием H2SO4(kohix) окисля¬
ются до соединений в степени окисления +2:
Cu2O + 3H2SO4(koh1^j —> 2CuSO4 + SO2T + ЗН2О
Важно!
Продуктом восстановления серной кислоты в реакции с Cui может быть как
H2S, таки SO2:
2CuI + 4H2SO4(kohu) 2CuSO4 + I2 + 2SO2f + 4H2O
Основы неорганической химии 171
Для верного написания реакции необходимо учитывать описание запаха об¬
разующегося газа, указанное в условии задания:
О SO2 — газ с резким запахом;
О H2S — газ с неприятным запахом.
I 4. H2SO4(kohii) вступает в реакции обмена с веществами, не проявляющими восста¬
новительные свойства.
В данных реакциях не образуются продукты восстановления серной кислоты
(H2S, S, SO2), поскольку реакции не являются окислительно-восстановитель¬
ными:
2Fe(OH)3 + 3H2SO4(kohii) Fe2(SO4)3 + 6Н2О
MgO + Н28О4(к0Нц) —» MgSO4 + H2O
I Получение серной кислоты
I В качестве сырья для производства серной кислоты используют продукты нефте- и
| газопереработки, металлургической промышленности: сероводород, серу, диоксид
I серы и сульфиды металлов (пирит).
I Контактный способ производства серной кислоты основан на каталитическом
I окислении диоксида серы кислородом в контактном аппарате.
I Первой стадией процесса является получение диоксида серы. В настоящее время
I большую часть SO2 получают окислением сероводорода или серы. Однако важ-
I зое промышленное значение имеет обжиг сульфидных руд, например пирита (ди-
I сульфида железа, серного колчедана), который проводится в печах для обжига
I в кипящем слое». Для повышения скорости реакции твёрдые частицы пирита из-
I мельчают, повышают концентрацию кислорода в воздухе и поддерживают в печи
I зысокую температуру. Поток воздуха, подающийся в нижнюю часть печи, спо-
| юбствует интенсивному перемешиванию твёрдых частиц, которое визуально на-
I поминает кипение:
4FeS2 + 1Ю2 2Fe2O3 + 8SO2t
пирит
II Полученный газообразный диоксид серы очищают от пыли и твёрдых примесей в
миклоне и электрофильтре.
к Далее газ осушают (удаляют пары воды) концентрированной серной кислотой в
зушильной башне.
На второй стадии очищенный и осушенный газ нагревают до температуры прове¬
дения реакции и направляют в контактный аппарат, в котором происходит окис-
172
Гпава 2
ление диоксида серы на слое катализатора. В промышленности широкое распро¬
странение получил катализатор на основе V2O5:
v2o5
2SO2 + О2 2SO3 + Q
Полученный оксид серы(У1) направляется в поглотительную башню, где происхо¬
дит его растворение в серной кислоте. Образующийся продукт — раствор SO3 в
100%-ной серной кислоте — называется олеумом'.
xSO3 + H2SO4 —> xSO3 • H2SO4
олеум
Основным продуктом производства серной кислоты является именно олеум, по¬
скольку растворение оксида cepbi(VI) в воде приводит к образованию сернокислот¬
ного тумана. Получить раствор серной кислоты нужной концентрации можно при
растворении олеума в необходимом количестве воды.
Применение серной кислоты
Серная кислота — основной продукт химической промышленности — использует¬
ся в производстве минеральных удобрений, аккумуляторов, красителей и лекарст¬
венных средств, в металлургии для травления металлов. Концентрированная серная
кислота используется для получения летучих кислот (соляной и уксусной). Благо¬
даря высокой гигроскопичности H2SO4 применяется для осушки газов, при кон¬
центрировании азотной кислоты. Серная кислота — компонент нитрующих смесей
и катализатор в нефтепереработке и органическом синтезе.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
О2 - Ь (р-ра) Fe Н2О KI H2SO4(kohu)
1. Си -> CuSO4 —► CuS 4 Х} —► CuSO4 - • x2 -> so2 -» so3 —> x2 -> x3 —^-4 X4
O2 H2SO4(KOHU) NH3(p.p) t ^280^36) H2SO4(KOHU) KHCO3
2. Fe -> Xi > X2 > X3 -> X4—>Fe3O4 > X5 > X2 > X3
H2SO4(pa36.) Na2S H2SO4(kohil) t H2 H2SO4(K0Ha)
3. Zn * Xj > X2 7 X3 > Zn(NO3)2 X4 X$ H2S
2$О4(конц) Na2Cr2O2 HI NaOH H2SO4(KOHIt) H2SO4(KOHIq O2
. KC1 ♦ Xi » X2 -* X3 > Nai > X4 —»S > X5 -*
H2SO4(kohi0 серный серная Cu2° сернистый С12>н2° p
5. пирит > Xj -ангидрид - кислота —* p газ » X2 -> X(
Основы неорганической химии
173
Тест
1.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
A) Fe и H2SO4 (разб.)
1) FeSO4 и Н2О
Б) FeO и H2SO4 (конц.)
2) FeSO4, Fe2(SO4)3 и Н2О
В) Fe3O4 и H2SO4 (конц.)
3) FeSO4 и Н2
Г) Fe и H2SO4 (конц.)
4) FeSO4, SO2 и Н2О
5) Fe2(SO4)3 и Н2
6) Fe2(SO4)3, SO2 и Н2О
Задана следующая схема превращений веществ:
H2SO4(KOHU)
X ^2^^4(конц.)
-> H2S >
Определите, какие из указанных веществ являются веществами XnY:
1)S;
4) Си;
2) CuS; 5) SO3.
3) KI;
3. Установите соответствие между уравнением реакции и аппаратом, в котором
протекает данная реакция.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ АППАРАТ
A) 4FeS2 + 1Ю2 —> 2Fe2O3 + 8SO2 1) контактный аппарат
Б) xSO3 + H2SO4 —> xSO3 • H2SO4 2) электрофильтр
В) 2SO2 + О2 —► 2SO3 3) печь для обжига в кипящем слое
4) поглотительная башня
4. При взаимодействии 2 г фосфора, содержащего примеси, с концентрирован¬
ной серной кислотой выделилось 3,36 л (н. у.) газа. Вычислите массовую до¬
лю примесей (в %) в исходной навеске фосфора. (Запишите число с точно¬
стью до целых.)
Для выполнения заданий 5, 6 используйте следующий перечень веществ:
оксид бария, хлорид стронция, серная кислота, хлор, углерод, фтороводород. До¬
пустимо использование воды в качестве среды протекания реакции.
5. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови¬
тельная реакция между которыми протекает с образованием двух газов. За¬
174
Гпава 2
пишите уравнение только одной из возможных реакций с участием выбран¬
ных веществ, составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстано¬
витель.
6. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми возможна
реакция ионного обмена, протекающая с образованием осадка. Запишите мо¬
лекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с участием
выбранных веществ.
7. Газ с неприятным запахом, выделившийся при растворении цинка в концен¬
трированной серной кислоте, сожгли в избытке кислорода. Продукты горения
пропустили через водный раствор хлора. Полученную кислородсодержащую
кислоту выделили, приготовили её концентрированный раствор и растворили
в нём бромид меди(1). Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
2.5. Азотная кислота
HNO3 — азотная кислота — сильная одноосновная кислота. Азотная кислота пред¬
ставляет собой бесцветную жидкость, желтеющую при длительном хранении и на¬
гревании из-за разложения, протекающего с образованием бурого газа— оксида
азота(1У):
4HNO3 4 4NO2T + О2| + 2Н2О
Атом азота в молекуле азотной кислоты имеет степень окисления +5, однако его
валентность равна IV (см. разд. 1.5.1).
Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. В зависимости от
массовой доли кислоты условно различают: концентрированную (более 60%), раз¬
бавленную и очень разбавленную азотную кислоту (менее 3%).
Окислительные свойства азотной кислоты определяются её концентрацией в рас¬
творе (табл. 2.3). Продуктом восстановления азотной кислоты могут быть газооб¬
разные оксиды азота (NO2, NO, N2O), молекулярный азот (N2) или нитрат аммо¬
ния (NH4NO3).
Таблица 2.3. Окислительные свойства азотной кислоты в зависимости от её концентрации
Химические свойства
Концентрация азотной кислоты
концентриро¬
ванная
разбавленная
очень разбав¬
ленная
Окислительные свойства
Сильные: кислота-окислитель
Взаимодействует со всеми металлами, кроме Au и Pt
Окисляет некоторые неметаллы и сложные вещества
Окислитель
N+s
Основы неорганической химии 175
Таблица 2.3 (окончание)
Концентрация азотной кислоты
Химические свойства
концентриро¬
ванная
разбавленная
очень разбав¬
ленная
Продукт
восстанов¬
ления в ре¬
акциях с:
активными
металлами
N2O (NO2)
NH4NO3 (N2)
nh4no3
металлами
средней
активности
no2
NO (N2O , N2)
неактивными
металлами
NO
Восстановление азотной кислоты всегда протекает с образованием смеси веществ.
В качестве продукта реакции указывается вещество с наибольшей концентрацией в
данной смеси (табл. 2.4).
Таблица 2.4. Продукты восстановления азотной кислоты и их признаки
Продукт
реакции
+4
no2
+2
NO
+1
n2o
0
n2
-3
NH4NO3
уменьшается концентрация кислоты и увеличивается активность металла
Признак
Бурый
газ
Бесцветный
газ
Бесцветный газ
(веселящий газ)
Бесцветный газ,
входящий в со¬
став воздуха
Реакция проте¬
кает без выде¬
ления газа
При взаимодействии металлов с азотной кислотой водород практически не выделя¬
ется, поскольку окислителем является азот в степени окисления +5.
Окислительные свойства азотной кислоты
ill. Азотная кислота взаимодействует со всеми металлами, кроме Au и Pt. При этом
чем активнее металл и ниже концентрация азотной кислоты, тем ниже степень
окисления азота в продукте реакции.
• В реакциях с неактивными металлами и металлами средней активности:
О HNO3(koh11) восстанавливается до бурого газа NO2:
Zn + 4HNO3(KOHU) Zn(NO3)2 + 2NO2 j + 2H2O
Cu + 4HNO3(KOHa) -> Cu(NO3)2 + 2NO2 j + 2H2O
176
Гпава 2
О HNO3(pa36}, как правило, восстанавливается до NO:
+5 +2
3Zn + 8HNO3(pa36) -» 3Zn(NO3)2 + 2NOJ + 4Н2О
3Cu + 8HNO3(pa36 j 3Cu(NO3)2 + 2NOJ + 4H2O
Продуктом восстановления HNO3(pa36) в реакциях с металлами средней
активности также может быть N2O или N2:
+5 О
5Zn + 12HNO3(pa36) -> 5Zn(NO3)2 + N2J + 6H2O
0 HNO3(04 разб} восстанавливается до NH4NO3 — реакция протекает без вы¬
деления газа:
+5 -3
4Zn + 10HNO3(pa36) 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + ЗН2О
• В реакциях с активными металлами (до Mg):
О HNO3(kohu ) восстанавливается до веселящего газа N2O:
+5 +1
4Mg + 10HNO3(KOHll) -> 4Mg(NO3)2 + N2O? + 5H2O
В реакции также может выделяться бурый газ NO2:
Mg + 4HNO3(KOHIl) Mg(NO3)2 + 2NO2f + 2H2O
0 HNO3(pa36) восстанавливается до N2 или NH4NO3:
4Mg + 10HNO3(pa36 ) - 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
0 HNO3(O4 pa36 ) восстанавливается до NH4NO3.
• HNO3(kohu) при нормальных условиях не реагирует с алюминием, железом и
хромом. При внесении данных металлов в концентрированную азотную ки¬
слоту (как и в концентрированную серную) происходит их пассивация. Одна¬
ко реакции протекают при нагревании:
Al + 6HNO3(kohu) 4 A1(NO3)3 + 3NO2f + ЗН2О
• Азотная кислота в любой концентрации является сильным окислителем, по¬
этому железо и хром при растворении в HNO3 образуют соли в степени
окисления +3:
Fe + 6HNO3(koh[l) 4 Fe(NO3)3 + 3NO2f + 3H2O
Fe + 4HNO3(pa36 j Fe(NO3)3 + NOf + 2H2O
• Практически все металлы, включая Au и Pt, растворяются в царской водке —
смеси концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении 1:3.
Зсновы неорганической химии
177
2. Азотная кислота окисляет некоторые неметаллы: S, С, Р и 12. При этом
HNO3(Komi} восстанавливается до NO2, a HNO3(pa36} — до NO.
• Фосфор окисляется до высшего гидроксида — фосфорной кислоты:
Р + 5HNO3(kohu.) Н3РО4 + 5NO2f + Н2О
ЗР + 5HNO3(pa36) + 2Н2О -► ЗН3РО4 + 5NO$
• Продуктом окисления углерода является углекислый газ:
С + 4HNO3(KOHa) -+ CO2f + 4NO2T + 2Н2О
ЗС + 4HNO3(pa36.) -> 3CO2f + 4NOf + 2Н2О
• Сера окисляется до серной кислоты:
S + 6HNO3(KOHU) H2SO4 + 6NO2t + 2Н2О
S + 2HNO3(pa36.) -» H2SO4 + 2NOT
Окисление серы также может протекать с образованием сернистого газа.
• Йод окисляется концентрированной азотной кислотой до йодноватой кислоты:
12 + 10HNO3(kohu) 2НЮ3 + 10NO2t + 4Н2О
3. Азотная кислота взаимодействует со сложными веществами, проявляющими
восстановительные свойства.
Продуктом восстановления HNO3(kohu ) является NO2, a HNO3(pa36) —NO.
• Нитриты и сульфиты окисляются до нитратов и сульфатов соответственно:
3NaNO2 + 2HNO3(pa36.j 3NaNO3 + 2NOJ + Н2О
K2SO3 + 2НМО3(конц.) -+ K2SO4 + 2NOJ + Н2О
• Сероводород и сульфиды окисляются до серной кислоты или сульфатов.
В реакциях также может образовываться сера или сернистый газ:
H2S + 2HNO3(koh,) S + 2NO2? + 2H2O
3H2S + 2HNO3(pa36 j -> 3S + 2NOf + 4H2O
H2S + 8HNO3(kohu) H2SO4 + 8NO2| + 4H2O
ZnS + 8HNO3(KOHll) ZnSO4 + 8NO2f + 4H2O
FeS2 + ISHNO^, Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NOJ + 7H2O
Fe+2-U^Fe+3 )_15- }
2S’1 - 14e->2S+6J
N+5 + le-*N+4 15
178
Глава 2
I Важно!
Азотная кислота не вступает в реакции ионного обмена с сульфидами и суль¬
фитами, все реакции являются окислительно-восстановительными.
Сульфиды меди, серебра и свинца не растворяются в кислотах-неокисли-
телях, но окисляются азотной кислотой (как и концентрированной серной).
Продуктом окисления, как правило, является сульфат металла или серная ки¬
слота:
CuS + 8HNO3(KOHtt) -> CuSO4 + 8NO2t + 4Н2О
• HF, НС1 и их соли проявляют низкую восстановительную активность и не
взаимодействуют с азотной кислотой.
• HBr, HI и их соли проявляют сильные восстановительные свойства и окисля¬
ются под действием HNO3 до простых веществ:
2НВг + 2HNO3(KOHa) -> Br2 + 2NO2f + 2Н2О
6KI + SHNO^g.j -> 3I2 + 6KNO3 + 2NO$ + 4Н2О
• Соединения с фосфором в низшей и промежуточных степенях окисления
окисляются до фосфорной кислоты:
РН3 + 8HNO3(KOHtt) Н3РО4 + 8NO2t + 4Н2О
ЗН3РО3 + 2HNO3(pa36 ) -> ЗН3РО4 + 2NOJ + Н2О
• Соединения железа и хрома в степени окисления +2 под действием HNO3
окисляются до соединений в степени окисления +3:
СгО + 4HNO3(KOHU) Cr(NO3)3 + NO2f + 2Н2О
Fe(OH)2 + 4HNO3(kohii) -+ Fe(NO3)3 + NO2f + 3H2O
3Fe(NO3)2 + 4HNO3(pa36 > -> 3Fe(NO3)3 + NO| + 2H2O
3Fe3O4 + 28HNO3(pa36) -> 9Fe(NO3)3 + NOj + 14H2O
• Соединения меди в степени окисления +1 под действием HNO3 окисляются
до соединений в степени окисления +2:
Cu2O + 6HNO3(Kom) 2Cu(NO3)2 + 2NO2T + ЗН2О
2CuBr + 8HNO3(KOHIl) -♦ 2Cu(NO3)2 + Вг2 + 4NO2f + 4H2O
4. HNO3 вступает в реакции обмена с веществами, не проявляющими восстанови¬
тельных свойств.
Основы неорганической химии 179
В данных реакциях не образуются продукты восстановления азотной кислоты,
поскольку реакции не являются окислительно-восстановительными:
Fe2O3 + 6HNO3(KOHU) 2Fe(NO3)3 + ЗН2О
Cu(OH)2 + 2HNO3(pa36 ) Cu(NO3)2 + 2H2O
Получение азотной кислоты
♦ Сырьём для производства азотной кислоты в промышленности является аммиак:
1) аммиак получают взаимодействием азота с водородом в колонне синтеза при
повышенных температуре и давлении на поверхности катализатора — порис¬
того (губчатого) железа:
Г, Fe
N2 + ЗН2 2NH3
2) на следующей стадии аммиак подвергается каталитическому окислению на
платиновом катализаторе:
г, Pt
4NH3 + 5О2 —> 4NOT + 6Н2О
3) полученный NO окисляется кислородом до NO2:
2NO + О2 2NO2
4) образующийся бурый газ поглощается водой в присутствии кислорода:
4NO2 + 2Н2О + О2 -► 4HNO3
♦ Лабораторным способом получения азотной кислоты является взаимодействие
твёрдых нитратов активных металлов с H2SO4(kohii):
KNO3(TB} + H2SO4(KOHa) HNO3 + KHSO4
Применение азотной кислоты
Азотная кислота используется в производстве азотсодержащих минеральных удоб¬
рений (селитр), взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, а также широко
применяется в органическом синтезе.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
180
Гпава 2
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
HNQ3(KOhu) ТГКТЛЛ ХТГЛ КТ КТГЛ КМпО4> Н2° Н25О4(конц.) NH3
1. РН3 * Xj ► HNO3 NO2 NaNO2 Х2 * Х3 » Х4
HNO3(KOHIi.) HI HNO3(pa36) О2 HNO3(kohiq KNO3(TB j I2 t
2. S * Xj > X2 —► m2S * X3 > X; ’ X] * X^ > Xg > X2
3.
4.
HNO3fpa36) гглттл Z v C v ^Оз<конц-) v f v Cu HNO3(kohu) K2S
CuS * Xl —>Cu(OH)2 -> X2 -> X3 > X4 —> X2 —> x5 > x4 —>
‘6
HBr HNO3(kohu) / СО Н№з(разб.) NH3(p. HNO3(KOHa)
Fe —> Xi > X2 —> X3 —> X4 —> Fe3O4 > X2 > X5 > X2
S пилит нитРат бурый азотистая азотная
“■ 11ИРИ1 ~* железа(Ш) газ кислота кислота
цинк
нитрат
аммония
NaOH
— X,
Тест
1.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
А) Си и HNO3 (разб.)
Б) Си2О и HNO3 (конц.)
В) Си и HNO3 (конц.)
Г) Си(ОН)2 и HNO3 (разб.)
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) Cu(NO3)2 и Н2О
2) Cu(NO3)2 и Н2
3) Cu(NO3)2, NO2 и Н2О
4) Cu(NO3)2, N2O5 и Н2О
5) CuO, NO2 и Н2О
6) Cu(NO3)2, NO и Н2О
2. Задана следующая схема превращений веществ:
FeO HN°31pa'15)1 Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) Fe(NO3)2; 4) N2O5;
2) NO; 5) Fe(NO3)3.
3) NO2;
3. При смешении 20%-ного раствора азотной кислоты с 25 г 10%-ного получили
раствор с массовой долей кислоты 18%. Определите массу (в граммах) перво¬
го раствора. (Запишите число с точностью до целых.)
Основы неорганической химии
181
Для выполнения заданий 4, 5 используйте следующий перечень веществ:
йод, серная кислота, азотная кислота, карбонат кальция, нитрат калия, оксид желе-
за(Ш). Допустимо использование воды в качестве среды протекания реакции.
4. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови¬
тельная реакция между которыми протекает с выделением бурого газа. Запи¬
шите уравнение только одной из возможных реакций с участием выбранных
веществ, составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстанови¬
тель.
5. Из предложенного перечня выберите одноосновную кислоту и вещество,
между которыми возможна реакция ионного обмена. Запишите молекуляр¬
ное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с участием выбран¬
ных веществ.
6. Сероводород пропустили через концентрированный горячий раствор азотной
кислоты. Полученную кислоту выделили и обработали ею твёрдый нитрат
калия. Летучий продукт реакции сконденсировали, добавили к нему неболь¬
шое количество воды и внесли в полученный раствор оксид фосфора(Ш).
Выделившийся в реакции газ смешали с кислородом и растворили в гидро¬
ксиде бария. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
2.6. Средние соли
Соли — сложные вещества, состоящие из катиона металла (или катиона аммония
NH4) и аниона кислотного остатка.
Химические свойства средних солей
1. Средние соли вступают в реакции ионного обмена.
• Растворимые соли взаимодействуют с солями, щелочами и раствором аммиа¬
ка в том случае, если в реакции образуется осадок:
ЗСаС12 + 2К3РО4 -> Са3(РО4)2| + 6КС1
CuSO4 + 2КОН -> Cu(OH)2| + K2SO4
А1С13 + 3NH3 • Н2О А1(ОН)3| + 3NH4C1
Обратите внимание, соли вступают в реакции ионного обмена только с рас¬
творимыми в воде веществами:
К3РО4 + СаСО3 K2SO4 + NaNO3
нерастворим не образуется осадок
182
Глава 2
• Растворимые в воде соли взаимодействуют с кислотами, если в реакции вы¬
деляется газ, образуется слабая кислота или осадок, не растворимый в кисло¬
тах (см. разд. 1.12):
К2СО3 + 2НС1 -» 2КС1 + СО2? + Н2О Ba(NO3)2 + H2SO4 BaSO4| + 2HNO3
KF + HC1 KC1 + HF FeCl2 + H2S
• Нерастворимые в воде соли растворяются в кислотах:
CaSO3 + 2НВг -► CaBr2 + SO2f + Н2О FeS + 2НС1 FeCl2 + H2Sf
Обратите внимание, нерастворимые в воде SrS, FeS, ZnS и MnS растворяются
в кислотах-неокислителях, поэтому эти сульфиды нельзя получить реакцией
солей Sr2+, Fe2+, Zn2+, Мп2+с сероводородом.
Важно!
CuS, Ag2S и PbS растворяются только в кислотах-окислителях:
CuS + 8HNO3(kohw) CuSO4 + 8NO2f + 4Н2О
но CuS + НС1
2. Растворимые соли вступают в реакции замещения с более активными металлами.
Левее стоящий в ряду активности металл (более активный) вытесняет правее
стоящий из растворов его солей:
Fe + CuSO4(p.p) —► Си + FeSO4 Zn + MgCl2
Щелочные и щелочноземельные металлы бурно взаимодействуют с водой, по¬
этому вытесняют металлы только из расплавов галогенидов:
ЗК + А1С13(расплав) 4 ЗКС1 + А1
3. Растворы солей галогеноводородов и их кислот взаимодействуют с галогенами,
проявляющими более сильные окислительные свойства.
Вышестоящий в таблице Менделеева галоген вытесняет нижестоящий из рас¬
творов солей и кислот:
С12 + 2NaBr Br2 + 2NaCl Br2 + 2KI 12 + 2КВг
I2 + NaCl С12 + AgBr
нерастворим
Галогены вытесняют серу из растворов сульфидов и сероводорода:
I2 + H2S —> S + 2HI С12 + Na2S —> S + 2NaCl
Основы неорганической химии
183
- Соли не вступают в реакции ионного обмена с оксидами, однако возможны сле¬
дующие взаимодействия.
• Карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов при сплавлении взаи¬
модействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами:
А12О3 + К2СО3 4 2КА1О2 + со2т
2Fe(OH)3 + К2СО3 4 2KFeO2 + СО2? + ЗН2О
• Диоксид кремния при нагревании вытесняет СО2 и Р2О5 из нерастворимых
карбонатов и фосфатов:
SiO2 + ВаСО3 —> BaSiO3 + СО2 3SiO2 + Са3(РО4)2 —> 3CaSiO3 + Р2О5
• Растворы СО2 и SO2 реагируют с карбонатами и сульфитами щелочных и
щелочноземельных металлов с образованием кислых солей:
СаСО3 + СО2 + Н2О -+ Са(НСО3)2 K2SO3 + SO2 + Н2О 2KHSO3
Реакция также протекает с силикатами с образованием нерастворимой в воде
кремниевой кислоты:
K2SiO3 + 2СО2(изб) + 2Н2О -> H2SiO3; + 2КНСО3
Na2SiO3 + SO2 + Н2О —> H2SiO3 j, + Na2SO3
5. При нагревании многие средние соли разлагаются.
• Разложение карбонатов, сульфитов и нитратов приведено в разд. 2.1.
• Разложение солей аммония.
О Если кислотный остаток соли не проявляет окислительных свойств, раз¬
ложение протекает без изменения степеней окисления элементов.
Так, галогениды и карбонат аммония разлагаются с образованием аммиака:
NH4CI4 NH3 + HCl (NH4)2CO3 4 2NH31 + CO2f + H2O
О Если кислотный остаток соли проявляет окислительные свойства, то раз¬
ложение является окислительно-восстановительной реакцией.
Так, дихромат аммония разлагается с образованием азота:
(NH4)2Cr2O7 4n2T + Cr2O3 + 4Н2О + Q
Нитрит аммония также разлагается с образованием азота:
NH4NO24n2T + 2H2O
При небольшом нагревании реакция между растворами солей аммония и
нитритами протекает с выделением азота — образующийся нитрит аммо¬
ния разлагается:
NH4C1 + KNO2 4 КС1 + N2J + 2H2O
184
Гпава 2
Нитрат аммония также разлагается при невысоких температурах. Реакция
протекает с образованием оксида азота(1):
NH4NO34n2OT + 2Н2О
• При нагревании в присутствии катализатора хлорат калия (бертолетова соль)
разлагается с выделением кислорода:
t, МпОэ
2КСЮ3 2КС1 + 3OJ
При нагревании без катализатора происходит диспропорционирование СГ5 с
образованием хлорида и перхлората:
4КС1О3 4 КС1 + ЗКС1О4
• Перманганат калия разлагается с выделением кислорода:
2КМпО4 4 K2MnO4 + MnO2 + OJ
6. Некоторые соли вступают в окислительно-восстановительные реакции.
• Бромиды, иодиды, сульфиды и соли Fe2+, Сг2' и Си+ проявляют сильные
восстановительные свойства:
2FeBr2 + Вг2 —> 2FeBr3
5K2S + 2KMnO4 + 8H2SO4 5S + 2MnSO4 + 6K2SO4 + 8H2O
6CuI + 16HNO3 6Cu(NO3)2 + 3I2 + 4NOf + 8H2O
• Перманганаты, хроматы, дихроматы, нитраты и соли кислородсодержащих
кислот галогенов проявляют сильные окислительные свойства:
КС1О3 + 5КС1 + 3H2SO4 ЗС12Т + 3K2SO4 + ЗН2О
K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 -> 3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O
• Нитриты, сульфиты и соли Fe3+ и CrJ+ могут проявлять как окислительные,
так и восстановительные свойства:
2KNO2 + K2S + 2H2SO4 -> S + 2NOJ + 2K2SO4 + 2H2O
Cr2(SO4)3 + 3KNO3 + ЮКОН -+ 2K2CrO4 + 3KNO2 + 3K2SO4 + 5H2O
• Сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов при взаимодействии с
углём или водородом восстанавливаются до сульфидов:
Na2SO4 + 4Н2 4 Na2S + 4Н2О BaSO4 + 4С 4 BaS + 4СО
Основы неорганической химии.185
Получение средних солей
1. Средние соли образуются при взаимодействии кислот и кислотных оксидов с
основными и амфотерными оксидами и гидроксидами:
NaOH + HNO3 -> NaNO3 + Н2О А12О3 + 3SO3 ->• A12(SO4)3
Са(ОН)2 + 2НВг -> CaBr2 + 2Н2О 2КОН + СО2 — К2СО3 + Н2О
2. При сплавлении щелочей и основных оксидов с амфотерными оксидами и гид¬
роксидами:
ZnO + К2О 4 K2ZnO2 Fe(OH)3 + КОН 4 KFeO2 + 2Н2О
3. При растворении металлов в кислотах или растворах солей:
Fe + 2НС1 -» FeCl2 + H2f
Zn + CuSO4(p.p) —> ZnSO4 + Cu
Ag + 2HNO3(KOffll) -> AgNO3 + NO2$ + H2O
2Fe + 6H2SO4(KOHIt) —>Fe2(SO4)3 + 3SO2f + 6H2O
4. В реакциях ионного обмена и в окислительно-восстановительных реакциях:
ЗЫС1 + 2К3РО4 -► Li3PO4| + 6КС1
2КМпО4 + 5KNO2 + 3H2SO4 -> 5KNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
Обратите внимание, взаимодействием простых веществ можно получать только
бескислородные соли:
2Fe + ЗС12 4 2FeCl3 Си + S 4 CuS
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
г КС1О3 CuS NH4C1, t HNO3 t
1. NaNO3 -> XI > X2 -> HNO3 —> X3 -> Ba(NO2)2 > X4 -> NH3 > X5 -> X6
Br2 SiO2 HNO3(KOHa) t KOH ^-^2(p-p)
2. Na -> X, — NaCl -> NaOH Na2CO3 —> X2 —> X3 -> X4 —> X5 —X6
186
Гпава 2
t КСЮ3,КОН Mg t Al HCl
3. (NH4)2Cr2O7 Xi > X2 -► Cr2(SO4)3 X3 X4 -> Cr2O3 -> X5 —> X6
4.
5.
HCl КОН 4 (р-ра) t, MnO2 KI,H2SO4
Fe—>FeS—>Xt —>Х2 >Х3^КСЮ3 >Х4-> KNO3 -> KNO2 >X5
бертолетова хлорид калийная Cr2°3>KQH
соль * калия * селитра '
Тест
бурый BaC°H)2> °2
газ 2
1. Из предложенного перечня выберите два вещества ионного строения с кова¬
лентной полярной связью:
1) оксид cepbi(IV); 4) иодид аммония;
2) хлорид натрия; 5) пирит.
3) хлорит натрия;
2. В двух пробирках раствор хлорида алюминия. В первую добавили раствор
слабого электролита X и наблюдали образование осадка. В другую пробирку
добавили избыток раствора Y и наблюдали сначала выпадение, а затем пол¬
ное растворение осадка. Из предложенного перечня выберите вещества X и У,
которые могут вступать в описанные реакции:
1) гидроксид бария; 4) гидрат аммиака;
2) нитрат серебра(1); 5) сероводород.
3) серная кислота;
3. Задана следующая схема превращений веществ:
KBr Br2 4 КВг
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) С12; 4) K2S;
2) 12; 5) S.
3) КС1;
4. Из предложенного перечня выберите все вещества, реакции разложения ко¬
торых являются окислительно-восстановительными:
1) дихромат аммония; 4) карбонат кальция;
2) хлорид аммония; 5) бертолетова соль.
3) нитрат железа(Ш);
Основы неорганической химии
187
Установите соответствие между названием вещества и продуктами электро¬
лиза его водного раствора, которые выделились на инертных электродах.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
А) поваренная соль 1) водород и кислород
Б) кальциевая селитра 2) металл и галоген
В) едкое кали 3) металл и кислород
4) водород и галоген
Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) перхлорат калия; 3) нитрит бария;
2) иодид магния; 4) гашёная известь.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
Установите соответствие между реагирующими веществами и признаком
протекающей между ними реакции.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) иодид калия и нитрат серебра(1)
Б) сульфат меди(П) и сероводород
В) хлорид цинка и сульфид калия
Г) фосфат калия и фторид серебра(1)
ПРИЗНАК РЕАКЦИИ
1) образование жёлтого осадка
2) образование белого осадка
3) образование голубого осадка
4) образование чёрного осадка
5) образование бурого раствора
8. При растворении технического поташа, содержащего 15% нерастворимых
примесей, в серной кислоте выделилось 17,92 л (н. у.) газа. Вычислите массу
исходного технического поташа. (Запишите ответ с точностью до целых.)
2.7. Кислые соли
Кислые соли — соли, состоящие из катиона металла (или NHJ) и аниона кислотно¬
го остатка, содержащего один или несколько незамещённых атомов водорода.
Кислые соли могут образовывать только многоосновные кислоты, при этом устой¬
чивые кислые соли образуют только металлы IA- и ПА-групп, а также катион ам¬
мония.
188
Гпава 2
Получение кислых солей
1. Кислые соли образуются при взаимодействии основания или основного оксида с
избытком кислоты или кислотного оксида:
КОН + H2SO4(M36) -> KHSO4 + Н2О
гидросульфат калия
Na2O + 2H2S(ii36) -► 2NaHS + Н2О
гидросульфид натрия
2КОН + H2SO4(Hea) K2SO4 + 2Н2О
сульфат калия
Na2O(H36.) + H2S —> Na2S + Н2О
сульфид натрия
Са(ОН)2(нед) + 2СО2 -> Са(НСО3)2
гидрокарбонат кальция
Са(ОН)2(изб) + СО2 СаСО31 + Н2О
карбонат кальция
Фосфорная кислота образует два типа кислых солей (гидро- и дигидрофосфаты),
поэтому продукт реакции можно определить только из соотношения реагирую¬
щих веществ:
6NaOH(H36} + Р2О5 -> 2Na3PO4 + ЗН2О
фосфат натрия
4NaOH + Р2О5(изб) 2Na2HPO4 + Н2О
гидрофосфат натрия
2NaOH + Р2О5(изб} + Н2О — 2NaH2PO4
дигидрофосфат натрия
Фосфат аммония является неустойчивым соединением, поэтому в реакциях ам¬
миака с фосфорной кислотой образуются только кислые соли:
2NH3 + Н3РО4 (NH4)2HPO4 NH3 + Н3РО4(изб} — NH4H2PO4
2. Кислые соли образуются при взаимодействии многоосновной кислоты и соли с
тем же кислотным остатком:
K2SO4 + H2SO4 2KHSO4
СаСО3 + СО2 + Н2Ог~> Са(НСО3)2
I
Важно!
Кислые соли образуются в реакциях с избытком кислоты или кислотного
оксида.
3. Нерастворимые фосфаты растворяются в фосфорной или серной кислотах с об¬
разованием дигидрофосфатов:
Са3(РО4)2 + 4Н3РО4 -> ЗСа(Н2РО4)2
Са3(РО4)2 + 2H2SO4 -> Са(Н2РО4)2 + 2CaSO4
Основы неорганической химии
189
Химические свойства кислых солей
1. Кислые соли проявляют схожие с кислотами свойства и взаимодействуют со
щелочами.
• Если катионы кислой соли и щёлочи совпадают, то образуется одна средняя
соль:
KHSO4 + КОН -> K2SO4 + Н2О
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 2СаСО3; + 2Н2О
Дигидрофосфаты могут взаимодействовать с недостатком щёлочи с образо¬
ванием гидрофосфатов, среда раствора при этом изменяется со слабокислой
на слабощелочную:
NaH2PO4 + NaOH(Hefl>) -> Na2HPO4 + Н2О
NaH2PO4 + 2NaOH(H36) -► Na3PO4 + 2H2O
• Если катионы кислой соли и щёлочи разные, то образуются две средние соли:
2KHSO4 + 2NaOH -> K2SO4 + Na2SO4 + 2H2O
Ca(HCO3)2 + 2К0Н CaCO3i + К2СО3 + 2Н2О
Если реакция сопровождается выпадением осадка, то добавление избытка
щёлочи может приводить к полному осаждению анионов — в реакции обра¬
зуется одна нерастворимая в воде средняя соль:
2КНСО3 + Са(ОН)2(нел) СаСО3| + К2СО3 + 2Н2О
КНСО3 + Са(ОН)2(изб) СаСО3| + КОН + Н2О
• При добавлении щелочей к кислым солям аммония выделяется газообразный
аммиак:
NH4H2PO4 + 3NaOH -► Na3PO4 + NH3f + ЗН2О
NH4HCO3 + 2КОН К2СО3 + NH3T + 2Н2О
2. Гидрокарбонаты, гидросульфиты и гидросульфиды взаимодействуют с кислота¬
ми с выделением газа:
Са(НСО3)2 + 2НС1 -> СаС12 + 2COJ + 2Н2О
2KHS + H2SO4(pa36 > -+ K2SO4 + 2H2Sf
3. Кислые соли вступают в реакции ионного обмена со средними солями.
• Если происходит осаждение катиона кислой соли:
Ba(HSO3)2 + K2SO4 -► BaSO4| + 2KHSO3
190
Гпава 2
Если образуется нерастворимая в воде кислая соль:
СаС12 + К2НРО4 -> СаНРОД + 2КС1
• Гидросульфаты взаимодействуют с растворимыми солями бария с образова¬
нием нерастворимого в кислотах осадка BaSO4:
ВаС12 + KHSO4 BaSO4| + HCl + КС1
4. Некоторые кислые соли разлагаются.
• Гидрокарбонаты и гидросульфиты разлагаются с образованием соответст¬
вующей средней соли, углекислого или сернистого газа и воды:
Са(НСО3)2 4 СаСО3 + СОД + Н2О 2KHSO3 4 K2SO3 + 8ОД + Н2О
• Гидрокарбонат аммония разлагается с образованием углекислого газа, ам¬
миака и воды:
NH4HCO3 4 NH3T + СОД + Н2О
5. Растворы гидросульфатов взаимодействуют с металлами, стоящими в ряду ак¬
тивности левее (Н2):
Mg + 2KHSO4 MgSO4 + K2SO4 + НД
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
1 V °2v NT ^H2S°4^V H2S0?V Ва(°Н)2(избЛ СО2(изб.) t КОН
1. Na Xj ► Na2O - Х2 * Х3 7 Х4 ► Х$ ► Х^ ► Х$ > Ху
SO2(in6) t HCl HNO3(pa36) NaOH(Hea) Mg KOH
2. Ca(OH)2 X1 -» X2 X3 X4 X5 4X6 - NaHSO4 X7
РН3,КОН ВаВг2 H2S(II36) KMnO4, Н
3. КС1О3 > Xi КН2РО4 К2НРО4 —> х2 кон > х3 > х4
NaOHfH36)
4. NH4HSO4 >
~ едкий пищевая
**• натр сода
^^2(изб.р-ра) ? СаО СО2(избр-рд) t КОН(нед^
' Z\-2 ZV3 Л4 Л.4 ~ ► л4
карбонат гидрокарбонат НС1 фосфат н3ро4
бария бария 1 бария 2
Основы неорганической химии
191
Тест
1. Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
A) K2SO4
Б) КНСО3
В) K2S
Г) СО2
РЕАГЕНТЫ
1) NaNO3, НВт, Ва(ОН)2
2) НС1, Са(ОН)2, КОН
3) I2, H2S, HNO3
4) NaOH, Na2CO3 (р-р), СаО
5) С, Ва(ОН)2, H2SO4
2.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
А)
КОН и SO3 (нед.)
1)
KHSO3
Б)
К2О и H2SO4 (изб.)
2)
K2SO4 и Н2О
В)
KHSO4 и КОН
3)
KHSO4 и Н2О
О
K2SO3 и SO2 (р-р)
4)
K2SO4, SO2 и Н2О
5)
K2SO4
6)
KHSO3 и Н2О
3. Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
8С>2(г) + Н2О(Ж) HSO3(p.p) + Н(р.р) + Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
А) повышение давления
1) смещается в сторону прямой
Б) добавление твёрдого гидроксида
реакции
натрия
2) смещается в сторону обратной
В) повышение температуры
реакции
Г) добавление твёрдого гидросульфи-
3) практически не смещается
та натрия
192
Глава 2
Для выполнения заданий 4, 5 используйте следующий перечень веществ:
гидрокарбонат натрия, гидросульфид натрия, гидроксид бария, перманганат калия,
азотная кислота, хлорид железа(Ш). Допустимо использование воды в качестве
среды протекания реакции.
4. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови¬
тельная реакция между которыми протекает с образованием простого веще¬
ства и выделением бурого газа. Запишите уравнение только одной из воз¬
можных реакций с участием выбранных веществ, составьте электронный ба¬
ланс, укажите окислитель и восстановитель.
5. Из предложенного перечня выберите кислую соль и вещество, между кото¬
рыми возможна реакция ионного обмена, протекающая с образованием осад¬
ка и растворимого в воде гидроксида. Запишите молекулярное, полное и со¬
кращённое ионные уравнения реакции с участием выбранных веществ.
6. При кипячении раствора гидрокарбоната магния выделился газ, который
пропустили через недостаток раствора едкого кали. К полученной соли доба¬
вили избыток раствора гидроксида кальция. Осадок отфильтровали, а к
фильтрату добавили раствор гидросульфата натрия. Напишите уравнения че¬
тырёх описанных реакций.
2.8. Средние и комплексные соли амфотерных металлов
Амфотерные металлы могут входить как в состав катионов, так и в состав анионов
солей.
Соли, образованные катионом амфотерного металла и анионом кислотного остат¬
ка, проявляют общие свойства солей (см. разд. 2.6).
Соли, анион которых содержит амфотерный металл, могут быть средними или
комплексными.
Получение комплексных солей амфотерных металлов
1. Комплексные соли образуются при растворении амфотерных металлов (Zn, Al),
их оксидов и гидроксидов в щелочах:
О . +1 +2 о
Zn + 2КОН + 2Н2О -+ K2[Zn(OH)4] + Н2Т
тетрагидроксоцинкат калия
О + 1+3 0
А1 + Ва(ОН)2 + 6Н2О -» Ва[А1(ОН)4]2 + 3H2f
тетрагидроксоалюминат бария
ZnO + Са(ОН)2 + Н2О -> Ca[Zn(OH)4]
А1(ОН)3 + NaOH Na[Al(OH)4]
Эсновы неорганической химии
193
Важно!
Амфотерные Cr2O3, Fe2O3 и Fe(OH)3 не реагируют с растворами щелочей.
2. Комплексные соли образуются в реакциях ионного обмена между солями, со¬
держащими катион амфотерного металла, и избытком раствора щёлочи.
Реакция протекает с образованием осадка амфотерного гидроксида и его после¬
дующим растворением:
А1С13 + ЗКОН(нел) -► А1(ОН)31 + ЗКС1
А1С13 + 4КОН(изб} -> К[А1(ОН)4] + ЗКС1
ZnSO4 + 4NaOH(in6) -► Na2[Zn(OH)4] + Na2SO4
2реди амфотерных металлов комплексные соединения с аммиаком образует только
динк, поэтому при добавлении избытка раствора аммиака к солям других амфотер¬
ных металлов происходит образование амфотерного гидроксида:
FeBr3 + 3NH3(M36 ) + ЗН2О -> Fe(OH)3l + 3NH4Br
A1(NO3)3 + 3NH3 • Н2О(изб ) A1(OH)3| + 3NH4NO3
"олучение средних солей с кислородсодержащими анионами
амфотерных металлов
. Средние соли образуются при сплавлении амфотерных оксидов и гидроксидов с
оксидами, основаниями и карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов:
А12О3 + 2КОН 4 2КА1О2 + Н2О ZnO + СаО 4 CaZnO2
алюминат калия цинкат кальция
Сг2О3 + 2NaOH 4 2NaCrO2 + Н2О Fe2O3 + К2СО3 4 2KFeO2 + CO2f
хромит натрия феррит калия
Химические свойства комплексных солей амфотерных металлов
. Гидроксокомплексы амфотерных металлов устойчивы только в щелочной сре¬
де — даже в слабокислой среде происходит их разрушение.
• При пропускании через раствор комплексной соли СО2, SO2 или H2S обра¬
зуется гидроксид амфотерного металла:
K2[Zn(OH)4] + СО2(нел) Zn(OH)2| + К2СО3 + Н2О
K2[Zn(OH)4] + 2СО2(из6) -> Zn(OH)2| + 2КНСО3
2Na[Al(OH)4] + H2S(HM) 2А1(ОН)3; + Na2S + 2Н2О
Na[Al(OH)4] + H2S(in6) -> А1(ОН)Д + NaHS + Н2О
194
Гпава 2
Важно!
При взаимодействии гидроксокомплексов цинка с избытком сероводорода
образуется белый осадок ZnS:
K2[Zn(OH)4] + 3H2S(H36) ZnS; + 2KHS + 4H2O
• В реакциях с сильными кислотами образуется амфотерный гидроксид, рас¬
творяющийся в избытке кислоты:
K2[Zn(OH)4] + 2НС1(нед) Zn(OH)2; + 2КС1 + 2Н2О
K2[Zn(OH)4] + 4НС1(изб) -► ZnCl2 + 2КС1 + 4Н2О
• Гидроксокомплексы разрушаются при взаимодействии с солями амфотерных
металлов.
При добавлении соли того же амфотерного металла образуется один амфо¬
терный гидроксид, а при добавлении соли другого амфотерного металла —
два:
3Na[Al(OH)4] + А1С13 -> 4А1(ОН)Д + 3NaCl
3Na[Al(OH)4] + FeCl3 3A1(OH)3; + Fe(OH)3 j + 3NaCl
2. При нагревании гидроксокомплексы теряют молекулы воды, образуя средние
соли:
Na[Al(OH)4] 4 NaA102 + 2Н2О
Химические свойства средних солей
с кислородсодержащими анионами амфотерных металлов
1. Подобно гидроксокомплексам средние соли взаимодействуют с кислотами.
В реакции образуется амфотерный гидроксид, растворяющийся в избытке ки¬
слоты:
NaA102 + HNO3(Hefl) + Н2О -> NaNO3 + Al(OH)3j
NaA102 + 4HNO3(H36) -+ NaNO3 + A1(NO3)3 + 2H2O
2. Средние соли разрушаются водой с образованием двух гидроксидов:
K2ZnO2 + 2Н2О 2КОН + Zn(OH)2| NaCrO2 + 2Н2О -+ NaOH + Сг(ОН)3;
При проведении реакции в щелочной среде образуется гидроксокомплекс:
ОН'
K2ZnO2 + 2Н2О K2[Zn(OH)4]
: зновы неорганической химии
195
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
-ревращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно-
=эсстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
5эсстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
энные уравнения.
HNO3(KOHa) КОН(изб) H2S(lI36.> Н^Юз(конц.) КОН(нед j КОН, t HC1
ZnO —> Zn > Xi > X2 > X3 > X4 > X5 > X6 —> X7
koh(p-p) t
A12O3 -> Al Xj -> X2
^°3(шб.)л7 t Na2CO3, t
■ 3 X4 X$
А1ЙГ3
Na[Al(OH)4] —»X6
, O, NaOH,».) NaOH(m6, СО2(нсд)_ Ba(OH)2 A1C13 _ t H2 _
3. Be -> Xj > X2—> BeCl2 > X3 > a4 > a5 —> a4 -»Aj -> a6
, ,ln Ca(°HWp)v ZnCk „ SO^?V v
—. A12O3 ' Xj A2 ► X3 ► Al - X4 ' X2 ' X^ > X4
I . ОКСИД NaOH(TB) нитрат цинкат НС1(нед.) KOH(p-p)
? цинка цинк * Ai “* цинка А2 ~* калия * Аз * Х4 —> ZnS
Тест
1.
В двух пробирках раствор тетрагидроксоалюмината калия. В первую пробир¬
ку по каплям добавляли избыток раствора сильного электролита X, при этом
наблюдали сначала образование, а затем полное растворение осадка. Во вто¬
рую добавили раствор Y, при этом наблюдали образование осадков разной
окраски. Из предложенного перечня выберите вещества X и Y, которые могут
вступать в описанные реакции:
1) хлорид железа(Ш); 4) фтороводород;
2) серная кислота; 5) бромид алюминия.
3) сульфат цинка;
1. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
A) Zn и КОН (р-р)
Б) ZnO и КОН, t
В) Zn и КОН, t
Г) Zn(OH)2 и КОН (р-р)
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) K2ZnO2 и Н2
2) Zn(OH)2 и К
3) K2ZnO2 и Н2О
4) K2[Zn(OH)4] и Н2
5) Zn(OH)2 и К2О
6) K2[Zn(OH)4]
196
Гпава 2
3. Задана следующая схема превращений веществ:
Na2[Zn(OH)4] ZnSO4
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Хи У:
1) Zn(OH)2; 4) HNO3;
2) SO2; 5) ZnO.
3) ZnS;
4. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые при¬
водят к увеличению скорости реакции:
^п(тв.) + 2ОН(р.р) + 2Н2О(ж) —> [Zn(OH)4](2p_p) + Н2(г)
1) добавление твёрдой щёлочи;
2) повышение давления;
3) увеличение площади поверхности цинка;
4) нагревание;
5) повышение концентрации тетрагидроксоцинката натрия.
5. При осторожном выпаривании 9%-ного раствора тетрагидроксоцинката на¬
трия получили 1,8 г сухой безводной соли. Вычислите массу воды в исход¬
ном растворе соли. (Запишите ответ с точностью до десятых.)
6. Сульфат алюминия добавили к избытку раствора гидроксида натрия. Через
полученный раствор пропустили избыток сероводорода. Выделившийся оса¬
док прокалили, а твёрдый продукт реакции сплавили с карбонатном калия.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
2.9. Необратимый гидролиз бинарных соединений
Бинарные соединения — химические вещества, состоящие из атомов двух элементов.
Бинарные соединения могут быть образованы металлом и неметаллом или двумя
неметаллами. В первом случае металл проявляет положительную степень окисле¬
ния, а неметалл — отрицательную. Если же бинарное соединение образовано двумя
неметаллами, то отрицательную степень окисления проявляет более электроотри¬
цательный элемент. Значение электроотрицательности увеличивается в ряду:
Металлы <Si<B<H<P<C<S<I<Br<Cl<N<O<F
Электроотрицательность увеличивается
Основы неорганической химии 197
Большая часть бинарных соединений подвергается необратимому гидролизу, про-
"екающему без изменения степеней окисления элементов.
необратимый гидролиз бинарных соединений,
образованных металлом и неметаллом
Э нейтральной среде гидролиз протекает с образованием летучего водородного со¬
единения и гидроксида металла в положительной степени окисления. Для опреде¬
ления продуктов гидролиза следует записать воду в виде НОН и провести реакцию
эбмена между бинарным соединением и водой:
XY + HOH —> ХОН + HY
1. Силициды— бинарные соединения, содержащие кремний в степени
окисления -4.
При гидролизе силицидов металлов образуются гидроксид металла и силан —
бесцветный газ, самовоспламеняющийся на воздухе:
-г2 -4 +2 4
Mg2Si + 4НОН -► 2Mg(OH)2 + SiH4f Na4Si + 4HOH — 4NaOH + SiH4f
В кислой среде вместо гидроксида металла образуется его соль:
Mg2Si + 2H2SO4 -> 2MgSO4 + SiHJ Na4Si + 4HC1 -> 4NaCl + SiH4f
2. Карбиды — бинарные соединения, содержащие углерод в отрицательной сте¬
пени окисления. Различают карбиды-метаниды и карбиды-ацетилениды.
• Метаниды содержат углерод в степени окисления -4. При их гидролизе об¬
разуется метан СН4:
А14С3 + 12НОН -> 4А1(ОН)3 + ЗСНД Ве2С + 4НОН -► 2Ве(ОН)2 + СНД
Гидролиз бинарных соединений, содержащих амфотерный металл, может
протекать как в кислой, так и в щелочной среде, поскольку образующиеся
амфотерные гидроксиды растворяются как в кислотах, так и в щелочах:
А14С3 + 12НС1 -> 4А1С13 + ЗСНД
А14С3 + 4КОН + 12Н2О -> 4К[А1(ОН)4] + ЗСНД
• Ацетилениды содержат углерод в степени окисления -1. При их гидролизе
образуется ацетилен С2Н2:
СаС2 + 2НОН Са(ОН)2 + С2Н2 j Na2C2 + 2НОН 2NaOH + С2НД
СаС2 + 2НВг —> СаВг2 + С2НД
Na2C2 + H2SO4 —> Na2SO4 + С2НД
198
Глава 2
3. Фосфиды— бинарные соединения, содержащие фосфор в степени окисления
-3.
При гидролизе фосфидов образуется фосфин:
Са3Р2 + 6Н2О ЗСа(ОН)2 + 2PH3f Na3P + ЗНС1 3NaCl + PH3f
4. Нитриды — бинарные соединения, содержащие азот в степени окисления -3.
При гидролизе нитридов образуется аммиак:
Mg3N2 + 6Н2О -► 3Mg(OH)2 + 2NH3 J Li3N + 3H2O 3LiOH + NH3f
Важно!
Раствор аммиака проявляет основные свойства, поэтому при гидролизе нит¬
ридов в кислой среде образуются соли аммония:
Mg3N2 + 8НС1 3MgCl2 + 2NH4C1
2Li3N + 4H2SO4 3Li2SO4 + (NH4)2SO4
5. Сульфиды — бинарные соединения, содержащие серу в степени окисления -2.
Необратимому гидролизу подвергаются следующие сульфиды: MgS, CaS, BaS.
A12S3, Cr2S3 и Fe2S3, их гидролиз протекает с образованием сероводорода:
A12S3 + 6Н2О 2А1(ОН)3 + 3H2S? . A12S3 + 6НС1 -► 2А1С13 + 3H2Sf
Обратите внимание, в ячейках данных сульфидов в таблице растворимости ука¬
зан символ «—».
Важно!
Раствор сероводорода проявляет кислотные свойства, поэтому при гидролизе
сульфидов в щелочной среде образуются растворимые сульфиды щелочных
металлов:
A12S3 + 8КОН -> 2К[А1(ОН)4] + 3K2S
Необратимый гидролиз бинарных соединений,
образованных двумя неметаллами
При гидролизе бинарных соединений, образованных двумя неметаллами, более
электроотрицательный неметалл образует летучее водородное соединение, а менее
электроотрицательный — гидроксид в той же степени окисления (кислородсодер¬
жащую кислоту).
Основы неорганической химии
199
3 щелочной среде гидролиз данных бинарных соединений протекает с образованием
.редних или кислых солей в зависимости от количества взятой в реакцию щёлочи.
. Сульфиды неметаллов гидролизуются с образованием сероводорода.
При гидролизе сульфида фосфора(У) образуются сероводород и ортофосфорная
кислота — гидроксид фосфора(У):
+5 -2 +5 -2
P2S5 + 8Н2О 2Н3РО4 + 5H2ST
+5 -2 +5 -2
P2S5 + 16КОН(изб) -> 2К3РО4 + 5K2S + 8Н2О
При гидролизе сульфида углерода(ГУ) образуется углекислый газ:
CS2 + 2Н2О -+ CO2f + 2H2St
сероуглерод
2. Галогениды неметаллов гидролизуются с образованием галогеноводородов:
+5-1 +5 -1 +4-1 +4 -1
РВг5 + 4Н2О Н3РО4 + 5HBr SiCl4 + ЗН2О -> H2SiO3 + 4НС1
При щелочном гидролизе формула образующейся соли многоосновной кислоты
определяется количеством взятой в реакцию щёлочи. Так, при гидролизе галогени¬
дов фосфора возможно образование фосфатов, гидрофосфатов и дигидрофосфатов:
РС15 + 8NaOH(H36} Na3PO4 + 5NaCl + 4Н2О
РС15 + 7НаОН(нед j Na2HPO4 + 5NaCl + ЗН2О
PCI5 + 6NaOH(HW j NaH2PO4 + 5NaCl + 2Н2О
Галогениды серы и кремния также подвергаются щелочному гидролизу с обра¬
зованием солей:
SC14 + 6КОН(изб ) -> K2SO3 + 4КС1 + ЗН2О
SiCl4 + 6КОН -► K2SiO3 + 4КС1 + ЗН2О
Обратите внимание, соединение NC13 является нитридом хлора(1), поскольку
азот имеет более высокое значение электроотрицательности по сравнению с
хлором. При гидролизе NC13 образуются аммиак и гидроксид хлора(1) — хлор¬
новатистая кислота:
-3 +1 +1 -3
NC13 + ЗН2О -> ЗНС1О + NH3T
3. При гидролизе соединений фосфора(Ш) образуется фосфористая кислота —
гидроксид фосфора(Ш):
+3 -2 +3 -2
P2S3 + 6Н2О -> 2Н3РО3 + 3H2ST
+3 -1 +3 1
РВг3 + ЗН2О -> Н3РО3 + ЗНВг
200
Гпава 2
Несмотря на то что фосфористая кислота содержит три атома водорода, она яв¬
ляется двухосновной. Средние соли фосфиты содержат два атома одновалентно¬
го металла и один атом водорода, связанный с кислотным остатком и не прояв¬
ляющий кислотных свойств:
P2S3 + 10КОН(изб) -> 2К2НРО3 + 3K2S + 4Н2О
средняя соль
P2S3 + 5КОН(нед} + Н2О -> 2КН2РО3 + 3KHS
кислая соль
Р13 + 4КОН(недэ КН2РО3 + 3KI + Н2О
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
1.
2.
3.
п с КОН(ни1) НС1 HNO3(kohu) Al н2о О2(нед) с KOH(HCT.)v ан3(р.р)
Г * У\.| 1"12О 7 Л.2 Л; А. 4 * 2х2 * ”r 7
НВг t О? Li Br2(Xonj Нт О
Zn3N2 —> X, -> Х2 -> Х3 -> Х4 -> LiOH » Х5 Вг2 -> РВг3 —+ Хб К3РС
на КМпО4( ) NaOH(„36) K2Cr2O7 . Si Н2О t
Cr2S3 -> X! ™ х2 -> SC14 -j Х3 НС1 - - х4 ->Х5 Х6 -> X
■7
4
S Н2О I2 NaOH(ln6)
4. К3Р^КОН->Х, ^S-^CaS—*X2-»X3^P2S5 !-*Х4
НзРОд(Изб)
Х5
силицид нс,! v 4 (расплава) n2 нитрид FeC13<p-p) ' v железная
магния Х> ’ Х2 магния аммиак ' Х3 - Х4 окалина
5.
1. Из предложенного перечня выберите два вещества немолекулярного строе¬
ния с ковалентной неполярной связью:
1) карбид кремния; 4) карбид алюминия;
2) пероксид калия; 5) пероксид водорода.
3) карбид кальция;
2. Задана следующая схема превращений веществ:
Н2О КМпО4, кон
X^Y >
К3РО4
Основы неорганической химии 201
Определите, какие из указанных веществ являются веществами А" и У:
1) РС15; 4) Са3Р2;
2) Н3РО4; 5) Р13.
3) Н3РО3;
3. Сульфид алюминия растворили в воде. Выделившийся газ сожгли в недос¬
татке кислорода. Полученное простое вещество нагрели с недостатком фос¬
фора. Продукт реакции растворили в избытке едкого натра. Напишите урав¬
нения четырёх описанных реакций.
2.10. Методы решения расчётных задач
В данном разделе представлены методы решения задач высокого уровня сложности.
2.10.1. Определение вещества, взятого в избытке или недостатке
Если по условиям задачи известна масса/объём/количество вещества нескольких
реагирующих веществ, для проведения расчётов по уравнению реакции необходи¬
мо определить, какое из веществ взято в недостатке, а какое в избытке.
При протекании химической реакции полностью расходуется вещество, взятое в
недостатке, после чего реакция останавливается.
Расчёты по уравнению реакции можно проводить только относительно вещест¬
ва, взятого в недостатке.
Например, если в реакцию вступают 3 моль NaOH и 4 моль НС1, то продуктами яв¬
ляются 3 моль NaCl и 3 моль Н2О. По окончании реакции в растворе остаётся
1 моль непрореагировавшей соляной кислоты (рис. 2.2):
3 моль 4 моль з моль 3 моль
NaOH + НС1 —>NaCl+H2O
недостаток избыток
избыток
Рис. 2.2. Схематичное отображение взаимодействия 3 моль NaOH и 4 моль НС1
202
Гпава 2
При взаимодействии 3 моль хлорида магния и 4 моль гидроксида калия в недостат¬
ке взят гидроксид калия, несмотря на то что его количество вещества больше. Это
связано с тем, что по уравнению реакции на 1 моль хлорида магния приходится
2 моль гидроксида калия:
MgCl2 + 2КОН Mg(OH)2; + 2КС1
После того как 2 моль хлорида магния вступят в реакцию с 4 моль гидроксида ка- 1
лия, в растворе не останется частиц КОН. Продуктами реакции будут 2 моль
Mg(OH)2 и 4 моль КС1. В растворе также останется 1 моль непрореагировавшего
MgCl2 (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Схематичное отображение взаимодействия 3 моль MgCl2 и 4 моль КОН
Для определения вещества, взятого в недостатке, следует сравнить значения
количества вещества реагентов, поделённые на коэффициенты данных веществ
в уравнении реакции.
Так, количество вещества MgCl2 3 моль, а коэффициент в уравнении реакции 1,
количество вещества КОН 4 моль, а коэффициент в уравнении 2:
MgCl2: 3 моль/1 = 3 — избыток;
КОН: 4 моль/2 = 2 — недостаток.
ЗАДАЧА 1. В химическом стакане смешали 424 г 10%-ного раствора фосфата калия
и 331,2 г 15%-ного раствора бромида магния. Вычислите массу выпавшего осадка.
Решение. Взаимодействие солей протекает в соответствии с уравнением реакции:
2К3РО4 + 3MgBr2 -> Mg3(PO4)2^ + 6KBr
Для определения массы осадка нужно определить, какое из исходных веществ взя¬
то в недостатке. Для этого необходимо рассчитать количество вещества реагентов:
w(K3P04) = wip_pa(K3P04)-<o(K3P04)/100% = 424 г-10%/100%-42,4 г;
, \ т 42,4 г л
v (К,РОД) = — = г = 0,2 моль;
v 3 47 М (39-3 + 31 + 16-4) г/моль
Основы неорганической химии
203
w(MgBr2) = тир.ра (MgBr2)• co(MgBr2)/100% = 331,2г• 15%/100% = 49,68 г;
/кл „ , т 49,68 г л
v (MgBr,) = — = - = 0,27 моль;
у ■ М (24 + 80-2) г/моль
К3РО4: 0,2 моль/2 = 0,1 — избыток;
MgBr2: 0,27 моль/3 = 0,09 —недостаток.
Расчёт количества вещества образовавшегося фосфата магния необходимо прово¬
дить относительно вещества, взятого в недостатке, — бромида магния:
v(Mg3(PO4)2):v(MgBr2) = l:3 => v(Mg,(РО4)2) = 0,27/3 = 0,09 моль;
т(Mg3(РОД) = v • М = 0,09 моль • (24 • 3 + (31 +16 • 4) • 2) г/моль = 23,58 г.
Соотношение реагирующих веществ может влиять на то, какие продукты образу¬
ются в результате реакции.
Например, при взаимодействии 2 моль NaOH и 1 моль СО2 образуется карбонат
натрия, а при взаимодействии 1 моль NaOH и 1 моль СО2 — гидрокарбонат на¬
трия:
2NaOH + СО2 Na2CO3 + Н2О NaOH + СО2 -> NaHCO3
ЗАДАЧА 2. Вычислите массу соли, образующейся при взаимодействии 56,8 г окси¬
да фосфора(У) с 400 г 22,4%-ного раствора гидроксида калия.
В зависимости от соотношения реагирующих веществ в реакции могут образовать¬
ся фосфат, гидрофосфат или дигидрофосфат калия:
6КОН + Р2О5 2К3РО4 + ЗН2О
4КОН + Р2О5 -► 2К2НРО4 + Н2О
2КОН + Р2О5 + Н2О 2КН2РО4
Для определения продукта реакции необходимо сопоставить соотношение реаген¬
тов по условию задачи и по уравнению реакции. По условию задачи:
т(КОН) = шр_ра (КОН)• (о(КОН)/100% = 400 г • 22,4%/100% = 89,6 г;
fizouA т 89,6 г 1 <
v (КОН) = — = - = 1,6 моль;
v 7 М (39 + 16 + 1) г/моль
v(P2O5):v(KOH) = l: 4.
204
Гпава 2
Соответственно, протекает реакция с образованием гидрофосфата калия, в которой
соотношение Р2О5 к КОН по коэффициентам равно 1:4:
4К0Н + Р2О5 — 2К2НРО4 + Н2О
В данной задаче вещества взяты в эквивалентом количестве: ни одно из веществ не
взято в избытке.
v(K2HPO4):v(P2O5) = 2:1 => v(K2HPO4) = 0,4-2 = 0,8 моль;
т(К2НРО4) = v • М = 0,8 моль • (39 • 2 +1 + 31 +16 • 4) г/моль = 139,2 г.
. V'
Задания V
1. Вычислите массу соли, образующейся при смешении 32 г 35%-ного раствора
гидроксида калия с 73 г 15%-ного раствора соляной кислоты.
2. Вычислите массу осадка, образующегося при смешении 200 г 30%-ного раство¬
ра гидроксида натрия с 375 г 36%-ного раствора хлорида меди(П).
3. Вычислите максимальный объём углекислого газа, который может прореагиро¬
вать с 28 мл 40%-ного раствора гидроксида натрия плотностью 1,43 г/мл.
4. Смешали 445 г 15%-ного раствора хлорида алюминия и 315 г 12%-ного раствора
сульфита натрия. По окончании реакции раствор отфильтровали, а к фильтрат}
добавили 80 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Вычислите массу хлорида
натрия в конечном растворе.
5. К 14%-ному раствору фосфорной кислоты массой 175 г добавили 200 г
14%-ного раствора гидроксида калия. К полученному раствору добавили 500 г
16%-ного раствора бромида кальция. Вычислите массу образовавшегося осадка.
6. Алюминий растворили в 400 г раствора гидроксида натрия. Полученный раствор
может прореагировать с 44,8 л (при н. у.) углекислого газа с образованием осад¬
ка массой 93,6 г. Вычислите массовую долю гидроксида натрия в исходном рас¬
творе.
2.10.2. Расчёты с использованием понятия
«массовая доля вещества в конечном растворе»
Массовая доля вещества в конечном растворе определяется по формуле:
z х ти(в-ва)
со(в-ва) = —— • 100%.
™р-ра (конеч.)
Если в ходе реакции не происходит выделения газа или образования осадка, то мас¬
са конечного раствора равна сумме масс исходных растворов или веществ:
тппя (конеч.) = /и я (1) + гппя (2) + гп ия (3) + ...
р-ра \ / р-ра \ / р-ра \ / в-ва \ /
Основы неорганической химии 205
ЗАДАЧА 1 - Вычислите массовую долю соли в растворе, образовавшемся при добав¬
лении к 100 г 21,9%-ного раствора соляной кислоты 342 г 20%-ного раствора гид¬
роксида бария.
Petuenuei Взаимодействие веществ протекает по следующему уравнению реакции:
Ва(ОН)2 + 2НС1 -> ВаС12 + 2Н2О
т(НС1) = трра(НС1)-а>(НС1)/100% = 100 г-21,9%/100% = 21,9 г;
z Л т 21,9 г
v (НС1) - — = - 0,6 моль;
М (1 + 35,5) г/моль
ж(Ва(ОН)2) = тир.ра (Ва(ОН)2) • <о(Ва(ОН)2)/100% = 342 г ■ 20%/100% = 68,4 г;
v(Ba(OH)2) = — = 7 -—68’4 г = 0,4 моль;
v ’ М (137+ (16 + 1)-2) г/моль
НС1: 0,6 моль/2 - 0,3 — недостаток;
Ва(ОН)2: 0,4 моль/1 = 0,4 — избыток;
v(BaCl2):v(HCl) = l:2 => v(BaCl2) = 0,3/2 = 0,15 моль;
ти(ВаС12) = v-М = 0,15 моль (137 + 35,5-2) г/моль = 31,2 г;
wp-pa (конеч.) = mppa (HCl) + wp_pa (Ва(ОН)2) = 100 г + 342 г = 442 г;
Чонеч. (ВаС12) = «?(ВаС12)/тер.ра (конеч.)-100% = 31,2 г/442 г• 100% = 7,06%.
Если в реакции образуется осадок и/или выделяется газ, то для определения массы
конечного раствора из суммы масс исходных растворов или веществ нужно вы¬
честь массу осадка и/или газа:
™рРа (конеч.) = тир.ра (1) + тр.ра (2) - т (осадка) - т (газа).
ЗАДАЧА 2. Вычислите массовую долю гидроксида кальция в растворе, образовав¬
шемся при пропускании через 400 г 22,2%-ного раствора гидроксида кальция 22,4 л
(при н. у.) углекислого газа.
Решение. Поскольку в задании указано, что гидроксид кальция присутствует в ко¬
нечном растворе, можно сделать вывод о том, что в реакции он был взят в избытке
и, соответственно, не вступил в неё полностью:
Са(ОН)2 + СО2 СаСО3 + Н2О
w(Ca(OH)2) = тр.ра (Са(ОН)2) • оэ(Са(ОН)2 )/100% = 400 г • 22,2%/100% = 88,8 г;
206
Глава 2
v(Ca(OH)2) =
88,8 г
М (40+ (16 + 1)-2) г/моль
= 1,2 моль;
v(CO>£-
" т
22,4 л
22,4 л/моль
= 1 моль.
т
Поскольку по уравнению v(Ca(OH)2): v(CO2) = 1:1, а по условию задачи:
v(Ca(OH)2):v(CO2) = 1,2:1 => СО2 в недостатке;
v№iyn (Са(ОН)2): v(CO2) = 1:1 => (Са(ОН)2) = 1 моль;
Vocr (Са(ОН)2) = 1,2 моль -1 моль = 0,2 моль;
7иост (Са(ОН)2) = v • М = 0,2 моль • 74 г/моль = 14,8 г.
Поскольку в данной реакции образуется нерастворимый в воде карбонат кальция,
из массы раствора необходимо вычесть массу осадка:
игрра (конеч.) = тр.ра (Са(ОН)2) + т(СО2) - ти(СаСО3);
m(CO2) = v-М = 1 моль (12+ 16-2) г/моль = 44 г;
v(CaCO3):v(CO2) = l:l => v(CaCO3) = 1 моль;
wi(CaCO3) = v • М = 1 моль• (40 + 12 + 16-3) г/моль = 100 г;
7Ир.ра (конеч.) = 400 г + 44 г -100 г = 344 г.
Массовая доля гидроксида кальция в конечном растворе равна:
со(Са(ОН)2) = тост (Са(ОН)2 )/тирра (конеч.) -100% = 14,8 г/344 г -100% = 4,3%.
ЗАДАЧА 3. В 89,1 мл 35%-ного раствора соляной кислоты плотностью 1,17 г/мл
растворили 13 г цинка. В полученный раствор добавили 655 г раствора нитрата се-
ребра(1), взятого в избытке. Вычислите массовую долю азотной кислоты в полу¬
ченном растворе.
Решение.
[1] Zn + 2НС1 -> ZnCl2 + H2f
/ир.ра (НС1) = V • p = 89,1 мл ■ 1,17 г/мл = 104,25 г;
г
те(НС1) = wp.pa(HCl)-w(HCl)/l00% = 104,25 г-35%/100% = 36,5 г;
т 36,5 г 1
v (НС1) = — = -—— = 1 моль;
М (1 + 35,5) г/моль
Основы неорганической химии
207
\ 13г
v(Zn) = — = = 0,2 моль;
М 65 г/моль
НС1: 1 моль/2 = 0,5 — избыток;
Zn: 0,2 моль/1 = 0,2 — недостаток;
v(ZnCl2):v(Zn) = l:l => v(ZnCl2) = 0,2моль;
vBCiyn(HCl):v(Zn) = 2:l v^(HCl) = 0,2 Моль-2 = 0,4 моль;
vOCT(HCl) = l моль-0,4 моль = 0,6 моль;
v(H2):v(Zn) = l:l => v(H2) = 0,2 моль;
m(H2) = v-Л/ = 0,2 моль-2 г/моль = 0,4 г;
[2]ZnCl2 + 2AgNO3 -► 2AgCH + Zn(NO3)2
[3] НС1 + AgNO3 AgCl| + HNO3
v(HNO3):voct(HC1) = 1:1 => v(HNO3) = 0,6 моль;
th(HNO3) = v-M = 0,6 моль-(1 + 14+ 16-3) г/моль = 37,8 г.
Обратите внимание, что для нахождения массы конечного раствора необходимо
вычесть массу выделившегося в 1-й реакции водорода и массу выпавшего во 2-й и
3-й реакциях осадка:
wp-pa (конеч.) =тир.ра (НС1) + m(Zn)-»г(Н2) + отр.ра (AgNO3)- w(AgCl);
v2 (AgCl): v(ZnCl2) - 2:1 => v2(AgCl) = 0,2 моль-2 = 0,4 моль;
v3(AgCl):VoCT(HCl) = l:l => v3(AgCl) = 0,6 моль;
mcyMM(AgCl) = v-M =(0,4 моль + 0,6 моль)-(108+ 35,5) г/моль = 143,5 г;
да (конеч.) = 104,25 г +13 г - 0,4 г + 655 г -143,5 г = 628,35 г;
Чонеч (HNO3) = m(HNO3)/mp.pa (конеч.)-100% = 37,8 г/628,35 г ■ 100% = 6%.
Задания V
1. Вычислите массовую долю хлороводорода в растворе, образовавшемся при
смешении 245 г 12%-ного раствора серной кислоты с 160 г 26%-ного раствора
хлорида бария.
208
Гпава 2
2. Через 897 г 20%-ного раствора карбоната калия пропустили 56 л (при н. у.) бро¬
моводорода. Вычислите массовые доли солей в образовавшемся растворе.
3. Вычислите массовую долю соли в растворе, образовавшемся при добавлении
12,8 г меди к 168 г 15%-ного раствора азотной кислоты.
4. При смешении 650 г раствора хлорида алюминия с 500 г раствора сульфида ка¬
лия образовался раствор, массовая доля хлорида калия в котором составила
8,13%. Вычислите массу выпавшего осадка и объём (при н. у.) выделившегося
газа.
5. К 56 г расплавленного гидроксида калия добавили 10,56 г серы. Полученную
смесь растворили в 730 г 10%-ного раствора соляной кислоты. Вычислите мас¬
совую долю воды в конечном растворе.
6. Гидроксид меди(П) растворили в 980 г серной кислоты. Для нейтрализации ос¬
тавшейся кислоты использовали 12%-ный раствор питьевой соды, при этом объ¬
ём выделившегося газа составил 13,44 л. Вычислите массовую долю серной ки¬
слоты в исходном растворе, если массовая доля сульфата меди(П) в конечном
растворе составила 7,77%.
2.10.3. Смеси
ЗАДАЧА 1. 248 г смеси меди и железа добавили к раствору соляной кислоты. При
этом выделилось 22,4 л газа. Вычислите массовую долю меди в данной смеси.
Решение. Поскольку медь не взаимодействует с раствором соляной кислоты, выде¬
ление газа происходит только при растворении железа:
Fe + 2HC1—>FeCl2 + H2$
Си + HCl-/»
/Чт ч V 22,4 л 1
v Нэ) - — - = 1 моль;
v Vm 22,4 модь/л
v(Fe): v (Н2) = 1:1 => v(Fe) = 1 моль;
m(Fe) = v-M = 1 моль-56 г/моль=56 г;
/л(Си) = ти(смеси)-/и(Ре) = 248 г-56 г = 192 г;
со(Си) = ти(Си)/ти (смеси)• 100% = 192 г/248 г ■ 100% = 77,42%.
ЗАДАЧА 2. Смесь алюминия и железа растворили в соляной кислоте, при этом вы¬
делилось 24,64 л (н. у.) газа. При растворении той же смеси в разбавленном раство¬
ре гидроксида натрия выделилось 20,16 л (н. у.) газа. Вычислите массовую долю
алюминия в смеси.
Основы неорганической химии
209
Решение. Оба металла смеси взаимодействуют с соляной кислотой с выделением
водорода:
[1 ] 2А1 + 6НС1 -> 2А1С13 + ЗН2|
[2] Fe + 2НС1 —> FeCl2 + Н2$
, V 24,64 л , ,
V,, ( Н,) = — = = 1,1 моль.
’’2V V 22,4 л/моль
т 7
При этом с раствором щёлочи взаимодействует только алюминий:
[3] 2А1 + 2КОН + 6Н2О -> 2К[А1(ОН)4] + 3H2j
[4] Fe + КОН + Н2О^
уз(Н2)-
" т
20,16 л
22,4 л/моль
= 0,9 моль;
v3(A1):v3(H2) = 2:3 => v(Al) = 0,9 моль-2/3 = 0,6 моль;
m(Al) = v-M = 0,6 моль-27 г/моль=16,2 г.
Поскольку в растворе кислоты и щёлочи растворяли идентичные смеси:
Vj (Al) = v3 (Al) = 0,6 моль;
v1(H2):v1(A1) = 3:2 => Vj(H2) = 0,9 моль;
v2 (^2)= vi-2 (~ vi (H2) = 1,1 моль-0,9 моль = 0,2 моль;
v2(Fe):v2(H2) = l:l v2(Fe) = 0,2 моль;
tf/(Fe) = v-M =0,2 моль-56 г/моль=11,2 г;
m (смеси) = m( Al) + m(Fe) = 16,2 г+ 11,2 г = 27,4 г;
со(А1) = т(А1)/т(смеси) -100% = 16,2 г/27,4 г -100% = 59,1%.
ЗАДАЧА 3. Продукты полного бромирования 28,4 г смеси магния и железа помес¬
тили в 840 г 20%-ного раствора гидроксида калия, взятого в избытке. При этом об¬
разовался раствор с массой долей бромида калия 21,36%. Вычислите массовую до¬
лю магния в исходной смеси.
210 Гпава 2
Решение. Бромирование смеси протекает в соответствии с уравнениями реакций:
[l]Mg + Br2 ->MgBr2
[2] 2Fe + ЗВг2 —► 2FeBr3
Подобные задачи удобно решать введением двух переменных. Пусть исходная
смесь состоит из х моль магния и у моль железа, тогда:
wi(Mg) = 24xr и m(Fe) = 56y г;
zn(cMecH) = »i(Mg) + »7(Fe) => 28,4 г = 24х + 56у г;
v1(Mg):vl(MgBr2) = l:l => v,(MgBr2) = x моль => w(MgBr2) = 184х г;
v2(Fe):v2(FeBr3) = l:l => v2(FeBr3) = y моль => w(FeBr3) = 296y г.
Оба полученных бромида взаимодействуют с раствором щёлочи:
[3]MgBr2 + 2КОН -> Mg(OH)2| + 2KBr
[4] FeBr3 + ЗКОН -> Fe(OH)3j + ЗКВг
v3(K.Br):v3(MgBr2) = 2:l => v3(KBr) = 2x моль;
v4(KBr):v4(FeBr3) = 3:l => v4(KBr)= Зу моль;
(KBr) = (v3 + v4) • M = (2x + Зу) моль 119 г/моль;
mp.pa (конеч.) = w(MgBr2) + m(FeBr3) + mp.pa (KOH)-w(Mg(OH)2)-m(Fe(OH)3);
v3(Mg(OH)2):v3(MgBr2) = l:l => v3(Mg(OH)2) = x моль;
v4 (Fe(OH)3):v4 (FeBr,) = 1:1 => v4 (Fe(OH)3) = у моль;
w(Mg(OH)2) = v-M = x моль-58 г/моль=58х г;
zn(Fe(OH)3) = v -M =y моль 107 г/моль = 107y г;
«1рфа (конеч.) = 184x г + 296у г+ 840 г-58х г-107у г = (126х + 189у + 840) г;
Чокеч (КВг) = тЗА (КВг)/(конеч.) • 100%;
21,36% = (2х + Зу) • 119/(126х +189у + 840) • 100%.
Основы неорганической химии 211
Значения переменных находятся при решении полученной системы уравнений:
28,4 = 24х + 56у;
‘ 21,36/100 = (2х + Зу) • 119/(126% + 189у + 840);
v(Mg) = x = 0,25 моль => m(Mg) = 24 0,25 = 6 г;
v(Fe) = j>=0,4 моль => wi(Fe) = 56-0,4 = 22,4 г;
w(cMecH) = w(Mg) + m(Fe) = 6 г + 22,4 г = 28,4 г;
co(Mg) = т(Mgсмеси) -100% = 6 г/28,4 г -100% = 21,13%.
.....
1. При растворении смеси стружки магния и алюминия в избытке соляной кислоты
выделяется 44,8 л (при н. у.) газа. При растворении той же массы смеси в избыт¬
ке раствора гидроксида натрия выделяется 36,96 л (при н. у.) газа. Вычислите
массовую долю магния в смеси.
2. Раствор массой 400 г, содержащий сульфат меди(П) и нитрат магния, разлили в
две колбы. Для полного осаждения катионов металлов в первой колбе израсхо¬
довано 448 г 17,5%-ного раствора гидроксида калия. Масса образовавшегося
осадка при этом составила 56,6 г. Во вторую колбу добавили 800 г 20,8%-ного
раствора хлорида бария, взятого в избытке. Масса образовавшегося во второй
колбе осадка составила 139,8 г. Вычислите массовые доли солей в образовав¬
шемся во второй колбе растворе.
3. На растворение навески оксида меди(П) и оксида железа(П) израсходовано
86,43 мл 20%-ного раствора соляной кислоты плотностью 1,098 г/мл. Навеску
той же массы и того же состава растворили в 75 г 84%-ного раствора азотной
кислоты. После окончания реакции к раствору добавили 400 г воды, в результате
чего массовая доля азотной кислоты в конечном растворе составила 2,58%. Вы¬
числите массовую долю оксида меди(П) в навеске.
4. На растворение 58,5 г цинка израсходовали 315 г раствора азотной кислоты. По¬
лученную смесь газов, состоящую из бурого газа, монооксида азота и веселяще¬
го газа, пропустили через 590 г холодного раствора гидроксида калия, взятого в
избытке. Массовая доля нитрата калия в полученном растворе составила 3,32%,
а непоглощённый газ занимал объём равный 9,52 л (при н. у.). Вычислите мас¬
совую долю азотной кислоты в исходном растворе.
5. Смесь меди и оксида меди(П) поместили в колбу с 588 г 5%-ного раствора сер¬
ной кислоты. По окончании реакции массовая доля серной кислоты в растворе
составила 2,45%. При растворении той же массы смеси во второй колбе с 105 г
90%-ной азотной кислоты выделяется 8,96 л (при н. у.) газа. В образовавшийся
по окончании реакции раствор добавили 600 г воды. Вычислите массовую долю
нитрата меди(П) в конечном растворе во второй колбе.
(
212 Гпава 2
2.10.4. Растворимость
Растворимость s — способность вещества образовывать однородную смесь с рас¬
творителем при данной температуре. Значение растворимости показывает макси¬
мальную массу вещества, которую можно растворить в 100 г воды при данной тем¬
пературе.
Насыщенный раствор — раствор, содержащий максимальную массу растворённого
вещества при данной температуре.
ЗАДАЧА 1. При определённой температуре приготовили насыщенный раствор хло¬
рида натрия массой 400 г. Определите массу соли в полученном растворе, если рас¬
творимость хлорида натрия при этой температуре составляет 36 г на 100 г воды.
Решение. Если насыщенный раствор состоит из 36 г соли и 100 г воды, то масса
такого раствора равна 136 г. Для определения массы соли в 400 г раствора необхо¬
димо составить пропорцию:
га, (в-ва) га2(в-ва) га, (в-ва) га2(в-ва)
га, (р-ра) га2(р-ра) ™,(Н2О) ^2(Н2О)’
ra(NaCl) 36 г , ч
— => ra(NaCl) = 105,88 г.
400 г 136 г v 7
ЗАДАЧА 2. Растворимость хлорида бария при некоторой температуре составляет
36,2 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 68,1 г насыщенного рас¬
твора хлорида бария и добавили к нему 122,5 г 40%-ного раствора серной кислоты.
Вычислите массовую долю соляной кислоты в образовавшемся растворе.
ВаС12 + H2SO4 -> BaSOJ + 2НС1
При растворении 36,2 г хлорида бария в 100 г воды образуется насыщенный рас¬
твор массой 136,2 г. Тогда, в насыщенном растворе массой 68,1 г:
га(ВаС12) _ 36,2 г
68,1г ~ 136,2 г
(ВаС12) = 18,1 г;
v(BaCl,) = ^
--1—- = 0,087 моль;
(137 + 35,5-2) г/моль
т(H2SO4) = /ир.ра (H2SO4) • co(H2SO4 )/100% = 122,5 г ■ 40%/100% = 49 г;
v(H2SO4) =
га _ 49 г
Л?" (1-2 + 32 + 16-4) г/моль
= 0,5 моль — избыток;
v(HCl):v(BaCl2) = 2:l => v(HCl) = 0,087 моль-2 = 0,174 моль;
Основы неорганической химии
213
/n(HCl) = v Jl/ = 0,174 моль(1 + 35,5) г/моль = 6,351 г;
"’р-ра (конеч.) = mp_p.d (ВаС12) + /ир.ра (H2SO4) - т (BaSO4);
v(BaSO4):v(BaCl2) = l:l => v(BaSO4) = 0,087 моль;
т (BaSO4) = v • М = 0,087 моль • (137 + 32 +16 • 4) г/моль = 20,271 г;
wp.pa (конеч.) = 68,1 г + 122,5 г-20,271 г = 170,329 г;
Чоке, (НС1) = '"(НС1)/тир.ра (конеч.) 100% = 6,351 г/170,329 г• 100% = 3,73%.
При охлаждении насыщенного раствора вещества его растворимость в воде умень¬
шается, и в результате избыточное количество, которое не может раствориться при
пониженной температуре, выпадает в осадок.
ЗАДАЧА 3- Насыщенный при 40 °C раствор сульфата калия охладили до 20 °C. При
этом масса раствора изменилась на 19,2 г. Безводный осадок отделили, а к образо¬
вавшемуся раствору добавили 208 г 10%-ного раствора хлорида бария. Массовая
доля сульфата калия в конечном растворе составила 4,9%. Определите раствори¬
мость сульфата калия в воде при 20 °C, если растворимость при 40 °C составляет
15 г на 100 г воды.
Решение. В условии задачи не дана ни масса исходного раствора сульфата калия,
ни масса самой соли, ни масса воды, поэтому для решения задачи необходимо вве¬
сти переменную.
Пусть т(Н2О) = х г, тогда при 40 °C:
^40 °C (К-2^^4 ) _ 15Г
хг 100 г
=> ?n40oC(K2SO4) = 0,15x г;
"’р-ра 40 "С (K2SO4 ) = W40 “С (K2SO4 ) + т (Н2О) = X Г + 0,15х Г = 1, 1 5х Г.
При охлаждении раствора до 20 °C в осадок выпадает сульфат калия. Соответственно:
/n20oC(K2SO4) = 0,15x г-19,2 г;
"’p-pa20‘>c(K2SO4) = l,15xr-19,2 г.
K2SO4 + ВаС12 -+ BaSOJ + 2КС1
Поскольку в условии задачи дана массовая доля сульфата калия в конечном раство¬
ре, сульфат калия был взят в реакцию в избытке, соответственно, хлорид бария — в
недостатке.
т(ВаС12) = тир.ра (ВаС12) • со(ВаС12 )/100% = 208 г • 10%/100% = 20,8 г;
214
Глава 2
/о ^1 Ч т 20,8 г
v( Bad,) = — = = 0,1 моль;
v } М (137 + 35,5-2) г/моль
vBCiyn(K2SO4):v(BaCl2) = l:l => vBCiyn(K2SO4) = 0,1 моль;
WBcrvn (K2SO4) = v • м = 0,1 моль -(39-2 + 32 + 16-4) г/моль = 17,4 г;
woct(K2SO4) = 0,15x г-19,2 г-17,4 г = (0,15х-36,6) г;
wp-pa (конеч.) = mp.pa20„c (K2SO4) + mp.pa (ВаС12) - w(BaSO4);
v(BaSO4):v(BaCl2) = l:l => v(BaSO4) = 0,1 моль;
zn(BaSO4) = v-M = 0,1 моль -(137 + 32 + 16-4) г/моль = 23,3 г;
(конеч.) = 1,15х г-19,2 г + 208 г-23,3 г = (1,15х + 165,5) г;
Юконе, (K2SO4) = тост (K2SO4 )/wp.pa (конеч.) -100%;
4,9%=(0,15х-36,6 г)/(1,15х + 165,5 г)-100% => х = ж(Н2О) = 477,41 г;
т20 -с (K2SO4) = 0,15х -19,2 г = 52,4 г;
т2о°с K2SO4 ^го’с , 52,4г 5го»с . iv \ . < 1ЛА
- -— = => = => s,n „р (K,S04 ) = 11 г на 100 г воды.
w(H2O) 100 477,41г 100г 20 cV 2 4'
Задания
1. Вычислите массовую долю хлорида натрия в насыщенном при 25 °C растворе,
если растворимость хлорида натрия при данной температуре составляет 39,1 г на
100 г воды.
2.
3.
4.
К насыщенному при определённой температуре раствору сульфата аммония
массой 300 г добавили избыток раствора гидроксида калия и нагрели. При этом
выделилось 43,77 л (при н. у.) газа. Определите растворимость сульфата аммо¬
ния при данной температуре.
К 22,4 г 50%-ного раствора гидроксида калия добавили 16,92 мл соляной кисло¬
ты (плотность 1,182 г/мл), взятой в эквивалентном количестве. Вычислите массу
выпавшего осадка, если растворимость хлорида калия в условиях проведения
реакции составляет 34 г на 100 г воды.
При добавлении воды к 90,26 г насыщенного при определённой температуре
раствора бромида железа(Ш) получили 40%-ный раствор соли. К полученному
раствору добавили 850 г 20%-ного раствора нитрата серебра(1). По окончании
реакции к раствору добавили 500 г 16%-ного раствора гидроксида натрия. Вы¬
числите массовую долю воды в конечном растворе, если растворимость бромида
железа(Ш) при данной температуре составляет 455 г на 100 г воды.
Основы неорганической химии
215
5. Растворимость безводного гидрокарбоната калия при некоторой температуре со¬
ставляет 33,33 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 400 г насы¬
щенного раствора, который разлили в две колбы. В первую добавили 73 г 15%-
ного раствора соляной кислоты, а во вторую — 900 г 19%-ного раствора гидро¬
ксида бария. Вычислите массовую долю хлорида калия в первой колбе, если во
второй колбе образовался осадок массой 118,2 г.
2.10.5. Кристаллогидраты
Масса кристаллогидрата складывается из массы вещества и массы кристаллизаци¬
онной воды:
т (в-ва • хН2О) = т (в-ва) + х • т (Н2О).
При растворении в воде кристаллогидрат теряет кристаллизационную воду.
Обратите внимание, количества вещества кристаллогидрата и образующейся при
его растворении соли равны.
ЗАДАЧА 1. Вычислите массовую долю сульфата меди(П) в растворе, образующемся
при растворении 500 г медного купороса (CuSO4 • 5Н2О) в 500 г воды.
Решение. Растворение кристаллогидрата можно условно представить в виде реак¬
ции:
CuSO4 • 5Н2О CuSO4 + 5Н2О
v (CuSO4 • 5Н,О) = — = - — = 2 моль;
v 4 2 ’ М (64 + 32 + 16-4 + 18-5) г/моль
v(CuSO4) = v(CuSO4 -5Н2О) = 2 моль;
m(CuSO4) = v-М = 2 моль (64+ 32+ 16-4) г/моль = 320 г;
mp.pa (CuSO4) = 500 г + 500 г = 1000 г;
a>(CuSO4) = т(CuSO4 )/тир.ра (CuSO4) • 100% = 320 г/1000 г • 100% = 32%.
ЗАДАЧА 2. При определённой температуре приготовили насыщенный раствор
сульфата цинка, растворив 121,05г гексагидрата сульфата цинка в необходимом
количестве воды. К полученному раствору добавили 180 г 20%-ного раствора гид¬
роксида натрия. Вычислите массовую долю воды в конечном растворе. Раствори¬
мость безводного сульфата цинка составляет 22 г на 100 г воды.
216
Гпава 2
Решение. Растворение кристаллогидрата можно условно представить в виде реакции:
[I] ZnSO4 • 6Н2О ZnSO4 + 6Н2О
v(ZnSO4 • 6Н2О) = — = -—————121’05г— _q моль;
v ’ М (65 + 32 + 16-4 + 18-6) г/моль
v(ZnSO4) = v(ZnSO4 -6Н2О) = 0,45 моль;
wi(ZnSO4) = v -A/ = 0,45 моль-(65+ 32+ 16-4) г/моль= 72,45 г;
v(ZnSO4):vKpi)CT(H2O) = l:6 => v(H2O) = 0,45 моль - 6 = 2,7 моль;
(H,O) = v-A/ = 2,7 моль-18 г/моль=48,6 г.
При определении массы дополнительной воды (х), необходимой для приготовления
насыщенного раствора соли, нужно учесть, что при растворении кристаллогидрата
выделилось 48,6 г воды:
72,45 г 22 г /тт ___ __
/,я, ж—\=77Г" И1доб(н2° =* = 280’72 г.
(48,6 г + х г) 100 г
Сульфат цинка может взаимодействовать с гидроксидом натрия с образованием
гидроксида цинка или тетрагидроксоцинката натрия, поэтому для определения
продуктов реакции необходимо соотнести количества вещества реагентов:
/и (NaOH) = лгрра (NaOH) • w(NaOH)/l00% = 180 г • 20%/100% = 36 г;
JYl 36г
v (NaOH) = — = 7 7 = 0,9 моль;
М (23 + 16 + 1) г/моль
v(ZnSO4):v(NaOH) = l: 2.
Следовательно, протекает реакция с образованием гидроксида цинка:
[2] ZnSO4 + 2NaOH -> Zn(OH)2; + Na2SO4
m(H2O) = дгкрис1 (H2O) + тдо6 (Н2О) = 48,6 г + 280,72 г = 329,32 г;
wp-pa (конеч.) = m(ZnSO4 • 6Н2О) + тдоб (Н2О) + mp.pa (NaOH)- zn(Zn(OH)2);
v(ZnSO4):v(Zn(OH)2) = l:l => v(Zn(OH)2) = 0,45 моль;
zn(Zn(OH)2) = v-Af = 0,45 моль-(65 + (16 + 1)-2) г/моль = 44,55 г;
тир.ра (конеч.) = 121,05 г+ 280,72 г+ 180 г-44,55 г = 537,22 г;
®конеч (Н2О) = w(H2O)/mp.pa (конеч.)-100% = 329,32 г/537,22 г-100% = 61,3%.
Основы неорганической химии
217
Важно!
При охлаждении водного раствора вещества в виде осадка может образовы¬
ваться кристаллогидрат.
ЗАДАЧА 3. Вычислите массу семиводного кристаллогидрата, который образовался
при охлаждении 500 г насыщенного раствора сульфата железа(П) с 56 °C до 20 °C.
Растворимость сульфата железа(П) в воде при 20 °C равна 26 г на 100 г, а при 56 °C
гавна 55 г на 100 г воды.
Решение. Образование кристаллогидрата можно условно представить в виде реак¬
ции:
FeSO4 + 7Н2О FeSO4 • 7Н2О;
Пусть масса растворённого сульфата железа(П) при 56 °C равна х г, тогда раство¬
римость соли при данной температуре:
w56oc(FeS04)/wp_pa56oC(FeS04) = 55 г/(100 г 4-55 г) => х г/500 г = 55 г/155 г;
w56 °с (FeSO4) = х = 177,42 г;
м(Н2О) = 500 г -177,42 г = 322,58 г.
Пусть в осадок выпадает^ моль FeSO4, тогда в состав кристаллогидрата входит
7умоль Н2О.
Осадок(FeSO4) = v-Af = у моль-(56+ 32+ 16-4) г/моль = 152^ г;
^осадок(Н2О) = v А/ = 7у моль (1-2 +16) г/моль = 126у г.
Тогда при составлении уравнения растворимости сульфата железа(П) при 20 °C не¬
обходимо учесть, что при выпадении в осадок кристаллогидрата в растворе умень¬
шается как масса соли, так и масса воды:
m20oC(FeSO4)/m20oC(H2O) = 26 г/100 г;
(177,42-152^)/(322,58-126^)= 26/100 => vocaflOK(FeSO4) = j; = 0,785 моль;
т(FeSO4 • 7Н2О) = v • М = 0,785 моль (152 + 126) г/моль = 218,23 г.
Задания
1. Вычислите массу воды, содержащейся в 750 г медного купороса.
2. Вычислите массовую долю соли в растворе, образующемся при растворении
78,3 г дигидрата бромида цинка в 600 г воды.
218
Гпава 2
3. Гидроксид алюминия массой 31,2 г растворили в 490 г 12%-ного раствора сер¬
ной кислоты. При охлаждении полученного раствора в осадок выпало 133,2 г
кристаллогидрата. Определите количество молекул воды в формуле образовав¬
шегося кристаллогидрата.
4. Шестиводный хлорид магния растворили в 400 г воды. Через полученный рас¬
твор пропускали газообразный аммиак до прекращения выпадения осадка. Мас¬
совая доля воды в конечном растворе составила 91,9%. Вычислите массу исход¬
ного кристаллогидрата и объём (при н. у.) пропущенного аммиака.
5. При определённой температуре приготовили насыщенный раствор сульфата
магния. Для этого растворили 120 г английской соли (MgSO4 -7Н2О), содержа¬
щей 1,6% нерастворимых в воде примесей по массе, в необходимом количестве
воды. К полученному раствору добавили 1025 г раствора ортофосфата натрия.
По окончании реакции массовая доля ортофосфата натрия в полученном раство¬
ре составила 2,445%. Вычислите массовую долю ортофосфата натрия в исход¬
ном растворе, если растворимость безводного сульфата магния при данной тем¬
пературе составляет 35,1 г на 100 г воды.
6. 338,1 г кристаллогидрата хлорида алюминия прокалили до постоянной массы.
При этом потеря массы составила 44,72% от исходной массы кристаллогидрата.
Твёрдый остаток растворили в 2240 г 14%-ного раствора гидроксида калия. Вы¬
числите массовые доли солей в полученном растворе.
2.10.6. Частичное разложение
При частичном разложении вещества в твёрдом остатке присутствуют как твёрдые
продукты разложения, так и неразложившееся исходное вещество.
ЗАДАЧА 1. Вычислите массу твёрдого остатка, образовавшегося при разложении
242 г нитрата железа(Ш), если в результате реакции выделилось 67,2 л (при н. у.)
смеси газов.
Решение. Разложение нитрата железа(Ш) протекает в соответствии с уравнением
реакции:
4Fe(NO3)3 4 2Fe2O3 + 12NO2T + 3O2J
in 242 г
v (Fe(NO,),) = — = — Г = 1 моль;
V 3 37 M (56+ (14 +16-3)-3) г/моль
/ ч V 67,2 л „
v (смеси газов) = — = = 3 моль;
' Vm 22,4л/моль
V(смеси газов) = V(NO2) + V(О2).
Основы неорганической химии 219
В соответствии с законом объёмных отношений газов:
v(смеси газов) = v(NO2) + v(O2).
Пусть v(O2) = х моль , тогда v(NO2 ) = 4х моль;
х + 4х = 3 => v(O2) = x = 0,6 моль;
Fe(NO3)3: 1 моль/4 = 0,25 — избыток;
О2: 0,6 моль/3 = 0,2 — недостаток.
Нитрат железа(Ш) разложился не полностью. Соответственно, твёрдый остаток со¬
стоит из неразложившегося нитрата железа(Ш) и твёрдого продукта разложения —
оксида железа(Ш):
Увступ (Fe(NO3)з): v(О2) = 4:3 => vBC17n(Fe(NO3)3) = 0,6 моль-4/3 = 0,8 моль;
vocr(Fe(NO3)3) = l моль-0,8 моль = 0,2 моль;
mocr (Fe(NO3)3) = v • М = 0,2 моль • 242 г/моль = 48,4 г;
v(Fe2O3):v(O2) = 2:3 <= v(Fe2O3) = 0,6 моль-2/3 = 0,4 моль;
m(Fe2O3) = v-М = 0,4 моль (56-2+ 16-3) г/моль = 64 г;
ти(тв. остатка) = mOCT(Fe(NO3)3) +и? (Fe2O3) = 48,4 г + 64 г = 112,4 г.
ЗАДАЧА 2. При нагревании образца нитрата меди(П) часть вещества разложилась.
При этом выделилось 11,2 л (при н. у.) смеси газов. Масса твёрдого остатка соста¬
вила 34,8 г. К остатку добавили 100 г воды и 112 г 20%-ного раствора гидроксида
калия. Вычислите массовую долю гидроксида калия в конечном растворе.
Решение. Разложение нитрата меди(П) протекает в соответствии с уравнением ре¬
акции:
[1]2Cu(NO3)2 4 2CuO + 4NO2T + O2f
( . KRSUSt
/ x V 11,2 л
v (смеси газов • = — = = 0,5 моль;
v 7 Vm 22,4л/моль
Пусть v(O2) = х моль , тогда v(NO2 ) = 4х моль;
х + 4х = 0,5 v(O2) = x = 0,1 моль.
Твёрдый остаток состоит из оксида меди(П) и неразложившегося Cu(NO3)2:
v(CuO):v(O2) = 2:l => v(CuO) = 0,l моль-2 = 0,2 моль;
/и(СиО) = У М =0,2 моль (64+ 16) г/моль = 16 г;
220
Гпава 2
тсхДСи(ЫО3)2) = ти(тв. остатка)-ти(СиО) = 34,8 г-16 г = 18,8 г;
18,8 г
т
vra(Cu(NO,),) =
М ' (64+ (14 + 16 3) ■ 2)
- 0,1 моль.
[2] Cu(NO3)2 + 2КОН -> Cu(OH)2| + 2KNO3
m(KOH) = тпрфа (KOH) • со(КОН)/100% = 112 г • 20%/100% = 22,4 г;
/глгчтт\ т 22,4 Г Л л
v (КОН) = — = г = 0,4 моль;
М (39 + 16 + 1) г/моль
Cu(NO3)2 : 0,1 моль/1 = 0,1 — недостаток;
КОН: 0,4 моль/2 = 0,2 — избыток;
vBCTyn(KOH):v(Cu(NO3)2) = 2:l => Vaciyn(KOH) = 0,1 моль-2 = 0,2 моль;
vOCT(KOH) = 0,4 моль-0,2 моль = 0,2 моль;
тоет (КОН) = v • М = 0,2 моль • 56 г/моль = 11,2 г.
Оксид меди(П), входящий в состав твёрдого остатка, не растворяется в воде и в щё¬
лочах, поэтому его масса не учитывается в массе конечного раствора:
"’рфа (конеч.) = 7ПОСТ (Cu(NO3)2) + да(Н2О) + тр.рл (КОН) - m(Cu(OH)2);
v (Cu(OH)2): v (Cu(NO3 )2) = 1:1 => vCu(OH)2 = 0,1 моль;
zn(Cu(OH)2) = v-M = 0,1 моль-(64+ (16 + 1) -2) г/моль = 9,8 г;
nt, (конеч.) = 18,8 г + 100 г + 112 г-9,8 г = 221 г;
«коне, (КОН) = znocr (КОН)/тир.ра (конеч.) -100% = 11,2 г/221 г -100% = 5,1%.
Задания
1. Вычислите объём смеси газов (при н. у.), которая образовался при прокаливании
23 г нитрата меди(П), если масса твёрдого остатка составила 12,2 г.
2. При частичном разложении нитрата серебра(1) выделилось 40,32 л смеси газов
(при н. у.). Твёрдый остаток массой 197,6 г растворили в 250 г 16%-ного раство¬
ра гидроксида натрия. Вычислите массовую долю нитрата натрия в полученном
растворе.
3. При частичном разложении гидрокарбоната калия массой 80 г выделилось 5,6 л
(при н. у.) углекислого газа. Твёрдый остаток растворили в 627 г 15%-ного рас¬
твора гидроксида бария. Вычислите массовую долю гидроксида калия в полу¬
ченном растворе.
Основы неорганической химии 221
- При полном разложении 94,5 г нитрата двухвалентного металла выделилось 28 л
смеси газов (при н. у.). Определите формулу исходного нитрата.
5 Смесь газов, образовавшуюся при частичном разложении 471,9 г нитрата желе-
за(Ш), пропустили через 1250 г 16%-ного раствора гидроксида натрия. Массовая
доля щёлочи в образовавшемся растворе составила 0,53%. Вычислите массу
твёрдого остатка, образовавшегося при разложении нитрата.
- Твёрдый остаток, образовавшийся при разложении нитрата алюминия, добавили
к 84,8 г 30%-ного раствора ортофосфата калия. Масса образовавшегося осадка
составила 42,78 г, а полученный раствор содержал только одну соль. Вычислите
объём смеси газов (при н. у.), образовавшейся при разложении нитрата, если
растворимость нитрата калия в условиях проведения реакции составляет 37,9 г
на 100 г воды.
2.10.7. Пластинка
При опускании металлической пластинки в раствор соли, как правило, протекает
-«акция замещения, в ходе которой более активный металл пластинки вытесняет
ленее активный металл соли. Образующийся в реакции менее активный металл
•седает на пластинке, в результате чего её масса изменяется.
ЗАДАЧА 1. Железную пластинку поместили в раствор сульфата меди(И). Масса
пластинки при этом изменилась на 16 г. Вычислите массу осевшей на пластинке
меди.
Решение. Взаимодействие железной пластинки с раствором сульфата меди(П) про¬
текает в соответствии с уравнением реакции:
Fe + CuSO4 —> CuJ, + FeSO4
Пусть в реакцию вступило х моль железа, тогда количество вещества выделившей¬
ся меди также равно х моль.
(Fe) = v • М = х моль • 56 г/моль= 56х г;
ти(Си) = v • М = х моль • 64 г/моль= 64х г;
\т = w(Cu)-wBCTyn(Fe) =^> 16 г = 64х г-56х г => v(Fe) = x = 2 моль;
v(Cu) = v(Fe) = 2 моль => /и(Си) = 2 моль - 64 г/моль = 128 г.
ЗАДАЧА 2. Железный гвоздь поместили в раствор нитрата серебра(1). Через некото¬
рое время гвоздь извлекли из раствора, высушили и взвесили: масса гвоздя увели¬
чилась на 48 г. При растворении полученного гвоздя в избытке концентрированной
азотной кислоты выделилось 40,32 л газа. Вычислите массу исходного железного
гвоздя.
222
Гпава 2
Решение. Взаимодействие железа с раствором нитрата серебра(1) протекает в соот¬
ветствии с уравнением реакции:
[1] Fe + 2AgNO3 ->• 2Ag| + Fe(NO3)2
Пусть в реакцию вступило х моль железа, тогда:
v(Ag): vBCiyn(Fe) = 2:l => v(Ag) = x моль-2 = 2х моль;
Aw = m(Ag)-mBCTyn(Fe);
48 г = 2х моль -108 г/моль - х моль ■ 56 г/моль => vBcrvn (Fe) = х = 0,3 моль;
v(Ag) = 2-0,3 = 0,6 моль.
[2] Fe + 6HNO3(kohw) -> Fe(NO3)3 + 3NO2f + 3H2O
[3] Ag + 2НЫО3(конц) AgNO3 + NO2f + H2O
«„("OzIV
r m
40,32 л
22,4 л/моль
= 1,8 моль;
v3(NO2):v(Ag) = l:l => v3 (NO2) = 0,6 моль;
v2/(NO2) = vcyMM (NO2)-v3(NO2) = 1,8 моль-0,6 моль = 1,2 моль;
v2(Fe):v2(NO2) = l:3 => v2 (Fe) = 1,2 моль/3 = 0,4 моль.
Масса исходного железного гвоздя складывается из масс железа, вступившего в
реакцию с раствором нитрата серебра(1) и растворившегося в азотной кислоте:
vcyMM (Fe) = VBCTyn (Fe) + v2 (Fe) = 0,3 моль + 0,4 моль = 0,7 моль;
^сумм (Fe) = vcyMM (Fe) • M = 0,7 моль • 56 г/моль = 39,2 г.
Задания
1. Цинковую пластинку массой 52 г поместили в 200 г 23,5%-ного раствора нитра¬
та меди(П). По окончании реакции пластинку извлекли из раствора, высушили и
взвесили. Вычислите массу извлечённой из раствора пластинки.
2. Алюминиевую пластинку поместили в 500 г раствора хлорида железа(П). По
окончании реакции пластинку извлекли и высушили, её масса увеличилась на
18,24 г. В образовавшийся раствор добавили 980 г 20%-ного раствора гидрокси¬
да калия. Вычислите массовые доли солей в конечном растворе.
Эсновы неорганической химии
223
Железную монету поместили в первую колбу с 850 г 20%-ного раствора нитрата
серебра(1). Через некоторое время монету извлекли из раствора, высушили и
взвесили. К образовавшемуся раствору добавили к 500 г 23,4%-ного раствора
поваренной соли, при этом выпал осадок массой 57,4 г. Извлечённую монету
поместили во вторую колбу с избытком раствора соляной кислоты. При этом
выделилось 31,36 л газа (при н. у.). Вычислите массовую долю катионов натрия
в конечном растворе в первой колбе и массу исходной монеты.
- Железную пластинку поместили в 182,5 г 14%-ного раствора соляной кислоты.
После того как масса раствора увеличилась на 8,1 г, пластинку извлекли. К обра¬
зовавшемуся раствору добавляли 16%-ный раствор гидроксида калия до прекра¬
щения выпадения осадка. Вычислите массовую долю воды в конечном растворе.
5. Пластинку из сплава цинка с висмутом поместили в 10%-ный раствор серной ки¬
слоты, при этом выделилось 11,2 л газа (при н. у.). Идентичную пластинку помес¬
тили в 193,5 г насыщенного при 20 °C раствора нитрата свинца(П). После того как
нитрат свинца(П) прореагировал полностью, пластинку извлекли из раствора, вы¬
сушили и взвесили. При этом масса пластинки увеличилась на 20,73%. Вычислите
массовые доли металлов в извлечённой из раствора пластинке, если раствори¬
мость нитрата свинца(П) при 20 °C составляет 52 г на 100 г воды.
2.10.8. Электролиз
При проведении электролиза водного раствора вещества на электродах образуются
■зёрдые или газообразные продукты, в результате чего масса раствора постепенно
меныпается.
ЗАДАЧА 1. При проведении электролиза 640 г 15%-ного водного раствора сульфата
меди(П) на аноде выделилось 4,48 л (н. у.) газа. Вычислите массовую долю сульфа¬
та меди(П) в конечном растворе.
Решение. Электролиз водного раствора сульфата меди(И) протекает в соответствии
: уравнением реакции:
*
2CuSO4 + 2Н2О -> 2Cu| + O2f + 2H2SO4
w(CuS04) = mppa(CuS04)co(CuS04)/100% = 640 г -15%/100% = 96 г;
/и 96 г
v(CuSO.) = — = ——г = 0,6 моль;
v 47 М (64 + 32 + 16-4) г/моль
1п , V 4,48 л п „
v (О,) = — = = 0,2 моль;
v 27 22,4л/моль
уВступ(CuSO4): v(O2) = 2:1 => v8CTyn(CuSO4) = 0,2 моль-2 = 0,4 моль;
224
Глава 2
vocT(CuSO4) = 0,6 моль-0,4 моль = 0,2 моль;
™oCT(CuSO4) = V • М = 0,2 моль 160 г/моль = 32 г;
тер-ра (конеч.) = тр _ра (CuSO4) - т (Си) - т (О2);
v(Cu):v(O2) = 2:1 => v(Cu) = 0,4 моль;
m(Cu) = v М = 0,4 моль • 64 г/моль = 25,6 г;
т(О2) = v ■ М - 0,2 моль • (16 • 2) г/моль - 6,4 г;
7Ир.ра (конеч.) - 640 г - 25,6 г - 6,4 г = 608 г;
<оОС1 (CuSO4) - m0CT (CuSO4 )/mp.pa (конеч.) • 100% = 32 г/608 г 100% = 5,26%.
Важно!
Если при проведении электролиза раствора вещества оно полностью израс¬
ходовано, далее протекает электролиз воды.
ЗАДАЧА 2. При проведении электролиза 351 г 20%-ного раствора хлорида натрия
на катоде выделилось на 22,4 л (н. у.) больше газа, чем на аноде. Вычислите массо¬
вую долю воды в конечном растворе.
Решение. Электролиз водного раствора хлорида натрия протекает в соответствии с
уравнением реакции:
[1] 2NaCl + 2Н2О -> Н2Т + CI2J + 2NaOH
m(NaCl) = (NaCl) • <o(NaCl)/100% = 351 г • 20%/100% = 70,2 г;
тисх (н2°) = mp-pa (NaCl) - т (NaC1) ~ 351 г - 70,2 г = 280,8 г;
/хт т 70,2 г
v (NaCl) = — = - = 1,2 моль.
М (23 + 35,5) г/моль
В соответствии с законом объёмных отношений газов:
v,(H2):v1(Cl2) = l:l => К1(Н2):^(С12) = 1:1 => ^(Н2) = К,(С12).
Поскольку на катоде выделился больший объём газа, а по уравнению реакции [1]
объёмы газов на катоде и аноде равны, можно сделать вывод о том, что хлорид на¬
трия полностью подвергается электролизу. При дальнейшем пропускании электри¬
ческого тока через раствор электролизу подвергается вода:
[2]2Н2О^2Н2Т + О2Т
Zc+oebi неорганической химии 225
Г сть в результате электролиза воды выделилось х моль кислорода, тогда:
v2(H2):v2(O2) = 2:1 => v2(Н2) = 2х моль;
АИ 22,4 л ,
Av = = = 1 моль;
Vm 22,4л/моль
Av = v2 (Н2) - v2 (О2) => 1 моль = 2х моль - х моль;
v2(O2) = x = l моль;
v2 (Н2О): v2 (О2) = 2:1 => v2 (Н2О) = 21 моль = 2 моль;
vI(H2O):v1(NaCl) = l:l => v1(H2O) = 1,2 моль;
vBCTyn(H2O) = v,(H2O) + v2(H2O) = l,2 моль + 2 моль = 3,2 моль;
твступ (Н2О) = v-М = 3,2 моль-(2-1 + 1б) г/моль-57,6 г;
теост (Н2О) = 280,8 г-57,6 г = 223,2 г;
Поскольку т2 (Н2О) = т2 (Н2) + т2 (О2), то:
%-ра (конеч.) = терра (NaCi) -те, (Н2)-те, (С12) - те2 (Н2О);
vt(H2): vL(NaCl) = l:2 => Vj (Н2) = 1,2 моль/2 = 0,6 моль;
(Н2) = v М = 0,6 моль • 2 г/моль = 1,2 г;
vI(Cl2):vI(NaCl) = l:2 => Vi(C12) = 1,2 моль/2 = 0,6 моль;
тх (С12) = v-M =0,6 моль-(35,5-2) г/моль = 42,6 г;
т2 (Н2О) = v - М = 2 моль • 18 г/моль = 36 г;
(конеч.) = 351 г-1,2г-42,6 г-36 г = 271,2 г;
«ост (н2°) = ^ост (Н2°)М-ра (конеч.) -100% = 223,2 г/271,2 г -100% = 82,3%.
Важно!
При электролизе солей металлов, стоящих в ряду активности от Мп до РЬ, на
катоде одновременно протекают два параллельных процесса: электролиз соли
и электролиз воды.
ЗАДАЧА 3. Через 605 г 16%-ного раствора нитрата железа(Ш) пропускали электри¬
ческий ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 8,96 л (н. у.) газа. Массовая до-
зз нитрата железа(Ш) в полученном растворе составила 8,34%. Вычислите массо¬
вую долю азотной кислоты в образовавшемся растворе.
226
Гпава.
Решение. Электролиз водного раствора нитрата железа(Ш) протекает в соответст¬
вии с уравнениями реакций:
*
[1] 4Fe(NO3)3 + 6Н2О -> 4FeJ + 3O2f + 12HNO3
[2] 2H2O->2H2t + O2t
тисх (Fe(NO3)3) = тер.ра (Fe(NO3)3) • co, (Fe(NO3)3 )/100%;
теисх (Fe(NO3)3) - 605 г ■ 16%/l00% = 96,8 r;
vkcx (Fe(NO3) ) = — = 7 ——- 0,4 моль;
v к з/з/ м (56 + (14 + 16.з).3) г/моль ’ ’
/ „ X V 8,96 л n л
vn6m (O2) = — = 0,4 моль.
°бщ1 г) 22,4 л/моль
Пусть электролизу подверглось х моль соли по реакции [1 ] и у моль воды по peai
ции [2], тогда:
v1(O2):v1(Fe(NO3)3) = 3:4 => v^C^^x моль-3/4 = 0,75х моль;
v2(О2): v2(Н2О) = 1:2 => v2(O2) = y моль/2 = 0,5у моль;
VcyMM (^>2 ) = V1 (^2 ) V2 (^2 ) => 0,4 моль = 0,75х моль+ 0,5у моль;
Vocr (Fe(NO3 )3) = 0,4 моль-х моль;
тост (Fe(NO3)3) = v -М = 96,8 г-х моль • 242 г/моль = 96,8 -242х г;
wp.pa (конеч.) = тер.ра (Fe(NO3)3) - те, (Fe) - те, (О2) - те2 (Н2О);
v,(Fe):v,(Fe(NO3)3) = l:l => v,(Fe) = x моль;
те, (Fe) v • М - х моль • 56 г/моль = 56х г;
те, (О2) = v -М = 0,75х моль (16 - 2) г/моль - 24х г;
т2 (H2O) = v-M = у моль (1-2 + 16) г/моль = 18у г;
тер.ра (конеч.) = 605 г - 56х г - 24х г -18у г = (605 - 80х -18;/) г;
со2 (Fe(NO3)3) = тЖТ (Fe(NO3)3)/те^ (конеч.) ■ 100%;
8,34% = (96,8-242х) г/(б05-80х-18у) г-100%;
Г0,4 = 0,75х + 0,5у;
18,34% =(96,8 - 242х)/(б05 -80х -18у) • 100%;
:. : ->овы неорганической химии
227
Vj (Fe(NO3)3) = х = 0,2 моль;
v2 (Н2О) = у = 0,5 моль;
v1(HNO3):v1(Fe(NO3)3) = 12:4 = 3:l => v, (HNO3) = 0,2 моль-3 = 0,6 моль;
тх (HNO3) = v М = 0,6 моль -(1 + 14 + 16-3) г/моль = 37,8 г;
/Ир_ра (конеч.) = 605 г -80х г -18у г = 605 г -80-0,2 г -18-0,5 г = 580 г;
co(HN03) = m(HNO3 )/mp.pa (конеч.) • 100% = 37,8 г/580 г -100% = 6,52%.
Задания
Через 1768 г 12,5%-ного раствора нитрата серебра(1) пропускали электрический
ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 4,48 л (при н. у.) газа. Вычислите
массовую долю азотной кислоты в образовавшемся растворе.
1 Через 429 г 15%-ного раствора хлорида натрия пропускали электрический ток.
Процесс остановили, когда объём газа, выделившегося на катоде, превысил объ¬
ём газа, выделившегося на аноде, на 45%. Вычислите массовую долю воды в об¬
разовавшемся растворе.
• При проведении электролиза 478 г раствора перхлората кальция массовая доля
соли в растворе изменилась в 1,25 раза. К полученному раствору добавили из¬
быток раствора фторида калия, при этом образовался осадок массой 31,2 г. Вы¬
числите массовую долю перхлората кальция в исходном растворе и объём выде¬
лившегося на катоде газа (при н. у.).
к Через 1 кг раствора сульфата меди(П) некоторое время пропускали электриче¬
ский ток. В образовавшийся после электролиза раствор поместили алюминие¬
вую пластинку. По окончании реакции пластинку извлекли, высушили и взвеси¬
ли. Масса пластинки увеличилась на 19,14 г, а массовая доля сульфата алюми¬
ния в полученном растворе составила 8,9%. Вычислите массовую долю сульфата
меди(П) в исходном растворе.
5 К насыщенному при определённой температуре раствору сульфата натрия, по¬
лученному при растворении 154,56 г глауберовой соли (Na2SO4 -10Н2О) в не¬
обходимом количестве воды, добавили 745,46 г разбавленного раствора хлорида
бария. Массовая доля сульфата натрия в образовавшемся растворе составила
4%. Известно, что при проведении электролиза полученного раствора на аноде
может выделиться не более 3,136 л (при н. у.) газа с удушающим запахом. Вы¬
числите растворимость сульфата натрия в воде при данной температуре.
\б Через 242 г 24%-ного раствора нитрата железа(Ш) пропускали электрический
ток до тех пор, пока на катоде не выделилось 4,48 л (при н. у.) газа. Полученный
раствор нейтрализовали 24%-ным раствором гидроксида калия, не допуская вы¬
228
Глава 2
падения осадка, а затем выпарили. Твёрдый остаток прокалили. Объём выде¬
лившейся при этом смеси газов оказался равен объёму смеси газов, образовав¬
шейся при проведении электролиза. Вычислите объём израсходованного на ней¬
трализацию раствора щёлочи, если его плотность составляет 1,228 г/мл.
2.10.9. Олеум
Олеум — раствор оксида серы(У1) в 100%-ной серной кислоте.
ЗАДАЧА 1. Определите массовую долю серной кислоты в растворе, образовавшем¬
ся при добавлении 200 г 40%-ного олеума к 100 г воды.
Решение. При растворении олеума в воде протекает реакция:
SO3 + Н2О -> H2SO4
7и(803) = 7ир.ра(олеум)-<о(803)/100% = 200 г-40%/100% = 80 г;
тписх(H2SO4) = /ирра(олеум)-т(SO3) = 200 г-80 г = 120 г;
z х т 80 г
v (SO, = —= -—— = 1 моль;
' 7 М (32 + 16-3) г/моль
v06p(H2SO4):v(SO3) = l:l => vo6p(H2SO4) = 1 моль;
/ио6р(Н28О4) = у-М = 1 моль (1-2 + 32 +16-4) г/моль = 98 г.
Обратите внимание, масса серной кислоты в полученном растворе складывается из
массы серной кислоты, входящей в состав олеума, и массы кислоты, образовавшей¬
ся в результате реакции:
(H2SO4) = етисх (H2SO4) + ™О6Р (H2SO4) = 120 г + 98 г = 218 г;
тр-ра (конеч.) = mcyMM (H2SO4)+т(Н2О) = 200 г +100 г = 300 г;
co(H2S04) = zncyMM (H2SO4 )/?ир.ра (конеч.) • 100% = 218г/300г • 100% = 72,67%.
' id
Задания уг
1. При разбавлении 20%-ного олеума 160 г воды образуется раствор с массовой
долей серной кислоты 52,25%. Вычислите массу исходного олеума.
2. Олеум массой 140,7 г, массовая доля триоксида серы в котором составляет
19,9%, разбавили водой. В результате получили 84%-ный раствор серной кисло¬
ты, который разлили в две колбы. В первую колбу добавили 32 г меди и нагрели,
при этом выделилось 5,6 л (при н. у.) газа. Вычислите массу свинцового сахара
1 гновы неорганической химии
229
(СН3СОО)2РЬ • ЗН2О, которую необходимо добавить во вторую колбу для пол¬
ного осаждения сульфат-анионов.
’ Олеум, содержащий 14,7% триоксида серы, добавили к 17,3 мл холодной воды.
В полученном 88,5%-ном растворе серной кислоты при нагревании полностью
растворили 14,4 г смеси магния с железом. Вычислите массовую долю сульфат-
анионов в образовавшемся растворе, если при растворении металлов выделилось
5,824 л (при н. у.) смеси газов.
2.10.10. Атомы
□ри определении количества вещества атомов в соединении необходимо учитывать
щдексы в формуле вещества. Так, в 1 моль A12(SO4)3 содержится 2 моль атомов
ыюминия, 3 моль атомов серы и 12 моль атомов кислорода.
ЗАДАЧА 1. К 100 г воды добавили олеум, содержащий 10,535 1024 атомов кисло¬
рода. На полную нейтрализацию полученного раствора кислоты израсходовали
2 кг 42%-ного раствора едкого кали. Вычислите массовую долю соли в получен¬
ном растворе.
Решение. При растворении олеума в воде протекает реакция:
[1] SO3 + H2O^H2SO4
?.сть взятый олеум состоит из х моль SO3 и у моль H2SO4, тогда:
v(атомов О) = 3 ■ v (SO2) + 4 • v(H2SO4) = Ъх + 4у моль;
v (атомов
О) = —
' na
10,535-1024
6,02-1023 1/моль
= 17,5 моль;
17,5 моль = 3x4-4^ моль;
v,(H2SO4):v(SO3) = l:l => v,(H2SO4) = x моль;
уобЩ (H2SO4) = v«cx (H2SO4) + Vj (H2SO4) = у моль + x моль.
2ри полной нейтрализации раствора серной кислоты образуется средняя соль —
гульфат калия:
[2] H2SO4 + 2КОН -► K2SO4 4- 2Н2О
zn(KOH) = тер.ра(КОН)-со(КОН)/Ю0% = 1200 г-42%/100% = 504 г;
т
v(KOH) =
504 г
М (39 + 16 + 1) г/моль
= 9 моль;
230
Глава 2
v(K2SO4):v(KOH) = 1:2 => v(K2SO4) = 9 моль/2 = 4,5 моль;
т(K2SO4) = v-М = 4,5 моль-(39-2 + 32 + 16-4) г/моль = 783 г;
vcyMM(H2* S°4):v(KOH) = 1:2 => vcyMM(H2SO4) = 9 моль/2 = 4,5 моль;
4,5 моль -у моль + х моль;
17,5 = 3х + 4у;
4,5 =у + х;
v(SO3) = х = 0,5 моль;
VHcx(H2SO4) = y = 4 моль;
7w(SO3) = v A/ = 0,5 моль (32+ 16-3) г/моль = 40 г;
тяп (H2SO4) = v • М = 4 моль -(1-2 + 32 + 16- 4) г/моль = 392 г;
^р-ра (конеч.) = m(SO3) + mWK (H2SO4) + тя(Н2О) + mp.pa (КОН);
т^я (конеч.) = 40 г+ 392 г+ 100 г +1200 г = 1732 г;
со(К2804) = /и(К2804)//ирра(конеч.)-100% = 783 г/1732 г-100% = 45,2%.
Важно!
Соотношение числа атомов в смеси или растворе равно соотношению колв-<
чества вещества этих атомов, поскольку:
Адатомов 1) у(атомов 1)-А^ у(атомов 1)
Адатомов 2) v(атомов 2) • NA v(атомов 2)
ЗАДАЧА 2. Смесь фосфида кальция и фосфида магния, в которой на каждые
5 атомов магния приходится 6 атомов фосфора, полностью растворили в 764,6 -
30,55%-ного раствора соляной кислоты. При этом выделилось 40,32 л (н. у.) гаж!
Вычислите отношение числа атомов водорода к числу атомов магния в полученной
растворе.
Решение. При растворении смеси протекают следующие реакции:
х 2х
[1] Са3Р2 + 6НС1 -> ЗСаС12 + 2РН3|
У 2у
[2] Mg3P2 + 6НС1 -> 3MgCl2 + 2PH3f
Эсновы неорганической химии
231
Атомы магния содержатся только в фосфиде магния, а атомы фосфора как в фос-
□иде магния, так и в фосфиде кальция. Пусть в реакцию вступает х моль фосфида
кальция и у моль фосфида магния, тогда:
уисх (атомов Mg) = 3 • v(Mg3P2) = Зу моль;
уисх (атомов Р) = 2-v(Ca3P2) + 2-v(Mg3P2) = 2x + 2y моль;
М,сх (атомов Mg) _ vHCX (атомов Mg) 5 Зу
/Уисх (атомов Р) v„cx (атомов Р) 6 2х + 2у
= — => у = 1,25х;
6 :
v1 (РН3): v(Ca3P2) - 2:1 => v, (РН3) = 2х моль;
v2(PH3):v(Mg3P2) = 2:l => v2(PH3) = 2y моль;
zD„ х V 40,32 л 10
vCVM„ । РН,) = — = = 1,8 моль;
сумму з) 22,4л/моль
усУмм(РНз)=;у1(РНз) + у2(РНз) => 1,8 моль = 2х + 2у моль;
у = 1,25х;
1,8 = 2х + 2у;
v(Ca3P2) = x = 0,4 моль;
v(Mg3P2) = y = 0,5 моль;
v(Mg3P2):v(MgCl2) = l:3 =+> v(MgCl2) = 3-0,5 моль = 1,5 моль.
Количество атомов магния в фосфиде магния и в конечном растворе одинаково,
поскольку все атомы магния при растворении фосфида остаются в растворе:
vКОНеч (атомов Mg) = vHCX (атомов Mg) = 3 • у = 3 • 0,5 моль = 1,5 моль;
/Пиех (НС1) = mp.pa (НС1)- to(HCl)/100% = 764,6 г • 30,55%/100% = 233,6 г;
т 233,6 г
v„cx НС1 = — = г = 6,4 моль;
М (1 + 35,5) г/моль
V1(HCl):v(Ca3P2) = 6:l => v1(HCl) = 6-0,4 моль = 2,4 моль;
v2(HCl):v(Mg3P2) = 6:l => v2(НС1) = 6-0,5 моль = 3 моль;
Vocr (НС1) = v„cx (НС1) - v, (НС1) - v2 (HC1);
v0CI (HC1) = 6,4 моль - 2,4 моль - 3 моль = 1 моль;
т (Н2О) = (НС1) - гписх (НС1) = 764,6 г - 233,6 г = 531 г;
232
Гпава 2
/тт т 531 г „„ ,
v(H,O) =— = - = 29,5 моль;
’ М (1-2 + 16) г/моль
vocr (атомов Н) = 2• v(H2O) + voct (HCl) = 2• 29,5 моль +1 моль = 60 моль;
^ост (атомов Mg) _ v0CT (атомов Mg) _ 1,5 моль _ 1
Аост (атомов Н) v0CT (атомов Н) 60 моль 40
ЗАДАЧА 3. В твёрдом остатке, образовавшемся при частичном разложении нитрата
меди(П), масса протонов в ядрах всех атомов составляет 47,2% от общей массы ос¬
татка. При этом общее число атомов кислорода в образовавшейся смеси газов в
3 раза больше числа Авогадро. Вычислите массу исходного нитрата меди(П).
Решение. Разложение соли протекает в соответствии с уравнением реакции:
2Cu(NO3)2 4 2CuO + 4NO2T + О2Т
(атомов О) vra, (атомов О) • N, z .
_гаЛ 2 = 2—± = 3 у (атомов О) = 3.
NA ЛС ' 7
А А
Пусть при разложении образовалось х моль кислорода, тогда:
v(NO2):v(O2) = 4:1 => v(NO2) = 4х моль;
vra3 (атомов О) = 2• v(NO2) + 2 - v(O2) = 2• 4х моль + 2• х моль = Юх моль;
3 = 10х v(O2) = x = 0,3 моль;
VBCTyn(Cu(NO3)2):v(°2) = 2:1 => увс1УП(Си(МО3)2) = 2-0,Змоль = 0,6 моль;
v(CuO): v(O2) = 2:l => v(CuO) = 2 0,3 моль = 0,6 моль;
m(CuO) = v-A/ = 0,6 моль (64+ 16) г/моль = 48 г.
Пусть не подверглось разложению у моль нитрата меди(П), тогда:
^oct(Cu(NO3)2) = v-M = j2 моль-(64 + (14 + 16-3)-2) г/моль = 188^ г;
ти(тв. ост.) = m(CuO) + mOCT(Cu(NO3)2) = 48 г +188jy г.
Количество протонов в атоме элемента равно порядковому номеру этого элемента в
таблице Менделеева, причём каждый протон имеет массу 1 а.е.м. или 1 г/моль. То¬
гда молярная масса протонов атомов меди составляет 29 г/моль, атомов азота —
7 г/моль, а атомов кислорода — 8 г/моль:
т (CuO) = v-A/ =0,6 моль-(29+ 8) г/моль = 22,2 г;
т(Cu(NO3)2) = v-Mf =у моль (29 +(7+ 8-3)-2) г/моль = 91у г;
Основы неорганической химии
233
т? (тв. ост.) = и^+ (CuO) + ^+ (Cu(NO3)2) = 22,2 г + 91у г;
со^+ (тв. ост.) = 7и^. (тв. ост)/ти(тв. ост.)-100%;
47,2% =(22,2 + 91у)/(48 + 188^)100% => voct (Cu(NO3)2) = j> = 0,2 моль;
vHCX (Cu(NO3 )2) = vBCTyn (Cu(NO3 )2) + VoCT (Cu(NO3)2 ) = 0,6 + 0,2 моль = 0,8 моль;
whcx(Cu(NO3)2) = v M =0,8 моль 188 г/моль = 150,4 г.
1. К 320 г раствора серной кислоты, массовая доля атомов серы в котором состав¬
ляет 4%, добавили 728 г 10%-ного раствора хлорида бария. Определите отноше¬
ние числа атомов водорода к числу атомов серы в образовавшемся растворе.
2. При частичном разложении навески нитрата цинка образовался твёрдый оста¬
ток, в котором отношение числа атомов цинка к числу атомов кислорода равно
13 к 38. Полученный твёрдый остаток полностью растворили в 1,4 кг раствора
гидроксида калия. Массовая доля комплексной соли в полученном растворе со¬
ставила 9,269%. Вычислите массу исходной навески нитрата цинка и объём сме¬
си газов (при н. у.), выделившейся при разложении.
3. Железную пластинку массой 84 г полностью растворили в 1,2 кг раствора азот¬
ной кислоты. В результате реакции выделилась смесь монооксида азота и оксида
азота(1), в которой соотношение числа атомов азота к числу атомов кислорода
равно 28 к 25. Через полученный раствор пропускали аммиак до прекращения
выпадения осадка. Объём пропущенного газа составил 103,04 л (при н. у.). Вы¬
числите массовую долю азотной кислоты в исходном растворе и массовую долю
соли в конечном растворе.
4. Раствор хлорида стронция массой 1696 г подвергали электролизу до тех пор, по¬
ка массы газов, выделившихся на аноде, не стали равными. Массовая доля ато¬
мов стронция в образовавшемся растворе составила 9,7%. Полученный раствор
охладили до 0 °C в результате чего в осадок выпал восьмиводный кристаллогид¬
рат. Вычислите массу образовавшегося кристаллогидрата, если растворимость
безводного гидроксида стронция при 0 °C составляет 0,414 г на 100 г воды.
5. Оловянную пластинку на некоторое время поместили в 510 г 15%-ного раствора
нитрата серебра(1). Извлечённая пластинка содержала 150,5 1023 протонов в яд¬
рах всех атомов. Для полного осаждения ионов серебра в полученном растворе
израсходовали 138,85 мл 11,5%-ного раствора хлорида калия плотностью
1,0731 г/мл. Вычислите массовые доли солей в конечном растворе и массу ис¬
ходной пластинки.
234 Гпава 2
6. Для приготовления 56%-ного раствора серной кислоты израсходовали 130 г оле¬
ума, в котором отношение числа протонов в ядрах всех атомов к числу нейтро¬
нов в ядрах всех атомов составляет 33 к 32. К полученному раствору добавили
840 г 12%-ного раствора гидроксида калия. Вычислите массовую долю воды и
гидросульфата калия в образовавшемся растворе.
7. Кристаллогидрат нитрата меди(П) массой 46,6 г, массовая доля атомов кислоро¬
да в котором составляет 58,369%, растворили в необходимом количестве воды и
получили 10%-ный раствор соли. Через полученный раствор пропустили элек¬
трический ток. При этом на аноде выделилось 141,47 1 021 молекул газа, а на ка¬
тоде образовалось два вещества. Образовавшийся после электролиза раствор
полностью нейтрализовали необходимым количеством 10%-ного раствора гид¬
роксида натрия. Вычислите массовую долю протонов в ядрах всех атомов в ко¬
нечном растворе.
Глава 3
Химия элементов
В данной главе рассмотрены основы химии элементов. Разделы главы включают в
:ебя общие сведения об элементах, их физические и химические свойства, особен-
аости нахождения в природе, а также способы получения и области применения
веществ, которые образуют данные элементы.
3.1. Щелочные металлы
В IA-группе Периодической системы Д. И. Менделеева находятся 6 элементов-
еталлов: литий (Li), натрий (Na), калий (К), рубидий (Rb), цезий (Cs) и франций
Fr). Простые вещества этих элементов называются щелочными металлами, по¬
скольку при взаимодействии с водой они образуют растворимые в воде основа¬
ния — щёлочи.
□елочные металлы являются 5-элементами. На их внешнем уровне на «5-орбитали
находится 1 валентный электрон (п — номер периода). Вступая в химические реак¬
ции, щелочные металлы отдают этот электрон и образуют положительные одноза-
’ т иные ионы, в результате чего приобретают конфигурацию инертного газа преды¬
дущего периода. Во всех сложных веществах щелочные металлы проявляют сте¬
пень окисления +1 и валентность I.
В своем периоде щелочные металлы характеризуются самыми сильными металли¬
ческими свойствами, основными свойствами оксидов и гидроксидов, имеют наи¬
больший атомный радиус и наименьшее значение электроотрицательности. Ще¬
лочные металлы являются самыми сильными восстановителями и самыми актив¬
ными металлами.
Физические свойства
Все щелочные металлы имеют металлическую кристаллическую решётку, поэтому
три нормальных условиях находятся в твёрдом агрегатном состоянии, проводят
тепло и электрический ток. Щелочные металлы имеют серебристо-белый цвет (це-
аш — серебристо-жёлтый), относительно низкие температуры плавления, значения
которых уменьшаются от лития (180,5 °C) к францию (27 °C), обладают пластично¬
стью и высокой мягкостью: их можно резать ножом.
236
Гпава .
Из-за высокой химической активности щелочные металлы вступают в реакции .
газами, содержащимися в воздухе, поэтому чтобы избежать нежелательных хими¬
ческих превращений, щелочные металлы хранят под слоем бензина, керосина, па¬
рафина или вазелинового масла.
Нахождение в природе и получение
Из-за высокой химической активности щелочные металлы встречаются в природе
только в составе сложных соединений, как правило, в виде хлоридов и сульфато!
(NaCl, Na2SO4 10Н2О, КС1). Наиболее широко распространены соединения натри»
и калия, соединения лития, рубидия и цезия встречаются в природе гораздо реже.
Франций является радиоактивным элементом и в природе практически не встреча¬
ется.
Щелочные металлы получают электролизом расплавов их галогенидов (как прави¬
ло, хлоридов):
fe
2NaCl(paciuiaBj —> 2Na + Cl2t
fe в
2LiCl(pacnjiaB) —* 2Li + Cl2 T
Наиболее устойчивые изотопы франция получают в результате ядерных реакций.
Химические свойства
1. Щелочные металлы являются сильными восстановителями. Они взаимодейст¬
вуют практически со всеми неметаллами.
• С кислородом.
При взаимодействии с кислородом только литий образует оксид, натрий сго¬
рает с образованием пероксида, а калий, рубидий и цезий — с образованием
надпероксидов (супероксидов):
-2
-1
4Li + O2 -> 2Li2O
2Na + O2 —> Na2O2
-0,5
-0,5
К + O2 —> KO2
Rb + O2 —> RbO2
При нагревании полученных пероксидов и надпероксидов с соответствую¬
щими металлами без доступа воздуха образуются оксиды:
Na2O2 + 2Na 4 2Na2O КО2 + Зк4 2К2О
• С азотом.
При нормальных условиях с азотом взаимодействует только литий, осталь¬
ные щелочные металлы реагируют с азотом только при высоких темпера¬
турах:
6Li + N2 -> 2Li3N
6Na 4- N2 4 2Na3N
Химия элементов
237
• С другими неметаллами при нагревании:
2Na + S ■
4Na2S
t
2Li + H242LiH
t
3Na + P
->Na3P
2Rb + Cl2 -> 2RbCl
t .
t
2Li + 2C
Li2C2
4K + Si->K4Si
2. Все щелочные металлы реагируют с водой с образованием щелочей и водорода,
при этом чем активнее металл, тем более бурно протекает реакция.
Так, литий растворяется в воде с выделением относительно небольшого количе¬
ства теплоты, калий мгновенно воспламеняется на поверхности воды, а реакция
рубидия с водой сопровождается сильным взрывом:
2Li + 2Н2О 2LiOH + H2f + Q 2К + 2Н2О -> 2КОН + H2f + Q
Гидриды щелочных металлов проявляют сильные восстановительные свойства.
Они взаимодействуют с водой с образованием щелочей и водорода:
-1 +1 о
NaH + Н2О NaOH + Н2Т
3. Щелочные металлы стоят в ряду активности левее водорода, поэтому они вы¬
тесняют водород из растворов кислот-неокислителей:
2К + 2НС1 2KCI + Н2| 2Na + H2SO4(pa36>) -> Na2SO4 + H2f
Реакции щелочных металлов с растворами кислот сопровождаются большим
выделением тепла, поэтому не находят практического применения.
4. Щелочные металлы взаимодействуют с кислотами-окислителями: Н28О4(конц) и
HNO3:
8Na + 5Н28О4(конЦг) 4Na2SO4 +- H2Sf + 4Н2О
8К + 1 0HNO3(kohu) -> 8KNO3 + N2Of + 5H2O
8K + 10HNO3(O4pa36) -> 8KNO3 + NH4NO3 + 3H2O
Данные реакции также сопровождаются выделением большого количества теп¬
лоты.
Важно!
Сульфаты щелочных металлов в реакциях с углём или водородом восстанав¬
ливаются до сульфидов:
K2SO4 + 4Н2 4 K2S + 4Н2О Na2SO4 + 4С 4 Na2S + 4СО
238
Гпава 3
5. Щелочные металлы не вытесняют менее активные металлы из растворов их со¬
лей, поскольку, попадая в раствор, бурно взаимодействуют с водой. Однако она
могут вытеснять металлы из расплавов их галогенидов:
ЗК + А1С13(расплав)4А1 + ЗКС1
Оксиды и гидроксиды щелочных металлов
Оксиды щелочных металлов проявляют типичные свойства основных оксидов
(см. разд. 2.1.2). Гидроксиды щелочных металлов растворяются в воде и проявляют
все свойства щелочей (см. разд. 2.2.1).
Пероксиды и надпероксиды щелочных металлов
В пероксидах кислород находится в промежуточной степени окисления, поэтому в
окислительно-восстановительных реакциях пероксиды проявляют как окислитель¬
ные, так и восстановительные свойства:
1. Пероксиды щелочных металлов взаимодействуют с водой.
В холодной воде протекает гидролиз с образованием пероксида водорода, а в го¬
рячей воде образующийся пероксид разлагается — продуктом реакции являете!
кислород:
Na2O2 + 2Н2О 2NaOH + Н2О2 2Na2O2 + 2Н2О 4NaOH + O2J
Аналогично протекает реакция пероксидов с растворами кислот-неокислителей:
Na2O2 + H2SO4(pa36 > > Na2SO4 + Н2О2
2Na2O2 + 2H2SO4(pa36.) 2Na2SO4 + 2H2O + O2f
2. Пероксиды и надпероксиды щелочных металлов взаимодействуют с углекислым
газом с образованием кислорода. Данное свойство используется для регенерации
кислорода (противогазы, подводные лодки):
-1 -2 0' -0,5 -2 0
2Na2O2 + 2СО2 2Na2CO3 + О2$ 4КО2 + 2СО2 -> 2К2СО3 + 30 J
Важно!
В реакциях с оксидом углерода(П) кислород не выделяется, поскольку вос¬
становителем является углерод в степени окисления +2:
-1 +2 +4-2
Na2O2 + СО —> Na2CO3
3. Пероксиды взаимодействуют с типичными окислителями и восстановителями:
-1 о
5Na2O2 + 2КМпО4 + 8H2SO4 5Na2SO4 + 5О2$ + K2SO4 + 2MnSO4 + 8Н2О
-1 -2
3Na2O2 + 2NH3 -> 6NaOH + NJ
■ имия элементов
239
качественные реакции
Щелочные металлы и их соединения окрашивают пламя в определённый цвет. Это
.войство используется для их качественного определения (табл. 3.1).
Таблица 3.1. Окраска пламени некоторых щелочных металлов
Металл
Литий
Натрий
Калий
Окраска пламени
Розово-красная
Жёлтая
Фиолетовая
Применение щелочных металлов и их соединений
Литий и его соединения применяются при создании алюминиево-литиевых спла-
зов, в производстве аккумуляторов, в металлургии.
Хлорид натрия применяется в качестве пищевой добавки (поваренная соль) и кон¬
. ерванта, в медицине — для приготовления физиологического раствора. Карбонат
_грия используется в производстве стекла. Гидрокарбонат натрия применяется в
■ ачестве разрыхлителя при изготовлении теста (пищевая сода), в качестве чистяще-
■? средства, в медицине — при нейтрализации ожогов. Основными сферами при¬
менения гидроксида натрия являются производство бумаги, получение мыла и
эедств бытовой химии, синтез органических и неорганических веществ.
_оли калия (карбонат, сульфат, хлорид, нитрат) применяются в качестве удобре¬
ний. Гидроксид калия применяется в производстве моющих средств. Карбонат ка-
ая используется в производстве жидкого мыла, стекла. Хлорат калия (бертолетова
. эль) используется в производстве спичек.
2убидий и цезий используются для создания фотоэлементов, в качестве катализа¬
- >ров в органическом и неорганическом синтезе.
: связи с высокой радиоактивностью франций не находит применения в промыш-
-енности.
Задания
- апишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
-ревращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно-
■эсстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
: установитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
иные уравнения.
О2 Н2О(ГОр) С12(гор.) Н2
X! Na -> Х2 —Х3 —-У Х4 -► NaHSO4 -> Na2SO4 -> Х5 NaOH
о2 н2о I2 n2
Li Xi —>Х2 4 Lil Li -> Х3
HCl
-*х4
4 (р-ра)
>Х2
KHSO4 С
> Х5 -> Х6 -> LiCl -> Li3PO4
240
Гпава 3
02 СО2 ‘г (расплава) Н2 Н20 А1 НС1(изб > Р 02
з. к-4х, ^x2-+kf— »x34x4-Ux5->x6^4x7-*koh->x8-»p2o5
со2 С02(р.р) НС1 О2 НгЗО^^д.) НС1
4. NaOH -> Na -> Na2O2 X! —-»Х2 —> Х3 -> Na -> Х4 > Х5 -> Na2S —> Х6
, едкий ~ v поваренная натриевая ‘ сульфат сульфид
5- натр - натрии-^Х,- соль - селитра -Х2^ н^я - на1рия
Тест
1. Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
РЕАГЕНТЫ
A) NaOH
1) Н2О, С, Си(ОН)2
Б) К
2) СО2, Na, Н2О
В) Na2O2
3) К3РО4, AgNO3, С12
Г) LiBr
4) Cl2, А12О3, AgNO3
5) О2, Н2О, С
2. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
А)
Na2O2 и СО2
1) Na2CO3 и Н2О
Б)
NaHCO3, t
2) Na2CO3
В)
NaOH и СО2
3) Na2CO3, СО2 и Н2О
Г)
Na2O и СО2
4) NaH, СО2 и О2
5) Na2CO3 и О2
6) Na2O, СО2 и Н2О
3. Из предложенного перечня выберите все типы реакций, к которым относите-
взаимодействие гидрида калия с водой:
1) гомогенная; 4) экзотермическая;
2) окислительно-восстановительная; 5) необратимая.
3)соединения;
Химия элементов
241
4. Установите соответствие между названием соли и продуктами электролиза,
которые выделились на инертных электродах.
НАЗВАНИЕ СОЛИ
А) фторид натрия (водный раствор)
Б) хлорид калия (расплав)
В) бромид бария (водный раствор)
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
1) металл и кислород
2) водород и галоген
3) водород и кислород
4) металл и галоген
5. Смесь гидрида и пероксида натрия массой 156 г растворили в 700 мл воды.
Объёмная доля водорода в полученной газовой смеси составила 81,25%. Вы¬
числите массовую долю щёлочи в образовавшемся растворе.
3.2. Щелочноземельные металлы
Во ПА-группе Периодической системы Д. И. Менделеева находятся 6 элементов-
металлов: бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Са), стронций (Sr), барий (Ва) и
радий (Ra). Щелочноземельными1 металлами являются простые вещества четырёх
из них: Са, Sr, Ba, Ra. При взаимодействии этих металлов с водой образуются рас¬
творимые в воде основания — щёлочи.
Щелочноземельные металлы являются ^-элементами. На их внешнем уровне на
ns-орбитали находятся 2 валентных электрона (п — номер периода). В химических
реакциях щелочноземельные металлы отдают эти электроны и образуют положи¬
тельные двухзарядные ионы, в результате чего приобретают конфигурацию инерт¬
ного газа предыдущего периода. Во всех сложных веществах щелочноземельные
металлы проявляют степень окисления +2 и валентность II.
Щелочноземельные металлы проявляют высокую химическую активность, однако
основные свойства их оксидов и гидроксидов выражены слабее, чем у щелочных
металлов. Щелочноземельные металлы имеют большее значение электроотрица¬
тельности и меньший атомный радиус по сравнению со щелочными металлами того
же периода.
Физические свойства
При нормальных условиях все щелочноземельные металлы являются твёрдыми ве¬
ществами серебристого цвета. Щелочноземельные металлы имеют металлическую
кристаллическую решётку, поэтому для них характерны относительно высокие
значения тепло- и электропроводности. Металлическая связь в кристаллической
решётке щелочноземельных металлов образована двумя электронами, поэтому она
прочнее металлической связи в решётке щелочных металлов. Это обусловливает
большую твёрдость и более высокие температуры кипения и плавления щелочно¬
земельных металлов по сравнению со щелочными.
Оксиды щелочноземельных металлов ранее назывались «земли».
242
Гпава 3
Из-за высокой химической активности щелочноземельные металлы окисляются
на воздухе, поэтому, как и щелочные металлы, их хранят под слоем бензина или
керосина.
Нахождение в природе и получение
Из-за высокой химической активности щелочноземельные металлы встречаются в
природе только в составе сложных соединений, наиболее распространенными из
которых являются карбонаты, хлориды и сульфаты: СаСО3 (мел, мрамор, извест¬
няк), CaSO4 • 2Н2О (гипс), BaSO4 (барит). Наиболее широко распространены со¬
единения кальция, соединения бария и стронция встречаются гораздо реже. Радий
является радиоактивным элементом и содержится в небольшом количестве в ура¬
новых рудах.
Щелочноземельные металлы получают электролизом расплавов их галогенидов,
как правило, фторидов и хлоридов:
*
СаР2(расплав) —* Са + F2 ф
£
ВаС12(расплав) Ba + Cl2f
Химические свойства
1. Щелочноземельные металлы проявляют более слабые восстановительные свой¬
ства по сравнению со щелочными металлами, однако они также обладают высо¬
кой химической активностью и при нагревании реагируют практически со всеми
неметаллами:
2Ва + О2 “»2ВаО
t
Sr + Н2 -»SrH2
t
3Sr + 2P -> Sr3P2 Ba + S -> BaS
Ba + Br2 BaBr2 3Ca + N2 -> Ca3N2
2Ca + Si -> Ca2Si Ca + 2C -»CaC2
Важно!
Карбид кальция также образуется при взаимодействии оксида кальция с углём:
СаО + ЗС 4 СаС2 + СО
Бинарные соединения щелочноземельных металлов гидролизуются под действи¬
ем воды или кислот. Реакции протекают с образованием гидроксидов металлов
или их солей:
Са3Р2 + 6НС1 -> ЗСаС12 + 2PH3f
фосфин
СаС2 + 2Н2О Са(ОН)2 + C2H2J
ацетилен
ВаН2 + 2Н2О Ва(ОН)2 + 2Н2Т
Sr3N2 + 8НС1 -> 3SrCI2 + 2NH4C1
Химия элементов
243
1. Щелочноземельные металлы реагируют с водой с образованием щелочей и во¬
дорода. Реакции протекают при нормальных условиях и сопровождаются выде¬
лением теплоты:
Ba + 2Н2О Ва(ОН)2 + H2f Са + 2Н2О Са(ОН)2 + Н2|
3. Щелочноземельные металлы стоят в ряду активности левее водорода (Н2), по¬
этому они вытесняют водород из растворов кислот-неокислителей:
Ba + 2НС1 —> ВаС12 + H2f Са + H2SO4Q)a36) —> CaSO4 4- H2f
4. Щелочноземельные металлы взаимодействуют с кислотами-
окислителями: H2SO4„, HNO3.
4Са + 5H2SO4(kohii) -> 4CaSO4 + H2SJ + 4Н2О
4Ва + 10HNO3(O4pa36) 4Ba(NO3)2 + NH4NO3 + ЗН2О
5. Щелочноземельные металлы не вытесняют менее активные металлы из раство¬
ров их солей, поскольку, попадая в раствор, взаимодействуют с водой (как и ще¬
лочные металлы). Однако они вытесняют менее активные металлы из расплавов
их галогенидов:
ЗСа + 2А1С13(расплав) 4 2А1 + ЗСаС12
Оксиды и гидроксиды
Оксиды щелочноземельных металлов проявляют типичные свойства основных ок-
.адов (см. разд. 2.1.2). Гидроксиды щелочноземельных металлов растворяются в
зоде и проявляют все свойства щелочей (см. разд. 2.2.1).
Пероксиды щелочноземельных металлов
В пероксидах кислород находится в промежуточной степени окисления, поэтому в
:кислительно-восстановительных реакциях пероксиды проявляют как окислитель¬
ные, так и восстановительные свойства.
Как и пероксиды щелочных металлов, пероксиды щелочноземельных взаимодейст¬
вуют с водой:
СаО2 + 2Н2О Са(ОН)2 + Н2О2 2СаО2 + 2Н2О 2Са(ОН)2 + OJ
Растворяются в кислотах-неокислителях:
ВаО2 + H2SO4(pa36i) > BaSO4 + Н2О2
2ВаО2 + 2H2SO4(pa36) —> 2BaSO4 + 2Н2О + О2|
244
Глава3
Качественные реакции
1. Качественными реакциями на катионы щелочных металлов являются реакции их
солей и гидроксидов с растворимыми карбонатами, сульфатами, сульфитами и
фосфатами, сопровождающиеся выпадением соответствующих белых осадков:
СаС12 + К2СО3 СаСО31 + 2КС1
Ва(ОН)2 + H2SO4 -> BaSO4| + 2Н2О
2. Катионы щелочноземельных металлов также можно определить по изменению
окраски пламени газовой горелки (табл. 3.2).
Таблица 3.2. Окраска пламени некоторых щелочноземельных металлов
Металл
Кальций
Стронций
Барий
Окраска пламени
Кирпично-красная
Розово-красная
Жёлто-зелёная
Применение щелочноземельных металлов
и их соединений
Наиболее широко в промышленности применяются соединения кальция. Чистый
кальций используется в металлургии. Карбонат кальция (мел, мрамор, известняк) не¬
обходим для приготовления строительных материалов, производства стекла. Гипс
CaSO4 • 2Н2О применяется в медицине и строительстве. В строительстве также ис¬
пользуются оксид и гидроксид кальция. Хлорид-гипохлорит кальция (хлорная из¬
весть, хлорка) применяется для отбеливания тканей и дезинфекции воды.
Соединения бария и стронция используются в радиоэлектронике, медицине и атом¬
ной энергетике, однако в связи с высокой токсичностью их применение в промыш¬
ленности ограничено.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
1. СаС12 Са 4 X, Са(ОН)2 Х2 -> СаО -+ Х3 -4 Х4 -4-4 Х5 —? х6
Н2 Н2О , ч KHSO4 С Н2О HNO3(KOHIh) t
2. Ba 4 х1 4^ Х2 -> ВаС12 -> Ва -+ Ва(ОН)2 > Х3 -> Х4 Х2 4J х5 -> Х6
AlCh SiO2 НС1 t HC1O4
3. Ca —> X, CaCO3 X2 X, Ca Ca(OH)2 -> Ca(HCO3)2 -> X3 > X4
Химия элементов
245
HNO3(oqpa36) t NaHSO4 H2 НВг 6(р-ра)
4. Ва Х34х4—>X5^UX6
t HCl
-> Ba[Zn(OH)4] X7 —> X8
5 мпямоп > негашёная гашёная кальцевая у кяльпий —► ГИДРВД
.. мрамор известь * известь селитра кальции кальция
Тест
1.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
A) CaS и Н2О
Б) СаО и H2SO4 (конц.)
В) CaSO3 и SO2 (р-р)
Г) Са и H2SO4 (конц.)
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
-1) СаО и H2S
2) CaSO4, H2S и Н2О
3) CaSO4 и Н2О
4) CaSO4 и Н2
5) Са(ОН)2 и H2S
6) Ca(HSO3)2
2.
Из предложенного перечня выберите все реакции, скорость которых выше,
чем скорость реакции кальция с соляной кислотой:
1) хлорид стронция и сульфид калия; 4) железо и соляная кислота;
2) кальций и азотистая кислота; 5) хлорид бария и серная кислота.
3) карбонат кальция (при нагревании);
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
СаСО3(тв j СаО(тв ) + СО2(Г) - Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) повышение давления
Б) охлаждение
В) понижение концентрации углеки¬
слого газа
Г) добавление твёрдого оксида
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
кальция
246
Гпава 3
4. При полном растворении 154 г негашёной извести в воде выделилось 297 кДж
теплоты. Вычислите тепловой эффект химической реакции (в кДж/моль).
(Запишите ответ с точностью до целых.)
5. Через холодный раствор, образовавшийся при электролизе раствора бромида
бария, пропустили хлор. Полученную кислородсодержащую соль выделили и
добавили к разбавленному раствору серной кислоты. Выделившийся осадок
отфильтровали, высушили и нагрели в токе водорода. Напишите уравнения
четырёх описанных реакций.
6. При нагревании 419,4 г сульфата бария с избытком угля образовалась смесь
газов, которую пропустили через 740 г 35%-ного раствора гашёной извести.
Объём непоглощённого газа составил 71,68 л (при Н. у.)« Вычислите массо¬
вую долю щёлочи в образовавшемся растворе.
3.3. Магний
Магний — ^-элемент 2-го периода II группы главной подгруппы. Магний не отно¬
сится к щелочноземельным металлам, поскольку его гидроксид практически нерас¬
творим в воде. В соединениях магний проявляет постоянную степень окисления +2
и валентность II.
Физические свойства
Магний имеет металлическую кристаллическую решётку и обладает всеми свойства¬
ми, присущими типичным металлам: имеет металлический блеск, характеризуется
ковкостью, пластичностью и высокими значениями тепло- и электропроводности.
Нахождение в природе и получение
Из-за высокой химической активности магний встречается в природе только в со¬
ставе сложных веществ, как правило, в составе карбонатов, хлоридов и сульфатов:
CaCO3MgCO3, KCl-MgCl2 -6H2O, MgSO4.
В промышленности магний получают электролизом расплава хлорида:
MgCl2(paciLnaB) ”> ' 8 С12 Т
Химические свойства
Магний— активный металл, однако его поверхность покрыта прочной оксидной
плёнкой, поэтому в реакции со многими веществами он вступает только при нагре¬
вании.
1. Магний реагирует с неметаллами:
2Mg + О2 4 2MgO 3Mg + N2 4 Mg3N2
Mg+ci2 4 Mgci2 Mg+s 4 Mgs
Химия элементов
247
2. При высоких температурах магний взаимодействует с водяным паром. В реак¬
ции возможно образование как оксида, так и гидроксида магния:
Mg + 2Н2О 4 Mg(OH)2 + H2t Mg + Н2О 4 MgO + H2f
3. Магний вытесняет водород из растворов кислот-неокислителей:
Mg + 2НС1 —>■ MgCl2 + H2f
- Магний восстанавливает H2SO4(kohu) до сероводорода, a HNO3(KOHI1) —до оксида
азота(1):
4Mg + 5H2SO4(KOHa) 4MgSO4 + H2Sf + 4Н2О
4Mg + 10HNO3(kohii) -> 4Mg(NO3)2 + N2Of + 5H2O
4Mg + 10HNO3(O4pa36} - 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
5 Магний вытесняет металлы, стоящие правее в ряду активности, из растворов их
солей (гидрометаллургия}.
Mg + FeCl2(p_p) —>Fe + MgCl2
- Магний горит в атмосфере углекислого газа, поэтому при тушении горящего на
воздухе магния нельзя использовать углекислотные огнетушители (магний про¬
должит гореть):
2Mg + СО2 4 2MgO + С
I * Магний восстанавливает кремний из его оксида:
2Mg + SiO2 -> 2MgO 4- Si
Данная реакция используется для промышленного получения аморфного крем¬
ния из белого песка (SiO2).
' При нагревании магний реагирует с растворами нитратов:
4Mg + KNO3 + 6Н2О 4 4Mg(OH)2; + КОН + NH3t
Оксид и гидроксид магния
Зксид магния проявляет типичные свойства основных оксидов (см. разд. 2.1.2).
“идроксид магния практически не растворяется в воде и проявляет все свойства
нерастворимых в воде оснований (см. разд. 2.2.1).
"эименение магния
Чистый магний используется для получения сплавов с алюминием, которые приме-
1£потся в самолётостроении, космической и автомобильной промышленности. Маг-
шй также используется в металлургии (магнийтермия). Оксид магния применяется
в качестве огнеупорного материала.
248
Гпава 3
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
SiO H2SO4(KOH£L) t
1. Mg —»X, -> X2 -> Mg(OH)2 -> MgCl2 -> Mg > X3 -> Mg(NO3)2 -> Xj
co2 HCl KOH(m6.)
2.
3.
fe (расплава) N2 H2SO4
MgSO4 x2 > Mg -> x4 —> x5 x3
t fe (расплава) S HI KNO3, H2O НЫОз(кони\
MgCO3 -> X, MgCl2 > X2 -»X3 -> X4 —> Mg > x5 i x6
Тест
1. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
A) Mg(NO3)2, t
Б) MgO и HNO3 (конц.)
В) Mg и HNO3 (разб.)
Г) Mg(NO2)2 и HNO3 (конц.)
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) MgO, NO2 и О2
2) Mg(NO3)2, NO2 и О2
3) Mg(NO3)2 и HNO2
4) Mg(NO3)2 и Н2
5) Mg(NO3)2, NH4NO3 и Н2О
6) Mg(NO3)2 и Н2О
2. Задана следующая схема превращений веществ:
MgCO3 —>Х^> MgCl2
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Хи К:
1) Mg; 4) MgO;
2) FeCl2; 5) HCl.
3) Ci2;
3. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые при¬
водят к уменьшению скорости реакции магния с концентрированной серно;'
кислотой:
1) измельчение магния;
2) разбавление водой;
Химия элементов
249
3) понижение давления;
4) понижение температуры;
5) уменьшение концентрации сульфата магния;
4. Вычислите массу твёрдого хлората магния, который нужно добавить к 140 г
20%-ного раствора этой соли, чтобы получить 28%-ный раствор. (Запишите
ответ с точностью до десятых.)
5. В первую колбу с 358,2 г раствора сульфата алюминия поместили магниевую
пластинку. По окончании реакции пластинку извлекли, высушили и взвеси¬
ли: масса пластинки изменились в 1,2 раза. Полученную пластинку полно¬
стью растворили во второй колбе с 351,9 г 15%-ной серной кислоты, взятой в
избытке. По окончании реакций массы растворов в первой и второй колбах
оказались равны. Вычислите массу исходной магниевой пластинки.
3.4. Алюминий
Алюминий — ^-элемент 3-го периода III группы главной подгруппы. В основном
.□стоянии алюминий имеет электронную конфигурацию 3s2 Зр' и содержит один
чеспаренный электрон (рис. 3.1). Алюминий образует химические связи только в
возбуждённом состоянии и в соединениях проявляет постоянную степень окисле¬
ния +3 и валентность III.
Al 3s23p1 И It I I I АГЗя’Зр2 □ It It I I
3s 3p 3s Зр
основное состояние возбуждённое состояние
Рис. 3.1. Электронные конфигурации основного
и возбуждённого состояния атома А1
Алюминий, его оксид и гидроксид проявляют амфотерные свойства и реагируют с
растворами кислот и щелочей.
Эизические свойства
Члюминий — лёгкий серебристо-белый металл с металлической кристаллической
решёткой. Алюминий обладает всеми свойствами, присущими типичным металлам:
имеет металлический блеск, характеризуется ковкостью, пластичностью и высоки¬
ми значениями тепло- и электропроводности.
-вхождение в природе и получение
Алюминий занимает первое место по содержанию в земной коре среди металлов
третье— среди всех элементов (после кислорода и кремния). Из-за высокой
химической активности алюминий встречается в природе только в составе слож¬
250
Гпава 3
ных веществ: бокситов А12О3Н2О, глинозёма (корунда) А12О3, алюмосиликатов
А12О3 SiO2 и глин.
Основным промышленным способом получения алюминия является электролиз
раствора боксита А12О3 в расплавленном криолите Na3[AlF6]:
4, Na3[AlF6]
2А12О3 4А1 + ЗО2|
Получение алюминия затруднено высокой устойчивостью и тугоплавкостью
(tm > 2000 °C) его оксида. При растворении боксита в криолите образуется смесь,
обладающая большей электропроводностью по сравнению с оксидом алюминия
К тому же использование криолита позволяет значительно снизить температур}
проведения процесса (до 950 °C).
Химические свойства
Поверхность алюминия покрыта прочной оксидной плёнкой, препятствующей его
дальнейшему окислению, что обусловливает хорошие антикоррозионные свойства
алюминия. Однако после разрушения оксидной плёнки окисление металла протека¬
ет очень быстро из-за его высокой химической активности.
1. После снятия оксидной плёнки алюминий реагирует с кислородом и водой при
нормальных условиях:
4А1 -ь ЗО2 -> 2А12О3 2А1 + 6Н2О 2А1(ОН)3 + 3H2f
Удалить оксидную плёнку с поверхности алюминия можно механически (сте¬
реть) или с помощью обработки растворами солей ртути.
2. Алюминий реагирует с галогенами при комнатной температуре2:
н?о
2А1 + 3 С12 — 2А1С13 2А1 + 312 —» 2 АП3
3. С остальными неметаллами алюминий реагирует при нагревании:
2А1 + N2 4 2AIN Al + Р 4 А1Р
4А1 + ЗС 4 А14С3 2А1 + 3S 4 A12S3
Важно!
Карбид алюминия также образуется при взаимодействии оксида алюминия с
углём:
2А12О3 + 9С 4 А14С3 + 6СО
2 Добавление в реакцию алюминия с йодом небольшого количества воды приводит к диспропорцио¬
нированию йода и растворению оксидной плёнки алюминия в образующейся иодоводородной
кислоте.
Химия элементов
251
Бинарные соединения алюминия подвергаются водному, кислотному и щелоч¬
ному гидролизу:
A12S3 + 6Н2О -> 2А1(ОН)3 + 3H2Sf
AIN + 4НС1 -> А1С13 + NH4C1
A12S3 + 8КОН(изб) - 2К[А1(ОН)4] + 3K2S
-. Алюминий реагирует с кислотами.
• В ряду активности металлов алюминий стоит левее водорода (Н2), поэтому
он вытесняет водород из растворов кислот-неокислителей:
2А1 + 6НС1 -> 2А1С13 + 3H2f 2А1 + 3H2SO4(pa36) A12(SO4)3 + 3H2f
• При взаимодействии с H2SO4(KOHU) и HNO3(kohu) поверхность алюминия по¬
крывается оксидной плёнкой, нерастворимой в этих кислотах, — происходит
пассивация металла. Реакция протекает только при нагревании:
2А1 + 6H2SO4(kohu) 4 A12(SO4)3 + 3SO2f + 6Н2О
Al + 6HNO3(kohu.) 4 A1(NO3)3 + 3NOJ + 3H2O
?. Алюминий растворяется в щелочах с образованием комплексных солей и водо¬
рода:
2А1 + 2NaOH + 6Н2О -+ 2Na[Al(OH)4] + 3H2J
тетрагидроксоалюминат натрия
• Алюминий вытесняет металлы, стоящие правее в ряду активности, из растворов
их солей:
2А1 + 3CuSO4(p.p)-+Al2(SO4)3 + ЗСи
' Алюминий вытесняет менее активные металлы из их оксидов (алюмотермия):
2А1 + Сг2О3 4 А12О3 + 2Сг
• Алюминий взаимодействует с нитратами в присутствии щелочей:
8А1 + 3KNO3 + 5КОН + 18Н2О 4 8К[А1(ОН)4] + 3NH3f
- Алюминий реагирует с сильными окислителями. Продукт реакции определяется
средой её протекания:
10А1 + 6KMnO4 + 24H2SO4 4 5A12(SO4)3 + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 24H2O
2A1 + KC1O3 + 2КОН + ЗН2О 4 2К[А1(ОН)4] + КС1
252
Гпава 3
Оксид и гидроксид алюминия
Оксид и гидроксид алюминия проявляют типичные амфотерные свойства
(см. разд. 2.1.3 и 2.2.2).
Применение алюминия
Благодаря своей лёгкости и высокой коррозионной стойкости алюминий использу¬
ется в авиационной и космической промышленности, в производстве автомобилей.
Алюминий обладает высокой электропроводностью и относительно низкой стои¬
мостью, поэтому широко применяется в производстве электропроводов. Алюминий
также используется в металлургии (алюмотермия) и в производстве посуды и фоль¬
ги. Хлорид алюминия применяется в качестве катализатора в органическом синте¬
зе. Сульфат алюминия используется при водоподготовке.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
КОН(Р-Р) СО2(изб) t NHstn-o) NaOH, t H2O
1. A12O3 Al X! —X2 -> X3 X4 -> A1(NO3)3 —X2 > X5 X,
K, t I2, H2O H2SO4(kohu) КОН/изб} t НСЬизб) t
2. A1C13 -> X! X2 > X3 X4 -> X5 —X6 -> A1(NO3)3 -> X7 -> X5
KNO3,KOH.
3. Al
H2O
[(p-p) H2s C H2O
™ Xj —> X2 -> A12O3 -> X3 —> X;
KOH( ) FeBr3 t i Cr2O3
■2 Ч!х,-*X2->X4-»X5—>x4
. s NaOH^ HC1O. KOH
4. Al —► Xj r X2 ’ X3 ►
K2CO3,r КОН(из6) HI
*з ' X5 > Al2 (SO4)3 ' X6 —> X4
KOH, x
5. боксит—► Al —>
алюминат нитрат оксид Y 8°2(нед) —
натрия алюминия алюминия —* Л1 > Л2
Тест
1. В двух пробирках раствор нитрата алюминия. В первую пробирку добавили
раствор соли X и наблюдали образование осадка. В другую пробирку добави¬
ли раствор соли У и наблюдали образование осадка и выделение газа с непри¬
ятным запахом. Из предложенного перечня выберите вещества X и У, кото¬
рые могут вступать в описанные реакции:
1) гидросульфид натрия;
4) сульфит аммония;
2) карбонат калия;
3) тетрагидроксоалюминат калия;
5) фосфат кальция.
• имия элементов
253
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
РЕАГЕНТЫ
А) А1
1) НС1, КОН, О2
Б) А1Вг3 (р-р)
2) КОН, CuSO4, SO3
В) А12О3
3) НС1, AgNO3, Zn
Г) A12S3
4) H2SO4, Mg(OH)2, Cl2
5) K2CO3 (тв.), KOH, HNO3
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре-
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
А) А1 и КОН (р-р)
1) K[A1(OH)4]
Б) КА1О2 и Н2О
2) K[A1(OH)4] и H2
В) А12О3 и КОН (р-р)
3) K[A1(OH)4] и H2O
Г) К[А1(ОН)4], t
4) KA1O2
5) KA1O2 и H2
6) KA1O2 и H2O
Установите соответствие между веществом и продуктами электролиза этого
вещества, которые выделились на инертных электродах.
ВЕЩЕСТВО
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
А) раствор боксита в расплавленном
1) алюминий и йод
криолите
2) алюминий и кислород
Б) водный раствор иодида алюминия
3) водород и йод
В) водный раствор сульфата алюми-
4) водород и кислород
ния
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
А1ОН?;Р) ч- н;р.р) н20(ж) + а£р) + Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
254
Глава
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
А) добавление гидроксида алюминия
1) смещается в сторону прямой
Б) добавление твёрдого хлорида алю¬
реакции
миния
2) смещается в сторону обратной
В) добавление твёрдой щёлочи
реакции
Г) нагревание
3) практически не смещается
6. Восстановление железной окалины протекает в соответствии с термохимиче¬
ским уравнением реакции
3Fe3O4(TB) + 8А1(ТВ > -> 4А12О3(тв) + 9Fe - 3350 кДж
Определите количество теплоты (в кДж), которое необходимо затратить для
получения 226,8 г железа. (Запишите число с точностью до десятых.)
Для выполнения заданий 7, 8 используйте следующий перечень веществ:
хлорид алюминия, перманганат натрия, алюминий, серная кислота, гидроксид на¬
трия, гидросульфид натрия. Допустимо использование воды в качестве среды про¬
текания реакции.
7. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови¬
тельная реакция между которыми протекает с образованием трёх солей. За¬
пишите уравнение только одной из возможных реакций с участием выбран¬
ных веществ, составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстано¬
витель.
8. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми возможна
реакция ионного обмена, протекающая с образованием осадка и выделение*,
газа. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения ре¬
акции с участием выбранных веществ.
9. Оксид алюминия сплавили с избытком угля. Твёрдый продукт реакции рас¬
творили в избытке гидроксида калия. Через полученный раствор пропустили
избыток углекислого газа. Полученный осадок растворили в концентриро¬
ванной азотной кислоте. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
10. Кристаллогидрат нитрата алюминия, в котором массовая доля нейтронов в
ядрах всех атомов составляет 47,733%, осторожно нагрели. Продукт реакции,
в котором массовая доля нейтронов в ядрах всех атомов составляет 48,083%.
растворили в 650 г воды. При взаимодействии полученного раствора с 345 г
40%-ного раствора карбоната калия образуется раствор с массовой долей
карбоната калия 1,241%. Определите потерю массы кристаллогидрата при
нагревании.
Химия элементов
255
3.5. Цинк
Цинк — d-элемент 4-го периода II группы побочной подгруппы. В основном со¬
стоянии цинк имеет электронную конфигурацию 4s2 3d10 и в соединениях проявля¬
ет постоянную степень окисления +2 и валентность II (рис. 3.2).
2 10 И ГП1 г_,
Zn 4s 3d 4s 4р ШППБИ
3d
Рис. 3.2. Электронная конфигурация
основного состояния атома Zn
Цинк, его оксид и гидроксид проявляют амфотерные свойства и реагируют с рас¬
творами кислот и щелочей.
Физические свойства
Цинк — блестящий серебристый металл. Цинк имеет металлическую кристалличе¬
скую решётку и характеризуется высокими значениями тепло- и электропроводно¬
сти. При нормальных условиях цинк — хрупкий металл, а при повышенных темпе¬
ратурах — пластичный.
-вхождение в природе и получение
Цинк встречается в природе составе минералов, основным компонентом которых
является сульфид цинка. Чистый ZnS — белый, однако цвет минерала может изме¬
няться в присутствии примесей, благодаря чему он получил название «цинковая
.бманка».
Промышленное получение цинка включает в себя обжиг сульфида и прокаливание
эразующегося оксида с углём:
2ZnS + ЗО2 4 2ZnO + 2SO2| ZnO + С 4 Zn + С0$
Цинк также получают электролизом раствора его сульфата3:
2ZnSO4 + 2Н2О -> 2Zn| + 2H2SO4 + О2 J
ь
2Н2О-»2H2f + 02|
Сульфат цинка получают растворением в серной кислоте оксида цинка, образующегося при обжиге
- льфида.
256
Гпава
Химические свойства
Цинк проявляет сильные восстановительные свойства, однако является менее ак¬
тивным металлом по сравнению со щелочными и щелочноземельными.
1. При нагревании цинк реагирует с неметаллами:
2Zn + О2 4 2ZnO 3Zn + 2Р 4 Zn3P2
Zn + Cl2 -> ZnCl2 Zn + S -> ZnS
С азотом, водородом, углеродом и кремнием цинк не взаимодействует.
2. При высоких температурах цинк реагирует с водяным паром:
Zn + Н2О ZnO + H2f
3. Цинк реагирует с кислотами.
• В ряду активности металлов цинк стоит левее водорода (Н2), поэтому он вы¬
тесняет водород из растворов кислот-неокислителей:
Zn + 2НВг —> ZnBr2 + Н2Т Zn + H2SO4(pa36 > —> ZnSO4 + H2f
• Цинк окисляется под действием кислот-окислителей. При взаимодействии ; I
цинком H2SO4(KO11IX) восстанавливается до H2S, а продукт восстановлени!
азотной кислоты определяется её концентрацией в растворе:
4Zn + 5H2SO4(kohii) 4ZnSO4 + H2Sf + 4Н2О
Zn + 4HNO3(kohu) Zn(NO3)2 + 2NO2T + 2H2O
3Zn + 8HNO3(pa36 j -► 3Zn(NO3)2 + 2NOT + 4H2O
4Zn + 10HNO3(o4pa36) -► 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
4. Цинк вытесняет металлы, стоящие правее в ряду активности, из растворов их
солей:
Zn + CuSO4(p.p) —► Си + ZnSO4
5. Цинк проявляет амфотерные свойства и реагирует со щелочами.
• При нормальных условиях растворяется в щелочах с образованием ком-!
плексных солей и водорода:
Zn + 2КОН + 2Н2О -> K2[Zn(OH)4] + H2f
тетрагидроксоцинкат калия
Zn + Ва(ОН)2 + 2Н2О -> Ba[Zn(OH)4] + H2f
. '.<ия элементов
257
• Сплавляется с твёрдыми щелочами с образованием средних солей (цинкатов)
и водорода:
Zn + 2NaOH(TB) -»Na2ZnO2 + H2J
- При нагревании цинк окисляется под действием бурого газа:
4Zn + 2NO2 4 4ZnO + N2T
" Как и алюминий, цинк взаимодействует с нитратами в щелочной среде:
4Zn + NaNO3 + 7NaOH + 6Н2О 4 4Na2[Zn(OH)4] + NH3T
Цинк реагирует с сильными окислителями. Продукт его окисления определяется
средой протекания реакции:
3Zn + K2Cr2O7 + 7H2SO4 —> 3ZnSO4 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O
Zn + 2KMnO4 + 4KOH 4 K2[Zn(OH)4] + 2K2MnO4
Эксид и гидроксид цинка
?ксид и гидроксид цинка проявляют типичные амфотерные свойства
см. разд. 2.1.3 и 2.2.2).
■рименение цинка
Основным направлением применения цинка является защита железа и его сплавов
т коррозии. Цинк также используется для изготовления аккумуляторов.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
ревращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно-
i эсстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
. эсстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
> энные уравнения.
КОН(нел)
Zn -> ZnO ZnCl2
КОН( j Mg
Х2 —► ZnCl2 —»Х3
NaOH, t HNO3(m6) t
>x4—Ux5^x6
z z x no2
1 ZnCO3 -> X] Zn -> ZnSO4 -> K2[Zn(OH)4] ZnS ZnO ->■ ZnBr2 -> Zn —> X]
, H2 KNO3,NaOH( HCl^ t Na2CO3,Z
Zn X^ ► X2 Zn ■" > X3 X^ ► X2 X5
НС1(изб.)
>X6
NaOH, Ч Н2$(изб) HNO3fKOHa) t t
i. ZnO -> Zn ™ Xt —^-4 X2 — X3 Zn(OH)2 X4 X, X5
Н1(изб.)
—>X6
фосфид бромид сульфид нитрат оксид _ цинкат н2°
цинк —> цинка —*■ цинка * цИНКа -* цинка цинка * кальция *
X,
258
Гпава 3
Тест
1.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
A) ZnSO4 и КОН (изб.)
Б) ZnSO4 (изб.) и КОН
В) K2ZnO2 и H2SO4 (изб.)
Г) K2[Zn(OH)4] и H2SO4 (нед.)
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) Zn(OH)2, K2SO4, SO2 и Н2О
2) K2[Zn(OH)4] и K2SO4
3) Zn(OH)2 и K2SO4
4) ZnSO4, K2SO4, SO2 и H2O
5) ZnSO4, K2SO4 и H2O
6) Zn(OH)2, K2SO4 и H2O
2. Задана следующая схема превращений веществ:
х
Zn -> ZnO
н2о, ОН"
Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) Zn(OH)2;
2) NO2;
3) K2ZnO2;
4) K2[Zn(OH)4];
5) Na2O.
3. При разложении нитрата цинка массой 2,835 кг выделилось 537,6 л (н. у.) бу¬
рого газа. Определите объёмную долю выхода (в %) бурого газа. (Запишите
ответ с точностью до целых.)
4. Цинк добавили к избытку раствора гидроксида натрия. Через полученных
раствор пропустили избыток сероводорода. Выделившийся осадок высушилв
и сожгли в избытке кислорода. Полученное твёрдое вещество нагрели с кар¬
бонатом калия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
5. Смесь фосфида и нитрида цинка, в которой на каждые 4 атома азота прихо¬
дится 13 атомов цинка, полностью растворили в 3 кг 24,33%-ного раствор,
соляной кислоты. При этом выделилось 62,72 л (при н. у.) газа. К полученно¬
му раствору добавили 6,4 кг 35%-ного раствора едкого калия, взятого в из¬
бытке. Вычислите массовую долю хлорида калия в образовавшемся растворе.
3.6. Железо
Железо — ^-элемент 4-го периода VIII группы побочной подгруппы. В основнс
состоянии железо имеет электронную конфигурацию 4s23d6 и в сложных вещесг-
Химия элементов 259
вах проявляет степени окисления +2, +3 и +6 (рис. 3.3). Наиболее устойчивыми яв¬
ляются соединения железа в степени окисления +3 и валентности III, поскольку ион
железа Fe3+ содержит наполовину заполненную й?-орбиталь и имеет конфигурацию
4s°3<75.
Fe 4s23cf ® ItllT It It It I Fe3’ 4s°3d5 В It It It It It I
3d 3d
Рис. 3.3. Электронные конфигурации
основного состояния атома Fe и катиона Fe3~
Физические свойства
Железо — серый пластичный металл, обладающий магнитными свойствами. Желе¬
зо имеет металлическую кристаллическую решётку и характеризуется высокими
значениями тепло- и электропроводности, высокой температурой плавления, ме¬
таллическим блеском.
Нахождение в природе и получение
Железо занимает второе место по содержанию в земной коре среди металлов (после
•люминия), при этом основная его часть находится в виде оксидов и сульфидов в
составе минералов.
В промышленности железо получают в составе сплавов с углеродом — чугуна и
. тали. Чугун выплавляют из оксидов железа углеродом в доменных печах. Сплав с
еныпим содержанием углерода — сталь — получают окислением чугуна в мар¬
теновских печах. Процесс включает в себя следующие превращения:
3Fe2O3 + СО —> 2Fe3O4 + СО2 Fe3O4 СО —> 3FeO + СО2
FeO + СО —> Fe + СО2 FeO + С —»Fe + СО
Хтя получения более чистого железа его оксиды восстанавливают водородом или
алюминием:
Fe2O3 + ЗН2 4 2Fe + ЗН2О 3Fe3O4 + 8А14 4А12О3 + 9Fe
Химические свойства
Железо относится к металлам средней активности, поэтому в химические реакции
ею многими веществами оно вступает только при повышенной температуре. Сте¬
пень окисления железа в продуктах реакции определяется силой окислителя, с ко-
?рым оно взаимодействует. При взаимодействии со слабыми окислителями железо
образует соединения в степени окисления +2, а при взаимодействии с сильными
:окислителями — соединения в степени окисления +3 (табл. 3.3).
260
Гпава 3
Таблица 3.3. Степень окисления железа в продуктах реакций с различными веществами
Степень окисления
железа в продуктах
реакций
+2
+2,+3
+3
С неметаллами
I2, S
о2
F2, С12, Вг2
С кислотами
HCl,
и другие кислоты-
неокислители
—
Н^О^, HNO3
С другими веществами
Соли менее
активных металлов
НгЦпар)
О2+Н2О
1. При нагревании железо взаимодействует с неметаллами.
• Под действием серы и йода железо окисляется до Fe+2:
Fe + S -> FeS Fe +12 -»Fel2
• Под действием фтора, хлора и брома железо окисляется до Fe+3:
2Fe + 3 Cl2 4 2FeCl3 2Fe + 3Br2 4 2FeBr3
• Под действием кислорода железо окисляется до смешанного оксида— же¬
лезной окалины:
t+2;+3
3Fe + 2О2 -> Fe3O4
Состав смешанного оксида можно выразить формулой FeO • Fe2O3.
С углеродом, фосфором и кремнием железо взаимодействует с образованием со¬
единений сложного состава (цементита Fe3C и др.).
2. Железо не растворяется в воде, однако при высоких температурах взаимодейст¬
вует с водяным паром с образованием железной окалины и водорода:
3Fe + 4Н2О 4 Fe3O4 + 4H2f
3. В присутствии паров воды железо корродирует на воздухе с образование!.'
ржавчины — бурого гидроксида железа(Ш):
4Fe + ЗО2 + 6Н2О 4 4Fe(OH)3
4. Железо реагирует с кислотами.
• В ряду активности металлов железо стоит левее водорода (Н2), поэтому вы¬
тесняет водород из растворов кислот-неокислителей. Катион Н+ проявляет
слабые окислительные свойства, поэтому в реакциях образуются соли Fe2+:
Fe + 2НВг -> FeBr2 + Н2| Fe + H2SO4(pa36 ) — FeSO4 + H2f
имия элементов
261
• При взаимодействии железа с кислотами-окислителями образуются соли
Fe3+, при этом из-за пассивации металла реакции с H2SO4(KOHI1) и HNO3(kohu)
протекают только при нагревании:
2Fe + 6H2SO4(kohu) —> Fe2(SO4)3 + 3SO2f + 6H2O
Fe + 6HNO3(KOH4) 4 Fe(NO3)3 + 3NO2f + 3H2O
Fe + 4HNO3(kohM - Fe(NO3)3 + NOf + 2H2O
8Fe + 30HNO3(o4 разб} -► 8Fe(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O
: Железо вытесняет металлы, стоящие правее в ряду активности, из растворов их
солей. Продуктом реакции являются соли Fe2+:
Fe + CuSO4(p p) —> FeSO4 + Си
- Железо реагирует с твёрдыми окислителями (хлоратами, нитратами) в расплавах
щелочей. В реакции образуются ферраты — соли, содержащие железо в степени
окисления +6:
о t +6
Fe + КС1О3 + 2КОН K2FeO4 + KCI + Н2О
Растворы многих ферратов имеют фиолетовую окраску.
■ Важно!
Оксид и гидроксид железа(У1) не существуют.
Соединения железа(П)
reO— основный оксид чёрного цвета, Fe(OH)2 — нерастворимое в воде основа¬
ние белого цвета, приобретающее на воздухе серо-зелёную окраску. Растворы со¬
ей двухвалентного железа также окрашены в зелёный цвет. Оксид и гидроксид
железа(П) проявляют типичные основные свойства (см. разд. 2.1.2 и 2.2.1).
Соединения железа(П) обладают ярко выраженными восстановительными свойст-
зами и при взаимодействии с окислителями переходят в соединения железа(Ш):
4FeO + О2 4 2Fe2O3 2FeCl2 + Cl2 -> 2FeCl3
4Fe(OH)2 + О2 + 2Н2О -> 4Fe(OH)3 2Fe(OH)2 + Н2О2 -> 2Fe(OH)3
серо-зелёный бурый
Под действием окислителей в кислотной среде соединения железа(И) переходят в
:оли железа(Ш):
FeO + 4HNO3(pa36 j - Fe(NO3)3 + NO? + 2Н2О
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 4 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
262
Глава 3
При окислении соединений железа(И) в щелочной среде образуется гидроксид же-
леза(Ш):
2FeCl2 + Н2О2 + 4NaOH -> 2Fe(OH)3; + 4NaCl
Важно!
Если анион соли проявляет сильные восстановительные свойства, то одно¬
временно с окислением катиона железа протекает и окисление аниона:
+2-1 t 4-3 4-4 4-2 -1 +3 О
4FeS2 + 1 Ю2(изб) -» 2Fe2O3 + 8SO2f 2FeBr2 + ЗС12 —> 2FeCl3 + 2Br2
пирит
При взаимодействии с кислотами-окислителями образуются соли железа(Ш):
+2 -I 4-5 +3 4-6 4-4
FeS2 + 18HNO3(KOHa) -> Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NO2f + 7H2O
+2 -1 +6 +3 0 +4
2FeBr2 + 6H2SO4(kohii) > Fe2(SO4)3 + 2Br2 + 3SO2f + 6H2O
4-2 -1 4-5 4-3 -1 +4
но FeCl2 + 4HNO3(Kom) Fe(NO3)3 + 2HC1 + NO2f + H2O
Соединения железа(Ш)
Fe2O3 — амфотерный оксид красно-коричневого цвета. Fe(OH)3 — нераствори¬
мый гидроксид бурого цвета, проявляющий слабые амфотерные свойства
(см. разд. 2.1.3 и 2.2.2}. Растворы солей трёхвалентного железа окрашены в жёлтс-
бурый цвет.
Соединения железа(Ш) проявляют окислительно-восстановительную двойствен¬
ность.
1. При взаимодействии с сильными восстановителями соединения железа(Ш) прс-
являют окислительные свойства и переходят в соединения железа(П).
• Окисляют простые вещества:
+3 0^4-2
Fe2O3 + Fe -> 3FeO 2FeCl3 + Cu 2FeCl2 + CuCl2
2FeCl3 + Fe 4 3FeCl2 “° FeC12 + Cu
• Окисляют соединения S~2.
При окислении растворимых сульфидов образуются два нерастворимых в во¬
де вещества — FeS (чёрный) и S (жёлтый):
Fe2(SO4)3 + 3Na2S 2FeS; + S + 3Na2SO4
Химия элементов
263
При окислении сероводорода образуется только одно нерастворимое в воде
вещество — жёлтая сера, поскольку FeS растворяется в образующейся в ре¬
акции кислоте:
2FeCl3 + H2S 2FeCl2 + S + 2HC1
• Окисляют HI и иодиды до 12:
2FeCl3 + 6KI 2FeI2 +12 + 6КС1
2Fe(OH)3 + 6HI -» 2FeI2 +12 + 6Н2О
Fel3 является крайне нестабильным веществом, поэтому при взаимодействии
соединений железа(Ш) с иодоводородом и иодидами реакция ионного обмена
не протекает,
+2 +2
но Fe(OH)2 + 2HI Fel2 + 2Н2О
• Окисляют другие вещества, проявляющие восстановительные свойства:
+3 4-2
2FeCl3 + SO2 + 2Н2О -> 2FeCl2 + H2SO4 + 2НС1
+3 4-2
Fe2(SO4)3 + Na2SO3 + H2O —> 2FeSO4 + Na2SO4 + H2SO4
При взаимодействии с растворами сульфитов возможно также протекание со¬
вместного гидролиза:
Fe2(SO4)3 + 3Na2SO3 + ЗН2О 2Fe(OH)3; + 3Na2SO4 + 3SO2f
2. При взаимодействии с сильными окислителями (Вг2, С12, КС1О3) в присутст¬
вии щелочей соединения железа(ГП) проявляют восстановительные свойства и
окисляются с образованием ферратов Fe+6:
2Fe(OH)3 + 3NaC10 + 4NaOH 4 2Na2FeO4 + 3NaCl + 5H2O
Ферраты проявляют очень сильные окислительные свойства и восстанавливают¬
ся до соединений железа(Ш):
2K2FeO4 + 16НВг -+ 2FeBr3 + ЗВг2 + 4КВг + 8Н2О
Оксид железа(Н, III)
Fe3O4 — железная окалина, смешанный оксид чёрного цвета. Образуется при
взаимодействии железа с кислородом или водяным паром:
3Fe + 2О2 4 Fe3O4 3Fe + 4Н2О 4 Fe3O4 + 4H2J
♦ В реакциях Fe3O4 с кислотами-неокислителями образуются две соли:
4-2; 4-3 +2 4-3
Fe3O4 + 8НС1 -> FeCl2 + 2FeCl3 + 4Н2О
264
Гпава 3
♦ При взаимодействии железной окалины с сильными окислителями образуются
только соединения железа(Ш):
4Fe3O4 + О2 -* 6Fe2O3
+2; +3 +3
Fe3O4 + 10HNO3(KOHa) -» 3Fe(NO3)3 + NO2f + 5H2O
♦ В реакциях с сильными восстановителями образуются соединения железа(П):
+2; +3 t +2
Fe3O4 + Fe -> 4FeO
+2; +3 -1 +2 О
Fe3O4 + 8HI -> 3FeI2 + I2 + 4H2O
Качественные реакции на соли Fe2*
1. При взаимодействии солей железа(П) со щелочами и раствором аммиака образу¬
ется белый осадок Fe(OH)2, мгновенно приобретающий серо-зелёную окраску:
FeCl2 + 2NaOH -> Fe(OH)2; + 2NaCl
Fe(NO3)2 + 2NH3 • H2O -> Fe(OH)2| + 2NH4NO3
2. При взаимодействии солей железа(П) с растворимыми сульфидами образуется
чёрный осадок FeS:
FeSO4 + K2S FeS| + K2SO4 FeSO4 + H2S
Важно!
Соли железа(П) не реагируют с H2S, поскольку FeS растворяется в кислотах-
неокислителях.
3. При взаимодействии солей железа(П) с гексацианоферратом(Ш) калия (красная
кровяная соль) K3[Fe(CN)6] образуется осадок синего цвета4.
Качественные реакции на соли Fe3*
1. При взаимодействии солей железа(Ш) со щелочами и раствором аммиака обра¬
зуется бурый осадок Fe(OH)3:
Fe2(SO4)3 + 6NH3 + 6Н2О — 2Fe(OH)3i + 3(NH4)2SO4
4 Продуктом реакций солей железа(П) с красной кровяной солью и солей железа(Ш) с жёлтой
кровяной солью является вещество состава KFe[Fe(CN)6], называемое берлинской лазурью.
Химия элементов 265
2. При взаимодействии солей железа(Ш) с растворами карбонатов и гидрокарбона¬
тов протекает совместный гидролиз с образованием Fe(OH)3 и СО2:
2FeCl3 + 3Na2CO3 + ЗН2О -+ 2Fe(OH)3| + 6NaCl + 3CO2f
’ При взаимодействии солей железа(Ш) с гексацианоферратом(П) калия {жёлтая
кровяная соль) K4[Fe(CN)6] образуется осадок синего цвета4.
Применение железа и его соединений
Чугун и сталь являются важнейшими конструкционными материалами. Из железа
изготавливают элементы сооружений, деталей машин, трубы, бытовые приборы и
многие другие предметы. Железо используется в качестве катализатора в синтезе
аммиака, а хлорид железа(Ш) — в качестве катализатора в органическом синтезе.
Нитрат железа(Ш) применяют для окрашивания тканей.
Задания
Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
ревращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
- эсстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
г эсстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
энные уравнения.
KI t FI2SO4(KOHU\ NH3, >
Fe Fe(OH)2 -> NaFeO2 FeCl3 -> Xj Fe(NO3)2 -> X2 X3 —4X4
. „ $2 v ^Оз(к°ии) КОН(ИЗб ) t Fe H2SO4(kohiij Cu KOH
_ Fe * Xj * X2 ■ X3 ” X4 X5 -Xj ' X6 * X.7 1 * 3 Xg ► X4
. „ H2O(nap) v HC1 CI2 o2 KOH HI NH^ H2SO4(kohii) SO2(p.p)
Fe X| * X2 ► X3 ► FeS ► X4 * X$ X$ ► X7 > Xg 7 Xg
Mg HNO3(pa36) K2CO3(p.p) HI Br, H,S t
- Fe FeSO4 4Xj ^4 X2 4 x3 -> X4 Fe 4 X5 -4 X6 Fe(NO3)3 X7
оксид оксид нитрат нитрат t к2со3,г
пирит —> железа(1Щ железа(П, III) железа(Ш) * железа(П) 7 Х2
Тест
Через одну из пробирок с раствором вещества X пропустили аммиак и наблю¬
дали образование осадка. В другую пробирку добавили раствор Y и наблюдали
образование двух нерастворимых в воде веществ. Из предложенного перечня
выберите веществами У, которые могут вступать в описанные реакции:
1) хлорид железа(П);
2)сероводород;
3) карбонат калия;
4) сульфат железа(Ш);
5) сульфид натрия.
266
Глава 3
2.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
А)
FeO и HI
1) Fel3 и Н2О
Б)
Fe3O4 и HI
2) Fel3 и Н2
В)
Fe2O3 и HI
3) Fel2 и Н2
Г)
Fe и HI
4) Fel2 и Н2О
5) Fel2, 12 и Н2О
6) Fel3, 12 и Н2О
Задана следующая схема превращений веществ:
3.
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) Fe(OH)2; 4) Fe2O3;
2) Fe(OH)3; 5) Fe3O4.
3) FeO;
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
3Fe(TB) + 4Н2О(г) Fe3O4(TB) + 4Н2(г) + Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) повышение температуры
Б) удаление паров воды
В) повышение давления
Г) повышение концентрации водорода
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Для выполнения заданий 5, 6 используйте следующий перечень веществ:
сульфат железа(Ш), иодид калия, сернистый газ, гидроксид калия, аммиак, серово¬
дород. Допустимо использование воды в качестве среды протекания реакции.
5. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови¬
тельная реакция между которыми протекает с образованием только кислоты
и соли. Запишите уравнение только одной из возможных реакций с участием
г им и я элементов
267
выбранных веществ, составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель.
6. Из предложенного перечня выберите слабый электролит и вещество, между
которыми возможна реакция ионного обмена, протекающая с образованием
осадка. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения
реакции с участием выбранных веществ.
". Железо сожгли в кислороде. Полученное вещество чёрного цвета растворили
в концентрированной азотной кислоте. Полученную соль выделили, высуши¬
ли и прокалили. Твёрдый продукт реакции нагрели с хлоратом калия и гид¬
роксидом натрия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
Твёрдый остаток, образовавшийся при разложении 0,9 кг нитрата железа(П),
полностью растворился в 1260 г 75%-ного раствора азотной кислоты. При
этом объём выделившегося газа оказался в 1,5 раза меньше объёма смеси га¬
зов, образовавшейся при разложении соли. Вычислите массовую долю ато¬
мов азота в образовавшемся растворе. Объёмы газов измерены при одинако¬
вых условиях.
3.7. Хром
Хром — d-элемент 4-го периода VI группы побочной подгруппы. За счёт «проско¬
ка» электрона в основном состоянии хром имеет электронную конфигурацию
4513d5 и содержит 6 неспаренных электронов (рис. 3.4). Максимальная валентность
хрома равна VI, а наиболее характерные степени окисления — это +2, +3 и +6.
Cr 4s13d5 В |t |t It It It I
3d
Рис. 3.4. Электронная конфигурация основного состояния атома Сг
Физические свойства
Хром— хрупкий серебристо-белый металл, отличающийся высокой твёрдостью.
Он имеет металлическую кристаллическую решётку и характеризуется высокими
значениями тепло- и электропроводности, высокой температурой плавления, ме¬
таллическим блеском.
Нахождение в природе и получение
3 земной коре хром находится в составе минералов, как правило, в соединениях со
свинцом, железом и алюминием.
В промышленности хром получают восстановлением его оксида углём или алю¬
минием:
Cr2O3 + 2А14 2Сг + А12О3
268
Гпава
Химические свойства
Хром вступает в химические реакции только при нагревании, поскольку его по¬
верхность покрыта прочной оксидной пленкой, разрушающейся при повышенны!
температурах.
1. Хром реагирует с неметаллами с образованием соединений Сг+3:
4Сг ЗО2 4 2Cr2O3 2Cr + 3S 4 Cr2S3
2Сг + ЗС12 4 2CrCl3 2Cr + N2 4 2CrN
С водородом хром не взаимодействует, а в реакциях с углеродом и кремнием
образуются соединения сложного состава (Cr3Si, Сг3С2 и др.).
2. Хром не растворяется в воде, однако при высоких температурах взаимодейству¬
ет с водяным паром:
2Сг + ЗН2О 4 Сг2О3 + ЗН2|
3. Хром реагирует с кислотами: _
• В ряду активности металлов хром стоит левее водорода (Н2), поэтому он вь
тесняет водород из растворов кислот-неокислителей. Катион Н+ проявляе
слабые окислительные свойства, поэтому в реакциях образуются соли Сг2+:
Сг + 2НВг —> CrBr2 + Н2Т Cr + H2SO4(pa36) —> CrSO4 + Н2|
Однако в присутствии сильного окислителя (кислорода) образуются соли Сг
4Cr + 12НС1 + ЗО2 -+ 4СгС13 + 6Н2О
• При взаимодействии хрома с кислотами-окислителями образуются соли Сг^'
Из-за пассивации металла реакции с H2SO4(KOHlt) и HNO3(kohu) протекают толь¬
ко при нагревании:
2Cr + 6H2SO4(kohu) 4 Cr2(SO4)3 + 3SO2T + 6Н2О
Cr + 4HNO3(pa36.) -> Cr(NO3)3 + NOT + 2H2O
4. Хром вытесняет металлы, стоящие правее в ряду активности, из растворов их
солей. Продуктом реакции являются соли Сг2+:
Сг + СиС12(р_р) —> СгС12 + Си
5. Хром реагирует с сильными окислителями (хлоратами, нитратами) в расплавах
щелочей с образованием хроматов жёлтого цвета:
Cr + 3KNO3 + 2КОН 4 K2CrO4 + 3KNO2 + Н2О
хромат калия
Химия элементов
269
Соединения хрома(И)
Оксид и гидроксид хрома(П) проявляют типичные основные свойства
(с.и. разд. 2.1.2 и 2.2.1).
Соединения хрома(П) обладают ярко выраженными восстановительными свойст¬
вами и при взаимодействии с окислителями переходят в соединения хрома(Ш):
4СгО + О2 4 2Сг2О3
4Сг(ОН)2 + О2 + 2Н2О 4Сг(ОН)3
4СгС12 + О2 + 4НС1 -> 4СгС13 + 2Н2О
СгО + 4HNO3(kohu) Cr(NO3)3 + NOJ + 2Н2О
соединения хрома(П) окисляются в присутствии кислорода, поэтому их получение
стоит проводить без доступа воздуха.
Соединения хрома(Ш)
Сг2О3 — амфотерный оксид тёмно-зелёного цвета, очень твёрдый и тугоплавкий.
Оксид хрома(Ш) — очень устойчивое соединение, обладающее высокой химиче¬
ской инертностью: он не растворяется в воде и не взаимодействует с растворами
кислот и щелочей5. Однако при сплавлении вступает в реакции с оксидами, гидро¬
ксидами и карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов:
Cr2O3 + СаСО34 Ca(CrO2)2 + СО2 J Сг2О3 + 2КОН(тв) 4 2КСгО2 + Н2О
хромит кальция
Сг(ОН)3 — нерастворимый гидроксид серо-зелёного цвета, обладающий типич¬
ными амфотерными свойствами (см. разд. 2.2.2).
Соли хрома(Ш) вступают в реакцию совместного гидролиза с растворами солей
-тольной, сероводородной и сернистой кислот:
Cr2(SO4)3+ 3K2SO3 + ЗН2О -► 2Cr(OH)3| + 3K2SO4 + 3SO2J
2CrCl3 + 3(NH4)2CO3 + 3H2O -► 2Cr(OH)4 + 6NH4C1 + 3CO2f
CrCl3 + 3KHCO3 -> Cr(OH)3| + 3KC1 + 3COJ
”1ри взаимодействии с сильными окислителями (Cl2, Br2, КС1ОХ, Н2О2, NaNO3)
э щелочной среде соединения хрома(Ш) проявляют восстановительные свойства и
образуют жёлтые хроматы:
+з +6
Cr2O3 + ЗН2О2 + 4NaOH 2Na2CrO4 + 5Н2О
хромат натрия
2СгС13 + КС1О3 + lONaOH -> 2Na2CrO4 + КС1 + 6NaCl + 5H2O
Реакции возможны с высококонцентрированными растворами.
270 Гпава 3
Соединения xpoMa(VI)
СгО3 — кислотный оксид красного цвета. При взаимодействии с водой образует
хромовую и дихромовую кислоты:
СгО3 + Н2О Н2СгО4 2СгО3 + Н2О -> Н2Сг2О7
Со щелочами и основными оксидами образует хроматы:
CrO3 + 2NaOH -> Na2CrO4 + Н2О
Соли хромовых кислот имеют яркую окраску: хроматы — жёлтые, дихроматы —
оранжевые. Хроматы устойчивы в щелочной среде, а дихроматы — в кислой, по¬
этому при подкислении растворов хроматов разбавленными кислотами образуются
дихроматы:
+6 +6
2Na2CrO4 + H2SO4(pa36) —»■ Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O
жёлтый оранжевый
В свою очередь, дихроматы в щелочной среде переходят в хроматы:
Na2Cr2O7 + 2NaOH 2Na2CrO4 + Н2О
оранжевый жёлтый
Na2Cr2O7 + Ва(ОН)2 -»■ Na2CrO4 + ВаСгОД + Н2О
жёлтый
Равновесие в системе «хромат — дихромат» можно представить следующей схемой:
_ кислота (НЭ 2-
СгО4 > Сг2О7
жёлтый щёлочь (ОН') °Ранжевыи
Важно!
При добавлении H2SO4(KOHUу к твёрдым хроматам или дихроматам образуется
оксид хрома(У1):
Na2Cr2O7 + 2H2SO4(kohii) -> 2CrO3 + 2NaHSO4 + H2O
Соединения хрома(У1) являются сильными окислителями и в окислительно^
восстановительных реакциях восстанавливаются до соединений хрома(Ш). Обра¬
зующийся продукт определяется средой протекания реакции (рис. 3.5).
K2Cr2O7 + 14НС1 -> 2СгС13 + 2КС1 + ЗС12 + 7Н2О
2К2СгО4 + 3H2S + 5H2SO4 -> Cr2(SO4)3 + 3S + 2K2SO4 + 8H2O
Na2Cr2O7 + 3Na2O2 + 7H2SO4 -> Cr2(SO4)3 + ЗОД + 4Na2SO4 + 7H2O
2K2CrO4 + 3H2S + 2H2O 2Cr(OH)3| + 3S + 4KOH
Кимия элементов
271
К2Сг2О7 + 3NaNO2 + 4К0Н + 4Н2О -> 2K3[Cr(OH)6] + 3NaNO3
2СгО3 + 12НВг(кона) -> 2СгВг3 + ЗВг2 + 6Н2О
+6 +6
К2СЮ4 или К2Сг2О7
жёлтый оранжевый
кислотная среда нейтральная среда щелочная среда
Н+ Н2О он-
+3 +3
Сг3* + К+ Сг(ОН)31 + КОН К3[Сг(ОН)6]
сине-зелёный р-р серо-зелёный осадок зелёный р-р
Рис. 3.5. Продукты восстановления хромата
и дихромата калия в различных средах
При нагревании СгО3 с твёрдыми восстановителями образуется Сг2О3:
4CrO3 + 3S 4 2Сг2О3 + 3SOJ ЮСгО3 + 6₽4 5Сг2О3 + ЗР2О5
Важно!
Дихромат аммония разлагается при нагревании. Реакция сопровождается ха¬
рактерными видимыми изменениями, напоминающими извержение вулкана:
(NH4)2Cr2O7 4 Cr2O3 + NJ + 4Н2О + Q
оранжевый тёмно¬
зелёный
Применение хрома
Основная часть хрома используется в металлургии в качестве добавки к металлам и
сплавам для улучшения их твёрдости, прочности и антикоррозионых свойств (ле¬
гирование стали).
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно-
□ осстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
H2SO4 HCl KHS(p-P)
. (NH4)2Cr2O7 -> Cr2O3 NaCrO2 -> Cr(OH)2 -> K2CrO4 > X{ —> X2 -% X3
H2O KOH K2S,H2SO4 t Al KNO3, KOH
2. CrO3 —> X1 —> X2 -> K2Cr2O7 > X3 -► Cr(NO3)3 X4 -> X5 > X2
272
Гпава 3
H2SO4(Da36) O2,H2SO4 Н2О2,КОН H2S t Br2, KOH H2SO4 РНз,Н+
3. Сг ^Хг— >Х2 >Х3—^Х4-+Х5 — >Х3 >Х6-^Х2
NaOH , ч HNO3(KOHll) К2СО3 . КС1О4, NaOH KI, Н*
4. К2Сг2О7 * Xj -* Cr2(SO4)3 -> Сг -Д Х2 Х3 *Х4 * Х5
сульфид н2^ v хромат дихромат бромид Na2co3(P-p)
5. хром-* хрома —>Л, натрия натрия ”\рома(1П) *
7
1. Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
РЕАГЕНТЫ
А) СгВг3
1)
AgNO3, НВг, NaOH
Б) СгО3
2)
HNO3, КОН, Р2О5
В) КСгО2
3)
Н2О, H2SO4, HCl
Г) К2Сг2О7
4)
S, КОН, Н2О
5)
К2СО3 (р-р), Ва(ОН)2, С12
2. Задана следующая схема превращений веществ:
t Н2О2, кон
(NH4)2Cr2O7 -> X > Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) Сг(ОН)3; 4) К2СгО4;
2) КСгО2; 5) К2Сг2О7.
3) Сг2оз;
3. Установите соответствие между схемой полуреакции и свойством элемент;
хрома, которое он проявляет в этой полуреакции.
СХЕМА ПОЛУРЕАКЦИИ
А) СгО4“ -* Сг2О7"
Б) CrOt - [Сг(ОН)6]2 3~
В) Сг2О7“ -* Сг3+
СВОЙСТВО ХРОМА
1) является окислителем
2) является восстановителем
3) является и окислителем, и вос¬
становителем
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
Химия элементов
273
4. В реактор постоянного объёма поместили некоторое количество хромата ка¬
лия и серной кислоты. В результате протекания обратимой реакции
2CrOj(p_p) + 2Hjp.p) Сг2О^.р) + Н2О(ж)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходные концентрации хромата калия и серной кислоты составили 3,2 моль/л
и 0,5 моль/л соответственно, а равновесная концентрации серной кислоты —
0,1 моль/л.
Определите равновесную концентрацию хромат-ионов (X) и равновесную
концентрацию дихромат-ионов (У)‘
1) 0,4 моль/л; 4) 2,0 моль/л;
2) 0,8 моль/л; 5) 2,4 моль/л;
3) 1,6 моль/л; 6) 2,8 моль/л.
Для выполнения заданий 5, 6 используйте следующий перечень веществ:
хромат калия, дихромат натрия, серная кислота, гидроксид железа(Ш), бромоводо¬
род, нитрат бария. Допустимо использование воды в качестве среды протекания
реакции.
5. Из предложенного перечня выберите вещество оранжевого цвета и вещест¬
во, между которыми возможна окислительно-восстановительная реакция.
Запишите уравнение только одной из возможных реакций с участием вы¬
бранных веществ, составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель.
6. Из предложенного перечня выберите вещество жёлтого цвета и вещество,
между которыми возможна реакция ионного обмена. Запишите молекуляр¬
ное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с участием выбранных
веществ.
7. Хромит калия сплавили с нитратом натрия и гидроксидом калия. Полученное
вещество жёлтого цвета выделили, растворили в воде и добавили к раствору
избыток разбавленной серной кислоты. После изменения цвета к раствору
добавили сульфат железа(И). Полученное соединение хрома выделили и до¬
бавили к раствору гидрокарбоната калия. Напишите уравнения четырёх опи¬
санных реакций.
8. При растворении 200 г нонагидрата нитрата хрома(П1) в воде получили на¬
сыщенный при данной температуре раствор соли. К полученному раствору
добавили 289 г 22%-ного раствора карбоната натрия. По окончании реакции
массовая доля нейтронов атомов хрома в полученном растворе составила
0,5746%. Вычислите растворимость безводного нитрата хрома(Ш) в воде при
данной температуре.
274
Гпава 3
3.8. Медь
Медь — d-элемент 4-го периода I группы побочной подгруппы. За счет «проскока»
электрона в основном состоянии медь имеет конфигурацию 4s13d10 и содержит
один неспаренный электрон (рис. 3.6). В соединениях медь проявляет валентности
I, II и степени окисления +1, +2 (наиболее характерна).
Cu4s13cf° У (ММ
3d
Рис. 3.6. Электронная конфигурация основного состояния атома Си
Физические свойства
Медь — пластичный блестящий металл золотисто-красного цвета. Медь имеет вы¬
сокое значение электропроводности, что обусловливает её применение в качестве
электрических проводов. Медь образует сплавы с высокими антикоррозионными
свойствами: бронзу — с оловом, латунь — с цинком и др.
Нахождение в природе и получение
Основная часть меди встречается в природе в составе сульфидов и оксидов, однако
существуют и крупные месторождения самородной меди.
Процесс получения меди в промышленности подобен получению железа, цинка и
других металлов средней активности. Он включает в себя обжиг сульфидных руд и
восстановление полученного оксида меди(П) углём:
2CuS + ЗО2 4 2Q10 + 2SO2t CuO + С 4 Си + С0|
Медь также получают электролизом растворов её солей:
ь
2CuSO4 + 2Н2О -> 2Cu| + 2H2SO4 + 02f
И вытесняют из растворов солей более активными металлами:
CuSO4(p.p) + Fe —> FeSO4 + Си
Химические свойства
Медь проявляет относительно низкую химическую активность и обладает слабыми
восстановительными свойствами.
1. При нагревании медь взаимодействует с неметаллами.
• Медленно окисляется кислородом с образованием оксидов:
4Си + О2(нед j 2Cu2O 2Cu + О2(изб) —* 2CuO
красный чёрный
* имия элементов
275
• Под действием галогенов и серы образует соединения меди(П):
Си + С12 4 СиС12 Си + S 4 CuS
Важно!
Иодида меди(П) не существует, поэтому при взаимодействии меди с йодом
образуется Cui:
2Cu + I242CuI
С водородом, азотом, кремнием и углеродом медь не взаимодействует. С фос¬
фором образуются соединения сложного состава (CuP2, Си3Р).
2. Медь не реагирует с водой и водяным паром даже при повышенных температу¬
рах.
3. В ряду активности металлов медь стоит правее водорода (Н2), поэтому она не
взаимодействует с растворами кислот-неокислителей. Однако в присутствии
окислителя (кислорода) реакции возможны:
Си + HCl 2Си + 4НС1 + О2 -> 2СиС12 + 2Н2О
4. Медь реагирует с кислотами-окислителями:
Си + 2H2SO4(KOHIt) —> CuSO4 + SO2f + 2Н2О
ЗСи + 8HNO3(pa36) -► 3Cu(NO3)2 + 2NOJ + 4Н2О
5. Во влажном воздухе в присутствии углекислого газа медь окисляется с образо¬
ванием основной соли зелёного цвета — гидроксокарбоната меди(П):
2Си + О2 + СО2 + Н2О —> (СиОН)2СО3
В природе (СиОН)2СО3 встречается в составе минерала малахита.
При нагревании малахит разлагается с образованием трёх оксидов:
(СиОН)2СО3 4 2СиО + СО2 + Н2О
6. Медь вытесняет металлы, стоящие правее в ряду активности, из растворов их
солей:
Си + 2AgNO3(p.p) -> Cu(NO3)2 + 2Ag
7. Медь окисляется под действием солей железа(Ш):
О +3 +2 +2
Си + 2FeCl3 —> СиС12 + 2FeCl2 но Си + FeCl2
8. При нагревании медь окисляется под действием бурого газа:
4Cu + 2NO244CuO + N2t
276 Глава
Соединения меди(1)
Си2О — основный оксид кирпично-красного цвета.
Оксид меди(1) вступает в реакцию обмена с растворами галогеноводородов:
Cu2O + 2НС1 2СиСЦ + Н2О Cu2O + 2HI 2СиЦ + Н2О
Кислородсодержащие соли меди(1) крайне неустойчивы — при образовании в ре¬
акциях они диспропорционируют:
Cu2O + H2SO4(pa36) —> Cuj + CuSO4 + Н2О
В соединениях меди(1) медь находится в промежуточной степени окисления +1.
поэтому они проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства:
♦ взаимодействуют с сильными восстановителями с образованием меди:
Си2О + Н2 4 2Cu + Н2О 3Cu2O + 2А14 6Си + А12О3
♦ взаимодействуют с окислителями с образованием соединений меди(И):
2Cu2O + O244CuO
2CuC1 + С12 4 2CuC12
Cu2O + 3H2SO4(KOHa) —> 2CuSO4 + SO2f + 3H2O
CuCl + 3HNO3(KOHI0 Cu(NO3)2 + HC1 + NO2T + H2o
Соединения меди(Н)
CuO — оксид чёрного цвета, проявляющий типичные основные свойства
(см. разд. 2.1.2). Си(ОН)2 — нерастворимое в воде основание голубого цвета
(см. разд. 2.2.1). Растворы солей меди(П) имеют зелёно-голубую окраску.
Соединения меди(П) проявляют слабые окислительные свойства, их восстановле¬
ние может протекать с образованием соединений меди(1):
CuO + Си 4 Си2О 2СиС12 + 4KI 2CuIi + + 4КС1
2Си(ОН)2 + 4HI -> 2СиЦ +12 + 4Н2О 2СиО + 4HI -> 2СиЦ +12 + 2Н2О
или металлической меди:
CuO + Co4cu + CO2T
CuSO4(p.p) + Fe —> FeSO4 + Си
5CuSO4 + 2P + 8H2O -> 5Cu + 2H3PO4 + 5H2SO4
■ имия элементов
277
Сульфид меди(П) устойчив к действию кислот-неокислителей, поэтому его можно
получать, добавляя к растворам солей Си2+ не только сульфиды, но и сероводород:
CuCl2 + Na2S -> CuSi + 2NaCl CuSO4 + H2S CuS| + H2SO4
Растворить сульфид меди(П) можно в кислотах-окислителях:
CuS + 4H2SO4(kohil^ — > CuSO4 + 4SO2>f + 4H2O
CuS + 10HNO3(KOHa) Cu(NO3)2 + H2SO4 + 8NO2f + 4H2O
При охлаждении раствора CuSO4 образуется пятиводный кристаллогидрат синего
цвета — медный купорос. При растворении в воде кристаллическая решётка мед¬
ного купороса разрушается, и кристаллизационная вода переходит в раствор:
растворение
CuSO4 • 5Н2О > CuSO4 + 5Н2О
Применение меди и её соединений
Основная часть меди и её сплавов используется в производстве электрических про¬
водов и кабелей, при создании труб. Сплавы меди с золотом и серебром применя¬
ются в ювелирном деле. Сульфат меди(П) входит в состав средств защиты растений
от вредителей.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
NH3,r 12 ™О3(коНц.) t H2S°4(kohu2 NH3(p-p) v HC1
1. CuO ► Xj > X2 * X3 > X4 —> Cu2O * Xg ' Xg >
, *(Р-Ра)
.7 >Х8
2. Cu
FeCl3
HI K2Cr2O7, H+ KOH t NO?
Xi X2 - —> X3 — » X4 -> X5 Cu —> x5
H2SO4 v * (p-pa) v
> X3 > X6
AgNO3v
>x7
HNO3(pa36) Fe
3. Cu >X,->
H2s
— x3
HNO3(KOHIl) KI KMnO4, H* t H2
- - X4 -> X5 X4 -»X! -> X6 4 Cu
O2 K2Cr2O7, H* O2 4 (р-ра) HC1,02
4. Cu 4 x, Cu2O —* X2 CuS -> Xt X2 Cu(NO3)2 > X3 > X4
, оксид co сульфат и __ H2so4(KOHll) нитрат t Cu
3. малахит -> меди(ц) —♦ X! меда(щ X2 * Хз“*меди(П) X4 X5
278
Гпава.
Тест
1.
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
РЕАГЕНТЫ
А) Си
1) HCl, Си, SO3
Б) СиО
2) HNO3, AgF, FeCl3
В) CuSO4
3) Fe, KOH, H2S
Г) Си2О
4) HI, O2, H2SO4
5) H2SO4 (конц.), KOH, C
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
А) СиС12 и KI
1) Cul2, I2 и H2O
Б) Си2О и HI
2) Cul2 и H2O
В) Си(ОН)2 и HI
3) Cui и H2O
Г) СиО и HI
4) Cui, I2 и KC1
5) Cul2 и KC1
6) Cui, I2 и H2O
в ре-
3. Задана следующая схема превращений веществ;
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Хи Y:
1) СиОН; 4) Cu3N;
2) СиО; 5) Си(ОН)2.
3) Cu(NO3)2;
4. Обжиг сульфида меди(П) протекает в соответствии с термохимическим урав¬
нением реакции
2CuS(TB) + ЗО2(г) > 2СиО(тв у + 2SO2(r) + 800 кДж
Определите объём кислорода (в литрах при н. у.), который вступил в реак¬
цию, если в её результате выделилось 72 кДж теплоты. (Запишите число с
точностью до целых.)
Химия элементов 279
1тя выполнения заданий 5, 6 используйте следующий перечень веществ:
жсид меди(1), хлорид меди(П), аммиак, серная кислота, азотная кислота, нитрат
' ария. Допустимо использование воды в качестве среды протекания реакции.
Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови¬
тельная реакция между которыми протекает с выделением газа с резким за¬
пахом. Запишите уравнение только одной из возможных реакций с участием
выбранных веществ, составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель.
Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми возможна
реакция ионного обмена, протекающая с образованием осадка из окрашенно¬
го раствора. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравне¬
ния реакции с участием выбранных веществ.
Твёрдый остаток, полученный после полного разложения малахита, нагрели в
токе аммиака. Твёрдый продукт реакции растворили при нагревании в кон¬
центрированной азотной кислоте. К раствору образовавшейся соли добавили
иодид калия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
К 800 г раствора сульфата меди(П) добавили 700 г раствора гидроксида ка¬
лия. Осадок отфильтровали, а через полученный раствор пропускали элек¬
трический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось на 27,09 • 1023 больше
протонов в ядрах всех атомов, чем на катоде. При этом образовался раствор,
содержащий только гидросульфат калия, массовая доля которого составила
9,956%. Вычислите массовую долю сульфата меди(П) в исходном растворе.
3.9. Водород
|иодород — 5-элемент 1 -го периода I группы главной подгруппы. Атом водорода
г;еет электронную конфигурацию 1s1 и содержит один валентный электрон, по¬
этому в соединениях водород проявляет валентность I и степени окисления -1 и +1.
До завершения энергетического уровня и достижения электронной конфигурации
■гелия водороду не хватает одного электрона, поэтому в таблице Менделеева он
расположен также в VIIA-rpynne.
I Физические свойства
в При нормальных условиях простое вещество Н2 — газ без цвета, запаха и вкуса.
Молекула Н2 образована прочной ковалентной неполярной связью, а получаемый
фи очень низких температурах твёрдый водород имеет молекулярную кристалли-
I вескую решётку.
280
Глава
Нахождение в природе и получение
Водород входит в состав газовых планет и звёзд, межгалактического газа и являет¬
ся самым распространённым элементом во Вселенной. В чистом виде водород вк
Земле практически не встречается, однако он входит в состав воды, большинств.
органических соединений (нефть и газ) и присутствует во всех живых организмах i
составе белков, жиров и углеводов. Водород имеет самую маленькую атомную
массу, поэтому, несмотря на его широкое распространение, массовая доля водорода
в земной коре очень низкая (около 1%).
В промышленности водород получают следующими способами:
1. Взаимодействием метана с водяным паром (конверсия метана):
Ni
СН4 + Н2О-*ЗН2 + СО
2. Взаимодействием паров воды с раскаленным коксом:
С + Н2О 4 Н2 + СО
3. Электролизом воды и растворов щелочей, кислот и солей активных металлов:
$
2Н2О->2Н2Т + О2|
2NaCl + 2Н2О -> H2f + 2NaOH + С121
4. Пропусканием водяного пара над раскалённым железом (практически не приме¬
няется):
3Fe + 4Н2О 4 Fe3O4 + 4H2f
5. В процессе дегидроциклизации алканов — риформинга углеводородов
(см. разд. 4.1.1 и 5.2).
В лаборатории водород получают:
1. Действием кислот-неокислителей на металлы, стоящие в ряду активности левее
водорода (Н2):
Zn + H2SO4(pa3f,} ► ZnSO4 + Н2Т
2. Растворением алюминия или цинка в растворах щелочей:
2А1 + 2NaOH + 6Н2О 2Na[Al(OH)4] + ЗН2?
3. Взаимодействием кремния со щелочами:
Si + 2КОН + Н2О K2SiO3 + 2H2f
4. Реакцией активных металлов и их гидридов с водой:
Са + 2Н2О -> Са(ОН)2 + H2f NaH + Н2О -► NaOH + H2f
<имия элементов
281
химические свойства
<эвалентная неполярная связь в молекуле Н2 очень прочная, поэтому при комнат¬
- эй температуре водород практически не вступает в химические реакции.
Водород реагирует с неметаллами с образованием летучих водородных соеди¬
нений. В них водород проявляет степень окисления +1:
2Н2 + О2 4 2Н2О
гремучая смесь
t, Fe
3H2 + N2 2NH3
Н2 + S i H2S
2H2 + c4cH4
H2 + F2 —* 2HF
H2 + C12^2HC1
H2 + Br2 4 2HBr
t
H2 + I2 2HI
Важно!
С кремнием и фосфором водород не взаимодействует.
Z Водород восстанавливает металлы из их оксидов:
СиО + Н2 —> Си + Н2О
Водород реагирует с активными металлами с образованием гидридов:
/ -1 t -1
Н2 + 2Na -> 2NaH Н2 + Mg -> MgH2
Образующиеся гидриды проявляют сильные восстановительные свойства. Они
разлагаются под действием воды и кислот:
КН + Н2О->КОН + Н2|
NaH + HCl -> NaCl + H2J
Смесь водорода и оксида углерода(П) называется синтез-газом. В промышленно¬
сти синтез-газ используют при получении аммиака и метанола (см. разд. 4.2.1).
"аименение водорода
основными областями применения водорода являются синтез аммиака и метанола,
еталлургия, переработка нефтепродуктов. Сгорание водорода сопровождается вы-
елением большого количества тепла, поэтому его используют в качестве ракетно-
топлива и альтернативного топлива для автомобилей.
Задания
впишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
:евращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
282
Гпава.
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённо;
ионные уравнения.
Na Н2О Al FeO К
Si НС1
-х4^х5
£ (р-ра) ‘г
>Х6 НС1 -> Н2 Н2О^Х6
Тест
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических эле¬
ментов:
1) F; 2) Li; 3) Be;
4) N;
5) О.
1. Определите, стабильные катионы каких из указанных в ряду элементов име¬
ют одинаковую электронную конфигурацию с анионом водорода.
2. Из указанных в ряду химических элементов выберите три /?-элемента.
Расположите выбранные элементы в порядке усиления основных свойств их
летучих водородных соединений.
3. Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента с одинаково
разницей между значениями высшей и низшей степеней окисления.
4. Из предложенного перечня выберите два вещества, между молекулами кото¬
рых не присутствует водородная связь:
1) водород; 4) фтороводород;
2) пероксид водорода; 5) гидрид кальция.
3) аммиак;
5. Из предложенного перечня выберите все эндотермические реакции:
1) разложение аммиака;
2) синтез иодоводорода из простых веществ;
3) растворение калия в воде;
4) реакция водорода с кислородом;
5) получение сероводорода из простых веществ.
6. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, выделив¬
шимся на инертном катоде при электролизе водного раствора этого вещества.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
А) ВаВг2
Б) НС1
В) Znl2
ПРОДУКТ НА КАТОДЕ
1) водород
2) металл, водород
3) металл
4) галоген
Химия элементов 283
7. 40 мл сжиженного водорода перевели в газообразное состояние и пропустили
через 162,4 г нагретой железной окалины. Полученный твёрдый остаток мас¬
сой 140 г полностью растворили в 1,1 кг соляной кислоты. При этом выдели¬
лось 16,8 л (при н. у.) газа, а в образовавшемся растворе массовая доля хлор¬
ного железа составила 1,312%. Определите плотность (в г/мл) сжиженного
водорода.
3.10. Кислород
Кислород —/?-э^емент 2-го периода VI группы главной подгруппы. Внешний энер¬
гетический уровень кислорода имеет электронную конфигурацию 2s2 2/?4 и содер¬
жит 6 валентных электронов. Однако из-за отсутствия свободных орбиталей кисло¬
род не имеет возбуждённого состояния и не проявляет высшую степень окисления
1И валентность), равную номеру группы. Почти во всех соединениях валентность
кислорода равна II, исключением является угарный газ СО, в молекуле которого
валентность кислорода равна III (см. разд. 1.5.1).
Наиболее характерной степенью окисления кислорода является -2, однако в неко¬
торых соединениях кислород проявляет степени окисления -1, -1/2, +2 (табл. 3.4).
Таблица 3.4. Степени окисления кислорода в различных соединениях
• -2
-1
-1/2
0
+2
Низшая
Промежуточные
Высшая
Оксиды, гидрокси¬
ды, соли, органиче¬
ские вещества
Пероксиды
Надпероксиды
Кислород, озон
Фторид
кислорода
Н2О, КОН,
Na2SO4
Н2О2, ВаО2
ко2
О2, О3
of2
Физические свойства
Химический элемент кислород имеет две аллотропные модификации', кислород О2
и озон О3.
Аллотропия— способность химических элементов образовывать несколько раз¬
личных простых веществ.
При нормальных условиях простое вещество О2 — газ без цвета, запаха и вкуса.
Атомы кислорода в молекуле О2 связаны двойной ковалентной неполярной свя¬
зью, кристаллическая решётка в твёрдом агрегатном состоянии — молекулярная.
284
Гпава '
Нахождение в природе и получение
Кислород является самым распространенным элементом на Земле. На долю кисло¬
рода приходится почти 50% массы земной коры, где он содержится в составе воды,
диоксида кремния (SiO2), известняка (СаСО3), боксита (А12О3) и других минера¬
лов. Объёмное содержание О2 в воздухе составляет 21%.
В промышленности кислород получают перегонкой (разделением) сжиженного воз¬
духа, основанной на разнице температур кипения азота и кислорода.
Лабораторными способами получения кислорода являются:
1. Разложение перманганата калия:
2КМпО4 ->К2МпО4 + МпО2 + О2Т
2. Разложение дихромата калия:
4К2Сг2О7 -» 4К2СгО4 + 2Сг2О3 + ЗО2"Г
3. Разложение хлората калия (бертолетовой соли):
Z, MnO2 t
2КС1О3 *2К.С1 + 3O2f но 4КС1О3 -> ЗКС1О4 + КС1
4. Разложение пероксида водорода:
МпО2
2Н2О2 >2Н2О + О2|
5. Электролиз воды и кислородсодержащих солей:
‘г
, 2H2O-+2H2f+ O2J
2CuSO4 + 2Н2О -> 2Cu| + 2H2SO4 + О2|
6. Взаимодействие пероксидов и надпероксидов с углекислым газом (регенераци?
кислорода на подводных лодках):
-1 -2 0 -0,5 -2 0
2Na2O2 + 2СО2 -> 2Na2CO3 + О2? 4КО2 + 2СО2 -> 2К2СО3 + ЗО2|
Для подтверждения выделения кислорода в пробирку вносят тлеющую лучинку6,
которая при контакте с кислородом воспламеняется.
Химические свойства
Кислород имеет высокое значение электроотрицательности (выше только у фтора)
и является очень сильным окислителем. Кислород поддерживает горение: при на¬
гревании многие вещества сгорают на воздухе или в чистом кислороде. Реакция
6 Тлеющая лучинка — предварительно потушенная тонкая деревянная щепка.
■ jmuh элементов
285
зрения является экзотермической и сопровождается выделением тепла и света
। пламя).
Кислород реагирует с металлами.
• С активными металлами при нормальных условиях с образованием различ¬
ных продуктов:
-2 -1
4Li + О2 —> 2Li2O 2Na + О2 —> Na2O2
-0,5 -2
К + О2 —► КО2 2Са + О2 -> 2СаО
• С металлами средней активности при нагревании с образованием оксидов:
4А1 + ЗО2 4 2А12О3 2Zn + О2 4 2ZnO
3Fe + 2О2 4 Fe3O4 4Cr + ЗО2 4 2Cr2O3
Мп + О2 -> MnO2 2Cu + О2 -> 2СиО
Важно!
С серебром, золотом и платиной кислород не взаимодействует даже при вы¬
соких температурах.
Z Кислород реагирует с неметаллами.
• Среди галогенов кислород реагирует только с фтором с образованием фтори¬
да кислорода:
+2
2F2 + О2 —► 2OF2
С хлором, бромом и йодом кислород не взаимодействует, их оксиды получа¬
ют косвенным путём (см. разд. 3.16).
• При нагревании окисляет другие неметаллы:
2Н2 + О242Н2О
2С + О2(недj -> 2СО
4Р + ЗО2(нед j -> 2Р2О3
S + О2(изб.) SO2
С + О2(И36.) СО:
Si + О2 —> SiO2
4Р + 5О2(изб) -» 2Р2О5
‘г
N2 + O2-^2NO-g
С инертными газами кислород не взаимодействует.
286
Гпава :
3. Кислород окисляет сложные вещества.
• Аммиак:
4NH3 + ЗО2 42N2J + 6Н2О
Pt
4NH3 + 5О2 -> 4NOT + 6Н2О
Оксиды в промежуточной степени окисления элементов:
V2O5
2SO2 + О2 2SO3
4FeO + О2 4 2Fe2O3
• Сульфиды:
2CuS + ЗО2 4 2CuO + 2SO2?
• Фосфин и силан:
2РН3 + 4О2 Р2О5 + ЗН2О
• Нитриты и сульфиты:
2NaNO2 + О2 4 2NaNO3
• Все органические вещества:
2NO + O242NO2
2СО + О2 —> 2СО2
4FeS2 + 11О2 4 2Fe2O3 + 8SO2f
SiH4 + 2О2 -> SiO2 + 2Н2О
2K2SO3 + О2 4 2K2SO4
СН4 + 2О2 4 СО2 + 2Н2О
Озон
О3 — газ голубого цвета с характерным специфическим запахом. Молекула О
образована ковалентной неполярной и донорно-акцепторной связями, кристалличе¬
ская решётка — молекулярная.
В атмосфере Земли озон образуется из кислорода под действием грозовых разряде?
на высоте 20-25 км. Озоновый слой предохраняет живые организмы от вредног:
воздействия ультрафиолетового излучения Солнца. В промышленности озон полу¬
чают в озонаторах, пропуская через кислород разряд электрического тока:
*
ЗО2 2О3
Озон проявляет очень сильные окислительные свойства и в отличие от кислород:
окисляет даже серебро:
2Ag + О3 4 Ag2O + O2f
Для качественного определения озона используют его реакцию с иодидом калия
Образующийся в реакции йод окрашивает йодкрахмальную бумажку в синий цвет:
2KI + О3 + Н2О -> I2 + 2КОН + О2|
j мия элементов
287
"ероксиды
"ероксиды— бинарные соединения, содержащие два атома кислорода в степени
кисления -1 и валентности II. Ковалентную неполярную связь -О-О- в перокси¬
; дах называют кислородным мостиком (рис. 3.7).
КНС КНС
Н-О-О-Н Na-0-O-Na
пероксид водорода пероксид натрия
Рис. 3.7. Структурные формулы некоторых пероксидов
(КНС — ковалентная неполярная связь)
КНС
о-о
Са
пероксид кальция
Пероксиды — крайне неустойчивые соединения, их концентрированные растворы
ззрывоопасны. При длительном хранении и нагревании пероксиды разлагаются:
-1/0 -2
2ВаО2 -> О2 + 2ВаО
:азложение пероксида водорода проводят в присутствии катализатора Мп02:
МпО2 0 ~2
2Н2О2 О2 + 2Н2О
Наиболее важным представителем является пероксид водорода, или перекись водо¬
рода (Н2О2), — при нормальных условиях бесцветная хорошо растворимая в воде
жидкость. Молекулы Н2О2 связаны водородными связями, что обусловливает по¬
вышенную температуру кипения пероксида по сравнению с водой (150 °C). В твёр¬
дом состоянии пероксид водорода имеет молекулярную кристаллическую решётку.
Пероксиды металлов содержат ионную связь и имеют ионную кристаллическую
решётку. При нормальных условиях они являются твёрдыми веществами белого
цвета.
Пероксид натрия образуется при непосредственном взаимодействии натрия и ки¬
слорода:
2Na + 02 —> Na2O2 Na2O2 + 2Na 2Na2O
Пероксиды активных металлов взаимодействуют с водой:
Na2O2 + 2Н2О 2NaOH + Н2О2 2Na2O2 + 2Н2О 4NaOH + 02f
Подобным образом протекает реакция пероксидов с кислотами-неокислителями:
ВаО2 + H2SO4(pa36) > BaSO4 + Н2О2
2ВаО2 + 2Н28О4фазб j —> 2BaSO4 + 2Н2О + 02 Т
288
Глав?
В молекуле пероксидов кислород находится в промежуточной степени окислении
-1, поэтому в окислительно-восстановительных реакциях пероксиды проявляй
как окислительные, так и восстановительные свойства.
♦ Как восстановители окисляются до О2:
ЗН2О2 + 2КМпО4 3O2t + 2КОН + 2МпО2; + 2Н2О
5К2О2 + 2КМпО4 + 8H2SO4 -> 5O2f + 6K2SO4 + 2MnSO4 + 8Н2О
♦ Как окислители восстанавливаются до Н2О или ОН-:
4Н2О2 + H2S -+ H2SO4 + 4Н2О
2Fe(OH)2 + Н2О2 2Fe(OH)3
Na2O2 + 2NaI + 2H2SO4 -► I2 + 2Na2SO4 + 2H2O
Пероксид натрия и надпероксид калия взаимодействуют с углекислым газом с об¬
разованием кислорода (диспропорционируют):
-1 -2 0 -0,5 -2 О
2Na2O2 + 2СО2 ->• 2Na2CO3 + О2$ 4КО2 + 2СО2 -> 2К2СО3 + 3O2J
На этом свойстве основано применение пероксидов в системах регенерации кислев
рода. Однако при взаимодействии с оксидом углерода(П) кислород проявляет толь¬
ко окислительные свойства: восстановителем является углерод в степени окисленн1|
+2. Кислород в данной реакции не выделяется:
-1 +2 +4-2
Na2O2 + СО —► Na2CO3
Применение кислорода и его соединений
Кислород играет важнейшую роль в биологических процессах: дыхании, гниении.,
разложении. В промышленности кислород используется в металлургии для обжиг _
руд, в нефтехимическом синтезе — в качестве окислителя, в медицине — для прг-
готовления дыхательных смесей.
Пероксид водорода применяется в качестве отбеливателя, используется в медицин;
для дезинфекции ран и производства антисептических средств. Пероксид натрия
надпероксид калия используют для регенерации кислорода (противогазы, подвоз¬
ные лодки).
Ярко выраженные окислительные свойства озона обусловливают его применение «
качестве дезинфицирующего средства для очистки воды и воздуха, отбеливани!
бумаги.
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель в
« .мия элементов
289
-эсстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
i энные уравнения.
Na t Fe(OH)2, Н2О 4 К СО
KMnO4 О2 Xj -> Na2O -» NaNO3 -» Х2 > Х3 ->• Н2О -> Х2 -> Х4 Х5
2. КС1О3
t, MnO2 Fe HNO3(KOIUl) t НС1(ход) KMnO^ Mn HC1
I Xj -> X2 —• X3 -> O2 Na2O2 —+ x4 X, -> X5 —> X6
. 4(P-Pa) Na CO, HNO3(koiiu)
AgNO3 > Xj -> X2 —> Xj —>Cu2O >
NH3> Pt o2 кон, o,
>2—>x4-*x5 >x6
"ест
1.
Среди предложенных формул/названий веществ выберите формулы/назва-
ния: А) пероксида; Б) кислородсодержащей соли; В) бескислородной кисло¬
ты.
1) хлорит натрия
2) Н3Р
3) хлорид бария
4) плавиковая кислота
5) F2O
6) нитрид натрия
7) Na2O
8) СаО2
9) фосфористая кислота
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре-
акцию, и продуктами этой реакции.
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
А)
Na2O2 и Н2О (гор.)
1) NaOH и Н2О2
Б)
Na2O2 и Н2О (хол.)
2) Na2O и Н2О2
В)
Na2O и Н2О
3) NaOH и О2
Г)
Na и Н2О
4) Na2O, Н2О и О2
5) NaOH
6) NaOH и Н2
Установите соответствие между уравнением реакции и свойством атома ки¬
слорода в ней.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
А) О2 + 2F2 -> 2OF2
Б) OF2 + Н2О —»2HF + О2
В) S + Н2О + О3 H2SO4
СВОЙСТВО АТОМА
КИСЛОРОДА
1) только окислитель
2) только восстановитель
3) и окислитель, и восстановитель
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
290
Главе
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную си.
тему
ЗО2(Г) 2О3(г) - Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого вс
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) повышение давления
Б) понижение температуры
В) использование катализатора
Г) повышение концентрации кисло¬
рода
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЕ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
5. Вычислите массу перманганата калия (в граммах), который подвергся разл<
жению, если при этом выделилось 16,8 л (н. у.) кислорода с объёмной доле
выхода 75%. (Запишите ответ с точностью до целых.)
6. Смесь пероксидов натрия и бария, в которой массовая доля атомов кислород,
составляет 24,13%, растворили в 3920 г 20%-ного холодного раствора серна
кислоты, взятого в большом избытке. После полного растворения смеси •
раствор добавляли перманганат натрия до прекращения выделения газа, объ
ём которого (при н. у.) составил 56 л. Вычислите массовую долю гидросулъ-
фата натрия в образовавшемся растворе.
3.11. Углерод
Углерод — ^-элемент 2-го периода IV группы главной подгруппы. Внешний энер¬
гетический уровень углерода имеет конфигурацию 2s2 2р2 и содержит 4 валентных
электрона (рис. 3.8). Почти во всех соединениях валентность углерода равна IV
исключением является угарный газ СО, в молекуле которого валентность углерод,
равна III (см. разд. 1.5.1).
С 2s22p2 И It It I I С’ 2s'2p3 Е It .lLlLJ
2s 2p 2s 2p
основное состояние возбуждённое состояние
Рис. 3.8. Электронные конфигурации основного
и возбуждённого состояний атома С
В сложных веществах углерод может проявлять все степени окисления от ^4 до -4
при этом наиболее характерными являются -4, -1, +2, +4.
• умия элементов
291
□•изическме свойства
Углерод образует несколько аллотропных модификаций и аморфных форм, отли¬
чающихся друг от друга как физическими, так и химическими свойствами
г табл. 3.5). Наиболее распространены в природе алмаз и графит (рис. 3.9).
Таблица 3.5. Аллотропные модификации и аморфные формы углерода
Аллотропные модификации
Аморфные формы
Алмаз, графит, фуллерен ( С60, С70), карбин, графен
Уголь, сажа, кокс
Алмаз — бесцветное вещество с атомной кристаллической решёткой. В кристалле
пмаза каждый атом углерода связан ковалентными связями с четырьмя другими
.помами углерода, что обусловливает его высокую твёрдость (самый твёрдый при¬
ходный минерал). Алмаз не содержит сво¬
бодных электронов и не проводит электриче-
зий ток.
Графит— серое вещество с атомной кри¬
сталлической решёткой. В отличие от алмаза
трафит имеет слоистое строение. Атомы уг¬
лерода графита, находящиеся в одном слое,
связаны прочными ковалентными связями.
алмаз
графит
Рис. 3.9. Схематичное изображение
кристаллических решёток
алмаза и графита
Связи же между слоями гораздо слабее, что
обусловливает способность графита прово-
лъ тепло и электрический ток. По сравне¬
нию с алмазом графит характеризуется боль-
лей химической активностью.
нахождение в природе и получение
В природе углерод встречается в свободном виде (графит, алмаз) и в составе слож-
рых веществ. Из углерода состоят многие минералы и природные ископаемые:
£аСО3 (мел, мрамор, известняк), (СиОН)2СО3 (малахит), уголь, нефть и газ. Угле¬
!; входит в состав углекислого газа, всех органических соединений и присутству-
i живых организмах в составе белков, жиров и углеводов.
сопаемый уголь (бурый, каменный, графит) в основном добывают шахтным спо-
ом, кокс получают нагреванием каменного угля до высоких температур без дос-
а воздуха (пиролизом), сажу— неполным сжиганием органических веществ,
лгие аллотропные модификации углерода получают синтетическим путем.
1ические свойства
1 нормальных условиях углерод химически инертен. В ряду его аллотропных
[ификаций самой высокой химической активностью обладают сажа, уголь и
с (аморфный углерод), однако даже эти вещества вступают в реакции только
[ нагревании.
292
Гпава 3
В химических реакциях углерод может проявлять как окислительные, так и восста¬
новительные свойства.
1. Как окислитель.
• Углерод реагирует с металлами с образованием карбидов различных типов.
О Щелочные и щелочноземельные металлы образуют карбиды-ацетилениды.
гидролиз которых протекает с образованием ацетилена:
t -1 -1
Са + 2С -> СаС2 СаС2 + 2Н2О Са(ОН)2 + С2Н2|
ацетилен
О Алюминий и бериллий образуют карбиды-метаниды, гидролиз которых
протекает с образованием метана:
-4 -4 -4
4А1 + ЗС -> А14С3 А14С3+ 12НС1 -> 4А1С13 + ЗСНД
метан
• Углерод реагирует с неметаллами с меньшим значением электроотрицатель¬
ности:
С + 2Н24сН4 C + Si4siC
карборунд
С фосфором углерод не взаимодействует.
2. Как восстановитель.
• Углерод реагирует с неметаллами с большим значением электроотрицатель¬
ности:
2С + О2(нел) -» 2СО
С + О2(из6.) СО2
c + 2s4cs2 C + 2F24cF4
сероуглерод
• Углерод восстанавливает металлы из их оксидов (применяется в металлургии):
ZnO + С —> Zn + СО Fe2O3 + С —»2FeO + СО
Важно!
Металлы, стоящие в ряду активности левее алюминия, таким способом полу¬
чить нельзя. Реакция их оксидов с углём протекает с образованием карбидов
СаО + ЗС —> СаС2 + СО
2А12О3 + 9с4а14С3 + 6СО
• Углерод взаимодействует с диоксидом кремния:
t
SiO2 + ЗС(изб} -» SiC + 2СО
SiO2 + 2С Si + 2СО
i '.'t/я элементов
293
• Углерод восстанавливает сульфаты активных металлов до сульфидов:
BaSO4 + 4С(изб) -> BaS + 4СО BaSO4 + 2С(нед) -> BaS + 2СО2
• Углерод не растворяется в воде, однако при высоких температурах взаимо¬
действует с водяным паром (газификация угля):
С + Н2О(пар) СО + Н2
синтез-газ
• Углерод не растворяется в щелочах и кислотах-неокислителях, однако взаи¬
модействует с сильными окислителями с образованием СО2:
ЗС + 4СгО3 4 ЗСО2 + 2Сг2О3 ЗС + 2КС1О3 4 ЗСО2 + 2KCI
С + 2KNO3 4 СО2 + 2KNO2 С + 2SO3 4 СО2 + 2SO2
• Углерод окисляется под действием кислот-окислителей:
С + 2H2SO4M -> СО2? + 2SO2f + 2Н2О
ЗС + 4HNO3(pa36>) ЗСО2Т + 4NOf + 2Н2О
Оксид углерода(П)
О — угарный газ, монооксид углерода — газ без цвета и запаха. Угарный газ об-
I жуется при неполном сгорании различных видов топлива, древесины, угля. Очень
повит.
Е молекуле угарного газа атомы углерода и кислорода связаны тремя связями: дву-
ия ковалентными полярными и одной донорно-акцепторной. Валентность углерода
: молекуле СО равна III, кристаллическая решётка — молекулярная.
Угарный газ — несолеобразующий оксид. Он не реагирует с водой и с раство¬
рами кислот и щелочей, однако при нагревании и повышенном давлении может
взаимодействовать с расплавленными щелочами с образованием солей муравьи¬
ной кислоты — формиатов (см. разд. 4.2.4)'.
СО + NaOH(pacnjiaB> 4 HCOONa
2 Оксид углерода(П) при нагревании горит в чистом кислороде и на воздухе:
2СО + О2 Д 2СО2
3 Оксид углерода(П) реагирует с хлором с образованием ядовитого газа — фосгена:
-2 ° Av+4 -1
СО + С12-*СОС12
В щелочной среде реакция протекает с образованием солей:
+2 0 +4 -1
СО + С12 + 4NaOH Na2CO3 + 2NaCl + 2Н2О
294
Глава
4. Угарный газ восстанавливает металлы из их оксидов:
CuO + СО —> Си + СО2 Fe2O3 + ЗСО —> 2Fe + ЗСО2
5. Оксид углерода(П) реагирует с водородом с образованием различных органиче¬
ских продуктов. Важным промышленным применением синтез-газа являете^
производство метанола (см. разд. 4.2.1):
t, кат.
СО + 2Н;—>СН3ОН
синтез-газ
Оксид углерода(1У)
СО2 — углекислый газ, диоксид углерода — газ без цвета и запаха. Твёрдый угле¬
кислый газ (сухой лёд) имеет молекулярную кристаллическую решётку. При атмо¬
сферном давлении жидкий углекислый газ получить невозможно: при повышении
температуры сухой лёд переходит сразу в газообразное состояние — возгоняется.
1. Оксид углерода(1У) — типичный кислотный оксид. При растворении в воде об¬
разует неустойчивую слабую угольную кислоту:
СО2 + Н2О Н2СО3
2. Углекислый газ взаимодействует с основаниями и основными оксидами с обра¬
зованием солей угольной кислоты — карбонатов. При взаимодействии избытка*
СО2 с растворами щелочей образуются кислые соли — гидрокарбонаты:
ВаО + СО2 -> ВаСО3 NaOH + СО2(изб} -+ NaHCO3
Для качественного определения углекислого газа его пропускают через раствор
известковой воды. При этом сначала наблюдается помутнение раствора гидре -
ксида кальция из-за образования нерастворимого в воде карбоната, а при даль¬
нейшем пропускании углекислого газа происходит растворение осадка с образо¬
ванием растворимого в воде гидрокарбоната:
Са(ОН)2 + СО2 -> СаСО3; + Н2О СаСО3 + СО2 + Н2О Са(НСО3)2
3. Оксид углерода(ГУ) реагирует с растворами силикатов с образованием нераство¬
римой в воде кремниевой кислоты:
СО2 + Н2О + K2SiO3 К2СО3 + H2SiO3|
4. Диоксид углерода проявляет слабые окислительные свойства.
• Реагирует с раскаленным углём:
+4 0^+2
СО2 + С-»2СО
• Поддерживает горение магния:
СО2 + 2Mg 4 2MgO + С
Углекислый газ является парниковым газом — он поглощает излучение, испускае¬
мое Землёй. Это приводит к повышению температуры в нижних слоях атмосферы I
имия элементов
295
«парниковый эффект) и создает пригодные для жизни человека условия. Однако
повышенная концентрация СО2 в воздухе, вызванная деятельностью человека
। техногенными выбросами), усиливает парниковый эффект, что, по оценкам учё-
«ых, приводит к глобальному изменению климата на Земле.
"рименение углерода и его соединений
Применение углерода и его соединений очень разнообразно. Огранённый алмаз
бриллиант) используется в ювелирной промышленности, графит — в производстве
карандашей. Кокс применяют в металлургии для получения стали и чугуна, сажу —
- производстве резины. Активированный уголь является адсорбентом и использу¬
ется в фильтрах для очистки воды, в противогазах, а также применяется в медици-
-е. Карбонат натрия применяют в производстве стекла (см. разд. 3.12), гидрокарбо¬
-ат натрия (питьевую соду) — в качестве разрыхлителя в пищевой промышленности,
"глекислый газ является компонентом огнетушителей, используется в пищевой
промышленности в качестве консерванта, применяется для газирования напитков.
Карбонат кальция (мрамор, известняк) находит применение в строительстве.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно-
з эсстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
i эсстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
энные уравнения.
LiOH
СО2—►Х^СаСОз
t t HNO3(kohii) КОН(нел) NaOH
-> Са(НСО3)2 -> Х2 Х3 С Х3 Х4 > Х5
BaSO4 С12, КОН СО2( , Ва(ОН)2 t Mg О2(яед) KMnO4, KOH A1I3. }
1 C X, — >X2—^X3 »X4^X54x6^X,—-—>x2—^x5
H2O Fe3O4 HC1O4 K2SiO3(^ j Pe(NO3)3( (
C —► CS2 —> Xt —► CO > X, Na2CO3 > Xj KHCO3 ”
Тест
1. Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
A) C
Б)
B)
Г)
co2
A14C3
CaCO3
1)
2)
3)
4)
5)
РЕАГЕНТЫ
KOH, Mg, K2SiO3 (p-p)
HNO3, O2, NaCl
Fe3O4, CO2, S
SiO2, HNO3, HC1
H2O, KOH, O2
296
Гпава .
2. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые при¬
водят к увеличению скорости реакции дожита оксида углерода(И) кислорс-
дом воздуха:
1) использование катализатора дожита;
2) повышение давления;
3) уменьшение температуры;
4) повышение концентрации угарного газа;
5) увеличение объёмной доли кислорода в воздухе.
3. В закрытый сосуд постоянного объёма поместили некоторое количество уг¬
лекислого газа и воды. В результате протекания обратимой реакции
СО2(Г) + Н2О(ж) НСО3(р_р) + Нф-р)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходная концентрация воды составила 3,2 моль/л, а равновесные концентра¬
ции углекислого газа и катионов водорода — 2,6 моль/л и 0,2 моль/л соответ¬
ственно.
Определите равновесную концентрацию воды (X) и исходную концентрации
углекислого газа (У):
1) 2,4 моль/л; 4) 3,0 моль/л;
2) 2,6 моль/л; 5) 3,2 моль/л;
3) 2,8 моль/л; 6) 3,4 моль/л.
4. Кокс сожгли в избытке кислорода. Образовавшийся газ пропустили чере
раствор карбоната калия. К полученному раствору добавили избыток раство¬
ра гидроксида бария. Выделившийся осадок отфильтровали, высушили
прокалили. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
5. Смесь оксида алюминия с избытком кокса прокалили в инертной атмосфере
Твёрдый остаток сожгли в двухкратном избытке воздуха. Газообразный про¬
дукт горения поглотили 600 г 25%-ного раствора гидроксида натрия, взятог
в избытке, при этом массовая доля воды в растворе уменьшилась на 2,11°
Твёрдый продукт горения растворили в идентичном растворе гидроксида на¬
трия, при этом массовая доля воды уменьшилась на 6,21%. Вычислите взятый
на сжигание объём воздуха (при н. у.).
3.12. Кремний
Кремний — ^-элемент 3-го периода IV группы главной подгруппы. Внешний энер¬
гетический уровень кремния имеет конфигурацию 3s2 Зр2 и содержит 4 валентных
электрона (рис. 3.10). Почти во всех соединениях валентность кремния равна 1\
а характерными степенями окисления являются -4, +4.
*имия элементов
297
Si 3s23p2 И IliU Si‘3s'3P3 И ttltJLI
г 3s Зр г 3S зр
основное состояние возбуждённое состояние
Рис. 3.10. Электронные конфигурации основного
и возбуждённого состояний атома Si
□изические свойства
Лремний существует в виде двух аллотропных модификаций: аморфный (бурый
ворошок) и кристаллический (светло-серые кристаллы). Обе модификации имеют
.томную кристаллическую решётку и характеризуются высокой твёрдостью. Кри-
.-аллический кремний обладает полупроводниковыми свойствами, что обусловли-
• зет его широкое применение в электронике.
I
-ахождениев природе и получение
• ремний является вторым по распространённости элементом в земной коре (после
"слорода) и встречается в природе в составе кремнезёма SiO2 и силикатов. Крем-
сзём является основным компонентом горных пород и минералов (песка, кварца).
■ ремний получают следующими способами:
Восстановлением песка углеродом или магнием:
SiO2 + 2Mg -> Si + 2MgO SiO2 + 4Mg(H36} Mg2Si + 2MgO
SiO2 + 2C 4 Si + 2CO SiO2 + ЗС(изб>) 4 SiC + 2CO
карборунд
2 Взаимодействием хлорида кремния с водородом:
SiCl4 + 2Н2 4 Si + 4НС1
гемические свойства
как и углерод, кремний при нормальных условиях химически инертен. Даже с
_ ильными окислителями (кроме F2) кремний реагирует только при нагревании.
В химических реакциях кремний может проявлять как окислительные, так и вос-
.новительные свойства. Однако значение электроотрицательности кремния ниже,
-■ем у большинства неметаллов, поэтому восстановительные свойства кремния вы¬
ражены ярче.
Как окислитель кремний реагирует с активными металлами с образованием си¬
лицидов:
2Mg + Si Mg2Si 4Na + Si -» Na4Si
298
Гпава 3
2. Как восстановитель:
• кремний реагирует с неметаллами с большим значением электроотрицатель¬
ности:
Si + О2 SiO2 Si + 2S — > SiS2
Si + 2C12 4 SiCl4 Si + 2F2 -► SiF4
Si + c4siC 3Si + 2N2 4 Si3N4
Важно!
Кремний не взаимодействует с водородом. Силан получают водным и ки¬
слотным гидролизом силицидов:
Mg2Si + 4НС1 -> 2MgCl2 + SiH4f
силан
Силан проявляет сильные восстановительные свойства и самовоспламеняется
на воздухе:
SiH4 + 2О2 —> SiO2 + 2Н2О
• Кремний не растворяется в воде и кислотах из-за прочной оксидной плёнки
на его поверхности. Однако оксидная плёнка разрушается под действием HF.
поэтому кремний растворяется в плавиковой кислоте:
Si + 4HF — SiF4 + 2Н2
• В отличие от углерода кремний реагирует с растворами щелочей:
Si + 2NaOH + Н2О 4Na2SiO3 + 2HJ
Соединения кремния(17)
SiO2 — оксид кремния(1У), диоксид кремния — твёрдое тугоплавкое вещество с
атомной кристаллической решёткой. При нормальных условиях SiO2 химически
инертен.
1. Оксид кремния(1У) — кислотный оксид. При нагревании реагирует со щелочами
и основными оксидами с образованием солей кремниевой кислоты — силикатов:
SiO2 + 2КОН 4 K2SiO3 + Н2О SiO2 + BaO 4 BaSiO3
2. Диоксид кремния взаимодействует с карбонатами щелочных и щелочноземель¬
ных металлов:
SiO2 + Na2CO3 ->Na2SiO3 + СО2| SiO2 + СаСО3 -> CaSiO3 + CO2f
* имия элементов
299
Сплавлением соды, известняка и песка получают стёкла'.
Na2CO3 + СаСО3 + 6SiO2 —>Na2O • СаО • 6SiO2 + 2CO2f
стекло
Растворимые в воде силикаты натрия и калия называются жидкими стёклами.
Оксид кремния(1У) взаимодействует с фосфатами активных металлов:
3SiO2 + Са3(РО4)2 4 3CaSiO3 + Р2О5
Кремнезём в смеси с коксом используют для промышленного получения белого
фосфора:
3SiO2 + Са3(РО4)2 + 5С 4 2Р + 5СО + 3CaSiO3
Диоксид кремния — единственный кислотный оксид, не взаимодействующий с
водой:.
SiO2 + Н2О
: Как и кремний, SiO2 реагирует с фтором и фтороводородом:
SiO2 + 2F2 SiF4 + O2t SiO2 + 4HF -> SiF4 + 2H2O
H2SiO3 — кремниевая кислота, гидроксид кремния(ГУ) — нерастворимая в воде
слабая кислота. Единственная неорганическая кислота, которую нельзя получить
взаимодействием соответствующего оксида с водой. Кремниевая кислота образует-
■ при взаимодействии растворимых в воде силикатов с растворами более сильных
кислот:
K2SiO3 + 2НС1 2КС1 + H2SiO3;
K2SiO3 + 2СО2(изб) + 2Н2О 2КНСО3 + H2SiO3|
При нагревании кремниевая кислота разлагается с образованием SiO2:
H2SiO3 —» SiO2 + Н2О
Применение кремния и его соединений
кристаллический кремний находит широкое применение в электронике. Диоксид
.-ремния и силикаты используются в производстве стекла и керамики, являются
.ырьем для получения цемента и кирпича. Кремнезём также используется при по¬
учении белого фосфора.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно-
юсстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
300
Гпава 3
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
HCl Н2 NaOH, t HCl t HF
1. SiO2 —» Si —> Mg2Si —»Xt —> SiO2 —> Si —> SiCl4-> X2 >X3 —> X4->X5->X6
O2 Na2CO3 HCl t С(изб) O2 Ca3(PO4)2,C HCl HF
2. Si -> Xj SiH4 4 x2 X3 X4 X2 x5 4 Sio2 ——x6 -> X4 -+ X-
Cl2 H2O t HNO3 HF Mg o2 f2
3. кремнезём -► Si -> Xt —> X2 -► X3 Si -► Na2SiO3 > X2 -> X4 X5 -»X3 -> X4
Тест
1. Из предложенного перечня выберите два вещества с атомной кристалличе¬
ской решёткой, в которых присутствует ковалентная полярная связь:
1) кремний; 4) хлорид кремния(ГУ);
2) силикат кальция; 5) кварц.
3) карборунд;
2. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
А)
SiCl4 и КОН (изб.)
1) K2SiO3 и Н2
Б)
Si и КОН
2) H2SiO3, КС1и Н2О
В)
H2SiO3 и КОН
3) SiO2, К2О и Н2О
О
K2SiO3 и НС1
4) K2SiO3 и Н2О
5) H2SiO3 и КС1
6) K2SiO3, КС1 и Н2О
Задана следующая схема превращений веществ:
с-ГЛ Mg(H* ) ТЛ
SiO2 * X —>
3.
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) Si; 4) SiH4;
2) SiCl4; 5) MgO.
3) Mg2Si;
Вычислите массу воды (в граммах), которую необходимо выпарить из 120 г
10%-ного раствора силиката калия, чтобы получить 15%-ный раствор. (За¬
пишите ответ с точностью до целых.)
Химия элементов
301
5. Силицид натрия растворили в воде. Выделившийся в реакции газ сожгли в
избытке кислорода. Полученное твёрдое вещество сплавили с небольшим ко¬
личеством угля. Твёрдый продукт реакции растворили в концентрированном
едком натре. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
6. При нагревании 30 г кремнезёма с магнием образовалась смесь продуктов,
которую растворили в 730 г 20%-ного раствора соляной кислоты. При этом
наблюдали образование нерастворимого в воде вещества и выделение 6,72 л
(при н. у.) газа, самовоспламеняющегося на воздухе при комнатной темпера¬
туре. Вычислите массовую долю хлорида магния в образовавшемся растворе.
3.13. Азот
Азот — ^-элемент 2-го периода V группы главной подгруппы. Внешний энергети¬
ческий уровень азота имеет конфигурацию 2s12 р3 и содержит пять валентных
электронов (рис. 3.11). Однако из-за отсутствия свободных орбиталей азот не имеет
возбуждённого состояния и не проявляет высшую валентность, равную номеру
группы: неподелённая электронная пара на 25--подуровне азота не распаривается.
Из-за наличия трёх неспаренных электронов на внешнем уровне для азота наиболее
характерна валентность III (N2, NH3). При этом из-за возможности образовывать
связи по донорно-акцепторному механизму его высшая валентность равна IV
NH*, HNO3, NO3, N2O5). В сложных веществах азот проявляет все степени
окисления от -3 до +5.
N 2s22p3 И И It It I
r 2s 2p
Рис. 3.11. Электронная конфигурация атома N
Физические свойства
При нормальных условиях простое вещество N2 — газ без цвета, запаха и вкуса.
Атомы азота в молекуле N2 связаны тройной ковалентной неполярной связью,
■ристаллическая решётка в твёрдом состоянии — молекулярная. Азот не образует
аллотропных видоизменений.
Нахождение в природе и получение
В природе азот встречается в виде простого вещества в составе воздуха, объёмная
золя азота в котором составляет 78%. Азот является компонентом белков и нуклеи-
аовых кислот и входит в состав всех живых организмов. В земной коре азот встре¬
чается в небольших количествах, в основном в составе селитр (NaNO3 и KNO3) и
соединений аммония.
302 Глава
В промышленности азот получают перегонкой (разделением) сжиженного воздуха
основанной на разнице температур кипения азота и кислорода.
Лабораторными способами получения азота являются:
1. Разложение дихромата аммония:
(NH4)2Cr2O7 4 NJ + Cr2O3 + 4Н2О + Q
2. Разложение нитрита аммония:
NH4NO2 4 N J + 2Н2О NH4I + NaNO2 4 Nai + NJ + 2H2O
3. Окисление аммиака:
i t, Pt
4NH3 + 3O2 -> 2N J + 6H2O 4NH3 + 5O2 4NOf + 6H2O
Химические свойства
Прочная тройная связь в молекуле азота обусловливает его химическую инерт¬
ность. Практически во все реакции азот вступает при нагревании.
1. Азот реагирует с металлами, при этом без нагревания реакция протекает толькс
с литием:
-з t -3
N2 + 6Li 2Li3N N2 + 3Mg -> Mg3N2
Образующиеся нитриды подвергаются водному и кислотному гидролизу:
-3 -3' -3 -3
Ca3N2 + 6Н2О -> ЗСа(ОН)2 + 2NHJ Mg3N2 + 8НС1 -> 3MgCl2 + 2NH4C1
Важно!
При кислотном гидролизе нитридов образуются соли аммония — аммиак в
реакции не выделяется.
2. Азот обратимо реагирует с водородом с образованием аммиака. Реакция проте¬
кает в присутствии железного катализатора:
Г, Fe -з
N2 + ЗН2 2NH3
3. Азот взаимодействует с кислородом под действием электрического разряда или
при сильном нагревании (2000 °C):
*
N2 + О2 2NO - Q
Важно!
Данная реакция соединения является эндотермической.
- 'мия элементов
303
- При высоких температурах азот реагирует с другими неметаллами:
t -3 t -3
2N2 + 3 Si Si3N4 N2 + 2B -> 2BN
С галогенами и серой азот непосредственно не взаимодействует.
5 Азот не растворяется в кислотах и не реагирует с растворами щелочей.
Аммиак
SH, — аммиак, нитрид водорода— бесцветный газ с резким характерным запа-
. dm. В молекуле аммиака атом азота связан с атомами водорода тремя ковалентны¬
ми полярными связями, валентность азота равна III, кристаллическая решётка —
1Олекулярная. Аммиак хорошо растворяется в воде, между молекулами аммиака и
воды образуются водородные связи (см. разд. 1.5.4).
В промышленности аммиак получают прямым синтезом из азота и водорода. Азот
_тя реакции выделяют из воздуха, а водород получают конверсией метана, проте¬
кающей с образованием синтез-газа:
СН4 + Н2О(пар) i СО + зн2
? еакция получения аммиака протекает в колонне синтеза — цилиндрическом реак¬
торе:
Г, Fe -з
N2 + ЗН2 2NH3
Лабораторными способами получения NH3 являются:
Взаимодействие солей аммония со щелочами при нагревании:
2NH4C1 + Са(ОН)2 4 СаС12 + 2NH3f + 2Н2О
2 Водный гидролиз нитридов активных металлов:
Mg3N2 + 6Н2О -► 3Mg(OH)2| + 2NHJ
Химические свойства аммиака
Наличие у азота неподелённой электронной пары на внешнем уровне обусловлива¬
ет донорные свойства аммиака (см. разд. 1.5.1).
Аммиак растворяется в воде с образованием гидрата аммиака, малые количества
которого диссоциируют на катион аммония NH4 и гидроксид-анион ОН":
NH3 + Н2О NH3 • Н2О NH} + ОН
гидрат аммиака
Водный раствор аммиака имеет слабощелочную среду и изменяет окраску инди¬
каторов, поэтому распознать выделяющийся в реакции аммиак можно не только
по его характерному запаху, но и с помощью влажной лакмусовой бумажки, ко¬
торая под действием аммиака окрашивается в синий цвет.
304
Гпава 3
Важно!
Гидрат аммиака не следует отображать формулой NH4OH.
2. Аммиак и его водный раствор реагируют с растворами солей, если в осадок вы¬
падает нерастворимый в воде гидроксид:
А1С13 + 3NH3 + ЗН2О А1(0Н)3| + 3NH4C1
Mg(NO3)2 + 2NH3 • Н2О Mg(OH)2; + 2NH4NO3
3. По донорно-акцепторному механизму аммиак вступает в реакции со всеми ки¬
слотами, образуя средние и кислые соли аммония. Валентность азота в катионе
аммония равна IV:
-3 -3
NH3 + H2SO4(H36) NH4HSO4 2NH3 + Н2ЗО4(нед) (NH4)2SO4
NH3 + HNO3 -> NH4NO3 ИН3(нед j + CO2 + H2O NH4HCO3
Кристаллическая решётка образующихся солей — ионная, поскольку катион
аммония и анион кислотного остатка связаны ионной химической связью. Солн
аммония представляют собой растворимые в воде твёрдые вещества.
Фосфат аммония в водной среде разлагается, поэтому реакция аммиака с фос¬
форной кислотой приводит к образованию гидро- или дигидрофосфатов. Про¬
дукт реакции определяется соотношением реагентов:
NH3 + Н3РО4(изб} -> NH4H2PO4 2NH3 + Н3РО4 -> (NH4)2HPO4
Смесь гидро- и дигидрофосфатов аммония называется аммофосом и использу¬
ется в качестве удобрения.
С газообразными галогеноводородами аммиак взаимодействует обратимо:
NH3(r) + HCl(r) NH4C1 NH3(r) + НВг(г) NH4Br
нашатырь
4. Соли аммония вступают в реакции ионного обмена:
NH4C1 + AgNO3 NH4NO3 + AgClJ,
2NH4H2PO4 + 3Ca(OH)2 2NH3f + Ca3(PO4)2j + 6H2O
5. Соли аммония разлагаются.
• Если кислотный остаток соли не проявляет окислительных свойств, разложе¬
ние протекает без изменения степеней окисления атомов элементов.
Так, галогениды и карбонат аммония разлагаются с образованием аммиака:
NH4C14 NH3 + HCl NH4HCO3 4 NH3$ + CO2T + H2O
•имия элементов
305
• Если кислотный остаток соли проявляет окислительные свойства, то разло¬
жение является окислительно-восстановительной реакцией:
Так, дихромат и нитрит аммония разлагаются с образованием азота:
(NH4)2Cr2O7 4 N2T + Сг2О3 + 4Н2О NH4NO2 4 N2f + 2Н2О
Важно!
При нагревании растворы солей аммония реагируют с нитритами с выделе¬
нием азота — образующийся в реакции нитрит аммония разлагается:
NH4C1 + KNO2 4 КС1 + NJ + 2H2O
Нитрат аммония при небольшом нагревании разлагается с образованием оксида
азота(1):
NH4NO34n2OJ + 2H2O
6. Азот в молекуле NH3 находится в низшей степени окисления -3, что обуслов¬
ливает восстановительные свойства аммиака. Продуктом окисления аммиака
почти во всех реакциях является азот N2. Исключение — каталитическое окис¬
ление аммиака кислородом в присутствии платинового катализатора, проте¬
кающее с образованием NO:
t ' t, Pt
4NH3 + 3O2 -> 2N2t + 6H2O 4NH3 + 5O2 -> 4NOJ + 6H2O
2NH3 + 3CuO 4 3Cu + N2j + 3H2O 2NH3 + 3H2O2 4 N2f + 6H2O
Аммиак окисляется перманганатом калия в различных средах:
2NH3 + 2КМпО4 4 N2f + 2КОН + 2MnO2 J + 2Н2О
10NH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 4 5N2f + 3K2SO4 + 6MnSO4 + 24H2O
Оксиды азота
Азот образует пять оксидов во всех положительных степенях окисления.
N2O — оксид азота(1) — бесцветный газ со сладковатым запахом, обладает нарко¬
тическим действием, за что получил название «веселящий газ».
N2O образуется при разложении нитрата аммония при небольшом нагревании:
NH4NO34n2OT + 2H2O
306
Гпава 3
N20 — несолеобразующий оксид. Он не взаимодействует с водой, с растворами
кислот и щелочей, однако при нагревании разлагается и вступает в окислительно¬
восстановительные реакции с некоторыми неметаллами:
2N2O 4 2N2 + о2 n2o + Н2 4 N2 + Н2О
5N2O + 2Р 4 5N2 + Р2О5 2N2O + S 4 2N2 + SO2
NO — оксид азота(П), монооксид азота— бесцветный ядовитый газ без запаха. |
Образуется в атмосфере под действием грозовых разрядов:
4
N2 + О2 2NO - Q
В промышленности NO получают каталитическим окислением аммиака:
г, Pt
4NH3 + 5О2 —> 4NOf + 6Н2О
Лабораторными способами получения NO являются окислительно-восстановите¬
льные реакции металлов с разбавленной азотной кислотой, а также реакции восста¬
новления нитритов:
3Cu + 8HNO3(pa36) 3Cu(NO3)2 + 2NOJ + 4Н2О
2NaNO2 + 2NaI + 2H2SO4 -»I2 + 2NOJ + 2Na2SO4 + 2H2O
NO — несолеобразующий оксид, аналогично N2O он не взаимодействует с водой,
растворами кислот и щелочей, однако вступает в окислительно-восстановительные
реакции:
2NO + О2 2NO2 2NO + 2Н2 4 N2 + 2Н2О
как восстановитель как окислитель
N2O3 — оксид азота(Ш) — жидкость тёмно-синего цвета, крайне неустойчивое
соединение.
N2O3 — кислотный оксид. При взаимодействии с водой образует азотистую ки¬
слоту, а в реакциях со щелочами — нитриты:
N2O3 + Н2О 2HNO2 N2O3 + 2NaOH 2NaNO2 + H2O
no2 — оксид азота(1У) — ядовитый газ красно-бурого цвета с характерным не¬
приятным запахом. Из-за характерной окраски NO2 получил название «бурый газ».
Бурый газ образуется при окислении монооксида азота, при разложении азотной
кислоты:
hv
2NO + О2 -> 2NO2 4HNO3 -> 4NO2J + O2J + 2H2O
лимия элементов
307
эурый газ также образуется при восстановлении концентрированной азотной ки¬
слоты:
Си + 4HNO3(kohu.) -» Cu(NO3)2 + 2NO2T + 2Н2О
N02 — кислотный оксид. При растворении в воде он диспропорционирует с обра¬
зованием двух кислот— азотной и азотистой. Однако в присутствии окислителя
кислорода) образуется только азотная кислота:
+4 +3 +5 +4 0 +5 -2
2NO2 + Н20 HNO2 + HNO3 4NO2 + 2Н2О + 02 -► 4HNO3
Аналогично протекает реакция со щелочами:
2NO2 + 2К0Н -> KNO2 + KNO3 + Н2О 4NO2 + 4КОН + 02 -+ 4KNO3 + 2Н2О
N02 — сильный окислитель. При нагревании он взаимодействует с фосфором, уг¬
леродом, серой и некоторыми металлами, окисляет оксид серы(1У):
10NO2 + 8Р 4 5N2 + 4Р2О5 2NO2 + 2С 4 N2 + 2СО2
2NO2 + 4Cu 4 N2 + 4CuO N02 + S02 4 NO + S03
N2O5 — оксид азота(У) — бесцветное токсичное кристаллическое вещество, край¬
не неустойчивое при комнатной температуре:
2N2O5 О2 + 4NO2
N2O5 — кислотный оксид. При взаимодействии с водой образует азотную кислоту,
а в реакциях со щелочами — нитраты:
N2O5 + Н20 -* 2HNO3 N2O5 + 2К0Н 2KNO3 + Н20
N2O5 — сильный окислитель:
N2O5 +12 —> N2 + 12О5
Азотистая кислота и нитриты
hno2 — азотистая кислота, гидроксид азота(Ш) — слабая неустойчивая кислота,
существует только в разбавленных растворах. При взаимодействии со щелочами
образует гораздо более устойчивые нитриты:
HNO2 + КОН KNO2 + Н20
В азотистой кислоте и нитритах атом азота находится в промежуточной степени
окисления +3, поэтому эти соединения характеризуются окислительно¬
308
Гпава
восстановительной двойственностью, однако их восстановительные свойства вы¬
ражены сильнее:
♦ как окислители восстанавливаются до NO:
+3 +2
2HNO2 + H2S 2N0f + S + 2H2O
2KNO2 + 2KI + 2H2SO4 -> 2N0f + I2 + 2K2SO4 + 2H2O
♦ как восстановители окисляются до HNO3 или нитратов:
+3 +5
HNO2 + Н2О2 HNO3 4- Н2О
HNO2 4- Cl2 4- Н2о -+ HNO3 4- 2НС1
5NaNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 -> 5NaNO3 + 2MnSO4 4- K2SO4 4- 3H2O
Азотная кислота и нитраты
HNO3 — азотная кислота — сильная одноосновная кислота. При нормальных
условиях представляет собой бесцветную жидкость, однако при длительном хране¬
нии или нагревании азотная кислота частично разлагается с образованием бурого
газа, из-за чего приобретает жёлтый оттенок:
4HNO3 4 4NO2f 4- O2f 4- 2Н2О
Химические свойства HNO3 подробно рассмотрены в разд. 2.5.
Соли азотной кислоты (нитраты) проявляют сильные окислительные свойства в
расплавленном состоянии. Продуктом их восстановления, как правило, являются
нитриты:
5KNO3 4- 2Р 4 5KNO2 + Р2О5
3KNO3 + Cr2O3 + 4КОН 4 3KNO2 4- 2К2СгО4 + 2Н2О
хромат калия
Важно!
Взаимодействие нитратов с алюминием, цинком и магнием протекает с обра¬
зованием аммиака:
8А1 + 3KNO3 4- 5КОН + 18Н2о4 8К[А1(ОН)4] + 3NH3f
4Mg 4- KNO3 + 6Н2О 4 4Mg(OH)2| 4- КОН + NH3T
j мия элементов
309
в ажной особенностью всех нитратов являются их высокая растворимость в воде,
. также низкая термическая устойчивость. Все нитраты при нагревании разлагают¬
ся (рис. 3.12, см. разд. 2.1).
Ме(МОз),
нитрат
Rb-Na
ГС
Li, Mg-Cu
Ag, Hg
Me(NO2)x+O2
нитрит
МеОх + NO2 + О2
оксид
Me + NO2 +О2
металл
Рис. 3.12. Схема термического разложения нитратов металлов
Применение азота и его соединений
Из-за низкой химической активности газообразный азот применяют для создания
инертной атмосферы в различных химических и биологических процессах. Азот
является сырьем для синтеза аммиака, который, в свою очередь, используется для
получения азотной кислоты. Аммиак и азот также используются в качестве хлада¬
гента. Водный раствор аммиака — нашатырный спирт — находит широкое приме¬
нение в медицине. Оксид азота(1) является компонентом смесей для наркоза. Азот¬
ная кислота применяется в производстве взрывчатых веществ, в медицине для соз¬
дания лекарственных препаратов. Азотная кислота, нитраты (селитры) и соли
-ммония являются удобрениями и широко используются в сельском хозяйстве.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
Li H2SO4 Ог(изб) Fe3O4 КМпО4, Н+
1. N2 -> Xt > Х2 NH3 NO Х3 -> HNO3 > NO2 ™ Х4 > Х5
(NH4)2Cr2O74xl
н2 NaMnO4( } 02 Си Mg H2O HNO3 t
4х2 ^xt4x3 — no2-^x1->x4—>х2—>х5-^х6
Zn, КОН( t O2,Pt
3. KNO3 Xj—>
НС1_ kno2(p.p),
—»Л3
Н2О CuO, t
-+Х,—>х4
Н2О NaOH КСЮ3 Cr2O3, KOH KJ, H+ O2 KOH, O2 t HCl Mg
4. N2O3^X, >X2 »X3 — >X2 >X44x5 >X6->X7—>X!->X8
. _ монооксид бурый кальциевая аммонийная веселящий
аммиак > азота —* газ ~* селитра селитра газ
310
Глава
Тест
1. Из предложенного перечня выберите два вещества с высокой температуре:
плавления, в молекулах которых имеется донорно-акцепторная связь:
1) азотная кислота; 4) нитрат кальция;
2) аммиак; 5) нитрид натрия.
3) хлорид аммония;
2. В двух пробирках раствор вещества X. В первую пробирку добавили раство:
вещества Y и немного нагрели. В результате протекания реакции наблюдали
выделение бесцветного газа без запаха. Во вторую пробирку добавили рас¬
твор гидроксида калия и наблюдали выделение бесцветного газа с резким за¬
пахом. Из предложенного перечня выберите вещества X и У, которые могут
вступать в описанные реакции:
1) хлорид аммония; 4) нитрит натрия;
2) азотная кислота; 5) сульфит калия.
3) карбонат калия;
3. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1)
Ca3N2 и НС1
1) СаС12, NH3 и Н2О
2)
Ca(NO2)2 и НС1
2) СаС12, NO и Н2О
3)
Ca(NO2)2 и NH4C1, t
3) СаС12 и NH4C1
4)
Са(ОН)2 и NH4C1, t
4) СаС12 и NH3
5) СаС12 и HNO2
6) СаС12, N2 и Н2О
4. Установите соответствие между уравнением реакции и свойством атома азота
в ней.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
A) 3NH2OH -> N2 + NH3 + ЗН2О
Б) N2H4 -> N2 + 2Н2
В) 4NH3 + ЗО2 2N2 + 6Н2О
СВОЙСТВО АЗОТА
1) только окислитель
2) только восстановитель
3) и окислитель, и восстановитель
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
fjMLW элементов
311
Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) азотистая кислота; 3) нитрат калия;
2) аммиак; 4) азотная кислота.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
В колонну синтеза аммиака поместили некоторое количество азота и водо¬
рода. В результате протекания обратимой реакции в системе установилось
химическое равновесие. При этом исходная концентрация азота составила
50 моль/л, а равновесные концентрации азота и водорода — 30 моль/л и
40 моль/л соответственно. Используя данные, приведённые ниже, определи¬
те равновесную концентрацию аммиака (X) и исходную концентрацию водо¬
рода (У):
1) 20 моль/л; 4) 80 моль/л;
2) 40 моль/л; 5) 100 моль/л;
3) 60 моль/л; 6) 120 моль/л.
Серебро растворили в концентрированной азотной кислоте. Через образую¬
щийся раствор пропустили электрический ток, а выделившийся при раство¬
рении металла газ пропустили через холодный раствор гидроксида калия.
В полученный раствор при нагревании добавили перманганат калия и серную
кислоту. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
I. При поглощении 16,8 л (при н. у.) газообразного аммиака водой образовался
раствор с массовой долей атомов водорода 11,444%. Полученный раствор
разлили в две колбы. В первую добавили несколько капель раствора фенол¬
фталеина, а затем— 10%-ную соляную кислоту до полного обесцвечивания
раствора. Во вторую колбу добавили 125 г раствора сульфата железа(Ш). По¬
лученный при этом раствор содержал только одно растворённое вещество,
а массовая доля воды в нём была равна 90,76%. Вычислите объём израсходо¬
ванного раствора соляной кислоты плотностью 1,047 г/мл и массовую долю
сульфата железа(Ш) в исходном растворе.
3.14. Фосфор
£>осфор — ^-элемент 3-го периода V группы главной подгруппы. Внешний энерге¬
тический уровень фосфора имеет конфигурацию 3s2 Зр3 и содержит 5 валентных
юктронов. В отличие от азота фосфор содержит свободную 3<7-орбиталь и имеет
= эзбуждённое состояние, поэтому высшая и наиболее характерная валентность
тосфора равна V (рис. 3.13). В соединениях фосфор проявляет степени окисления
-3,+1,+3,+5.
312
Гпав?
Р 3s23p3 И РИГГЛ I I I I I I р' 3s,3p33d’ □ on It I I I I I
3s 3p 3d 3s 3p 3d
основное состояние возбуждённое состояние
Рис. 3.13. Электронные конфигурации основного и возбуждённого состояний атома Р
Фосфор образует кислоты в степенях окисления +1, +3, +5 (рис. 3.14).
фосфорноватистая
кислота Н3РО2
фосфористая
кислота Н3РО3
ортофосфорная
кислота Н3РО4
О
О
О
И ' :
н-р-о-н
j i 1
Н-О Р О Н
; 1 • ;
НО РОН
н
1
н
> | . :
OfH
одноосновная
двухосновная
трёхосновная
Рис. 3.14. Структурные формулы кислот фосфора
Физические свойства
Фосфор образует несколько аллотропных модификаций, отличающихся друг от
друга как физическими, так и химическими свойствами. Наиболее изучены белыг
красный и чёрный фосфор.
Белый фосфор— вещество с молекулярной кристаллической решёткой, в узла
которой находятся молекулы Р4. Белый фосфор обладает низкой твёрдостью, легк
режется ножом, имеет невысокую температуру плавления и крайне ядовит. Пр
попадании на кожу вызывает глубокие ожоги. Белый фосфор является самой xhmi
чески активной модификацией фосфора, он окисляется кислородом воздуха пр
нормальных условиях (светится зелёным светом). Из-за высокой реакционной спс-
собности белый фосфор хранят под слоем воды. При нагревании без доступа воз¬
духа белый фосфор переходит в красный.
Красный фосфор — полимер Рп с атомной кристаллической решёткой. Менее акп -
вен по сравнению с белым фосфором: не окисляется на воздухе, не светится в темне-
те, вступает в реакции только при высокой температуре или механическом воздей¬
ствии (трение, удар). Это свойство применяют в производстве спичечных коробков
При нагревании и высоком давлении красный фосфор переходит в чёрный.
Чёрный фосфор — твёрдое вещество с атомной кристаллической решёткой, внеш¬
не напоминающее графит. Чёрный фосфор — наименее химически активная моди¬
фикация фосфора.
Нахождение в природе и получение
Из-за высокой химической активности фосфор встречается в природе только в со¬
ставе сложных веществ, преимущественно фосфатов. Наиболее распространенны¬
ми минералами, содержащими фосфор, являются фосфорит Са3(РО4)2 и фторапа-
*имия элементов
313
ит ЗСа3(РО4)2 CaF2. Фосфор является важным биологическим компонентом: он
8ходит в состав нуклеиновых кислот РНК и ДНК всех живых организмов. Фосфор в
-зчительном количестве присутствует в костной ткани и зубной эмали человека.
3 промышленности белый фосфор получают реакцией фосфата кальция с коксом и
теском:
Са3(РО4)2 + 3SiO2 + 5С —> 2Р + 5С0 + 3CaSiO3
аз-за примесей образующийся фосфор зачастую имеет желтоватый цвет.
имические свойства
Ло сравнению с азотом фосфор гораздо более активен. В реакциях он может прояв¬
ить как восстановительные, так и окислительные свойства, однако значение элек¬
троотрицательности фосфора ниже, чем большинства неметаллов, поэтому его вос-
.тановительные свойства выражены ярче.
Как окислитель реагирует с активными металлами с образованием фосфидов:
t -3 t -3
3Mg + 2Р -> Mg3 Р2 3Na + Р -> Na3P
Образующиеся фосфиды подвергаются водному и кислотному гидролизу с вы¬
делением фосфина:
Mg3P2 + 6Н2О -► 3Mg(OH)2; + 2РН3Т Са3Р2 + 6НС1 -► ЗСаС12 + 2РН3|
Важно!
При кислотном гидролизе фосфидов соли фосфония РН4 не образуются.
Как восстановитель.
• Фосфор реагирует с неметаллами с большим значением электроотрицатель¬
ности. Если окислитель взят в недостатке — образуются соединения фосфо-
ра(Ш), если в избытке — соединения фосфора(У):
4Р+5О2(изб)^2Р2О5
2Р + 5С12(из6,>42РС15
2Р + 5S(H36)->P2S5
При дальнейшем взаимодействии с окислителем соединения фосфора(Ш) мо¬
гут окисляться до соединений фосфора(У):
РС13 + С12 4 РС15 Р2О3 + 02 Р2О5
4Р + ЗО2(нед) —> 2Р2О3
гр + зс^Лграз
2P + 3S^.4p.S,
314
Гпава ;
Йод проявляет слабые окислительные свойства, поэтому независимо от ег
количества в реакции с фосфором образуется иодид фосфора(Ш):
t +3
2Р + 312 -»2Р13
Сульфиды и галогениды фосфора подвергаются водному и щелочному гид¬
ролизу:
+5 +5
P2S5 + 8Н2О 2Н3РО4 + 5H2ST РС15 + 8К0Н К3РО4 + 5КС1 + 4Н2О
С водородом, кремнием и углеродом фосфор не взаимодействует.
• В отличие от азота фосфор реагирует с растворами щелочей (диспропорцио
нирует):
О f+1-З
4Р + 3NaOH + ЗН2О -+ 3NaH2PO2 + РН3|
гипофосфит натрия
• Фосфор не растворяется в кислотах-неокислителях, однако взаимодействует *
сильными окислителями с образованием соединений фосфора(У):
Р + 5HNO3(KOHa) - Н3РО4 + 5NO2f + Н2О
5CuSO4 + 2Р + 8Н2О 2Н3РО4 + 5ОЦ + 5H2SO4
6Р + 5КС1О3 4 ЗР2О5 + 5КС1
Реакция фосфора с бертолетовой солью (КС1О3) протекает при зажиганив
спички: красный фосфор входит в состав смеси, нанесённой на поверхность
спичечного коробка, а бертолетова соль является компонентом спичечной го¬
ловки.
Фосфин
РН3 — фосфин, фосфид водорода — бесцветный ядовитый газ. Технический фос¬
фин имеет резкий чесночный запах.
В отличие от аммиака фосфин нельзя получить взаимодействием фосфора с водо¬
родом. Основными способами получения фосфина являются гидролиз фосфидов s
взаимодействие фосфора со щелочами:
Са3Р2 + 6Н2О ЗСа(ОН)2 + 2PH3J
4Р + ЗКОН + ЗН2О 4 ЗКН2РО2 + РН3| .
гипофосфит калия
Как и атом азота в молекуле аммиака, атом фосфора в молекуле фосфина содержит
неподелённую электронную пару на внешнем уровне, однако донорные свойства
фосфина выражены намного слабее. Фосфин практически не растворяется в воде и
не образует гидроксида фосфония.
Химия элементов
315
Ло донорно-акцепторному механизму фосфин вступает в реакции только с силь¬
ными кислотами:
-3 -3
РН3 + НС1 -> РН4С1
Важно!
Образующиеся соли фосфония крайне неустойчивы.
Фосфор в молекуле РН3 находится в низшей степени окисления -3, что обуслов¬
ливает сильные восстановительные свойства фосфина. Продуктами окисления
□осфина являются соединения фосфора в степени окисления +5.
При нагревании чистый фосфин сгорает на воздухе:
2РН3 + 4О2 — Р2О5 + ЗН2О РН3 + 2О2 -► Н3РО4
Н3РО4
Фосфин взаимодействует с сильными окислителями в разных средах с образовани¬
ем соединений фосфора(У):
РН3 + 4H2SO4(kohu) Н3РО4 + 4SO2f + 4Н2О
РН3 + 8КМпО4 + 11КОН -> К3РО4 + 8К2МпО4 + 7Н2О
РН3 + 4С12 + 4Н2О Н3РО4 + 8НС1
РН3 + 4Н2О2 -► Н3РО4 + 4Н2О
Фосфорноватистая кислота
Н3РО2 — фосфорноватистая кислота— бесцветное твёрдое вещество, хорошо
растворимое в воде. Фосфорноватистая кислота— одноосновная. В молекуле
Н3РО2 только один атом водорода связан с кислородом в составе гидроксогруппы
см. рис. 3.14). Именно этот атом обусловливает кислотные свойства фосфорнова-
тистой кислоты, два других входят в состав кислотного остатка. Фосфорноватистая
кислота может образовывать только средние соли — гипофосфиты:
Н3РО2 + КОН -► КН2РО2 + Н2О
средняя соль
Гипофосфиты активных металлов можно получить реакцией фосфора со щелочами:
8Р + ЗВа(ОН)2 + 6Н2О 4 ЗВа(Н2РО2)2 + 2РН3|
Фосфорноватистая кислота проявляет сильные восстановительные свойства. Под
действием окислителей она переходит в соединения фосфора(У):
Н3РО2 + 4HNO3(kohu) Н3РО4 + 4NO2f + 2Н2О
316
Гпава 3
Соединения фосфора в степени окисления +3
Р2О3 — оксид фосфора(Ш) — твёрдое вещество белого цвета, очень ядовит. Обра¬
зуется при неполном окислении фосфора кислородом воздуха:
4Р + ЗО2(нед) ~* 2Р2О3 Р2О3 + О2 —» Р2О5
Оксид фосфора(Ш) проявляет типичные свойства кислотных оксидов. При взаимо¬
действии с водой образует фосфористую кислоту:
+3 +3
Р2О3 + ЗН2О —> 2Н3РО3
Н3РО3 — фосфористая кислота — бесцветное твёрдое вещество. Фосфористая ки¬
слота— двухосновная (см. рис. 3.14). Один атом водорода из трёх входит в состав
кислотного остатка и не участвует во взаимодействии со щелочами и основными
оксидами. Н3РО3 и Р2О3 образуют средние (фосфиты) и кислые (гидрофосфиты
соли:
Н3РО3 + 2КОН -> К2НРО3 + 2Н2О
средняя соль
Р2О3(изб.) + 2КОН + Н2О -> 2КН2РО3
кислая соль
Фосфористая кислота и её соли могут быть получены водным или щелочным гид¬
ролизом сульфидов и галогенидов фосфора(Ш):
P2S3 + 6Н2О -* 2Н3РО3 + 3H2Sf
РС13 + 4МаОН(нед ) ->• NaH2PO3 + 3NaCl + Н2О
РС13 + 5NaOH(H36) -> Na2HPO3 + 3NaCl + 2Н2О
Фосфористая кислота и оксид фосфора(Ш) проявляют сильные восстановительные
свойства. При взаимодействии с окислителями они переходят в соединения фосфо¬
ра в степени окисления +5:
Р2О3 + 4HNO3(kohu) + Н2О -> 2Н3РО4 + 4NOJ
Н3РО3 + 2КМпО4 + 5КОН -► К3РО4 + 2К2МпО4 + 4Н2О
Соединения фосфора в степени окисления +5
P2OS — оксид фосфора(У) — твёрдое вещество белого цвета, обладает гигроско¬
пичностью— способностью поглощать пары воды из воздуха. Образуется при
окислении фосфора в избытке кислорода:
4Р + ЗО2(изб j —»2Р2О5
jmuh элементов
317
05 — кислотный оксид. При взаимодействии с водой в зависимости от условий
?-О5 образует фосфорные кислоты различного состава (рис 3.15).
метафосфорная
кислота НРО3
о
о-р-о-н
одноосновная
ортофосфорная
кислота Н3РО4
пирофосфорная
кислота Н4Р2О7
О
Гн+о-р-о-
-Н
н-
О О
О-Р-О-Р-О
-н
он
- - 1 1 “
н-о он
трёхосновная
четырёхосновная
Рис. 3.15. Структурные формулы фосфорных кислот
Наиболее широкое практическое применение имеют ортофосфорная (фосфорная)
жислота и её соли — ортофосфаты (фосфаты).
Н3РО4 — ортофосфорная кислота — бесцветное кристаллическое вещество, про-
<вляет слабые кислотные свойства.
Фосфорную кислоту можно получить следующими способами:
+5 +5
Р2О5 + ЗН2О -> 2Н3РО4
ЗР + 5HNO3(pa3fk) + 2Н2О ЗН3РО4 + 5NOf
Са3(РО4)2 + 3H2SO4 -> 3CaSO4 + 2Н3РО4
В отличие от фосфористой и фосфорноватистой кислот ортофосфорная кислота —
трёхосновная. Все три атома водорода входят в состав трёх гидроксогрупп и обу¬
словливают кислотные свойства Н3РО4. В зависимости от количества щёлочи в
реакции, фосфорная кислота образует три типа солей (фосфаты, гидро- и дигидро-
росфаты). Реакции щелочей с Р2О5 протекают аналогично:
Н3РО4 + ЗКОН -> К3РО4 + ЗН2О
фосфат калия
Н3РО4 + 2КОН -> К2НРО4 + 2Н2О
гидрофосфат калия
Н3РО4 + КОН КН2РО4 + Н2О
дигидрофосфат калия
Р2О5 + 6КОН -» 2К3РО4 + ЗН2О
Р2О5 + 4КОН -» 2К2НРО4 + Н2О
Р2О5 + 2К0Н + Н2О -> 2КН2РО4
Важно!
Реакция фосфорной кислоты с аммиаком приводит к образованию гидро- или
дигидрофосфата в зависимости от соотношения реагентов:
NH3 + Н3РО4(из6) -» NH4H2PO4 2NH3 + Н3РО4 -> (NH4)2HPO4
318
Гпава 3
Соединения фосфора в степени окисления +5 не обладают ярко выраженными окисли¬
тельными свойствами, Н3РО4 проявляет типичные свойства кислот (см. разд. 2.3}.
Применение фосфора и его соединений
Красный фосфор применяют для создания смесей, наносимых на спичечные короб¬
ки. Из-за высокой химической активности белый фосфор применяют для создания
взрывчатых веществ. Оксид фосфора(У) используют в качестве осушителя газов и
жидкостей. Основное применение фосфорной кислоты и фосфатов — производство
удобрений (аммофос, простой суперфосфат, двойной суперфосфат, преципитат).
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
Mg HCl О2 КОН КОН КОН Bal2 Н3РО4 КОН SiO,
1. Са3(РО4)2 —► Р—»Xj —>Х2->Х3—>Х4—»Х5—>Х6^Х7 >Х8—^Х7—>Х.
S(H36) ^(изб.) СаВг2 SiO2,C KG1O3 Н2О NH3(H36) Ва(ОН)2
2. P-MXj ^Н3РО4— >Х3 >Х4 >Х5^Х6—^Х7 ?Х8
3.
4.
5.
^2^О4(конц.) NaNO3> if NaOH(H36 j H3PO4 Ва(ОН)2(изб >
1 ► ZYJ ► Л2 ► 1 Л3 > П.3± VJ4 Ух4 * ► ^6
Na Н2О КМпО4, ОНГ ^2(нед) Н^Озгконц.)
Р -> X, Х2 —» Х3 -» NaH2PO4 -> Са3 (РО4)2 — Р Х4 Х2
фосфорит .бел?1Й Х1 фосфин ортофосфорная дигидрофосфат
г фосфор 1 т кислота аммония
Тест
1.
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО РЕАГЕНТЫ
А) Р 1) H2SO4 (конц.), О2, NaCl
Б) Р2О3
В) РН3
Г) Са3(РО4)2
2) КОН, HNO3, КС1О3
3) О2, HCl, HNO3
4) Н3РО4, H2SO4, SiO2
5) О2, НВг, Са
^мия элементов
319
I Задана следующая схема превращений веществ:
SiO2, С HNO3(KOHa)
Л. * г * I
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) Н3РО4; 4) Н3РО3;
2) Р2О5; 5) Са3(РО4)2.
3) Р2О3;
?. Определите массу 25%-ного раствора фосфата калия, которую необходимо
добавить к 240 г 40%-ного раствора этой соли, чтобы получить 32%-ный рас¬
твор. (Запишите ответ с точностью до десятых.)
4. Простое вещество, полученное при нагревании смеси фосфорита, кремнезёма
и угля, растворили в концентрированной серной кислоте. К полученному рас¬
твору последовательно добавили недостаток гидроксида калия, а затем хло¬
рид стронция. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
5. Смесь фосфида калия и пентахлорида фосфора массой 398,2 г, в которой ко¬
личество протонов атомов фосфора относится к количеству протонов атомов
хлора как 11 к 34, растворили в 1560 мл 14%-ного раствора гидроксида калия
плотностью 1,1282 г/мл. Вычислите массовую долю гидрофосфат-анионов в
образовавшемся растворе.
3.15. Сера
Сера—p-элемент 3-го периода VI группы главной подгруппы. Внешний энергети¬
ческий уровень серы имеет конфигурацию 3s2 Зр4 и содержит 6 валентных элек¬
тронов (рис. 3.16). В соединениях сера проявляет валентности II, IV и VI, а наибо¬
лее характерными степенями окисления серы являются -2, +4, +6.
S’ 3s23p33d’ И СТ It I I I I I
S 3s23p4 И CT I I I I I I 3s 3p 3d
3s 3p 3d S"3s’3p33d2 □ on It It I I I I
3s 3p 3d
основное состояние возбуждённые состояния
Рис. 3.16. Электронные конфигурации основного и возбуждённых состояний атома S
Физические свойства
Сера образует несколько аллотропных модификаций (рис. 3.17).
Ромбическая сера — твёрдый порошок жёлтого цвета — при нормальных услови¬
ях наиболее устойчивая модификация серы. Ромбическая сера имеет молекулярную
кристаллическую решётку, в узлах которой находятся молекулы S8.
320
Глава .
S-S\
s
I
s
s-sz
Sx ZS4 /S4 /Sx
S S S S
пластическая
s'
к
ромбическая
Рис. 3.17. Аллотропные модификации серы
Моноклинная сера — тёмно-жёлтые игольчатые кристаллы, также состоящие из
молекул S8. Моноклинная сера устойчива только при повышенных температурах.
Пластическая сера— твёрдое вещество бурого цвета, имеющее полимерное
строение 8Л. Пластическая сера образуется при быстром охлаждении расплавлен¬
ной серы и при нормальных условиях переходит в более устойчивую ромбическую
модификацию.
Сера не растворяется в воде и не обладает магнитными свойствами. Она хорош
растворима в сероуглероде (CS2) и органических растворителях.
Нахождение в природе и получение
Основная часть серы встречается в природе в составе сульфидов и сульфатов ме¬
таллов (руды), однако существуют и крупные месторождения самородной серы
Важнейшими минералами серы являются FeS2 (пирит), ZnS (цинковая обманка
PbS (свинцовый блеск), CaSO4 • 2Н2О (гипс). В составе органических соединений и
сероводорода сера присутствует в нефти и природном газе.
В промышленности серу получают следующими способами:
1. Выплавкой водяным паром из подземных месторождений (самородная сера).
2. Неполным окислением сероводорода:
2H2S + O2(h^4.2S + 2H2O
3. Взаимодействием сернистого газа с сероводородом (метод Клауса):
2H2S + SO243S + 2H2O
Химические свойства
Сера химически очень активна, она взаимодействует с большинством металлов и со
многими неметаллами. В реакциях сера может проявлять как восстановительные,
так и окислительные свойства.
1. Как окислитель.
• Сера реагирует с металлами с образованием сульфидов:
2Na + S 4Na2S Mg + S 4 MgS
Fe + S 4 FeS 2A1 + 3S 4 A12S3
^имия элементов
321
• Сера реагирует с неметаллами с меньшим значением электроотрицательности:
Н2 + S H2S 2Р + 5S(H36) -> P2S5
Si 4- 2S 4 SiS2 С + 2S 4 CS2
сероуглерод
Образующиеся сульфиды подвергаются водному и щелочному гидролизу:
+4 -2 +4 -2
P2S5 + 8Н2О -> 2Н3РО4 + 5H2St CS2 + 6К0Н -» К2СО3 + 2K2S + ЗН2О
2. Как восстановитель.
• Сера реагирует с неметаллами с большим значением электроотрицательности.
О При взаимодействии с кислородом образуется оксид серы(1У). Оксид се-
ры(У1) можно получить окислением SO2 кислородом в присутствии ката¬
лизатора У>05:
v2o5
s + О2(изб.) SO2 2SO2 + О2 2SO3
О Сера реагирует с фтором с образованием фторида серы(У1). При взаимо¬
действии с хлором и бромом образуются соединения серы в степени окис¬
ления +1 и +2:
+6 ( +2
S + 3F2 SF6 S + Br2 -> SBr2
Г-Н t +2
2S + Cl2 -> S2C12 S + С12 -> SC12
О С азотом и йодом сера не взаимодействует.
• Сера не взаимодействует с кислотами-неокислителями, однако растворяется в
H2SO4(kohil) и HNO3:
S + 2H2SO4(kohii) —-► 3SO2? + 2Н2О
S + 6HNO3M -> H2SO4 + 6NO2T + 2H2O
• Сера диспропорционирует в концентрированных растворах щелочей:
3S + 6КОН 4 K2SO3 4- 2K2S + ЗН2О
Сероводород
H2S — сероводород, сульфид водорода — бесцветный ядовитый газ с неприятным
запахом тухлых яиц, плохо растворим в воде, при растворении образует слабую
_ ероводородную кислоту. Сероводород встречается в природе в составе природно-
■ э газа, вулканических газов, минеральных вод.
322
Гпава j
Лабораторными способами получения H2S являются:
1. Синтез из простых веществ:
t
Н2 + S H2S
2. Растворение некоторых сульфидов в кислотах-неокислителях:
FeS + 2НС1 FeCl2 + H2SJ но CuS + HCl
3. Необратимый гидролиз сульфидов металлов («-» в таблице растворимости):
A12S3 + 6Н2О -+ 2А1(ОН)31 + 3H2ST
4. Взаимодействие Н28О4(конц) с активными металлами и иодидами:
4Mg + 5H2SO4 -> 4MgSO4 + H2S$ + 4H2O
Сероводородная кислота— слабая двухосновная кислота, проявляет типичные
свойства кислот: изменяет окраску индикаторов, взаимодействует с металлами,
стоящими в ряду активности левее водорода (Н2), реагирует со щелочами и основ¬
ными оксидами. Сероводородная кислота образует средние (сульфиды) и кислые
(гидросульфиды) соли:
Н28(нед.) + 2NaOH -> Na2S + 2Н2О H2S(M36) + NaOH NaHS + H2O
сульфид натрия гидросульфид натрия
Сульфиды металлов также можно получить сплавлением угля с соответствующими
сульфатами щелочных и щелочноземельных металлов:
BaSO4 + 4С 4 BaS + 4СО Na2SO4 + 4С 4 Na2S + 4СО
Качественными реакциями на H2S и сульфиды являются реакции с растворами со¬
лей Cu2+, Ag+, Pb2+, при протекании которых образуются чёрные осадки, нерас¬
творимые в кислотах-неокислителях:
h2s + Cuso4 -> cus; + h2so4 k2s + Cuso4 -» Cus; + k2so4
чёрный
Растворы солей Fe2+, Zn2+ и Mn2+ не реагируют с сероводородом, поскольку
осадки FeS, ZnS, MnS растворяются в кислотах-неокислителях. Данные осадки
можно получить при взаимодействии растворов солей Fe2+, Zn2+ и Мп2+ с раство¬
римыми сульфидами, так как в этих реакциях не образуются кислоты:
H2S + FeSO4 так как FeS + H2SO4(pa36 > —> FeSO4 + H2S‘
(NH4)2S + FeCl2 -> FeS| + 2NH4C1 K2S + ZnSO4 ZnS; + K2SO4
чёрный белый
=имия элементов
323
. оли алюминия и хрома(Ш) вступают в реакцию совместного гидролиза с раство-
: ами сульфидов:
2А1С13 + 3(NH4)2S + 6Н2О 2А1(ОН)3| + 6NH4C1 + 3H2Sf
Сера в молекуле H2S находится в низшей степени окисления -2, это обусловливает
зосстановительные свойства сероводорода. Продуктами окисления H2S в зависи¬
мости от природы окислителя и условий протекания реакций являются S (преиму¬
щественно), SO2 или H2SO4:
2H2S + О2(нел) 4 2S + 2Н2О
2H2S + ЗО2(изб) 42SO2 + 2Н2О
H2S + Вг2 4 2S + 2НВг 3H2S + КС1О3 4 3S + КС! + ЗН2О
2FeCl3 + H2S —> S + 2FeCl2 + 2НС1 H2S + 2HNO2 4 S + 2NO + 2H2O
При окислении сероводорода перманганатом и дихроматом калия также образуется
сера:
3H2S + 2KMnO4(p.p) -> 3S + 2МпО2| + 2КОН + 2Н2О
3H2S + К2Сг2О7 + 4H2SO4 ->• 3S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7Н2О
В реакциях с хлорной водой (водный раствор хлора) и концентрированной азотной
кислотой сера окисляется до серной кислоты:
H2S + 4С12 + 4Н2О -> H2SO4 + 8НС1 .
H2S + 8HNO3(kohu.) H2SO4 + 8NOJ + 4Н2О
Сульфиды металлов также проявляют сильные восстановительные свойства.
K2S + С12 -> S + 2КС1
2FeCl3 + 3Na2S S + 2FeS; + 6NaCl
Na2S + 2H2SO4(kohu) -> Na2SO4 + S + SO2f + 2H2O
CuS + 8HNO3(kohu) ->■ CuSO4 + 8NO2| + 4H2O
Важно!
Г При взаимодействии сульфида калия с перманганатом калия в щелочной сре¬
де в реагентах не указывается щёлочь (реакция уравнивается без неё):
кон
2КМпО4 + K2S —> 2К2МпО4 + S
При обжиге сульфидов металлов образуется сернистый газ:
+2 -1 , +3 +4 t
4FeS2 + 1 Ю2{изб) A 2Fe2O3 + 8SO2f 2ZnS + ЗО2 2ZnO + 2SO2J
пирит
324
Глава ■
Соединения cepbi(IV)
SO2 — оксид cepbi(IV), сернистый газ — бесцветный токсичный газ с резким запа¬
хом, хорошо растворимый в воде. При растворении образует слабую двухосновную
сернистую кислоту. В природе встречается в составе вулканических газов.
В промышленности SO2 получают сжиганием серы или сероводорода, а также об¬
жигом сульфидных руд при получении металлов:
2H2S + ЗО2(изб>) 4 2SOJ + 2Н2О 2CuS + ЗО2 4 2CuO + 2SO2f
Лабораторными способами получения SO2 являются:
1. Растворение сульфитов и гидросульфитов в кислотах-неокислителях:
CaSO3 + 2НС1 -> СаС12 + SO2t + Н2О NaHSO3 + HCl -> NaCl + SO2| + H2O
H2SO3
Сернистая кислота крайне неустойчива — при образовании в реакции ионногс
обмена она разлагается на SO2 и Н2О, поэтому реакцию сульфитов и гидро¬
сульфитов с кислотами используют для качественного определения ионов SO:
и HSO7.
2. Растворение неактивных металлов в H2SO4(KOHII):
Си + 2H2SO4(KOHa) —> CuSO4 + SO2t + 2Н2О
Оксид серы(1У) — типичный кислотный оксид. Он взаимодействует с водой,
щелочами и основными оксидами с образованием сернистой кислоты и её солей:
SO2 + Н2О H2SO3 SO2 + BaO —»BaSO3
SO2 + 2NaOH(ra6)-> Na2SO3 +H2O SO2 + NaOH(Hea) -► NaHSO3
сульфит натрия гидросульфит натрия
Соли алюминия и хрома(Ш) вступают в реакцию совместного гидролиза с рас¬
творами сульфитов:
Cr2(SO4)3 + 3Na2SO3 + ЗН2О -> 2Cr(OH)3; + 3Na2SO4 + 3SO2J
Сера в молекуле SO2 и сульфитов находится в промежуточной степени окисления
+4, поэтому в окислительно-восстановительных реакциях соединения серы(1У
проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства.
1. Как окислители взаимодействуют с типичными восстановителями с образовани¬
ем серы:
SO2 + 2H2S 4 3S + 2Н2О SO2 + С 4 S + СО2
SO2 + 4HI4 S + 2I2 + 2H2O SO2 + 2H2 4 S + 2H2O
мия элементов
325
Z Как восстановители окисляются с образованием соединений cepbi(VI):
v2o5 t
2SO2 + О2 2SO3 S°2 + H2°2 H2SO4
2Na2SO3 + O2 -> 2Na2SO4 SO2 + Br2 + 2H2O H2SO4 + 2HBr
:l злимодействуют с дихроматом и перманганатом калия в разных средах:
3SO2 + К2Сг2О7 + H2SO4 —> K2SO4 + Cr2(SO4)3 + Н2О
Na2SO3 + 2KMnO4 + 2КОн4ка28О4 + 2К2МпО4 + Н2О
■ ачественной реакцией на SO2 является реакция с подкисленным раствором пер¬
манганата калия:
2KMnO4 ± 5SO2 + 2Н2О -> K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4
Важно!
Реакция протекает в сернокислой среде, поэтому продуктами являются суль¬
фаты калия и марганца(П), однако для её уравнивания в левую часть необхо¬
димо добавить воду.
Соединения cepbi(VI)
SO3 — оксид серы(У1), серный ангидрид — токсичная летучая бесцветная жид-
• эсть. Образуется при окислении оксида серы(1У) кислородом в присутствии ката¬
лизатора:
v2o5
2SO2 + О2 2SO3
Оксид серы(У1) проявляет типичные свойства кислотных оксидов:
SO3 + Н2 О —> Н2 SO4 SO3 + СаО Д CaS04
SO3 + 2NaOH(ll36)—>• Na2SO4 + H2O SO3(H36 ) + NaOH NaHSO4
- сульфат натрия гидросульфат натрия
Сера в молекуле SO3 находится в высшей степени окисления +6, поэтому оксид
:еры(У1) проявляет сильные окислительные свойства. Продуктом его восстановле¬
ния является SO2:
2SO3 + С 4 2SO2 + СО2
3SO3+H2s44SO2 + H2O
5SO3 + 2р4р2О5 + 5SO2
SO3 + 2Hl4sO2 + I2 + H2O
326
Глава
H2SO4 — серная кислота — сильная двухосновная кислота. При нормальных ус¬
ловиях вязкая бесцветная жидкость, хорошо растворимая в воде. Серная кислот.
образует средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты) соли:
H2SO4 + 2КОН(изб)—> K2SO4 +2Н2О
сульфат калия
H2SO4 + КОН(нед)-+ KHSO4 +Н2О
гидросульфат
калия
H2SO4 + ВаС12 -> BaSO4; + 2НС1
NaHSO4 + NaOH Na2SO4 + Н2О
Сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов восстанавливаются углём
водородом до сульфидов:
BaSO4 + 4С 4 BaS + 4СО Na2SO4 + 4Н2 4 Na2S + 4Н2О
Продукт взаимодействия серной кислоты в реакциях со многими веществами зави¬
сит от её концентрации. Разбавленная серная кислота проявляет типичные свойства
кислот-неокислителей. Она взаимодействует с металлами, стоящими в ряду актив¬
ности левее водорода (Н2), реагирует с основаниями, основными и амфотерным:
оксидами, не окисляет неметаллы:
Fe + Н^О^азб ) —> FeSO4 + Н2|
Си + H2SO4(pa36)
2NaOH + H2SO4 — Na2SO4 + 2Н2О А12О3 + 3H2SO4 A12(SO4)3 + ЗН2О
Химические свойства концентрированной серной кислоты существенно отличают¬
ся от свойств разбавленной (см. разд. 2.4).
Применение серы и её соединений
Большая часть соединений серы (S, H2S, SO2, SO3) используется для получениж
серной кислоты. Серная кислота является основным продуктом химической npo-i
мышленности: она широко используется в органическом синтезе, применяется дл1
получения удобрений и кислот (сульфатный способ), используется для осушки га-}
зов. Серу также применяют для вулканизации каучуков и получения резинь:
(см. разд. 4.1.5), производства пороха. Оксид серы(1У) используется в качестве
консерванта в пищевой промышленности. Сульфат меди(П) применяется для при¬
готовления средств защиты растений от вредителей. Сульфат алюминия— дл!
очистки воды. Гипс CaSO4 -2Н2О применяется в медицине и строительстве. Серо¬
углерод CS2 используется для получения искусственного волокна (вискозы), а также
в качестве растворителя.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель в
чия элементов
327
■ установитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
энные уравнения.
H2SO4(kohiO КМпО4( ) о2 H2S SO2(p.p) AlBr3
S X! X2 FeSO4 FeS -> X, X3 Na2SO3 —X4 > Xt
O2 C12,H2O HI КОН(нед) KMnO4,H+ HNO3(KOHa) Cu Hp-pa)
2. H2S CuS -> Xj X2 -4 X3 X4 X5 X2 -> X6 — X2
Р(изб) H2O I2 Fe3O4 H2O2 Cui P К2Сг2О2,Н
:■ s 4-4 x, -4 x2 4 x3 -► h2so4 -4-4 so2 -4-4 x4 -> x5 -> so3 -> x5 > x4
О2(нед.) KOH HBr HNO2 O2(H3b) HNO3 КОН(нед.) BaCl2 C
- h2s—4x, —>x2-»khs-^x3—»x1-4->,x4—»x5—44x6—>x7-»x8
ОбЖИГ H2O л РПГГТЛРТкТ W K.OH
: пирит > X1 —> X2 —»олеум—> X3 —♦ c P c и _» cepa __> сероуглерод—»X4
газ
Тест
В двух пробирках раствор вещества X. В первую пробирку добавили раствор
вещества Y, в результате чего произошла реакция, которую описывает сокра¬
щённое ионное уравнение:
Cu2+ + S2~ CuS
Во вторую пробирку добавили разбавленную серную кислоту, в результате
чего выделился газ с неприятным запахом. Из предложенного перечня выбе¬
рите вещества X и Y, которые могут вступать в описанные реакции:
1)сероводород;
2) гидроксид меди(П);
3) сульфид аммония;
4) бромид меди(П);
5) сульфит калия.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
A) S и КОН
Б) SO2 и КОН (нед.)
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) K2SO3 и Н2О
2) KHSO4
В) SO2 и K2SO3 (р-р)
3) KHSO3
Г) K2S и H2SO4 (конц.)
4) K2S, K2SO3 и Н2О
5) K2SO4, SO2 и Н2О
6) H2S и K2SO4
3. Задана следующая схема превращений веществ:
H2S
HNO3(KOHtt) Y
-» олеум
328
Гпава
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Хи Y:
1) S; 4) SO3;
2) SO2; 5) H2S.
3) H2SO4;
4. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водны
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) сероводород; 3) серная кислота;
2) сульфат калия; 4) сульфит натрия.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
5. Обратимая реакция окисления сернистого газа протекает в соответствии с
термохимическим уравнением реакции
2SO2(r) + О2(г) 2SO3(r) + 198 кДж
В результате реакции поглотилось 0,99 МДж теплоты. Определите масс
(в граммах) вступившего в реакцию диоксида серы. (Запишите число с точ¬
ностью до целых.)
Для выполнения заданий 6, 7 используйте следующий перечень веществ:
сероводород, серная кислота, сернистый газ, перманганат калия, хлорид меди(П
гидроксид бария. Допустимо использование воды в качестве среды протекания ре¬
акции.
6. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови¬
тельная реакция между которыми протекает с образованием двух солей и ки¬
слоты. Запишите уравнение только одной из возможных реакций с участие’
выбранных веществ, составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель.
7. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми возможна
реакция ионного обмена, протекающая с образованием чёрного осадка. За¬
пишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с
участием выбранных веществ.
8. Газ с неприятным запахом, выделившийся при растворении магния в концен¬
трированной серной кислоте, сожгли в избытке кислорода. Продукт реакции
пропустили через сернокислый раствор дихромата калия. Полученную соль
калия выделили, высушили и прокалили с углём. Напишите уравнения четы¬
рёх описанных реакций.
9. К насыщенному при определённой температуре раствору баритовой воды
добавили 500 г воды, в результате чего массовая доля гидроксида бария е
растворе составила 1,338%. Через полученный раствор пропустили смесь га¬
зов, образовавшуюся при полном сгорании сероуглерода в кислороде, в ре¬
лАия элементов
329
зультате чего произошло полное осаждение катионов бария. При пропуска¬
нии этой же смеси газов через избыток концентрированной азотной кислоты
образуется 2,24 л (при н. у.) смеси газов. Определите растворимость гидро¬
ксида бария в воде при данной температуре.
3.16. Галогены
"алогены — ^-элементы VII группы главной подгруппы — фтор, хлор, бром, йод,
1стат и теннессин. Астат и теннессин являются радиоактивными элементами, их
.войства не рассматриваются в рамках ЕГЭ. Внешний энергетический уровень га-
□генов имеет конфигурацию ns2np5 и содержит 7 валентных электронов (п — но-
ер периода). В соединениях галогены проявляют валентности I, III, V и VII, а наи¬
более характерными степенями окисления являются -1 (наиболее устойчивая), +1,
*3, +5, +77. Исключение — фтор, проявляющий в соединениях постоянную степень
кисления-1 (рис. 3.18).
F 2s22p5 И ЕШ
2s 2р
Cl 3s23p5 И ВШ I I I I I I
3s Зр 3d
СГ 3s23p43cf' И
3s
СГ 3s23p33d2 |П]
3s
СГ 3s13p33d3 □
3s
гтгтп iti । । । i
3p 3d
ШП 1ШТТ1
3p 3d
ош m i i i
3p 3d
основное состояние
возбуждённые состояния
Рис. 3.18. Электронные конфигурации основного состояния атома F
и основного и возбуждённых состояний атома С1
Физические свойства
Галогены образуют двухатомные простые вещества: F2, С12, Вг2, 12. Атомы в мо-
текулах галогенов связаны одинарной ковалентной неполярной связью, в твёрдом
юстоянии они имеют молекулярную кристаллическую решётку. Все галогены от¬
носительно плохо растворяются в воде, имеют резкий запах и являются токсичны¬
ми веществами (табл. 3.6).
Таблица 3.6. Характеристика простых веществ — галогенов
Галоген
Характеристика
Фтор F2
Светло-жёлтый ядовитый газ с резким запахом
Хлор С12
Жёлто-зелёный удушающий газ
В соединениях хлор и бром могут также проявлять чётные степени окисления (С1О2, ВгО2).
330
Гпава ■
Таблица 3.6 (окончание
Галоген
Характеристика
Бром Вг2
Бурая жидкость с резким неприятным запахом
Йод 12
Тёмно-серое твёрдое вещество, пары йода фиолетовые
Нахождение в природе и получение
Из-за высокой химической активности галогены встречаются в природе только в
составе сложных соединений, преимущественно в виде галогенидов. Основные
источником фтора служит CaF2, хлора — NaCl и морская вода. Бром и йод также
присутствуют в морской воде в виде ионов, йод в большом количестве содержите-
в морских водорослях. Галогены являются важными биологическими компонента¬
ми: CaF2 входит в состав костной ткани и зубной эмали человека, НС1 является ос¬
новным компонентом желудочного сока, а йод необходим для нормальной работы
щитовидной железы.
1. Фтор в промышленности получают электролизом расплавов фторидов активных
металлов:
*
2NaF(pacnjiaB) -+ 2Na + F2f
Важно!
Фтор нельзя получать электролизом растворов фторидов — в реакции обра¬
зуются HF и О2.
2. Хлор можно получать как электролизом растворов, так и расплавов хлоридов:
* Ь
2NaCl + 2Н2О -> H2J + 2NaOH + Cl2f . ЗИаС!^^ -> 2Na + Cl2T
В лаборатории хлор получают окислением HCl сильными окислителями:
2КМпО4 + 16НС1 -»■ 5C1J + 2МпС12 + 2КС1 + 8Н2О
3. Бром и йод получают взаимодействием бромидов и иодидов с хлором:
2NaBr + С12 2NaCl + Br2 2KI + Cl2 2КС1 +12
Бром и йод образуются при окислении НВг и HI соответственно, а также их солей:
К2Сг2О7 + 14НВг ЗВг2 + 2СгВг3 + 2КВг + 7Н2О
MnO2 + 2KI + 2H2SO4 -И2 + MnSO4 + K2SO4 + 2Н2О .
Для качественного определения йода используют крахмал: при их смешении появ¬
ляется характерное синее окрашивание.
*ллия элементов
331
Химические свойства
Ко завершения внешнего уровня атомам галогенов не хватает одного электрона,
-: этому в реакциях они проявляют сильные окислительные свойства и взаимодей-
. гвуют практически со всеми простыми веществами.
Галогены реагируют с металлами с образованием галогенидов:
Mg + С12 -» MgCl2 Zn + Br2 -> ZnBr2
t н2о
2Na + Cl2 -> 2NaCl 2A1 + 3I2 —» 2A1I3
Фтор проявляет очень сильные окислительные свойства, поэтому при нагрева¬
нии взаимодействует даже с неактивными металлами и некоторыми инертными
газами.
Фтор, хлор и бром окисляют железо до Fe+3, а медь до Си+2:
2Fe + 3 С12 4 2FeCl3 Си + Вг2 4 СиВг2
Более слабый окислитель — йод — окисляет железо до Fe+2, а медь до Cu+1:
Fe + I2 -»Fel2 2Cu +12 -> 2CuI
2. Галогены реагируют с неметаллами.
• При взаимодействии с водородом образуются галогеноводороды, при этом
чем активнее галоген, тем легче протекает реакция:
F2 + Н2 -> 2HF Вг2 + Н2 4 2НВг
Tzv t
С12 + Н2->2НС1 I2 + Н2 г± 2HI - (Э
• Из галогенов с кислородом взаимодействует только фтор. В реакции образу¬
ется фторид кислорода:
+2
2F2 + О2 —► 2OF2
Важно!
Хлор, бром и йод с кислородом не реагируют.
• В реакциях с серой образуются галогениды различного состава:
S + 3F2 SF6 S + Вг2 4 SBr2
2S + C124s2C12 s + ci24sci2
Иод с серой не взаимодействует.
332
Гпава ■
• Все галогены вступают в реакцию с фосфором. Степень окисления фосфора i
образующемся соединении зависит от соотношения реагирующих веществ:
2Р + ЗС12(Нед.) -> 2РС13 2Р + 5Вг2(Изб) -> 2РВг5
При взаимодействии фосфора с фтором образуется только фторид фосфо-
pa(V), а с йодом — только иодид фосфора(Ш):
2Р + 5F2 4 2PF5 2Р + 312 4 2Р13
• Все галогены вступают в реакцию с кремнием, при этом с углеродом взаимо¬
действует только фтор:
Si + 2С12 4 SiCl4 С + 2F2 4 CF4
Фтор проявляет очень сильные окислительные свойства, поэтому SiF4 также
можно получить реакцией фтора с диоксидом кремния:
SiO2 + 2F2 —> SiF4 + О2
• Галогены могут реагировать друг с другом, при этом отрицательную степень
окисления в соединении проявляет более электроотрицательный галоген:
t +1 -1 t +5-1
Br2 + Cl2 -> 2BrCl I2 + 5F2 -» 2IF5
• С азотом галогены непосредственно не взаимодействуют.
Бинарные соединения галогенов подвергаются водному и щелочному гидролиз)
РС15 + 4НОН Н3РО4 + 5НС1 SiBr4 + 6КОН -► K2SiO3 + 4КВг + ЗН2О
IF5 + ЗНОН НЮ3 + 5HF PI3 + ЗНОН -+ Н3РО3 + 3HI
3. Галогены взаимодействуют с водой и растворами щелочей.
• Фтор при растворении в воде окисляет кислород, входящий в её состав — вс-
да горит в атмосфере фтора:
О -2 -10
2F2 + 2Н2О -+ 4HF + О2?
При взаимодействии с растворами щелочей фтор окисляет воду с образова
нием фторида кислорода:
+2-1
2F2 + 2NaOH -+ 2NaF + OF2f + H2O
• Другие галогены при растворении в воде диспропорционируют. Так, при рас
творении хлора в воде образуется смесь хлороводородной и хлорноватиста?
кислот:
0 -1 +1
С12 + Н2О НС1 + НС1О
хлорная вода
■ имия элементов
333
При повышении температуры образующаяся хлорноватистая кислота разла¬
гается на хлороводородную и хлорноватую кислоты:
ЗС12 + ЗН2О i 5НС1 + НС1О3
При взаимодействии с растворами щелочей хлор также диспропорционирует.
В холодном растворе щёлочи образуется гипохлорит, в горячем - хлорат:
0 хол. -1+1 о гор. -1 +5
С12 + 2КОН —> КС1 + КСЮ + Н2О 3 С12 + 6КОН —> 5КС1 + КС1О3 + ЗН2О
гипохлорит хлорат калия
калия
При взаимодействии хлора с холодным раствором гидроксида кальция обра¬
зуется смешанная соль хлорид-гипохлорит кальция (хлорная известь):
. 2С12 + 2Са(ОН)2 СаС12 + Са(С1О)2 + 2Н2О
Са(С1О)С1
Бром реагирует со щелочами аналогично хлору, а йод при любой температу¬
ре проведения реакции образует только иодид и иодат:
Br2 + 2КОН KBr + KBrO + Н2О 3I2 + 6КОН -> 5KI + К1О3 + ЗН2О
4. В водных растворах хлор окисляет бром и йод.
В реакциях образуются хлороводородная кислота и кислородсодержащие кисло¬
ты брома и йода в степени окисления +5:
5С12 + Вг2 + 6Н2О 2HBrO3 + 10НС1 5С12 +12 + 6Н2О -> 2НЮ3 + 10НС1
При окислении в щелочной среде образуются соли:
5С12 + Br2 + 12NaOH -> 2NaBrO3 + lONaCl + 6Н2О
Фтор в данные реакции не вступает, поскольку при взаимодействии с водными
растворами веществ окисляет воду.
5. Стоящие выше в таблице Менделеева галогены вытесняют стоящие ниже из рас¬
творов галогеноводородов и их солей:
Br2 + 2KI I2 + 2KBr С12 + 2HI -+ I2 + 2НС1
12 4- KBr С12 + Agl
нерастворим
Галогены вытесняют серу из растворов сульфидов и сероводорода:
С12 + H2S —► S + 2НС1 Br2 + K2S —> S + 2КВг
334
Гпава 3
6. Галогены проявляют сильные окислительные свойства и окисляют многие слож¬
ные вещества:
2FeCl2 + С12 2FeCl3
SO2 + I2 + 2Н2О H2SO4 + 2HI
Р2О3 + 2С12 + ЮКОН -> 2К3РО4 + 4КС1 + 5Н2О
СО + С12 + 4NaOH Na2CO3 + 2NaCl + 2Н2О
2Сг(ОН)3 + 3Br2 + lONaOH -> 2Na2CrO4 + 6NaBr + 8Н2О
7. Восстановительные свойства галогенов выражены очень слабо: они не взаимо¬
действуют с типичными окислителями. Исключением является йод, окисляю¬
щийся под действием HNO3, Н2О2 и НС1О3 до йодноватой кислоты:
I2 + 10HNO3(kohii) 2НЮ3 + 10NO2f + 4Н2О
12 + 5Н2О2 2НЮ3 + 4Н2О
12 + 2НС1О3 -► 2НЮ3 + С12
Гал огено водороды
Галогеноводороды—- бинарные соединения галогенов с водородом. Галогеноводо-
роды хорошо растворяются в воде и при растворении образуют соответствующие
кислоты, сила которых увеличивается от HF к HI (рис. 3.19).
HF
HCI
НВг
HI
галогеноводород
фтороводород
хлороводород
бромоводород
иодоводород
кислота
фтороводородная
(плавиковая)
хлороводородная
(соляная)
бромоводородная
иодоводородна?
сила кислоты
слабая
сильная
сильная
сильная
увеличиваются длина связи, кислотные свойства, восстановительные свойства
Рис. 3.19. Галогеноводороды и их кислоты
В молекуле HF атомы водорода и фтора связаны водородной связью, что обуслов¬
ливает большую прочность молекулы HF и меньшую силу соответствующей фто¬
роводородной кислоты (меньшая способность к диссоциации). В свою очередь, из-
за большого радиуса йода длина ковалентной связи в молекуле HI наибольшая сре¬
ди галогеноводородов. Это обусловливает меньшую устойчивость молекулы HI к
более сильные свойства соответствующей кислоты (большая способность к диссо¬
циации).
Xjmuh элементов 335
HF является слабой кислотой, a HCI, НВг и HI — сильными.
? детворы галогеноводородов проявляют типичные свойства кислот:
НВг 4- Zn —> ZnBr2 + Н2 J HCI + Cu
2HF 4- Na2O -+ 2NaF + H2O 2HI + Fe(OH)2 Fel2 + 2H2O
HCI 4- NH3 -> NH4C1 2HCI + K2CO3 -» 2KC1 4- CO2f + H2O
I Важно!
Плавиковая кислота HF взаимодействует с кремнием и песком (растворяет
стекло):
SiO2 + 4HF -> SiF4 + 2Н2О Si + 4HF -► SiF4 4- 2Н2
томы галогенов в галогеноводородах и их солях находятся в минимальной степе¬
ни окисления -1. Это обусловливает их восстановительные свойства, усиливаю¬
щиеся от НС1 к HL
♦ HF и фториды не проявляют восстановительные свойства. При взаимодействии
твёрдых фторидов с H2SO4(KOHIl) протекает реакция обмена с образованием фто¬
роводорода:
CaF2(TB) + H2SO4 — CaSO4 + 2HFf
♦ HCI и хлориды окисляются только под действием очень сильных окислителей:
КС1О3 4- 5КС1 + 3H2SO4 -► ЗС12Т 4- 3K2SO4 4- ЗН2О
2КМпО4 4- 16НС1(конЮ -> 5С12Т + 2МпС12 + 2КС1 + 8Н2О
При взаимодействии твёрдых хлоридов с H2SO4(KOH4) протекает реакция обмена,
приводящая к образованию хлороводорода:
NaCl(TB) + H2SO4(Komi) NaHSO4 + HClf
♦ НВг и бромиды проявляют более сильные восстановительные свойства и в отли¬
чие от фторидов и хлоридов окисляются концентрированной серной кислотой:
2НВг + H2SO4(Kom) Br2 + SOJ 4- 2Н2О
6KBr + K2Cr2O7 + 7H2SO4 -> ЗВг2 4- Cr2(SO4)3 4- 4K2SO4 4- 7Н2О
♦ HI и иодиды являются очень сильными восстановителями. Они окисляются даже
под действием слабых окислителей:
2Fe(OH)3 4- 6HI 2FeI2 4-12 4- 6Н2О 2CuC12 4- 4NaI -> 2СиЦ 4-12 + 4NaCl
336
Гпава 3
Под действием HI и иодидов Н28О4(конц) восстанавливается до H2S:
8HI + H2SO4„ 4I2 4- H2S? + 4H2O
Важно!
При взаимодействии иодида калия с перманганатом калия в щелочной среде
в реагентах не указывается формула щёлочи (реакция уравнивается без неё):
кон
2КМпО4 + 2KI —> 2К2МпО4 + 12
Кислородсодержащие соединения галогенов
Среди галогенов с кислородом взаимодействует только F2. В реакции образуется
фторид кислорода (не оксид фтора):
О2 + 2F2 —> 2OF2
Оксиды хлора, брома и йода получают косвенным путём:
2НЮ3 412О5 + Н2О 2НС1О4 + Р2О5 4 С12О7 + 2НРО3
Наиболее устойчивыми оксидами галогенов являются С12О, С1О2, С12О7 и 12О5.
Оксиды галогенов проявляют кислотные свойства и взаимодействуют с водой с об¬
разованием соответствующих кислот, а со щелочами — с образованием солей:
С12О7 + Н2О -> 2НС1О4 I2O5 + 2NaOH — 2NaIO3 + Н2О
Оксид хлора(1У) при взаимодействии с водой диспропорционирует с образованием
двух кислот, а при взаимодействии со щелочами — с образованием двух солей:
2С1О2 + Н2О НС1О2 + НС1О3 2С1О2 + 2К0Н -> КС1О2 + КС1О3 + Н2О
Среди кислородсодержащих кислот галогенов наибольшее практическое примене¬
ние имеют кислоты хлора и их соли (табл. 3.7).
Таблица 3.7. Кислородосодержащие кислоты хлора
Формула
НСЮ
НС1О2
НС1О3
НС1О4
Название кислоты
Хлорноватистая
Хлористая
Хлорноватая
Хлорная
Название солей
Гипохлориты
Хлориты
Хлораты
Перхлораты
Сила кислот
Слабая
Сильная
Кислородсодержащие соединения галогенов проявляют сильные окислительные
свойства:
I2O5 + 5СО 412 + 5СО2 НСЮ + H2S 4 S + HCl + Н2О
I
Химия элементов 337
Одним из важнейших окислителей является хлорат калия КС1О3 (бертолетова соль):
2КС1О3 + 3S 4 2К.С1 + 3SO2
5КС1О3 + 6Р 4 5КС1 + ЗР2О5
КС1О3 + ЗН2О2 4 КС1 + ЗО2| + ЗН2О
КС1О3 + 5К.С1 + 3H2SO4 4 3Cl2t + 3K2SO4 + ЗН2О
Cr2O3 + К.СЮ3 + 4КОН 4 2K2CrO4 + КС1 + 2Н2О
При нагревании хлорат калия разлагается:
4КС1О3 4 КС1 + ЗКС1О4 2КСЮ3 ^4 2КС1 + 3O2f
Под действием сильного окислителя — фтора — бертолетова соль окисляется до
перхлората калия:
КС1О3 + F2 + 2КОН -> КС1О4 + 2KF + Н2О
Важно!
Фтор не образует кислородсодержащих кислот.
Применение галогенов
Фтор используют при синтезе полимеров, важнейшим из которых является тетра-
фторэтилен (тефлон), применяемый в качестве антипригарного покрытия. Фтор и
хлор используются при производстве хладагентов — фреонов. Фториды металлов
находят применение в косметической индустрии при производстве зубных паст.
Хлор, гипохлориты и белильная известь Са(С1О)С1 широко применяются для отбе¬
ливания тканей и дезинфекции воды. Хлор используется в производстве хлорсо¬
держащих органических полимеров (поливинилхлорид), пластиков и синтетическо¬
го каучука (см. разд. 4.1.2 и 4.1.5}. Соляная кислота применяется при обработке ис¬
копаемых руд, а также для очистки поверхности металлов. Поваренная соль
используется в медицине для приготовления физиологического раствора и в пище-
зой промышленности. Хлорид калия является удобрением в сельском хозяйстве.
Бертолетова соль используется в пиротехнике и в производстве спичек.
Бром, бромиды натрия и калия применяются в фармацевтике.
Спиртовой раствор йода используется в медицине для дезинфекции порезов и ца¬
рапин.
338
Гпава
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Для окислительно¬
восстановительных реакций составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель. Для реакций ионного обмена составьте полное и сокращённое
ионные уравнения.
HNO3(KOHU)
1. 12 >
со кон
MnO2,H Cr2O3,NaOH Ъ (р-ра) С12
»Х5 > Х6 »Х7 -> NaClO,
. КМп04 КОН(ход) РНз.КОН КС1О3,Н+ SO2(p.p) Fe Н^О^, К2Сг2О7__
2. НС1 > X! »Х2 Х3 » X! » Х4 Х5 >Х4 »X!
н2о H2so4(KOatt) н2о2 t кон
3. CaF2 —» F2 —»Xi —>NaF *'х, CuF2 Cui->I2—>Х2->Х3—> Х4 '
4 (р-ра) КОН(гор) t, МпО2 12>КОН К1,Н
4. ВаС12—i->Xi !-Ух2 >Х3->С12- >Х4 ;
Fe3O4 НNO3(KOhu.)
—*х6 »12
5.
поваренная
соль
хпо - —> бертолетова перхлорат хлорид соляная NHj у
р соль калия калия ^кислота Л1
Тест
1.
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
А) НВг
Б) 12
В) АП3 (р-р)
Г) КС1О3
1)
2)
3)
4)
5)
РЕАГЕНТЫ
КОН, Вг2, Na3PO4
HNO3, Са(ОН)2, КВг
Н2О2, НС1, Р
KMnO4, Fe(OH)2, КА1О2
Cu, NaOH, Na2S (р-р)
2.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре-
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
А) С12 и NaOH (хол.)
Б) С12О и NaOH
В) С12 и NaOH (гор.)
Г) С1О2 и NaOH
1)
2)
3)
4)
5)
6)
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
NaC102, NaC103 и Н2О
NaCl и Н2О
NaCl, NaClO и Н2О
NaCl, NaC103 и Н2О
NaClO и Н2О
NaClO3 и Н2О
• имия элементов
339
Установите соответствие между уравнением реакции и свойством атома га¬
логена в ней.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
A) 2F2 + 2К0Н 2KF + OF2 + Н2О
Б) КВг + Н3РО4 -> КН2РО4 + НВг
В) 4С12О ЗС12 + 2С1О2
СВОЙСТВО АТОМА ГАЛОГЕНА
1) только окислитель
2) только восстановитель
3) и окислитель, и восстановитель
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) хлорат калия; 3) гипохлорит калия;
2) хлорная кислота; 4) фтороводород.
Запишите номера веществ в порядке возрастания значения pH их водных рас¬
творов.
Установите соответствие между реагирующими веществами и признаком
протекающей между ними реакции.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) хлорид калия и нитрат серебра(1)
Б) фосфат натрия и нитрат серебра(1)
В) иодид калия и нитрат серебра(1)
Г) иодид натрия и нитрат свинца(П)
ПРИЗНАК РЕАКЦИИ
1) образование жёлтого осадка
2) образование чёрного осадка
3) образование бурого осадка
4) образование белого осадка
5) без видимых признаков
изменений
Для выполнения заданий 6, 7 используйте следующий перечень веществ:
гидроксид натрия, соляная кислота, бертолетова соль, оксид серы(ГУ), фтороводо¬
род, нитрат калия. Допустимо использование воды в качестве среды протекания
реакции.
6. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстанови¬
тельная реакция между которыми протекает с образованием простого веще¬
ства. Запишите уравнение только одной из возможных реакций с участием
выбранных веществ, составьте электронный баланс, укажите окислитель и
восстановитель.
7. Из предложенного перечня выберите слабую кислоту и вещество, между ко¬
торыми возможна реакция ионного обмена. Запишите молекулярное, полное
и сокращённое ионные уравнения реакции с участием выбранных веществ.
340 Глава
8. Хлорат калия смешали с фтором и гидроксидом калия. Полученную кисло¬
родсодержащую соль выделили, высушили и сплавили с оксидом хрома(Ш) в
гидроксидом калия. Полученную соль хлора выделили, растворили в воде в
пропустили через раствор электрический ток. В атмосфере газа, выделивше- i
гося на аноде, нагрели железо. Напишите уравнения четырёх описанных ре¬
акций.
9. Через 365 г раствора, содержащего иодид калия и соляную кислоту, посте¬
пенно пропускали газообразный хлор до потемнения, а затем полного обес- ,
цвечивания раствора. Масса хлорид-анионов в образовавшемся растворе уве¬
личилась в 4,6 раза по сравнению с исходным раствором. На нейтрализацик
образовавшегося раствора было израсходовано 1610г 12%-ного раствора
пищевой соды. Определите массовую долю воды в образовавшемся после
нейтрализации растворе.
Итоговый тест по неорганической химии
1. В двух пробирках раствор соли X. В первую пробирку добавили раствор ам¬
миака, а во вторую — раствор соли У, при этом в каждой из пробирок наблю¬
дали образование белого осадка. Из предложенного перечня выберите веще¬
ства Xи У, которые могут вступать в описанные реакции:
1) бромид железа(Ш); 4) сульфат меди(И);
2) фосфат калия; 5) фосфат кальция.
3) хлорид алюминия;
2. В пробирку с раствором соли X добавили раствор слабого электролита У.
В результате реакции выделился газ с резким запахом. Из предложенного пе¬
речня выберите вещества X и Y, которые могут вступать в описанную реак¬
цию:
1) гидросульфит натрия; 4) иодоводородная кислота;
2) азотистая кислота; 5) сульфат аммония.
3) сульфид калия;
3, Через пробирку с раствором X пропустили газ У, в результате чего произошло
образование чёрного осадка. Из предложенного перечня выберите вещества X
и У, которые могут вступать в описанную реакцию:
1) хлорид магния; 4) аммиак;
2) сероводород; 5) хлорид железа(Ш).
3) хлорид меди(П);
Химия элементов
341
4, В двух пробирках раствор вещества X. В первую пробирку добавили раствор
соляной кислоты и наблюдали выделение газа без цвета и запаха. В другую
пробирку добавили избыток раствора вещества Y, в результате чего протекла
реакция без видимых признаков изменений. Из предложенного перечня вы¬
берите вещества X и У, которые могут вступать в описанные реакции:
1) гидроксид натрия; 4) карбонат аммония;
2) гидрокарбонат калия; 5) гидроксид бария.
3) гидросульфат натрия;
5. В пробирку с раствором соли X добавили раствор сильной кислоты У, в ре¬
зультате чего наблюдали образование белого осадка. Из предложенного пе¬
речня выберите вещества X и У, которые могут вступать в описанную реак¬
цию:
1) азотистая кислота; 4) силикат калия;
2) нитрат серебра(1); 5) фтороводородная кислота.
3) ио доводородная кислота;
6. Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото-
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
РЕАГЕНТЫ
А) Ва12
1)
S, H2SO4, О2
Б) Fe
2)
NaCl, Br2, KNO3
В) Н2О2
3)
K2SO4, HNO3, КОН
Г) SO2 (р-р)
4)
Cl2, K2SO3, КМпО4 (р-р)
5)
КОН, NO2, Zn(OH)2
7. Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото-
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО РЕАГЕНТЫ
A) ZnO 1) HNO3, К2О, С12
Б) LiOH 2) Al, NaOH, НВг
В) S 3) Н2О, HCI, Na2O
Г) SiO2 4) К3РО4, 12, КНСО3
5) F2, КОН, С
342
Гпава 3
8.
1
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО РЕАГЕНТЫ
A) Fe3O4 1) СО, HNO3, Al
Б) КОН 2) HNO3, FeCl3, О2
В) SO3 3) HCI, Н2О, H2SO4
Г) Си 4) HI, Н2О, СиО
5) H2SO4, AgNO3, Na2O
9.
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО РЕАГЕНТЫ
А) А1С13 (р-р) 1) О2, НВг, Н2
Б) Си2О 2) N2, NaOH, HNO2
В) H2SO4 3) КНСО3, Mg, КОН
Г) Р 4) HNO3, КОН, Вг2
5) HI, S, СО2
ИЗ
кото-
10.
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО РЕАГЕНТЫ
А) 12 1) Н2О, NaOH, КС1
Б) Si 2) HCl, КОН, С
В) ВеО 3) КОН, F2, О2
Г) SiO2 4) HNO3, Н2О2, Си
5) F2, Са3(РО4)2, КОН
из
кото-
11.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
A) MgS и Н2О 1) MgSO4 и Н2О
Б) Mg и H2SO4 (конц.) 2) Mg(OH)2 и H2S
В) Mg и H2SO4 (разб.) 3) MgSO4 и Н2
в ре-
t имия элементов
343
Г) MgH2 и H2SO4 (разб.)
4) MgSO4, H2S и Н20
5) Mg(OH)2, SO2 и Н20
6) MgSO3, S02 и Н20
12. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
А)
КС1, КС1О3 и H2SO4
1)
НС1 и KHSO4
Б)
КС1 (тв.) и H2SO4 (конц.)
2)
Cl2, SO2, K2SO4 и Н2О
В)
Cl2, KHSO3 и Н2О
3)
Cl2, K2SO4 и Н2О
Г)
Cl2, SO2 и КОН
4)
КС1О3 и H2S
5)
HCl, KHSO4, SO2 и H2O
6)
КС1, K2SO4 и H2O
13. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
А)
NH3 и КС1О3
1) N2, КС1О4 и Н2О
Б)
NH4C1 и kno2 , t
2) КС1 и HNO2
В)
KNO2 и HCl
3) NO, С12 и КОН
Г)
NO, КСЮ и КОН
4) N2, КС1 и Н2О
5) NO2, КС1 и Н2О
6) KNO3, КС1 и Н2О
14. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
A) S и КОН
1) KHSO3
Б) SO2 и КОН
2) K2S, K2SO3 и Н2О
В) KHSO3, t
3) H2S и K2SO4
Г) K2S и H2SO4 (конц.)
4) KHSO4
5) K2SO3, SO2 и H2O
6) K2SO4, SO2 и H2O
344 Глава
15. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
А) Ва(ОН)2 и Р2О3
1) Ва3(РО4)2 и Н2О
Б) Ва3Р2 и Н2О
2) Ва3(РО4)2 и Н2
В) Ва3(РО4)2 и Н3РО4
3) ВаНРО3 и Н2О
Г) Р и Ва(ОН)2 (р-р)
4) Ва(ОН)2 и РН3
5) Ва(Н2РО2)2 и РН3
6) Ва(Н2РО4)2
16. Задана следующая схема превращений веществ:
°2 Н2О(хол)
Na -» X » Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Хи У:
1) Na2O; 4) NaH;
2) О,; 5) Na2O2.
3) Н2О2;
17. Задана следующая схема превращений веществ:
о2, Pt о2
X »NO -> Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) NO2; 4) NH3;
2) N2O3; 5) N2O5.
3) N2O;
18. Задана следующая схема превращений веществ:
X Y
S -»сульфит калия-» сернистый газ
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) К; 4) H2SiO3;
2) К2О; 5) КОН.
3) А1С13 (р-р);
Химия элементов
345
19. Задана следующая схема превращений веществ:
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) FeO; 4) Fe2O3;
2) Fe(NO3)2; 5) Fe3O4.
3) Fe(NO3)3;
20. Задана следующая схема превращений веществ:
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) А1; 4) К[А1(ОН)4];
2) А14С3; 5) КА1О2.
3) А1(ОН)3;
21.
Установите соответствие между формулами веществ и реагентом, с помощью
которого можно различить эти вещества.
ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ РЕАГЕНТ
A) MgCl2 (р-р) и АП3 (р-р) 1) FeBr2
Б) KNO3 (тв.) и AgCl 2) К3РО4
В) BaSO4 и Mg(OH)2 3) H2SO4 (разб.)
Г) Са и Mg 4) Н2О
5) AgNO3
22. Установите соответствие между формулами веществ и реагентом, с помощью
которого можно различить эти вещества.
ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ
РЕАГЕНТ
A) HNO3 (конц.) и H2SO4 (конц.)
1) Н2О
Б) С и Si
2) Fe(OH)3
В) К2СО3 (р-р) и Na3PO4 (р-р)
3) NaOH
Г) А1С13 (р-р) и MgBr2 (р-р)
4) Си
5) LiCl
i
346
Глава
23. Установите соответствие между реагирующими веществами и признаке!
протекающей между ними реакции.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
ПРИЗНАК РЕАКЦИИ
А) хлорид меди(П) и гидроксид натрия
Б) гидросульфат натрия и хлорид
бария
1) растворение осадка
2) выделение газа
3) образование осадка
В) нитрат алюминия и гидросульфид
калия
4) растворение осадка и выделение
газа
Г) гидроксокарбонат меди(П) и соля¬
ная кислота
5) образование осадка и выделение
газа
24. Установите соответствие между формулами веществ и реагентом, с помощь?
которого можно различить эти вещества.
ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ
РЕАГЕНТ
А) КНСО3 и Na2HPO4
1) NaNO3
Б) 12 и Вг2
В) СО2 и СО
• Г) Ag и Mg
2) КОН
3) Са(ОН)2
4) НС1
5) крахмал
25.
Установите соответствие между реагирующими веществами и признаке-
протекающей между ними реакции.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) фторид аммония и нитрит натрия, t
Б) сульфит натрия и соляная кислота
В) хлорид аммония и гидроксид каль¬
ция, t
Г) хлорид алюминия и избыток гид¬
роксида кальция
ПРИЗНАК РЕАКЦИИ
1) растворение осадка
2) выделение газа без цвета и запаха
3) выделение газа с резким запахох
4) образование осадка и его после¬
дующее растворение
5) образование окрашенного осадка
26. Установите соответствие между областью применения и веществом.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
А) производство стекла
Б) производство удобрений
В) очистка воды
ВЕЩЕСТВО
1) азотная кислота
2) хлорная известь
3) сода
4) негашёная известь
<имия элементов
347
27. Установите соответствие между веществом и сырьём, использующимся при
промышленном получении данного вещества.
ВЕЩЕСТВО
СЫРЬЁ
А) аммиак
1) хлорид аммония
Б) хлор
2) оксид натрия
В) гидроксид натрия
3) воздух
4) поваренная соль
28. Установите соответствие между веществом и областью его применения.
ВЕЩЕСТВО
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
А) аммонийная селитра
1) средство очистки растений
Б) пирит
2) удобрение
В) двойной суперфосфат
3) пищевая промышленность
4) производство серной кислоты
29. Установите соответствие между технологическим процессом и аппаратом,
в котором протекает данный процесс.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
АППАРАТ
А) концентрирование кислорода из
1) ректификационная колонна
воздуха
2) компрессор
Б) получение олеума
3) поглотительная башня
В) каталитическое взаимодействие
азота и водорода
4) колонна синтеза
30. Установите соответствие между областью применения и веществом.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕЩЕСТВО
А) авиастроительная промышленность 1) йод
Б) производство питьевой соды 2) углекислый газ
В) восстановление металлов из их ок- 3) магний-алюминиевые сплавы
сидов 4) натрий
31. Фосфат кальция нагрели с кремнезёмом и углём. Полученное простое веще¬
ство нагрели с недостатком серы. Продукт реакции растворили в концентри¬
рованной азотной кислоте. В концентрированном растворе одной из полу¬
ченных кислот при нагревании растворили медь. Напишите уравнения четы¬
рёх описанных реакций.
32. Через раствор манганата калия пропустили хлор. Полученное соединение
марганца выделили, высушили и прокалили. Выделившийся при этом газ
348
Гпава 3
смешали с газом, образовавшимся при растворении железной окалины в кон¬
центрированной азотной кислоте, и пропустили через раствор едкого кали.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
33. Оксид хрома(Ш) нагрели с карбонатом калия. Твёрдый продукт реакции до¬
бавили к плаву гидроксида калия и нитрата натрия. Полученное вещество
жёлтого цвета внесли в разбавленный раствор серной кислоты. Через образо¬
вавшийся раствор пропустили хлороводород. Напишите уравнения четырёх
описанных реакций.
34. Железо сожгли в кислороде. Продукт реакции растворили в иодоводородной
кислоте. Полученную соль растворили в концентрированной серной кислоте.
Выделившийся газ с резким запахом пропустили через подкисленный рас¬
твор перманганата натрия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
35. Фосфид алюминия растворили в бромоводородной кислоте. Выделившийся
газ смешали с хлоратом калия и гидроксидом калия. Продукты реакции рас¬
творили в воде и пропустили через раствор электрический ток. Газ, выде¬
лившийся на аноде, пропустили через холодный раствор гашёной извести.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
Глава 4
Органическая химия
В данной главе рассмотрены физические и химические свойства основных классов
рганических соединений, способы их получения и области применения.
Органическая химия — раздел химии, изучающий строение, получение и химиче¬
ские свойства соединений углерода.
Атомы углерода способны связываться между собой и образовывать углеродные
_епи различной длины и строения. Это обусловливает многообразие органических
. □единений, число которых на данный момент превышает 30 млн.
Сосновой всех органических соединений являются углеводороды — вещества, в со¬
став которых входят только атомы углерода и водорода. Атомы углерода в молеку¬
лах углеводородов могут быть связаны одинарными (—), двойными (=) или трой¬
ными (=) связями.
Валентность водорода всегда равна I, поэтому атомы углерода и водорода связаны
одинарными сигма-связями.
Сигма-связь (о-связь) — связь, образованная перекрыванием электронных облаков
вдоль линии, соединяющей ядра атомов (осевое перекрывание).
Общее число связей каждого атома углерода во всех органических веществах равно
четырём.
Н Н Н
। । ।
н-с-с-с-н
I I I
н н н
Во всех органических соединениях валентность углерода равна IV.
Производными углеводородов называют соединения, в молекуле которых один или
несколько атомов водорода замещены на функциональную группу.
Функциональная группа — связанный с углеродом структурный фрагмент молеку¬
лы, определяющий её специфические химические свойства.
Наличие у веществ определённой функциональной группы является основным при¬
знаком классификации органических соединений (табл. 4.1).
350
Гпава 4
Таблица 4.1. Классификация производных углеводородов
Функциональная группа
Класс соединений
Название
-F, -Cl, -Br, -I
Г алогенпроизводные
фтор-, хлор-, бром-, йод-
-no2
Нитросоединения
нитро-
-ОН
Спирты, фенолы
-ол
1
о
/ \\
к о
Альдегиды
-аль
О
r-c-r2
Кетоны
-нон
-с';°
ОН
Карбоновые кислоты
-овая кислота
-nh2
Амины
-амин/амино-
Далее представлены формулы некоторых производных углеводородов:
Н НН
н-с-о-н н-c-ci h-c-no2
Н НН
метанол хлорметан нитрометан
На практике для написания реакций используют сокращённые структурные форму¬
лы веществ:
СН3ОН СН3С1 CH3NO2
Способность атомов углерода образовывать углеродные цепи различного строения
обусловливает существование изомеров. Изомерия характерна для каждого класса
органических соединений.
Изомеры— вещества, имеющие одинаковый количественный состав (брутто-
формулу), но разное строение и, следовательно, разные свойства.
Брутто-формула— молекулярная формула соединения, неотражающая порядок
связей в молекуле.
Так, формуле С4Н10 соответствуют два изомера:
с4н10| сн3-сн2-сн2-сн3 сн3-сн-сн3
СН3
А формуле С5Н12 — три:
СН3 СН3
с5н12| сн3-сн2-сн2-сн2-сн3 сн3-сн-сн2-сн3 сн3-с-сн3
сн3
: паническая химия
351
□•се изомеры можно разделить на несколько видов1 (см. рис. 4.1).
Изомерия
структурная
пространственная
углеродного
скелета
положения
межклассовая
♦ кратной связи
♦ функциональной группы
геометрическая оптическая
♦ ц1/с-л?ранс-изомерия
Рис. 4.1. Виды изомерии
Более подробно изомерия будет рассмотрена при изучении строения различных
классов органических соединений.
4.1. Углеводороды
Углеводороды — органические вещества, состоящие из атомов углерода и водоро¬
да. В зависимости от строения углеродной цепи (скелета) и числа связей между
атомами углерода углеводороды подразделяют на несколько классов (рис. 4.2).
Углеводороды
ациклические (алифатические)
циклические
предельные
ароматические
непредельные
алициклические
алканы алкены алкадиены алкины
циклоалканы циклоалкены арены
Рис. 4.2. Классификация углеводородов
4.1.1. Алканы
Алканы — это предельные углеводороды нециклического строения с общей фор¬
мулой С„Н2и+2:
|С2Н2.2+2 ~ С2Н6|
| С3Н2.3+2 - С3Н81
С4Н2.4+2 - C4H1Q
сн3-сн3 сн3-сн2-сн3
сн3-сн2-сн2-сн3
1 Оптическая изомерия не рассматривается в рамках ЕГЭ.
352
Гпава 4
Гомологи — вещества, соответствующие одной общей формуле и имеющие схожие
строение и свойства, но отличающиеся друг от друга на одну или несколько
-СН2- групп — гомологическую разность (табл. 4.2).
Таблица 4.2. Гомологический ряд алканов и их радикалы
Алкан
Радикал
формула
название
агрегатное
состояние
формула
название
сн4
Метан
Газ
-СН3
Метил
с2н6
Этан
-с2н5
Этил
С3Н8
Пропан
-С3Н7
Пропил
с4н10
Бутан
-с4н9
Бутил
с5н12
Пентан
Жидкость
-С5Н„
Пентил
с6н14
Гексан
-с6н13
Гексил
с7н16
Гептан
-С7Н15
Гептил
С8Н]8
Октан
“^8^17
Октил
С9Н20
Нонан
-С9Н19
Нонил
Ci0H22
Декан
—С10Н21
Децил
В молекулах алканов присутствуют только одинарные сигма-связи (о-связи).
Например, молекула метана содержит четыре о-связи, а молекула этана— семь
о-связей:
н
|о
н-с-н
н
н н
1° 1°
н-с-с-н
|с |а
н н
метан
этан
Строение
В основном состоянии атом углерода содержит два неспаренных электрона на
внешнем уровне. При переходе в возбуждённое состояние неспаренных электронов
становится четыре, при этом один из них находится на 5-орбитали, а три других —
на р-орбитали внешнего энергетического уровня (рис. 4.3).
В органических соединениях атомы углерода могут находиться в состоянии sp '
sp2 - или 5/7-гибридизации.
Огамическая химия
353
С 2s22p2 И Ш
2s 2р
С’ 2s'2p3 □ It. It. It.I
г 2s 2р
основное состояние
возбуждённое состояние
Рис. 4.3. Электронная конфигурация основного
и возбуждённого состояния атома С
Гибридизация — смешение различных атомных орбиталей, в результате которого
-роисходит их выравнивание по форме и энергии.
-ломы углерода в молекулах алканов находятся в состоянии sp3 -гибридизации.
В этом случае происходит смешение одной 5- и трёх /7-орбиталей атома углерода с
эразованием четырёх гибридных орбиталей, имеющих форму «неправильной
: эсьмёрки» (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Схема образования л/Дгибридных орбиталей
в молекуле метана
Образующиеся гибридные орбитали располагаются максимально отдалённо друг от
’руга под углом 109°28' (валентный угол). В результате образуется тетраэдр, в цен¬
-ре которого находится ядро атома углерода.
Длина углерод-углеродной связи -С-С- в молекулах алканов составляет 0,154 нм.
Изомерия
.Для алканов характерна структурная изомерия углеродного скелета.
ТУ метана, этана и пропана структурных изомеров нет:
СН4 СН3-СН3 сн3-сн2-сн3
метан этан пропан
Начиная с бутана, углеродные цепи алканов могут быть нормальными и разветв-
хёнными — содержать углеводородные радикалы.
°адикал — это частица, содержащая один или несколько неспаренных электронов.
Хлкильные радикалы содержат один неспаренный электрон, то есть отличаются от
соответствующих им алканов на один атом водорода (табл. 4.2). Обратите внима¬
ние, все углеводородные радикалы оканчиваются на суффикс -ил.
354
Гпава -
Так, формулу С4Н10 имеют два вещества:
сн3-сн2-сн2~сн3
«-бутан
А формуле С5Н12 соответствуют три изомера:
С4Н10
сн3
1 12 J 3
сн3-сн-сн3
2-метилпропан (изобутан)
сн3 сн3
1 12 J з 4 1 12 J з
С5Н121 сн3-сн2-сн2-сн2-сн3 сн3-сн-сн2-сн3 сн3-с-сн-
сн3
н-пентан 2-метилбутан 2,2-диметилпропа-
изопентан
Для составления названия разветвлённых алканов (изоалканов) необходимо:
1. Выбрать наиболее длинную углеродную цепь— самую длинную последова
тельность атомов углерода.
2. Пронумеровать атомы углерода, начиная с того края, к которому ближе расп:
ложен радикал.
3. Указать место радикала — номер атома углерода, с которым он связан.
4. Указать название радикала (см. табл. 4.2).
5. Назвать углеводород по числу атомов углерода, образующих наиболее длинную
цепь.
СН3
1 12 3 4 5
сн3-сн-сн2-сн2-сн3
2-метилпентан
сн3
сн2
1 2 13 4 5 6
сн3-сн2-сн-сн2-сн2-сн3
3-этилгексан
Если вещество содержит несколько одинаковых радикалов, к их названию добавляетz
приставка, указывающая их число: два — ди, три— три, четыре— тетра, пять —
пента. При этом перечисляются все атомы углерода, связанные с радикалами:
сн3 сн3
1 12 13 3 4
сн3-сн-сн-сн3
2,3 - д имети лбутан
сн3
СН2СН3 сн3
6 5 |4 ' |3 J 12 1
сн3-сн2-с—сн-сн-сн3
сн3
2,3,4-триметил-4-этилгексан
В том случае если одинаковые радикалы стоят у одного атома углерода, необходв-
мо указать его номер несколько раз:
СН3
1 |2 3 4
сн3—с-сн2-сн3
сн3
2,2-диметилбутан
сн3-сн2
1 2 |3 4 5 6
сн3-сн2-с-сн2-сн2-сн3
сн2-сн3
3,3-диэтил гексан
ганическая химия 355
- —■■
Обратите внимание, у крайних атомов углерода не может быть углеводородных
-адикалов — углеводородные фрагменты, с которыми они связаны, являются про-
s. лжением цепи:
СН3
|2 3 4 5 6
СН2-СН2-СН2-СН2-СН3
и-гексан
Р здикалы, состоящие из трёх атомов углерода и более, могут иметь разветвлённое
.троение. Так, формуле -С3Н7 соответствуют два радикала — пропил и изопропил:
СН2-СН3
СН2 СН3-СН'снз
23 14 567 1 2 |3 4 5
сн3-сн2-сн2-сн-сн2-сн2-сн3 сн3-сн2-сн-сн2-сн3
4-пропилгептан 3-изопропилпентан
3 молекулах органических соединений атомы углерода могут быть:
♦ первичными (I) — связаны с одним атомом углерода;
♦ вторичными (II) — связаны с двумя атомами углерода;
♦ третичными (III) — связаны с тремя атомами углерода;
• четвертичными (IV) — связаны с четырьмя атомами углерода.
сн3 сн3
I liv II Illi II I
сн3—с—сн2-сн-сн2-сн3
II
сн3
2,2,4-триметилгексан
Для компактного изображения структурных формул органических соединений за¬
местители могут указываться рядом с символом атома углерода в скобках:
СН3-СН(СН3)-СН3 (СН3)3С-СН2—СН3
метилпропан 2,2-диметилбутан
количество многократно повторяющихся в структуре молекулы групп атомов мо-
-жет быть указано в скобках в формуле вещества:
сн3-(сн2)5-сн3
«-гептан
Для компактного изображения структурных формул также может использоваться
скелетная формула записи углеродной цепи. Скелетная формула алкана изобража¬
356
Гпава -
ется в виде ломаной линии, каждый угол которой содержит один атом углерода
Символы углерода и водорода при этом не указываются:
н-бутан 2-метилбутан «-гептан
Физические свойства
При нормальных условиях алканы от СН4 до С4Н10 являются газами, от С5Н12 д
С15Н32 — жидкостями, а начиная с С16Н14 — твёрдыми веществами. Температурь
кипения и плавления изомеров могут сильно различаться. Так, н-пентан при нор¬
мальных условиях является жидкостью, а его изомер 2,2-диметилпропан — газом.
Алканы плохо растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических рас
творителях и образуют смеси друг с другом.
Химические свойства
Алканы являются предельными (насыщенными) углеводородами: они не содержа
кратных связей и не вступают в реакции присоединения. Наиболее характерными
реакциями алканов являются реакции замещения, окисления и разложения, проте
кающие по радикальному механизму.
Обратите внимание, для записи органических реакций необходимо использоват
только структурные формулы веществ, поскольку одной и той же молекулярная
формуле вещества могут соответствовать несколько изомеров.
1. Реакции замещения.
• Галогенирование алканов протекает под действием ультрафиолетового изл\
чения (света) или высокой температуры, при этом атом водорода замещаете-
на атом галогена:
/tv
СН4 + С12 СН3С1 + НС1
хлорметан
1 1 /tv
СНрН + Cl-j-Cl СН3С1 + НС1
хлорметан
В зависимости от количества галогена в реакции могут образовываться ди¬
три- и тетразамещённые метана:
СН4 + 2С12 СН2С12 + 2НС1 СН4 + ЗС12 СНС13 + ЗНС1
дихлорметан трихлорметан
хлороформ
' -паническая химия
357
Важно!
Реакции замещения преимущественно протекают по третичному атому угле¬
рода. Если третичного атома углерода в молекуле нет, — по вторичному, ес¬
ли нет и вторичного, — по первичному.
Так, при хлорировании 2-метилбутана преимущественно образуется 2-метил-
2-хлорбутан:
СН3 СН3
1 1ш п 1 м, I
сн3-сн-сн2-сн3 + С12 СН3-С-СН2-СН3 4- НС1
С1
2-метилбутан 2-метил-2-хлорбутан
А при хлорировании пропана, не содержащего третичного атома углерода,
реакция преимущественно протекает по вторичному атому углерода с обра¬
зованием 2-хлорпропана:
1 11 1 hv
сн3-сн2-сн3 + С12 сн3-сн-сн3 + но
С1
пропан 2-хлорпропан
• Нитрование — реакция Коновалова. При нитровании алканов атом водорода
замещается на группу -NO2 азотной кислоты. Как и при галогенировании,
замещение преимущественно протекает по третичному атому углерода, затем
по вторичному и по первичному. В результате реакции образуются нитросо¬
единения:
CH3-CH2-j-H + HO7NO2 ch3-ch2-no2 + н2о
нитроэтан
no2
СН3-СН2-СН3 + HNO3 сн3-сн-сн3 + Н2О
2-нитропропан
2. Реакции разложения и отщепления.
• Крекинг — термическое или каталитическое разложение углеводородов, про¬
текающее при высоких температурах (500-600 °C). В результате реакции об¬
разуются алкан и алкен с концевой двойной связью2:
сн3-сн2-сн2-сн2-сн2-сн3 сн3-сн2-сн3 + сн2=сн-сн3
гексан пропан пропен
■ Данная запись не отражает всех реакций, протекающих при проведении процесса в промыш-
аенности.
358
Глава
В промышленности крекинг используется для получения бензина из тяжелых
нефтяных фракций.
• Пиролиз метана — разложение, протекающее без доступа воздуха при тем
пературах 1200-1500 °C:
2СЩ 1200-1500 °-- СН=СН + ЗН2
этин (ацетилен)
При длительном нагревании разложение алканов может протекать с образе-
ванием углерода (кокса) и водорода:
С2Н6 >1000°С> 2С +ЗН2
• Дегидрирование— отщепление водорода, сопровождающееся образование*,
непредельных углеводородов (алкенов, алкинов, алкадиенов). Дегидрирова¬
ние протекает под действием катализаторов Ni, Pt, Pd или Сг2О3:
сн3-сн2-сн3 сн2=сн-сн3 + н2
пропан пропен
сн3-сн2-сн2-сн3-^^* сн2=сн-сн2-сн3 + н2
бутан бутен-1
сн3-сн2-сн2-сн3 гСГ2°3> СН3-СН=СН-СН3 + н2
бутан бутен-2
СН3-СН2-СН2-СН3 ■'■ -Cr2°j* СН2=СН-СН=СН2 + 2Н2
бутан бутадиен-1,3
• Ароматизация (дегидроциклизация)— глубокое дегидрирование алканов —
протекает с образованием ароматических углеводородов (аренов). Аромат»
зация характерна для алканов, содержащих 6 и более атомов углерода в цепи
При ароматизации гексана образуется бензол, а при ароматизации гептана i
других алканов — его гомологи:
t Pt
сн3-сн2-сн2-сн2-сн2-сн3 + 4Н2
гексан бензол
сн3-сн2-сн2-сн2-сн2-сн2-сн3 Г0 I + 4Н2
гептан метилбензол (толуол)
Z зганическая химия
359
В промышленности получение ароматических углеводородов из алканов
происходит в процессе риформинга. Риформинг также является одним из
способов получения водорода: из одной молекулы алкана, вступающего в ре¬
акцию, образуются 4 молекулы водорода.
• Изомеризация — каталитический процесс получения алканов разветвлённого
строения:
СН3
сн3-сн2-сн2-сн3 ,,А|С1з> сн3-сн-сн3
н-бутан 2-метилпропан
изобутан
• Конверсия метана — реакция метана с водяным паром или углекислым га¬
зом, протекающая в присутствии никелевого катализатора. Образующаяся
смесь угарного газа и водорода называется синтез-газом*.
г, Ni Z, Ni я ж
сн4 + н2о =- со + зн2 сн4 + со2 == + т2
синтез-газ
3 Реакции окисления.
• Полное окисление (горение).
Горение любого углеводорода сопровождается образованием углекислого га¬
за и воды, поэтому для записи реакций горения необязательно использовать
структурные формулы веществ:
СН4 + 2О2 СО2 + Т2О 2С4Н10 + 13О2 8СО2 + 10Н2О
• Неполное окисление.
Если кислород взят в реакцию окисления в недостатке, продуктами являются
угарный газ или углерод (сажа):
2СН4 + ЗО2(нед.) + 4Н2О 2С4Н10 + 5О2(нед.) 8С + 10Н2О
• Каталитическое окисление.
О При окислении метана в присутствии разных катализаторов можно полу¬
чать различные кислородсодержащие продукты (спирт, альдегид или кар¬
боновую кислоту):
2СН4 + О2 2СН3-ОН СН4 + О2 Н-С^° + Н2О
н
метанол
метаналь (формальдегид)
360
Гпава -
О Бутан подвергается каталитическому окислению с образованием этаново
(уксусной) кислоты:
2СН3-СН2-СН2-СН3 + 5О2 ' 4СН3-СС^Н + 2Н2О
этановая (уксусная) кислота
Важно!
Алканы не имеют качественных реакций: они не обесцвечивают бромнук
воду и раствор перманганата калия.
Получение
1. В промышленности.
• Главными природными источников алканов являются нефть и природны
газ. Из нефти и газа алканы выделяют перегонкой при различных давлениях
и температурах, а также с помощью экстракции органическими растворите
лями.
• Смесь алканов нормального строения можно получить из синтез-газа в прв-
сутствии катализатора (синтез Фишера — Тропша)’.
6СО+ 13Н2 - — сн3-сн2-сн2-сн2-сн2-сн3 + 6Н2О
2. В лаборатории.
• Метан можно получить водным или кислотным гидролизом карбида алюминия
А14С3 + 12Н2О — 4А1(ОН)3 + 3CH4t
А14С3 + 12НС1 — 4AIC13 + 3CH4t
• Метан также образуется при взаимодействии углерода с водородом:
с + 2Н2 » СН4
• Алканы образуются при гидрировании непредельных соединений. Реакции
протекают при нагревании в присутствии катализаторов Ni, Pt, Pd, Cr2O3:
t Pt
CH2=CH2 + H2 ch3-ch3
t Pd
CH3-C=CH +2H2-^ ch3-ch2-ch3
, зганическая химия 361
• Алканы можно получать сплавлением солей карбоновых кислот с твёрдыми
щелочами —реакция Дюма {декарбоксилирование).
сн3тсС°к + КОИ(ТВ) К2СО3 + сн4
ацетат калия
Важно!
Образующийся алкан содержит такое же количество атомов углерода, как и
радикал, входящий в состав органической соли:
CH3-CH2-!-cC°Na + NaOjH(TB)-^ Na2CO3 + СН3-СН3
пропионат натрия
Данную реакцию также можно проводить с солями двухосновных карбоно¬
вых кислот:
хт ^C-j-CH2-CH2TCC^XT + 2NaOH(TB) 2Na2CO3+СН3-СН3
NaO ■ . ONa ■ 1 J 33
J I J
• Алканы образуются при электролизе растворов солей карбоновых кислот —
реакция Кольбе'.
2СН3-СС° + 2Н2О электролиз» СН3-СН3+ 2СО2> + Н2 + 2КОН
у* катод
анод
Важно!
Образующийся алкан содержит в 2 раза больше атомов углерода, чем ради¬
кал, входящий в состав органической соли:
2СН3-СН2-сС° т + 2Н2О эле1ЯР°ли^ СН3—сн2—сн2—сн3 +
J z ONa z 3 2 2 3
+ 2CO2 + H2 + 2NaOH
• Для удлинения углеродной цепи алканов проводят реакцию моногалоген-
алканов с металлическим натрием (калием) —реакцию Вюрца\
CH^CllNai ' СНз’СНз + 2NaCI
2СН3-С1 + 2Na — СН3-СН3 + 2NaCl
хлорметан
этан
362
Гпава -
сн’-снй ' S -CH3-CH2-CH2-CHj+2NaI
2СН3-СН2-1 + 2Na -* СНз-СН2-СН2-СНз + 2NaI
йодэтан бутан
Обратите внимание, атомы углерода двух молекул соединяются по месту
разрыва связи «углерод — галоген», поэтому при проведении реакции Вюрпа
для 2-бромпропана образуется 2,3-диметилбутан:
СН3-СН-СН3
J ,-i * 1
;Вг Na;
[Вг + NaJ
СН3-СН-СН3”
СН3-СН-СН3
I + 2NaBr
СН3-СН-СН3
Вг
2СН3-СН-СН3 + 2Na
2-бромпропан
СН3-СН-СН3
I + 2NaBr
СН3-СН-СН3
2,3-диметилбутан
Применение
При сгорании алканов выделяется большое количество тепла и энергии, на чём ос¬
новано их применение в качестве топлива: газообразные алканы используются как
бытовой газ, жидкие алканы являются компонентами бензина, керосина и дизель¬
ного топлива. Гексан, гептан, а также галогенпроизводные алканов (СНС13, CCL
применяются в качестве растворителей в органическом синтезе. Твёрдые алканы
(парафин) используются в производстве свечей.
Важно отметить, что метан удерживает тепло в слоях атмосферы и является парнике*-
вым газом: его повышенное содержание в атмосфере усиливает парниковый эффект.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Указывайте пре¬
имущественно образующиеся продукты и используйте структурные формулы орга¬
нических веществ.
Н,О А1С13 Cl2, Av Na
1. С —> X, —> СН4 СН3Вг -> с2н6 -> х2 -> с4н10 —> х3 —> х4 -> х5 -> со2
О2, кат. Ь (р-ра) Cl2, /zv t, Pt
2. н-бутан > X, -> СН3СООК ♦ Х2 > Х3 -> н-бутан -> Х4 -> С8Н18 —> Х5
NaOH, Г 1200 °C О2, кат. О2
3. Xi > метан > Х2 этан -> Х3 -> Х4 ♦ СН3СООН - - Х5 -> этан Х6
I гганическая химия
363
HCl Na t, Pt O2(HeA) Br2, Av HNO3 O2
< A14C3 —> Xt -> X2 -* этан X3 X4 -> пропан > X5 -> C6H14 > X6 -> X7
реакция Кольбе Cl2, Av реакция Вюрца реакция изомеризации реакция Коновалова
' X] С2Н^ т Х2 т Х3 > Х^ * х5
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются струк¬
турными изомерами 2-метилбутана:
1) н-бутан; 4) и-пентан;
2) 2,2-диметилпропан; 5) н-гексан.
3) 2-метилпентан;
Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
А) СН3С1 и Na
1) этан
Б) СН3СООК и КОН, t
2) 2-метилпропан
В) СН3-СН2-СН2-СН3, А1С13
3) пропан
Г) СН3СООК (электролиз раствора)
4) бутан
5) метан
6) 2-метилбутан
Задана следующая схема превращений веществ:
CH3-CH2-COONa —* Y^> СН3-СН2-СН2-СН3
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1)этан; 4) бутан;
2) пропан; 5) 2-хлорпропан.
3) хлорэтан;
Из предложенного перечня выберите все типы реакций, к которым нельзя
отнести реакцию дегидрирования пропана:
1) экзотермическая; 4) гомогенная;
2) некаталитическая; 5) присоединения.
3) разложения;
364
Глазе
5. Вычислите объём водорода, который можно получить при пиролизе 30 л
тана, если объёмная доля выхода водорода составляет 75%. Объёмы газа-
измерены при одинаковых условиях. (Запишите число с точностью до сотых.)
6. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
_ Н2° 1200 °C
xt -- метан Х2 —этан —► Х3 —► /\/
4.1.2. Алкены
Алкены— это непредельные нециклические углеводороды с общей формул?.:
СлН2и . В молекулах алкенов содержится одна двойная связь С=С и, соответг
венно, одна пи-связь (л-связь):
° ^он
Названия алкенов соответствуют названию алканов с тем же числом атомов угле
рода, однако вместо суффикса -ан алкены имеют суффикс -ен:
С2Н6
С3Н8
с4н10
этан
пропан
бутан
С2Н4
С3Н6
С4Н8
этен/этилен
пропен/пропилен
бутен
Начиная с С4Н8, в названии алкенов необходимо указывать положение двойно»
связи:
сн2=сн-сн2-сн3 сн3-сн=сн-сн3
бутен-1 бутен-2
Важно!
Радикал СН2 = СН- называется винилом.
Обратите внимание, гомологический ряд алкенов начинается с этена С2Н4. Алкен,
состоящий из одного атома углерода, не существует.
Строение
Атомы углерода в молекулах алкенов, стоящие при двойной связи, находятся в со¬
стоянии sp2 -гибридйзации. В этом случае происходит смешение одной 5- и двух р-
орбиталей атома углерода с образованием трёх гибридных орбиталей. Гибридные
орбитали находятся в одной плоскости под углом 120° и участвуют в образовании
о-связей. Негибридизованная ^-орбиталь располагается перпендикулярно плоско¬
сти и участвует в образовании л-связи (рис. 4.5).
Органическая химия
365
•О
Р OJ
Р оэ
рОЭ
££г-гибридные орбитали
негибридизованная
р-орбиталь
пи-связь
Рис. 4.5. Схема образования ^-гибридных орбиталей, сигма- и пи-связей
в молекуле этилена
Обратите внимание, в состоянии sp2 -гибридизации находятся только те атомы уг-
грода, которые связаны двойной связью:
sp2 sp2
сн2=сн2
этилен
sp2 sp2 sp3
сн2=сн-сн3
пропилен
Длина двойной углерод-углеродной связи С=С в молекулах алкенов составляет
0.134 нм.
Изомерия
Для алкенов характерны следующие виды изомерии.
♦ Структурная изомерия.
• Изомерия углеродного скелета (аналогично алканам):
С4Н8
сн2=сн-сн2-сн3
бутен-1
сн3
сн2=с—сн3
метилпропен (изобутен)
• Изомерия положения кратной связи:
|С5Н10|
сн2=сн—сн2—сн2—сн3
пентен-1
сн3—сн=сн-сн2-сн3
пентен-2
Важно!
При составлении названия алкена необходимо учитывать, что нумерация
атомов углерода начинается с той стороны, к которой ближе располагается
двойная связь.
366
Глава 4
• Межклассовая изомерия с циклоалканами:
С4Н8
сн2=сн-сн2-сн3
бутен-1
♦ Пространственная изомерия (геометрическая).
сн2-сн2
сн2-сн2
циклобутан
Геометрическая изомерия также называется ^с-тря^с-изомерией. Для изобра¬
жения г^отрш/с-изомеров необходимо записать два атома углерода, стоящих
при двойной связи, и по разные стороны от них расположить связанные с ними
заместители. Если одинаковые заместители располагаются по одну сторону от
линии двойной связи (сверху или снизу), то есть лежат в одной плоскости, обра¬
зуется z/wc-изомер, если по разные — т/?ш/с-изомер:
сн3-сн=сн-сн3
бутен-2
сн=сн
F F
1,2-дифторэтилен
Н3С^ /СН3
н "н
г/мс-бутен-2
цис-1,2-дифторэтилен
н. /СН3
Н3С'' "н
^шс-бутен-2
H;c=ccF
F" Н
транс-1,2-дифторэтилен
К /F
н н
Обратите внимание, если атом углерода, стоящий при двойной связи, имеет дв_
одинаковых заместителя, такой алкен не имеет i/i/отрянс-изомеров:
Н^г=г^сн2-сн3
н" "н
Н3с^ сн3
н3с ^сн3
бутен-1
2,3 -диметилбутен-2
Физические свойства
Физические свойства алкенов схожи с физическими свойствами алканов. При нор¬
мальных условиях алкены от С2Н4 до С4Н8 являются газами, от С5Н10 д
С15Н30 — жидкостями, начиная с С16Н32 — твёрдыми веществами. Алкены имею
более низкие по сравнению с алканами температуры кипения и плавления.
Химические свойства
1. Наиболее характерными реакциями алкенов являются реакции присоединения
протекающие с разрывом двойной связи (л-связи) по ионному механизму.
• Гидрирование— присоединение водорода— протекает при нагреванйи г
присутствии катализаторов Ni, Pt, Pd, Cr2O3. При гидрировании алкенов об¬
разуются алканы:
f * 1 t Pt
сн2=сн2 + н2 — сн3-сн3
* * 1 r.Ni
сн3-сн=сн2 + н2 — сн3-сн2-сн3
Органическая химия
367
• Галогенирование — присоединение галогенов — протекает при нормальных
условиях:
; Х, И И
। । । I I
СН2=СН2 + С12 —сн2-сн2
этилен 1,2-дихлорэтан
Для качественного определения алкенов используют их реакцию с бромной
водой. Бромной водой называется водный раствор брома жёлто-оранжевого
цвета. При пропускании алкенов через бромную воду раствор обесцвечивается:
_ _ . Br Вг
f f I । ।
CH3-CH=CH2 + Br2(p_p) CH3-CH—CH2
жёлто-оранжевый бесцветный
Обесцвечивание бромной воды является качественной реакцией на двойную связь.
• Гидрогалогенирование — присоединение галогеноводородов:
। ♦ । । V1
СН2=СН2 + НС1 -* сн2-сн3
. этилен хлорэтан
Если алкен несимметричный и атомы углерода, стоящие при двойной связи,
содержат разное количество атомов водорода, присоединение протекает по
правилу Марковникова.
В реакциях гидрогалогенирования и гидратации водород преимущественно при¬
соединяется к более гидрированному атому углерода, стоящему при двойной
связи, а атом галогена или гидроксогруппа — к менее гидрированному.
Так, в реакции присоединения хлороводорода к пропену преимущественно
образуется 2-хлорпропан:
I ♦ । । ।
СН3-СН=СН2 + НС1 — сн3-сн-сн3
• Гидратация — присоединение воды — протекает в присутствии катализато¬
ров: H2SO4 или Н3РО4. При гидратации алкенов образуются спирты:
I 1 ГП . ОН
сн2=сн2 + нон <,HzS°4> сн2-сн3
этанол
368
Гпава
Присоединение воды к несимметричным алкенам также протекает по правы-
Марковникова'.
I F—ГП 0Н
1 * 1 1 t, H2SO4 I
сн3-сн2-сн=сн2 + нон 4- сн3-сн2-сн-сн3
бутен-1 бутанол-2
2. Реакции присоединения, протекающие против правила Марковникова.
• В присутствии пероксидов (Н2О2, R2O2) присоединение галогеноводородо:
протекает против правила Марковникова по радикальному механизму:
1 1 I НэОэ
СН2=СН-СН3 + НВг сн2-сн2-сн3
• Если в молекуле алкена есть электроотрицательные атомы или группы атс-
мов, смещающие на себя электронную плотность (-CF3, -СООН, -СНО
-NO2), присоединение протекает против правила Марковникова'.
I—I I I ?г
СН2=СН—CF3 + НВг — CH2-CH2-CF3
J 1 I '• ВГ ,>о
СН2=СН-СГ + НВг — СН2-СН2-ССпн
VJrl Oil
3. Для алкенов нехарактерны, но возможны реакции замещения.
При взаимодействии с хлором при сильном нагревании или под действием ульт
рафиолетового излучения протекает радикальное замещение по атому углерод:
стоящему в a-положении (соседний от двойной связи). Двойная связь при этс’
сохраняется:
;CH2=CHfCH2-CH3 + С12 СН2=СН-СН-СН3 + НС1
С1
4. Полимеризация.
Главной реакцией, обусловливающей применение алкенов, является реакция по¬
лимеризации, протекающая за счёт разрыва я-связи:
| мономер] | полимер]
лСН2=СН2 [-СН2-СН2-]„
этилен полиэтилен
Образующиеся полимеры являются высокомолекулярными веществами. И
свойства сильно отличаются от свойств исходных алкенов — мономеров. Та?
при нормальных условиях этилен является газом, а полиэтилен— твёрды*
очень пластичным веществом.
Органическая химия
369
При написании формулы полимера в скобках указывается структурное звено
полимера— многократно повторяющаяся группа атомов. Символ п в формуле
полимера обозначает степень полимеризации— количество повторяющихся
структурных звеньев в молекуле полимера и число молекул мономера, всту¬
пающих в реакцию.
Для записи структурного звена полимера необходимо разорвать двойную связь в
формуле мономера и валентными штрихами отобразить связи, по которым про¬
исходит соединение структурных звеньев:
|мономер| | полимер]
сн3
иСН3-СН=СН2 Ллка|> [-СН-СН2-]„
пропилен полипропилен
|мономер| | полимер|
С1 С1
пСН=СН2 [-СН-СН2-]„
винилхлорид поливинилхлорид
хлорэтилен ПВХ
Обратите внимание, заместители у атомов углерода при двойной связи не участ¬
вуют в соединении структурных звеньев полимера.
5. Реакции окисления.
• Полное окисление (горение).
Аналогично алканам и другим органическим веществам при нагревании ал¬
кены сгорают на воздухе:
С2Н4 + ЗО2 2СО2 + 2Н2О
• Этилен окисляется кислородом на палладиевом катализаторе. Каталитиче¬
ское окисление этилена используется для получения этаналя (альдегида):
Pd2+ ~О
2СН2=СН2 + О2 —2СН3-СС
н
этаналь
• Мягкое окисление — реакция Вагнера.
Мягкое окисление алкенов протекает под действием водного раствора пер¬
манганата калия без нагревания. Продуктом окисления является двухатом¬
ный спирт:
ЗСН2=СН2 + 2КМпО4 + 4Н2О °~2° -»■ ЗСН2-СН2 + 2MnO2l+2К0Н
ОН ОН
этилен этандиол-1,2 (этиленгликоль)
370
Гпава 4
Реакция Вагнера используется для качественного определения алкенов.
Внешними признаками протекания реакции являются обесцвечивание розо¬
во-фиолетового раствора КМпО4 и выпадение бурого осадка МпО2.
Обратите внимание, при мягком окислении любого алкена коэффициенты
перед веществами в реакции одинаковые:
ЗСН2=СН-СН3 + 2КМпО4+4Н2О — - ■ ЗСН2-СН-СН3 +2MnO2l + 2КОН
ОН ОН
пропилен пропандиол-1,2
пропиленгликоль
• Алкены вступают в реакции жёсткого окисления.
Жёсткое окисление алкенов протекает под действием перманганата или ди¬
хромата калия в различных средах при нагревании. В результате реакции
происходит полный разрыв двойной связи, и образуются кислородсодержа¬
щие соединения.
Для уравнивания реакций можно использовать метод электронного баланса.
При определении степени окисления атомов углерода в органических моле¬
кулах стоит принять степень окисления группы атомов, в состав которой
входит один атом углерода, равной нулю. Далее необходимо вычислить сте¬
пень окисления углерода в выделенной группе, учитывая, что степень окис¬
ления водорода в органических молекулах равна +1, а кислорода равна -23:
х + 3 = О
х = -3
у+1-2+1
= 0 у = О
Z-2-2+1=0
z = + 3
Окисление алкенов перманганатом калия может протекать в различных средах.
0 Кислая среда.
- Если двойная связь находится в середине цепи и у атомов углерода,
стоящих при двойной связи, нет заместителей, в ходе реакции образу¬
ются карбоновые кислоты:
5сн3-снфсн-сн2-сн3 + 8КМпО4 + 12H2SO4 5СН3-С*° +
+ 5СН3-СН2-С*2тт + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12Н2О
J z QJJ Ч Z Ч Z
2С"1-8ё-^2С+3 5
Мп+7 + 5<? —> Мп+2 8
3 Степень окисления является условным показателем, не отражающим истинных значений зарядов
атомов в молекуле. Однако целочисленные значения степеней окисления удобно использовать при
уравнивании реакций окисления органических соединений.
Органическая химия
371
- Если двойная связь стоит в начале цепи, при её разрыве группа СН2=
окисляется до углекислого газа:
-2 ъ -1 +4 +3 .Q
сн2т СН-СН3 +2KMnO4+ 3H2SO4-^* СО2 +CH3~C* +2MnSO4+K2SO4+4H2O
ОН
С"2-6ё—>С+4
С“'-4ё—>С+3
-10ё 1
2
Мп+7 + 5ё Мп+2
- Если у атома углерода, стоящего при двойной связи, есть углеводород¬
ный заместитель, при окислении образуется кетон:
5СН3-С^=СН-СН3 + 6КМпО4 + 9H2SO4
СН3
+2 +3<О
5СН3-С-СН3 + 5СН3-С' т +
q ОН
+ 6MnSO4+ 3K2S04+9H20
С°-2ё->С+2
С“'-4ё—»C+3J
Мп+7 + 5ё -» Мп+2
О Щелочная среда и нейтральная среда.
6
Окисление в щелочной и нейтральной средах также протекает с разрывом
двойной связи, однако вместо кислот образуются их соли, а вместо
СО2 — карбонат калия:
CH3-CHf СН-СН3 + 8КМпО4 + ЮКОН 2СН3-&° + 8К2МпО4 + 6Н2О
ОК
2С’1- 8ё ->■ 2С+3
Мп+7+ 1ё—>-Мп+б
1
8
Важно!
Кетоны не образуют солей:
О „ -2 +2 +4
СН3-С=|=СН2 + 8КМпО4 + ЮКОН сн3-с-сн3 + К2СО3 +
сн3 6
+ 8К2МпО4 + 6Н2О
При жёстком окислении алкенов дихроматом калия в кислой среде образуются
те же органические продукты — карбоновые кислоты, кетоны, углекислый газ:
—2 > -1 , +4 +3 ,О
зсн2фсн-сн2-сн3 + 5K2cr2o7 + 2qh2so4 зсо2 +зсн3-сн2-с^н +
С’2
с1
-6ё^С+4)
-4ё—>С+3)
-10ё
2Сг+6 + 6ё ->• 2Сг+3
+ 5Cr2(S04)3+ 5K2S04 +23Н2О
3
5
372
Гпава ~
Получение
1. В промышленности.
В отличие от алканов алкены не содержатся в нефти и газе и практически не
встречаются в природе. Основными способами их получения являются крекинг
и дегидрирование.
• Крекинг алканов:
СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3 сн3-сн2-сн3 + сн2=сн-сн3
гексан пропан пропен
Промышленным способом получения этилена является пиролиз (крекинг
низших алканов, однако данный процесс невозможно отобразить одной хи¬
мической реакцией, поскольку продуктом является смесь веществ широкого
состава.
• Дегидрирование алканов:
сн3—сн2-сн3 сн2=сн-сн3 + н2
пропан пропен
I, СгэОч
сн3-сн2-сн2-сн3 —сн3-сн=сн-сн3 +н2
бутан бутен-2
• Гидрирование алкинов:
СН=СН + Н2 —- СН2=СН2
2. В лаборатории.
• Внутримолекулярная дегидратация спиртов.
Алкены образуются при отщеплении воды от одноатомных спиртов при тем¬
пературе выше 140 °C в присутствии H2SO4 или А12О3. При этом -ОН-
группа и атом водорода отщепляются от соседних атомов углерода:
сн2-сн2 z>140°--H2SO4>- сн2=сн2 + Н2О
:'н”” он'
этанол этилен
Если атом углерода, у которого находится -ОН -группа, связан с атомами уг¬
лерода, содержащими разное количество атомов водорода, отщепление про¬
текает по правилу Зайцева.
В реакциях дегидратации и дегидрогалогенирования отщепление водорода пре¬
имущественно протекает от наименее гидрированного атома углерода.
Органическая химия
373
Г >140 °C,H2SO4
сн3-сн-сн-сн3 сн3—сн=сн—СН3 + Н2О
:н " ой
и I
бутанол-2 бутен-2
• Дегидрогалогенирование моногалогеналканов.
Алкены образуются при отщеплении галогеноводородов от производных ал¬
канов, содержащих один атом галогена. Реакция протекает в присутствии
спиртового раствора щёлочи:
сн2-сн2 + кон(спирт) СН2=СН2+КС1+Н2О
Щ СЁ
1 1
Если атом углерода, у которого находится галоген, связан с атомами углеро¬
да, содержащими разное количество водорода, отщепление также протекает
по правилу Зайцева'.
СН3-СН-СН-СН3 + КОН(спирт) СН3-СН=СН-СН3 + КВг + Н2О
Н Вг
• Дегалогенирование дигалогеналканов.
Алкены образуются при взаимодействии дигалогеналканов с цинком или
магнием. При этом в молекуле дигалогеналканов атомы галогенов должны
стоять у соседних атомов углерода:
СН3-СН-СН2 + Zn СН3-СН=СН2 + ZnCl2
Cl CI
Применение
Основным направлением применения алкенов является производство полимеров и
пластмасс. Так, из этилена получают полиэтилен, а из пропилена — полипропилен.
Полимеры, в свою очередь, идут на производство упаковочных плёнок, труб, буты¬
лок и др. Алкены широко применяются в органическом синтезе и используются для
получения спиртов, альдегидов, кислот и многих других органических веществ.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Указывайте пре¬
имущественно образующиеся продукты и используйте структурные формулы орга¬
нических веществ.
HCI С12,/rv КОН(СПИРТ) КМпО4,Н+ 1200 °C
1. этен Xt бутан > Х2 Х3 > Х4 -> СН3СООК -► СН4 > Х5
Н2О, Н+ H2SO4, t НВг Вг2
2. бутен-1 > Xi > Х2 —> Х3 —* бутен-2 —*Х4 —> бутен-2 —> бутандиол-2,3
374 Гпава ~
Cl2, hv КОН(с1шрт.) КМпО4, КОН ‘г (р-ра) О2, Pd2+
3. пентан ——> XL > Х2 > ацетат калия > Х3 —> этилен > Х4
КОН,/ НВг А1С13 Z,Ni КМпО4,Н+
5. Xi > С2Н6 —> Х2 —> этанол С2Н4 —> Х3 —> Х4 —> Х5 —> Х6 > ацетон
Тест
1. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые могут существо¬
вать в виде цис-транс изомеров:
1) пропен;
2) 1,2-дихлорэтилен;
4) 2-метилбутен-2;
5) пентен-2.
3) пентен-1;
2. Из предложенного перечня выберите все вещества, при окислении которых
перманганатом калия в кислой среде образуется одноосновная карбоновая
кислота:
1) пропен;
2) этилен;
4) изобутен;
5) бутен-2.
3) 2,3-диметилпентен-2;
3. Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) этилен и хлорная вода
Б) хлорэтан и хлор
В) хлорэтан и спиртовой р-р гидро-
ксида калия
Г) этилен и хлороводород
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) этан
2) 1,2-дихлорэтан
3) хлорэтан
4) этен
5) 1,1-дихлорэтан
6) хлорэтилен
Задана следующая схема превращений веществ:
/, H2SO4
СН3-СН2-ОН Y^> СН3-СН2-СН2-СН3
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Хи У:
1) этан;
2) хлорэтан;
3) хлорэтилен;
4) 1,1-дихлорэтан;
5)этилен.
Органическая химия
375
Установите соответствие между названием мономера и формулой соответст-
вующего ему полимера.
НАЗВАНИЕ МОНОМЕРА
ФОРМУЛА ПОЛИМЕРА
А) пропилен
1) [-СН2-С(СН3)2-]д
Б) изобутилен
2) [-СН2-СН(СН3)-]и
В) бутен-2
3) |[-сн2-сн2-сн2-]п
4) [-СН(СН3)-СН(СН3)-]п
6. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
v Г v КОН(С"ИРТ.) r KMnO4, Н+, ? v
этен —► Xj —бутан —► Х2 бутен-2 ► Х3
4.1.3. Циклоалканы
Циклоалканы— это циклические предельные углеводороды с общей формулой
СпН2п. Как и в алканах, в молекулах циклоалканов все атомы углерода связаны
одинарными о-связями.
Название циклоалканов соответствует названию алканов с тем же числом атомов
углерода, однако в начало слова добавляется цикло’.
СН2
сн2-сн2
циклопропан
Как правило, для записи циклоалканов используют
формулы, в которых не отражаются группы -СН2 - :
| малые циклы |
сн2-сн2
сн2-сн2
циклобутан
сокращённые структурные
[обычные циклы|
циклопропан
циклобутан
циклопентан
циклогексан
Если циклоалкан содержит один заместитель, в названии вещества не указывается
его положение. Если заместителей несколько, углероды в цикле нумеруются таким
образом, чтобы значения этих номеров были наименьшими:
△-СН3
метилциклопропан
376 Гпава -
Строение
Все атомы углерода в молекулах циклоалканов находятся в состоянии зр3-гибри-
дизации, при этом валентные углы зависят от размеров цикла. В молекулах малых
циклов углы сильно отличаются от валентного угла в алканах, равного 109°28
Из-за этого атомы углерода в циклопропане и циклобутане находятся в напряже¬
нии, что обусловливает их высокую реакционную активность.
В ряду циклоалканов только циклопропан имеет плоское строение, циклобутан и
другие циклы неплоские: они существуют в виде конформаций — различных трёх¬
мерных форм:
циклогексан циклогексан
(конформация «кресло») (конформация «ванна»)
Изомерия
♦ Структурная изомерия.
• Изомерия углеродного скелета.
Изомеры в ряду циклоалканов могут отличаться как размером цикла, так и
количеством и строением заместителей. Например, формуле С6Н12 соответ¬
ствуют следующие изомеры:
циклогексан метилциклопентан 1,1 -ди метилциклобутан
• Межклассовая изомерия с алкенами.
Алкены и циклоалканы соответствуют одной общей формуле СиН2и:
с^] сн2=сн-сн2-сн2-сн3 (
пентен-1 циклопентан
♦ Пространственная изомерия (геометрическая).
Для циклоалканов характерна 1/1/с-т/2бшоизомерия. Если одинаковые заместите¬
ли располагаются по одну сторону плоскости цикла (сверху или снизу), образу¬
ется z/мс-изомер, если по разные — трш/с-изомер:
цис-1,2-диметилциклопропан
транс-1,2-диметилциклопропан
Органическая химия 377
Физические свойства
При нормальных условиях циклопропан и циклобутан являются газами, а цикло¬
пентан и циклогексан — жидкостями. Циклоалканы имеют более высокие по срав¬
нению с алканами температуры кипения и плавления. Как и другие углеводороды,
циклоалканы плохо растворяются в воде.
Химические свойства
Химические свойства циклоалканов зависят от размера цикла.
1. Циклопропан и циклобутан преимущественно вступают в реакции присоедине¬
ния, протекающие с раскрытием цикла.
Атомы галогенов и водорода присоединяются по месту разрыва связи в молеку¬
ле цикла, то есть оказываются у крайних атомов углерода:
/\ +Вг2 -* сн2-сн2-сн2
Вг Вг
циклопропан 1,3-дибромпропан
/0^ + НС1 — сн2-сн2-сн3
С1
циклопропан 1 -хлорпропан
— + н2 — сн3-сн2-сн2-сн3
циклобутан бутан
Обратите внимание, присоединение галогеноводородов к метилциклопропану и
другим гомологам циклопропана протекает по правилу Марковникова'.
!CH3
2СН- 1
/ + на -
н2с—СН2 —1
3 4
метилциклопропан
н3с.,сн3
+ НС1 -
* сн3-сн-сн2-сн3
С1
2-хлорбутан
сн3
-* сн3-с-сн2-сн3
С1
1,1 -диметилциклопропан
2 - метил-2 -хлорбу тан
378 Гпава -
2. Более устойчивые циклопентан и циклогексан не вступают в реакции присоеди¬
нения, протекающие с раскрытием цикла. Для них характерны реакции замеще¬
ния, протекающие по радикальному механизму:
О/\/Вг
/tv I
+ Вг2 —* I I + НВг
циклогексан бромциклогексан
+ HNO3 ^y-NO2 + н^0 |
циклопентан нитроциклопентан
3. Циклогексан и его гомологи подвергаются дегидрированию с образование
ароматических соединений:
О О+ знз
циклогексан бензол
/^сн3 z pt /^сн3
—ОТ + 3^2
метилциклогексан метилбензол
толуол
Важно!
Циклоалканы не имеют качественных реакций: они не обесцвечивают бром¬
ную воду и раствор перманганата калия.
4. Как и другие органические соединения, циклоалканы сгорают с образование:
СО2 и Н2О.
Получение
В природе встречаются циклоалканы, содержащие пятичленные и шестичленные
циклы: циклопентан, циклогексан и их гомологи являются компонентами нефти
содержатся в смоле деревьев.
Лабораторными способами получения циклоалканов являются дегалогенирование
дигалогеналканов и гидрирование ароматических соединений.
1. Дегалогенирование дигалогеналканов.
Циклоалканы образуются при взаимодействии дигалогеналканов с цинком или
магнием. Галогены при этом должны стоять не у соседних атомов углерода:
СН2-СН2-СН2 + Mg + MgCl2
Cl Cl
Органическая химия
379
Размер цикла определяется числом атомов углерода, находящихся между гало¬
генами:
1 2 3 4 /Л
СН2-СН2-СН-СН3 + Zn А + ZnCl2
Cl Cl СНз
1,3-дихлорбутан метилциклопропан
2. Гидрирование ароматических углеводородов:
О^тт t, Pt г' >
+ ЗН2 [ 1
Применение
Циклогексан используют для получения капролактама, который применяется в
производстве волокна капрона (нейлона). Циклопропан служит в качестве компо¬
нента смесей для наркоза.
4.1.4. Циклоалкены
Циклоалкены — это непредельные циклические соединения, содержащие в молекуле
одну двойную связь и имеющие общую формулу СяН2й_2. В молекулах циклоалке¬
нов атомы углерода, стоящие при двойной связи, находятся в состоянии sp2 -гибри¬
дизации. Межклассовыми изомерами циклоалкенов являются адкадиены и алкины:
|С5Н81 (2^ сн=с-сн2—сн2-сн3 сн2=сн—сн=сн-сн3
циклопентен пентин-1 пентадиен-1,3
Химические свойства
Химические свойства циклоалкенов подобны свойствам алкенов.
1. Для циклоалкенов наиболее характерны реакции присоединения, протекающие
за счёт разрыва л-связи:
циклогексен
циклогексанол
Обратите внимание, реакции присоединения галогеноводородов и воды к цикло¬
алкенам преимущественно протекают по правилу Марковникова,
380
Гпава 4
2. Реакции окисления.
• Мягкое окисление —реакция Вагнера,
Реакцию Вагнера используют для качественного определения веществ, со¬
держащих двойную связь между атомами углерода. Признаками реакции яв¬
ляются обесцвечивание водного раствора перманганата калия розово¬
фиолетового цвета и выпадение бурого осадка МпО2:
+ 2КМпО4 + 4Н2О --2-0 °С- зГ^ТОН
к^-он
+ 2MnO2l + 2КОН
• Циклоалкены вступают в реакции жёсткого окисления.
При окислении циклоалкенов сильными окислителями образуются двухос¬
новные карбоновые кислоты или их соли:
+ 8КМпО4 + 12H2SO4 5 ТТ%С-СН2-СН2-СН2-СН2-С^°
НО ОН
+ 8MnSO4 + 4K2SO4 +12Н2О
2С-1 - 8ё —► 2С+3 5
Мп+7 + 5ё —► Мп+2 8
+ 8КМпО4 + 10КОН
т °Х-СН2-СН2—CH2-Ct?, + 8К2МпО4+6Н2О
КО ок 2
2С"1 - 8ё —► 2С+3
Мп+7 + 1ё—>Мп+6
1
8
Получение
1. Дегидратация циклических спиртов.
Реакция протекает при нагревании в присутствии H2SO4 или А12О3:
циклогексанол
циклогексен
2. Дегидрогалогенирование моногалогенпроизводных.
Реакция протекает при взаимодействии галогенпроизводных циклоалканов со
спиртовым раствором щёлочи:
аС1
Н
+ КОН(спирт)
+ КС1 + Н2О
Органическая химия
381
3. Дегалогенирование дигалогенпроизводных:
аВг
Вг
+ Mg
+ MgBr2
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Указывайте пре¬
имущественно образующиеся продукты и используйте структурные формулы орга¬
нических веществ.
Mg Na t, Pt
1. 1,3-дибромбутан —> X} —► 2-бромбутан -> X2 —> X3 —> 1,2-диметилциклогексан
NaOH(CnHpT ) t, H2SO4 NaMnO4, OH- O2, кат.
2. Xi > C6H10 —> циклогексанол- —»X2 >X3 —> н-бутан >X4
Cl2 H2, Ni Cl2, Av Cl2,500 °C H2,Ni
3. C3H6 —* Xj —* циклопропан > X2 > X3 —> C3H6 > X4 > X5 —> гексан
HCl H2, Ni KMnO4(p.p), 0 °C
4. циклопропан —> Xj —► X2 —► бензол > X3 —> X4 —> циклогексен > X5
Br2 K2Cr2O7,H+ KOH Cl2,/iv
5. циклопентан —»Xx —> C5H8 > X2 —> X3 —> C3H8 > X4 —> X5 —► полимер
Тест
1.
Установите соответствие между названием вещества и общей формулой
класса/группы органических соединений, к которому (которой) это вещество
принадлежит.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
ОБЩАЯ ФОРМУЛА
А) изобутан
1) с„н2„_2
Б) метилциклопропан
2) С„Н2и+2
В) циклогексен
3) С„н2л_4
4) С„Н2й
2. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются струк¬
турными изомерами циклопентана:
1)1,1 -диметилциклопропан; 4) 2-метилбутен-2;
2) циклопентен; 5) 2-метилбутан.
3) этилциклобутан;
382
Гпава 4
3. Из предложенного перечня выберите все вещества, которые вступают в реак¬
цию присоединения с хлором:
1) циклогексан; 4) циклопропан;
2) пропан; 5) бутен-1.
3) циклопентен;
4. Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) метилциклопропан и бром
Б) бутен-1 и бромоводород
В) бутан и бром
Г) метилциклопропан и бромоводород
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) 2-бромбутан
2) 1,3-дибромбутан
3) 1-бромбутан
4) 1,4-дибромбутан
5) 1-бромпропан
6) бромциклопропан
5. Вычислите объём (в литрах при н. у.) водорода, содержащего 30% инертног
газа по объёму, необходимый для гидрирования 16,8 г циклопропана. (Запи¬
шите ответ с точностью до десятых.)
6. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
v СЬ КОН(спир[;}
Xj —► циклогексан —► Х2
KMnO4,H+,^ v
Л3 ► а4
4.1.5. Алкадиены
Алкадиены — это непредельные нециклические углеводороды с общей формуле
СяН2и.2 • В молекулах алкадиенов содержатся две двойные связи С=С и, соответ¬
ственно, две л-связи.
Название алкадиенов соответствует названию алканов с тем же числом атомов угле¬
рода, однако вместо суффикса -ан алкадиены оканчиваются на -адиен. В названит
алкадиенов указывают атомы углерода, после которых расположены двойные связи:
сн2=сн—сн=сн2 сн2—сн—сн=сн-сн3
бутадиен-1,3 пентадиен-1,3
В зависимости от взаимного расположения двойных связей алкадиены разделяютс ■
на несколько видов.
♦ Кумулированные — двойные связи расположены у соседних атомов углерода:
СН2=С=СН2
пропадиен
Органическая химия
383
♦ Сопряжённые — двойные связи разделены одной одинарной связью:
сн3
С1
сн2=сн—сн=сн2
сн2=с—сн=сн2
сн2=с-сн=сн;
бутадиен-1,3
2-метилбутадиен-1,3
2-хлорбутадиен-1,3
дивинил
изопрен
хлоропрен
♦ Изолированные — двойные связи разделены двумя и более одинарными связями:
сн2=сн-сн2—СН=СН2
пентадиен-1,4
Наибольший интерес и наиболее широкое практическое применение имеют сопря¬
жённые алкадиены.
Строение на примере бутадиена-1,3
В молекуле бутадиена-1,3 все атомы углерода находятся в состоянии sp2 -
гибридизации и лежат в одной плоскости:
sp2 sp2 sp2 sp2
сн2=сн-сн=сн2
Негибридизованные /?-орбитали четырёх атомов углерода располагаются в перпен¬
дикулярной плоскости и участвуют в образовании я-связей. При этом перекрыва¬
ние /2-орбиталей происходит не только между первым-вторым и третьим-четвёртым
атомами углерода, но и между вторым и третьим. Такое перекрывание называется
сопряжением (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Сопряжённое перекрывание орбиталей
в молекуле бутадиена-1,3
Двойные связи в алкадиенах длиннее двойных связей в алкенах, а одинарные —
короче одинарных связей в алканах.
Важно!
В состоянии sp2 -гибридизации находятся только те атомы углерода, которые
связаны двойными связями.
384
Глава -
Так, в молекуле изопрена присутствует атом углерода, находящийся в состоянии
sp3 -гибридизации:
sp2 sp2 sp2 sp2
сн2=с—сн=сн2
^Зсн3
Изомерия
Для алкадиенов характерны следующие виды изомерии.
♦ Структурная изомерия.
• Изомерия углеродного скелета:
с5н8
сн2=сн—сн=сн—сн3
пентадиен-1,3
• Изомерия положения кратной связи:
с5н8|
сн2=сн—сн=сн-сн3
пентадиен-1,3
СН3
сн2=с—сн=сн2
изопрен
сн2=сн-сн2-сн=сн2
пентадиен-1,4
• Межклассовая изомерия с алкинами и циклоалкенами:
С4Н6
сн2=сн-сн=сн2
бутадиен-1,3
сн=с-сн2-сн3
бутин-1
циклобутен
♦ Пространственная изомерия (геометрическая).
Для изображения 1/ис-т/7бшс-изомеров алкадиенов необходимо записать два
атома углерода, стоящих при одной из двойных связей, и по разные стороны от
них расположить связанные с ними заместители. Так, пентадиен-1,3 имеет сле¬
дующие г/мс-т/ганс-изомеры:
сн2=сн-сн=сн—СН3
СН2=СНх=сс;СНз
сн2=сн .н
н" ^СН3
пентадиен-1,3
г/г/с-пентадиен-1,3
транс- пентадиен-1,3
Физические свойства
При нормальных условиях первые представители алкадиенов — пропадиен и бута¬
диен-1,3 — являются газами, изопрен — жидкостью. Все алкадиены плохо раство¬
ряются в воде.
Органическая химия
385
Химические свойства
1. Наиболее характерными реакциями алкадиенов являются реакции присоедине¬
ния, протекающие с разрывом двойных связей (тг-связей).
В зависимости от температуры присоединение может протекать по разным ато¬
мам углерода:
• 1,4-присоединение протекает по краям, в центре молекулы образуется двой¬
ная связь:
। 1 1 Br Вг
2 3 <4 । | |
СН2=СН-СН=СН2 + Вг2 — сн2-сн=сн-сн2
• 1,2-присоединение протекает по одной из двойных связей:
Г 1 “ 1 £М £И
♦1 12 3 4 I II
сн2=сн-сн=сн2 + Вг2 — сн2—сн-сн=сн2
При нормальных условиях преимущественно протекает 1,4-присоединение:
г । Вг
11 2 3 f4 И I
СН2=СН—СН=СН2 + НВг —- сн2—сн=сн-сн3
П 2 3 Б I t Pt
сн2=сн^сн=сн2 + н2 —- сн3-сн=сн-сн3
Если в реакцию вступает избыток вещества, присоединение протекает по всем
атомам углерода:
СН3 СН3
сн2=с—сн—сн2 + 2н2 — сн3-сн-сн2-сн3
Вг Вг Вг Вг
сн2=сн-сн=сн2 + 2Вг2 — сн2-сн-сн-сн2
бутадиен-1,3 1,2,3,4-тетрабромбутан
2. Алкадиены вступают в реакции жёсткого окисления:
-2 > -1 -1 -2 , +4
CH2f CH-CHf СН2+ 4КМпО4 + 6H2SO4 2СО2
Ох+3 +ЪО
+ *с-сс + 4Mnso4
но он 4
+ 2K2SO4+ 8Н2О
2С2— 12ё —> 2С+4)
2С’1 - 8ё —> 2С+3 J
-20ё
Мп+7 + 5ё —> Мп+2
1
4
386
Гпава -
3. Алкадиены вступают в реакцию полимеризации.
В реакции протекает 1,4-присоединение между разными молекулами алкадие
нов: двойная связь образуется между вторым и третьим атомами углерода. По¬
лученные полимеры, содержащие двойные связи, называются каучуками:
иСН2=СН-СН=СН2 г,р’кат» [-СН2-СН=СН-СН2-]„
бутадиен-1,3 бутадиеновый каучук .
сн3 сн3
«сн2=с—сн=сн2 <,р,кат> [-сн2—с=сн-сн2-]„
изопрен изопреновый каучук
С1 С1
иСН2=С—СН=СН2 [-сн2—С=СН-СН2-]„
хлоропрен хлоропреновый каучук
Изопреновый каучук является компонентом натурального каучука, содержаше
гося в соке дерева гевея. Бутадиеновый и хлоропреновый каучуки получак-
только синтетическим путём.
Для улучшения свойств каучука проводят процесс вулканизации.
Вулканизация— нагревание каучука с вулканизирующим агентом, которые
как правило, является сера. Сера «сшивает» молекулы каучука дисульфидные
мостиками, в результате чего его прочность повышается. Продуктом вулканиз э
ции каучука является резина:
_сн2-сн=сн-сн2^ ^сн2-сн-сн-сн2~_
Sx
S
^СН2-СН=СН-СН2^ + wS -U. -сн2—сн—сн-сн2—
S
S
■"СН2-СН=СН-СН2—. "сн2—сн—сн-сн2—
каучук вулканизированный каучук (резина)
4. Как и другие органические соединения, алкадиены сгорают в кислороде с обр.
зованием СО2 и Н2О.
Получение
1. Дегидрирование алканов:
сн3-сн2-сн2—сн3 f,Cr2°3> сн2=сн—СН=СН2 + 2Н2
сн3 сн3
I t, Сг2О3 I
СН3-СН-СН2-СН3 -Ъ- сн2=с—СН=СН2 + 2Н2
Органическая химия
387
2. Реакция Лебедева — каталитическое дегидрирование и дегидратация этанола:
2СН3—СН2-ОН 400^50°с’а12°з^пО> сн2=СН—СН=СН2 + 2Н2О + Н2
Этот способ был положен в основу промышленного производства синтетическо¬
го бутадиенового каучука в Советском Союзе.
3. Дегидрогалогенирование дигалогеналканов:
СН?-СН-СН—СН2 + 2КОН(спирт) — СН2=СН—СН=СН2 +2КВГ + 2Н2О
Вт" Н; :н ”'вг;
Применение
Широкое промышленное применение алкадиенов обусловлено их способностью
полимеризоваться. Образующиеся в процессе каучуки перерабатывают для произ¬
водства шин и резины.
Задания
Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Указывайте пре-
5 имущественно образующиеся продукты и используйте структурные формулы орга¬
нических веществ.
метан —> ацетилен —> этилен —> этанол —> дивинил —> бутен-2 —> ацетат калия
А1С13 Cl2 Н2, Pt
2. пентен-2 —> Xj —> 2-метилбутан —> изопрен —> Х2 > Х3 —> метилциклобутан
Al2O3,ZnO, t Mg Cl2
' этанол —> 1,3-дибромбутан—>Х2 —>Х3 —>■ бутадиен-1,3 —► бутен-2
1. Установите соответствие между названием вещества и его брутто-формулой.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА БРУТТО-ФОРМУЛА
А)дивинил
1)
с4н6
Б) изобутен
2)
с5н10
В) изопрен
3)
С5Н8
4)
С4Н8
388 Гпава 4
2. Из предложенного перечня выберите два вещества, молекулы которых со¬
держат атом углерода в состоянии sp3 -гибридизации:
1) изопрен; 4) пропадиен;
2) циклогексен; 5) этилен.
3) бутадиен-1,3;
3. Из предложенного перечня выберите все вещества, которые вступают в реак¬
цию полимеризации:
1) дивинил; 4) хлоропрен;
2) пропен; 5) изобутан.
3) циклопентан;
4. Установите соответствие между схемой реакции и веществом X, принимаю¬
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИИ ВЕЩЕСТВО X
А) НВг + X —> 3 -метил-1 -бромбутен-2 1) бутен-2
Б) НВг + X —> 2-метил-2-бромбутан 2) изопрен
В) НВг + Х—> 1-бромбутен-2 3) изобутан
Г) НВг (в присутствии Н2О2) +Х-+ 4) дивинил
1-бромбутан 5) бутен-1
6) 1,1-диметилциклопропан
5. Задана следующая схема превращений веществ:
CH3-CH2-COONa ->Х^ Y-+ бутен-2
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) изобутан; 4) хлорэтан;
2) этан; 5) дивинил.
3) бутан;
6. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
СН3—СН2_ОН Ai2°3? Zn0> Xj —► Х2 —► 2-метилпропан —Х3—изобутен
4.1.6. Алкины
Алкины— это непредельные нециклические углеводороды с общей формуле
СлН2я_2 . В молекулах алкинов содержатся одна тройная связь С = С и, соответст¬
венно, две 71-связи.
Органическая химия
389
Название алкинов соответствует названию алканов с тем же числом атомов углеро¬
да, однако вместо суффикса -ан алкины имеют суффикс -ин:
с2н2 С3Н4 С4Н6
этин/ацетилен пропин бутин
Начиная с С4Н6? в названии алкинов необходимо указывать положение тройной
связи:
сн=с-сн2-сн3 сн3-с=с—СН3
бутин-1 бутин-2
Обратите внимание, гомологический ряд алкинов начинается с ацетилена С2Н2.
Алкин, состоящий из одного атома углерода, не существует.
Строение
Атомы углерода в алкинах, стоящие при тройной связи, находятся в состоянии
5р-гибридизации. В этом случае происходит смешение одной s- и одной ^-орбита-
лей атома углерода, приводящее к образованию двух гибридных орбиталей. Гибрид¬
ные орбитали находятся в одной плоскости под углом 180° и участвуют в образо¬
вании о-связей. Две негибридизованные />-орбитали располагаются в двух взаимно
перпендикулярных плоскостях и участвуют в образовании двух л-связей (рис. 4.7).
р
гибридизация
р ОО
sp-гибридные орбитали
две негибридизованные
р-орбитали
Рис. 4.7. Схема образования sp-гибридных орбиталей, сигма- и пи-связей
в молекуле ацетилена
Обратите внимание, в состоянии ^-гибридизации находятся только те атомы угле¬
рода, которые связаны тройной связью:
sp sp
сн=сн
этин (ацетилен)
sp. sp sp3
сн=с—сн3
пропин
Длина тройной углерод-углеродной связи С = С в молекулах алкинов составляет
>.120 нм.
390
Гпава -
Изомерия
♦ Для алкинов характерна структурная изомерия.
• Изомерия углеродного скелета:
СН3
сД сн=с-сн2-сн2-сн3 сн=с—сн—сн3
пентин-1 З-метилбутин-1
При назывании алкина необходимо учитывать, что нумерация атомов угле¬
рода начинается с той стороны, к которой ближе располагается тройна
связь.
• Изомерия положения кратной связи:
ПТГ сн=с-сн2-сн3 сн3-с=с—сн3
бутин-1 бутин-2
• Межклассовая изомерия с алкадиенами и циклоалкенами:
[ОЩ] сн=с-сн2-сн2-сн3 сн2=сн—сн=сн-сн3
пентин-1 пентадиен-1,3 циклопентен
♦ Цис-транс-изометрия для алкинов нехарактерна.
Физические свойства
Как и другие углеводороды, при нормальных условиях алкины от С2Н2 до С4Н
являются газами, от С5Н8 до С16Н30 — жидкостями, алкины с большим число:
атомов углерода — твёрдыми веществами. Алкины имеют повышенные темперап ■
ры кипения и плавления по сравнению с соответствующими алкенами, плохо рас¬
творяются в воде.
Химические свойства
1. Наиболее характерными реакциями алкинов являются реакции присоединен!#
протекающие с разрывом тройной связи. Две я-связи в молекулах алкинов раз¬
рываются последовательно, поэтому алкины могут реагировать как с избытком,
так и с недостатком вещества.
• Гидрирование:
f ' t Pd * * ' t Ni
CH=CH + н2(нед )^-* CH2=CH2 CH=CH + 2Н2(изб ) CH3-CH3
Органическая химия
391
• Галогенирование.
Качественной реакцией на тройную связь является обесцвечивание бромной
воды:
Г Т 1 f Т 1 $г $г
СН=СН + Вг2(нед} — СН=СН СН=СН + 2Вг2(изб.) -* CH—СН
Вг Вг Вг Вг
• Г идрогалогенирование.
Присоединение галогеноводородов протекает по правилу Марковникова'.
I ■ 9
СН=СН2+НС1 —* сн-сн3
CI С1
винилхлорид 1,1-дихлорэтан
СН=СН + НС1 —* сн=сн2
С1
ацетилен винилхлорид
Важно!
При взаимодействии с избытком галогеноводородов атомы галогенов при¬
соединяются к одному атому углерода:
I——> ?
СН=СН + 2НС1 СН-СНз
С1
г Г" । ।
СН3-С=СН + 2НВг —► сн3-с-СН3
Вг
• Гидратация —реакция Кучерова.
Гидратация алкинов протекает в присутствии катализатора— солей двухва¬
лентной ртути (Hg2+). При гидратации ацетилена образуется альдегид —
этаналь:
сн=сн + н2о сн3—сС2
2 н
ацетилен этаналь (ацетальдегид)
При гидратации других алкинов образуются кетоны:
О
t Н22+ Н
сн3-с=сн + н2о — ■ сн3-с-сн3
пропин пропанон (ацетон)
О
t Hg2+ II
сн3-с=с-сн3+н2о сн3-с-сн2-сн3
бутин-2 бутанон
392
Гпава -
2. В отличие от алкенов, для алкинов не характерны реакции полимеризации, оз-
нако ацетилен вступает в реакцию димеризации:
СН=СН + СН=СН CuC1’NH‘>cl> сн=с—сн=сн2
винилацетилен
Образующийся при димеризации ацетилена винилацетилен используют для пс
лучения хлоропрена, из которого далее производят каучук:
С1
СН=С-СН=СН2+НС1 сн2=с—сн=сн2
винилацетилен хлоропрен
С1 С1
77СН2=С—СН=СН2 г’р’кат» [-сн2—с=сн-сн2-]„
хлоропрен хлоропреновый каучук
3. Ацетилен и пропин вступают в реакцию тримеризации в присутствии активир:
ванного угля —реакция Зелинского. Продуктами являются бензол и 1,3,5-триме
тилбензол соответственно:
1,3,5-триметилбензол
4. Реакции окисления.
• Полное окисление (горение).
Температура пламени ацетилена может превышать 3000 °C, поэтому ацет₽
лен используют при газовой сварке металлов:
2С2Н2 + 5О2 4СО2 + 2Н2О
• Алкины не вступают в реакцию Вагнера.
Органическая химия
393
• Алкины вступают в реакции жёсткого окисления.
О Кислая среда.
- Окисление ацетилена протекает с образованием углекислого газа:
снфсн + 2КМпО4 + 3H2SO4 2СО2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 4Н2О
2С-1 - 10ё 2С+4 1
Мп+7 + 5ё —> Мп+2 2
В более мягких условиях возможно образование двухосновной щавеле¬
вой кислоты:
-1 > о.+3 +з о
SCHOCH + 8КМпО4 + 12H2SO4—>- 5tt2C-CLit + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12H2O
-v- но он
щавелевая кислота
2С”1 - 8ё -> 2С+3 5
Мп+7 + 5ё —> Мп+2 8
- Продуктами окисления пропина являются углекислый газ и уксусная
кислота:
Ф1 0 f ° +3Х)
с-сн3 +4К2Сг2Ой + 16H2SO4-^ 3CO2 + 3CH3~(XqH + 4Cr2(SO4)3 +
+ 4K2SO4 + 16H2O
С’1-5ё^С+4)_ n
C° - Зё —► С+3 J
2Сг+6 + 6ё —> 2Сг+3
3
4
О Щелочная среда и нейтральная среда.
В щелочной и нейтральной средах вместо кислот образуются их соли, а
вместо СО2 —карбонат калия:
-I -I О^+3 +з -О
ЗСН=СН + 8КМпО4 —- Зт, _ Х-С^ТЛ + 8MnO2l + 2КОН + 2Н2О
4 КО ОК
оксалат калия
2С”1 - 8ё -> 2С+3 3
Мп+7 + Зё —► Мп+4 8
-1 >° , +4 +3.0
снфс-сн3 + 8КМпО4 +11КОН К2СО3 + СН3~С' + 8К2МпО4 + 6Н2О
ОК
С-‘-5ё->С+41
С°-Зё^С+3 J
-8ё
1
8
Мп+7 + 1ё-^Мп+6
394 Гпава 4
5. Реакции замещения.
Для алкинов с тройной связью, расположенной в начале цепи, характерны реак¬
ции замещения атомов водорода на одновалентные металлы. В данных реакциях
алкины проявляют слабые кислотные свойства:
НС=СН + 2Na — NaC=CNa + H2t
ацетиленид натрия
2СН3-С=СН + 2К —► 2СН3-С=СК +H2t
метилацетиленид калия
Алкины взаимодействуют с аммиачным раствором оксида серебра, упрощённая
формула которого Ag2O • NH3 (р-р). Однако при составлении уравнений реакции
необходимо использовать полную формулу комплексного соединения — гидро¬
ксида диамминсеребра(1) [Ag(NH3)2]OH:
НС=СН + 2[Ag(NH3)2]OH AgC=CAgl + 4NH3t + 2Н2О
ацетиленид серебра(1)
СН3-С=СН + [Ag(NH3)2]OH — сн3—C=CAgl + 2NH3t + Н2О
Метилацетиленид серебра(1)
Образующиеся ацетилениды представляют собой нерастворимые в воде взрыв¬
чатые вещества.
Важно!
Бутин-2 и другие алкины с тройной связью, расположенной в середине цепи,
в реакции замещения не вступают, поскольку они не содержат атома водо¬
рода у углерода, стоящего при тройной связи:
СН3-С=С—CH3 + Na
СН3—С=С—СН3+ [Ag(NH3)2]OH-/-
Реакции замещения используют для качественного определения алкинов с кон¬
цевой тройной связью. С их помощью алкины можно отличить не только от дру¬
гих классов органических веществ, но и от алкинов с тройной связью в середине
цепи.
Получение
1. В промышленности.
Как и алкены, алкины не содержатся в нефти и газе и практически не встречают¬
ся в природе. Основными способами их получения являются термические пре¬
вращения алканов и алкенов.
Органическая химия
395
• В промышленности ацетилен получают пиролизом метана:
2СН4120(М500^ СН=СН + зн2
• Ацетилен также образуется при водном или кислотном гидролизе карбида
(ацетиленида) кальция:
СаС2 + бу™20 —Са(ОН)2 + СН=СШ
СаС2 + 2НС1 — СаС12 + CH=CHt
• Алкины образуются при дегидрировании соответствующих алканов и алке¬
нов:
СН3-СН2-СН3 сн3—С=СН + 2Н2
2. В лаборатории.
• Дегидрогалогенирование дигалогенпроизводных.
Реакция протекает в присутствии спиртового раствора щёлочи, при этом два
атома галогена должны стоять либо у одного атома углерода, либо у сосед¬
них:
сн—сн + ссс 1(спирт.) сн=сн + сн + 2н2о
;н’”с1!
: н вг]
СН3-С—СН + 2КОН(спирт) сн3—С=СН + 2КВг + 2Н2О
!вг"н :
1 J
• Для удлинения цепи алкинов используют реакцию ацетиленидов металлов с
галогеналканами:
NaC=CNa + 2СН3С1 — СН3-С=С~СН3 + 2NaCl
бутин-2
СН3-С=СК + сн3—СН21 — СН3-С=С-СН2-СН3 + KI
пентин-2
Применение
Наибольшее промышленное применение имеют ацетилен и продукт его димериза¬
ции— винилацетилен. Ацетилен используется при газовой сварке металлов, ви¬
нилацетилен — для получения хлоропрена. Алкины широко применяются в орга¬
ническом синтезе и используются для получения альдегидов, кислот и многих дру¬
гих органических веществ.
396
Гпава -
Задания
V
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Указывайте пре¬
имущественно образующиеся продукты и используйте структурные формулы орга¬
нических веществ.
НС1 2С12, hv
А14С3 Xi -> С2Н2 -> Х2 —► С2Н5С1 -> С3Н8 —> х3
кон(спирт.
>х4
[Ag(NH3)2]OH
>х<
Н2О,Н+ НВг Br2,/iv H2O,Hg2+
2. С2Н2 —> Xj > этанол —> Х2 —> бутен-2 —> Х3 > Х4 —► бутин-2 > Х5
КОН(спирт ) КМпО4,ОН~ КОН, Г 1200 °C
3. С3Н8 —> X! > пропен > Х2 > Х3 > Х4 —* щавелевая кислота
HCl t, Cr2O3 KMnO4,01Г
4. карбид кальция —> Х1 —► Na2C2 —► бутин-2 —> Х2 > дивинил > Х3
НС1 Сакт
5. метилциклопропан —> Xj бутен-2 —> ацетат калия —> Х2 —> Х3 > бензол
Тест
1.
Установите соответствие между названием вещества и общей формулой го¬
мологического ряда, к которому это вещество принадлежит.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
ОБЩАЯ ФОРМУЛА
А) винилацетилен
1) с„н2п+2
Б) циклопентен
2) С„Н2и
В) дивинил
3) с„н2л_2
4) С„Н2„_4
2. Из предложенного перечня выберите два вещества, молекулы которых со¬
держат ровно две тс-связи:
1) бутен-2; 4) изопрен;
2) этилен; 5) циклогексан.
3) пропин;
3. Из предложенного перечня выберите все вещества, при гидратации которых
образуется кетон:
1) этин; 4) бутин-1;
2) циклогексен; 5) этилен.
3) пропин;
Зрганическая химия 397
4. Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
А) бутин-1 и хлороводород
1) 1,2,3,4-тетрахлорбутан
Б) ацетилен и хлороводород
2) 1,2-дихлорэтан
В) дивинил и хлор
3) 1-хлорбутен-1
Г) винилацетилен и хлороводород
4) 2,2-дихлорбутан
5) винилхлорид
6) хлоропрен
5. Задана следующая схема превращений веществ:
Н2О, Hg2+
этин —> X —► пропин > Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) пропаналь; 4) ацетон;
2) хлорэтан; 5) моноацетиленид калия.
3) пропанол-2;
6. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
п n г NaOH(ctlllpT) КМ11О4, КОН, t v КОН, t
2,2-дихлорбутан Xj - ► Х2
-^Х г ацетилен
* аЦсАИЛиН Л4
4.1.7. Ароматические углеводороды (арены)
Арены — это углеводороды, содержащие одно или несколько ароматических (бен¬
зольных) колец. Общая формула аренов, содержащих одно ароматическое коль¬
цо,— С„н2„_6.
Первым представителем аренов является бензол С6Н6. Его структурную формулу
принято изображать в виде шестиугольника с тремя чередующимися двойными
связями (устаревшая формула Кекулё) или в виде шестиугольника с кольцом в цен¬
тре. Гомологи бензола содержат ароматическое кольцо и связанные с ним алкиль¬
ные радикалы:
метилбензол
толуол
изопропилбензол
кумол
бензол
398
Гпава -
Если арен содержит один заместитель, в названии вещества не указывается его пс -
ложение. Если заместителей несколько, углероды в ароматическом кольце нумер) ■
ются таким образом, чтобы значения этих номеров были наименьшими:
1,2,4-триметилбензол
Название веществ с несколькими разными заместителями может составляться от¬
носительно производного бензола с одной из функциональных групп. В этом слу¬
чае углероду ароматического кольца, связанному с этой функциональной группой,
присваивается номер 1, а остальные углероды атомы нумеруются так, чтобы значе¬
ния этих номеров были наименьшими:
2,5 - дихлорнитро бензо л
2-нитро-4-хлорэтилбензол
Строение
Атомы углерода в бензольном кольце находятся в состоянии sp2 -гибридизации и
образуют плоский шестичленный цикл. Негибридные /7-орбитали шести атомов уг¬
лерода располагаются в перпендикулярной плоскости и участвуют в образования
единого л-электронного облака (сопряжённой л-системы), которое в записи формул
аренов отображается в виде кольца (рис. 4.8).
Рис. 4.8. Схематичное изображение сопряжённой л-системы
в молекуле бензола
Длина углерод-углеродной связи в бензольном кольце составляет 0,140 нм.
Эрганическая химия
399
Обратите внимание, атомы углерода в предельных алкильных радикалах находятся
в состоянии sp3 -гибридизации:
^2НС' ^сн-'/’2
^2НС^СН^2
С.₽>
бензол
sp2
сн3
sp1
толуол
Изомерия
♦ Бензол и толуол не имеют структурных изомеров.
♦ Если арен содержит два заместителя, они могут располагаться друг относитель¬
но друга тремя способами:
в положении
в положении
в положении
1, 2 (орто-);
1, 3 (мета-);
1, 4 (пара-).
I пара-1
С7Н7Вг
Br
2-бромтолуол
о-бромтолуол
Br
3-бромтолуол
jw-бромтолуол
41
Вг
4-бромтолуол
и-бромтолуол
6
2
5
3
Кроме того, два атома углерода могут входить в состав как одного радикала, так
и двух разных. Так, формуле С8Н10 соответствуют четыре изомера:
CH3
CH3
CH3
C8Hio
CH2-CH3
1,2-диметилбензол
о-ксилол
этилбензол
сн3
1,3-диметилбензол 1,4-диметилбензол
jw-ксилол и-ксилол
Арены, содержащие заместители с тремя и более атомами углерода, имеют
структурные изомеры углеродного скелета:
С9Н12
CH3
CH2-CH2-CH3
пропилбензол
изопропилбензол (кумол)
400
Гпава 4
Обратите внимание, радикал С6Н5- называется фенилом, а радикал С6Н5-СН2-
имеет название «бензил»'.
дифенил
дибензил
Физические свойства
При нормальных условиях бензол и первые представители аренов — бесцветные
ядовитые жидкости с неприятным запахом. Как и другие углеводороды, арены
очень плохо растворяются в воде и не смешиваются с ней. Однако они хорошо рас¬
творяются в органических растворителях. Кроме того, бензол и толуол сами ис¬
пользуются для растворения других органических веществ.
Химические свойства бензола
Из-за устойчивой ароматической я-системы бензол не обладает высокой химиче¬
ской активностью.
1. Наиболее характерными реакциями бензола являются реакции замещения ато¬
мов водорода в ароматическом кольце.
• Галогенирование бензола протекает в присутствии катализаторов A1CL.
А1Вг3, FeCl3 или FeBr3:
Важно!
Под действием ультрафиолетового излучения бензол вступает с хлором в ре¬
акцию присоединения, протекающую с образованием гексахлорциклогексан а
(гексахлорана):
бензол
гексахлорциклогексан
: эганическая химия
401
• Нитрование бензола протекает под действием нитрующей смеси— смеси
®^^3(конц.) И Н28О4(конц.) •
;Н :
L.+hq}no2 -Н2-0-°н—>
нитробензол
no2
+ Н2О
бензол
Алкилирование (реакция Фриделя — Крафтса) — реакция получения гомоло¬
гов бензола. Алкилирование протекает под действием:
О галогеналканов в присутствии катализаторов А1С13, А1Вг3, FeCl3 или
FeBr3:
бензол
+ ClfCH3 -
толуол
сн3
+ НС1
О алкенов в присутствии катализаторов А1С13 или Н3РО4.
При алкилировании бензола алкенами образуется предельный углеводород¬
ный радикал (без двойных связей). Так, при алкилировании бензола этиленом
образуется этилбензол:
1
[Qf + сн2=сн2
бензол этилен
этилбензол
При алкилировании бензола гомологами этилена образуются радикалы по¬
строения:
+ сн2=сн-сн3
г, Н3РО4
изопропилбензол
(кумол)
бензол пропилен
2. Менее характерными для бензола являются реакции присоединения, протекаю¬
щие с разрушением ароматической л-системы.
• Гидрирование:
• Хлорирование на свету с образованием гексахлорциклогексана (см. ранее).
402
Гпава -
3. Полное окисление (горение):
2С6Н6 + 15О2 12СО2 + 6Н2О
Бензол не имеет качественных реакций: он не обесцвечивает бромную воду и вод¬
ный раствор перманганата калия (реакция Вагнера), не вступает в реакции замеще¬
ния с активными металлами, поэтому с помощью этих превращений алкены, алки¬
ны и алкадиены можно отличить от бензола.
Ориентанты первого и второго рода
В зависимости от природы первого заместителя (ориентанта) в бензольном кольце
второй заместитель при протекании реакции встаёт в определённое положение
(орто-, мета-, пара-).
1. Ориентантами первого рода являются: алкильные радикалы -СН3, -С2Н5.
-С3Н7; галогены -F, —Cl, -Br, -I; гидроксогруппа -ОН; аминогруппа
-NH2. Они ориентируют второй заместитель в орто- и и^а-положения:
о-хлортолуол
+ НС1
и-хлортолуол
При написании уравнений реакции в продуктах следует указывать только один
из возможных изомеров.
2. Ориентантами второго рода являются: карбонильная группа -СНО (альдеги¬
ды); карбоксильная группа -СООН (карбоновые кислоты); нитрогруппа -NO.
тригалогензамещённые радикалы -СС13. Они ориентируют второй заместитель
только в .we/w-положение:
нитробензол
ти-хлорнитробензол
Органическая химия
403
Химические свойства гомологов бензола
.Алкильные радикалы являются ориентантами первого рода, поэтому реакции за¬
мещения с гомологами бензола протекают в орто- и пара-положениях.
1. Галогенирование:
сн2-сн3
сн2-сн3
сн2-сн3
t
+ С12 ВВ
+ но
этилбензол
С1
о-хлорэтилбензол я-хлорэтилбензол
При выполнении экзаменационных заданий следует указывать один из обра¬
зующихся изомеров:
/, А1С13
сн3
+ но
Важно!
На свету реакции замещения с хлором и бромом протекают по а-углеродному
атому в углеводородном радикале (соседнему с бензольным кольцом):
сн2-сн3
+ С12
СН-СНз
С1 + НС1
Атомы водорода в ароматическом кольце при данных условиях на галогены не
замещаются.
2. Нитрование:
сн2-сн3
сн2-сн3
этилбензол
+ HNO3 f’H2S°4(ltOHU),
+ Н20
NO2
и-нитроэтилбензол
При нитровании толуола в избытке азотной кислоты образуется 2,4,6-тринитро¬
толуол (тротил):
Л Н2$О4(конц.)
толуол
сн3
o2N
no2
+ ЗН2О
no2
2,4,6-тринитротолуол (тротил)
404
Гпава 4
3. Алкилирование:
толуол
Если заместитель в бензольном кольце создаёт пространственные затруднения
для замещения атома водорода в о/?то-положение, в реакциях преимущественно
образуется тшря-изомер:
+ СН2=СН2
изопропилбензол
кумол
t, Н3РО4 .
77-этилизопропилбензол
77-ЭТИЛКуМОЛ
4. В отличие от бензола его гомологи окисляются перманганатом и дихромата
калия. Независимо от числа атомов углерода в радикале при окислении образх -
ются бензойная кислота или её соли:
+ 6KMnO4 +9H2SO4-^
5 [ОТ 0Н + 6MnSO4 + 3K2SO4 +14Н2О
бензойная кислота
С’3 - 6ё -> С+3 5
Мп+7 + 5ё —Мп+2 6
+ 2МпО21 + КОН + Н2О
бензоат калия
С’3 - 6ё -> С+3
Мп+7 + Зё Мп+4
1
2
Органическая химия
405
При окислении ксилолов образуются двухосновные фталевые кислоты:
о-ксилол
фталевая кислота
+ 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 +10Н2О
2С~3 - 12ё — 2С+3
2Сг+6 + 6ё 2Сг+3
1
2
Состав других продуктов окисления определяется количеством и длиной угле¬
водородных радикалов, связанных с ароматическим кольцом:
+4
+ 5СО2 +
+ 12MnSO4 + 6K2SO4+ 28Н2О
С’2 -5ё-> С'3)
С"3 - 1ё -> С+4)
-12ё
Мп+7 + 5<?-» Мп+2
5
12
СН24-СН2-СН3
+2KMnO4 + 3H2SO4
0Н +CH3-CtO
3 он
+ 2MnSO4 + K2SO4 + 4Н2О
С“2-5ё—>С+3
С’2-5ё^С+3
-10ё 1
2
Мп+7 + 5ё —* Мп+2
5. Промышленно важной реакцией кумола является его окисление кислородом с
последующим кислотным гидролизом. Реакция протекает с образованием двух
ценных продуктов: фенола и ацетона. В одну стадию процесс можно записать
следующим образом:
сн3-сн-сн3
ОН
r,H2SO4
т- (J2
фенол
ацетон
изопропилбензол
кумол
406
Гпава -
Получение бензола и его гомологов
1. Арены являются компонентами каменного угля и образуются при его коксова¬
нии. Также ароматические соединения входят в состав нефтяных фракций и об¬
разуются при их термической и каталитической переработке.
2. Арены образуются при дегидроциклизации алканов, содержащих в молекуле
6 атомов углерода и более:
СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3 |^Q) + 4Н2
гексан бензол
СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-СНз [ОТ + 4Н2
гептан метилбензол (толуол)
А также при дегидрировании циклогексана, циклогексена и их гомологов:
+ ЗН2 ]
циклогексан бензол
метилциклогексан метилбензол (толуол)
Данные реакции протекают при риформинге бензиновых фракций.
3. Бензол и 1,3,5-триметилбензол образуются при тримеризации ацетилена и про¬
пина соответственно:
1,3,5-триметилбензол
Эрганическая химия
407
4. Гомологи бензола образуются при его алкилировании (см. ранее), а также при
взаимодействии хлорбензола с галогеналканами в присутствии металлического
натрия —реакция Вюрца — Фиттига'.
+ СН3-С1 + 2Na
5. Бензол, также образуется при сплавлении солей бензойной кислоты с твёрдыми
щелочами (декарбоксилирование):
>с:° ;
!—0.К..+ К.Ф(тв.)
бензоат калия
Стирол
Стирол, или винилбензол, — ароматический углеводород, содержащий непредель¬
ный заместитель с двойной связью. Стирол имеет формулу С8Н8 и соответствует
: бщей формуле СяН2и^. Все атомы углерода в молекуле стирола находятся в со¬
стоянии sp2 -гибридизации:
ЗГГ
О/СН=СН2
гр2
•sp2
Важно!
Стирол является ароматическим углеводородом, но не гомологом бензола.
При нормальных условиях стирол — бесцветная жидкость со специфическим запа¬
хом, плохо растворимая в воде.
Химические свойства стирола схожи со свойствами алкенов. Стирол вступает в ре-
.<ции присоединения, окисления, полимеризации, обесцвечивает бромную воду и
вэдный раствор перманганата калия:
жёлто-оранжевый
сн-сн2
бесцветный
ОН
СН-СН2
I I
OH +2MnO2l+2KOH
СН=СН2
0-20 °C
+ 2КМпО4 + 4Н2О •
| полимер|
сн2-]„
полистирол
+ СО2 + 2MnSO4 +
+ K2SO4 + 4Н2О
[мономер]
стирол
Стирол также вступает в реакцию совместной полимеризации (сополимеризации
с бутадиеном-1,3- В результате реакции образуется бутадиен-стирольный каучук:
+ иСН2=СН-СН=СН2^^
[-СН-СН2-СН2-СН=СН-СН2-],:
Стирол получают дегидрированием этилбензола:
сн2-сн3
бутадиен-стирольный каучук
t, Сг20з
Применение аренов
Бензол широко применяется в органическом синтезе — он является сырьем для по¬
лучения органических соединений, на основе которых изготавливают лекарства:
пластмассы, лаки и краски. Бензол и толуол используются в качестве растворите¬
лей. Тринитротолуол применяется в качестве компонента взрывчатых смесей. Сти¬
рол является сырьем для производства полимеров и пластмасс: бутадиен¬
стирольные каучуки применяются в производстве шин. 77яра-ксилол используете-
для получения терефталевой кислоты, которая применяется в производстве волоки.
Органическая химия
409
лавсан (см. разд. 4.2.4). Кумол используется для совместного получения фенола и
ацетона.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Указывайте пре-
амущественно образующиеся продукты и используйте структурные формулы орга¬
нических веществ.
КМпО4, ОН- С2н4, н+ КМпО4(р.р), О °C
гептан —* толуол > Xj —> С6Н6 > Х2 —> винил бензол > Х3
t, сакт СН3С1, А1С13 К2Сг2О7, н+
2. СаС2 —> Xi > бензол > Х2 > Х3 —> ж-нитробензойная кислота
С12, А1С13 КМпО4, ОН“ кон(изб ), t Cl2, hv
1 С6Н6 > Хт —> С7Н8 —> «-ксилол > Х2 > Х3 > гексахлоран
НВг, Н2О2 Na этилен, Н+ Cl2, hv
- С3Н6 > XL —> Х2 —► бензол > Х3 > Х4 —> стирол —> бензоат натрия
Г,Сакт КМпО4(р.р)5/ H2,Ni С12 КМпО4,Н+
5 пропин > Xj > Х2 —> С6Н6 > Х3 —> Х4 —> циклогексен > Х5
ест
1.
Установите соответствие между формулой вещества и общей формулой клас-
са/группы органических соединений, к которому (которой) это вещество
принадлежит.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
СН3
Б)
СН3
сн3
сн=сн2
ОБЩАЯ ФОРМУЛА
1) с„н2в_2
2) С„Н2„_4
3) с„н2и_6
4) СиН2в_8
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются изоме¬
рами этилбензола:
1) толуол; 4) этилциклогексан;
2)л*-ксилол; 5) 1,4-диметилбензол.
3) кумол;
410
Гпава -
3. Из предложенного перечня выберите все вещества, при окислении которых
перманганатом калия в кислой среде образуется углекислый газ:
1)толуол; 4)этилбензол;
2) изопропилбензол; 5) стирол.
3) бутадиен-1,3;
4. Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
А) бензол и хлор, hv
1) л/-хлорэтилбензол
Б) бензол и хлор, FeCl3
2) хлорбензол
В)этилбензол и хлор,hv
3) 1-хлор-1-фенилэтан
Г) этилбензол и хлор, FeCl3
4) гексахлоран
5) 1-хлор-2-фенилэтан
6) и-хлорэтилбензол
5. Задана следующая схема превращений веществ:
С Y
X —> бензол -> этилбензол
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) этилен; 4) пропин;
2) этин; 5) этан.
3) пропен;
6. Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
СбН6(г) + ЗН2(Г) С6Н12(г) + Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого во
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) нагрев
Б) повышение концентрации бензола
В) уменьшение давления
Г) добавление платины
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЙ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Органическая химия
411
\ Установите соответствие между названием мономера и соответствующего
ему полимера.
НАЗВАНИЕ МОНОМЕРА НАЗВАНИЕ ПОЛИМЕРА
А) винилбензол 1) поливинилхлорид
Б) хлорэтилен 2) полистирол
В) 2-метилбутадиен-1,3 3) дивиниловый каучук
4) изопреновый каучук
, При каталитической дегидрироциклизации гептана массой 45 г получили
6,21 г толуола. Вычислите массовую долю выхода продукта (в %) в указан¬
ной реакции. (Запишите число с точностью до целых.)
9. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
L „ хлорэтан, А1С13
метил циклогексан—*- Xi «
/\XOOK
^^СООК
—*- Х3 —► нитробензол
4.2 . Кислородсодержащие органические соединения
Кислородсодержащие органические соединения— производные углеводородов,
з состав которых входит один или несколько атомов кислорода.
Основными классами кислородсодержащих соединений являются:
♦ спирты; ♦ простые и сложные эфиры;
♦ альдегиды и кетоны; ♦ жиры;
♦ карбоновые кислоты; ♦ углеводы.
4.2.1. Спирты
?пирты— производные углеводородов, в молекуле которых один или несколько
.гомов водорода замещены на гидроксильную группу -ОН.
Важно!
Соединения, в которых гидроксильная группа непосредственно связана с
бензольным кольцом, не являются спиртами (см. разд. 4.2.2).
В зависимости от количества гидроксильных групп спирты разделяются на одно¬
томные (одна группа -ОН) и многоатомные (несколько групп ОН).
412
Гпава 4
Предельные одноатомные спирты
Предельные одноатомные спирты — это производные алканов, содержащие одну
гидроксильную группу и имеющие общую формулу С„Н2я+1ОН.
Названия спиртов соответствуют названию алканов с тем же числом атомов угле¬
рода, однако вместо суффикса -ан спирты имеют суффикс -ол. Нумерация цепи
начинается с того края молекулы, к которому ближе располагается группа -ОН:
СН3-ОН
метанол
метиловый спирт
древесный спирт
сн3-сн2-сн2-он
пропанол-1
пропиловый спирт
сн3-сн2-он
этанол
этиловый спирт
сн3-сн2-сн2-сн2-он
бутанол-1
бутиловый спирт
В зависимости от атома углерода, с которым связана группа -ОН, спирты разделя¬
ют на первичные, вторичные и третичные:
| первичный спирт |
сн3-сн2-он
| вторичный спирт |
| третичный спирт]
этанол
этиловый спирт
сн3-сн-сн3
он
пропанол-2
изопропиловый спирт
сн3
сн3-с—сн3
он
2-метилпропанол-2
ти/гети-бутиловый спирт
Строение
В молекулах предельных спиртов все атомы углерода находятся в состоянии sp3 -гиб¬
ридизации, все связи одинарные (о-связи).
Изомерия
♦ Изомерия положения функциональной группы -ОН:
С3Н8О
сн3-сн2-сн2-он
пропанол-1
пропиловый спирт
сн3-сн—сн3
он
пропанол-2
изопропиловый спирт
Органическая химия
413
♦ Структурная изомерия углеродного скелета:
С4Н10О
сн3-сн2-сн2-сн2-он
бутанол-1
бутиловый спирт
сн3
сн3-сн-сн2-он
2-метилпропанол-1
изобутиловый спирт
♦ Межклассовая изомерия с простыми эфирами. Простые эфиры представляют
собой вещества, в которых углеводородные радикалы связаны между собой че¬
рез атом кислорода R-O-R’:
С2Н6О
С3н8о
сн3-сн2-он
этанол
этиловый спирт
сн3-сн2-сн2-он
пропанол-1
пропиловый спирт
сн3-о-сн3
диметиловый эфир
сн3-о—сн2-сн3
метилэтиловый эфир
Физические свойства
В отличие от углеводородов при нормальных условиях в гомологическом ряду
: пиртов газов нет, а первые представители являются бесцветными жидкостями. Это
бусловлено наличием между молекулами спиртов водородных связей и, как след-
.твие, более высоких температур кипения и плавления по сравнению с соответст-
-ующими углеводородами (табл. 4.3).
Таблица 4.3. Температуры кипения некоторых органических соединений
Вещество
Этан
Этен (этилен)
Этин (ацетилен)
Этанол
^кипения, С
-89
-104
-84
78
Гпирты являются хорошими растворителями многих органических веществ. Низ¬
шие спирты очень хорошо растворяются в воде и образуют с ней водородные связи
рис. 4.9).
;о’х
;о;
НГ
5*НГ чнг+ .
сн/ ®.tH ЧСН3
. 5- .
5- /
5- .■■■’
;Ь:
;Ь\
сн3
н сн3 н
сн3 н
Рис. 4.9. Схема образования водородных связей между молекулами метанола и воды
414
Гпава -
Этанол оказывает токсичное действие на организм человека, а метанол является
смертельным ядом даже в очень малых количествах.
Обратите внимание, этанол и метанол имеют характерный схожий запах.
Химические свойства
1. Реакции, протекающие с разрывом связи О-Н.
• Спирты вступают в реакции замещения с активными металлами. Продуктами
являются соли спиртов — алкоголятъг.
2СН3-ОН + 2Na — 2CH3~ONa + H2t
метиловый спирт метилат натрия
2СН3-СН2-ОН + 2К 2СН3-СН2-ОК + H2t
этиловый спирт этилат калия
В данных реакциях спирты проявляют слабые кислотные свойства, однакс
они не являются кислотами и не изменяют окраску индикаторов. Кроме того,
кислотные свойства спиртов ослабевают с увеличением числа атомов углеро¬
да в молекуле.
Взаимодействие спиртов с активными металлами используется для их каче¬
ственного определения, поскольку при протекании реакции происходит рас¬
творение твёрдого вещества (металла) и выделение газа (водорода).
Спирты проявляют более слабые кислотные свойства, чем вода, поэтому об¬
разующиеся алкоголяты подвергаются водному гидролизу:
СН3-ONa + Н2О СН3-ОН + NaOH
■ Важно!
Спирты не взаимодействуют со щелочами и солями.
• Спирты вступают в реакцию этерификации со всеми органическими и неко¬
торыми неорганическими кислотами. При взаимодействии образуются слож¬
ные эфиры — производные карбоновых кислот:
СЩ-С*?- f,H2so4 сщ-ct0
[OH+H-rO-CH2-CH3 3 О-СН2-СН3 + Н2О
- этилацетат
уксусная кислота этиловыи спирт w w
этиловыи эфир уксусной кислоты
СНз“сжнто-сн:с«з
СН3
уксусная
кислота
изопропиловый
спирт
',h2so4 сн,-с:° -СН,
3 °-™ , , - Н2О
сн3
изопропилацетат
изопропиловый эфир уксусной кислоты
Органическая химия
415
t, H2SO4
СН3-О+Н +HOfNO2 ch3-o-no2 +Н20
метанол азотная кислота ^метилнитрат ~
метиловый эфир азотной кислоты
Важно!
Сложные эфиры азотной кислоты не являются нитросоединениями, посколь¬
ку не содержат связи С-N и не образуются в реакции нитрования.
2. Реакции, протекающие с разрывом связи С-О.
• Внутримолекулярная дегидратация спиртов протекает при температуре
выше 140 °C в присутствии H2SO4 или А12О3. В реакции образуется алкен:
СН2-СН2 -140°C’H2SC)4> сн2=сн2 + Н2О
;н ohJ
этанол
Если атом углерода, у которого находится -ОН-группа, связан с атомами уг¬
лерода, содержащими разное количество водорода, отщепление протекает по
правилу Зайцева’.
t >140 °C, H7SO4 _
СН3—СН-СН-СН3 -2-—» сн3-сн=сн-сн3 + Н2О
:н’ ’ОН;
бутанол-2
Метанол не вступает в реакцию внутримолекулярной дегидратации, посколь¬
ку алкен, содержащий один атом углерода в молекуле, не существует.
• Межмолекулярная дегидратация спиртов протекает при температуре ниже
140 °C в присутствии тех же катализаторов. В ходе реакции образуется про¬
стой эфир:
СН3—СН24"0Н+Н}0—СН2—СН3 f<140°c’H2s°4> СН3-СН2-О-СН2-СН3 + Н2О
этиловый спирт этиловый спирт диэтиловый эфир
| 2СН3—ОН ?<140°c’H2s% Сн3-О-СН3 + Н2О
метиловый спирт диметиловый эфир
Простые эфиры также образуются при взаимодействии солей спиртов (алко-
голятов) с галогеналканами:
CH3-CH2-O-FK+ С1уСН3 сн3-сн2-О-СН3 + КС1
этилат калия
хлорметан
метилэтиловый эфир
416
Гпава 4
• В присутствии катализатора, состоящего из ZnO и А12О3, этанол вступает в
реакцию внутримолекулярной дегидратации и межмолекулярного дегидри¬
рования (реакция Лебедева):
2СН3—СН2—ОН 4(Х>-450°С'а12Оз.2пО> СН2=СН-СН=СН2 + 2Н2О + Н2
• Спирты реагируют с галогеноводородами с образованием галогеналканов.
В данной реакции происходит замещение гидроксильной группы на атом га¬
логена: '
СН3-Р0Й + H-j-Br — СН3Вг + Н2О
сн3-сн-сн3 + HI —* сн3-сн-сн3 + Н2О
ОН I
пропанол-2 2-йодпропан
Замещение гидроксильной группы на атом галогена также протекает под
действием хлорида фосфора(У):
СН3-СН2-ОН + РС15 — СН3-СН2-С1 + РОС13 + НС1
3. Реакции окисления спиртов.
• Каталитическим окислением метанола в промышленности получают альде¬
гид метаналь (формальдегид):
2СН3-ОН + О2 2H-Ct° + 2Н2О
н
метаналь
формальдегид
• Спирты окисляются под действием оксида меди(И). При окислении первич¬
ных спиртов образуются альдегиды, а при окислении вторичных — кетоны:
t ^о
СН3-ОН + CuO Н—С\ + Cui + Н2О
з н 2
СН3-СН2-ОН + CuO СН3-ССН + Си! + Н2О
этаналь
ацетальдегид
ОН о
СН3-СН-СН3 + CuO СН3-С-СН3 +Cul + H2O
пропанон
ацетон
"огамическая химия
417
Реакции спиртов с оксидом меди(П) используются для их качественного
определения. Внешним признаком протекания реакции является образование
красно-розовой меди.
Важно!
Третичные спирты с СиО не взаимодействуют.
• Спирты вступают в реакцию каталитического дегидрирования:
t Си
сн3-сн2-он сн3-с^ + н2
н
• Спирты окисляются под действием перманганата и дихромата калия, при
этом окислению подвергается тот атом углерода, который связан с группой -
ОН. Первичные спирты окисляются до альдегидов или кислот (солей), а вто¬
ричные — до кетонов:
-1 t +i^O
5СН3-СН2-ОН + 2КМпО4 + 3H2SO4 — 5СН3~сС + 2MnSO4 + K2SO4 + 8Н2О
—"" " Н _ . ■ ■-
-i t +3^0
СН3-СН2-ОН + 4КМпО4 + 5К0Н CH3-cCqk + 4К2МпО4 + 4Н2О
ОН о
Io t II+2
?СН3-СН-СН3 +2KMnO4+ 3H2SO4 5СН3-С~СН3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8Н2О
Обратите внимание, под действием сильных окислителей метанол окисляется
до СО2.
СН3ОН + K2Cr2O7 + 4H2SO4 С02 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 6Н2О
• При нагревании на воздухе все спирты сгорают до углекислого газа и воды.
йвлучение
В промышленности метанол получают из синтез-газа в колонне синтеза'.
СО + 2Н2 СН3ОН
А основным способом получения этанола является спиртовое брожение глю¬
козы:
С6Н12О6
дрожжи
2С2Н5ОН + 2CO2t
418
Глава -
2. Общими способами получения спиртов являются следующие.
• Гидратация алкенов в присутствии H2SO4 или Н3РО4:
I х - ■ I 0Н
I f ' ' t ц cci I
СН2=СН2+ НОН ’ 2^4> сн2-сн3
Присоединение воды к несимметричным алкенам протекает по правилу Мат-
ковникова:
Г , ОН
’ * 1 / Н 40 ।
сн3-сн—СН2+НОН ’ 2 4> сн3-сн-сн3
Гидратацией соответствующего алкена метанол получить нельзя.
• Действие водного раствора щёлочи на галогеналканы. Данная реакция оте>
сится к реакциям замещения:
СН3у С1 + КуОН(водн) — СН3ОН + КС1
С1 ОН
СН3-СН-СН3 + ЫаОН(водн.) CH3~CH-CH3 + NaCl
Важно!
При действии спиртового раствора щёлочи на галогеналканы образуют^
алкены:
сн2-сн2 + кон(спирт) СН2=СН2+КС1 + Н20 .
Н С1
• Первичные спирты образуются при гидрировании (восстановлении) альдегяь
дов, а вторичные — при гидрировании кетонов:
сн3-сС° + н2 сн3-сн2-он
Н 5 2
о он
11 t Ni 1
сн3-с-сн3 + н2 сн3-сн-сн3
• При гидролизе сложных эфиров:
ЛУ h2so4 .о
сн3-сС + н2о - сн3-сг + сн3-он
J и—иН3 z J uh
метилацетат „
w „ уксусная кислота метиловый спирт
метиловый эфир уксусной кислоты
сн3-с^° + кон -* сн3-сС° + сн3—сн2-он
U Сг12 L^ri3 LJK.
этилацетат v
„ , w ацетат калия этиловыи спирт
этиловыи эфир уксусной кислоты
Органическая химия
419
Применение одноатомных спиртов
Метанол, этанол и другие низшие спирты являются хорошими растворителями ор¬
ганических и многих неорганических соединений. Этанол применяется в парфюме¬
рии и косметологии, в пищевой промышленности при производстве алкогольных
напитков, в медицине в качестве дезинфицирующего средства. Метанол использу¬
ется для синтеза формальдегида и муравьиной кислоты.
Предельные многоатомные спирты
Предельные многоатомные спирты — это производные алканов, содержащие не-
гколько гидроксильных групп -ОН. В названии многоатомных спиртов указывает¬
ся количество гидроксильных групп:
сн2—сн2 сн2—сн—сн3
он он он он
сн2—сн—сн2
он он он
этандиол-1,2 пропандиол-1,2
этиленгликоль пропиленгликоль
пропантриол-1,2,3
глицерин
'.1ногоатомные спирты представляют собой вязкие бесцветные жидкости. Они об-
-ззуют водородные связи с молекулами воды и очень хорошо растворяются в ней.
Наибольший интерес представляют этиленгликоль и глицерин.
омические свойства
Химические свойства многоатомных спиртов схожи со свойствами одноатомных,
днако в реакцию могут вступать как одна, так и несколько гидроксильных групп.
’ Многоатомные спирты реагируют с активными металлами:
СН2—СН2 + 2Na — СН2-СН2 + H2t
ОН OH ONa ONa
этиленгликоль этиленгликолят натрия
Данная реакция является качественной, поскольку при её протекании растворя¬
ется металл и выделяется газ, однако одноатомные спирты от многоатомных с её
помощью различить нельзя.
: Многоатомные спирты вступают в реакцию этерификации со всеми органиче¬
скими и некоторыми неорганическими кислотами (HNO3). Реакции протекают с
образованием сложных эфиров:
О
сн2—он ,о ,„,SO4 сн2—о—с—сн,
I + 2сн’"с;он = I " + 2Нг°
сн2-он сн2-о-с—сн3
420
Глава -
Взаимодействие спиртов с азотной кислотой не относится к реакциям нитрова
ния, поскольку продукт реакции не содержит связей C-N:
сн2-он
СН—ОН + 3HN0
t, H2SO4
ch2-o-no
2
з
сн2-он
сн—o-no2 + 3H2O
I
ch2-o-no2
тринитроглицерин
Важно!
Тринитроглицерин является сложным эфиром.
3. Многоатомные спирты взаимодействуют с галогеноводородами:
сн2-ОН
сн2-он
СН2-Вг
+ 2НВг — | +2Н2О
СН2-Вг
4. Главной качественной реакцией на многоатомные спирты является их взаим:
действие со свежеосаждённым гидроксидом меди(Ц) в щелочной среде.
Внешним признаком протекания реакции являются растворение голубого осадк_
Си(ОН)2 и образование раствора комплексного соединения гликолята или глв
церата меди(П) синего цвета:
сн2-о+н : но-сн2 сн2-о^ н»-сн2
I : +H0tcu-FOH+'; | —- I jXu' I + 2н2о
сн2-он : _н^о-сн2 сн2-О'<н о-сн2
гликолят меди(П)
Получение
1. Многоатомные спирты образуются при взаимодействии галогеналканов с вс:н
ным раствором щёлочи:
СН2—СН—СН2 + 3NaOH — СН2-СН—СН2 + 3NaCl
I z I I 1 1 1
Cl Cl Cl он OH OH
2. Этиленгликоль и другие двухатомные спирты образуются в реакции Вагнера:
ЗСН2=СН2 + 2КМпО4 + 4Н2О — - ЗСН2—СН2 + 2MnO2l + 2КОН
ОН ОН
3. Глицерин образуется при гидролизе жиров (см. разд. 4.2.6).
Органическая химия
421
Применение многоатомных спиртов
Этиленгликоль используется в качестве компонента автомобильных антифризов —
охлаждающих жидкостей, застывающих при очень низких температурах. Этилен¬
гликоль также применяется для получения волокна лавсан (см. разд. 4.2.4). Глице¬
рин широко используется в косметической и пищевой промышленности. Тринит¬
роглицерин является компонентом взрывчатых веществ (динамит) и лекарственных
средств.
Ароматические спирты
Ароматические спирты— ароматические соединения, в которых гидроксильная
группа находится в боковой цепи, то есть непосредственно не связана с бензоль¬
ным кольцом. Первым представителем класса является бензиловый спирт:
сн2-он
бензисновый спирт
фениснметаносн
Химические свойства ароматических спиртов подобны свойствам предельных од¬
ноатомных спиртов. Так, бензиловый спирт реагирует со щелочными металлами,
вступает в реакцию этерификации с кислотами, взаимодействует с оксидом ме-
ди(П) и сильными окислителями:
бензиловый спирт
бензилат натрия
СНз С^Ж+Нго-сн2
t, H2SO4
СН3 с^о-сн2^ + и20
уксусная кислота бензиловый спирт
бензилацетат
бензиловый уксусной
422
Гпава 4
Основным способом получения бензилового спирта является щелочной гидролиз
бензилгалогенидов:
+ КОН(водн) ►
сн2-он
+ КС1
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Указывайте пре¬
имущественно образующиеся продукты и используйте структурные формулы орга¬
нических веществ.
H2,Pt t > 140 °C, H2SO4 КОН(водн.) CuO
1. пропаналь > пропанол-1 > Xj —> 2-бромпропан > Х2 —> Х3
КМпО4( )5 0 °C 2НС1 Na СН3С1 К
2. С3Н6 > Xj —> Х2 ► С3Н4 -> Х3 > Х4 бутанон бутанол-2 -> Х5
H2,Pt KMnO4,OH~ H2O(nap),Ni НСООН,Н+
3. Xj > этиловый спирт > Х2 —» СН4 > Х3 —> метанол > Х4
NaOH С6Н6 t < 140 °C, H2SO4
4. пропилацетат > X! —> пропен —> кумол —> Х2 —» изопропанол > Х3
дрожжи 2НС1 Н2О, Hg2+
5. С6Н12О6 > Xi —> С2Н4 —» этиленгликоль—> Х2 —> С2Н2 > Х3 —> этанол
Тест
1.
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются изоме¬
рами положения функциональной группы:
1) пропанол-1; 4) пропандиол-1,2;
2) метилэтиловый эфир; 5) изопропиловый спирт.
3) бутанол-1;
Из предложенного перечня выберите все вещества, при взаимодействии ко¬
торых с металлическим натрием выделяется водород.
1) пропин; 4) бензиловый спирт;
2) метанол; 5) этиленгликоль.
3) хлорметан;
Органическая химия
423
3. Установите соответствие между схемой реакции и веществом X, принимаю¬
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИИ
ВЕЩЕСТВО X
А) X + Н2О —► этанол
1) 1,2-дибромэтан
Б) X + КОН ->• этанол
2) этан
В) X + КОН —> этиленгликоль
3) этилен
Г) X + Н2 —> этанол
4) бромэтан
5) этаналь
6) 1,1-дибромэтан
Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
А) этанол и СиО
1) этаналь
Б) этанол, t> 140 °C, H2SO4
2) этен
В) этанол, t < 140 °C, H2SO4
3) этиловый эфир этановой кислоты
Г) этанол и уксусная кислота
4) этан
5.
6.
5) диэтиловый эфир
6) этановая кислота
Задана следующая схема превращений веществ:
t, H2SO4 КМпО4, н2о
X > Y > пропиленгликоль
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) пропин; 4) пропан;
2) 1,2-дихлорпропан; 5) изопропиловый спирт.
3) пропен;
Из предложенного перечня выберите все реакции замещения:
1) хлорирование бензола на свету;
2) щелочной гидролиз хлорметана;
3) растворение калия в бензиловом спирте;
4) нитрование метана;
5) дегидрирование метанола.
424
Глава 4
1. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые при¬
водят к увеличению скорости реакции гидролиза твёрдого этилата калия:
1) повышение концентрации этанола;
2) понижение концентрации щёлочи ;
3) измельчение алкоголята;
4) повышение давления;
5) использование горячей воды вместо холодной.
8. Вычислите массу (в граммах) 35%-ного водного раствора метанола, при сме¬
шении которого с 150 г 20%-ного раствора метанола образуется раствор с
массовой долей спирта, равной 25%. (Запишите число с точностью до целых.)
9. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
A NaOH(BOZlHj , H2SO4, t >140 °C v ~ HCW)
/ у —► X [ ► пропанол-1 Х2 —► пропандиол-1,2 ► Х3
4.2.2. Фенолы.
Фенолы — производные аренов, в молекуле которых гидроксильные группы связа¬
ны непосредственно с бензольным кольцом. Простейший представитель класса —
фенол (гидроксибензол), а его ближайшими гомологами являются орто-, мета- и
иара-метилфенолы (крезолы)'.
ОН
ОН
ОН
ОН
^сн3
^СН3
ф
сн3
фенол
гидроксибензол
2-метилфенол
о-крезол
3-метилфенол
и-крезол
4-метилфенол
и-крезол
Физические свойства
При нормальных условиях фенол представляет собой бесцветные кристаллы, из-за
окисления розовеющие на воздухе. Для фенола характерно образование водород¬
ных связей, поэтому по сравнению с аренами он имеет более высокие температуры
кипения и плавления. Фенол хорошо растворяется в горячей воде и органических
растворителях, очень токсичен.
Органическая химия 425
Строение
В молекуле фенола неподелённая электронная пара кислорода вступает в сопряже¬
ние с ароматической л-системой и стягивается к бензольному кольцу. Из-за этого
на атоме водорода гидроксильной группы возрастает положительный заряд и, как
следствие, увеличивается его подвижность. Таким образом, из-за влияния аромати¬
ческого кольца фенол, в отличие от спиртов, является слабой кислотой.
Химические свойства
1. Как и спирты, фенол реагирует с активными металлами, образуя соли — фено¬
ляты:
Однако в отличие от спиртов фенол взаимодействует с растворами щелочей:
Образующиеся феноляты разлагаются под действием воды и взаимодействуют
даже со слабыми неорганическими кислотами:
ONa ОН
Важно!
В отличие от фенола бензиловый спирт не является кислотой и не взаимодей¬
ствует со щелочами:
сн2-он
426 Глава 4
2. В отличие от спиртов фенол не вступает в реакцию этерификации. Сложные
эфиры фенола получают при его взаимодействии с хлорангидридами кислот:
ОН
хлорангидрид фенилацетат
уксусной кислоты фениловый эфир уксусной кислоты
3. Фенол не взаимодействует с галогеноводородами и не вступает в реакцию де¬
гидратации. Простые эфиры фенола образуются при взаимодействии фенолятов
с галогеналканами:
метилфениловый эфир
4. Фенол вступает в реакции замещения по бензольному кольцу. Гидроксильная
группа является ориентантом первого рода, поэтому реакции протекают с обра¬
зованием орто- и тшря-изомеров.
• В отличие от бензола и его гомологов фенол взаимодействует с бромной во-
Данную реакцию используют для качественного определения фенола.
• Ещё одной качественной реакцией на фенол является реакция с хлоридом
железа(Ш). При взаимодействии образуется комплексное соединение, окра¬
шивающее раствор в фиолетовый цвет.
• Фенол реагирует с разбавленной азотной кислотой с образованием орто- и
лшря-изомеров:
он
[Q] + HNO3
бн
J^NO2
(Qf + н20
Органическая химия 427
При взаимодействии фенола с избытком концентрированной азотной кисло¬
ты образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота):
ОН ОН
OHN \ xkx N Ои
[О] + ЮГ 1 ЗНи°
NOH
2,4,6-тринитрофенол
5. Фенол вступает в реакцию гидрирования, протекающую по бензольному кольцу:
6. Фенол окисляется под действием сильных окислителей (перманганата и дихро¬
мата калия) с образованием хинонов, используемых в производстве лекарствен¬
ных средств. Данный класс органических соединений не рассматривается в рам¬
ках ЕГЭ.
7. Фенол вступает в реакцию поликонденсации с формальдегидом. Реакция поли¬
конденсации отличается от полимеризации тем, что при её протекании наряду с
полимером образуются низкомолекулярные вещества: Н2О, НС1 и др.
В реакции фенола с формальдегидом образуются полимер фенолформальдегидная
смола (ФФС) и вода:
фенол формальдегид фенолформальдегидная смола
Получение
Фенол занимает одно из первых мест по производству среди ароматических ве¬
ществ.
1. В промышленности фенол получают следующими способами:
• обработкой каменноугольной смолы и выделением из неё;
I
428
Гпава 4
• каталитическим окислением изопропилбензола— кумольный способ полу¬
чения фенола и ацетона:
сн3-сн-сн3 ОН
[Q] + о2 f’H2S°4> [О] + сн3-с-сн3
изопропилбензол фенол ацетон
кумол
2. В лаборатории фенол получают из галогенаренов в две стадии:
• на первой стадии проводят щелочной гидролиз хлорбензола:
Cl ONa
[(2)] + 2NaOH — [Q] + NaCl + H2O
Важно!
В отличие от спиртов фенол реагирует со щелочами, поэтому при щелочном
гидролизе галогенаренов образуются именно соли фенола.
• на второй стадии образующиеся феноляты разлагают кислотами:
ONa ОН
Применение
Важнейшее направление применения фенола — получение фенолформальдегидных
смол, которые используются в производстве пластмасс различных типов. Фенол
широко применяется в медицине: он является сырьем для получения многих ле¬
карств, в том числе жаропонижающего аспирина. Из фенола также получают кра¬
сители, лаки, ядохимикаты, взрывчатые вещества. Фенол является основным ком¬
понентом индикатора фенолфталеина.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Указывайте пре¬
имущественно образующиеся продукты и используйте структурные формулы орга¬
нических веществ.
1200 °C С12,А1С1з КОН(водн) нсоон
1. СН4 > X! —> бензол > Х2 > Х3 —► фенол —> циклогексанол > Хл
КМпО4, ОН- О2, H2SO4 Вг2
2. Xj —> метилбензол —> о-ксилол > Х2 —> Xt —» кумол > фенол —> Х3
Органическая химия
429
КОН С02(р-Р) H2,Pt r,H2SO4 КМпО4, ОН- А1С13
3. фенилацетат —> X! > фенол > Х2 > Х3 > Х4 —» н-бутан —> Х5
Тест
1, Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой орга¬
нических соединений, к которому (которой) это вещество принадлежит.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
1) сложные эфиры
2) фенолы
3) спирты
4) простые эфиры
Из предложенного перечня выберите два вещества, молекулы которых со¬
держат атом углерода в состоянии sp3 -гибридизации:
1) фенилацетилен; 4) о-крезол;
2) фенол; 5) бензиловый спирт.
3) винил бензол;
Из предложенного перечня выберите все вещества, вступающие в химиче¬
скую реакцию с бромной водой:
1) бензиловый спирт; 4) этанол;
2) бензол; 5) фенол.
3)стирол;
Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) фенолят калия и хлорметан
Б) гидроксибензол и калий
В) хлорбензол и избыток р-ра гидро¬
ксида калия
Г) хлорметан и избыток р-ра гидро¬
ксида калия
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) метанол
2) фенолят калия
3) бензилат калия
4) метилфениловый эфир
5) фенол
6) метилат калия
430 Глава
5. Задана следующая схема превращений веществ:
г, Pt hno3,h2so4, t
X фенол > Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) бензол; 4) гександиол-1,6;
2) 2,4,6-тринитрофенол; 5) л/-нитрофенол.
3) циклогексанол;
6.
Установите соответствие между веществами и реагентом, с помощью котор
го можно различить эти вещества.
ВЕЩЕСТВА
РЕАГЕНТ
А) этанол и глицерин
1) бромная вода
Б) ацетилен и этилен
2) фенолфталеин
В) водный раствор фенола и этанол
3) натрий
Г) метанол и бензол
4) гидрокарбонат калия
5) гидроксид меди(П)
7. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить czt
дующие превращения:
v С12, А1С13 „ КОН(изб>)
/\у \/ —► Х} Х2 —Х3 —► Х4 —► трибромфенол
4.2.3. Альдегиды и кетоны
Карбонильные соединения — это производные углеводородов, содержащие в соста¬
ве карбонильную группу и имеющие общую формулу СлН2иО :
карбонильная группа
; 1
' Н Ri-LGM<2
Карбонильные соединения подразделяются на альдегиды и кетоны.
Альдегиды — органические вещества, содержащие карбонильную группу, связан
ную с углеводородным радикалом и атомом водорода (или двумя атомами водород - в
C„H2„+1-Ct° r4c£ ;
ti ; н;
альдегидная группа
Органическая химия
431
При составлении названия альдегидов к названию соответствующего алкана добав¬
ляют суффикс -аль: метаналь, этаналь, пропаналь. Некоторые альдегиды имеют
тривиальные названия. Так, метаналь называется муравьиным альдегидом или
формальдегидом (от лат. formica — муравей), а этаналь — уксусным альдегидом
или ацетальдегидом (от лат. acetum — уксус):
н-с
метаналь
муравьиный альдегид
формальдегид
CH3-Ct°
этаналь
уксусный альдегид
ацетальдегид
сн3-сн2-с^°
пропаналь
пропионовый альдегид
"Н
- 'стоны — органические вещества, содержащие карбонильную группу, связанную
: двумя углеводородными радикалами:
Ri^c_4r2
кетогруппа
При составлении называния кетонов к названию соответствующего алкана добав¬
ляют суффикс -он или же называют углеводородные радикалы, связанные с карбо-
эильной группой, и добавляют слово -кетон:
О
CH3-C-CH3
О
сн3-с-сн2-сн3
пропанон
бутанон
диметилкетон
метилэтилкетон
ацетон
циклогексанон
Строение
-.том углерода в карбонильной группе находится в состоянии sp2 -гибридизации и
участвует в образовании трёх о-связей, находящихся в одной плоскости под углом
^20°. Негибридизованная /?-орбиталь углерода располагается перпендикулярно и
участвует в образовании одной л-связи с ^-орбиталью атома кислорода.
sp3 sp3
сн3-сн2-сг
Г1
3 О 2 3 3
sp IISP SP SP
CH3-C-CH2-CH3
пропаналь
бутанон
432
Г.пава -
Изомерия
♦ Для альдегидов и кетонов характерна структурная изомерия углеродного скеле¬
та. В названии альдегидов и кетонов нумерация основной цепи начинается с тог
стороны, к которой ближе расположена карбонильная группа:
С4Н8О
СН3-СН2-СН2-С^2
н
бутаналь
3 2 1 ,О
сн3-сн-с^Т1
J 1 н
сн3
2-метилпропаналь
С6Н12О
О
сн3—с-сн2—сн2—сн2-сн3
О СНз
сн3-с-сн2—сн-сн3
гексанон-2
4-метилпентанон-2
♦ Для кетонов характерна изомерия положения карбонильной группы:
О О
с5н10о| сн3-с-сн2—сн2-сн3 сн3-сн2-с—сн2-сн3
пентанон-2 пентанон-3
♦ Альдегиды и кетоны имеют одну общую формулу и являются межклассовым
изомерами:
.о 9
с3н6о| сн3-сн2-сс сн3-с-сн3
пропаналь пропанон
ацетон
Физические свойства
Молекулы альдегидов и кетонов не образуют водородных связей, поэтому имею
более низкие температуры кипения и плавления по сравнению с соответствующими
спиртами.
При нормальных условиях метаналь является газом, а другие низшие альдегиды —
жидкостями. Ацетон и бутанон также находятся в жидком агрегатном состоянии
Низшие альдегиды и кетоны имеют характерный резкий запах, хорошо растворим*
в воде.
Химические свойства
Альдегиды и кетоны вступают в реакции присоединения, замещения и окисления.
1. Реакции присоединения протекают за счёт разрыва я-связи в карбонильн:
группе.
Органическая химия
433
• Гидрирование (восстановление).
При взаимодействии альдегидов с водородом образуются первичные спирты,
а в реакциях кетонов с водородом— вторичные спирты:
сн3-сС° + н2 сн3-сн2-он
Н 3 2
этаналь этанол
О он
11 t Ni 1
СН3-С-СН3 + Н2 СН3-СН-СН3
пропанон пропанол-2
• Гидратация.
Низшие альдегиды вступают в реакцию присоединения воды. При взаимо¬
действии образуются двухатомные спирты, содержащие две гидроксильные
группы у одного атома углерода— геминальные диолы. Такие соединения
крайне неустойчивы: они отщепляют воду и распадаются с образованием
альдегидов, поэтому реакция гидратации является обратимой:
сн3-с?^нон сн3-сн:°”
ацетальдегид гидрат ацетальдегида
• Присоединение спиртов.
При взаимодействии альдегидов со спиртами образуются простые эфиры ге¬
минальных диолов — полуацетали и ацетали'.
> н+ -ОН
СН3-СС +сн3-рн « сн3-сн
I г!I О UIT3
полуацеталь
сн3-сн^нг„ + сн3-он X: ch3-chX°Z2J3 + Н2о
U СН3 и ^^3
полуацеталь ацеталь
2. Реакции замещения.
• Альдегиды и кетоны взаимодействуют с галогенами. В реакции происходит
замещение атомов водорода у а-углеродного атома, то есть у атома углерода,
стоящего рядом с карбонильной группой:
а : 76; ^О
сн3-сн2^сст : + а2 сн3-сн~с^тт + на
z . Н' J | н
—J CI
434
Гпава 4
• Альдегиды и кетоны взаимодействуют с хлоридом фосфора(У). В реакции
атом кислорода замещается на два атома галогена:
-С1
сн3-с^тт + РС15 — СНз-СН^ + РОС13
J Н Cl J
3. Реакции окисления.
• Альдегиды окисляются под действием аммиачного раствора оксида серебра(1).
Реакция протекает с образованием металлического серебра и носит название
реакции «серебряного зеркала». Продуктом взаимодействия является аммо¬
нийная соль карбоновой кислоты:
+1^О +1 t +3^О 0
CH3-CCU + 2[Ag(NH3)2]OH . + 2Agl + 3NH3t+H2O
ri U1NII4
ацетальдегид гидроксид ацетат аммония
диамминсеребра(1)
(реактив Толленса)
С+1-2ё—>С+3
Ag+1 + 1ё -> Ag°
1
2
Обратите внимание, аммиачный раствор оксида серебра(Т) также имеет на¬
звания «реактив Толленса» и гидроксид диамминсеребра(1).
Важно!
При окислении формальдегида образуется карбонат аммония:
О -О +1 +4 О
Н-С^\ + 4[Ag(NH3)2]OH (NH4)2CO3 + 4Agl + 6NH3t+2Н2О
ri
формальдегид гидроксид карбонат аммония
диамминсеребра(1)
С°-4ё—>С+4 1
Ag+I + 1ё —» Ag° 4
Реакцию «серебряного зеркала» используют для качественного определения
альдегидов, кетоны в данную реакцию не вступают.
• Альдегиды окисляются под действием гидроксида меди(П) при нагревании.
Реакция протекает с образованием карбоновой кислоты и кирпично-красного
осадка оксида меди(1):
сн3-с^° + 2Cu(OH)2 СН3-сС°н + Си2О1 + 2Н2О
уксусный альдегид уксусная кислота
С+1 - 2ё С+3 11
2Си+2 + 2ё —>-2Си+|1 1
Органическая химия
435
Важно!
При окислении формальдегида образуется углекислый газ:
н-+ 4Cu(OH)2 CO2t + 2Cu2OI + 5Н2О
н
Данная реакция также является качественной на альдегиды. Кетоны с Си(ОН)2
не реагируют.
• Альдегиды окисляются под действием перманганата и дихромата калия.
Продуктами реакции являются карбоновые кислоты или их соли:
+1^О
зт3-<Х
Н
+ K2Cr2O7 + 4H2SO4
. +з^о
-^ЗТз-СС^
+ Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 4H2O
F>3- F»2-CC + 2KMnO4 + 3KOH -* ₽3-₽2-C^ _ + 2K2MnO4 + 2H2O
H
Важно!
Под действием сильных окислителей формальдегид окисляется до С02:
° г +4
5Н-СС, + 4КМпО4 + 6H2SO4 -* 5СО2 + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 11Н20
н
4. Реакция поликонденсации.
Формальдегид вступает в реакцию поликонденсации с фенолом. Продуктами
являются фенолформальдегидная смола и низкомолекулярное вещество — вода:
ОН
фенол
формальдегид
фенолформальдегидная смола
Получение
1. Каталитическое дегидрирование спиртов:
t Си
СНз-СНг-ОН^^СНз-сС + Н2
3 2 5 ХН
ОН о
сн3-сн-сн3 сн3-с-сн3 + н2
436
Г.пава 4
2. Окисление первичных и вторичных спиртов оксидом меди(П):
СН3-ОН + CuO Н-СС + Cui + Н2О
н
он о
СН3-СН-СН3 + CuO СН3-С-СН3 +Cul + Н2О
3. Щелочной гидролиз дигалогеналканов, содержащих атомы галогена у одного
атома углерода.
Реакция протекает с образованием неустойчивого геминального диола, который
отщепляет воду и распадается с образованием альдегида или кетона:
СН3-СН^С1 + 2КОН(водн) -*
сн3-сн г-' I
сн3-сС
н
+ 2КС1 + Н2О
Вг О
СН3-С-СН3 + 2КОН(водн) —- СН3-С-СН3 + 2КВг + Н2О
Вг
4. Гидратация алкинов —реакция Кучерова.
При гидратации ацетилена образуется уксусный альдегид, а при гидратации
других алкинов — кетоны:
t Не2*
СН=СН + Н2О - сн3-сСи
ацетилен
этаналь
ацетальдегид
сн3-с=сн + н2о сн3-с—сн3
пропин пропанон (ацетон)
5. Симметричные кетоны образуются при термическом разложении солей карбо¬
новых кислот, образованных двухвалентными металлами:
Л) ~
сн3-с£.^ о
§Са\ СН3-С-СН3 + СаСО3
сн34сС
ацетат кальция
’ ^О\ , и
CH3-cCQJ Са СН3-С-СН3 + СаСО3
Органическая химия
437
сн3-сн2-с^.^ о
/' §Ва\ СН3-СН2-С-СН2-СН3 + ВаСО3
сн3-сн24сСо у
пропионат бария
О
(СН3—СН2—СОО)2Ва СН3-СН2-С-СН2-СН3 + ВаСО3
6. Формальдегид получают каталитическим окислением метана и метанола:
сн4 + о2“*н-сС° + н2о
н
2СН3-ОН + О2 2Н-С^° + 2Н2О
н
7. Ацетальдегид образуется при каталитическом окислении этилена:
Pd2+
2СН2=СН2 + О2 —- 2СН3~СС^
8. Ацетон совместно с фенолом получают реакцией каталитического окисления
кумола:
изопропилбензол фенол ацетон
кумол
Применение
Формальдегид используется для получения фенолформальдегидных смол и пласт¬
масс. Водный раствор формальдегида с концентрацией 40% (формалин) применя¬
ется в качестве дезинфицирующего средства. Уксусный альдегид применяется для
получения уксусной кислоты и её производных. Высшие альдегиды широко ис¬
пользуются в парфюмерии. Ацетон применяется в качестве растворителя, а также
при производстве лаков и красок.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества.
438
Гпава -
Указывайте преимущественно образующиеся продукты и используйте структурны-
формулы органических веществ.
H2,Pt t >140 °C, H2SO4 О2, Pd2+ [Ag(NH3)2]OH t
1. ацетальдегид > Xj > X2 > X3 > X4 —> ацетат бария -> X.
НС1(изб) КОН(водн_) КМпО4, ОН * (р-ра)
2. пропин > Xj > Х2 —> изопропанол пропилен » Х3 > Х4
Са(ОН)2 t КМпО4(р.р), 0 °C
3. СН2О —> Xj —► метилпропионат > Х2 -> Х3 — > Х4 —> пентен-2 > X,
NaOH NaOH, t CuO Cu(OH)2, t
4. этаналь —* ацетат аммония > Xi > X2 —> CO —> CH3OH —> X3 > X4
H2SO4 НС1(изб) КОН(вод,)
5. ацетон —> Xi > X2 —► ацетат калия —> X3 —> C2H2 > X4 > этаналь
1. Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой орга¬
нических соединений, к которому (которой) это вещество принадлежит.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЕ
А) СН3-С(О)-СН3 1) спирты
Б) НСНО 2) альдегиды
В) СН3-О-СН3 3) кетоны
4) простые эфиры
2. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются изоме¬
рами гексаналя:
1) пентаналь; 4) гексанон-2;
2) циклогексанол; 5) гексанол-3.
3) гептаналь;
3. Из предложенного перечня выберите все вещества, при окислении которы
дихроматом натрия в кислой среде образуется кетон:
1) пропин;
2) изопропанол;
3) бензиловый спирт;
4) циклогексанол;
5) 2-метилпропилен.
Органическая химия
439
4. Установите соответствие между схемой реакции и веществом X, принимаю¬
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИЙ ВЕЩЕСТВО X
А) Х+ CuO —> ацетон 1) пропиловый спирт
Б) Х+ CuO —► пропаналь 2) пропанон
В)А+ Си(ОН)2 —> пропановая кисло- $
та
Г) X + КМпО4 , Н+ -+ пропаналь 4) пропанол-2
5) пропионовый альдегид
6) пропионовая кислота
5. Задана следующая схема превращений веществ:
Н2О, Hg2+ [Ag(NH3)2]OH
X > Y > ацетат аммония
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1)этан; 4)ацетилен;
2)этилен; 5)этаналь.
3)этанол;
6. Установите соответствие между названиями веществ и признаком протекаю¬
щей между этими веществами реакции.
НАЗВАНИЯ ВЕЩЕСТВ
А) этаналь и гидроксид меди(П)
Б) этаналь и гидроксид диамминсе-
ребра(1)
В) фенол и натрий
Г) формальдегид и перманганат калия
в кислой среде
ПРИЗНАК РЕАКЦИИ
1) образование осадка и выделение
газа с резким запахом
2) выделение газа без цвета и запа¬
ха
3) выделение газа с резким запахом
4) образование кирпично-красного
осадка
5) образование чёрного осадка
Установите соответствие между веществом и получаемым из него полимером.
ВЕЩЕСТВО
А) этен
Б) метаналь
В) изопрен
ПОЛИМЕР
1) натуральный каучук
2) полиэтилен
3) синтетический каучук
4) фенолформальдегидная смола
440
Гпава '
8. Теплота реакции гидратации ацетилена составляет 141,6 кДж/моль. Опреде¬
лите объём вступившего в реакцию ацетилена (в литрах при н. у.), если в ре¬
зультате её протекания выделилось 708 кДж теплоты. (Запишите ответ с точ¬
ностью до целых.)
9. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
v у KVMnn у изопропиловый t <140 °C, H2SO4
Xi >- Х2—► кумол — Х3 —» спирт 1
4.2.4. Карбоновые кислоты
Карбоновые кислоты— это производные углеводородов, содержащие в составе
одну или несколько карбоксильных групп -СООН.
Карбоновые кислоты подразделяются на:
♦ одноосновные и двухосновные;
♦ предельные и непредельные;
♦ ароматические и алифатические (не содержащие ароматических колец).
Строение
Атом углерода в составе карбоксильной группы находится в состоянии sp2 -гибри¬
дизации и образует три о- и одну л-связи.
Карбоксильная группа состоит из карбонильной (-С=О) и гидроксильной (-ОН
групп, оказывающих взаимное влияние друг на друга.
Из-за влияния карбонильного кислорода атом водорода в составе карбоксильно
группы имеет большую подвижность по сравнению с атомом водорода в состав,
гидроксильной группы спиртов. Это обусловливает более сильные кислотные свой¬
ства карбоновых кислот по сравнению со спиртами.
В свою очередь, из-за влияния двух отрицательно заряженных групп положитель
ный заряд карбонильного атома углерода в составе карбоксильной группы пониже
ется, поэтому в отличие от альдегидов предельные кислоты не вступают в реакци
присоединения.
Предельные одноосновные карбоновые кислоты
Предельные одноосновные карбоновые кислоты — это производные алканов, в мс
лекулах которых один атом водорода замещён на карбоксильную группу -СООН
Предельные одноосновные кислоты соответствуют общей формуле СиН2иО2.
При составлении названия кислот к названию соответствующего алкана добавляю
-овая и слово «кислота»: метановая кислота. Некоторые кислоты имеют тривиаль¬
ные названия (табл. 4.4).
Органическая химия
441
Таблица 4.4. Названия некоторых одноосновных карбоновых кислот и их солей
Формула
Систематическое
название
Тривиальное назва¬
ние
Название солей
нсоон
Метановая кислота
Муравьиная кислота
Формиаты (метаноаты)
СН3СООН
Этановая кислота
Уксусная кислота
Ацетаты (этаноаты)
С2Н5СООН
Пропановая кислота
Пропионовая кислота
Пропионаты
С3Н7СООН
Бутановая кислота
Масляная кислота
Бутираты
С4Н9СООН
Пентановая кислота
Валериановая кислота
Валераты
С5НИСООН
Гексановая кислота
Капроновая кислота
Капронаты
Изомерия
♦ Для кислот характерна структурная изомерия углеродного скелета.
В названии карбоновых кислот нумерация основной цепи начинается с той сто¬
роны, к которой ближе расположена карбоксильная группа:
С4Н8О2
сн3-сн2-сн2—
ОН
сн3
сн3-сн-с
'"он
бутановая кислота
2-метилпропановая кислота
♦ Кислоты являются межклассовыми изомерами сложных эфиров. Сложные эфи¬
ры — производные кислот, в которых на месте атома водорода в гидроксильной
группе -ОН находится углеводородный радикал:
С2Н4О2
сн3-с
"он
уксусная кислота
^О
н-с<
О-СН3
метилформиат
С3н6о2
Л)
сн3-сн2-с^
он
сн3—С
^о
'"О-СНз
пропионовая кислота
метилацетат
Н-С^
о-сн2—сн3
этилформиат
Физические свойства
При нормальных условиях в гомологическом ряду кислот газообразных веществ
зет. Это объясняется наличием у кислот межмолекулярных водородных связей:
кислоты имеют более высокие температуры кипения и плавления по сравнению с
. ютветствующими алканами. Низшие кислоты представляют собой бесцветные
жидкости с резким запахом, очень хорошо растворимые в воде.
442
Гпава -
Химические свойства
Сила органических кислот уменьшается с увеличением длины у гл ево дородно г
радикала в её составе: муравьиная кислота— самая сильная из предельных оде.
основных кислот, однако даже она является более слабой по сравнению с сильны*
неорганическими кислотами (HCI, HNO3).
1. Реакции, протекающие с разрывом связи О-Н.
• В водном растворе органические кислоты диссоциируют с образованием с:
ложительно заряженного иона Н+ и изменяют окраску индикаторов (лакмч
и метилоранж становятся красными):
СН3СООН СН3СОО“ + Н+
• Как и неорганические кислоты, органические вступают в реакции с активнь'
ми металлами, основаниями, основными и амфотерными оксидами и солям»
более слабых кислот:
2СН3-СС + 2Na — 2СН3~С< + H2t
ОН ONa
уксусная кислота ацетат (этаноат) натрия
^о / ^О\
2СН3-сС + CuO ICH3-CC I Си + Н2О
он \ 0/2
уксусная кислота ацетат меди(П)
^о ^о
СН3-СН2-сС +NaOH —СН3-СН2~СС + Н2О
ОН ONa
пропионовая кислота пропионат натрия
^О Л
СН3-сС + КНСО3 — СН3-сС + co2t + Н2О
он ок
Органические кислоты также взаимодействуют с аммиаком с образованием с<
лей аммония:
СН3-С< + NH3
ОН
^О
сн3-сС
ONH4
2. Реакции, протекающие с разрывом связи С-О.
• Реакция этерификации — обратимая реакция, протекающая между спиртов
кислотой и приводящая к образованию сложного эфира. При взаимодейств в
гидроксильная группа кислоты замещается на группу -OR спирта.
Органическая химия
443
Реакция этерификации протекает в присутствии катализатора— серной ки¬
слоты:
СНа —С< и r,H2SO4 СНа —С
'■ LQH+ Н7О-СН2-СН3 - 3 "О-СН2-СН3 + н2о
уксусная кислота этиловый спирт этилацетат
этиловый эфир уксусной кислоты
<>0 ОН z,H2S04 СН.-сС0 -СН3
СН3-ССТТ + СН3-СН-СН3 ■- 3 о-сн^ 3 + Н20
3 он 3 3 сн3 2
уксусная изопропиловый изопропилацетат
кислота спирт изопропиловый эфир уксусной кислоты
сн3-сн2-сн2-с*о +СН3-0Н #H2S°4> сн3-сн2-сн2-сС° u +н2О
Uri и иНз
бутановая кислота метанол метилбутират
метиловый эфир бутановой кислоты
Важно!
Карбоновые кислоты не вступают в реакцию этерификации с фенолом, однако
с фенолом взаимодействуют производные кислот, например хлорангидриды:
фенилацетат
уксусной кислоты фениловый эфир уксусной кислоты
фенол хлорангидрид
• Кислоты взаимодействуют с хлоридом фосфора(У). При протекании реакции
гидроксильная группа кислоты замещается на атом галогена:
СН3-С^2ТТ + РС15 -* CH3-Ct° + POCI3 + HCl
ОН 3 Cl
уксусная кислота
хлорангидрид
уксусной кислоты
3. Карбоновые кислоты вступают в реакцию замещения атомов водорода на атомы
галогенов в присутствии красного фосфора. Реакция протекает по а-углерод-
ному атому — соседнему с карбоксильной группой:
а 1 п । р
снз-сй^с:^: + а2 сн3-сн-ссг„ + на
3 2; ОН; 3 3 । он
а
пропановая кислота
2-хлорпропановая кислота
444 Гпава -
||||
Важно!
Образующиеся галогенсодержащие карбоновые кислоты проявляют более
сильные кислотные свойства по сравнению с исходными карбоновыми ки¬
слотами.
4. Под действием водоотнимающего агента Р2О5 карбоновые кислоты вступают в
реакцию межмолекулярной дегидратации с образованием ангидридов:
сн3-<° сн3-<°
/° + Н2°
сн,-сС^п' СН3-С^
3 '0 0
уксусная кислота уксусный ангидрид
5. Под действием кислорода при нагревании все кислоты сгорают с образование:
углекислого газа и воды.
Особенности муравьиной кислоты
Муравьиная кислота — единственная кислота, в молекуле которой карбоксильная
группа связана не с углеводородным радикалом, а с атомом водорода. В связи с
этим в молекуле муравьиной кислоты можно выделить не только карбрксильнук
группу, но и карбонильную (альдегидную):
: ^о : : ^о;
н-hcC : но-!-сС :
l..hj
карбоксильная группа карбонильная группа
Для муравьиной кислоты характерны химические свойства не только карбоновьг.
кислот, но и некоторые свойства альдегидов.
♦ Как и другие карбоновые кислоты, муравьиная кислота вступает в реакции с ак¬
тивными металлами, основаниями, основными и амфотерными оксидами:
^0 ^0\
2Н-С< + Mg — Н-сС Mg + H2t
ОН \ 0/2
муравьиная кислота формиат магния
^0 ^0
н-сС + кон — н-сС + н2о
он ок
без нагрева / \
2Н-сС + Си(ОН 2 —*- Н-сС Си + 2Н2О
ОН \ О/2
I
Органическая химия
445
♦ Муравьиная кислота вступает в реакцию этерификации со спиртами с образова¬
нием сложных эфиров:
H-ct- -сн3
>ОН + НТО-СН^ 3
-сн3
муравьиная изопропиловый
кислота спирт
H2SO4
н-с
"о-сн
сн3
сн3
+ Н2о
изопропилформиат
изопропиловый эфир муравьиной кислоты
♦ В отличие от других кислот муравьиная также вступает в реакцию «серебряного
зеркала» и окисляется под действием гидроксида меди(П):
Н-СС° + 2[Ag(NH3)2]OH (NH4)2CO3 + 2Agl + 2NH3t + Н2О
ОН
С+2 - 2ё С+4
Ag+1 + 1ё—> Ag°
1
2
Н-С^° + 2Cu(OH)2 CO2t+ Cu2OI + ЗН2О
В данные реакции окисления вступают также сложные эфиры и соли муравьи¬
ной кислоты.
♦ При нагревании в присутствии водоотнимающего агента H2SO4(KOtni ) муравьиная
кислота разлагается с образованием монооксида углерода — угарного газа:
НСООН H2SQ4(kohu:^ Cot + Н2О
Предельные двухосновные карбоновые кислоты
Двухосновные карбоновые кислоты содержат в молекуле две карбоксильные груп¬
пы. Кислотные свойства двухосновных кислот выражены сильнее по сравнению с
одноосновными кислотами с тем же числом атомов углерода.
При составлении названия двухосновных кислот к названию соответствующего
алкана добавляют -диовая и слово «кислота»: этандиовая кислота. Некоторые
двухосновные кислоты также имеют тривиальные названия (табл. 4.5).
Таблица 4.5. Названия некоторых двухосновных карбоновых кислот
Формула
Систематическое название
Тривиальное название
ноос-соон
Этандиовая кислота
Щавелевая кислота
НООС-СН2-СООН
Пропандиовая кислота
Малоновая кислота
НООС-СН2 -сн2 -соон
Бутандиовая кислота
Янтарная кислота
446
Глава 4
Двухосновные карбоновые кислоты проявляют типичные кислотные свойства, од¬
нако в зависимости от количества реагирующих веществ реакции могут протекать
как по одной, так и по двум карбоксильным группам:
°/С—ct° + NaOH
НО ОН
^с—сС
НО' ONa
+ Н2О
щавелевая кислота
гидрооксалат натрия
но" "он
+ 2NaOH —* кт т + 2Н2О
NaO ONa z
щавелевая кислота
оксалат натрия
°^С-СН2-СС° + СаО —* fec-CH2-C*°)Ca2++ Н2О
ни ин и/
малоновая кислота малонат кальция
О^ ^О r,H,so4 ск ^О
н<?с“сСон + СНз°н<.«->^= но>с-с=о-сн,+ н=°
СК H2so4 (V
но=с-с;он + 2СН3°Н(««> = сн3-о;с-с'о-сн,+ 2Н>°
При нагревании и в присутствии водоотнимающего агента H2SO4(KOlul) щавелевая
кислота разлагается с образованием смеси газов:
НООС-СООН H2S°4(KOHU)> co2t + COt + Н2О
Ароматические кислоты
Ароматические кислоты — это производные аренов, в бензольном кольце которых
один или несколько атомов водорода замещены на карбоксильную группу. Первым
представителем ароматических кислот является бензойная кислота:
Sp2r
5Р2!
он
'sp2
Органическая химия
447
В молекуле бензойной кислоты все атомы углерода находятся в состоянии sp2 -гибри¬
дизации.
♦ По карбоксильной группе бензойная кислота проявляет типичные свойства ки¬
слот:
этилбензоат
этиловый эфир бензойной кислоты
♦ По ароматическому кольцу бензойная кислота вступает в реакции замещения
атомов водорода. Карбоксильная группа является ориентантом второго рода, по¬
этому замещение протекает в л/еиш-положении:
.м-метилбензойная кислота
Важное промышленное применение имеют двухосновные ароматические карбоно¬
вые кислоты:
с8н604
фталевая кислота
изофталевая кислота
терефталевая кислота
448
Гпава 4
Терефталевая кислота вступает в реакцию поликонденсации с этиленгликолем:
"но^с-ч©ь’с*он + иН°-сн2-сн2-он
терефталевая кислота этиленгликоль
с-о-сн2-сн2-о-
-н + иН2О
п
полиэтилентерефталат
Продукт реакции — полиэтилентерефталат — используется для производства по¬
лиэфирных волокон, таких как лавсан, и пластиков (ёмкостей и бутылок).
Пропеновая (акриловая)кислота
Пропеновая (акриловая) кислота — непредельная карбоновая кислота, содержащая
в углеводородном радикале двойную связь. В молекуле акриловой кислоты все
атомы углерода находятся в состоянии sp2 -гибридизации:
2 2
sp sp sp~ гл
сн2=сн-с^н
♦ По карбоксильной группе акриловая кислота проявляет типичные свойства ки¬
слот:
СН2—СН—С< + NaOH СН2=СН— + Н2О
ОН ONa
акриловая кислота акрилат натрия
сн2=сн-сС° + СНз-ОН сн2=сн-сС° н + Н2о
Uri U U1I3
акриловая кислота метанол метилакрилат
♦ По двойной связи акриловая кислота проявляет типичные свойства алкенов —
вступает в реакции присоединения водорода, галогенов и галогеноводородов,
обесцвечивает бромную воду, вступает в реакцию Вагнера'.
сн2=сн-сС° , + н2 — сн3-сн2-сС°
Un Un
пропеновая кислота пропановая кислота
сн2=сн-сС° + Вг2 -* сн2-сн-сС°
ОН 2 I I он
Органическая химия
449
Важно!
Из-за влияния карбоксильной группы, стягивающей на себя электронную
плотность, акриловая кислота присоединяет галогеноводороды против пра¬
вила Марковникова'.
I I I I
сн2=сн-с^ + НВг — сн2-сн2-сС.
Un Un
акриловая кислота 3-бромпропановая кислота
♦ Акриловая кислота и её сложные эфиры вступают в реакцию полимеризации:
%/°Н
п СН2=СН—С^2Ц - —кат» |-сн2-сн-|
ОН 1 'п
акриловая кислота полиакриловая кислота
оч о-сн3
V
иСН2=СН-С^°_СНз |-сн2-сн-]„
метилакрилат полиметилакрилат
Образующиеся полиакрилаты применяются при производстве лаков и акрило¬
вых красок, а также являются основным компонентом органического стекла.
Химические свойства солей карбоновых кислот
1. Соли карбоновых кислот вступают в реакции обмена с более сильными кисло¬
тами:
сн3-сС + НС1
ОК
^О
СН3-С^ + КС1
ОН
2. Соли вступают в реакцию декарбоксилирования с твёрдыми щелочами — реак¬
ция Дюма\
СН3+С^° т + NaOHzTB ) -С- сн4 + Na2CO3
5 ; ONa ! ’ -1 4 23
450
Гпава 4
3. Растворы солей подвергаются электролизу — реакция Колъбе\
2СН3-С^° + 2Н?О Д’-”»- СН3-СН3 + 2СО? + Н7 + 2КОН
0К ' 4 у катод
- анод
сн3 сн3 сн3
2СН3-сн-С^ок + 2Н2О эле1СГР°лиз> СН3-СН-СН-СН3 + 2СО2 + Н2 + 2КОН
4. Соли некоторых двухвалентных металлов (Са, Ва) разлагаются при нагревании с
образованием кетонов:
сн3-с,С-^ 9
/' §Са\ -** СН3-С-СН3 + СаСО3
сн34сС /
<Q,-'
ацетат кальция
СН2-СН2—С,С. 9
/' §Ва\ Z X + ВаСО3
ch2-ch2-vcC } ' '
Получение карбоновых кислот
1. Карбоновые кислоты образуются при окислении алкенов, алкинов, аренов, спир¬
тов, альдегидов и других органических соединений:
О > О , +3 о
5СН3-СфС-СН2-СН3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 -* 5CH3-CCqh +
t3^o
+ 5СН3-сн2-CC-U + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 4Н2О
ОН
+ 2K2Cr2O7 + 8H2SO4
СН3
+ 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 10Н2О
77-КСИЛОЛ
терефталевая кислота
"l t +з<*о
5СН3-СН2~ ОН + 4КМпО4 + 6H2SO4 5СН3~С^ + 4MnSO4+2K2SO4 +11Н2О
ОН
Органическая химия
451
2. Карбоновые кислоты и их соли образуются при гидролизе сложных эфиров:
сн3-сС° „ + кон — СН3-С^ + сн3-он
U СПз ик
метилацетат ацетат калия метиловый спирт
метиловый эфир уксусной кислоты
[ОТ "°-СН2-СНз + Н2О [ЗГ "0Н + СНз-СН2-ОН
этилбензоат бензойная кислота этиловый спирт
этиловый эфир бензойной кислоты
3. Некоторые кислоты образуются при каталитическом окислении алканов:
2СН4 + зо2 -^~2Н-с^° т + 2Н2О
4 он
2СН3-СН2-СН2-СН3 + 5О2 4СН3-+ 2Н2О
4. Соли карбоновых кислот образуются при щелочном гидролизе тригалогенпро-
изводных, содержащих атомы галогенов у одного атома углерода:
Ci Г ОТТ"!
СН3-С-С1 + 4NaOH(p.p) -* СН3-С-[-_ОН:
Cl L ОН
— СН3-СС° т + 3NaCl + 2Н2О
ONa
Важно!
Реакция протекает в щелочной среде, поэтому образуются именно соли ки¬
слот.
Получить соответствующие карбоновые кислоты можно, добавив к образую¬
щимся солям сильную кислоту:
^О ^О
сн3-с^ + H2SO4 сн3-с< + NaHSO4
ONa ОН
452
Гпава 4
5. Муравьиную кислоту получают из угарного газа в две стадии:
NaOH + СО HCOONa
формиат натрия
HCOONa + H2SO4 — НСООН + NaHSO4
6. Щавелевая кислота образуется при мягком окислении ацетилена перманганатом
калия в кислой среде:
-i -1 О^+3 +3^>О
ЗСН=СН + 8КМпО4 3 + 8MnO2l + 2КОН + 2Н2О
КО ок
. оксалат калия
Применение кислот
Уксусная кислота находит широкое применение в пищевой промышленности в ка¬
честве консерванта (столовый уксус). Уксусная кислота также применяется в меди¬
цине для синтеза некоторых лекарственных препаратов, например аспирина. Ук¬
сусная кислота является хорошим растворителем, она используется в качестве ре¬
акционной среды многих органических синтезов.
Сложные эфиры уксусной кислоты и целлюлозы применяются в производстве ис¬
кусственного триацетатного волокна.
Бензойная кислота применяется в качестве консерванта в пищевой промышленности
Акриловая кислота и её сложные эфиры применяются для получения лаков, красог
и органического стекла.
Двухосновная терефталевая кислота применяется для получения синтетических
полиэфирных волокон, например лавсана, а также для получения различных пласт¬
массовых изделий: бутылок и контейнеров.
Трёхосновная лимонная кислота находит применение в быту в качестве средств,
для снятия накипи со стенок металлической посуды.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращениями назовите все участвующие в реакциях вещества. Указывайте пре¬
имущественно образующиеся продукты и используйте структурные формулы орга¬
нических веществ.
ЗС12, hv NaOH(li36) СН3С1 H2O,H+ HNO3, H+ NaHCO3
1. толуол > Xi > Х2 > Х3 > бензойная кислота > Х4 > Х5
NaOH(BOAL) CuO Cu(OH)2, t Cl2, P™. HCl
2. Xj > пропанол-1 —> X2 > X3 X4 —> акриловая кислота —> X5
Органическая химия 453
NaOH(BO,H) РС15 КОН(спирт) КМпО4(р_р)
3. этилацетат > Xj —> этаналь —> Х2 > Х3 » оксалат калия
КОН,? С2Н4, Н+ К2Сг2О7, Н+ изопропанол(изб)
4. Xi > бензол > Х2 —> Х3 > терефталевая кислота > Х4
H2,Pt
5. формальдегид > X! —> метилбензоат — » бензоат кальция —» дифенилкетон
1. Из предложенного перечня выберите два вещества, между молекулами кото¬
рых образуются водородные связи:
1) этан; 4) бензиловый спирт;
2) этилен; 5) пропионат калия.
3) муравьиная кислота;
2. Установите соответствие между названием вещества и общей формулой го¬
мологического ряда, к которому это вещество принадлежит.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
ОБЩАЯ ФОРМУЛА
А) щавелевая кислота
1) С„Н2й-4О4
Б) акриловая кислота
2) С„Н2„_2О4
В) уксусная кислота
з) с„н2„о2
4) С„Н2я_2О2
3. Из предложенного перечня выберите два вещества, являющиеся гомологами
муравьиной кислоты:
1) бензойная кислота; 4) уксусная кислота;
2) акриловая кислота; 5) щавелевая кислота.
3) масляная кислота;
4. Из предложенного перечня выберите все вещества, при окислении которых
перманганатом калия в присутствии серной кислоты при нагревании образу¬
ется карбоновая кислота:
1) бутин-2; 4) этилен;
2) формальдегид; 5) этанол.
3) толуол; .
454
Гпаеа -
5. Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) этанол и калий
Б) уксусная кислота и гидрокарбонат
калия
В) этаналь, перманганат калия и гид¬
роксид калия
Г) трихлорэтан и избыток раствора
гидроксида калия
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) этилат калия
2) уксусная кислота
3) ацетальдегид
4) ацетат калия
5) этандиол-1,2
6) этанол
6. Задана следующая схема превращений веществ:
СаСОз t
X > Y -» пропанон
7.
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Ти У:
1) ацетат кальция; 4) ацетилен;
2) этанол; 5) уксусная кислота.
3) ацетальдегид;
В реактор постоянного объёма поместили этандиовую кислоту и метанол
В результате протекания обратимой реакции
НООС-СООН(Ж) + 2СН3ОН(ж) X СН3О-(О)С-С(О)-ОСН3(ж) + 2Н2О(ж)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходная концентрация этандиовой кислоты составила 0,8 моль/л, а равновес¬
ные концентрации метанола и диметилоксалата — по 0,2 моль/л.
Определите равновесную концентрацию щавелевой кислоты (X) и исходную
концентрацию метанола (У):
1) 0,2 моль/л; 4) 0,8 моль/л;
2) 0,4 моль/л; 5) 1,0 моль/л;
3) 0,6 моль/л; 6) 1,2 моль/л.
Установите соответствие между веществами и реагентом, с помощью которо¬
го можно различить эти вещества.
ВЕЩЕСТВА
А) изобутилен и бутин-2
Б) пропанол-2 и пропионовая кислота
В) муравьиная кислота и уксусная ки¬
слота
Г) акриловая кислота и бензойная ки¬
слота
РЕАГЕНТ
1) фенолфталеин
2) гидроксид диамминсеребра(Г)
3) калий
4) питьевая сода
5) холодный водный раствор пер¬
манганата калия
Органическая химия
455
9. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
■ KMnO4, КОН, t .. О2,кат. v К2О v птт
/ —► s' *- Х3 —U1I4
4.2.5. Сложные эфиры
Сложные эфиры — производные карбоновых и некоторых неорганических кислот,
в молекулах которых углеводородный радикал связан с кислотным остатком.
Сложные эфиры предельных одноосновных карбоновых кислот имеют общую
формулу С„Н2яО2:
R-CC
' O-R2
Названия сложных эфиров образуются двумя способами:
1. Название углеводородного радикала + -овый эфир + название кислоты.
2. Название углеводородного радикала + название кислотного остатка.
сн3-с
О-СН3
н-с
^о-сн
СН3
сн3
сн3-сн2-с
метиловый эфир уксусной
(этановой) кислоты
метилацетат
метилэтаноат
изопропиловый эфир муравьиной
(метановой) кислоты
изопропилформиат
изопропилметаноат
фениловый эфир пропионовой
(пропановой) кислоты
фенилпропионат
фенилпропаноат
Изомерия
♦ Изомерия углеродного скелета:
С5Н10О2
г-ц
3 ~^О-СН2-СН2-СН3
сн3-с
^0
^о-сн
сн3
сн3
пропилацетат
изопропилацетат
♦ Изомерия положения сложноэфирной группы:
С3Н6О2
сн3-с
"о-сн3
н с^о-сн2-сн3
метилацетат
этилформиат
♦ Межклассовая изомерия с карбоновыми кислотами:
С3Н6О2
сн3-сн2-с<
он
СН3-С
^о-сн3
X)
н-с^
о-сн2-сн3
пропионовая кислота
метилацетат
этилформиат
456
Гпава 4
Физические свойства
Сложные эфиры низших карбоновых кислот и спиртов представляют собой бес¬
цветные летучие жидкости с характерным приятным запахом. Сложные эфиры не
образуют межмолекулярные водородные связи и растворяются в воде гораздо хуже
образующих их кислот и спиртов.
Химические свойства
Наиболее характерной реакцией сложных эфиров является реакция гидролиза.
1. Кислотный гидролиз сложных эфиров является реакцией, обратной реакции эте¬
рификации:
h2so4 Л)
СНз-СС + Н2О -= СН3-ССпн + СН3-он
U UH3 ин
метилацетат уксусная кислота метиловый спирт
2. Щелочной гидролиз сложных эфиров протекает необратимо. В реакции образу¬
ются соль кислоты и спирт:
сн3-сС? „„ + кон —■ сн3-сС° + сн3-он
i о—Сы3 ОК 3
Важно!
В отличие от спиртов фенол реагирует со щелочами, поэтому при щелочном
гидролизе сложных эфиров фенола образуются как соль кислоты, так и соль
фенола:
ONa
' Л + 2Na0H - fQj + г' оч,+ N-:’ I
фенилацетат фенолят натрия ацетат натрия
3. Как и другие органические вещества, сложные эфиры сгорают с образование’-:
углекислого газа и воды.
Получение
1. Основным способом получения сложных эфиров является реакция этерифика¬
ции, протекающая между спиртами и кислотами:
СНз с"он
9Н t,H2so4 СНЧ-С*° -СН3 + Н7О
СН3-СН-СН3 * —3 о-сн^ 3 2
3 3 ^СН3
уксусная кислота
изопропиловый спирт
изопропилацетат
Органическая химия
457
сн2-он п
| + 2Н~СС
сн2-он
r,H2so4 СН2-О-С-Н
==t | О +2Н2О
сн2-о-с-н
При взаимодействии спиртов с азотной кислотой образуются сложные эфиры
азотной кислоты (не нитросоединения):
СН2—ОН сн2—о—NO2
I f, H2SO4 | 2 2
СН—ОН + 3HNO3 -» - СН—o-no2 + ЗН2О
сн2-он сн2—о—no2
тринитроглицерин
Важно!
Фенол с карбоновыми кислотами не реагирует.
2. Сложные эфиры образуются при взаимодействии солей карбоновых кислот с га-
логенпроизводными углеводородов:
-О
СН3-С:5 т + СН3-С1 — СН3-СГ + NaCl
3 ONa 5 3 О-СН3
А также при взаимодействии спиртов и фенола с хлорангидридами кислот:
ОН
хлорангидрид фенилацетат
уксусной кислоты фениловый эфир уксусной кислоты
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Указывайте пре¬
имущественно образующиеся продукты и используйте структурные формулы орга¬
нических веществ.
Н2О, Н+ Н2,№ КМп04(р-р)’0 °С НСООН(изб )
1, изопропилацетат > Xi —> ацетон > Xi —> Х2 > Х3 > Х4
КОН(водя.) ЗН2 КМпО4,Н+ СН3ОН(изб.)
2. фенилацетат > X! —> Х2 —> Х3 — ► циклогексен > Х4 > Х5
458
Гпава -
Тест
1. Установите соответствие между общей формулой и классом/группой органи¬
ческих соединений, к которому (которой) соответствует эта общая формула.
ОБЩАЯ ФОРМУЛА
A) R-C(O)-R’
Б) R-O-R’
В) R-C(O)O-R’
КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
1) сложные эфиры
2) простые эфиры
3) карбоновые кислоты
4) кетоны
2. Из предложенного перечня выберите два вещества, являющиеся межклассо¬
выми изомерами этилпропионата:
1) пропилацетат; 4) циклопентандиол-1,2;
2) изопропилэтиловый эфир; 5) бутилформиат.
3) 2-метилбутановая кислота;
3. Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) СН3-СН2-СООН и СН3ОН
Б) НСООН и (СН3)2СН-ОН
В) НСООН и СН3-СН2-СН2-ОН
Г) СН3ОН и СН3-СН(ОН)-СН3
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) изопропилформиат
2) пропилформиат
3) изопропилацетат
4) метилизопропиловый эфир
5) пропилацетат
6) метилпропионат
4. Задана следующая схема превращений веществ:
КОН CuO
X —> Y —> ацетон
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) пропин; 4) изопропилацетат;
2) пропилацетат; 5) ацетат калия.
3) пропанол-2;
Органическая химия
459
5.
6.
Из предложенного перечня выберите все типы реакций, к которым можно
отнести получение уксусной кислоты из этил ацетата:
1) каталитическая;
2) гетерогенная;
3) реакция гидролиза;
4) обратимая;
5)соединения
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
СН3СООН(ж) + СН3ОН(ж) СН3СООСН3(ж) + Н2О(Ж) + Q
и направлением смещения химического
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
равновесия в результате этого воз-
А) понижение температуры
Б) добавление серной кислоты
В) повышение давления
Г) повышение концентрации метил¬
ацетата
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
7.
Установите соответствие между названием вещества и основной областью
его применения.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) диметиловый эфир
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
1)
Б) этилацетат
В) формальдегид
2)
3)
4)
производство высокомолеку¬
лярных соединений
производство огнетушителей
в качестве растворителя
газовая сварка металлов
8.
Тепловой эффект этерификации уксусной
кислоты метанолом составляет
9.
18,8 ккал. Вычислите количество теплоты (в ккал), которое выделится в ре¬
зультате образования 11,1 г метилацетата. (Запишите ответ с точностью до
сотых.)
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
- Н2О,Н+ v - Na2Cr2O7, Н+, t
этилбутират ► Xi —► бутадиен-1,3
,, метанол(из6), LiOH(m6)
—► Л.2 " Х3 - Л4
460
Гпава -
4.2.6. Жиры
Жиры — сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот. Жиры образу¬
ются в реакции этерификации:
О
II
О
II
сн2—ой.
НОуС-Rj
сн2—о—C-R,
О
+ I О
, и
t, н 1 II
сн—ОЦ.
+ HOtC-R2 :
сн—о—c-r2 + ЗН2О
О
, II
1 0
II
сн2—оН.
-__HO.-rC-R3
СН2-О—C-R3
глицерин высшие жир
карбоновые кислоты
В состав жиров входят предельные и непредельные высшие карбоновые кислоты
(табл. 4.6).
Таблица 4.6. Высшие карбоновые кислоты
Формула
Название
Особенности строения
Предельные (насыщенные)
С15Н31СООН
Пальмитиновая кислота
Не содержат двойных связей
С17Н35СООН
Стеариновая кислота
Непредельные (ненасыщенные)
С17Н33СООН
Олеиновая кислота
Одна двойная связь
С|7Н31СООН
Линолевая кислота
Две двойные связи
С17Н29СООН
Линоленовая кислота
Три двойные связи
Жиры, образованные предельными высшими карбоновыми кислотами, являются
твёрдыми и имеют животное происхождение (исключение — жидкий рыбий жир i
В то время как жиры, образованные непредельными высшими карбоновыми кисло¬
тами, являются жидкими и имеют растительное происхождение (исключение —
твёрдое кокосовое масло).
Как и другие сложные эфиры, жиры гидролизуются под действием растворов ки¬
слот и щелочей:
О
сн2—о—с-с15н31 сн2-он
сн—о—с-с15н31 + зн2о <f,HC1 » сн—ОН + 3C15H31-Ct?TT
О | 13 31 он
сн2—о—с-с15н31 сн2-он
трипальмитин глицерин пальмитиновая кислота
трипальмитат глицерина
Органическая химия
461
При щелочном гидролизе жиров образуются соли высших карбоновых кислот —
мыла. Данная реакция называется реакцией омыления и используется в промыш¬
ленности для получения мыл:
О
сн2—о-с-с17н35 сн2—он
I? t I
сн—о-с-с17н35 + зкон сн—он + зс17н35-с^ТЛ
о | ок
сн2-о-с-с17н35 сн2—он
тристеарин глицерин стеарат калия — мыло
тристеарат глицерина
Жиры, образованные непредельными кислотами, вступают в реакцию гидрирова¬
ния (гидрогенизации):
О О
сн2-о-с—С17Н33 сн2-о-С-С17Н35
О I о
сн—о-с-с17н33 + зн2 сн—о-с—с17н35
О I о
сн2-о-с-с17н33 сн2-о-с-с17н35
триолеин тристеарин
триолеат глицерина тристеарат глицерина
Реакция гидрогенизации растительных жиров используется при производстве мар¬
гарина.
Качественной реакцией на непредельные жиры является реакция обесцвечивания
бромной воды.
Тест
1. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые взаимодейству¬
ют с трипальмитатом глицерина:
1) метанол; 4) гидроксид лития;
2) водород; 5) бромная вода.
3) кислород;
2. Задана следующая схема превращений веществ:
гидрогенизация кислотный гидролиз
X > тристеарин > Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) трипальмитин; 4) олеат калия;
2) стеарат калия; 5) триолеин.
3) глицерин;
462
Гпава 4
3. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые уве¬
личивают скорость реакции омыления тристеарата глицерина:
1) добавление глицерина; 4) добавление серной кислоты;
2) повышение концентрации щёлочи; 5) повышение температуры.
3) повышение давления;
4.2.7. Углеводы
Углеводы— это природные органические вещества, соответствующие формуле
С„(Н2О)И , где п, т > 3. В своём составе углеводы содержат карбонильную и гид¬
роксильные группы.
В зависимости от строения углеводы разделяются на три вида.
♦ Моносахариды — это углеводы, неспособные гидролизоваться с образованием
более простых углеводов. К моносахаридам относятся глюкоза С6Н12О6, фрук¬
тоза С6Н12О6, рибоза С5Н10О5, дезоксирибоза С5Н10О4 и др.
♦ Дисахариды — это углеводы, гидролизующиеся с образованием двух молекул
моносахаридов. Дисахариды сахароза, лактоза, мальтоза имеют общую формул}
С12Н22О11 •
♦ Полисахариды — это высокомолекулярные соединения, состоящие из остатков
моносахаридов и имеющие формулу (С6Н10О5\ . При гидролизе полисахаридов
образуется множество молекул моносахаридов. Полисахаридами являются
крахмал, целлюлоза, хитин, гликоген и др.
Моно- и дисахариды представляют собой бесцветные растворимые в воде твёрдые
вещества, сладкие на вкус. В отличие от них полисахариды в воде не растворяются
и характерного сладкого вкуса не имеют.
Глюкоза
Молекулы глюкозы существуют в линейной и циклических формах:
С6Н12О6
н он
21 Н
н-с-он
31
но-с-н
41
н-с-он
51
н-с-он
61
СН2ОН
н ОН
a-форма глюкозы
линейная форма глюкозы
P-форма глюкозы
В зависимости от расположения гидроксильной группы при первом атоме углерода
в циклической форме различают а- и Р-глюкозу.
Органическая химия
463
В линейной формуле глюкоза содержит пять гидроксильных групп и одну карбо¬
нильную и является алъдегидоспиртом.
♦ Реакции, протекающие по карбонильной группе.
• Глюкоза вступает в реакцию «серебряного зеркала»:
СН2ОН-(СНОН)4-се2 +2[Ag(NH3)2]OH-!*CH2OH-(CHOH)4-cC° +
г! ОГчгТд
глюкоза гидроксид диамминсеребра(1) глюконат аммония
+ 2Agl + 3NH3t +Н2О
Реакция сопровождается образованием металлического серебра и выделени¬
ем газа.
• Глюкоза окисляется под действием гидроксида меди(П) при нагревании:
CH2OH-(CHOH)4-C^+2Cu(OH)2-^CH2OH-(CHOH)4-C^h+Cu2OI+2H2O
глюкоза глюконовая кислота
Реакция протекает с образованием кирпично-красного осадка оксида меди(1).
• Глюкоза восстанавливается с образованием шестиатомного спирта — сор¬
бита:
сн2он-(снон)4-сС2 + Н2 — СН2ОН-(СНОН)4—СН2ОН
н
глюкоза сорбит
♦ Реакции, протекающие по гидроксильным группам.
Глюкоза вступает в реакцию этерификации с карбоновыми кислотами и их про¬
изводными, образует простые эфиры со спиртами.
Как и многоатомные спирты, глюкоза взаимодействует со свежеосаждённым
гидроксидом меди(П) без нагревания с образованием синего раствора ком¬
плексного соединения — глюконата меди(П).
♦ Реакции брожения.
Под действием микроорганизмов и ферментов глюкоза расщепляется с образо¬
ванием различных органических веществ.
• Спиртовое брожение:
С6Н12О6 -др°—и» 2С2Н5ОН + 2CO2t
• Молочнокислое брожение:
ОН
сйн|2о6 2CH3-CH-cS°
Uri
глюкоза молочная кислота
464
Гпава -
♦ В природе глюкоза образуется в процессе фотосинтеза:
hv
6СО2 + 6Н2О —* C6Hl2O6 + 6O2t
А основным промышленным способом её получения является кислотный гидро¬
лиз крахмала.
♦ В организме человека глюкоза подвергается превращениям, протекающим с вы¬
делением энергии:
С6Н12О6 + 6О2 6СО2 + 6Н2О
Фруктоза
Фруктоза имеет формулу С6Н12О6 и является изомером глюкозы. Фруктоза пред¬
ставляет собой кетоспирт. содержащий в линейной форме одну кето-группу и пяте
гидроксильных групп:
О
СН2ОН-(СНОН)3-С-СН2ОН
♦ Реакции, протекающие по карбонильной группе.
• Фруктоза не содержит альдегидную группу, поэтому не вступает в реакцию
«серебряного зеркала» и не взаимодействует с гидроксидом меди(П) при
нагревании. С помощью данных реакций глюкозу можно отличить от
фруктозы.
• Как и глюкоза, фруктоза восстанавливается под действием водорода с обра¬
зованием сорбита:
О .
СН2ОН-(СНОН)3-С-СН2ОН + Н2 — СН2ОН-(СНОН)4-СН2ОН
фруктоза сорбит
♦ Реакции, протекающие по гидроксильным группам.
Фруктоза вступает в реакцию со свежеосаждённым гидроксидом меди(П) без
нагревания с образованием синего раствора комплексного соединения — фрук-
тоната меди(П).
Рибоза и дезоксирибоза
Рибоза и десоксирибоза являются альдегидоспиртами. Как и глюкоза, они всту¬
пают в реакцию «серебряного зеркала», окисляются под действием гидроксида
меди(П) при нагревании и реагируют со свежеосаждённым гидроксидом меди(П)
без нагревания.
Органическая химия 465
Дисахариды
Молекулы сахарозы и других дисахаридов состоят из двух остатков моносахаридов
(табл. 4.7).
Таблица 4.7. Дисахариды
Дисахарид
Остаток моносахарида
Сахароза
Глюкоза
Фруктоза
Лактоза
Глюкоза
Галактоза
Мальтоза
Глюкоза
Глюкоза
Сахароза является невосстанавливающим дисахаридом. Она не вступает в реакцию
«серебряного зеркала» и не реагирует с Си(ОН)2 при нагревании в отличие от
лактозы и мальтозы, которые являются восстанавливающими дисахаридами.
Дисахариды вступают в реакцию со свежеосаждённым гидроксидом меди(П) без
нагревания с образованием синего раствора комплексного соединения.
При кислотном гидролизе дисахаридов образуются два остатка моносахаридов.
Так, гидролиз сахарозы протекает с образованием глюкозы и фруктозы:
С12Н22О11 + Н2О С6Н12О6 + С6Н12О6
сахароза глюкоза фруктоза
Полисахариды
Крахмал и целлюлоза являются полимерами, состоящими из большого числа остат¬
ков глюкозы.
Крахмал состоит из двух полисахаридов: амилозы и амилопектина. Полимерная
цепь амилозы имеет преимущественно линейное строение, в то время как амило¬
пектин образован разветвлёнными цепочками остатков а-глюкозы.
Молекулы целлюлозы состоят из неразветвлённых остатков р-глюкозы и имеют
линейное строение.
♦ Крахмал и целлюлоза не вступают в реакцию «серебряного зеркала» и не взаи¬
модействуют с гидроксидом меди(П).
♦ При кислотном гидролизе полисахаридов образуется множество остатков моно¬
сахаридов:
(С6Н10О5)„ + «н20 С6Н12О6
крахмал глюкоза
♦ Качественной реакцией на крахмал является его взаимодействие с йодом, проте¬
кающее с образованием комплексного соединения синего цвета.
466
Гпава 4
♦ Целлюлоза вступает в реакцию этерификации с кислотами. Так, при взаимодей¬
ствии целлюлозы с азотной кислотой образуется сложный эфир — тринитроцел¬
люлоза.
Крахмал входит в состав многих продуктов питания (картофель, кукуруза, рис, ба¬
нан). Целлюлоза входит в состав древесины. При её термическом разложении без
доступа воздуха (пиролиз) образуются древесный уголь, метиловый спирт (древес¬
ный спирт), уксусная кислота, бензол и многие другие органические вещества.
Основными направлениями применения целлюлозы в промышленности являются
производство бумаги и искусственных волокон. Так, искусственное триацетатное
волокно получают реакцией этерификации целлюлозы с уксусной кислотой.
Тест
1. Установите соответствие между названием вещества и его формулой.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
А) глюкоза
1) с5н10о5
Б) сахароза
2) С12Н22О„
В) крахмал
3) С6н12о6
4) (С6Н10О5)„
2. Из предложенного перечня выберите два вещества, являющиеся изомерами:
1) глюкоза; 4) целлюлоза;
2) сахароза; 5) лактоза.
3) рибоза;
3. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые вступают в реак¬
цию гидролиза, но не вступают в реакцию «серебряного зеркала»:
1) сахароза; 4) фруктоза;
2) целлюлоза; 5) глюкоза.
3) лактоза;
4. Установите соответствие между веществами и реагентом, с помощью которо¬
го можно различить эти вещества.
ВЕЩЕСТВА
РЕАГЕНТ
А) крахмал и целлюлоза
1) холодный свежеосаждённый
гидроксид меди(П)
Б) глюкоза и фруктоза
2) гидроксид диамминсеребраЦ)
В) сахароза и глюкоза
3) йод
Г) глицерин и этанол
4) фенолфталеин
5) калий
Органическая химия
467
5. Установите соответствие между схемой реакции и названием этой реакции.
СХЕМА РЕАКЦИИ
А) тристеарин —> стеарат калия
Б) целлюлоза —> тринитроцеллюлоза
В) целлюлоза —► глюкоза
НАЗВАНИЕ РЕАКЦИИ
1) этерификация
2) кислотный гидролиз
3) нитрование
4) омыление
6. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
брожение ,z
глюкоза — ► X] —► Х2 —ацетат аммония —► Х3 —► ацетон
4.3. Азотсодержащие органические соединения
К основным азотсодержащим органическим соединениям относятся амины и ами¬
нокислоты.
4.3.1. Амины
Амины — производные аммиака, в молекуле которого один или несколько атомов
водорода замещены на углеводородный радикал. В зависимости от числа углеводо¬
родных радикалов, связанных с азотом, различают первичные, вторичные и тре¬
тичные амины:
R3
Ri-NH2 Rj-NH-R2 Rj-N-R2
первичный амин вторичный амин третичный амин
Предельные амины соответствуют общей формуле CwH2n+3N .
При составлении названия аминов необходимо указать связанные с азотом радика¬
лы, а затем добавить в конце -амин:
СН3
ch3-nh2 ch3-nh-ch3 ch3-n-ch3
метиламин диметиламин триметиламин
В молекулах предельных аминов все атомы углерода находятся в состоянии
sp3 -гибридизации.
Изомерия
♦ Изомерия положения функциональной группы:
nh2
c3h9n| ch3-ch2-ch2-nh2 сн3-сн-сн3
пропиламин изопропиламин
468
Глава 4
♦ Структурная изомерия углеродного скелета:
C4HnN|
ch3-ch2-ch2-ch2-nh2
бутиламин
сн3
ch3-ch-ch2-nh2
изобутиламин
♦ Первичные, вторичные и третичные амины с одинаковым числом атомов угле¬
рода изомерны между собой:
C3H9N
ch3-ch2-ch2-nh2
метиламин
ch3-nh-ch2-ch3
метилэтиламин
сн3
сн3-N-СН3
триметиламин
Физические свойства
Низшие амины — газообразные вещества с запахом аммиака, хорошо растворимые
в воде. Более тяжёлые амины — жидкости со специфическим запахом. Высшие
амины — твёрдые вещества, практически нерастворимые в воде. Первичные и вто¬
ричные амины образуют межмолекулярные водородные связи.
Химические свойства
1. Атом азота содержит на внешнем уровне неподелённую электронную пару, по¬
этому амины, как и аммиак, вступают в реакции присоединения по донорно¬
акцепторному механизму.
• При растворении аминов в воде образуются катионы алкиламмония и гидро¬
ксид-анионы, поэтому водные растворы аминов имеют щелочную среду и
изменяют окраску индикаторов:
I I + - + -
•NH3 + °НОН NH4 + ОН
донор акцептор катион аммония
। 1 +
ch3-nh2 + °НОН“ [CH3-NH3]+ + он’
донор акцептор катион метиламмония
Амины проявляют более сильные основные свойства по сравнению с аммиа¬
ком. Это связано с тем, что при смещении электронной плотности от углево¬
дородных радикалов атом азота приобретает больший отрицательный заряд,
чем при смещении электронной плотности от атома водорода.
В ряду аминов основные свойства изменяются неравномерно: вторичные
амины являются более сильными основаниями по сравнению с первичными,
при этом третичные амины проявляют более слабые основные свойства по
Органическая химия
469
сравнению с первичными и вторичными аминами. Это связано с тем, что
атом азота в третичных аминах экранирован (заслонён) тремя углеводород¬
ными радикалами, что создает затруднения для протекания химических ре¬
акций.
СН3
NH3 CH3-N-CH3 CH3-NH2 CH3-NH-CH3
аммиак триметиламин метиламин диметиламин
усиление основных свойств
• Как и аммиак, амины вступают в реакции с органическими и неорганически¬
ми кислотами с образованием солей:
NH3 + HCI — NH4CI
хморид аммония
ch3-nh2 + hci — [СН3-NH3]+C1”
метиламин хлорид метиламмония
Обратите внимание, катионы алкиламмония содержат на один атом водорода
больше, чем исходные амины.
CH3-NH-CH3 + HCI — [CH3-NH2-CH3]+Cf
диметиламин хлорид диметиламмония
сн3 сн3
сн3-N-СН3 + НВг — [СН3-NH-СН3]+Вг“
триметиламин бромид триметиламмония
2СН3—NH-СН2-СН3 + H2SO4 -► [CH3-NH2-CH2-CH3]2 SO4’
метилэтиламин сульфат метилэтиламмония
ch3-ch2-nh2 + сн3-с^?тт -*
J иН
СНз С^о. [CH3-CH2-NH3]
этиламин
ацетат этиламмония
Реакции аминов с кислотами могут протекать с образованием кислых солей:
CH3-NH2 + H2SO4 [CH3-NH3]+HSO4
метиламин гидросульфат метиламмония
Соли аминов представляют собой хорошо растворимые в воде твёрдые веще¬
ства с ионной кристаллической решёткой.
470
Гпава 4
2. Первичные амины взаимодействуют с азотистой кислотой HNO2. В реакции об¬
разуется спирт и выделяется газообразный азот:
CH3-NiH2'+ CHN-OH -* СН3-ОН + N2t + Н2О
метиламин метанол
nh2 он
СН3-СН-СН3 + HNO2 — СН3-СН-СН3 +N2t +Н2О
изопропиламин изопропанол
Вторичные и третичные амины с азотистой кислотой таким образом не реа¬
гируют, поэтому реакцию с HNO2 можно использовать для качественного
определения типа амина.
3. Амины вступают в реакции алкилирования с галогеналканами, при этом из пер¬
вичного амина образуется соль вторичного амина, а из вторичного амина —
соль третичного:
CH3-NH2 + СН3С1 —- [CH3-NH2-CH3]+Cr
метиламин хлорид диметиламмония
CH3-NH-CH2-CH3 + CH3CI [CH3-NH-CH2-CH3] С1
метилэтиламин хлорид диметилэтиламмония
4. Амины сгорают с образованием углекислого газа, воды и азота:
4CH3NH2 + 9О2 4СО2 + 2N2 + ЮН20
Получение
1. Первичные амины образуются при восстановлении нитросоединений водородом:
T3-NO2 О ЗН2 t3-nh2 О 2Н2Д
нитрометан метиламин
В реакции также используют водород в момент выделения (атомарный водород),
образующийся при растворении железа или цинка в кислотах-неокислителях.
Поскольку реакция протекает в кислотной среде, её продуктами являются сред¬
ние или кислые соли аминов:
Fe+2HCI—► FeCl2 + H2t
CH3-NO2 + 3Fe + 3HC1 — [СН3-КН3]+сГ+ 3FeCl2+ 2H2O
нитрометан
хлорид метиламмония
Органическая химия
471
CH3-CH2-NO2 + 3Zn + 4H2SO4 — [CH3-CH2-NH3]+HSO; + 3ZnSO4 + 2H2O
нитроэтан гидросульфат этиламмония
Водород в момент выделения также можно получить при растворении амфотер¬
ных металлов в растворах щелочей:
2А1 + 2NaOH + 6Н2О — 2Na[Al(OH)4] + 3H2t
CH3-NO2 + 2А1 + 2КОН + 4Н2О — CH3-NH2 + 2К[А1(ОН)4]
нитрометан метиламин
2. Первичные амины образуются при взаимодействии спиртов с аммиаком:
СН3ОН + NH3 CH3NH2 + Н2О
3. Амины образуются при алкилировании аммиака:
СН3С1 + 2NH3(ib6.) CH3NH2 + NH4C1
При алкилировании аминов образуются соли более замещённых аминов:
ch3-ch2-nh2 + СН31 — [сн3-сн2-NH2-СН3]+Г
этиламин иодид метилэтиламмония
4. Низшие амины образуются при взаимодействии солей аминов со щелочами. Ре¬
акция протекает аналогично реакциям солей аммония со щелочами:
NH4CI + КОН — NH3t + КС1 + Н2О
[СН3-NH3]+Cf + КОН -* CH3-NH2 + КС1 + Н2О
Анилин
Анилин— ароматический амин, в молекуле которого аминогруппа -NH2 непо¬
средственно связана с бензольным кольцом:
анилин(фениламин)
При нормальных условиях анилин — бесцветная плохо растворимая в воде жид¬
кость, сильный яд.
Бензольное кольцо анилина стягивает на себя электронную плотность с атома азо¬
та, поэтому анилин проявляет более слабые основные свойства по сравнению с ам-
472
Г.пава 4
миаком. Значит, чем больше ароматических колец содержит амин, тем слабее его
основные свойства:
NH2
NH3
дифениламин
анилин(фениламин)
аммиак
усиление основных свойств
По аминогруппе анилин вступает в реакции только с сильными кислотами:
анилин
nh2
’ + НС1
NH/сГ
хлорид фениламмония
Образующиеся соли взаимодействуют со щелочами с образованием анилина:
NH3+cr
+ кон
nh2
+ КС1 + Н2О
Аминогруппа является ориентантом первого рода, поэтому реакции замещения по
бензольному кольцу протекают в орто- и ияра-положениях.
Главной качественной реакцией на анилин является реакция с бромной водой, про¬
текающая с образованием белого осадка 2,4,6-триброманилина:
Вг
2,4,6-триброманилин
Важно!
Фенол также образует белый осадок при взаимодействии с бромной водой
(см. разд. 4.2.2), поэтому фенол и анилин с помощью бромной воды разли¬
чить нельзя.
Обратите внимание, алкилирование анилг на галогеналканами протекает по атому
азота с образованием соли вторичного ароматического амина:
NH2
+ СН3С1
nh2-ch3i Cl
Органическая химия
473
Анилин образуется при восстановлении нитробензола — реакция Зинина:
Применение аминов
Амины применяются в производстве лекарств и красителей, средств бытовой хи¬
мии. Анилин является сырьём для получения анилиновых красителей и лекарст¬
венных препаратов.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Указывайте пре¬
имущественно образующиеся продукты и используйте структурные формулы орга¬
нических веществ.
HCl 2NH3 ZnC12(p-p) AgNO3 NaOH HNO2
1. пропен —> Xj —> изопропиламин > X2 > X3 > X4 > X5 —> пропен
Fe, HCl HNO2 CH3C1
2. нитроэтан > Xj —> X2 > этанол —> этил амин > X3 —> метилэтиламин
NH3 Ca(OH)2 t NH3,f Н28О4(избЛ
3. уксусная кислота —> X! > Х2 -> Х3 —> Х4 -—> изопропиламин > Х5
Na t, Cr9O3 Zn, H2SO4 Br2
4. C3H9N —► Xt —> l-бромпропан -> X2 —C6H6 —> X3 > X4 —> анилин —»X5
HNO2 Cl2, hv
5. ацетат этиламмония —> Хт > X2 —> дивинил —> X3 > X4 —» eznop-бутиламин
1. Из предложенного перечня выберите два вещества ионного строения, кото¬
рые содержат ковалентные связи, образованные по донорно-акцепторному
механизму:
1) изопропиламин; 4) ацетиленид калия;
2) ацетат триметиламмония; 5) хлорид метиламмония.
3) нитрометан;
474
Гпава 4
2. Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой орга¬
нических соединений, к которому (которой) это вещество принадлежит.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
A) CH3-CH2-NH-CH3
СН3
Б) I
’ CH3-N-CH3
КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
1) первичные амины
2) нитроалканы
3) вторичные амины
4) третичные амины
3.
4.
5.
Из предложенного перечня выберите два вещества, являющиеся изомерами:
1) диметиламин; 4) изопропиламин;
2) триметиламин; 5) триэтиламин.
3) фениламин;
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые не вступают в
реакцию с анилином:
1) бромная вода; 4) гидроксид натрия;
2) хлорметан; 5) триметиламин.
3)водород;
Задана следующая схема превращений веществ:
СН4
Fe, HCl
> Y
6.
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Хи Y:
1) метиламин; 4) нитрометан;
2) хлорид метиламмония; 5) метанол.
3) хлорметан;
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную систему
c2h5nh2(p.p) + н2о(р.р) г c2h5nh:(p.p) + ОН(р.р) + Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) добавление твёрдого гидроксида
натрия
Б) повышение температуры
В) добавление соляной кислоты
Г) добавление катализатора
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Органическая химия
475
7. Восстановление нитробензола протекает в соответствии с термохимическим
уравнением реакции
C6H5NO2(r) + ЗН2(Г) C6H5NH2(r) + 2Н2О(г) + 465,6 кДж
Определите объём водорода (в литрах), вступившего в реакцию, если в ре¬
зультате реакции выделилось 291 кДж теплоты. (Запишите число с точно¬
стью до целых.)
8. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
беНЗОат NaOH
этиламмония
ВГэ(р_р)
Xj —► бензол —► Х2 —► анилин Х3
4.3.2. Аминокислоты. Белки
Аминокислоты — это органические вещества, содержащие аминогруппу -NH2 и
карбоксильную группу -СООН. Предельные одноосновные аминокислоты соответ¬
ствуют общей формуле C„H2(i+1NO2 :
R-CH-C
nh2
'"ОН
При составлении названия аминокислот к названию соответствующих карбоновых
кислот добавляют амино- и указывают положение аминогруппы в молекуле. Нуме¬
рация атомов углерода начинается с углерода в составе карбоксильной группы. Для
обозначения также используется греческий алфавит: рядом с карбоксильным ато¬
мом углерода расположен а-углеродный атом, а через один от карбоксильного —
Р-углеродный атом. Некоторые аминокислоты имеют тривиальные названия:
nh2-ch2-cC°
kJll
СН,-СН-С-§
nh2
фенилаланин
2-амино-З-фенилпропановая кислота
а-амино-Р-фенилпропионовая кислота
глицин
2-аминоэтановая кислота
а-аминоуксусная кислота
аланин
2-аминопропановая кислота
а-аминопропионовая кислота
Изомерия
♦ Изомерия положения аминогруппы:
C3H7NO2
₽ а
сн3-сн-ссон
nh2
2-аминопропановая кислота
а-аминопропионовая кислота
р а
сн2-сн2-с
nh2
^он
3-аминопропановая кислота
Р-аминопропионовая кислота
476
Глава 4
♦ Межклассовая изомерия с нитроалканами:
c2h5no2| nh2-ch2-cC°h ch3-ch2-no2
глицин нитроэтан
Физические свойства
При нормальных условиях аминокислоты — белые твёрдые вещества, хорошо рас¬
творимые в воде, сладкие на вкус.
В водных растворах аминокислоты находятся в виде биполярных ионов:
МНз-СН2-СН2-СОО
Это вызвано способностью карбоксильной группы отщеплять катион водорода и
способностью аминогруппы его присоединять. Растворы аминокислот, содержащих
одну группу -NH2 и одну группу -СООН, имеют нейтральную среду.
Химические свойства
Аминокислоты являются амфотерными органическими соединениями. Для них ха¬
рактерны как реакции, протекающие по карбоксильной группе, так и реакции, про¬
текающие по аминогруппе.
1. По карбоксильной группе аминокислоты реагируют с активными металлами,
основными оксидами, основаниями и солями более слабых кислот:
2NH2-CH2-CC?TT + 2Na 2NH2-CH2-cC° т + Н2
ОН ONa
глицин глицинат натрия
сн3-сн-сС?тт + кнсо3 —- сн3-сн-с^° + co2t +н2о
3 । ОН J J I OK 2
nh2 nh2
2-аминопропановая кислота 2-аминопропионат калия
Аминокислоты вступают в реакцию этерификации со спиртами:
NH2-CH2-C^?tt + СН3-ОН =i= nh2-сн2-ct? + н2о
2 оН и—СН3
аминоуксусная кислота метанол метиловый эфир
аминоуксусной кислоты
Органическая химия
477
2.
По аминогруппе аминокислоты реагируют с кислотами, вступают в реакцию ал¬
килирования, реагируют с азотистой кислотой:
ын2-сн2-сС°, + НС1
2 2 он
nh3-ch2-cC°
Uri
Cl
аминоуксусная кислота
гидрохлорид аминоуксусной
кислоты
nh2-ch2-cC?tt + СН3Вг
2 2 он J
CH3-NH2-CH2-(X
Uri
Вг
CH3-CH-C^2IT + hno2 —- ch3-ch-cc2it + N2f + H2O
J i OH 2 J i OH 2 2
nh2 oh
молочная кислота
3.
Сложные эфиры аминокислот подвергаются гидролизу в различных средах.
• При щелочном гидролизе сложных эфиров аминокислот образуется соль
аминокислоты по карбоксильной группе:
nh2-ch2-c^° <vri +-KOH — nh2-ch2-cC° + ch3-oh
2 2 o-CH3 2 2 OK J
• При кислотном гидролизе сложных эфиров аминокислот образуется соль
аминокислоты по аминогруппе:
nh2-ch2-cC? ^rT + H2o + HCl
2 o-CH3 2
nh3-ch2-c^
Un
С1 + сн3-он
Важно!
При кислотном и щелочном гидролизе сложных эфиров карбоновых кислот и
аминокислот соли и галогенпроизводные спиртов не образуются.
4. Аминокислоты вступают друг с другом в реакцию конденсации с образованием
ди- и полипептидов. При взаимодействии карбоксильная группа одной амино¬
кислоты образует с аминогруппой другой аминокислоты пептидную связь
-CO-NH-:
пептидная связь
:б"":
■ и :
NH2-CH2+C-NfCH2-C<OH
478
Гпава -
В названии аминокислоты, вступающей в реакцию конденсации по карбоксиль¬
ной группе, -ин меняется на -ил:
л сиз ~ : о'"': сн3
-О । ^О 'll । /О
NH2-CH2-C<-OH.±.... СН-С^ОИ NH2-CH2-rC-NTCH-C<OH
L H-j-NH ! Hj
глицин
аланин
глицилаланин
Получение
1. Аминокислоты и их соли образуются при гидролизе пептидов (см. далее).
2. Аминокислоты образуются при взаимодействии избытка аммиака с галогенза¬
мещёнными карбоновыми кислотами:
а ।
сн3-сн2-гс
пропановая кислота
О 1 Р
сн3—сн-сс' ,, + НС1
I он
а
2-хлорпропановая кислота
СН3-СН-сС2,т + 2NH3 —- СН3-СН-сС° + NH4C1
I ОН J 3 | он
Cl nh2
2-хлорпропановая кислота 2-аминопропановая кислота
аланин
Белки
Белки — природные полипептиды, образованные остатками а-аминокислот. В при¬
сутствии кислот и щелочей белки и дипептиды подвергаются гидролизу.
♦ При кислотном гидролизе образуются соли аминокислот по аминогруппе.
Если дипептид состоит из остатков разных аминокислот, при его гидролизе об¬
разуются две соли:
CH3-CH-C-N-CH2-CC^it + 2НС1 +Н2О
J I I 2 он 2
nh2 н
сн3-сн-сС0Н
. NH3 J
С1 +
+ nh3-ch2-c
он
Cl
Если дипептид состоит из остатков одной аминокислоты, при его гидролизе об¬
разуется одна соль:
9 ^о [
NH,-CH^-C-N-CH2-C<^tt + 2НС1 + Н20 — 2 КН3-СН2-С
. . I 2 он 2 - 2
Н ’
он
Cl
Органическая химия
479
♦ При щелочном гидролизе образуются соли аминокислот по карбоксильной
группе:
О
CH3-CH-C-N-CH2-C<^tt + 2КОН -* сн3-сн-сС^ +
J I I ОН I ок
nh2 н nh2
+ nh2-ch2-cC° + н2о
2 2 ок 2
Качественные реакции на белки
♦ Биуретовая реакция — появление фиолетовой окраски при взаимодействии всех
белков с Си(ОН)2.
♦ Ксантопротеиновая реакция — появление жёлтой окраски при взаимодействии
белков, содержащих ароматические кольца, с HNO3.
♦ Цистеиновая реакция — образование чёрного осадка сульфида свинца при
взаимодействии белков, содержащих серу, с ацетатом свинца.
Задания
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие
превращения, и назовите все участвующие в реакциях вещества. Указывайте пре¬
имущественно образующиеся продукты и используйте структурные формулы орга¬
нических веществ.
на кон
1. глицилаланин —»X! —> аланин —> молочная кислота —> акриловая кислота
С^Ркр. CH3OH HCI NaOH
2. СН3СООН > Xi —> глицин > Х2 —> Х3 > Х4 —> фенилаланилглицин
[Ag(NH3)2]OH HNO3, H+
3. бензальдегид > Xj —> бензоат калия —> бензол > Х2 —► анилин
Тест
1. Из предложенного перечня выберите два вещества, являющиеся изомерами
аланина:
1) глицин;
2) 1-нитропропан;
3) 0-аминопропионовая кислота;
4) анилин;
5) этиловый эфир аминоуксусной кислоты.
480
Глава
2. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые вступают в реак¬
цию как с глицином, так и с метиламином:
1) фенилаланин; 4) гидроксид калия;
2) анилин; 5) гидрокарбонат калия.
3) соляная кислота;
3. Задана следующая схема превращений веществ:
NH3 Y
X —> аланин глицилаланин
5.
6.
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) хлоруксусная кислота; 4) а-бромпропионовая кислота;
2) глицин; 5) 3-бромпропановая кислота.
3) глицерин;
Из предложенного перечня выберите все типы реакций, к которым можн
отнести взаимодействие фенилаланина с гидроксидом натрия:
1) некаталитическая; 4) реакция гидролиза;
2) обмена; 5) окислительно-восстановительная.
3) соединения;
Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) глицин; 3) уксусная кислота;
2) метиламин; 4) хлоруксусная кислота.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
Установите соответствие между реагирующими веществами и признаком ре¬
акции, протекающей между этими веществами.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) белок и гидроксид меди(П), t
Б) фенилаланин и азотистая кислота
В) глицин и калий
Г) белок и азотная кислота, t
ПРИЗНАК РЕАКЦИИ
1) реакция протекает без видимых
признаков
2) выделение газа
3) образование осадка
4) появление жёлтой окраски рас¬
твора
5) появление фиолетовой окраски
раствора
I
о
Органическая химия
481
7. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
С1
I К2Сг2О7, Н+, t С12 глицин v
” Х1 Х2 —► Х3 —► аланин ► Х4
4.4. Методы решения расчётных задач
В данном разделе представлены методы решения задач высокого уровня сложности
на установление молекулярной и структурной формулы органического вещества.
4.4.1. Определение молекулярной формулы вещества по массовым
долям элементов
Для определения простейшей формулы вещества по заданным массовым долям
элементов необходимо:
1. Принять массу вещества за какое-либо целое число (удобнее всего за 100 г).
2. Вычислить массы атомов элементов: для массы вещества, равной 100 г, значе¬
ния масс атомов элементов равны значениям их массовым долям.
3. Вычислить количество вещества атомов элементов.
4. Соотнести значения количества вещества атомов элементов и привести их к це¬
лочисленным значениям. Для этого необходимо:
• поделить все значения количества вещества на наименьшее из них;
• если какое-то из полученных значений не является целым числом, домножить
все значения на минимальный целочисленный коэффициент.
Важно!
Полученная простейшая формула может не являться конечным ответом.
5. При составлении молекулярной формулы искомого вещества необходимо учесть
указанные в условии задания данные о строении вещества, его физических или
химических свойствах и при необходимости домножить полученную простей¬
шую формулу на какое-либо целое число.
ЗАДАЧА 1. Вещество А содержит 83,72% углерода и 16,28% водорода по массе. Из¬
вестно, что молекула вещества А содержит четвертичный атом углерода. Установи¬
те молекулярную формулу вещества А и составьте возможную структурную фор¬
мулу вещества А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молеку¬
ле. Напишите уравнение реакции вещества А с хлором на свету.
482
Гпава -
Решение.
1. Пусть масса вещества Л равна 100 г.
2. Тогда массы атомов элементов равны:
т (атомов С) = 83,72 г;
т(атомов Н) = 16,28 г.
3. Количества вещества атомов элементов равны:
/ , 83,72 г
v( атомов С = = 6,977 моль;
12 г/моль
/ ттЧ 16,28 г
v (атомов Н) = = 16,28 моль.
1 г/моль
4 . Соотношение количества вещества атомов элементов:
у(атомов С): у(атомов Н) = 6,977:16,28 = ——: Ж-8 _ 2 333 = 3:7.
' 7 v 7 6,977 6,977
Проведённые вычисления можно отобразить краткой формой записи:
v(C): v(H) = 83,72/12:16,28/1 = 6,977 :16,28 = 1:2,333 = 3:7.
Поскольку вещества с общей формулой С3Н7 не существует, необходимо умнс-
жить рассчитанную простейшую формулу на 2. Полученная общая формула С6НГ
соответствует алкану, состоящему из шести атомов углерода. Учитывая, что моле¬
кула искомого вещества содержит четвертичный атом углерода, его структурную
формулу можно записать следующим образом:
СН3
сн3-с-сн2-сн3
СН3
Уравнение реакции вещества Л с хлором:
СН3 СН3
I hv I
сн3-с-сн2-сн3 + С12 сн3-с—сн-сн3 + НС1
СН3 СН3С1
ЗАДАЧА 2. Вещество А содержит 21,75% углерода, 4,83% кислорода, 72,51% бром
по массе и водород. Известно, что вещество А образуется при взаимодействии ор¬
ганического вещества В с бромной водой. Установите молекулярную формулу ве¬
щества А и составьте возможную структурную формулу вещества Л, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле. Напишите уравнение реак¬
ции получения вещества Л.
Органическая химия
483
Решение.
о(Я) = 100%-со(С)-ю(0)-со(Вг) = 0,91%;
v(C): v(H): v(O): v(Br) = 21,75/12:0,91/1:4,83/16:72,51/80 = 6:3:1:3.
Молекулярная формула вещества А — С6Н3ОВг3. Полученная формула соответст¬
вует трибромфенолу, образующемуся при взаимодействии фенола с бромной водой:
Задания
На основании данных условия задач 1-9 проведите необходимые вычисления (ука¬
зывайте единицы измерения искомых физических величин), установите молеку¬
лярную формулу вещества А и составьте возможную структурную формулу веще¬
ства Л, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле.
1. Углеводород Л содержит 84,21% углерода по массе. Известно, что при хлориро¬
вании вещества Л образуется только одно монохлорпроизводное. Напишите
уравнение реакции хлорирования вещества Л.
2. Органическое вещество Л содержит 52,5% углерода, 3,125% водорода, 24,375%
калия по массе и кислород. При нагревании вещества Л с твёрдым гидроксидом
калия образуется вещество В плоского строения. Напишите уравнение реакции
вещества Л с твёрдым гидроксидом калия при нагревании.
3. Хлорорганическое вещество Л симметричного строения содержит 38,4% углеро¬
да и 4,8% водорода по массе и образуется в результате хлорирования углеводо¬
рода В. Известно, что вещество В содержит атомы углерода только в состоянии
sp2 -гибридизации. Напишите уравнение реакции получения вещества Л хлори¬
рованием вещества В.
4. Органическое вещество Л содержит 40,45% углерода, 7,87% водорода, 15,73%
азота и 35,95% кислорода по массе и образуется при взаимодействии углеводо¬
рода В с разбавленной азотной кислотой. Напишите уравнение реакции получе¬
ния вещества Л взаимодействием органического вещества В с азотной кислотой.
5. Органическое вещество Л содержит 2,15% водорода, 17,2% кислорода и 41,94%
калия по массе и образуется при взаимодействии броморганического вещества В
с избытком раствора гидроксида калия. Известно, что функциональные группы в
молекуле вещества В расположены у соседних атомов углерода. Напишите
уравнение реакции получения вещества Л взаимодействием вещества В с вод¬
ным раствором гидроксида калия.
484
Гпава -
6. Органическое вещество А содержит 62,07% углерода, 10,34% водорода и 27,59е
кислорода по массе и образуется при взаимодействии вещества В, не содержа¬
щего первичных атомов углерода, с водным раствором перманганата калия. На¬
пишите уравнение реакции получения вещества Л при взаимодействии вещест¬
ва В с водным раствором перманганата калия.
7. Органическое вещество Л содержит 58,01% углерода, 12,08% водорода, 8,46е
азота по массе и ещё один элемент и образуется при взаимодействии органиче¬
ского вещества В с 2-хлорпропаном. Известно, что молекула вещества В содер¬
жит четвертичный атом углерода. Напишите уравнение реакции получения ве¬
щества Л взаимодействием вещества В с 2-хлорпропаном.
8. Органическое вещество Л содержит 15,74% углерода и 83,28% йода по массе
При щелочном гидролизе вещества Л образуется органическое вещество В сим¬
метричного строения, вступающее в реакцию «серебряного зеркала». Напишите
уравнение реакции вещества Л с избытком водного раствора гидроксида калия.
9. Органическое вещество Л содержит 47,37% углерода, 5,26% водорода и 35,09е
кислорода по массе и образуется при взаимодействии вещества В с избытков
раствора азотной кислоты. Известно, что вещество В является натриевой сольк
аминокислоты природного происхождения. Напишите уравнение реакции пол) ■
чения вещества Л взаимодействием вещества В с избытком раствора азотной ки¬
слоты.
4.4.2. Определение молекулярной формулы вещества
по продуктам сгорания
Для определения простейшей формулы вещества необходимо:
1. Вычислить количество вещества продуктов сгорания и количество веществ,
атомов всех элементов, входящих в состав искомого вещества, кроме кислорода
2. По полученным значениям количества вещества атомов вычислить массы ато¬
мов элементов.
3. Проверить наличие в составе исходного вещества атомов кислорода. Для этог:
нужно вычесть из массы вещества сумму масс атомов известных элементов. Ес¬
ли полученная разность не равна нулю, необходимо вычислить количество ве¬
щества атомов кислорода.
4. Аналогично пункту 4 (см. разд. 4.4.1}.
5. Аналогично пункту 5 (см. разд. 4.4.1).
ЗАДАЧА 1. При сгорании вещества А массой 1,59 г получили 2,688 л углекислот
газа (при н. у.) и 1,35 г воды. Известно, что при окислении вещества А перманга¬
натом калия в кислой среде образуется углекислый газ. Установите молекуляр¬
ную формулу вещества А и составьте возможную структурную формулу вещества
А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле. Напишите
Органическая химия
485
уравнение реакции вещества А с перманганатом калия в присутствии серной ки¬
слоты.
Решение.
\ 2,688 л _ . _
v(CO7 ) = = 0,12 моль.
' ' 22,4л/моль
В одной молекуле углекислого газа содержится один атом углерода, поэтому коли¬
чество вещества атомов углерода в молекуле вещества А равно количеству вещест¬
ва углекислого газа:
v(C) = v(CO2) = 0,12 моль.
В одной молекуле воды содержатся два атома водорода, поэтому количество веще¬
ства атомов водорода в молекуле вещества Л в 2 раза превышает количество веще¬
ства воды:
1 35 г
v(H7O) = — = 0,075 моль => v(H) = 0,075 моль-2 = 0,15 моль.
v 2 ’ 18 г/моль v ’
Для того чтобы понять, содержатся ли атомы кислорода в составе исходного органи¬
ческого вещества, необходимо просуммировать массы атомов известных элементов:
т(С + Н) = 0,12-12 + 0,15-1 = 1,59 г;
/п(О) = 1,59 г-1,59 г = 0 г.
Значит, исходная молекула не содержит атомов кислорода и относится к классу
глеводородов.
v(C):v(H) = 0,12:0,15 = 1:1,25 = 4:5.
Поскольку вещества с общей формулой С4Н5 не существует, необходимо умно¬
жить рассчитанную простейшую формулу на 2. Полученной формуле С8Н10 соот¬
ветствуют четыре изомера: этилбензол и три ксилола. Учитывая, что при окислении
вещества А образуется углекислый газ, можно утверждать, что исходным вещест¬
вом является этилбензол:
сн2-сн3
Уравнение реакции вещества А с перманганатом калия в присутствии серной ки¬
слоты:
+ 12MnSO4 + 6K2SO4 + 28Н2О
486
Гпава -
ЗАДАЧА 2. При сгорании вещества А массой 2,112 г получили 4,224 г углекислог
газа и 1,728 мл воды. Известно, что при щелочном гидролизе вещества А образует¬
ся вторичный спирт. Установите молекулярную формулу вещества А и составьте
возможную структурную формулу вещества Л, которая однозначно отражает поря¬
док связи атомов в его молекуле. Напишите уравнение реакции щелочного гидро¬
лиза вещества Л.
Решение.
4 224 г
v(CO2) =— = 0,096 моль => v(C) = 0,096 моль.
v 27 44г/моль v ’
Для нахождения количества вещества воды необходимо знать её массу. Плотность
воды равна 1 г/мл. Соответственно, в 1,728 мл содержится 1,728 г воды:
v(H2O)= =0,096 моль => v(H) - 0,192 моль;
18 г/моль ■
от(С + Н) = 0,096 12 + 0,192-1 = 1,344 г;
ти(О) = 2,112 г-1,344 г = 0,768 г;
v(O) = Г = 0,048 моль;
16 г/моль
v(C): v(H): v(O) = 0,096:0,192:0,048 = 2:4:1.
Поскольку по условию задачи вещество Л подвергается щелочному гидролизу .
образованием спирта, можно предположить, что вещество Л является сложные
эфиром. Сложные эфиры содержат в своём составе два атома кислорода, поэтому
полученную простейшую формулу необходимо умножить на 2. Кроме того, по ус¬
ловию задачи образующийся при гидролизе вещества Л спирт является вторичным
Первый представитель вторичных спиртов — пропанол-2 — содержит в своём со¬
ставе три атома углерода. Это также говорит о том, что простейшая формул.
С2Н4О не является истинной.
Молекулярная формула вещества Л — С4Н8О2. Структурная формула вещества Л:
н С''о-с<“’
спз
Уравнение реакции щелочного гидролиза вещества Л:
Н-С^2 ^тт-сн3 + КОН — H-CC*L + СН3-СН-СН3
О~СН OK. J I °
СН3 он
ЗАДАЧА 3. При сгорании вещества А массой 5,02 г получили 2,688 л углекислого
газа (при н. у.), 2,52 мл воды, 1,46 г хлороводорода и 448 мл азота (при н. у.). Веще¬
ство А образуется при взаимодействии вещества В природного происхождения с
соляной кислотой. Установите молекулярную формулу вещества А и составьте
Органическая химия 487
возможную структурную формулу вещества А, которая однозначно отражает поря¬
док связи атомов в его молекуле. Напишите уравнение реакции получения вещест¬
ва А взаимодействием вещества В с соляной кислотой.
Решение.
v(CO2) =—л— = 0,12 моль => v(C) = 0,12 моль;
22,4 л/моль
т(Н2О) = 2,52 мл-1 г/мл = 2,52 г;
v(H2O) = - _г =0,14 моль;
v 2 7 18 г/моль
1 46 г
v(HCl) = = 0,04 моль v(Cl) = 0,04 моль.
36,5 г/моль
Обратите внимание, атомы водорода присутствуют одновременно в двух продуктах
сгорания, поэтому при определении количества вещества атомов водорода в исход¬
ном соединении необходимо сложить значения количества вещества атомов водо¬
рода в молекулах воды и хлороводорода:
v(H) = 0,14 моль-2+ 0,04 моль = 0,32 моль.
Обратите внимание, в одной молекуле N2 содержатся два атома азота, поэтому ко¬
личество вещества атомов азота в молекуле вещества Л в 2 раза превышает количе¬
ство вещества N2:
0 448 л
v(N2) =———— = 0,02 моль => v(N) = 0,04 моль;
22,4 л/моль
m(C + H + Cl + N) = 0,12-12 + 0,32-l + 0,04-35,5 + 0,04-14 = 3,74 г;
т(О) = 5,02 г-3,74 г = 1,28 г;
v(O) = —1—8 Г— = 0,08 моль;
16 г/моль
v(C):v(H):v(O):v(N):v(Cl) = 0,12:0,32:0,08:0,04:0,04 = 3:8:2:1:1.
Молекулярная формула вещества Л — C3H8O2NC1. Структурная формула вещества Л:
сн3—сн-сС?
3 I о.
Уравнение реакции получения вещества Л:
сн3—сн-сС° + НС!
3 । ОН
сн3—сн-сС?
3 I о.
488
Гпава -
Задания
На основании данных условий задач 1-18 проведите необходимые вычисления
(указывайте единицы измерения искомых физических величин), установите моле¬
кулярную формулу вещества Л и составьте возможную структурную формулу ве¬
щества Л, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле.
1. При сгорании органического вещества Л массой 10,92 г получено 18,816."
(при н. у.) углекислого газа и 7,56 г воды. Известно, что вещество Л обесцвечи¬
вает бромную воду, а все атомы углерода в его молекуле находятся в состоя¬
нии sp2 -гибридизации. Напишите уравнение реакции вещества Л с бромной водой
2. При сгорании 19,36 г органического вещества Л получено 38,72 г углекислот:
газа и 15,84 мл воды. Вещество Л образуется при взаимодействии органическог:
вещества В с этиловым спиртом. Напишите уравнение реакции получения веще¬
ства Л взаимодействием вещества В с этиловым спиртом.
3. При сгорании органического вещества Л массой 31,5 г получено 23,52 л (при н. у.
углекислого газа, 9,8 г угарного газа и 31,5 г воды. Известно, что при нагревании
вещества Л с дихроматом калия в присутствии серной кислоты образуется двух¬
основная карбоновая кислота В, не содержащая третичных атомов углерода. На¬
пишите уравнение реакции вещества Л с дихроматом калия в присутствии сер¬
ной кислоты.
4. При сгорании органического вещества Л массой 9,94 г получено 24,64 г углеки¬
слого газа, 11,34 мл воды и 1,568 л (при н. у.) азота. Известно, что вещество Л не
обесцвечивает бромную воду и не содержит третичных атомов углерода. Напи¬
шите уравнение реакции вещества Л с хлорэтаном.
5. При сгорании органического вещества Л массой 62,4 г получено 26,88 л (при н. у.
углекислого газа, 16,2 мл воды и 41,4 г карбоната калия. Вещество Л образуете
при окислении вещества В, не содержащего заместителей в цикле, пермангана¬
том калия в присутствии гидроксида калия. Напишите уравнение реакции полу¬
чения вещества Л из органического вещества В.
6. При сгорании органического вещества Л массой 2,04 кг получено 2150,4 -
(при н. у.) углекислого газа и 1,08 кг воды. Известно, что при щелочном гидро¬
лизе вещества Л образуются две соли в соотношении 1:2, заместители в первой
из которых расположены на максимальном расстоянии друг от друга. Напишите
уравнение реакции вещества Л с гидроксидом лития при нагревании.
7. При сжигании органического вещестьаЛ массой 53,52 г получено 21,5 л (при н. у.
углекислого газа, 17,52 г хлороводорода, 21,6 г воды и 5,376 л (при н. у.) газа, вхо¬
дящего в состав воздуха. Вещество Л образуется при взаимодействии кальцие¬
вой соли органического вещества В с избытком соляной кислоты. Напишите
уравнение реакции получения вещества Л взаимодействием кальциевой соли ор¬
ганического вещества В с избытком соляной кислоты.
Органическая химия
489
8. При сгорании 16,8 г органического вещества Л получено 36,96 г оксида углеро-
да(1У) и 8,64 мл воды. Известно, что 1 моль вещества Л может прореагировать с
3 моль металлического калия, а заместители в молекуле расположены не у со¬
седних атомов углерода. Напишите уравнение реакции вещества А с избытком
металлического калия.
9. При сгорании органического вещества Л массой 8,25 г получено 3,36 л (при н. у.)
углекислого газа, 0,28 л (при н. у.) азота, 6,075 г бромоводорода и 0,225 г воды.
Вещество А образуется при взаимодействии органического вещества В с бром¬
ной водой. Напишите уравнение реакции получения вещества Л взаимодейст¬
вием вещества В с бромной водой.
10. При сжигании на воздухе органического вещества Л массой 14,76 г получено
15,84 г углекислого газа, 9,72 г воды, 1344 мл (при н. у.) азота и в 2 раза боль¬
ший объём сернистого газа (при н. у.). Вещество Л образуется при взаимодей¬
ствии вещества В, содержащего аминогруппу у а-углеродного атома, с избыт¬
ком сероводорода. Напишите уравнение реакции получения вещества Л взаи¬
модействием вещества В с избытком сероводорода.
11. При сгорании органического вещества Л массой 8 г получено 6,72 л (при н. у.)
углекислого газа, 1,12 л (при н. у.) азота и 5,4 г воды. При гидролизе вещества Л
в присутствии соляной кислоты образуется одна соль а-аминокислоты. Напи¬
шите уравнение реакции гидролиза вещества Л в присутствии соляной кислоты.
12. При сгорании органического вещества Л массой 13,44 г получено 17,92 л (при н. у.)
диоксида углерода и 11,52 г воды. Известно, что вещество Л не содержит пер¬
вичных атомов углерода и образуется при пиролизе бариевой соли органиче¬
ского вещества В. Напишите уравнение реакции получения вещества Л из ба¬
риевой соли органического вещества В.
13. При сгорании органического вещества Л образуются равные при одинаковых
условиях объёмы углекислого газа и хлороводорода. Вещество Л образуется
при хлорировании на свету углеводорода 5, не обесцвечивающего бромную во¬
ду. Напишите уравнение реакции получения вещества Л хлорированием веще¬
ства В.
14. При сгорании органического вещества Л массой 207 г получено 128,8 л (при н. у.)
углекислого газа, 165,6 г воды и по 32,2 г азота и угарного газа. Вещество Л об¬
разуется при взаимодействии вещества В, содержащего атомы углерода только
в состоянии sp2 -гибридизации с избытком азотсодержащего вещества С. На¬
пишите уравнение реакции получения вещества Л взаимодействием веществ В
и С. ‘
15. При сжигании 224 г органического вещества Л получено 219,52 л (при н. у.) уг¬
лекислого газа, 62,72 л (при н. у.) хлороводорода и 37,8 г воды. Вещество Л об¬
разуется при действии избытка хлорной воды на органическое вещество В, не
взаимодействующее с гидроксидом диамминсеребра(1). Напишите уравнение
реакции получения вещества Л взаимодействием вещества В с избытком хлор¬
ной воды.
490
Гпава 4
16. При сгорании 26,2 г органического вещества Л получено 52,8 г диоксида угле¬
рода, 2,24 л (при н. у.) азота и 23,4 г воды. При нагревании вещества Л в при¬
сутствии соляной кислоты образуется третичный спирт и органическая соль В.
Напишите уравнение реакции гидролиза вещества А в присутствии соляной ки¬
слоты.
17. При сгорании органического веществаЛ массой 188,25 г получено 16,8 л (при н. у.
диоксида углерода, 33,6 л (при н. у.) хлороводорода и 148,5 г фосгена. Извест¬
но, что при щелочном гидролизе вещества А образуется органическая соль 5, не
содержащая атомов хлора. Напишите уравнение реакции вещества Л с избыт¬
ком водного раствора гидроксида натрия.
18. При сгорании 1020 мг органического вещества Л получено 896 мл (при н. у.
углекислого газа, 112 мл (при н. у.) азота и 720 мг воды. При нагревании веще¬
ства А с раствором гидроксида калия образуются два продукта в соотношении
2:1, первый из которых является солью вещества природного происхождения.
Напишите уравнение реакции вещества Л с раствором гидроксида калия при
нагревании.
Итоговый тест по органической химии
1. Установите соответствие между названием вещества и классом/группой ор¬
ганических соединений, к которому (которой) это вещество принадлежит.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) тристеарат глицерина
Б) глицин
В) крахмал
КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
1) аминокислоты
2) жиры
3) углеводы
4) многоатомные спирты
2. Установите соответствие между общей формулой вещества и клас¬
сом/группой органических соединений, к которому (которой) это вещество
принадлежит.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) С6Н4(ОН)2
Б) С6Н5СН2ОН
В) (С6Н5)2О
КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
1) первичные спирты
2) вторичные спирты
3) простые эфиры
4) фенолы
Органическая химия
491
3. Установите соответствие между общей формулой класса/группы органиче¬
ских соединений и названием вещества, соответствующего этой формуле.
ОБЩАЯ ФОРМУЛА
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) СпН2я 2
1) изопрен
Б) С„Н2й
2) циклопентан
В) С„Н2и_4
3) циклопентадиен
4) изопентан
4. Установите соответствие между названием вещества и классом/группой ор¬
ганических соединений, к которому (которой) это вещество принадлежит.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
А) ацетилен
Б) ацетальдегид
В) ацетон
1) предельный углеводород
2) непредельный углеводород
3) карбонильное соединение
4) гидроксильное соединение
5. Установите соответствие между названием вещества и его брутто-формулой.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
БРУТТО-ФОРМУЛА
А) формальдегид
1) с2н2о4
Б) этиленгликоль
2) СН4О
В) щавелевая кислота
3) с2н6о2
4) СН2О
6. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются меж¬
классовыми изомерами бутина-1:
1) бутин-2; 4) дивинил;
2) циклобутен; 5) метилциклопентан.
3) изобутилен;
7. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые могут существо¬
вать в виде г/г/с-транс-изомеров:
1) тетрабромэтилен; 4) 1,2-дихлорэтилен;
2) акриловая кислота; 5) пропилен.
3) гексен-3;
492
Гпава 4
8. Из предложенного перечня выберите два вещества, молекулы которых со¬
держат атомы углерода в состоянии sp3 -гибридизации:
1) толуол; 4) пропин;
2) муравьиная кислота; 5) стирол.
3) фенол;
9. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются изоме¬
рами диэтилового эфира:
1) mpem-бутиловый спирт;
2) бутаналь;
3) этилацетат;
4) метиловый эфир пропановой кислоты;
5) бутанол-2.
10. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются изоме¬
рами аланина:
1) а-аминомасляная кислота;
2) пропионат аммония;
3) 1-нитропропан;
4) ацетат метиламмония;
5) метиловый эфир аминоуксусной кислоты.
11. Из предложенного перечня выберите все вещества, которые вступают в реак¬
цию с бромной водой:
1) пропеновая кислота; 4) стирол;
2) дивинил; 5) толуол.
3) фенол;
12. Из предложенного перечня выберите все реакции, в результате которых об¬
разуется алкан:
1) гидрирование циклопропана;
2) электролиз раствора пропионата калия;
3) нагревание твёрдого бензоата натрия с гидроксидом натрия;
4) щелочной гидролиз карбида алюминия;
5) внутримолекулярная дегидратация этанола.
13. Из предложенного перечня выберите все вещества, при нагревании которых .
перманганатом натрия в серной кислоте образуется углекислый газ:
1) муравьиная кислота; 4) изопропанол;
2)этилен; 5)стирол.
3) бутин-2;
Органическая химия 493
14. Из предложенного перечня выберите все вещества, из которых в одну стадию
можно получить ацетальдегид:
1) ацетат кальция; 4) 1,1 -дихлорэтан;
2)этилен; 5)этанол.
3) этин;
15. Из предложенного перечня выберите все вещества, которые вступают в реак¬
цию с хлороводородом:
1) бензол; 4) циклопентан;
2) изопрен; 5) уксусная кислота.
3) бензиловый спирт;
16. Из предложенного перечня выберите два вещества, с которыми не взаимо¬
действует анилин:
1) гидроксид калия; 4) хлорметан;
2) серная кислота; 5) метиламин.
3) бромная вода;
17. Из предложенного перечня выберите два вещества, при взаимодействии ко¬
торых со свежеосаждённым гидроксидом меди(П) при нагревании образуется
осадок:
1) фруктоза; 4) лактоза;
2) сахароза; 5) целлюлоза.
3) рибоза;
18. Из предложенного перечня выберите два вещества, с которыми трирлеин
вступает в реакцию присоединения:
1) водород; 4) бром;
2) гидроксид натрия; 5) глицерин.
3) кислород;
19. Из предложенного перечня выберите два вещества, с которыми фенилаланин
взаимодействует с образованием соли:
1) метанол; 4) глицин;
2) натрий; 5) кислород.
3) соляная кислота;
494
Гпава 4
20. Из предложенного перечня выберите две характеристики, которые соответст¬
вуют полипептидам:
1) являются сложными эфирами глицерина и высших карбоновых кислот;
2) подвергаются гидролизу с образованием глюкозы;
3) образуются в реакции полимеризации;
4У состоят из остатков а-аминокислот;
5) при взаимодействии с гидроксидом меди(П) окрашивают раствор в фиоле¬
товый цвет.
21. Установите соответствие между названием вещества и способом его полу¬
чения.
НАЗВАНИЕ
ВЕЩЕСТВА
СПОСОБ
ПОЛУЧЕНИЯ
А)ацетилен
Б) винилацетилен
1) гидролиз карбида алюминия
2) пиролиз метана
В) бензол
Г) этан
3) электролиз раствора ацетата на¬
трия
4) димеризация этина
5) тримеризация этина
6) гидратация этена
22. Установите соответствие между названием реакции и углеродсодержащим
продуктом, который преимущественно образуется при взаимодействии этих
веществ.
НАЗВАНИЕ
РЕАКЦИИ
ПРОДУКТ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
А) хлорирование 1,1-
диметилциклопропана
1) 2,3-дихлорпентан
Б) гидрохлорирование изопрена
2) 2-метил-2,3-дихлорбутан
В) хлорирование пентена-2
3) 1,2-дихлорпентан
Г) гидрохлорирование пентина-1
4) 2-метил-1,4-дихлорбутан
5) 2,2-дихлорпентан
6) 3-метил-1,3-дихлорбутан
Органическая химия
495
23.
Установите соответствие между названием вещества и углеродсодержащим
продуктом, который преимущественно образуется при его окислении пер¬
манганатом калия в кислой среде.
24.
НАЗВАНИЕ
ВЕЩЕСТВА
А)стирол
Б) изобутен
В) толуол
Г) пропин
Установите соответствие между схемой
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИИ
А) 1,1 -дихлорэтан + X —> ацетилен
Б) хлорэтан + X —> этилен
В) хлорметан + X —> этан
Г) этин + X —> ацетиленид натрия
ПРОДУКТ
ОКИСЛЕНИЯ
1) ацетон
2) бутановая кислота
3) бутанон
4) бензойная кислота
5) пропионовая кислота
6) уксусная кислота
реакции и веществом X, принимаю-
ВЕЩЕСТВОА"
1) спиртовой раствор NaOH
2) Na
3) NaCl
4) водный раствор NaOH
5) Na2O
6) NaHCO3
25.
Установите соответствие между названием реакции и углеродсодержащим
продуктом, который преимущественно образуется при протекании данной
реакции.
НАЗВАНИЕ
РЕАКЦИИ
А) изомеризация бутана
Б) дегидрирование 2-метилпропана
В) дегидрирование бутана
Г) дегидрогалогенирование 1,4-
дихлорбутана
ПРОДУКТ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) циклобутан
2) изопрен
3) изобутилен
4) 2-метилпропан
5) дивинил
6) пропан
496
Гпава 4
26.
27.
28.
Установите соответствие между схемой реакции и веществом X, принимаю¬
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИИ
ВЕЩЕСТВОМ
А) X + CuO —> ацетон
1) пропанон
Б) Х+ Си(ОН)2 —> пропионовая
2) изопропиловый спирт
кислота
3) пропилен
В) X + КМпО4, Н+ —> пропионовый
4) пропанол-1
альдегид
5) пропионат калия
Г) Х+ КМпО4, Н2О ->
6) пропаналь
пропандиол-1,2
Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ
ВЕЩЕСТВА
А) дегидрирование циклогексанола
Б) фенилацетат и избыток р-ра гидро¬
ксида калия
В) хлорбензол и избыток р-ра гидро¬
ксида калия
Г) бензиловый спирт, перманганат
калия и гидроксид калия
ПРОДУКТ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) бензоат калия
2) фенилацетилен
3) фенол
4) толуол
5) фенолят калия
6) бензол
Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ
ВЕЩЕСТВА
А) этаналь и гидроксид диамминсе-
ребра(1)
Б) этанол и калий
В) уксусная кислота и аммиак
Г) 1,1,1 -трихлорэтан и гидроксид
калия
ПРОДУКТ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) уксусная кислота
2) этаноат калия
3) ацетальдегид
4) этилацетат
5) ацетат аммония
6) этилат калия
Органическая химия 497
29. Установите соответствие между схемой реакции и веществом X, принимаю¬
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИИ ВЕЩЕСТВО X
А) этанол + X бромэтан
1)
НВг
Б) фенол + X -+ трибромфенол
2)
СН3Вг
В) этилат калия + X -+ диэтиловый
эфир
3)
Вг2
Г) пропионовая кислота + X —>
а-бромпропионовая кислота
4)
СН3СН2ОН
5)
КВг
6)
СН3СН2Вг
30. Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ
ВЕЩЕСТВА
А) пропановая кислота и этанол
Б) уксусная кислота и пропанол-2
В) 2-метилпропановая кислота и мета¬
нол
ПРОДУКТ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) изопропилэтиловый эфир
2) изопропилацетат
3) метиловый эфир изомасляной
кислоты
Г) пропанол-2 и этанол
4) этилпропионат
5) метилпропионат
6) метилбутират
31.
Задана следующая схема превращений веществ:
Сакт. Cl2, hv
X —> бензол >
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Хи Y:
1) ацетилен; 4) гексахлоран;
2) этилен; 5) метан.
3) хлорбензол;
32. Задана следующая схема превращений веществ:
t, н+ н2
X —> Y стеариновая кислота
498
Гпава 4
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) пальмитиновая кислота; 4) тристеарин;
2) триолеин; 5) олеиновая кислота.
3) трипальмитин;
33. Задана следующая схема превращений веществ:
X О2, H2SO4
бензол-»кумол > Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) этилен; 4) ацетилен;
2) этанол; 5) пропилен.
3) ацетон;
34. Задана следующая схема превращений веществ:
H2SO4 KMnO4,H2O
X > Y > этиленгликоль
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) этанол; 4)этин;
2) этаналь; 5) этен.
3) этан;
35. Задана следующая схема превращений веществ:
X —> Y —► анилин
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) хлорид фениламмония; 4) триброманилин;
2) метилфениламин; 5) хлорбензол.
3) нитробензол;
36. Установите соответствие между названиями веществ и реагентом, с помощью
которого можно различить эти вещества.
НАЗВАНИЯ ВЕЩЕСТВ
А) бутаналь и ацетон 1
Б) крахмал и сахароза 2
В) фенол (водный р-р) и этанол :
Г) глюкоза и фруктоза
4
РЕАГЕНТ
’) йод
1) хлорид железа(Ш)
S) гидроксид диамминсеребра(1)
F) калий
>) гидроксид калия
Органическая химия
499
37. Установите соответствие между реагирующими веществами и признаком ре¬
акции, протекающей между этими веществами.
РЕАГИРУЮЩИЕ ПРИЗНАК
ВЕЩЕСТВА РЕАКЦИИ
А) изопропанол и натрий 1) обесцвечивание раствора
Б) стирол и бромная вода 2) выделение газа
В) анилин и бромная вода 3) образование окрашенного осадка
Г) этиленгликоль и гидроксид меди(П) 4) появление синей окраски рас¬
твора
5) обесцвечивание раствора и об¬
разование белого осадка
38.
39.
Установите соответствие между названиями веществ и реагентом, с помощью
которого можно различить эти вещества.
НАЗВАНИЯ
ВЕЩЕСТВ
А) пропиламин и нитроэтан
Б) стирол и бензол
В) пропанол-1 и глицерин
Г) бутин-2 и бутин-1
РЕАГЕНТ
1) Си(ОН)2
2) [Ag(NH3)2]OH
3) HNO2
4) КМпО4 (холодный водный рас¬
твор)
5) FeCl3
Установите соответствие между реагирующими веществами и признаком ре¬
акции, протекающей между этими веществами.
РЕАГИРУЮЩИЕ
ВЕЩЕСТВА
А) бензальдегид и гидроксид меди(П),
t
Б) этиленгликоль и гидроксид меди(П)
В) фруктоза и гидроксид меди(П)
Г) белок и гидроксид меди(П), t
ПРИЗНАК
РЕАКЦИИ
1) образование чёрного осадка
2) выделение газа
3) образование кирпично-красного
осадка
4) появление синей окраски рас¬
твора
5) появление фиолетовой окраски
раствора
500
Гпава 4
40. Установите соответствие между названиями веществ и реагентом, с помощью
которого можно различить эти вещества.
НАЗВАНИЯ ВЕЩЕСТВ
А)толуол и стирол
Б) триолеин и тристеарин
В) этанол и уксусная кислота
Г) муравьиная кислота и пропионовая
кислота
РЕАГЕНТ
1) калий
2) хлороводород
3) бромная вода
4) гидрокарбонат натрия
5) гидроксид диамминсеребра(1)
41. Установите соответствие между областью применения и использующимся
веществом.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
А) газовая сварка
Б) производство красителей
В) производство метанола
ВЕЩЕСТВО
1) анилин
2) этилен
3) ацетилен
4) синтез-газ
42. Установите соответствие между названием полимера и его формулой.
НАЗВАНИЕ ПОЛИМЕРА ФОРМУЛА ПОЛИМЕРА
А) дивиниловый каучук 1) [-С(СН3)(С6Н5)-СН2-]„
Б) полистирол 2) [-СН2-СН = СН-СН2-]„
В) полипропилен 3) [-СН(СН3)-СН2-]„
4) [-СН(С6Н5)-СН2-]„
43. Установите соответствие между веществом и основной областью его приме¬
нения.
ВЕЩЕСТВО
А) этановая кислота
Б) пропилен
В) метан
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
1) энергетика
2) производство пластмасс
3) производство резины
4) пищевая промышленность
Органическая химия
501
44. Установите соответствие между названиями полимера и соответствующего
ему мономера.
НАЗВАНИЕ ПОЛИМЕРА НАЗВАНИЕ МОНОМЕРА
А) крахмал 1) этиловый спирт
Б) полиэтилентерефталат 2) метаналь
В) фенолформальдегидная смола 3) глюкоза
4) этандиол-1,2
45. Установите соответствие между веществом и основной областью его приме¬
нения.
ВЕЩЕСТВО
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
А) целлюлоза
1) компонент антифризов
Б) стеарат натрия
2) в качестве удобрения
В)этиленгликоль
3) производство бумаги
4) производство моющих средств
46. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
„ „ НзО v НС1(изб>) [Ag(NH3)2]QH Ва(ОН)2
СаС2 ► Xi—-—Х2 —► ацетальдегид ^л3 *-Х4
47. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
v КМпО4(р.р),0°С НВг(изб.) v v н2о н9 v
Xj ► пропилензликоль —Х2 —► Х3 ацетон —Х4
48. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
, z электролиз р-ра . t, Pt
Xi Х2 —► кумол —► Х3 —► тринитрофенол
49. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
№кт. КМпО4, КОН, 7 v HNO3,H2SO4 __ Fe,HCl __
пропин ► Xj •- X2 —► бензол ► X3 ► X4
50. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
__ K2Cr2O7, Н+, t __ С12,Ркр. КНСОз v
пропилацетат —► Xi Х2 Х3 —► аланин ► Х4
Глава 5
Методы познания в химии.
Химия и жизнь
В данной главе рассмотрены основные природные источники углеводородов, спо¬
собы их переработки, а также экспериментальные основы химии.
5.1. Природные источники углеводородов
Основными природными источниками углеводородов являются горючие полезные
ископаемые: природный и попутный газы, нефть и каменный уголь. Практическое
применение данных природных ресурсов основано на их способности выделять
большое количество энергии при сгорании.
Природный газ
Природный газ представляет собой смесь метана, этана, пропана, бутана и некото¬
рых неуглеводородных компонентов: водорода, сероводорода, азота, углекислого
газа, гелия. Основным компонентом природного газа является метан, содержание
которого в смеси может достигать 98%.
Главным направлением применения природного газа является его использование в
качестве топлива для печей, автомобилей, бытовых нужд.
Метан не имеет цвета и запаха и образует взрывоопасные смеси с воздухом, поэто¬
му для своевременного обнаружения его утечек в состав природного газа добавля¬
ют серосодержащие органические вещества — меркаптаны, имеющие специфиче¬
ский резкий запах.
Еще одним направлением промышленного применения природного газа является
его использование в качестве сырья для органического синтеза. Так, образующийся
при конверсии метана синтез-газ (СО + Н2) используют для получения метанола и
жидких алканов (синтез Фишера — Тропша), а также при производстве аммиака.
Хлорированием метана получают хлороформ СНС13 и другие галогенопроизвод¬
ные, широко использующиеся в органическом синтезе в качестве растворителей.
Пиролизом метана получают ацетилен, а пиролизом этана, пропана и бутана —
этилен и пропилен — сырьё для производства полиэтилена, полипропилена и дру¬
гих полимеров.
504
Гпава 5
Нефть
Нефть— маслянистая жидкость, как правило, тёмного цвета со специфическим
запахом. Нефть представляет собой сложную смесь органических соединений раз¬
личного строения. Основными классами веществ, входящих в состав нефти, явля¬
ются алканы (парафины), циклоалканы (нафтены) и арены. Кроме того, в состав
нефти входят органические соединения, содержащие кислород, серу, азот, а также
неорганические соли.
В чистом виде в качестве топлива нефть не используется. Для получения моторных
топлив и сырья для нефтехимического синтеза нефть разделяют на фракции
(см. разд. 5.2).
Попутный нефтяной газ -
Попутный нефтяной газ представляет собой смесь газов, выделяющихся из нефти в
процессе её добычи.
Главными компонентами попутного нефтяного газа являются метан, этан, пропан и
бутан, однако, в отличие от природного газа, попутный нефтяной газ также содер¬
жит более тяжёлые компоненты: пентаны, гексаны, гептаны.
Каменный уголь
Каменный уголь является горной породой, как правило, чёрного цвета. Каменный
уголь состоит из органического вещества, представляющего собой сложную смесь
тяжёлых углеводородов, а также воды и неорганических примесей.
Основным применением каменного угля является его использование в качестве топ¬
лива. Из каменного угля также выделяют ароматические вещества (бензол, фенолы и
др.), на основе которых производят лаки, краски, синтетические волокна, лекарст¬
венные препараты. Уголь используется в качестве сырья для производства кокса.
5.2. Переработка нефти
Температуры кипения углеводородов, входящих в состав нефти, возрастают с уве¬
личением их молекулярной массы. Это позволяет разделять компоненты нефти на
смеси с близкими значениями температур кипения — фракции. В промышленности
очищенную от механических примесей, воды и солей нефть подвергают перегонке.
Перегонка нефти (ректификация) — физический процесс разделения нефти на
фракции, основанный на разнице в температурах кипения компонентов. Перегонка
нефти проводится в цилиндрических аппаратах —ректификационных колоннах.
■ Важно!
Химические превращения при перегонке нефти не протекают.
Методы познания в химии. Химия и жизнь
505
При перегонке нефти при атмосферном давлении (атмосферной перегонке) обра¬
зуются: газ, бензиновая, керосиновая и дизельная фракции, мазут.
Бензиновая фракция используется при получении автомобильного бензина, керо¬
синовая — при производстве авиационного топлива. Дизельная фракция направля¬
ется на производство топлива для дизельных двигателей, а мазут применяется в
качестве компонента котельного топлива.
Мазут представляет собой густую высококипящую смесь тяжёлых компонентов.
Для того чтобы избежать крекинга этих компонентов, дальнейшее разделение мазу¬
та проводят под вакуумом. При вакуумной перегонке мазута получают масляные
фракции, на основе которых производят смазочные масла. Остатком от перегонки
мазута является гудрон, широко используемый в производстве асфальта.
Образующиеся в процессе первичной переработки (перегонки) нефти топливные
фракции не удовлетворяют стандартам, предъявляемым к качеству топлив. С целью
повышения качества получаемых продуктов их подвергают вторичным процессам
переработки нефти. .
Так, основным эксплуатационным показателем бензина является его детонацион¬
ная стойкость.
Детонационная стойкость бензина — способность бензина противостоять самовос¬
пламенению при сильном сжатии в двигателе автомобиля. Детонационная стой¬
кость оценивается значением октанового числа: чем выше значение октанового
числа, тем выше детонационная стойкость топлива.
Наиболее низкие октановые числа имеют алканы нормального строения, поэтому
для повышения детонационной стойкости бензиновая фракция подвергается про¬
цессам риформинга и изомеризации.
Риформинг— процесс получения высокооктановых компонентов бензина путём
превращения алканов нормального строения и циклоалканов в арены. Риформинг
также используется для получения индивидуальных ароматических соединений и
производства водорода:
СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СНз — |QJ + 4Н2
бензол
гексан
Изомеризация — процесс получения устойчивых разветвлённых алканов, имеющих
более высокое октановое число по сравнению с алканами нормального строения:
СН3
СН3-СН2-СН2-СН3 |С1з> сн3-сн-сн3
//-бутан 2-метилпропан
изобутан
506 Глава :
Каталитический крекинг — процесс получения дополнительного количества бен¬
зиновых фракций из тяжёлых остатков, например мазута. Под действием высоко
температуры тяжелые молекулы углеводородов распадаются с образованием моле¬
кул, имеющих меньшую молекулярную массу. Бензин каталитического крекинг,
также обладает более высоким значением октанового числа по сравнению с бензи¬
ном атмосферной перегонки нефти:
СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СНз сн3-сн2-сн3 + сн2=сн-сн3
гексан пропан пропен
5.3. Переработка каменного угля
Основным способом переработки каменного угля является его коксование.
Кокосование угля — термический процесс, при протекании которого уголь нагре¬
вают до высоких температур без доступа воздуха. При коксовании образуются сле¬
дующие продукты:
♦ каменноугольный кокс — тёмно-серое твёрдое вещество, широко используется в
металлургии;
♦ каменноугольная смола — вязкая чёрная жидкость, ценное сырье для получение
ароматических соединений (фенол, бензол);
♦ аммиачная вода— смесь, содержащая воду, аммиак, сероводород и ароматиче¬
ские соединения;
♦ коксовый газ — смесь газообразных продуктов, основными компонентами кото¬
рой являются водород, метан, оксиды углерода, а также пары органических со¬
единений.
5.4. Высокомолекулярные соединения
Высокомолекулярные соединения (полимеры) — это вещества, молекулы которых
состоят из огромного числа повторяющихся структурных звеньев. Полимеры име¬
ют очень большую молекулярную массу, зачастую составляющую десятки тысяч
атомных единиц масс.
Полимеры разделяются на природные и химические, химические в свою очеред-
делятся на искусственные и синтетические.
Природные полимеры имеют животное и растительное происхождение. Природ¬
ными полимерами являются целлюлоза, крахмал, натуральный каучук (изопрено¬
вый), полипептиды и белки.
Методы познания в химии. Химия и жизнь
507
Искусственные полимеры образуются в результате химической обработки при¬
родных высокомолекулярных соединений. Так, триацетатные волокна образуются
при обработке природного полимера— целлюлозы уксусной кислотой. Искусст¬
венное волокно вискозу также получают в результате химической обработки цел¬
люлозы.
Синтетические полимеры образуются в результате синтеза из низкомолекуляр¬
ных соединений. Синтетическими полимерами являются полиэтилен, полипропи¬
лен, полистирол, синтетический бутадиеновый каучук, лавсан, капрон1 и др. В от¬
личие от мономеров искусственных полимеров и волокон, мономеры синтетиче¬
ских практически не встречаются в природе.
Волокна— это материалы, использующиеся в текстильной промышленности для
изготовления тканей, ниток, пряжи, искусственного меха. Текстильные волокна
подразделяются на натуральные и химические (рис. 5.1).
Волокна
натуральные химические
растительного
происхождения
животного
происхождения
минерального
происхождения
искусственные
синтетические
♦ хлопок
♦ шерсть
♦ асбест
♦ вискозное
♦ капрон
♦ лён
♦ шёлк
♦ ацетатное
♦ лавсан
♦ поливинилхлорид
♦ лайкра
Рис. 5.1. Классификация волокон
Получение полимеров
Синтетические полимеры образуются в результате реакций полимеризации, сопо¬
лимеризации и поликонденсации.
Полимеризация — процесс последовательного соединения молекул мономера,
протекающий за счёт разрыва двойных связей (я-связей). В реакции полимеризации
не образуются низкомолекулярные побочные продукты:
«сн2=сн2 [-сн2-сн2-]„
этилен полиэтилен
1 Капрон образуется в реакции полимеризации капролактама— производного 6-аминогексановой
(аминокапроновой) кислоты.
508
Глава :
СН3
иСН3-СН=СН2 г’р,кат» [-СН-СН2-]„
полипропилен
пропилен
иСН2=СН—СН=СН2 г’-р’кат> [-СН2-СН=СН-СН2-]„
бутадиен-1,3 бутадиеновый каучук
Сополимеризация — реакция совместной полимеризации, при протекании кото¬
рой два или более разных мономера образуют один полимер (сополимер):
пСН=СН2 + иСН2=СН-СН=СН2^^
[-СН-СН2-СН2-СН=СН-СН2-|Г
бутадиен-стирольный каучук
Поликонденсация — процесс синтеза полимеров из низкомолекулярных соедине¬
ний, как правило, содержащих одну или несколько функциональных групп. В отли¬
чие от реакции полимеризации, при протекании поликонденсации образуются низ¬
комолекулярные побочные вещества (вода, хлороводород, аммиак):
фенол
ОН
формальдегид фенолформальдегидная смола
п+ "НО-СН2-СН2-ОН
ни / ин
терефталевая кислота
этиленгликоль
О ,—\ о ■
Н0-С-(О/ С-О-СН2-СН2-О-
-н + иН2О
п
полиэтилентерефталат
Обратите внимание, практически все полимеры при высоких температурах подвер¬
гаются деполимеризации, протекающей с образованием исходных мономеров.
Методы познания в химии. Химия и жизнь
509
5.5. Правила работы в лаборатории
Многие химические вещества токсичны и вредны, некоторые из них самовоспла¬
меняются на воздухе или при незначительном нагревании, поэтому при работе в
химической лаборатории необходимо строго соблюдать правила техники безопас¬
ности.
1. В химической лаборатории категорически запрещается работать одному, по¬
скольку при возникновении несчастного случая пострадавшему не смогут ока¬
зать первую помощь.
2. В лаборатории можно работать только в халате. Халат должен быть застегнут
на все пуговицы.
3. Во время работы в лаборатории длинные волосы должны быть собраны.
4. При проведении опытов с особо опасными веществами следует использовать
средства индивидуальной защиты: респиратор, защитные очки, перчатки.
5. Во время работы в лаборатории необходимо соблюдать чистоту и порядок, не
шуметь. На лабораторном столе не должно быть посторонних предметов.
6. Строго запрещается принимать в лаборатории пищу и напитки.
7. Все вещества в лаборатории категорически запрещается пробовать на вкус.
8. Чтобы определить запах вещества, необходимо осторожно направить на себя
пары вещества легким движением руки — от сосуда с веществом к лицу. Нель¬
зя наклоняться к сосуду и вдыхать пары полной грудью.
9. Все опыты с ядовитыми и легковоспламеняющимися веществами необходимо
проводить в вытяжном шкафу с включённой вытяжкой.
10. Твёрдые химические реактивы можно брать только шпателем, пинцетом или
ложечкой.
11. Жидкие химические вещества необходимо переливать, используя воронку.
12. Реактивы не должны попадать на кожу лица и рук, поскольку они могут вы¬
звать раздражение кожи и слизистых оболочек.
13. Неизрасходованные реактивы нельзя высыпать и выливать обратно в те ёмко¬
сти, из которых они были взяты.
14. На любой посуде, в которой хранятся реактивы, должны быть этикетки с указа¬
нием названия вещества.
15. Растворение кислот и щелочей в воде сопровождается выделением большого
количества теплоты, приводящей к закипанию смеси, поэтому при разбавлении
концентрированных кислот и щелочей необходимо небольшими порциями при
постоянном перемешивании приливать кислоту и раствор щёлочи в воду.
16. При ожоге кислотой необходимо немедленно промыть поражённое место боль¬
шим количеством воды, а затем обработать разбавленным раствором соды.
1
510
Глава :
17. При ожоге щёлочью также необходимо немедленно промыть поражённое мест
большим количеством воды, а затем обработать однопроцентным растворе
борной или уксусной кислоты.
18. При нагревании растворов и веществ в пробирке необходимо использовать дег
жатель. Отверстие пробирки должно быть направлено в сторону от себя и др;
гих работающих в лаборатории.
19. Запрещено наклоняться над сосудом, в котором происходит нагревание или ки¬
пячение жидкости.
20. После завершения работы необходимо привести рабочее место в порядок, ис¬
пользованную лабораторную посуду следует помыть.
5.6. Лабораторная посуда и оборудование
Для работы с веществами в химической лаборатории используют специальную пс -
суду и оборудование (табл. 5.1).
Таблица 5.1. Лабораторная посуда и оборудованв;
Оборудование
Название
Назначение
Лабораторный штатив
Закрепление лабораторной посуды,
например колб, при проведении
опытов
С
У
Круглодонная колба
Проведение химических опытов,
перегонка веществ
<
д
Плоскодонная колба
Хранение жидких веществ или
растворов
Методы познания в химии. Химия и жизнь
511
Таблица 5.1 (продолжение)
Оборудование
Название
Назначение
Прямой холодильник
(нисходящий)
Конденсация паров и отвод кон¬
денсата из реакционной системы
(о
Обратный холодильник
Конденсация паров и возврат кон¬
денсата в реакционную систему
f
Капельная воронка
Постепенное прибавление жидко¬
сти в колбу с реакционной смесью
г
Мензурка
Измерение объёма жидкости
Мерный стакан
I
3
Мерный цилиндр
Отбор точных объёмов жидкостей
1
а
F
Бюретка
512
Гпава :
Таблица 5.1 (окончание
Оборудование
Название
Назначение
/
Пробирка
Проведение реакций между не¬
большими порциями веществ
Ступка с пестиком
Измельчение твёрдых веществ
Шпатель
Отбор твёрдых сыпучих веществ
Стеклянная палочка
Перемешивание жидкостей
Фарфоровая чашка
Выпаривание растворов до сухого
остатка
0
Тигель
Прокаливание твёрдых веществ
Бумажный фильтр
Отделение осадка от жидкости
с помощью фильтрования
Фильтровальная воронка
Делительная воронка
Разделение несмешивающихся
жидкостей
Колба Бунзена
Фильтрование под вакуумом
Воронка Бюхнера
Методы познания в химии. Химия и жизнь
513
5.7. Методы разделения смесей и очистки веществ
Зачастую при протекании химических реакций образуются смеси веществ, компо¬
нентами которых являются целевые и побочные продукты реакции, растворители,
а также не вступившие в реакцию исходные вещества. Для выделения индивиду¬
альных компонентов из смесей, как правило, используют методы, основанные на
различиях в физических свойствах веществ: температуре кипения, плотности, маг¬
нитных свойствах и др.
Фильтрованием отделяют нерастворимые в воде твёрдые вещества (осадки) от жид¬
кости. Так, фильтрованием можно разделить смесь воды и нерастворимых в ней пес¬
ка или глины. В лаборатории фильтрование проводят с помощью фильтровальной
бумаги. Жидкость, которая проходит через фильтр, называется фильтратом.
Отстаиванием разделяют нерастворимые в воде вещества, обладающие различной
плотностью. Так, с помощью отстаивания можно разделить смесь песка и угля, же¬
лезных и древесных опилок.
Отстаиванием также разделяют несмешивающиеся жидкости, например бензин
(масло) и воду. В лаборатории для этого используют делительную воронку, а в
промышленности — сепаратор.
Декантацией отделяют отстоявшиеся нерастворимые в воде твёрдые вещества от
жидкости без использования фильтров — жидкость осторожно сливают.
Действием магнита из смесей выделяют вещества, обладающие магнитными свой¬
ствами (Fe, Со, Ni). Так, смесь железа и серы можно разделить с помощью магнита.
Выпариванием отделяют воду от растворённых в ней веществ. Таким способом
можно разделить смесь поваренной соли и воды. В лаборатории выпаривание до
сухого остатка проводят в фарфоровой чашке.
Дистилляцией (перегонкой) разделяют смешивающиеся друг с другом жидкости
или газы с различными температурами кипения. С помощью дистилляции можно
очищать вещества, концентрировать их растворы, разделять сложные смеси на
фракции (нефть).
Итоговый тест по методам познания в химии
1. Установите соответствие между названием полимера и его формулой.
НАЗВАНИЕ ПОЛИМЕРА ФОРМУЛА ПОЛИМЕРА
А) натуральный каучук 1) [-CH2-CF = СН-СН2-]п
Б) тефлон 2) [-СН(С6Н5)-СН2-]л
В) полистирол 3) [-СН2-С(СН3) = СН-СН2-]л
4) [-CF2-CF2-]„
514
Глава I
2. Установите соответствие между схемой превращения и названием процесса.
СХЕМА ПРЕВРАЩЕНИЯ
НАЗВАНИЕ ПРОЦЕССА
А)глицин —> полипептид
Б) крахмал —► глюкоза
В) изобутилен —► полиизобутилен
1) гидролиз
2) полимеризация
3) поликонденсация
4) этерификация
3. Установите соответствие между названием волокна и признаком его класс!
фикации.
НАЗВАНИЕ ВОЛОКНА
КЛАССИФИКАЦИЯ
А) капрон
Б) нейлон
В) лён
1) искусственное
2) неорганическое
3) натуральное
г 4) синтетическое
4. Установите соответствие между названием оборудования и лабораторной
процедурой, выполняемой с помощью этого оборудования.
ОБОРУДОВАНИЕ
ЛАБОРАТОРНАЯ ПРОЦЕДУРА
А) плоскодонная колба
Б) фарфоровая чашка
В) ступка с пестиком
1) перемешивание жидкости
2) выпаривание растворов
3) хранение жидких веществ или
растворов
4) измельчение твёрдых веществ
5. Установите соответствие между промышленным процессом и его основны:
назначением.
ПРОЦЕСС
НАЗНАЧЕНИЕ
А) перегонка сжиженного воздуха
Б) коксование каменного угля
В) обжиг пирита в «кипящем слое»
1) получение фенола
2) получение этанола
3) получение диоксида серы
4) получение азота
6. Установите соответствие между смесью и способом её разделения.
СМЕСЬ
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ
А) толуол и гексан
Б) вода и бромид меди(П)
В) вода и гептан
1) выпаривание
2) фракционная перегонка
3) фильтрование
4) отстаивание
Методы познания в химии. Химия и жизнь
515
7. Установите соответствие между процессом и используемым при проведении
данного процесса технологическим аппаратом.
ПРОЦЕСС
ТЕХНО ЛОГИЕЧСКИЙ АППАРАТ
А) получение метанола
Б) перегонка нефти
В) выплавка чугуна
1) электролизёр
2) колонна синтеза
3) доменная печь
4) ректификационная колонна
8.
Установите соответствие между веществом и основной областью его приме¬
нения.
ВЕЩЕСТВО ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
А) сода 1) производство дизельного
топлива
Б) нефть 2) производство текстильных
волокон
В) целлюлоза 3) производство стали
4) производство стекла
9. Установите соответствие между названием оборудования и лабораторной
процедурой, выполняемой с помощью этого оборудования.
ОБОРУДОВАНИЕ
ЛАБОРАТОРНАЯ ПРОЦЕДУРА
А) прямой холодильник
1) перегонка веществ
Б) бюретка
2) выпаривание растворов
В) круглодонная колба
3) отбор твёрдых сыпучих веществ
4) отбор точных объёмов жидко¬
стей
*
■
■
Тренировочные варианты
Экзаменационная работа ЕГЭ по химии 2023 года состоит из двух частей, вклю¬
чающих в себя 34 задания. Часть 1 содержит 28 заданий с кратким ответом, часть 2
содержит 6 заданий с развёрнутым ответом.
На выполнение экзаменационной работы по химии отводится 3,5 часа (210 минут).
При выполнении работы используйте Периодическую систему химических элемен¬
тов Д. И. Менделеева, таблицу растворимости солей, кислот и оснований в воде,
электрохимический ряд напряжений металлов. Для вычислений используйте непро¬
граммируемый калькулятор.
Ответом к заданиям 1-25 является последовательность цифр. Ответ необходимо
записать без пробелов, запятых и других дополнительных символов. Цифры в отве¬
тах на задания 7, 8, 10, 14, 15, 19, 20, 22, 23, 24, 25 могут повторяться.
Ответом к заданиям 26-28 является число. Ответ необходимо записать, соблюдая
указанную в задании степень точности, единицы измерения физических величин
при этом указывать не нужно. При проведении расчётов для всех элементов, кроме
хлора, используйте значения относительных атомных масс, выраженные целыми
числами (Д.(С1) = 35,5).
Ответы к заданиям 29-34 должны включать в себя подробное описание всего хода
выполнения задания.
Вариант 1
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1)Вг; 2) As; 3) Si; 4) Al; 5) Sc.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
1. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоя¬
нии имеют одинаковое число неспаренных электронов на внешнем энергети¬
ческом уровне.
Ответ:
518
Тренировочные вариант*.
2.
3.
4.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которь i
в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева находятся
в одном периоде.
Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения значения их эле? -
троотрицательности.
Ответ:
Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в со¬
единениях проявляют постоянную степень окисления.
Ответ:
Из предложенного перечня выберите два тугоплавких вещества с ковален-
ной неполярной связью:
1) йод; 4) этан;
2) алмаз; 5) пероксид натрия.
3) кварц;
Ответ:
5.
Среди предложенных веществ, расположенных в пронумерованных ячейках,
выберите: А) бурый газ; Б) основание; В) соль угольной кислоты.
6.
Через пробирку с раствором бромида меди(П) пропустили газ X, При это
наблюдали образование голубого осадка Y. Из предложенного перечня выбе¬
рите веществами У, которые могут участвовать в описанной реакции:
1) H2S;
2) CuS;
3) Cu(OH)2;
4) NH3;
5) Cu2S.
Ответ:
Тренировочные варианты
519
7.
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
A) Fel2
Б) FeCl3 (р-р)
В) Ва(ОН)2
Г) H2SO4 (конц.)
РЕАГЕНТЫ
1) КОН, I2, HNO3
2) HNO3, Mg, Cl2
3) СаО, HCl, А1Вг3
4) Hi, NaHCO3, Zn
5) H2S, Ca(OH)2, Cl2
Ответ:
8.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
A) H2SiO3 и HF
Б)
В)
Г)
H2SiO3, t
SiF4 и Н2О
SiH4 и О2
1)
2)
3)
4)
5)
6)
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
SiO2 и Н2О
SiO2 и HF
Si и Н2О
SiO2 и F2
SiF4 и Н2
SiF4 и Н2О
Ответ:
9.
Задана следующая схема превращений веществ:
HCl KNO2,z
Li3N —> X > Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Хи Y:
1) N2;
2) NH4C1;
3)NO;
4) K3N;
5) NH3.
Ответ:
520 Тренировочные варианте.
10. Установите соответствие между названием вещества и общей формуле;
класса/группы органических соединений, к которому (которой) это веществ
принадлежит.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А)аланин
Б) анилин
В) нитрометан
ОБЩАЯ ФОРМУЛА
1) c„h2„+3n
2) C„H2„_7NO2
3) C„H2„+1NO2
4) C„H2„_5N
Ответ:
11. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются изоме¬
рами пропионовой кислоты:
1) уксусная кислота; 4) бутановая кислота;
2) метилацетат; 5) этилформиат.
3) пропилформиат;
Ответ:
12. Из предложенного перечня выберите все вещества, которые вступают в реак¬
цию с бромной водой:
1)ацетилен; 4)ацетон;
2) фенол; 5) изопрен.
3)стирол;
Ответ:
13. Из предложенного перечня выберите два типа реакций, характерные дл-
триолеата глицерина в отличие от глицилаланина:
1) омыление; 4) горение;
2) гидрирование; 5) гидролиз.
3) этерификация;
Ответ:
Тренировочные варианты
521
14.
Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) бензол и хлорэтан
Б) этилбензол и хлор, А1С13
В) бензол и хлор, hv
Г) этилбензол и хлор, hv
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) хлорбензол
2) 3-хлор-1-этилбензол
3) 1-фенил-1-хлорэтан
4) этилбензол
5) гексахлорциклогексан
6) 4-хлор-1-этилбензол
Ответ:
А
Б
В
Г
15.
Установите соответствие между схемой реакции и веществом Х9 принимаю¬
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИИ
А) этилен + X —► этиленгликоль
Б) уксусный альдегид + X —► ацетат натрия
В) пропионат натрия + X —> этан
Г) этанол 4- X —> этилат натрия
ВЕЩЕСТВО X
1) Na
2) NaMnO4, H2SO4
3) NaMnO4, NaOH
4) NaMnO4 (p-p)
5) NaOH
6) NaHCO3
Ответ:
16.
Задана следующая схема превращений веществ:
Y
X —> изопропиламин —* N2
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Хи У:
1) пропан; 4) азотистая кислота;
2) азотная кислота; 5) 2-нитропропан.
3) пропанол-1;
Ответ:
X Y
522
Тренировочные варианты
17. Из предложенного перечня выберите все типы реакций, к которым можно
отнести взаимодействие водорода с парами йода: .
1) эндотермическая; 4) разложения;
2) необратимая; 5) гомогенная.
3) окислительно-восстановительная;
Ответ:
18. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые при¬
водят к уменьшению скорости реакции хрома с серной кислотой при комнат¬
ной температуре:
1) добавление хрома;
2) уменьшение концентрации сернистого газа;
3) повышение концентрации кислоты с 5% до 95%;
4) повышение концентрации катионов хрома;
5) снижение концентрации серной кислоты с 10% до 5%.
Ответ:
19.
Установите соответствие между уравнением реакции и изменением степени
окисления восстановителя в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
A) N2H4 + О2 -> N2 + 2Н2О
ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ
ОКИСЛЕНИЯ
ВОССТАНОВИТЕЛЯ
1) 0 —> +1
Б) N2H4 + Н2 2NH3 2) +2 -> +3
B)H2 + N2O^N2+H2O
3) +2 0
4) -2 -> 0
Ответ:
А
Б
В
20.
Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза
ФОРМУЛА СОЛИ
А) КС1О4
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
1) металл, кислород
Б) СиС12
В) NaF
2) металл, галоген
3) водород, кислород
4) водород, галоген
А
Б
В
Ответ:
Тренировочнью варианты.
523
Для выполнения задания 21 используйте следующие справочные данные.
Концентрация (молярная, моль/л) показывает отношение количества растворённо¬
го вещества (ri) к объёму раствора (Г)-
pH («пэ аш») — водородный показатель; величина, которая отражает концентра¬
цию ионов водорода в растворе и используется для характеристики кислотности
среды.
Шкала pH водных растворов электролитов
jpH
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
среда
раствора
сильнокислая
слабокислая
нейтраль¬
ная
слабо¬
щелочная
сильно¬
щелочная
21.
Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) Mg(C104)2;
2) CsOH;
3) КНСО3;
4) КМпО4.
Запишите номера веществ в порядке возрастания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
22.
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
^2 О(Ж) + S(p.p) ОН(Р_Р) + HS(p_p) Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) упаривание раствора
Б) добавление твёрдой щёлочи
В) понижение температуры на 10 °C
Г) добавление твёрдого сульфида ли¬
тия
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Ответ:
А
Б
В
Г
524
Тренировочные варианты
23. В реактор постоянного объёма поместили азот и водород. В результате про¬
текания обратимой реакции
^2(Г) + ЗН2(Г) 2NH3(r)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходная концентрация водорода составила 1,0 моль/л, а равновесные концен¬
трации азота и аммиака — 0,3 моль/л и 0,6 моль/л соответственно.
Определите исходную концентрацию азота (X) и равновесную концентрации
водорода (У):
1) 0,1 моль/л;
2) 0,2 моль/л;
3) 0,3 моль/л;
4) 0,4 моль/л;
5) 0,5 моль/л;
6) 0,6 моль/л.
Ответ:
24. Установите соответствие между названием вещества и признаком реакции
протекающей между этим веществом и гидроксидом меди(П).
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) пропиленгликоль
Б) глюкоза (при нагревании)
В) уксусная кислота
Г) фруктоза
ПРИЗНАК РЕАКЦИИ
1) образование бесцветного раствора
2) образование кирпично-красного
осадка
3) образование голубого осадка
4) образование чёрного осадка
5) образование окрашенного раствора
25.
Ответ:
Установите соответствие между областью
веществом.
применения и использующимся
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
А) газовая сварка
Б) производство стекла
В) производство азотной кислоты
ВЕЩЕСТВО
1) силан
2) аммиак
3) ацетилен
4) сода
Ответ:
Тренировочные варианты 525
26. Вычислите массовую долю хлорида бария в растворе (в %), при охлаждении
которого образуются осадок безводного хлорида бария массой 45 г и 30%-ный
раствор соли массой 280 г. (Запишите число с точностью до десятых.)
Ответ: %.
27. Синтез мочевины протекает в соответствии с термохимическим уравнением
реакции
2NH3(r) + СО2(Г) -+ (NH2)2CO(r) + Н2О + 75 кДж
Определите количество теплоты (в кДж), которое выделилось в результате
протекания этой реакции, если израсходовалось 896 мл (при н. у.) аммиака.
(Запишите число с точностью до десятых.)
Ответ: кДж.
28. При взаимодействии 10,48 г дихромата натрия с избытком хлороводорода
выделилось 1,68 л газа (при н. у.). Вычислите объёмную долю выхода газа (в %).
(Запишите число с точностью до десятых.)
Ответ: %.
Часть 2
Для выполнения заданий 29,30 используйте следующий перечень веществ:
гидроксид натрия, фосфин, гидрокарбонат кальция, перманганат калия, бромат ка¬
лия, иодид калия. Допустимо использование воды в качестве среды протекания ре¬
акции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает с образованием двух солей. Запи¬
шите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановитель¬
ных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс,
укажите окислитель и восстановитель.
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакция
ионного обмена протекает с образованием осадка. Запишите молекулярное,
полное и сокращённое ионные уравнения реакции с участием выбранных ве¬
ществ.
31. Железную окалину растворили в иодоводородной кислоте. Полученную соль
выделили и обработали манганатом натрия и серной кислотой. Образовав¬
шееся простое вещество смешали с алюминием и добавили несколько капель
воды. Продукт реакции добавили к раствору гидрокарбоната натрия.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
526
Тренировочные варианты
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
— Xj — х2 —► сн2—сн-сн2—сн2
С1 С1 С1
ЗКОН(спирт р.р) v [Ag(NH3)2]OH
►Аз ► А4
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. При сгорании 10,08 г органического вещества А получено 21,12 г углекислого
газа и 4,32 мл воды. Известно, что вещество А не обесцвечивает бромную во¬
ду, а при его гидролизе в присутствии соляной кислоты образуется карбоно¬
вая кислота 5, карбоксильные группы в которой расположены не у соседних
атомов углерода.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства Л;
2) составьте возможную структурную формулу вещества А, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции гидролиза вещества А в присутствии соля¬
ной кислоты (используйте структурные формулы органических веществ).
34. Смесь кристаллогидрата сульфата железа(П) и безводного сульфата желе-
за(Ш) массой 55,36 г, в которой соотношение числа атомов железа к числу
атомов серы равно 13:16, растворили в 250 г воды. К полученному раствору
добавили 180 г 34,5%-ного раствора карбоната калия. При протекании реак¬
ции не наблюдалось образования основных солей, а массовая доля карбоната
калия в образовавшемся растворе составила 4%. Определите количество мо¬
лекул воды в формуле исходного кристаллогидрата.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).
Вариант 2
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1)Мп; 2)0; 3) F; 4) Fe; 5) Se.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
Тренировочные варианты
527
1.
Определите, стабильные катионы каких из указанных в ряду элементов име¬
ют одинаковую электронную конфигурацию.
Ответ:
2.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три ^-элемента. Распо¬
ложите выбранные элементы в порядке уменьшения их атомного радиуса.
Ответ:
3.
Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые имеют
максимальную разность между значениями их высшей и низшей степеней
окисления.
Ответ:
4.
Из предложенного перечня выберите два вещества с ковалентной неполярной
связью, между молекулами которых образуются водородные связи:
1)водород;
4)этиленгликоль;
6.
2) аммиак;
3) пероксид водорода;
Ответ:
5) муравьиная кислота.
Среди предложенных названий веществ, расположенных в пронумерованных
ячейках, выберите названия: А) кислой соли; Б) основной соли; В) средней соли.
1) фосфид калия
2) железная окалина
3) едкое кали
4) гидроксокарбонат
меди(П)
5) гидрид бария
6) тетрагидроксоалю-
минат калия
7) цинкат натрия
8) гидроксид серы(У1)
9) питьевая сода
Ответ:
А
Б
В
В пробирку с раствором соли X добавили раствор вещества У. При этом на¬
блюдали выделение газа без цвета и запаха. Из предложенного перечня выбе¬
рите веществами У, которые могут вступать в описанную реакцию:
1) НС1;
4) NH4HCO3;
2) KHS;
3) NaOH;
Ответ:
5) ВаСО3.
528
Тренировочные варианта
7.
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
А) СО2
Б)
В)
Г)
Н2
HNO3
H2S
1)
2)
3)
4)
5)
РЕАГЕНТЫ
КОН, А12О3, SiO2
ZnO, F2, BaSO4
NaOH, C, O2
NH3 (p-p), Na2O2, C
Cl2, FeCl3, K2S
Ответ:
8.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
A) S и NaOH
Б) Na2SO3 и SO2 (р-р)
В) NaHSO3 и NaOH
Г) SO2 и NaOH (нед.)
1)
2)
3)
4)
5)
6)
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
NaHSO4
NaHSO3
Na2SO3 и H2S
Na2SO4 и H2O
Na2S, Na2SO3 и H2O
Na2SO3 и Н2О
Ответ:
9.
Задана следующая схема превращений веществ:
А 1ГЧ1 КОН(изб.) ^2$(изб.)
А1С13 > X > Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Хи У:
1) K[A1(OH)J;
2) A12S3;
3) А12О3;
4) A1(OH)3;
5) KA1O2.
Ответ:
Тренировочные варианты
529
10. Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой орга¬
нических соединений, к которому (которой) это вещество принадлежит.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
nh2
A) ch3-ch-ch-cCqH
сн3
КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
1) аминокислоты
2) вторичные амины
3) дипептиды
4) первичные амины
И.
12.
Из предложенного перечня выберите два вещества, в молекулах которых
имеется ровно девять о-связей:
1) кумол; 4) дивинил;
2) бутин-2; 5) бутен-2.
3) декан;
Ответ:
Из предложенного перечня выберите все вещества, вступающие в реакцию с
гидроксидом диамминсеребра(1):
1) ацетон; 4) ацетальдегид;
2) бутин-2; 5) пропин.
3)этилен;
Ответ:
13.
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые образуются в
реакции омыления триолеина:
1) глицерин;
2) глицерат калия;
3) глицин;
4) олеат калия;
5) олеиновая кислота.
Ответ:
530
Тренировочные вариант?,
14.
Установите соответствие между названием вещества и углеродсодержаппг
продуктом, который преимущественно образуется при гидрохлорированг
этого вещества.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТ
ГИДРОХЛОРИРОВАНИЯ
А) бутен-1
Б) ацетилен
В) метилциклопропан
Г) бутин-1
1) 1,2-дихлорэтан
2) 2-хлорбутан
3) 2,2-дихлорбутан
4) 1-хлорбутан
5) 1,1-дихлорэтан
6) 1,1,2,2-тетрахлорэтан
Ответ:
15.
Установите соответствие между названием вещества и способом его полу¬
чения.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) ацетон
Б) бутанон
В) ацетальдегид
Г) бутаналь
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ
1) дегидратация emc^-бутилового спирта.
2) гидратация этина
3) окисление н-бутилового спирта
4) пиролиз этаноата бария
5) дегидратация бутилового спирта
6) дегидрирование втор-бутилового
спирта
Ответ:
16.
Задана следующая схема превращений веществ:
X -+ Y -> С17Н35СООН
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) олеиновая кислота;
2) трипальмитин;
3)триолеин;
4) пальмитат калия;
5) пальмитиновая кислота.
Ответ:
Тренировочные варианты
531
17. Из предложенного перечня выберите все суждения, которые несправедливы
для реакции гидратации этилена:
1) протекает по радикальному механизму;
2) каталитическая;
3) разложения;
4) обратимая;
5) эндотермическая.
Ответ:
18. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые при¬
водят к повышению скорости реакции азота с водородом:
1) использование катализатора;
2) повышение концентрации аммиака;
3) уменьшение объёма реакционного сосуда;
4) добавление азотоводородной смеси;
5) понижение температуры на 15 °C.
Ответ:
19. Установите соответствие между формулой иона и окислительно-восстанови¬
тельными свойствами, которые он способен проявлять.
ОКИСЛИТЕЛЬНО-
ФОРМУЛАИОНА ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ
СВОЙСТВА
А) С4” 1) только окислитель
Б) CIO3 2) только восстановитель
В) NO^ 3) и окислитель, и восстановитель
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
А Б В
Ответ:
532
Тренировочные вариант^
20. Установите соответствие между веществом и возможным способом его полу¬
чения путём электролиза.
ВЕЩЕСТВО
А) алюминий
Б) фтор
В) водород
ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ
1) раствора хлорида алюминия
2) расплава фторида калия
3) раствора боксита в расплавленном криолите
4) раствора фторида серебра
Ответ:
Для выполнения задания 21 используйте справочные данные варианта 1.
21. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водны’
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) NH3;
3) КОН;
22.
2) КС1О3;
4) Mgl2.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
Установите соответствие между химической реакцией и направлением сме¬
щения химического равновесия в результате повышения концентрации водо¬
рода.
РЕАКЦИЯ
А) N2(r) + ЗН2(г) 2NH3(r) + Q
Б) H2S(r) Н2(г) + S(r) - Q
b)h;_p) + no;(p.p)^hno2(p.p) + 2
Г) 2НС1(г) Н2(г) + С12(г) -
А Б В Г
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Ответ:
Тренировочные варианты
533
23. В реактор постоянного объёма поместили азотную кислоту. В результате
протекания обратимой реакции
4HNO3W^4NO2(r) + 2H2O
(ж) + О2(г)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходная концентрация азотной кислоты составила 9,0 моль/л, а равновесная
концентрация воды — 2,0 моль/л.
Определите равновесную концентрацию азотной кислоты (X) и равновесную
концентрацию кислорода (У):
1) 1,0 моль/л;
2) 2,0 моль/л;
3) 3,0 моль/л;
Ответ:
4) 4,0 моль/л;
5) 5,0 моль/л;
6) 6,0 моль/л.
24. Установите соответствие между формулами веществ и реагентом, с помощью
которого можно различить водные растворы этих веществ.
ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ
А) КС1 и СО2
' Б) КОН и NH3
В) MgCl2 и ZnSO4
Г) ZnBr2 и Fel2
РЕАГЕНТ
1) КОН (нед.)
2) фенолфталеин
3) А1
4) метилоранж
5) H2SO4 (разб.)
Ответ:
25. Установите соответствие между названием полимера и его формулой.
А Б В Г
НАЗВАНИЕ ПОЛИМЕРА
А) фенолформальдегидная смола
Б) полистирол
В) полиэтилентерефталат
ФОРМУЛА ПОЛИМЕРА
1) [-С(СН3)(С6Н5)-СН2-]и
2) [-С6Н4(ОН)-СН2-]п
3) [-СО-С6Н4-СОО-СН2-СН2-О-]
4) [-СН(С6Н5)-СН2-]и
Ответ:
А Б В
534
Тренировочные вариант^
26. Вычислите массу 27%-ного раствора (в граммах), при разбавлении которог.
образуется 16%-ный раствор массой 350 г. (Запишите число с точностью д
десятых.)
Ответ: г.
27. В результате образования кальцинированной соды в соответствии с термохя-
мическим уравнением реакции
Na2CO3(p.p) + 10Н2О(ж) —> Na2CO3 • 10Н2О(та ) + 92 кДж
выделилось 322 кДж тепла. Определите объём воды (в миллилитрах), всту¬
пившей в реакцию. (Запишите число с точностью до целых.)
Ответ: мл.
28. При разложении навески технического перманганата калия массой 79 г выде¬
лилось 4,48 л газа (при н. у.). Вычислите массовую долю (в %) примесей в:
взятой навеске. (Запишите число с точностью до целых.)
Ответ: %.
Часть 2
Для выполнения заданий 29,30 используйте следующий перечень веществ:
хлороводород, сульфид меди(П), перманганат калия, гидроксид кальция, хлорид
аммония, триоксид хрома. Допустимо использование воды в качестве среды проте¬
кания реакции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает с выделением газа. Одна молекула
окислителя в ходе этой реакции принимает три электрона. Запишите уравне¬
ние только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций :
участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окис¬
литель и восстановитель.
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакция
ионного обмена протекает с выделением газа. Запишите молекулярное, пол¬
ное и сокращённое ионные уравнения реакции с участием выбранных ве¬
ществ.
31. Оксид меди(1) растворили в концентрированной бромоводородной кислоте.
Полученную соль окислили концентрированной серной кислотой. Выделив¬
шийся газ пропустили через подкисленный раствор перманганата натрия
Образовавшуюся натриевую соль высушили, смешали с углём и прокалили.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
Тренировочные варианты 535
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
Xj Х2 —► СН2-СН2-СН2 K2Cr2°7>H2SO4,^
он он
—- Х3 ,<CH3)2NH(I136.)1 КООС-СН2_СООК
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. Органическое вещество А содержит 36,36% углерода, 38,79% кислорода и
24,24% кальция по массе и образуется при взаимодействии хлорорганическо-
го вещества В с избытком раствора гидроксида кальция. Известно, что веще¬
ство А имеет симметричное строение.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства Л;
2) составьте возможную структурную формулу вещества Л, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции получения вещества Л из вещества В и рас¬
твора гидроксида кальция (используйте структурные формулы органиче¬
ских веществ). .
34. При прокаливании 178 г смеси нитратов меди(П) и серебра(1), содержащей
10% неразлагающихся и нерастворимых в воде инертных примесей, часть
веществ разложилась. При этом выделилось 8,96 л смеси газов (н. у.). Твёр¬
дый остаток массой 161г растворили в 325 г концентрированного раствора
соляной кислоты, взятого в избытке. По окончании реакций образовался оса¬
док, масса которого составила 86 г. Найдите массовую долю атомов меди в
конечном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).
Вариант 3
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1)F; 2) Si; 3)Н; 4) Мп; 5) Вг.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
536
Тренировочные варианть
1.
2.
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоя¬
нии имеют одинаковое число 5-электронов.
Ответ:
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые
в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева находятся
в одной группе.
Расположите выбранные элементы в порядке увеличения их электроотрица¬
тельности.
Ответ:
Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, высшая степень
окисления одного из которых равна низшей степени окисления второго.
Ответ:
Из предложенного перечня выберите два вещества немолекулярного строе¬
ния с ковалентной полярной связью:
1) формиат натрия; 4) азотная кислота;
2) кремнезём;
5) аммиак.
3) пирит;
5.
Ответ:
Среди предложенных формул веществ, расположенных в пронумерованных
ячейках, выберите формулы: А) соли сернистой кислоты; Б) основного окси-
В одну из пробирок с раствором вещества X добавили слабый электролит У.
В результате реакции наблюдали образование белого осадка. Во вторую про¬
бирку добавили раствор гидрокарбоната калия, в результате чего образовался
осадок и выделился газ.
Тренировочные варианты
537
Из предложенного перечня выберите вещества X и К, которые могут вступать
в описанные реакции:
1) гидрат аммиака;
2) хлорид железа(Ш);
3) гидроксид кальция;
4) сульфат алюминия;
5)сероводород.
Ответ:
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
РЕАГЕНТЫ
1) H2SO4, О2, Вг2
2) F2, К2СО3, СаО
3) Fe, КОН, НВг
4) СН3СООН, СО, ВаСО3
5) NaOH, Н2О, HF
8.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
А) Са и Н2О
Б) СаО и Н2О
В) СаО2 и Н2О (хол.)
Г) СаН2 и Н2О
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) СаО и Н2
2) Са(ОН)2
3) СаО2 и Н2
4) Са(ОН)2 и Н2
5) Са(ОН)2 и О2
6) Са(ОН)2 и Н2О2
Ответ:
А Б В Г
538
Тренировочные варианту
9.
Задана следующая схема превращений веществ:
H2S
°2(изб.) HNO3
> X > Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y;
1) SO3;
4) SO2;
2) H2SO4;
5) S.
3) H2S;
Ответ:
10.
Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой орга¬
нических соединений, к которому (которой) это вещество принадлежит.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ
1) сложные эфиры
2) карбоновые кислоты
3) кетоны
4) простые эфиры
Ответ:
11.
Из предложенного перечня выберите два вещества, в структурной формуле
которых имеется карбонильная группа:
1) диметиловый эфир; 4) фруктоза;
2) этиленгликоль; 5) формальдегид.
3) глицерин;
Ответ:
Тренировочные варианты
539
12.
Из предложенного перечня выберите все вещества, из которых в одну стадию
можно получить дивинил:
1) 2-метилбутан; 4) винилбензол;
2) этанол; 5) 1,3-дихлорбутан.
3) бутан;
Ответ:
13.
Из предложенного перечня выберите два вещества, с которыми не взаимо-
действует аланин:
1) оксид калия;
2) азотистая кислота;
3) глицин;
4) медь;
5) бромная вода.
14.
Ответ:
Установите соответствие между названием реакции и углеродсодержащим
продуктом, который преимущественно образуется в результате этой реакции.
НАЗВАНИЕ РЕАКЦИИ
А) монохлорирование бутана
Б) дихлорирование бутана
В) хлорирование метилциклопропана
Г) гидрохлорирование метилцикло¬
пропана
ПРОДУКТ РЕАКЦИИ
1) 1-хлорбутан
2) 1,1-дихл орбутан
3) 2,2-дихлорбутан
4) 2,3-дихлорбутан
5) 1,3-дихлорбутан
6) 2-хлорбутан
Ответ:
15.
Установите соответствие между схемой реакции и веществом Х9 принимаю¬
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИИ
А) X + СиО —> уксусный альдегид
Б) X + Си(ОН)2 —> уксусная кислота
В) X + Си(ОН)2 —> ацетат меди(П)
Г) X + СиО —> ацетат меди(П)
ВЕЩЕСТВОМ
1) ацетилен
2) ацетон
3) этановая кислота
4) этаналь
5) ацетат натрия
6) этанол
Ответ:
А Б В Г
540
Тренировочные вариант*
16. Задана следующая схема превращений веществ:
Ag2C2 —> А—> У—* ацетат аммония
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) метан; 4) этаналь;
2) уксусная кислота; 5) этилен.
3) этин;
17. Из предложенного перечня выберите все вещества, которые вступают в реак¬
цию замещения с калием:
1) метиловый спирт;
2) вода;
3) хлорид алюминия;
4) хлор;
5) пропин.
Ответ:
18. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые при
водят к увеличению скорости реакции диоксида марганца с соляной кислотой:
1) нагревание;
2) добавление диоксида марганца;
3) уменьшение давления;
4) повышение концентрации хлороводорода в растворе;
5) разбавление водой.
Ответ:
19. Установите соответствие между уравнением реакции и свойством элемент.
азота, которое он проявляет в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
A) 2NH3 + СО2 (NH2)2CO + Н2О
Б) (NH4)2Cr2O7 -+ N2 + Cr2O3 + 4Н2О
В) 3NH2OH -> N2 + NH3 + 3H2O
СВОЙСТВО АЗОТА
1) является окислителем
2) является восстановителем
3) является и окислителем, и вос¬
становителем
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
Ответ:
Тренировочные варианты
541
20. Установите соответствие между формулой соли и полуреаКцией, протекаю¬
щей на инертном аноде при электролизе водного раствора этой соли.
ФОРМУЛА СОЛИ
А) фторид натрия
Б) хлорид калия
В) формиат бария
ПОЛУРЕАКЦИЯ НА АНОДЕ
1)2НаГ-2ё—>На12
2) 2Н2О + 2ё^2ОН +Н2
3) 2Н2О - 4ё —> 4Н++ О2
4) 2НСОО' - 2ё -► 2СО2 + Н2
Ответ:
Для выполнения задания 21 используйте справочные данные варианта 1.
21. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) фенол;
3) щавелевая кислота;
22.
2) этанол;
4) метиламин.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
t, Ni
СО2(Г) + СН4(г) 2СО(г) + 2Н2(г) - Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) уменьшение объёма сосуда
Б) добавление никеля
В) понижение концентрации угарного
газа
Г) повышение концентрации природ¬
ного газа
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Ответ:
542
Тренировочные варианг-
23.
В реактор постоянного объёма поместили хлороводород и кислород. В ре¬
зультате протекания обратимой реакции
4НС1(Г) + О2(г) 2Н2О(г) 4- 2С12(г)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходная концентрация кислорода составила 2,0 моль/л, а равновесные концен¬
трации хлороводорода и хлора — 0,4 моль/л и 0,8 моль/л соответственно.
Определите исходную концентрацию хлороводорода (X) и равновесную ко?
центрацию кислорода (У)-
1) 1,2 моль/л;
2) 1,4 моль/л;
3) 1,6 моль/л;
4) 1,8 моль/л;
5) 2,0 моль/л;
6) 2,2 моль/л.
Ответ:
24.
Установите соответствие между веществами и реагентом, с помощью которс-
го можно различить эти вещества.
ВЕЩЕСТВА
А) изопрен и пропин
Б) СаО и MgO
В) KI и NaCl
Г) этанол и водный раствор фенола
РЕАГЕНТ
1) бромная вода
2) натрий
3) фенолфталеин
4) вода
5) соляная кислота
Ответ:
25.
Установите соответствие между названием оборудования и лабораторно:
процедурой, выполняемой с помощью этого оборудования.
ОБОРУДОВАНИЕ
А) фарфоровый тигель
Б) бюретка
В) химический стакан
ЛАБОРАТОРНАЯ ПРОЦЕДУРА
1) измерение точных объёмов жидкостей
2) прокаливание твёрдых веществ
3) фильтрование под вакуумом
4) смешивание растворов
Ответ:
Тренировочные варианты
543
26. Вычислите массовую долю нитрата серебра в растворе (в %), полученном при
выпаривании из 200 г 6%-ного раствора соли 27 г воды и добавлении 8 г нит¬
рата серебра. (Запишите число с точностью до сотых.)
Ответ: %.
27. Разложение дихромата аммония протекает в соответствии с термохимиче¬
ским уравнением реакции
(NH4)2Cr2O7(TB —> Сг2О3(тв) + N2(r) + 4Н2О(Г) + 309 кДж
Определите количество теплоты (в Дж), которое выделится при образовании
448 мл (при н. у.) водяного пара. (Запишите число с точностью до целых.)
Ответ: Дж.
28. Вычислите объём газа (в литрах при н. у.), выделившегося при взаимодейст¬
вии 37,25 г твёрдого хлорида калия с избытком концентрированной серной
кислоты, если объёмная доля выхода газа составила 60%. (Запишите число с
точностью до сотых.)
Ответ: л.
Часть 2
Для выполнения заданий 29,30 используйте следующий перечень веществ:
иодид бария, карбонат калия, хромат калия, перхлорат калия, сульфат железа(П),
серная кислота. Допустимо использование воды в качестве среды протекания ре¬
акции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает только с образованием трёх раство¬
римых в воде солей. Запишите уравнение только одной из возможных окис¬
лительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Со¬
ставьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакция
ионного обмена протекает с образованием жёлтого осадка. Запишите молеку¬
лярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с участием вы¬
бранных веществ.
31. Твёрдый продукт горения силана в кислороде сплавили с углём и фосфатом
кальция. Полученное простое вещество нагрели с недостатком йода. Продукт
реакции внесли в раствор, содержащий перманганат калия и гидроксид калия.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
544
Тренировочные вариант-
32.
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
KMnO4(D_D), t _
/7-этилкумол 4(ppj » Xj —► бензол —►
NaOH(H3g)
33.
34.
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образуй -
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
При сгорании 9,2 г органического вещества А получили 4,48 л углекислот:
газа (при н. у.), 5,4 г воды и 1120 мл азота (при н. у.). Известно, что веществ
А образуется при взаимодействии вещества В, имеющего симметричное
строение, с избытком раствора углекислого газа.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства^;
2) составьте возможную структурную формулу вещества А, которая одно -1
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции получения вещества А из вещества В и из¬
бытка раствора углекислого газа (используйте структурные формулы ор¬
ганических веществ).
Смесь алюминия, сульфида алюминия и фосфида алюминия массой 91г, со¬
отношение числа атомов алюминия к числу атомов серы в которой составля¬
ет 5:3, растворили в 20%-ном растворе гидроксида калия, взятом в эквива¬
лентном количестве. При этом выделилось 6,72 л (при н. у.) водорода. Опре¬
делите массовую долю воды в образовавшемся растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерений-
искомых физических величин).
Вариант 4
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1)Сг; 2)А1; 3) Se; 4) Вг; 5) S.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
Тренировочные варианты
545
1.
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоя¬
нии имеют один неспаренный электрон на /^-подуровне.
Ответ:
2.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые
в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева находятся
в одном периоде.
Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения неметаллических
свойств соответствующих им простых веществ.
Ответ:
3.
Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в со¬
ставе образованных ими бескислородных анионов могут иметь одинаковую
степень окисления.
Ответ:
4.
Из предложенного перечня выберите два вещества с ковалентной неполярной
связью, которые имеют относительно низкую температуру плавления:
1) карбид кальция; 4) щавелевая кислота;
2) перекись водорода; 5) хлорид аммония.
3) тетрахлорметан;
5.
Среди предложенных названий веществ, расположенных в пронумерованных
ячейках, выберите названия: А) двухосновной кислоты; Б) основной соли;
В) соли хлорноватой кислоты.
1) бертолетова соль
2) азотистая кислота
3) гидроксид xpoMa(VI)
4) гидроксохлорид
магния
5) гашёная известь
6) перхлорат калия
7) хлористое железо
8) гидрокарбонат
кальция
9) ортофосфорная ки¬
слота
Ответ:
А
Б
В
В пробирку с раствором соли X добавили раствор вещества Y. При этом в
пробирке произошла реакция, которую описывает сокращённое ионное урав¬
нение
НСОз + ОН’ -> СОз’ + Н2О
546
Тренировочные вариа -
Из предложенного перечня выберите вещества X и У, которые могут встуг^ -
в описанную реакцию:
1) Mg(OH)2;
2) NaOH;
3) КНСО3;
Ответ:
7.
4) Ва(НСО3)2;
5) Са(ОН)2.
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кс;
рых это вещество может взаимодействовать.
РЕАГЕНТЫ
1) С, КОН, H2SO4 (конц.)
2) SO2, HCl, NH3
3) HNO3, O2, FeCl3
4) O2, H2, HCl
5) Na, HBr, Cu(OH)2
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
A) Fe и HNO3
Б) Fe(OH)3 и HNO3
В) Fe(NO3)2 и HNO3
Г) Fe3O4 и HNO3
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) Fe(NO3)3, NO и Н2О
2) Fe(NO3)2 и Н2О
3) Fe(NO3)2, Fe(NO3)3 и Н2О
4) Fe(NO3)3 и Н2О
5) Fe(NO3)3 и Н2
6) Fe(NO3)2, NO2 и Н2О
Ответ:
А Б В Г
Тренировочные варианты
547
9. Задана следующая схема превращений веществ:
X Mg
K2SO4 -> У —> Н2
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) HF;
2) КОН;
3) H2SO4;
4) KHSO4;
5) Ва(ОН)2.
10. Установите соответствие между названием вещества и общей формулой
класса/группы органических соединений, к которому (которой) это вещество
принадлежит.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
ОБЩАЯ ФОРМУЛА
А) кумол
1) с„н2„_6о
Б) стирол
2) С„Н2и_6
В) фенол
2) С„Н2л_8О
4) С„Н2и_8
А
Б
В
11. Из предложенного перечня выберите два вещества, являющиеся межклассо¬
выми изомерами:
1) 1-нитропропан; 4) анилин;
2) аланин; 5) пропионат аммония.
3) глицин;
Ответ:
12. Из предложенного перечня выберите все вещества, которые взаимодействуют
с гидроксидом меди(П), но не вступают в реакцию «серебряного зеркала»:
1) этиленгликоль; 4) щавелевая кислота;
2) муравьиная кислота; 5) ацетилен.
3) ацетальдегид;
Ответ:
548
Тренировочные варианты
13.
Из предложенного перечня выберите два вещества, при гидрировании кото¬
рых образуется один и тот же углеродсодержащий продукт:
1) рибоза;
2) сахароза;
3) фруктоза;
Ответ:
4) глюкоза;
5) целлюлоза.
14.
15.
Установите соответствие между названием вещества и способом его получе¬
ния.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) бутан
Б) этилен
В) дивинил
Г) этан
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ
1) гидролиз карбида кальция
2) термолиз пропионата кальция
3) сплавление пропионата калия с твёрдой
щёлочью
4) дегидрирование бутена-1
5) электролиз раствора пропионата калия
6) крекинг пропана
Ответ:
А Б В Г
Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ
ВЕЩЕСТВА
А) трихлорфенилметан и КОН (изб.)
Б) и-пропилтолуол и КМпО4 (р-р)
В) дихлорфенилметан и КОН (изб.)
Г) этилбензол и КМпО4 (р-р)
ПРОДУКТ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) бензальдегид
2) бензоат калия
3) фенолят калия
4) ацетат калия
5) винилбензол
6) бензойная кислота
Ответ:
А Б В Г
Тренировочные варианты
549
16. Задана следующая схема превращений веществ:
С6Н6 -> X
Zn, н+
> Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) анилин;
2) хлорбензол;
3) нитробензол;
4) гидросульфат фениламмония;
5) фенол.
Ответ:
17.
18.
19.
Из предложенного перечня выберите все окислительно-восстановительные
реакции соединения:
1) хлористое железо и хлор;
2) оксид хрома(У1) и оксид натрия;
3) метаналь и водород;
4) железо и сульфат меди(П);
5) аммиак и хлороводород.
Ответ:
Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые уве¬
личивают скорость реакции хлорэтана с водным раствором щёлочи:
1) перемешивание раствора;
2) добавление воды;
3) использование гидроксида калия вместо гидроксида кальция;
4) нагревание;
5) повышение концентрации этилового спирта.
Ответ:
Установите соответствие между уравнением реакции и свойством элемента
хрома, которое он проявляет в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ СВОЙСТВО ХРОМА
А) ЗСгО —> Cr2O3 + Сг 1) является окислителем
Б) 2СгО3 + Н2О —* Н2Сг2О7 2) является восстановителем
В) 4К2Сг2О7 —> 4К2СгО4 + 2Сг2О3 + ЗО2 3) является и окислителем, и вос¬
становителем
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
А Б В
Ответ:
550
Тренировочные варианты
20. Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза
водного раствора или расплава этой соли, которые выделились на инертных
электродах.
ФОРМУЛА СОЛИ
А) раствор перхлората лития
Б) раствор фторида натрия
В) расплав хлорида калия
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
1) водород, галоген
2) металл, галоген
3) металл, кислород
4) водород, кислород
Ответ:
Для выполнения задания 21 используйте справочные данные варианта 1.
21. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) Ba(NO3)2; 3) HI;
2) NaHCO3; 4) СО2.
Запишите номера веществ в порядке возрастания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
22.
Установите соответствие между уравнением обратимой реакции и направле¬
нием смещения химического равновесия при повышении концентрации ки¬
слоты.
РЕАКЦИЯ
А) со2 + н2о н+ + нсо;
Б) СаС1+ + ОН“ СаОН+ + СГ
В) А1ОН2+ + Н' А13+ + Н2О
н+
Г) С2Н5ОН С2Н4 + Н2О
НАПРАВЛЕНИЕ
СМЕЩЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО
РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой реакции
2) смещается в сторону обратной реак¬
ции
3) практически не смещается
Ответ:
А Б В Г
Тренировочные варианты
551
23. В реактор постоянного объёма поместили метан и водяной пар. В результате
протекания обратимой реакции
СН4(Г) + Н2О(г) СО(Г) + ЗН2(Г)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходная концентрация метана составила 1,5 моль/л, а равновесные концентра¬
ции метана и водяного пара — 0,9 моль/л и 1,5 моль/л соответственно.
Определите исходную концентрацию водяного пара (X) и равновесную кон¬
центрацию водорода (У):
1) 0,9 моль/л; 4) 1,8 моль/л;
2) 1,2 моль/л; 5) 2,1 моль/л;
3) 1,5 моль/л; 6) 2,4 моль/л.
Ответ:
24. Установите соответствие между формулами веществ и признаком протекаю¬
щей между этими веществами реакции.
ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ
A) H2S и FeCl3
Б)
В)
Г)
КНСО3 и FeCl3
SiS2 и Н2О
K2SiO3 и СО2 (р-р)
ПРИЗНАК РЕАКЦИИ
1) образование белого осадка
2) образование жёлтого осадка
3) образование чёрного осадка
4) образование осадка и выделение газа
5) видимые признаки реакции отсутствуют
Ответ:
25.
Установите соответствие между названием волокна и признаком его класси¬
фикации.
НАЗВАНИЕ ВОЛОКНА
А) вискоза
Б) триацетатное волокно
В) бутадиеновый каучук
КЛАССИФИКАЦИЯ
1) неорганическое
2) синтетическое
3) природное органическое
4) искусственное
Ответ:
А Б В
552
Тренировочные варианты
26. Раствор массой 180 г, содержащий 20% щёлочи, оставили на открытом воз¬
духе. Спустя некоторое время масса раствора уменьшилась в 1,2 раза. Вы¬
числите массовую долю щёлочи (в %) в полученном растворе. (Запишите
число с точностью до целых.)
Ответ: %.
27. Синтез хлороводорода протекает в соответствии с термохимическим уравне¬
нием реакции
Н2(Г) + С12(г) —* 2НС1(г) + 44 ккал
Определите количество теплоты (в ккал), которое выделится в результате об¬
разования 21,5 л (при н. у.) хлороводорода. (Запишите число с точностью до
сотых.)
Ответ: ккал.
28. При растворении 227,5 г смеси железа и калия в воде выделилось 7,84 л газа
(при н. у.). Вычислите массовую долю железа (в %) в исходной смеси. (Запи¬
шите число с точностью до целых.)
Ответ: %.
Часть 2
Для выполнения заданий 29, 30 используйте следующий перечень веществ:
оксид азота(П), сернистый газ, гидрокарбонат калия, серная кислота, нитрит маг¬
ния, перманганат калия. Допустимо использование воды в качестве среды протека¬
ния реакции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает только с образованием двух солей и
кислоты. Одна молекула восстановителя в ходе этой реакции отдает два элек¬
трона. Запишите уравнение только одной из возможных окислительно¬
восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте элек¬
тронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакция
ионного обмена протекает без видимых признаков. Запишите молекулярное,
полное и сокращённое ионные уравнения реакции с участием выбранных ве¬
ществ.
31. Бурый газ, выделившийся при растворении пирита в азотной кислоте, про¬
пустили над нагретым цинком. Твёрдый продукт реакции сплавили с извест¬
няком. Образовавшуюся соль растворили в иодоводородной кислоте.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
Тренировочные варианты
553
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. Органическое вещество А содержит 5,8% водорода, 46,38% кислорода,
10,14% азота и 11,59% серы по массе и образуется в реакции присоединения
серной кислоты к веществу В, имеющему природное происхождение.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства Л;
2) составьте возможную структурную формулу вещества А, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции получения вещества А из вещества В и сер¬
ной кислоты (используйте структурные формулы органических веществ).
34. В 990 г воды растворили 421 г смеси нитрата меди(П) и нитрата серебра(1),
содержащей 40,9% хлорида серебра(1). Через образовавшийся раствор про¬
пускали электрический ток до тех пор, пока на катоде не выделилось 112 л
газа (при н. у.). Массовая доля азотной кислоты в образовавшемся растворе
составила 12,5%. Вычислите отношение числа протонов в ядрах атомов се¬
ребра к числу протонов в ядрах атомов азота в исходной смеси.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).
Вариант 5
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1) А1; 2) Se; 3)N; 4) Sc; 5) С.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
554
Тренировочные варианты
1.
Определите, у атомов каких из указанных в ряду элементов валентные элек¬
троны в возбуждённом состоянии находятся на s-, р- и ^/-подуровнях.
Ответ:
2.
3.
5.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента-
неметалла.
Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения кислотных свойств
их летучих водородных соединений.
Ответ:
Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в со¬
ставе образованных ими анионов с общей формулой ЭО*“ могут иметь оди¬
наковую степень окисления.
Ответ:
Из предложенного перечня выберите два вещества ионного строения, кото¬
рые содержат ковалентные связи, образованные по донорно-акцепторному
механизму:
1) хлорид метиламмония; 4) азотная кислота;
2) тетрагидроксоцинкат калия; 5) сульфат алюминия-калия.
3) карбид кальция;
Среди предложенных формул веществ, расположенных в пронумерованных
ячейках, выберите формулы: А) кислотного оксида; Б) кислоты; В) кислой
соли.
1) Са(НСО3)2
2) СгО3
3) H2Se
4) SiO
5) H2ZnO2
6) NaA102
7) Ва(ОН)2
8) МпО2
9) CaOHCl
А
Б
В
В одну из пробирок с раствором хлорида алюминия добавили раствор слабо¬
го электролита X. В результате реакции наблюдали образование осадка. Во
вторую пробирку добавили вещество У, в результате чего наблюдали сначала
Тренировочные варианты
555
образование осадка, а затем его растворение. Из предложенного перечня вы¬
берите веществами У, которые могут вступать в описанные реакции:
1) Li3PO4;
2) К2СО3;
3) H2S;
4) NH3;
5) Са(ОН)2.
Ответ:
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
A) Sr(OH)2
Б)
В)
Си
SO2
Fe2O3
РЕАГЕНТЫ
1) FeCl3, О3, H2SO4 (конц.)
2) СО2, НС1, Н2О
3) Na2CO3, Н2, НСООН
4) HNO3, H2S, Н2О2
5) SiCl4, Р4, Вг2
Ответ:
О
8. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
А) К2МпО4 и С12
Б) МпО3 и КОН
В) МпО2, КСЮ3 и КОН
Г) К2МпО4 и НС1
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) К2МпО4 и Н2О
2) K2MnO4, КС1 и Н2О
3) MnCl2, Cl2, КС1 и Н2О
4) МпО2 и КС1
5) КМпО4 и Н2О
6) КМпО4 и КС1
Ответ:
А Б В Г
556
Тренировочные варианты
9.
Задана следующая схема превращений веществ:
kno34x4 NO
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) KI;
2) К2О;
3) KNO2;
4) NO2;
5) N2.
Ответ:
10.
Установите соответствие между формулой вещества и названием этого веще¬
ства.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
А) С5Н10О5
Б) (С6Н10О5)„
В) С6Н12О6
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
1) целлюлоза
2) фруктоза
3) рибоза
4) сахароза
Ответ:
А
Б
В
11.
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые не могут суще¬
ствовать в виде цис-транс-ыюмъров:
1) пропилен; 4) пентен-2;
2) 1-фтор-2-хлорэтен; 5) 2-метилгексен-З.
3) изобутилен;
Ответ:
12.
Из предложенного перечня выберите все вещества, при взаимодействии ко¬
торых с водным раствором гидроксида калия образуется органическая соль:
1) хлорэтан;
2) хлорбензол;
3) щавелевая кислота;
4) 1,1-дихлор-1-бромэтан;
5) бензиловый спирт.
Ответ:
Тренировочные варианты
557
13.
Из предложенного перечня выберите два вещества, с которыми взаимодейст¬
вует глицин, но не взаимодействует метиламин:
1) азотистая кислота; 4) метанол;
2) хлорметан; 5) аланин.
3) едкий натр;
Ответ:
14.
Установите соответствие между схемой реакции и веществом Х9 принимаю¬
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИИ
А) X + Н2О —> этанол
Б) X + Н2О —> ацетон
В) X + Н2О этаналь
Г) Х+ Н2О —> этин
ВЕЩЕСТВОМ
1) ацетат калия
2) ацетилен
3) этен
4) пропин
5) ацетиленид натрия
6) пропилен
Ответ:
15.
Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ
ВЕЩЕСТВА
А) СН3СНО и реактив Толленса
Б) СН3СООН и NH3
В) СН3СООН и CH3CH2NH2
ПРОДУКТ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) ацетат аммония
2) уксусная кислота
3) этил ацетат
Г) С1СН2СООН и NH3
4) аминоуксусная кислота
5) ацетат этил аммония
6) этиловый эфир аминоуксусной
кислоты
Ответ:
А Б В Г
558 Тренировочные вариант^
16. Задана следующая схема превращений веществ:
Н20 КМпО4, кон
X —> этиленгликоль > Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами А'и У:
1) С2Н2; 4) С2Н4;
2) СН2(ОК)-СН2(ОК); 5) СН3СООК.
3) КООС-СООК;
17. Из предложенного перечня выберите все реакции поликонденсации:
1) этилен —> полиэтилен;
2) бутадиен-1,3 —> каучук;
3) этиленгликоль + терефталевая кислота лавсан;
4) аланин —> полипептид;
5) фенол + формальдегид —> фенолформальдегидная смола.
Ответ:
18. Из предложенного перечня выберите все суждения, которые несправедливы
для реакции:
Zn + 2Н+ Zn2+ + Н2
1) измельчение цинка уменьшает скорость реакции;
2) увеличение концентрации протонов водорода повышает скорость реакции
3) понижение концентрации катионов цинка уменьшает скорость реакции;
4) использование соляной кислоты вместо плавиковой повышает скорость
реакции;
5) использование концентрированной азотной кислоты вместо концентриро¬
ванной соляной повышает скорость образования водорода.
Ответ:
Тренировочные варианты
559
19. Установите соответствие между уравнением реакции и свойством элемента
углерода, которое он проявляет в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
А) 2НСООН + Са (НСОО)2Са + Н2
Б) СН3ОН -> НСОН + Н2
В) CH3F + С12 -> CH2C1F + HCl
СВОЙСТВО УГЛЕРОДА
1) является окислителем
2) является восстановителем
3) является и окислителем, и вос¬
становителем
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
Ответ:
20. Установите соответствие между формулой вещества и полуреакцией, проте¬
кающей на инертном катоде при электролизе этого вещества.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
А) расплав едкого натра
Б) водный раствор бромида алюминия
В) раствор боксита в расплавленном
криолите
ПОЛУРЕАКЦИЯ НА КАТОДЕ
1) Ме+х> Me
2) 2Н2О + 2ё 2ОН" + Н2
3) 2Н2О-4ё^4Н+ + О2
4) 2НаГ - 2ё На12
Ответ:
Для выполнения задания 21 используйте справочные данные варианта 1.
21. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) фосфорная кислота; 3) дигидрофосфат калия;
2) фосфат калия; 4) гидрофосфат калия.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
560
Тренировочные вариант ?
22.
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную систем)
СаО(тв) + СО2(г) СаСО3(твj + Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого во
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) нагревание
Б) добавление известняка
В) добавление негашёной извести
Г) увеличение объёма
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Ответ:
А
Б
В
Г
23.
В реактор постоянного объёма поместили азот и водород. В результате пр>
текания обратимой реакции
N2(r) + ЗН2(Г) 2NH3(r)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом и_- !
ходная концентрация азота составила 1,0 моль/л, а равновесные концентр;
ции водорода и аммиака — 0,5 моль/л и 1,0 моль/л соответственно.
Определите равновесную концентрацию азота (X) и исходную концентрации
водорода (У):
1)0 моль/л;
2) 0,5 моль/л;
3) 1,0 моль/л;
Ответ:
х
Y
4) 1,5 моль/л;
5) 2,0 моль/л;
6) 2,5 моль/л.
24.
Установите соответствие между названиями веществ и реагентом, с помощь:-
которого можно различить эти вещества.
НАЗВАНИЯ ВЕЩЕСТВ
А) фенол (водный р-р) и анилин
Б) пропин и этилен
РЕАГЕНТ
1) бромная вода
2) хлорид железа(Ш)
Тренировочные варианты
561
25.
В) винилацетилен и дивинил
Г) этанол и глицерин
Ответ:
3) гидроксид диамминсеребра(1)
4) гидрокарбонат калия
5) гидроксид меди(П)
Установите соответствие между названием промышленного процесса и веще¬
ством, получаемым в результате проведения этого процесса.
ПРОМЫШЛЕННЫЙ ПРОЦЕСС
А) изомеризация
Б) дегидроциклизация
В) крекинг гептана
ВЕЩЕСТВО
1) пропилен
2) толуол
3) 2-метилпентан
4) этанол
Ответ:
26.
Вычислите массу безводного осадка (в граммах), выделившегося при охлаж¬
дении 180 г 60%-ного раствора нитрата серебра, если массовая доля соли в
растворе над осадком составляет 53%. (Запишите ответ с точностью до деся¬
тых.)
Ответ:
г.
27. Синтез ортомышьяковистой кислоты протекает в соответствии с термохими¬
ческим уравнением реакции
As2O3(tb) + ЗН2О(ж) —> 2H3AsO3(>K) — 31,6 кДж
Определите массу кислоты (в килограммах), которая образуется в результате
реакции, если поглотилось 142,2 кДж теплоты. (Запишите число с точностью
до тысячных.)
Ответ:
кг.
28. Навеску технической железной окалины, содержащую 25% примесей, рас¬
творили в избытке соляной кислоты. При этом образовалось 57,15 г хлори¬
стого железа. Вычислите массу (в граммах) указанной навески. (Запишите
число с точностью до десятых.)
Ответ:
г.
562
Тренировочные варианть
Часть 2
Для выполнения заданий 29, 30 используйте следующий перечень веществ:
йод, карбонат натрия, оксид фосфора(Ш), сульфит калия, ацетат хрома(Ш), перекись
водорода. Допустимо использование воды в качестве среды протекания реакции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми протекае
окислительно-восстановительная реакция. Одна молекула восстановителя в
ходе этой реакции отдает десять электронов. Запишите уравнение только од¬
ной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием вы¬
бранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и вос¬
становитель.
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакци
ионного обмена протекает с образованием осадка и выделением газа с резкш
запахом. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнение
реакции с участием выбранных веществ.
31. Оксид хрома(1П) нагрели в токе аммиака. Полученное твёрдое вещество рас¬
творили в концентрированном растворе бромоводорода. Образовавшуюся
соль добавили к подкисленному серной кислотой раствору дихромата калия.
Выделившуюся соль хрома и простое вещество обработали раствором едкогс
кали при нагревании.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. При сгорании 502 мг органического вещества А получили 1232 мг углекисло¬
го газа, 0,18 мл воды и 89,6 мл хлороводорода (при н. у.). Известно, что веще¬
ство А образуется в реакции полного гидрохлорирования углеводорода В.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства Л;
2) составьте возможную структурную формулу вещества Л, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции получения вещества Л в результате полного
гидрохлорирования вещества В (используйте структурные формулы орга¬
нических веществ).
Тренировочные варианты 563
34. Растворимость безводного сульфата меди(П) при некоторой температуре со¬
ставляет 18,4 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщен¬
ный раствор сульфата меди(П), растворив в 358,6 г воды необходимое коли¬
чество медного купороса (CuSO4 • 5Н2О). Через этот раствор пропускали
электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 672 мл газа (при
н. у.). В полученный раствор внесли цинковую пластинку. По окончании ре¬
акций массовая доля меди на пластинке составила 18,81%. Найдите массу ис¬
ходной цинковой пластинки.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).
Вариант 6
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1) Si; 2) Mg; 3) Se; 4) Ti; 5) Cl.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
1. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоя¬
нии имеют одинаковое число электронов на внешнем энергетическом уровне.
Ответ:
2. Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента-неме¬
талла.
Расположите выбранные элементы в порядке увеличения значения их ва¬
лентности в летучих водородных соединениях.
Ответ:
3.
4.
Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые имеют
одинаковое значение высшей валентности.
Ответ:
Из предложенного перечня выберите две пары веществ, молекулы которых
содержат только ковалентные полярные связи:
1) SO3 и С2Н6;
2) H2SO4 и Н2О2;
3) Н3РО4 и NH3;
4) СО2 и СН4;
5) NH4C1 и СО.
Ответ:
564
Тренировочные варианты
5,
Среди предложенных веществ, расположенных в пронумерованных ячейках,
выберите: А) несолеобразующий оксид; Б) соль азотистой кислоты; В) амфо¬
терный гидроксид.
1) оксид железа(Ш)
2) KNO3
3) Mg(OH)2
4) Li3N
5) Сг(ОН)2
6) оксид кремния(ГУ)
7) монооксид углерода
8) Ba(NO2)2
9) Н3АЮ3
Ответ:
А
Б
В
6.
Твёрдое вещество X сплавили с карбонатом натрия. В результате реакции выде¬
лился углекислый газ, и образовалось вещество Y. Из предложенного перечня
выберите веществами Y, которые могут участвовать в описанной реакции:
1) оксид алюминия;
2) тетрагидроксоалюминат натрия;
3) диоксид кремния;
4) силикат натрия;
5) оксид натрия.
Ответ:
7.
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
А)
Б)
В)
ВЕЩЕСТВО
FeSO4
Fe2(SO4)3
Cl2
1)
2)
РЕАГЕНТЫ
Sr(OH)2, Вг2, СгС12
Г) AgNO3
3)
4)
5)
Ni, Na2CO3,
H2S, Ва(ОН).
2
К3РО4
NaOH, KF, СО
HNO3, NH3 (р-р), Pb(NO3)2
Ответ:
О
'2?
8.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
А) К2О2 и HCl, t
Б) КСЮ3 и Н2О2
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) КСЮ и Н2О
2) КС1, КСЮ и Н2О
Тренировочные варианты
565
В) КОН и С12, t
Г) КОН и С12О
3) КО, Н2О и 02
4) КСЮ и Н2
5) КС1, КС1О3 и Н2О
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) Na2SO3;
2) Na2S;
3) А1С13 (р-р);
4) Н2О;
5) H2SiO3.
Ответ:
10.
Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой орга¬
нических соединений, к которому (которой) это вещество принадлежит.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
1) алифатические спирты
2) фенолы
3) кетоны
4) ароматические спирты
Ответ:
А Б В
566
Тренировочные варианты
11.
Из предложенного перечня выберите два вещества, молекулы которых не со¬
держат атомов углерода в состоянии sp3 -гибридизации:
12.
1) изопрен; 4) пропин;
2) стирол; 5) дифениловый эфир.
3) циклопропан;
Ответ:
Из предложенного перечня выберите все вещества, вступающие в реакцию с
перманганатом калия:
1) фенол; 4) муравьиная кислота;
2) этиленгликоль; 5) стирол.
3) уксусная кислота;
Ответ:
13.
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые не взаимодей¬
ствуют с фенилаланином:
1) гидрокарбонат лития; 4) диметиловый эфир;
2) хлорид калия; 5) хлорметан.
3) аланин;
Ответ:
14.
Установите соответствие между формулой вещества и углеродсодержащим
продуктом, который преимущественно образуется при нитровании этого ве¬
щества.
ФОРМУЛА
ВЕЩЕСТВА
А) СН3-СН(СН3)-СН2-СН3
Б) СН3-С(СН3)2-СН2-СН3
В) (СН3)2СН-СН3
Г) СН3-СН(СН3)-СН(СН3>СН3
ПРОДУКТ
НИТРОВАНИЯ
1) 2,2-диметил-З-нитробутан
2) 2-метил-З-нитробутан
3) 2-метил-2-нитробутан
4) 2-нитробутан
5) 2,3-диметил-2-нитробутан
6) 2-метил-2-нитропропан
Ответ:
Тренировочные варианты
567
15. Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
А) СН3СООН и Са(ОН)2
1) пропиловый спирт
Б) СН3СН2ОН и Са
В) СН3СН2СООСН3 и Са(ОН)2
Г) (СН3СОО)2Са, t
2) этаноат кальция
3) метиловый спирт
4) этилат кальция
5) пропанон
6) пропилат кальция
Ответ:
А
Б
В
Г
16. Задана следующая схема превращений веществ:
НВг
муравьиный альдегид —> X —> Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) бромметан;
2) бромэтан;
3) метиловый спирт;
4) муравьиная кислота;
5)этанол.
Ответ:
17.
Из предложенного перечня выберите все типы реакций, к которым можно
отнести взаимодействие диоксида углерода с негашёной известью:
1) гетерогенная; 4) обратимая;
2) окислительно-восстановительная; 5) некаталитическая.
3) ионного обмена;
Ответ:
18. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые при¬
водят к повышению скорости реакции гидрирования этаналя:
1) повышение концентрации воды;
2) повышение давления;
3) использование никель-хромового катализатора;
568
Тренировочные вариант^
4) добавление этанола;
5) повышение концентрации уксусного альдегида.
Ответ:
19.
Установите соответствие между уравнением реакции и свойством элемент _
хлора, которое он проявляет в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
СВОЙСТВО ХЛОРА
А) С12 + СО —> СОС12
1) является окислителем
20.
Б) С12 + Вг2 2С1Вг
В) NC13 + ЗН2О -> NH3 + ЗНС1О
Ответ:
2) является восстановителем
3) является и окислителем, и вос¬
становителем
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза,
водного раствора этой соли, которые выделились на инертном аноде.
ФОРМУЛА СОЛИ
А) ацетат натрия
Б) формиат натрия
В) 2-метилпропионат натрия
ПРОДУКТЫ НА АНОДЕ
1) водород, углекислый газ
2) гексан, углекислый газ
3) 2,3-диметилбутан, углекислый газ
4) этан, углекислый газ
Ответ:
А Б В
Для выполнения задания 21 используйте справочные данные варианта 1.
21.
Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) известковая вода; 3) бертолетова соль;
2) поташ;
4) хлорное железо.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
Тренировочные варианты
569
22. Установите соответствие между способом воздействия на равновесную систему
нсоон(ж) + СН3ОН(ж) НСООСН3(ж) + Н2О(Ж) + Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) повышение давления на 10 кПа
Б) добавление серной кислоты
В) добавление метилового спирта
Г) отгонка метилформиата
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Ответ:
А Б В Г
23.
В реактор постоянного объёма поместили монооксид азота и хлор. В резуль¬
тате протекания обратимой реакции
2NO(r) + Cl2(r)^2NOCl(r)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходные концентрации монооксида азота и хлора составили 0,5 моль/л и
1,5 моль/л соответственно, а равновесная концентрация хлора — 1,4 моль/л.
Определите равновесную концентрацию монооксида азота (А) и равновесную
концентрацию нитрозилхлорида (У):
1) 0,1 моль/л;
2) 0,2 моль/л;
3) 0,3 моль/л;
4) 0,4 моль/л;
5) 0,5 моль/л;
6) 0,6 моль/л.
Ответ:
24. Установите соответствие между названиями веществ и реагентом, с помощью
которого можно различить эти вещества.
НАЗВАНИЯ ВЕЩЕСТВ
А) фенол (р-р) и анилин
Б) циклогексанол и глицерин
РЕАГЕНТ
I) К
2) [Ag(NH3)2]OH
570
Тренировочные вариант?
25.
В) циклогексанол и этиламин
Г) этиламин и анилин
3) Си(ОН)2
4) Na2CO3
5) Вг2 (водный р-р)
Ответ:
Установите соответствие между названиями полимера и соответствующе:
ему мономера.
НАЗВАНИЕ ПОЛИМЕРА
А) крахмал
Б) целлюлоза
В) белок
НАЗВАНИЕ МОНОМЕРА
1) этиловый спирт
2) глицин
3) глюкоза
4) глицерин
Ответ:
26.
Вычислите массу воды (в граммах), которую нужно выпарить из 350 г 20%-нс:
раствора соли, чтобы получить раствор, в котором массовая доля соли равна
30%. (Запишите число с точностью до десятых.)
Ответ:
г.
27. Обжиг сульфида цинка протекает в соответствии с термохимическим уравв=
нием реакции
2ZnS(TB ) + ЗО2(г) ► 2ZnO(TB) + 2SO2(r) + 893,5 кДж
Определите объём кислорода (в миллилитрах), приведённый к нормальны!
условиям, который вступает в реакцию, если в результате её протекания вь
деляется 35,74 кДж теплоты. (Запишите число с точностью до целых.)
Ответ:
мл.
28. Вычислите массу бертолетовой соли (в граммах), которую прокалили в пр
сутствии диоксида марганца, если в результате реакции было получен;
13,44 л (при н. у.) кислорода с объёмной долей выхода 80%. (Запишите числ
с точностью до сотых.)
Ответ:
г.
Тренировочные варианты
571
Часть 2
Для выполнения заданий 29,30 используйте следующий перечень веществ:
хромат натрия, нитрат бария, сульфат железа(П), гидроксид натрия, перекись водо¬
рода, серная кислота. Допустимо использование воды в качестве среды протекания
реакции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает без образования осадка и выделения
газа. Одна молекула окислителя в ходе этой реакции принимает два электро¬
на. Запишите уравнение только одной из возможных окислительно¬
восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте элек¬
тронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакция
ионного обмена протекает с изменением цвета раствора. Запишите молеку¬
лярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с участием вы¬
бранных веществ.
31. Твёрдый остаток, образовавшийся при прокаливании малахита, нагрели в
присутствии угля, при этом не наблюдалось образования простого вещества.
Полученное твёрдое вещество растворили в разбавленной серной кислоте, а
образовавшееся простое вещество выделили, высушили и нагрели в токе бу¬
рого газа.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
Cu(OH)2, t
пропилат калия —► Xj —► пропаналь —-——►
XLiOH,.n6 \
2 —► а-хлорпропионовая кислота 5—Х3
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. При сгорании 508 мг органического вещества А получили 537,6 мл (при н. у.)
углекислого газа и 252 мг воды. Известно, что при щелочном гидролизе ве¬
щества А образуется многоатомный спирт и вещество, способное вступать в
реакцию полимеризации.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства Л;
2) составьте возможную структурную формулу вещества Л, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции щелочного гидролиза вещества А в присут¬
ствии гидроксида лития (используйте структурные формулы органических
веществ). *
572
Тренировочные варианты
34. При разложении навески твёрдого нитрата бария образовался твёрдый оста¬
ток, состоящий из нитрита бария и оксида бария. Масса полученного твёрдо¬
го остатка оказалась на 124,8 г меньше массы исходной навески. Твёрдый ос¬
таток внесли в избыток раствора хлорида аммония массой 1297,2 г и немного
нагрели, при этом выделилась смесь газов. Массовая доля хлорида бария в
конечном растворе составила 26%. Определите объёмную долю аммиака в
образовавшейся газовой смеси.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).
Вариант 7
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1)Р; 2) Be; 3)0; 4) Сг; 5) С1.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
Определите, у атомов каких из указанных в ряду элементов в основном со¬
стоянии число неспаренных электронов равно количеству энергетических
уровней.
Ответ:
2.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три /2-элемента.
Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения их электроотрица¬
тельности.
Ответ:
3.
4.
Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые имеют
одинаковое значение высшей степени окисления.
Ответ:
Из предложенного перечня выберите два вещества ионного строения с кова¬
лентной неполярной связью:
1) сульфат аммония; 4) оксалат натрия;
2) формиат бария; 5) пероксид водорода.
3) карбид кальция;
Ответ:
Тренировочные варианты
573
5.
Среди предложенных формул веществ, расположенных в пронумерованных
ячейках, выберите формулы: А) пероксида; Б) основного оксида; В) средней
соли.
1) РЬО2
2) Мп2О7
3) Ва(С1О3)2
4) Са(ОС1)С1
5) Fe2O3
6) [Ag(NH3)2]Cl
7) Rb2O
8) Са3Р2
9) ВаО2
Ответ:
6.
А
Б
В
Газ X поглотили минимально возможным объёмом щёлочи, в результате об¬
разовался раствор вещества Y. Из предложенного перечня выберите вещества
Хи Y, которые могут участвовать в описанной реакции:
1) SO3;
2) Na2SO3;
3) NaHSO3;
4) SO2;
5) Na2SO4.
7.
Ответ:
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
А) СО
Б) А12О3
В) Fe(OH)2
Г) NH3
РЕАГЕНТЫ
1) H2SO4, K2S, NaOH
2) Н2О2, HNO3, СН3СООН
3) НВг, SO2, ВаС12
4) К2СО3, Ва(ОН)2, Cs2O
5) КОН, Cl2, Na2O2
Ответ:
8.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
A) ZnO и Ва(ОН)2 (р-р) 1) Ba[Zn(OH)4]
574
Тренировочные варианты
Б) Zn и Ва(ОН)2 (тв.), t
В) Zn(OH)2 и Ва(ОН)2 (р-р)
Г) Zn и Ва(ОН)2 (р-р)
2)
3)
4)
5)
6)
BaZnO2 и Н2О
Zn(OH)2 и Ва
BaZnO2 и Н2
ВаО и Zn(OH)2
Ba[Zn(OH)4] и Н2
Ответ:
А
Б
В
Г
9.
Задана следующая схема превращений веществ:
X А1Вг3(р.р)
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) К2О;
2) A12S3;
3) КС1;
4) H2S;
5) КОН.
Ответ:
10.
Установите соответствие между названием вещества и его брутто-формулой.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) винилацетилен
Б) винилбензол
1)
2)
В) дивинил
3)
4)
Ответ:
А
Б
В
БРУТТО-ФОРМУЛА
с8н8
С4н.
од
С4Н,
■4
■6
■6
11.
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются меж¬
классовыми изомерами гептановой кислоты:
1) метиловый эфир бензойной кислоты; 4) этилгексаноат;
2) 2-метилгексановая кислота; 5) 3-метилциклогександиол-1,2.
3) пропилбутират;
Ответ:
Тренировочные варианты
575
12.
Из предложенного перечня выберите все вещества, которые вступают с хло¬
ром в реакцию присоединения:
1) метан;
2) акриловая кислота;
3) циклопропан;
4) бензол;
5) этанол.
Ответ:
13.
Из предложенного перечня выберите две группы веществ, при взаимодейст¬
вии которых образуется изопропиламин:
1) пропанол-2 и аммиак;
2) 1-нитропропан и водород;
3) ацетон и аммиак;
4) ацетат изопропиламмония и гидроксид калия;
5) 2-нитропропан, железо и избыток соляной кислоты.
14.
15.
Ответ:
Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) С6Н5-СН2-СООК и КОН, t
1) стирол
Б) С6Н5СООК и КОН, t
2) толуол
В) С6Н6 и СН3-СН2-СН2С1, А1С13
3) кумол
Г) С6Н6 и СН2=СН2, Н3РО4
4) фенол
5) бензол
6) этилбензол
А
Б
В
Г
Ответ:
Установите соответствие между названием реакции и углеродсодержащим
продуктом, который преимущественно образуется в результате этой реакции.
РЕАКЦИЯ
А) дегидратация втор-бутилового
спирта
Б) гидратация бутина-1
ПРОДУКТ РЕАКЦИИ
1) бутанон
2) бутен-2
3) бутаналь
576
Тренировочные варианты
В) гидрирование бутаналя
Г) дегидрирование егаор-бутилового
4) бутанол-2
5) бутен-1
6) бутанол-1
16.
Задана следующая схема превращений веществ:
КМпО4(р_р)
X ацетилен > Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) НО-СН2-СН2-ОН;
2) НСООН;
4) КООС-СООК;
5) КНС2.
3) СН3СН2С1;
Ответ:
17. Из предложенного перечня выберите все гетерогенные реакции:
1) хлорирование пропана;
2) взаимодействие гидроксида меди(П) с соляной кислотой;
3) взаимодействие железа с серой;
4) взаимодействие аммиака с хлороводородом;
5) восстановление диоксида углерода углём.
Ответ:
18. Из предложенного перечня выберите все реакции, скорость которых умень¬
шается при добавлении воды:
1) получение щёлочи из оксида натрия;
2) вытеснение меди из раствора соли железом;
3) растворение железа в соляной кислоте;
5) нейтрализация серной кислоты гидроксидом натрия;
4) гидролиз питьевой соды.
Ответ:
Тренировочные варианты
577
19. Установите соответствие между уравнением реакции и свойством элемента
серы, которое он проявляет в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
A) S + 2H2SO4(Kom) -+ 3SO2 + 2Н2О
Б) Ca(HSO4)2 CaS2O7 + Н2О
СВОЙСТВО СЕРЫ
В) SO2C12 + Н2О -► HOSO2C1 + HCl
1) является окислителем
2) является восстановителем
3) является и окислителем, и вос¬
становителем
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
Ответ:
20. Установите соответствие между веществом и возможным способом его полу¬
чения путём электролиза.
ВЕЩЕСТВО
А) СО2
Б) Na
В) 02
ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ
1) расплава фторида натрия
2) раствора карбоната натрия
3) раствора ацетата натрия
4) раствора сульфида натрия
Ответ:
Для выполнения задания 21 используйте справочные данные варианта 1.
21. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) перхлорат калия; 3) нитрит бария;
2) известковая вода; 4) азотная кислота.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
22.
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
СаО(ТВ) + СО2(Г) СаСО3(тв) + Q
578
Тренировочные вариант^
и направлением смещения химического равновесия в результате этого во
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) уменьшение объёма
Б) добавление твёрдого оксида кальция
В) понижение температуры на 10 К
Г) добавление биокатализатора
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Ответ:
23.
В реактор постоянного объёма поместили хлороводород и кислород. В р.
зультате протекания обратимой реакции
4НС1(г) + О2(г)^2Н2О(г) + 2С1ад
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходная концентрация хлороводорода составила 2,5 моль/л, а равновеснь .
концентрации кислорода и хлора — по 1,0 моль/л.
Определите равновесную концентрацию хлороводорода (X) и исходную ко.-
центрацию кислорода (У):
1) 0 моль/л; 4) 1,5 моль/л;
2) 0,5 моль/л; 5) 2,0 моль/л;
3) 1,0 моль/л; 6) 2,5 моль/л.
Ответ:
24.
Установите соответствие между формулами веществ и реагентом, с помощь
которого можно различить эти вещества.
ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ
А) СН3СООСН3 и НСООСН3
Б) СН3СООН и СН3СН2ОН
В) СН3СНО и СН3ОН
Г) СН3СН2СООН и СН3СООСН3
РЕАГЕНТ
1) НС1
2) Ag
3) [Ag(NH3)2]OH
4) КОН
5) СаСО3
Ответ:
А Б В Г
Тренировочные варианты
579
25. Установите соответствие между формулой полимера и его названием.
ФОРМУЛА ПОЛИМЕРА
НАЗВАНИЕ ПОЛИМЕРА
A) [-CH2-CHF-]„
Б) [-CH2-CF = CH-CH2-]„
1) поливинилфторид
2) фторопрен
В) [-CF2-CF2-]n
3) гексафторпропилен
4) тефлон
Ответ:
А Б В
26.
Вычислите массу 18%-ного раствора сульфата лития (в граммах), массовая
доля соли в котором уменьшается до 10% при добавлении 18 г воды. (Запи¬
шите число с точностью до десятых.)
Ответ: г.
27. Разложение перхлората аммония протекает в соответствии с термохимиче¬
ским уравнением реакции
2NH4C1O4(tb0 N2(r) + Cl2(r) +.2O2(r) + 4Н2О(г) - 378 кДж
Определите объём (в литрах) образовавшейся газовой смеси (при н. у.), если
в результате реакции поглотилось 718,2 кДж теплоты. (Запишите число с
точностью до сотых.)
Ответ:
л.
28. Вычислите объём (в литрах при н. у.) веселящего газа, который образовался
при разложении 40 г аммонийной селитры, содержащей 14% примесей. (За¬
пишите число с точностью до тысячных.)
Ответ:
Часть 2
Для выполнения заданий 29, 30 используйте следующий перечень веществ:
хлорид бария, арсин, серная кислота, азотистая кислота, перманганат калия, гидро¬
ксид натрия. Допустимо использование воды в качестве среды протекания реакции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает с образованием многоосновной ки¬
слоты. Выделения газа в ходе этой реакции не наблюдается. Запишите урав¬
нение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций
с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите
окислитель и восстановитель.
580 Тренировочные вариант
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакпи-
ионного обмена протекает без видимых признаков с образованием раствора,
имеющего слабокислую среду. Запишите молекулярное, полное и сокращёи-
ное ионные уравнения реакции с участием выбранных веществ.
31. Через раствор манганата калия пропустили хлор. Образовавшуюся соль мар¬
ганца выделили, высушили и прокалили. Полученную соль внесли в раствс:
сульфита натрия, а выделившийся газ пропустили через влажный гидроксиг
железа(П).
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
Na2Cr9O7, Н+, t Си(ОН)2,Г
пропилпропионат —► Xj ► Х2 *-
глицин NaOHfll36)
—► пропионовая кислота **Х3 ^^►Х4
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. При сгорании 9,09 кг органического вещества А получили 15,84 кг углеки¬
слого газа, 5,67 кг воды и 1,008 м3 (при н. у.) азота. Известно, что вещество -
имеет симметричное строение и образуется в реакции «серебряного зеркала -
из ароматического соединения В, содержащего первичные атомы углерода в
состоянии 5т?3-гибридизации.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства Л;
2) составьте возможную структурную формулу вещества Л, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции получения вещества Л из вещества В в ходе
реакции «серебряного зеркала» (используйте структурные формулы орга¬
нических веществ).
34. Для приготовления 165,8 мл раствора серной кислоты в первой колбе исполь¬
зовали олеум массой 250 г, массовая доля протонов в ядрах всех атомов в ко¬
тором составляет 50,8%, и воду. Полученный раствор перелили во вторую кол¬
бу со смесью оксида железа(П) и железной окалины, общее число электронов в
которой в 46,6 раз превышает число Авогадро. Объём выделившегося при это:
газа составил 7,84 л (при н. у.). После растворения смеси в колбу добавила
359,4 г воды и получили раствор, содержащий 5% серной кислоты по массе
Вычислите плотность раствора серной кислоты, полученного в первой колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).
Тренировочные варианты 581
Вариант 8
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1)S; 2) Мп; 3) С; 4)N; 5)V.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
1. Определите, у атомов каких из указанных в ряду элементов число электронов
на внешнем ^-подуровне больше числа электронов на внешнем 5-подуровне.
Ответ:
2. Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента-неме¬
талла.
Расположите выбранные элементы в порядке увеличения их атомного радиуса.
Ответ:
Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые имеют
нечетное значение высшей валентности.
Ответ:
Из предложенного перечня выберите два хорошо растворимых в воде веще¬
ства с ковалентной неполярной связью:
1) ромбическая сера; 4) этан;
2) оксалат калия; 5) пероксид водорода.
3) хлорид бария;
Ответ:
5.
Среди предложенных формул веществ, расположенных в пронумерованных
ячейках, выберите формулы: А) кислой соли; Б) средней соли; В) многоос¬
новной кислоты.
1) NH4HCO3
2) HNO3
3) Cu2(OH)2CO3
4) Н2ВеО2
5) MgClBr
6) Fe4[Fe(CN)6]3
7) (СН3СОО)2РЬ
8) CrO2(OH)2
9) KA1(SO4)2
А Б В
Ответ:
582
Тренировочные варианть
6. В одну из пробирок с раствором вещества X добавили вещество Y. В резуль¬
тате реакции наблюдали образование осадка и выделение газа. Во вторую
пробирку добавили бромную воду, в результате чего наблюдали образование
жёлтого осадка. Из предложенного перечня выберите вещества X и У, кото¬
рые могут вступать в описанные реакции:
1) гидросульфид калия; 4) иодид натрия;
2) гидросульфит калия; 5) соляная кислота.
3) хлорид алюминия;
Ответ:
7. Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
A) SO2
Б) H2S
В) S
Г) H2SO4 (конц.)
РЕАГЕНТЫ
1) Na2S, Li2[Zn(OH)4], КОН
2) Са(ОН)2, А1, СО2
3) О2, С12, СН3СООН
4) HNO3, КОН, С
5) КМпО4 (р-р), FeCl3 (р-р), H2S
Ответ:
A
Б
В
Г
8.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
A) FeCO3, Г
Б) Fe3O4 и СО, t
В) Fe, О2 и Н2О
Г) Fe3O4 и Fe, t
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) Fe2O3 и СО2
2) Fe(OH)2
3) Fe2O3
4) FeO
5) Fe(OH)3
6) FeO и CO2
Ответ:
А Б В Г
Тренировочные варианты
583
9. Задана следующая схема превращений веществ:
х Y
Си -> СиО -» Си
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) NH3;
2) N2;
3) Н2О;
4) NO2;
5) СО2.
Ответ:
10.
Установите соответствие между общей формулой класса/группы органиче¬
ских соединений и названием функциональной группы, входящей в состав
молекулы.
ОБЩАЯ ФОРМУЛА
A) R-CHO
Б) R-C(O)-R’
В) R-COO-R’
НАЗВАНИЕ
ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ГРУППЫ
1) гидроксильная
2) карбонильная
3) карбоксильная
4) сложноэфирная
Ответ:
А
Б
В
11.
Из предложенного перечня выберите два вещества, молекулы которых со¬
держат ровно две л-связи:
1) ацетон; 4) винилацетат;
2) этиленгликоль; 5) диэтиловый эфир.
3) пропин;
Ответ:
12.
Из предложенного перечня выберите все вещества, которые взаимодейству¬
ют и с хлороводородом, и с натрием:
1) этиленгдиколь; 4) пропеновая кислота;
2) пропин; 5) винилхлорид.
3) уксусная кислота;
Ответ:
584
Тренировочные вариант^
13.
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые вступают в реак¬
цию с гидроксидом меди(П) с образованием кирпично-красного осадка:
1) рибоза;
2) фруктоза;
3) целлюлоза;
Ответ:
4) сахароза;
5) лактоза.
14.
Установите соответствие между названием реакции и углеродсодержащи*
продуктом, который преимущественно образуется в результате этой реакции
РЕАКЦИЯ
А) тримеризация пропина
Б) дегидроциклизация
2,4-диметилгептана
В) димеризация этина
Г) гидрирование стирола
ПРОДУКТ РЕАКЦИИ
1) винилацетилен
2) бензол
3) фенилацетилен
4) винилбензол
5) этилбензол
6) 1,3,5-триметилбензол
Ответ:
15.
Установите соответствие между схемой реакции и веществом X принимаю¬
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИИ
А) пропиловый спирт + X —> пропионат калия
Б) пропаналь + X —* пропанол-1
В) пропанон + X —> изопропиловый спирт
Г) пропанол-1 + Х—> пропилат калия
ВЕЩЕСТВОМ
1) Н2
2) К
3) CuO
4) КМпО4 (р-р)
5) Н2О
6) КОН
Ответ:
А Б В Г
16. Задана следующая схема превращений веществ:
изопропиламин —> X —♦ Y —> кумол
Тренировочные варианты~ ~ 585
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) пропин; 4) пропан;
2) пропанол-2; 5) пропен.
3) 1-хлорпропан;
х
Y
17. Из предложенного перечня выберите все вещества, реакции разложения ко¬
торых являются окислительно-восстановительными:
1) бромид диметиламмония; 4) перманганат калия;
2) нитрат аммония; 5) нитрат железа(П).
3) гидрокарбонат аммония;
Ответ:
18. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые при¬
водят к увеличению скорости реакции сероводорода с концентрированной
азотной кислотой:
1) нагревание;
2) повышение концентрации бурого газа;
3) повышение концентрации гидроксида азота(У);
4) добавление воды;
5) увеличение количества молекул сероводорода в единице объёма.
Ответ:
19. Установите соответствие между уравнением реакции и изменением степени
окисления восстановителя в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ
ОКИСЛЕНИЯ
ВОССТАНОВИТЕЛЯ
A) NH4NO3 N2O + 2Н2О 1) -3 -+ +1
Б) РН3 + 2I2 + 2Н2О Н3РО2 + 4HI 2) -4 -+ +2
В) 2NH3 + 2СН4 + ЗО2 -► 2HCN + 6Н2О 3) -4 -> +1
4) +3 +1
А Б В
Ответ:
586
Тренировочные варианть
20. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электро¬
лиза этого вещества, которые выделились на инертных электродах.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
А) водный раствор Ca(NO3)2
Б) водный раствор HNO3
В) расплав NaOH
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
1) металл, кислород, вода
2) металл, кислород
3) водород, кислород
4) водород, оксид азота(1У), кислород
Ответ:
Для выполнения задания 21 используйте справочные данные варианта 1.
21. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) серная кислота; 3) едкое кали;
2) стеарат натрия; 4) масляная кислота.
Запишите номера веществ в порядке возрастания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
22. Установите соответствие между уравнением обратимой реакции и воздейст¬
виями на равновесную систему, каждое из которых приводит к смещению
равновесия в сторону обратной реакции.
РЕАКЦИЯ
А) С6Н12 С6Н6 + ЗН2
Б) СО + 2Н2 СН3ОН
В) 2NH3 N2 + ЗН2
ВОЗДЕЙСТВИЕ на систему
1) уменьшение объёма и уменьше¬
ние концентрации водорода
2) уменьшение объёма и увеличе¬
ние концентрации водорода
3) увеличение объёма и уменьше¬
ние концентрации водорода
4) увеличение объёма и увеличение
концентрации водорода
Тренировочные варианты
587
23.
В реактор постоянного объёма поместили йод и водород. В результате проте¬
кания обратимой реакции
Й2(Г) + ^(г) 2Н1(г)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходная концентрация водорода составила 8,0 моль/л, а равновесные концен¬
трации водорода и йода — 5,0 моль/л и 3,0 моль/л соответственно.
Определите исходную концентрацию йода (X) и равновесную концентрацию
иодоводорода (У):
1)0 моль/л; 4) 4,5 моль/л;
2) 1,5 моль/л; 5) 6,0 моль/л;
3) 3,0 моль/л; 6) 7,5 моль/л.
Ответ:
24. Установите соответствие между формулами веществ и реагентом, с помощью
которого можно различить эти вещества.
ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ
А) ВеО и MgO
Б) Na3PO4 и К2СО3
В) NH3 и СО2
Г) AgCl и Zn(OH)2
РЕАГЕНТ
1) LiOH (р-р)
2) ВаВг2
3) фенолфталеин
4) Н2О
5) КС1
Ответ:
А Б В Г
25. Установите соответствие между веществом и областью его применения.
ВЕЩЕСТВО ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
A) Na2O2 1) металлургическая промышленность
Б) Н2 2) создание инертной атмосферы
В) N2 3) водоподготовка
4) регенерация кислорода в дыхательных системах
А Б В
Ответ:
588
Тренировочные варианть
26. Вычислите массу безводной соли (в граммах), выпавшей в осадок при охлаж¬
дении 300 г 13%-ного раствора соли до комнатной температуры, если массо¬
вая доля соли в растворе уменьшилась до 8%. (Запишите число с точностью
до десятых.)
Ответ: , г.
27. Образование ортофосфата кальция протекает в соответствии с термохимиче¬
ским уравнением реакции
ЗСаО(ТВ) + Р2О5СГВ.) Са3(РО4)2(ТВ.) + 739 кДж
Определите количество теплоты (в кДж), которое выделится в результате об¬
разования 1,86 кг фосфорита. (Запишите число с точностью до целых.)
Ответ: кДж.
28. Вычислите объём (при н. у.) водорода (в литрах), необходимый для высоко¬
температурного восстановления оксида хрома(Ш), если в результате реакции
получили 65 г хрома с выходом 50%. (Запишите число с точностью до це¬
лых.)
Ответ: л.
Часть 2
Для выполнения заданий 29,30 используйте следующий перечень веществ:
перманганат калия, алюминий, хлорид хрома(Ш), гидроксид калия, нитрат калия,
гидрокарбонат натрия. Допустимо использование воды в качестве среды протека¬
ния реакции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает с образованием комплексной соли и
выделением газа с резким запахом. Запишите уравнение только одной из
возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных
веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстанови¬
тель.
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакция
ионного обмена протекает с образованием осадка и выделением газа. Запи¬
шите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с уча¬
стием выбранных веществ.
31. Трихлорид йода растворили в концентрированной азотной кислоте. Получен¬
ную кислородсодержащую кислоту выделили, выпарили и прокалили. Над
нагретым продуктом реакции пропустили угарный газ. Твёрдый продукт ре¬
акции растворили в горячей известковой воде.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
Тренировочные варианты
589
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
az г Ва(ОН)2 az xz Н2, Ni
синтез-газ —►Xj —► метилбензоат —-—Х2 —►Хз —‘—•- Х4
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. При сгорании 1697,5 мг органического вещества А получили 1,54 г углеки¬
слого газа и 784 мл хлороводорода (при н. у.). Известно, что вещество А мо¬
жет существовать в виде г/ш>т/>ш/с-изомеров, все атомы хлора находятся у
двух соседних атомов углерода и в молекуле имеются атомы углерода в со¬
стоянии 5р3-гибридизации.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства^;
2) составьте возможную структурную формулу вещества А, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции хлорирования вещества А (используйте
структурные формулы органических веществ).
34. Углекислый газ пропустили через раствор гидроксида калия. При выпарива¬
нии полученного раствора образовался твёрдый остаток, отношение атомов
водорода к атомам калия в котором равно 1:6. Полученный твёрдый остаток
прокалили, а образовавшуюся соль внесли в избыток 1,2 кг 51%-ного раство¬
ра ацетата алюминия. Объём выделившегося в результате реакции газа ока¬
зался на 11,2 л (при н. у.) меньше объёма исходного углекислого газа. Найди¬
те массовую долю атомов алюминия в конечном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).
Вариант 9
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1) С; 2) Na; 3)А1; 4) Li; 5)0.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
590
Тренировочные варианты
1.
2.
3.
Определите элементы, у которых общее число 5-электронов меньше общего
числа /?-электронов.
Ответ:
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые
в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева находятся
в одном периоде.
Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения значения их выс¬
шей валентности.
Ответ:
Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в со¬
ставе образованных ими соединений проявляют переменную степень окисле¬
ния.
Ответ:
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые имеют тот же
тип кристаллической решётки, что и сахароза:
1) карборунд;
2) хлорид аммония;
3) фуллерен;
4) гексафторид серы;
5) песок.
Ответ:
5.
Среди предложенных названий веществ, расположенных в пронумерованных
ячейках, выберите названия: А) гидроксида; Б) средней соли; В) соли уголь¬
ной кислоты.
Соль двухосновной кислоты X добавили к раствору вещества Y. При этом в
пробирке протекла реакция, которую описывает сокращённое ионное урав¬
нение
Ва2+ + HSO4 -> BaSO4 + Н
Тренировочные варианты
591
Из предложенного перечня выберите вещества X и Y, которые могут вступать
в описанную реакцию:
1) Ва(ОН)2;
2) ВаС12;
3) KHSO4;
4) Pb(HSO4)2;
5) Ba(NO2)2.
8.
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
РЕАГЕНТЫ
1) NO2, MgCl2, HNO3
2) KHS, Fe, Na2Cr2O7
3) NaCl, H2, H2SO4
4) HNO3, S, LiOH
5) Na2O, C, K2CO3
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ
ВЕЩЕСТВА
А) СаО2 и СО2
Б) СаО и С, Г
В) СаСО3, t
Г) СаСО3 и С, t
ПРОДУКТЫ
РЕАКЦИИ
1) СаО и СО
2) СаСО3 и О2
3) Са, СО и О2
4) СаСО3
5) СаС2 и СО
6) СаО и СО2
Ответ:
А Б В Г
592
Тренировочные варианты
9. Задана следующая схема превращений веществ:
NH3(p_p)
FeS -► X -» Y —Fe(OH)3
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) FeO; 4) Fe;
2) Fe(OH)2; 5) Fe2O3.
3) Fe(NO3)3
Ответ:
10. Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой орга¬
нических соединений, к которому (которой) это вещество принадлежит.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
? .0
A) /yC-N-CH2-C=0H
^NH Н
Б) HS-CH2-CH-C?§H
nh2
КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ
1) аминокислоты
2) вторичные амины
3) дипептиды
4) первичные амины
В) н>~снг-сн;-?н-<н
nh2
11. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются меж¬
классовыми изомерами циклогексанола:
1) изопропилциклопропиловый эфир; 4) 2-метилциклопентанол;
2) гексаналь; 5) гексанол-3.
3) фенол;
Ответ:
Тренировочные варианты
593
12.
Из предложенного перечня выберите все вещества, гидрохлорирование кото¬
рых протекает по правилу Марковникова:
1) этанол; 4) бутен-1;
2) 3-нитропропен; 5) пропин.
3) З-хлорпентен-1;
Ответ:
13.
Из предложенного перечня выберите два соединения, которые вступают в
реакцию с веществом, формула которого
О
н2с-о-с-сн-с14н29
О nh2
нс-о-с-сн-с16н31
о nh2
н2с-о-с-сн-с14н29
nh2
с образованием продукта ионного строения:
1) гидроксид кальция; 4) соляная кислота;
2)водород; 5) кислород.
3) вода;
Ответ:
14.
Установите соответствие между названием реакции и углеродсодержащим
продуктом, который преимущественно образуется в результате этой реакции.
НАЗВАНИЕ РЕАКЦИИ
А) реакция Кучерова для гексина-1
Б) реакция Коновалова для гексана
В) реакция Вюрца для 2-хлорпропана
Г) реакция Кольбе для бутирата калия
ПРОДУКТ РЕАКЦИИ
1) 2-нитрогексан
2) гексанон-2
3) бутан
4) 2,3-диметил бу тан
5) гексаналь
6) н-гексан
Ответ:
594
Тренировочные варианты
15. Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который образуется при взаимодействии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ
ВЕЩЕСТВА
А) СН3СНО, КМпО4 и КОН
Б) СН3СНС12 и КОН (изб. водн. р-ра)
В) СН3СООСН2СН3 и КОН (р-р)
Г) СН3СС13 и КОН (изб. водн. р-ра)
ПРОДУКТ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) формиат калия
2) уксусный альдегид
3) метанол
4) ацетат калия
5) этилат калия
6) уксусная кислота
Ответ:
16. Задана следующая схема превращений веществ:
бромная вода
(СН2С1)2 >
Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами ХиУ:
1) 1,1-дибромэтан;
2) 1,1,2,2-тетрабромэтан;
3) ацетилен;
4) этилен;
5) бромэтан.
Ответ:
17. Из предложенного перечня выберите все обратимые реакции:
1) разложение гидрокарбоната кальция;
2) этерификация бензойной кислоты и бензилового спирта;
3) получение аммиака из простых веществ;
4) нейтрализация уксусной кислоты содой;
5) гидролиз хлорида натрия.
Ответ:
Тренировочные варианты 595
18. Из предложенного перечня выберите все реакции, скорость которых выше
скорости реакции железа с соляной кислотой.
1) NaCl^ и AgNO3([>p) 4) КОН^ и H2SO4(p.p)
2) Zn(TB) и HCl^ 5) KNO3(p.p) и ВаС12(р.р)
3) Си(тв) и S(TB)
Ответ:
19. Установите соответствие между уравнением реакции и свойством элемента
фосфора, которое он проявляет в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
А) ЗРС13 + КС1О3 -> ЗРОС13 + КС1
Б) РН3 + НС1О4 -> РН4С1О4
В) Н3РО2 + 2Zn + 4НС1 РН3 +
+ 2ZnCl2 + 2Н2О
СВОЙСТВО ФОСФОРА
1) является окислителем
2) является восстановителем
3) является и окислителем, и вос¬
становителем
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
Ответ:
А Б В
20. Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза
водного раствора этой соли, которые выделились на инертных электродах.
ФОРМУЛА СОЛИ
A) Na2S
Б) CuSO4
В) K2SO3
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
1) металл, сера
2) водород,сера
3) металл, кислород
4) водород, кислород
Ответ:
А Б В
596
Тренировочные варианты
Для выполнения задания 21 используйте справочные данные варианта 1.
21.
Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) KA1(SO4)2;
2) A12(SO4)3;
3) K2SO4;
4) H2SO4.
Запишите номера веществ в порядке возрастания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
22.
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную систему
<Р) + Н2О(Ж) АЮН^р) + Н^.р) - Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ на систему
А) понижение давления
Б) добавление соляной кислоты
В) понижение температуры
Г) повышение концентрации хлорида
алюминия
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Ответ:
23.
В реактор постоянного объёма поместили диоксид серы и кислород. В ре¬
зультате протекания обратимой реакции
2SO2(r) + О2(Г) 2SO3(r)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходная концентрация кислорода составила 3,4 моль/л, а равновесные концен¬
трации диоксида серы и триоксида серы — по 3,4 моль/л.
Определите исходную концентрацию сернистого газа (X) и равновесную кон¬
центрацию кислорода (У):
1)0 моль/л; 4) 5,1 моль/л;
2) 1,7 моль/л;
3) 2,55 моль/л;
X Y
5) 6,8 моль/л;
6) 10,2 моль/л.
Ответ:
Тренировочные варианты
597
24. Установите соответствие между веществами и признаком реакции, проте¬
кающей между этими веществами.
ВЕЩЕСТВА
А) белок, CuSO4 и NaOH
Б) белок и HNO3 (конц.)
В) фенол и FeCl3
Г) муравьиная кислота и Cu(OH)2, t
ПРИЗНАК РЕАКЦИИ
1) образование белого осадка
2) образование кирпично-красного
осадка
3) образование голубого осадка
4) жёлтое окрашивание
5) фиолетовое окрашивание
Ответ:
25s
Установите соответствие между технологическим аппаратом и получаемым в
нём веществом.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АППАРАТ
А) ректификационная колонна
Б) колонна синтеза
В) поглотительная башня
ПОЛУЧАЕМОЕ ВЕЩЕСТВО
1) оксид серы(1У)
2) аммиак
3) керосин
4) олеум
Ответ:
А Б В
26. Вычислите массу диэтилового эфира (в граммах), которую нужно добавить к
250 г 70%-ного раствора бензола в диэтиловом эфире, чтобы массовая доля
бензола понизилась до 50%. (Запишите число с точностью до целых.)
Ответ:
27. Вычислите тепловой эффект реакции (в кДж) спиртового брожения глюкозы,
если при образовании 10,08 л (при н. у.) углекислого газа выделилось
15570 Дж тепла. (Запишите число с точностью до десятых.)
Ответ: кДж.
28. При прокаливании 420 г магнезита получили 53,76 л (при н. у.) углекислого
газа. Вычислите массовую долю (в %) карбоната магния в указанном магне¬
зите. (Запишите число с точностью до целых.)
Ответ:
%.
598
Тренировочные варианты
Часть 2
Для выполнения заданий 29,30 используйте следующий перечень веществ:
нитрат натрия, серная кислота, хлорид калия, гидрофосфат калия, хлорат калия,
гидроксид калия. Допустимо использование воды в качестве среды протекания ре¬
акции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает с выделением газа и образованием
кислой соли. Запишите уравнение только одной из возможных окислительно¬
восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте элек¬
тронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакция
ионного обмена протекает с образованием двух кислых солей. Запишите мо¬
лекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с участием
выбранных веществ.
31. Нитрат железа(П) прокалили. Твёрдый остаток сплавили с оксидом бария.
Полученную твёрдую соль растворили в избытке серной кислоте. Осадок от¬
фильтровали, а через фильтрат пропустили сернистый газ.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
НВг
диацетат этиленгликоля —► X! ► Х2 —►
1 П 2CH-1I Д7- KOHr r \ дг
—► 1,2-диаминоэтан —Х3 — (изб->» Х4
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. Органическое вещество А содержит 36% углерода, 6% водорода, 14% азота и
12% магния по массе и образуется при растворении металла в веществе В
природного происхождения.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще-,
ства Л;
2) составьте возможную структурную формулу вещества А, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции получения вещества А в результате раство¬
рения металла в веществе В (используйте структурные формулы органи¬
ческих веществ).
Тренировочные варианты 599
34. Смесь гексагидрата хлорида алюминия и декагидрата карбоната натрия рас¬
творили в 1,5 кг воды. По окончании реакции раствор отфильтровали. Через
фильтрат пропускали электрический ток до прекращения выделения хлора.
Объём газа, выделившегося на катоде, превысил объём газа, выделившегося
при растворении кристаллогидратов в воде, в 3 раза, а образовавшийся во
время электролиза осадок полностью растворился к окончанию реакции. Вы¬
числите массовую долю щёлочи в конечном растворе, если известно, что
суммарная масса воды в смеси кристаллогидратов составляет 237,6 г.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).
Вариант 10
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1) Сг;
2) N;
3) Р;
4) S;
5) К.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
1. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоя¬
нии имеют одинаковую конфигурацию внешнего энергетического уровня.
Ответ:
2. Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента-неме¬
талла.
Расположите выбранные элементы в порядке увеличения их атомного радиуса.
Ответ:
3. Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в со¬
ставе образованных ими анионов с общей формулой ЭО*~ могут иметь оди¬
наковую степень окисления.
Ответ:
4. Из предложенного перечня выберите два вещества ионного строения, содер¬
жащие ровно две л-связи:
1) фосфат калия;
2) карбид кальция;
3) хлорид бария;
4) углекислый газ;
5) сульфат магния.
Ответ:
600
Тренировочные варианты
5.
Среди предложенных формул веществ, расположенных в пронумерованных
ячейках, выберите формулы: А) амфотерного оксида; Б) кислотного оксида;
В) соли сероводородной кислоты.
1) N2O
2) Na2SO3
3) CaO2
4) Na2O2
5) BeO
6) FeSO4
7) Ca(HS)2
8) CO
9) B2O3
A
Ответ:
Б
В
6.
В пробирку с раствором соли X добавили раствор вещества У. При этом в
пробирке произошла реакция, которую описывает сокращённое ионное урав¬
нение
Н2РО4 + 2ОН“ -> POt + 2Н2О
Из предложенного перечня выберите вещества X и У, которые могут вступать
в описанную реакцию:
1) дигидрофосфат аммония;
2) дигидрофосфат кальция;
3) дигидрофосфат калия;
4) гидроксид бария;
5) гидроксид натрия.
Ответ:
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
A) HNO3
Б) СО2
В) Ва(ОН)2
Г) Са(НСО3)2
РЕАГЕНТЫ
1) HF, NaOH, К3РО4
2) Н2, КОН, Na2SO4
3) Р, Na2CO3, Fe(NO3)3
4) С, Mg, К2СО3 (р-р)
5) Са(ОН)2, H2SO4, KNO3
A
Б
В
Г
Ответ:
Тренировочные варианты
601
8.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
А) ВаО2 и H2SO4 (разб.), t
1) BaSO4, Н2О и О2
Б) ВаО и Н2О
2) BaSO4 и Н2О2
В) ВаН2 и Н2О
3) Ва(ОН)2
Г) Ва(ОН)2 и H2SO4 (конц.)
4) BaSO4 и Н2О
5) BaSO4, SO2 и Н2О
6) Ва(ОН)2 и Н2
А Б В Г
Ответ:
9.
Задана следующая схема превращений веществ:
■АГ ^2(нед.)
H2SO4 -> Y —-+ S
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) SO2;
2) KI;
3) H2S;
Ответ:
4) КС1;
5) K2S.
10.
Установите соответствие между названием вещества и его формулой.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А)хлоропрен
Б) хлороформ
В) фосген
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
1) СС14
2) СОС12
3) СНС13
4) С4Н5С12
Ответ:
А Б В
602
Тренировочные варианты
11. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые могут существо¬
вать в виде цисчпранс-изомеров:
1) 1,2-дифторбутен-1; 4) акриловая кислота;
2) гексен-2; 5) 2,3-диметилбутен-2.
3) винилхлорид;
Ответ:
12. Из предложенного перечня выберите все вещества, при взаимодействии ко¬
торых с раствором перманганата калия в присутствии серной кислоты на¬
блюдается выделение углекислого газа:
1)толуол; 4)стирол;
2) пропанол-1; 5) кумол.
3) метанол;
Ответ:
13. Из предложенного перечня выберите два вещества, при взаимодействии ко¬
торых с азотистой кислотой наблюдается выделение азота:
1) диметиламин; 4) триэтил амин;
2)анилин; 5) изопропиламин.
3) фенилаланин;
Ответ:
14. Установите соответствие между названием вещества и углеродсодержащим
продуктом, который преимущественно образуется при монохлорировании
этого вещества.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) 2-метилбутан
Б) изопрен
В) 1,1-диметилциклопропан
Г) 2-метилбутен-2
ПРОДУКТ
МОНОХЛОРИРОВАНИЯ
1) 2-метил-1,4-дихлорбутен-2
2) 2-метил-2,3-дихлорбутан
3) 2-метил-1,3-дихлорбутан
4) 2-метил-1-хлорбутан
5) 2-метил-2-хлорбутан
6) 3-метил-1,3-дихлорбутан
Ответ:
А Б В Г
Тренировочные варианты
603
15. Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который образуется при взаимодействии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) 2-хлорпропаналь и гидроксид
меди(П)
Б) З-хлорбутен-1, КМпО4 и H2SO4
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) 2-хлорпропионовый альдегид
2) 2-хлорпропанол-1
В) хлорацетальдегид и гидроксид
меди(П)
Г) 2-хлорпропанол-1 и CuO
3) хлоруксусная кислота
4) 2-хлорпропан
5) а-хлорпропионовая кислота
6) 1-хлорэтанол-1
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) толуол; 4) л/-нитротолуол;
2) тринитротолуол; 5) анилин.
3) нитробензол;
Ответ:
17. Из предложенного перечня выберите все типы реакций, к которым можно
отнести взаимодействие натрия с водой:
1) окислительно-восстановительная; 4) каталитическая;
2) экзотермическая; 5) обмена.
3) реакция нейтрализации;
Ответ:
18. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые при¬
водят к увеличению скорости реакции получения оксида азота(П) из аммиака.
1) добавление платины;
2) использование избытка кислорода;
3) уменьшение температуры;
604
Тренировочные варианты
4) увеличение концентрации оксида азота(П);
5) увеличение давления.
Ответ:
19.
Установите соответствие между уравнением реакции и свойством элемента
серы, которое он проявляет в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
A) H2S+Na2S^2NaHS
1)
СВОЙСТВО СЕРЫ
является окислителем
Б) 3S + 6К0Н 2K2S + K2SO3 + ЗН2О 2)
является восстановителем
В) 2NaNO2 + 2NaI + 4H2SO4
-> 2NO +12 + 4NaHSO4 + 2H2O
3)
является и окислителем, и вос¬
становителем
4)
не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
Ответ:
20.
Установите соответствие между формулой
соли и продуктами электролиза
водного раствора этой соли, которые выделились на инертных электродах.
ФОРМУЛА СОЛИ
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
А) КС1О4
Б) NaF
В) СиС12
1)
2)
3)
4)
металл, кислород
металл, галоген
водород, кислород
водород, галоген
Ответ:
Для выполнения задания 21 используйте справочные данные варианта 1.
21. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) сульфат цезия;
2) гидроксид серы(У1);
3) гидрокарбонат калия;
4) нитрат бериллия.
Запишите номера веществ в порядке возрастания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
Тренировочные варианты
605
22.
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
2Н1(Г) Н2(г) + 12(Г) + Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
А) возгонка твёрдого йода
Б) уменьшение температуры
23.
В реактор постоянного объёма поместили азот и водород. В результате про¬
текания обратимой реакции
2NH3(r) N2(r) + ЗН2(г)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходные концентрации азота и водорода составили 16,1 моль/л и 9,2 моль/л
соответственно, а равновесная концентрация водорода — 2,3 моль/л.
Определите равновесную концентрацию азота (X) и равновесную концентра¬
цию аммиака (К):
1) 2,3 моль/л;
2) 4,6 моль/л;
3) 6,9 моль/л;
Ответ:
4) 9,2 моль/л;
5) 11,5 моль/л;
6) 13,8 моль/л.
24.
Установите соответствие между формулами вещества и реагентом, с помо¬
щью которого можно различить эти вещества.
ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ
A) Mg3(PO4)2 и А12О3
Б) H2S (р-р) и Na2S (р-р)
В) СгО3 и Си2О
1)
2)
3)
Си
РЕАГЕНТ
FeCl3 (тв.)
С12
606
Тренировочные варианты
25.
Г) НВг (р-р) и Н2О
4) NaOH (р-р)
5) KNO3 (тв.)
Ответ:
А
Б
В
Г
Установите соответствие между названием вещества и реакцией его полу¬
чения.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
РЕАКЦИЯ ПОЛУЧЕНИЯ
А) полиэтилентерефталат
Б) дивиниловый каучук
В) бензилбензоат
1) полимеризация
2) этерификация
3) вулканизация
4) поликонденсация
Ответ:
А
Б
В
26.
27.
28.
Вычислите массу безводной соли (в граммах), выпавшей в осадок, при охла¬
ждении 125 г горячего 40%-ного раствора соли до комнатной температуры,
если насыщенный при комнатной температуре раствор содержит 10% соли по
массе. (Запишите число с точностью до сотых.)
Ответ: г.
Разложение пиролюзита протекает в соответствии с термохимическим урав¬
нением реакции
ЗМпО2(та) -> Мп3О4(тв) + О2(г) - 201,55 кДж
Определите массу диоксида марганца (в граммах), вступившего в реакцию,
если в результате реакции поглотилось 806,2 кДж теплоты. (Запишите число
с точностью до целых.)
Ответ: г.
Вычислите объём (в миллилитрах при н. у.) сероводорода, образующегося
при окислении 66,4 г иодида калия избытком концентрированной серной
кислоты, если выход газа составляет 65%. (Запишите число с точностью до
целых.)
Ответ:
мл.
Тренировочные варианты 607
Часть 2
Для выполнения заданий 29,30 используйте следующий перечень веществ:
серная кислота, гидроксид стронция, гидросульфид калия, гидроксид железа(Ш),
нитрит калия, перманганат натрия. Допустимо использование воды в качестве сре¬
ды протекания реакции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает с обесцвечиванием раствора. В ходе
протекания этой реакции не наблюдается образования не растворимого в во¬
де вещества. Запишите уравнение только одной из возможных окислительно¬
восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте элек¬
тронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакция
ионного обмена протекает с образованием двух солей. Запишите молекуляр¬
ное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с участием выбранных
веществ.
31. Бромид фосфора(Ш) внесли в подкисленный серной кислотой раствор хрома¬
та натрия. Полученное простое вещество добавили в холодный раствор гид¬
роксида бария. Кислородсодержащую соль выделили и внесли в разбавлен¬
ный раствор, образовавшийся при растворении серы в горячей концентриро¬
ванной азотной кислоте.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
х, с'2’^ х2 кон!нао» Х3 — фенол [|Р°||ИЛен^ТО>
—► Х4 —► /7-гидроксибензойная кислота
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. При сжигании вещества А природного происхождения массой 2,64 г получе¬
но 1,792 л углекислого газа (при н. у.), 1,44 г воды и 448 мл азота (при н. у.).
При гидролизе вещества А в присутствии соляной кислоты образуется только
одна соль.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства Л;
2) составьте возможную структурную формулу вещества А, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции гидролиза вещества А в присутствии соля¬
ной кислоты (используйте структурные формулы органических веществ).
608 Тренировочные варианты
34. Электролиз 44,7 г 40%-ного раствора хлорида калия продолжали до тех пор,
пока на катоде не выделилось 2,912 л газа (при н. у.). К образовавшемуся рас¬
твору при небольшом нагревании добавили 8,52 г оксида фосфора(У), полу¬
ченный раствор охладили. Вычислите массу шестиводной соли калия, вы¬
павшей в осадок, если растворимость безводной соли при данной температу¬
ре равна 85,75 г на 100 г воды.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).
Вариант 11
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
l)Fe; 2) В; 3)N; 4) Вг; 5) V.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоя¬
нии содержат нечетное число нейтронов в ядре.
Ответ:
2.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три ^-элемента.
Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения их электроотрица¬
тельности.
Ответ:
Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в со¬
единениях могут проявлять степень окисления -3.
Ответ:
Из предложенного перечня выберите два вещества ионного строения с кова¬
лентной неполярной связью:
1) этиленгликолят калия; 4) йод;
2) хлорид аммония; 5) серный колчедан.
3) ацетилен;
Ответ:
Тренировочные варианты
609
6.
Среди предложенных формул веществ, расположенных в пронумерованных
ячейках, выберите формулы: А) кислотного оксида; Б) соли азотистой кисло¬
ты; В) основной соли.
1) Sr(NO2)2
2) (A1(OH)2)2SO4
3) K[A1(OH)4]
4) N2O
5) KHCO3
6) Ca3N2
7) ZnO
8) NH4NO3
9) Mn2O7
Ответ:
В одну из пробирок с твёрдым веществом X добавили избыток раствора гид¬
роксида калия и наблюдали образование бесцветного раствора. Во вторую
пробирку добавили сильный электролит У, в результате чего наблюдали вы¬
деление газа. Из предложенного перечня выберите вещества X и У, которые
могут вступать в описанные реакции:
1) гидроксид цинка;
2) карбонат железа(П);
4) сульфид алюминия;
5) фтороводородная кислота.
3) соляная кислота;
Ответ:
7. Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
РЕАГЕНТЫ
A) KOH
1) Na2O2, Fe, MnO2
Б) H2
2) AgNO3, Si, Ca(HCO3)2
B) HCl
3) SO2, C, H2SO4
Г) O2
4) Fe3O4, CuS, NaNO2
5) Br2, ZnO, Са
А Б В Г
Ответ:
610
Тренировочные варианть
8.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
A) SO2, НС1О3 и Н2О
Б) S и HNO3 (разб.)
В) SO2 и HNO3 (конц.)
Г) SO2, С12 и Н2О
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) S, НС1 и Н2О
2) H2SO4 и НС1
3) H2SO4 и NO
4) H2SO4 и NO2
5) H2S, NO и Н2О
6) H2SO3, HCl и Н2О
9.
10.
Ответ:
А
Б
В
Г
Задана следующая схема превращений веществ:
Си t
Fe(NO3)3 X Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) Fe2O3; 4) Fe(NO3)2;
2) FeO; 5) Fe3O4.
3) Fe;
х
Y
Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой орга¬
нических соединений, к которому (которой) это вещество принадлежит.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЕ
1) спирты
2) простые эфиры
3) кетоны
4) альдегиды
Тренировочные варианты
611
11. Из предложенного перечня выберите два гомолога с наибольшей разницей в
температурах кипения:
1) октан; 4) этан;
2) пропан; 5) гептан.
3) бутан;
Ответ:
12. Из предложенного перечня выберите все вещества, которые не вступают в
реакцию присоединения с хлором:
1) циклогексан; 4) этанол;
2) бензол; 5) изопентан.
3) акриловая кислота;
Ответ:
13. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые реагируют с ала¬
нином, но не реагируют с анилином:
1) бромная вода; 4) хлорметан;
2) гидросульфид калия; 5) водород.
3) гидроксид натрия;
Ответ:
14. Установите соответствие между названием веществам и углеродсодержащим
продуктом, который преимущественно образуется при гидробромировании
этого вещества.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТ
ГИДРОБРОМИРОВАНИЯ
А) 2-метилбутен-2 (в присутствии Н2О2)
Б) изопрен
В) 3-метилбутин-1
Г) 1,1-диметилциклопропан
1) 1-бром-3-метилбутан
2) 2,2-дибром-З-метилбутан
3) 2-бром-З-метилбутан
4) 1,2-дибром-3-метилбутан
5) 2-бром-2-метилбутан
6) 1,2-дибром-2-метилбутан
А Б В Г
Ответ:
612
Тренировочные варианта
15.
Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который образуется при взаимодействии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) пропанол-2, КМпО4 и H2SO4
Б) хлорацетальдегид, КМпО4 и H2SO4
В) 3-хлорпропен, КМпО4 и H2SO4
Г) пропанол-1, КМпО4 и H2SO4
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) пропионовый альдегид
2)
3)
4)
5)
6)
ацетон
2-хлорпропионовая кислота
хлоруксусная кислота
3-хлорпропионовая кислота
уксусная кислота
Ответ:
16.
Задана следующая схема превращений веществ:
Y
этин —> X -» гексин-3
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) 1-хлорбутан;
2) ацетиленид калия;
3) 1-хлорэтан;
4) 1-хлорпентан;
5) моноацетиленид натрия.
Ответ:
17.
Из предложенного перечня выберите все типы реакций, к которым можно
отнести реакцию взаимодействия глицина с бензиловым спиртом:
1) обратимая;
2) реакция этерификации;
3) поликонденсации;
4) соединения;
5) каталитическая.
Ответ:
18. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые не
приводят к изменению скорости реакции железа с соляной кислотой:
1) понижение температуры на 10 °C; 4) увеличение давления;
2) добавление воды; 5) добавление железа.
3) добавление едкого натра;
Ответ:
Тренировочные варианты 613
19. Установите соответствие между уравнением реакции и свойством элемента
водорода, которое он проявляет в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ СВОЙСТВО ВОДОРОДА
А) КН + Н2О —> КОН + Н2 1) является окислителем
Б) Na2O2 + 2Н2О —> 2NaOH + Н2О2 2) является восстановителем
В) Zn + H2SO4 ZnSO4 + Н2 3) является и окислителем, и вое-
становителем
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
А
Б
В
20. Установите соответствие между названием вещества и продуктами электро¬
лиза водного раствора этой вещества, которые выделились на инертных элек¬
тродах.
НАЗВАНИЕ СОЛИ
А) гипохлорит бария
Б) гидроксид бария
В) хлорид бария
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
1) барий и кислород
2) барий и хлор
3) водород и хлор
4) водород и кислород
Ответ:
А
Б
В
Для выполнения задания 21 используйте справочные данные варианта 1.
21. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) ВгОН; 3) КВгО4;
2) К[А1(ОН)4]; 4) LiOH.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
22.
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
КВгО3(тв) КСр_р) + ВгО3(р.р) Q
614
Тренировочные вариант*
и направлением смещения химического
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) охлаждение
Б) увеличение давления
В) добавление твёрдого едкого кали
Г) добавление твёрдого бромида
калия
равновесия в результате этого воз-
НАПРАВЛЕНИЕ
СМЕЩЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО
РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции .
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Ответ:
А Б В Г
23. В реактор постоянного объёма поместили аммиак. В результате протекания
обратимой реакции
2NH3(r) N2(r) + ЗН2(г)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходная концентрация аммиака составила 6,0 моль/л, а равновесная концен¬
трация азота — 1,5 моль/л.
Определите равновесную концентрацию аммиака (X) и равновесную концен¬
трацию водорода (У):
1)0 моль/л; 4) 4,5 моль/л;
2) 1,5 моль/л;
3) 3,0 моль/л;
5) 6,0 моль/л;
6) 7,5 моль/л.
Ответ:
24. Установите соответствие между реагирующими веществами и признаком ре¬
акции, протекающей между этими веществами.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА ПРИЗНАК РЕАКЦИИ
А) фенол и бромная вода 1) обесцвечивание раствора
Б) фенол и хлорид железа(Ш) 2) образование окрашенного осадка
Тренировочные варианты
615
В) глюкоза и гидроксид меди(П), t
Г) этилен и бромная вода
3) видимые признаки реакции отсут¬
ствуют
4) образование фиолетового раствора
5) обесцвечивание раствора и образо¬
вание белого осадка
Ответ:
А
Б
В
Г
25. Установите соответствие между областью применения и веществом.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
А) авиационная промышленность
Б) медицина
В) производство стекла
ВЕЩЕСТВО
1) алюмомагниевые сплавы
2) карбонат калия
3) пероксид натрия
4) дигидрат сульфата кальция
Ответ:
26. Вычислите массу (в граммах) медного купороса (CuSO4 • 5Н2О), необходи¬
мую для приготовления 80 г 10%-ного раствора сульфата меди(П). (Запишите
число с точностью до десятых.)
Ответ: г.
27. Разложение бертолетовой соли протекает в соответствии с термохимическим
уравнением реакции
4КС1О3(ТВ ) ЗКС1О4(ТВ ) + КС1(ТВ ) + 296,6 кДж
Определите массу перхлората калия (в граммах), образовавшегося в резуль¬
тате реакции, если выделилось 17,8 кДж тепла. (Запишите число с точностью
до целых.)
Ответ: г.
28. Вычислите массу нитрата меди(П) (в граммах), которую подвергли разложе¬
нию, если в результате реакции выделилось 13,8 г бурого газа с выходом
60%. (Запишите число с точностью до целых.)
Ответ: г.
616
Тренировочные вариант^
Часть 2
Для выполнения заданий 29, 30 используйте следующий перечень веществ:
серная кислота, гидросульфид калия, сероуглерод, хлорид алюминия, гидроксил
калия, перманганат натрия. Допустимо использование воды в качестве среды про¬
текания реакции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает с образованием двух газов. Запиши¬
те уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных
реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс,
укажите окислитель и восстановитель.
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакция
ионного обмена протекает с образованием осадка и выделением газа. Запи¬
шите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с уча¬
стием выбранных веществ.
31. Натрий сожгли в кислороде. Полученное вещество растворили в горячем раз¬
бавленном растворе серной кислоты. Образовавшееся простое вещество про¬
пустили через нагретый пирит. Выделившийся газ поглотили подкисленным
раствором перманганата калия.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
Х1 фотосинтез х2 ФеРменты> СН3-СН-СООН —
ОН
—-х3—► сн2-сн-соок -CH£U. х4
он он
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. При сгорании 44 мг органического вещества А получили 44,8 мл (при н. у.
углекислого газа, 11,2 мл (при н. у.) азота и 54 мг воды. Известно, что атомы
в молекуле вещества А связаны только ковалентными полярными связями.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства Л;
2) составьте возможную структурную формулу вещества А, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции вещества А с избытком раствора соляной ки¬
слоты (используйте структурные формулы органических веществ).
Тренировочные варианты 617
34. Оксид железа(П) растворили в 100 г 63%-ного раствора азотной кислоты. При
этом выделилась смесь бурого газа и оксида азота(П) с массовой долей ато¬
мов азота 35%. Через образовавшийся раствор пропускали электрический ток
до тех пор, пока на катоде не выделилось 8,96 л газа (при н. у.). Известно, что
суммарная масса продуктов на катоде на 1,12 г меньше массы продуктов на
аноде, а образовавшийся раствор не содержит растворённых солей. Вычисли¬
те массовую долю азотной кислоты в конечном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и
приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин).
Вариант 12
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1) Сг;
2) Вг;
3)В;
4) Si;
5) К.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
1. Определите, у атомов каких из указанных в ряду элементов в основном со¬
стоянии число неспаренных электронов равно числу валентных электронов.
Ответ:
2. Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые
в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева находятся
в одном периоде.
Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения восстановитель¬
ных свойств соответствующих им простых веществ.
Ответ:
3. Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые не
проявляют отрицательных степеней окисления.
Ответ:
4. Из предложенного перечня выберите два вещества, в составе молекул кото¬
рых имеется ровно три л-связи:
1) ацетилен;
2) оксид серы(У1);
3) молекулярный азот;
4) винилацетилен;
5) ортофосфорная кислота.
Ответ:
618 Тренировочные варианты
5. Среди предложенных формул веществ, расположенных в пронумерованных
ячейках, выберите формулы: А) амфотерного металла; Б) амфотерного окси-
6. В двух пробирках раствор соли X. В первую пробирку добавили несколько
капель фенолфталеина, в результате чего окраска раствора изменилась на ма¬
линовую. Во вторую пробирку добавили раствор вещества У, при этом в про¬
бирке произошла реакция, которую описывает сокращённое ионное уравнение
А13+ + ЗНСО3 -> А1(ОН)3 + ЗСО2
Из предложенного перечня выберите вещества X и У, которые могут вступать
в описанную реакцию:
1) сульфат алюминия; 4) карбонат натрия;
2) гидрокарбонат бария; 5) фосфат алюминия.
3) гидрокарбонат калия;
7. Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
А) КОН
Б) CuBr2 (р-р)
В) О2
Г) H2SO4 (разб.)
РЕАГЕНТЫ
1) NaH, KF, ZnS
2) Ag, NaOH, NH3
3) H2S, NH3, Cl2
4) Fe2O3, Al, AgCl
5) AI2S3, Zn, H2S
A
Б
В
Г
Ответ:
Тренировочные варианты
619
8. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
A) SC14 (изб.) и NaOH
Б) SO2, С12 и NaOH
В) NaCl и H2SO4 (конц.)
Г) SO2, NaClO2 и NaOH
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) NaCl, Na2SO3 и Н2О
2) NaHSO4 и НС1
3) Na2SO4, NaCl и Н2О
4) S, NaCl и Н2О
5) NaHSO3, NaCl и Н2О
6) Na2SO4, Cl2, SO2 и Н2О
9.
10.
Ответ:
Задана следующая схема превращений веществ:
(изб )
ZnO -> X -> Na2[Zn(OH)4] —♦ Zn(OH)2
Определите, какие из указанных веществ являются веществами А и У:
1) НС1;
2) СО2;
3) Zn;
Ответ:
4) Zn(OH)2;
5) H2S.
Установите соответствие между названием вещества и общей формулой
класса/группы органических соединений, к которому (которой) это вещество
принадлежит.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) 2-нитропропан
Б) а-аминопропионовая кислота
В) изопропиламин
ОБЩАЯ ФОРМУЛА
1) c„h2„+3n
2) С„Н2„ ,O2N
3) C„H2„+1O2N
4) C„H2„+1N
Ответ:
А Б В
620
Тренировочные варианты
11. Из предложенного перечня выберите два вещества, являющиеся гомологами:
1) метанол; 4) фенол;
2) циклогексанол; 5) толуол.
3) гексиловый спирт;
Ответ:
12. Из предложенного перечня выберите все вещества, при взаимодействии ко¬
торых с раствором перманганата калия в кислой среде образуется кетон:
1) изобутилен; 4) егаор-бутиловый спирт;
2) циклогексанол; 5) циклогексен.
3) пропаналь;
Ответ:
13. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые не взаимодей¬
ствуют с триметиламином:
1) водный раствор хлорида цинка; 4) серная кислота;
2) водный раствор хлорида натрия; 5) иодоводород.
3) гидроксид калия;
Ответ:
14.
Установите соответствие между названием вещества и углеродсодержащим
продуктом, который преимущественно образуется при взаимодействии этого
вещества с избытком бромной воды.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) бутен-1
Б) бутадиен-1,3
В) бутин-1
Г) метилциклопропан
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) СН3-СНВг-СН2-СН3
2) СН3-СН2-СВг2-СНВг2
3) СН3-СН2-СНВг-СН2Вг
4) СН2Вг-СНВг-СНВг-СН2Вг
5) СН3-СНВг-СН2-СН2Вг
6) СН2Вг-СН2-СН2-СН2Вг
Ответ:
Тренировочные варианты
621
15.
Установите соответствие между схемой реакции и веществом X, принимаю¬
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИИ
А) фенолят калия + X —> фенол
Б) фенол + X —► и-крезол
В) фенолят калия + X —> метилфениловый эфир
Г) фенол + X —» фенолформальдегидная смола
ВЕЩЕСТВО X
1) НСНО
2) НСООН
3) КОН
4) СН31
5) НСООК
6) СН2=СН2
Ответ:
16.
Задана следующая схема превращений веществ:
Н2СО 4 (NH4)2CO3
Определите, какие из указанных веществ являются веществами Хи Г:
1) дихлорметан;
2) аммиак;
3) реактив Гриньяра;
4) ацетилен;
5) реактив Толленса.
Ответ:
17.
Из предложенного перечня выберите все экзотермические реакции:
1) хлорирование метана на свету;
2) разложение дихромата аммония;
3) дегидрирование изобутана;
4) взаимодействие натрия с водой;
5) получение иодоводорода из простых веществ.
18.
Ответ:
Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые не
приводят к изменению скорости реакции получения метанола из синтез-газа:
1) повышение концентрации диоксида углерода;
2) изменение объёма реактора;
3) добавление метанола;
622
Тренировочные варианты
4) понижение температуры;
5) удаление катализатора.
Ответ:
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
A) NaNH2 + С —> NaCN + Н2
Б) NH4NO2 -> N2 + 2Н2О
В) NC13 + 3NaOH NH3 + + 3NaOCl
19. Установите соответствие между уравнением реакции и свойством элемента
азота, которое он проявляет в этой реакции.
СВОЙСТВО АЗОТА
1) является окислителем
2) является восстановителем
3) является и окислителем, и вос¬
становителем
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
А
Б
В
20. Установите соответствие между веществом и продуктами электролиза этого
вещества, которые выделились на инертных электродах.
ВЕЩЕСТВО
А) водный раствор Sr(OH)2
Б) расплав Sr(OH)2
В) водный раствор SrCl2
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
1) Sr, О2, Н2О
2) Н2, О2
3) Sr, С12
4) Н2, С12
Ответ:
Для выполнения задания 21 используйте справочные данные варианта 1.
21. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) Са(НСО3)2; 3) MgSO4;
2) CsOH;
4) HCl.
Запишите номера веществ в порядке возрастания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
Тренировочные варианты
623
22. Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
SO|(p.p) + Н2О(ж) HSO3(p.p) + ОН^ - Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) добавление сульфита кальция
Б) уменьшение объёма сосуда
В) добавление серной кислоты
Г) поддержание изотермического ре¬
жима
НАПРАВЛЕНИЕ
СМЕЩЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО
РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Ответ:
А
Б
В
Г
23. В реактор постоянного объёма поместили азотную кислоту. В результате
протекания обратимой реакции
4HNO3(5K) 4NO2(r) + 2Н2О(ж) + О2(г)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом рав¬
новесная концентрация азотной кислоты составила 1,5 моль/л, а равновесная
концентрация бурого газа — 6,0 моль/л.
Определите исходную концентрацию азотной кислоты (А) и равновесную
концентрацию кислорода (У):
1)0 моль/л; 4) 4,5 моль/л;
2) 1,5 моль/л;
3) 3,0 моль/л;
5) 6,0 моль/л;
6) 7,5 моль/л.
Ответ:
24. Установите соответствие между веществами и реагентом, с помощью которо¬
го можно различить эти вещества.
ВЕЩЕСТВА РЕАГЕНТ
А) водные растворы хлорида цинка и бромида железа(П) 1) лакмус
Б) водные растворы фторида калия и бромида калия 2) Си
624
Тренировочные варианты
В) кислород и озон
Г) акриловая кислота и уксусная кислота
3) Вг2
4) KI (р-р)
5) Сг
Ответ:
25. Установите соответствие между названием оборудования и лабораторной
процедурой, выполняемой с помощью этого оборудования.
ОБОРУДОВАНИЕ
А) фарфоровая чашка
Б) прямой холодильник
В) коническая колба
ЛАБОРАТОРНАЯ ПРОЦЕДУРА
1) конденсация паров при дистилляции
2) перегонка веществ под вакуумом
3) хранение жидких веществ или растворов
4) выпаривание растворов до сухого остатка
Ответ:
26. Вычислите массовую долю (в %) этанола в растворе, полученном при смеше¬
нии 385 г 20%-ного раствора этанола в толуоле с 215 г 8%-ного раствора эта¬
нола. (Запишите число с точностью до десятых.)
Ответ: %.
27. Горение ацетилена протекает в соответствии с термохимическим уравнением
реакции
2С2Н2(г) + 5О2(г) > 4СО2(г) + 2Н2О(г) + 2610 кДж
Определите количество теплоты (в кДж), которое выделилось при сжигании
ацетилена, если на горение израсходовано 22,4 г кислорода. (Запишите число
с точностью до десятых.)
Ответ: кДж.
28. Вычислите массу соли (в граммах), образующейся при разложении 47,26 г
перманганата кальция, если массовая доля выхода соли составила 60%. (За¬
пишите число с точностью до сотых.)
Ответ: г.
Тренировочные варианты 625
Часть 2
Для выполнения заданий 29, 30 используйте следующий перечень веществ:
гидроксид калия, нитрит натрия, дигидрофосфат натрия, оксид хрома(Ш), серная
кислота, перхлорат натрия. Допустимо использование воды в качестве среды про¬
текания реакции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает с образованием жёлтого раствора.
Запишите уравнение только одной из возможных окислительно¬
восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте элек¬
тронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакция
ионного обмена протекает с образованием двух кислых солей. Запишите мо¬
лекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с участием
выбранных веществ.
31. К раствору перманганата калия добавили перекись водорода. Осадок отдели¬
ли, а в полученный раствор при нагревании внесли кремний. Через образо¬
вавшийся раствор соли пропустили избыток углекислого газа, выпавший оса¬
док отфильтровали, а фильтрат выпарили и прокалили.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
о г v 2С1?~ Y V .гц пи v
Ве2С X] * Х2 Х3 СН3ОН ~ Х4
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. Органическое вещество А состоит из трёх элементов, при этом массовая доля
углерода составляет 22,64%, а алюминия— 16,98%. Вещество А образуется
при взаимодействии органического вещества В с алюминием.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства Л;
2) составьте возможную структурную формулу вещества Л, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции получения вещества А при взаимодействии
вещества В с алюминием (используйте структурные формулы органиче¬
ских веществ).
34. Твёрдую смесь, состоящую из хлорида и иодида калия с массовой долей ато¬
мов калия равной 26,14%, обработали избытком концентрированной серной
626 Тренировочные варианты
кислоты, при этом выделилось 3416 мл (при ст. у.) смеси газов. Полученную
соль выделили и приготовили её насыщенный раствор (растворимость со¬
ли — 49 г на 100 мл воды), к которому добавили 400 г насыщенного раствора
хлорида бария (растворимость хлорида бария — 35,14 г на 100 мл воды). Вы¬
числите массовую долю кислоты в образовавшемся растворе. (Молярный
объём при стандартных условиях (ст. у.) равен 24,4 л/моль.)
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).
Вариант 13
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1) Zn; 2) Cl; 3) С; 4) As; 5) Н.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
1.
2.
3.
4.
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоя¬
нии имеют одинаковое (ненулевое) число электронов на d-подуровне.
Ответ:
Из указанных в ряду химических элементов выберите три р-элемента.
Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения значения их ва¬
лентности в высших гидроксидах.
Ответ:
Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в со¬
единениях проявляют постоянную валентность.
Ответ:
Из предложенного перечня выберите два вещества с донорно-акцепторной
связью и низкой температурой кипения:
1) NH4C1;
4) О3;
2) NH3;
5) NaNO3.
3) СО;
Ответ:
Тренировочные варианты
627
5. Среди предложенных формул веществ, расположенных в пронумерованных
ячейках, выберите формулы: А) соли марганцовистой кислоты; Б) соли сер¬
нистой кислоты; В) кислотного оксида.
6. При растворении твёрдого вещества X в пробирке с раствором гидроксида
натрия наблюдали выделение газа. К образовавшемуся раствору добавили
избыток раствора соляной кислоты, в результате чего наблюдали образование
нерастворимого в воде гидроксида У. Из предложенного перечня выберите
веществами К, которые могут вступать в описанные реакции:
1) Zn;
2) ZnO;
3) Si;
Ответ:
4) Zn(OH)2;
5) H2SiO3.
7. Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО РЕАГЕНТЫ
A) NH3 1) Cr2O3, S, BaSO4
Б) С12 2) КМпО4 (р-р) FeCl2, S
В) КОН 3) Р, ВеО, Вг2
Г) С 4) НСООН, О2, ZnBr2 (р-р)
5) FeCl2, НВг, Си
Ответ:
А Б В Г
628
Тренировочные варианты
8. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
A) Fe3O4 и Н2
1) Fe(OH)2
Б) Fe, О2 и Н2О
2) Fe(OH)3
В) Fe2O3 и HI
3) Fel2, 12 и H2O
Г) Fe3O4 и HI
4) FeO и Н2О
5) Fel2 и Н2О
6) Fe, 12 и Н2О
9.
Задана следующая схема превращений веществ:
NH3 HNO3
CuO —-> X -> Y —Cu(NO3)2
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) Cui;
4) Cu(OH)2;
2) CuSO4;
5) CuCl2.
3) Си;
Ответ:
10.
Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой орга¬
нических соединений, к которому (которой) это вещество принадлежит.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
A) [CH3-NH2-CH3]+C1
КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
1) соль первичного амина
2) соль вторичного амина
3) соль третичного амина
4) соль аминокислоты
Ответ:
Тренировочные варианты
629
11.
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые могут существо-
вать в виде z/wc-m/^шс-изомеров:
1) 1-бром-2-хлорпропилен;
2) 1,1-дибромэтилен;
3) 2-бром-3-хлорбутен-2;
4) 1,2-дихлорпропилен;
5) изобутилен.
Ответ:
12.
Из предложенного перечня выберите все вещества, которые вступают в реак¬
цию присоединения с хлороводородом:
1) этанол; 4) стирол;
2) метилциклопропан; 5) винилхлорид.
3) бутадиен-1,3;
Ответ:
13.
Из предложенного перечня выберите два вещества, с которыми реагирует как
фенилаланин, так и глюкоза:
1) гидроксид меди(П);
2) гидроксид натрия;
3) гидрокарбонат натрия;
Ответ:
4) уксусная кислота;
5)серебро.
14. Установите соответствие между схемой реакции и веществом X, принимаю¬
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИИ
А) Х+ NaOH (изб. р-ра) бутират натрия
Б) X + Na -+ 3,4-диметилгексан
В) X + NaOH (спирт, р-р) —* изобутилен
Г) X + НС1 —> 2-хлорбутан
ВЕЩЕСТВОМ
1) 2-хлорбутан
2) 1,1,1-трихлорбутан
3) 1-хлорбутан
4) 2-хлор-2-метилпропан
5) 1,1-дихлорбутан
6) метилциклопропан
Ответ:
А Б В Г
630
Тренировочные варианты
15. Установите соответствие между реагирующими веществами и углеродсодер¬
жащим продуктом, который образуется при взаимодействии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) НСООСН3 и НС1 (р-р)
Б) НСООС2Н5 и NaOH
В) НСООН и Na2O
Г) НСООН и Си(ОН)2
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) ацетат натрия
2) формиат натрия
3) этилат натрия
4) хлорметан
5) углекислый газ
6) метанол
Ответ:
16.
А Б В Г
Задана следующая схема превращений веществ:
v о ^3(изб.)
л —> р-хлорпропионовая кислота > Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:
1) СН2 = СН-СООН; ' 4) C1[NH3-CH2-CH2-COOH];
2) NH2 -СН2 -СН2 -СООН; 5) СН3 -СН2 -COONH4.
3) СН3-СН2-СООН;
17.
18.
Из предложенного перечня выберите все вещества, реакции разложения ко¬
торых являются окислительно-восстановительными:
1) бромид аммония; 4) нитрит аммония;
2) хлорид метиламмония; 5) гидрокарбонат аммония.
3) дихромат аммония;
Ответ:
Из предложенного перечня выберите все реакции, для которых изменение
давления не приводит к изменению скорости.
1) СН4 + HNO3 CH3NO2 + Н2О
2) КН + Н2О -> КОН + Н2
3) 2Н2 + О2 -> 2Н2О
4) 2H2S + О2 -> 2S + 2Н2О
5) Fe + 2НС1 -► FeCl2 + Н2
Ответ:
Тренировочные варианты
631
19. Установите соответствие между уравнением реакции и свойством галогена,
которое он проявляет в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ СВОЙСТВО ГАЛОГЕНА
А) НВг + НВгО —> Br2 + Н2О 1) является окислителем
Б) SiO2 + 4HF —> SiF4 + 2Н2О 2) является восстановителем
В) 2F2 + 2Н2О —» 4HF + О2 3) является и окислителем, и вос¬
становителем
4) не проявляет окислительно¬
восстановительных свойств
Ответ:
20. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электро¬
лиза водного раствора этого вещества, которые выделились на инертных
электродах.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
A) NaOH
Б) FeCl3 -
В) CuSO4
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
1) два газа
2) твёрдое вещество и два газа
3) твёрдое вещество и газ
4) два твёрдых вещества и газ
Ответ:
Для выполнения задания 21 используйте справочные данные варианта 1.
21. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) Mg(NO3)2; 3) SO2(OH)2;
2) Са(С1О)С1; 4) CsOH.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
22.
Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
2НСО3(р_р) СО|(р_р) + СО2(г) + Н2О(ж) - Q
632
Тренировочные варианты
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) добавление питьевой соды
Б) уменьшение температуры
В) добавление известняка
Г) выпаривание раствора
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
23.
В реактор постоянного объёма поместили бензол и водород. В результате
протекания обратимой реакции
С6Н6(Г) + ЗН2(г) С6Н12(Г)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходная концентрация бензола составила 450 моль/м3, а равновесные концен¬
трации водорода и циклогексана — по 150 моль/м3.
Определите равновесную концентрацию бензола (X) и исходную концентра¬
цию водорода (У):
1) 150 моль/м3; 4) 600 моль/м3;
2) 300 моль/м3; 5) 750 моль/м3;
3) 450 моль/м3; 6) 900 моль/м3.
Ответ:
24. Установите соответствие между формулами веществ и реагентом, с помощью
которого можно различить эти вещества.
ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ
А) метанол и уксусная кислота
Б) циклогексен и бензол
В) этаналь и этиламин
Г) пропилен и ацетилен
РЕАГЕНТ
1) Вг2 (Р-Р)
2) фенолфталеин
3) KHSO3
4) Н2
5) К
Ответ:
А Б В Г
Тренировочные варианты
633
25. Установите соответствие между названием волокна и признаком его класси¬
фикации.
НАЗВАНИЕ ВОЛОКНА
А)вискоза
Б) карбидкремниевое волокно
В) нейлон
КЛАССИФИКАЦИЯ
1) неорганическое
2) синтетическое
3) природное органическое
4) искусственное
Ответ:
26. Вычислите массовую долю сульфата рубидия (в %) в растворе, полученном
при добавлении к 20%-ному раствору соли, содержащему 25 г растворенного
вещества, 10 г сульфата рубидия и 45 мл воды. (Запишите число с точностью
до десятых.)
Ответ:
%.
27. Восстановление оксида железа(Ш) протекает в соответствии с термохимиче¬
ским уравнением реакции
2Ее2Оз(ТВ -) + ЗС(тв<).—> 4Fe(TB) + ЗСО2(Г) — Q кДж
Определите тепловой эффект реакции (в кДж), если при использовании 43,2 г
угля поглощается 564 кДж тепла. (Запишите число с точностью до целых.)
Ответ: кДж.
28. Вычислите массовую долю хлорида серебра (в %) в смеси с хлоридом желе-
за(П), если при растворении 158,75 г смеси в концентрированной серной ки¬
слоте выделяется 25,6 г газа. (Запишите ответ с точностью до целых.)
Ответ:
%.
Часть 2
Для выполнения заданий 29, 30 используйте следующий перечень веществ:
оксид железа(П), нитрит калия, серная кислота, хлорид стронция, хромат натрия,
диоксид марганца. Допустимо использование воды в качестве среды протекания
реакции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает с растворением твёрдого вещества и
образованием бесцветного раствора. Выделения газа в ходе протекания дан¬
ной реакции не наблюдается. Запишите уравнение только одной из возмож¬
634
Тренировочные варианты
ных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных ве¬
ществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакция
ионного обмена протекает с образованием осадка из окрашенного раствора.
Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с
участием выбранных веществ.
31. Сернистый газ поглотили бромной водой. Кислородсодержащий продукт ре¬
акции выделили, приготовили разбавленный раствор и добавили к нему фос¬
фид алюминия. К образовавшемуся раствору добавили избыток раствора
гидроксида бария. Выделившийся осадок отфильтровали, а к фильтрату до¬
бавили избыток раствора соляной кислоты.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
1 -хлорбутан А1°3*- Xj —► Х2
КМпО4, н+, t
—о-ксилол ►
метанол(изб;^
А3 »*A4
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. При сгорании 6,12 г органического вещества А получили 10,08 л (при н. у.)
угарного газа и 6,48 мл воды. Известно, что при окислении 1 моль вещества А
перманганатом калия в серной кислоте образуется органическое вещество В
симметричного строения и 6 моль углекислого газа.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства Л;
2) составьте возможную структурную формулу вещества А, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции вещества А с перманганатом калия в серной
кислоте (используйте структурные формулы органических веществ).
34. Твёрдый гидросульфит натрия осторожно нагрели. Полученный твёрдый ос¬
таток растворили в 750 г воды и обработали 300 г 63%-ной концентрирован¬
ной азотной кислотой. Объём выделившегося газа превысил объём сернисто¬
го газа, образовавшегося при разложении соли, на 49,28 л (при н. у.). При
этом массовая доля азотной кислоты в конечном растворе составила 1,17%.
Вычислите объёмную долю выхода сернистого газа.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).
Тренировочные варианты
635
Вариант 14
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1)Н; 2) Se; 3)N; 4) Мп; 5) Са.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
Определите, в ядрах атомов каких из указанных в ряду элементов число ней¬
тронов превышает число протонов.
Ответ:
2.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые
в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева находятся
в одном периоде.
Расположите выбранные элементы в порядке увеличения их валентности в
составе образованных ими высших гидроксидов.
Ответ:
3.
Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые могут
образовывать оксид как состава ЭО, так и Э2О3.
Ответ:
4.
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые не содержат ко¬
валентных неполярных связей:
1) O2F2; 4) SiO2;
2) НСООН; 5) СаО2.
3) (СН3)2;
Ответ:
5.
Среди предложенных названий веществ, расположенных в пронумерованных
ячейках, выберите названия: А) одноосновной кислоты; Б) щёлочи; В) амфо¬
терного гидроксида.
1) гидроксид хлора(УП)
2) гидроксид меди(П)
3) гидроксид железа(П)
4) гидроксид хрома(Ш)
5) гидроксид бора(Ш)
6) гидроксид стронция
7) гидроксид серы(1У)
8) гидроксид магния
9) гидроксид хрома(У1)
Ответ:
А
Б
В
636
Тренировочные варианты
6.
В пробирку с раствором вещества X добавили бромоводородную кислоту.
К образовавшемуся раствору добавили избыток раствора вещества У и на¬
блюдали образование белого осадка. Из предложенного перечня выберите
веществами У, которые могут вступать в описанные реакции:
1) Ва(ОН)2; 4) K2S;
2) H2S; 5) СО2.
3) Na2[Zn(OH)4];
Ответ:
7.
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
ВЕЩЕСТВО
A) Fe(NO3)2 (р-р)
Б) СгО3
В) ZnO
Г) С12
РЕАГЕНТЫ
1) HNO3, NaOH, Cr
2) Fe, CuCl, H2SO4
3) H2, BaCO3, HBr
4) KOH, P, HI
5) H2S, KOH, KNO3
Ответ:
8.
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
А) Са(ОН)2 и НС1
Б) Са(ОН)2 (холод, р-р) и С12
В) Са(ОН)2 и С12О
Г) Са(ОН)2 и С12О7
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) Са(С1О)2 и Н2О
2) СаС12 и Н2О
3) Са(С1О3)2 и Н2О
4) Са(С1О4)2 и Н2О
5) Са(С1О3)2, СаС12 и Н2О
6) СаС1(С1О) и Н2О
Ответ:
А Б В Г
Тренировочные варианты
637
9. Задана следующая схема превращений веществ:
О2(изб.) NaOH(HeA)
S > X > Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) Na2SO4; 4) SO3;
2) SO2; 5) NaHSO3.
3) NaHSO4;
, 10. Установите соответствие между названием вещества и классом/группой ор¬
ганических соединений, к которому (которой) это вещество принадлежит.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА
А) глицилаланилглицин
Б) тристеарин
В) фенилаланилглицин
КЛАСС/ГРУППА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
1) трипептиды
2) дипептиды
3) аминокислоты
4) жиры
Ответ:
11. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются меж¬
классовыми изомерами циклобутандиола-1,2:
1) изопропилформиат; 4) диэтиловый эфир;
2) циклобутандиол-1,3; 5) масляная кислота.
3) бутиленгликоль-1,3;
Ответ:
12. Из предложенного перечня выберите все вещества, при взаимодействии ко¬
торых с металлическим натрием образуется газообразное вещество:
1) хлорметан; 4) фенол;
2) этиленгликоль; 5) бромбензол.
3) ацетилен;
Ответ:
638
Тренировочные варианты
13.
Из предложенного перечня выберите два типа реакций, в которые вступают
насыщенные жиры:
1) гидрогенизация;
2) этерификация;
3) омыление;
Ответ:
4) гидролиз;
5) гидратация.
14. Установите соответствие между названием вещества и продуктом, получае¬
мым на его основе в промышленности.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА ПОЛУЧАЕМЫЙ ПРОДУКТ
А) метан
Б) ацетилен
1) дивинил
2)
винилхлорид
В) 2-метилбутан
3)
этин
Г) бутан
4)
этиленгликоль
5)
изопрен
6)
этанол
15. Установите соответствие между схемой реакции и веществом X, принимаю¬
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИИ
А)Х+ НВг —> 3-бромпропионовая кислота
Б) Х+ Н2О —► пропановая кислота
В)Х+ NaOH —> пропанол-1
Г) X + NaOH пропанон
ВЕЩЕСТВО X
1) акриловая кислота
2) этилпропионат
3) пропионовая кислота
4) изопропилацетат
5) пропилхлорид
6) 2,2-дихлорпропан
Ответ:
16. Задана следующая схема превращений веществ:
X —> Y —> бутанон
Тренировочные варианты
639
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) бутен-2; 4) 2-бромбутан;
2) бутиловый спирт; 5) 2,2-дихлорбутан.
3) бутин-1;
17. Из предложенного перечня выберите все вещества, взаимодействие которых
с разбавленной серной кислотой является окислительно-восстановительной
реакцией:
1) нитрит калия; 4) гидрид калия;
2) оксид меди(1); 5) хромат калия.
3) фторид натрия;
Ответ:
18. Из предложенного перечня выберите все реакции, скорость которых увели¬
чивается при повышении давления водорода:
1) гидрирование бензола; 4) дегидроциклизация гептана;
2) гидратация этилена; 5) гидролиз гидрида натрия.
3) гидрогенизация триолеина;
Ответ:
19. Установите соответствие между уравнением реакции и веществом, которое в
этой реакции проявляет свойства восстановителя.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
ВОССТАНОВИТЕЛЬ
A) 4NH3 + 6NO 5N2 + 6Н2О
1) NH3
Б) 2NH3 + 2Na 2NaNH2 + Н2
2) Na
В) 2NO + 2SO2 -> 2SO3 + N2
3) NO
4) SO2
640 Тренировочные варианты
20. Установите соответствие между веществом и возможным способом его полу¬
чения путём электролиза.
ВЕЩЕСТВО
А) кислота
Б) щёлочь
В) металл
ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ
1) раствора сульфата меди(П)
2) раствора бромида магния
3) раствора сульфата калия
4) раствора сульфида натрия
Ответ:
А Б В
Для выполнения задания 21 используйте справочные данные варианта 1.
21. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) (СН3СОО)2Са;
3) FeSO4;
22.
2) НМпО4;
4) NaC104.
Запишите номера веществ в порядке убывания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
Установите соответствие между химической реакцией и направлением сме¬
щения химического равновесия в результате добавления пищевой соды.
РЕАКЦИЯ
А) 2НСОЛР-Р) * С0Зф-р) + С°2« + Н2°(ж)
Б) СО^р) + Н2О(Ж) НСО-., + OH^p)
в)соад + н2о(ж)?±нсо3(р_р) + н+р)
г)нсо;(р.р)^н;р) + со-.р)
НАПРАВЛЕНИЕ
СМЕЩЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО
РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Ответ:
А Б В Г
Тренировочные варианты
641
23.
В реактор постоянного объёма поместили оксид углерода(П) и кислород.
В результате протекания обратимой реакции
2СО(г) + О2(Г) 2СО2(Г)
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходные концентрации оксида углерода(П) и кислорода составили 0,07 моль/л
и 0,08 моль/л соответственно, а равновесная концентрация кислорода —
0,06 моль/л.
Определите равновесную концентрацию угарного газа (X) и равновесную
концентрацию углекислого газа (У):
1) 0,01 моль/л;
2) 0,02 моль/л;
3) 0,03 моль/л;
4) 0,04 моль/л;
5) 0,05 моль/л;
6) 0,06 моль/л.
Ответ:
24.
Установите соответствие между формулой иона и признаком качественной
реакции, позволяющей идентифицировать наличие этого иона в растворе.
ФОРМУЛА
ИОНА
ПРИЗНАК
КАЧЕСТВЕННОЙ РЕАКЦИИ
А)
НСО,
1) при добавлении кислоты образуется белый осадок
Б)
SiO^
2) при добавлении щёлочи выделяется газ с резким
запахом
В)
SOf
3) при добавлении кислоты выделяется газ без запаха
Г)
NH4
4) при добавлении щёлочи выделяется газ без запаха
5) при добавлении кислоты выделяется газ, обесцве¬
чивающий раствор перманганата калия
Ответ:
25.
Установите соответствие между смесью и способом её разделения.
СМЕСЬ
А) вода и метанол
Б) вода и нитрат железа(П)
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ
1) разделение с помощью дели¬
тельной воронки
2) фильтрование
642
Тренировочные варианты
В) вода и хлорид серебра(1)
3) выпаривание
4) перегонка
Ответ:
26. Вычислите массу хлороформа (в граммах), которую следует добавить к
25%-ному раствору каучука в хлороформе, чтобы получить 130 г 18%-ного
раствора. (Запишите число с точностью до десятых.)
Ответ: г.
27. Получение хлорида фосфора(У) протекает в соответствии с термохимиче¬
ским уравнением реакции
^4(тв.) +40С12(г) —► 4РС15(тв) + 1776 кДж
Определите массу пентахлорида фосфора (в граммах), образовавшегося в ре¬
зультате реакции, если выделилось 1154,4 кДж тепла. (Запишите число с точ¬
ностью до десятых.)
Ответ: г. ,
28. Вычислите объём (в литрах при н. у.) угарного газа, содержащего 37,5%
инертного газа по объёму, необходимый для восстановления 8,12 г железной
окалины до простого вещества. (Запишите ответ с точностью до целых.)
Ответ: л.
Часть 2
Для выполнения заданий 29, 30 используйте следующий перечень веществ:
сульфат железа(П), гидроксид лития, серная кислота, перманганат калия, гипохло¬
рит лития, хлористое железо. Допустимо использование воды в качестве среды
протекания реакции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает с образованием нерастворимого в
воде гидроксида и только одной соли. Запишите уравнение только одной из
возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных
веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстанови¬
тель.
30. Из предложенного перечня выберите бескислородную соль и вещество, меж¬
ду которыми протекает реакция ионного обмена. Запишите молекулярное,
полное и сокращённое ионные уравнения реакции с участием выбранных ве¬
ществ.
Тренировочные варианты
643
31. Пентахлорид фосфора растворили в избытке концентрированного раствора
гидроксида лития. Выпавший осадок отфильтровали, фильтрат выпарили,
а твёрдый остаток обработали избытком концентрированной серной кислоты.
Выделившийся газ пропустили через нагретый раствор хлорита натрия. По¬
лученное простое вещество поглотили горячим раствором гидрокарбоната
цезия.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
моноацетиленид натрия —► Xj —► Х2 —►
~ NHq, t 2-аминопентандиовая кислотаГнея ч
—► пропанол-2 —Х3 (» Х4
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. При сгорании 59,6 г органического вещества А получили 26,88 л (при н. у.)
углекислого газа, 11,2 г угарного газа, 16,8 г азота и 39,6 мл воды. Известно,
что вещество А образуется при пропускании аммиака через органическое ве¬
щество В.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства?!;
2) составьте возможную структурную формулу вещества А, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции получения вещества А из вещества В и ам¬
миака (используйте структурные формулы органических веществ).
34. Насыщенный при 40 °C раствор нитрата железа(Ш) охладили до 20 °C. При
этом в осадок выпал кристаллогидрат, в котором на одну молекулу соли при¬
ходится шесть молекул воды. Осадок отфильтровали и прокалили, при этом
образовалось 51,744 л (при н. у.) бурого газа. К фильтрату добавили избыток
раствора сульфида калия. Продукты реакции пропустили через фильтр, в ре¬
зультате чего масса фильтра увеличилась на 156 г. Вычислите растворимость
безводного нитрата железа(Ш) в воде при 20 °C, если его растворимость при
40 °C составляет 105 г на 100 мл воды.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).
644
Тренировочные варианты
Вариант 15
Часть 1
Для выполнения заданий 1-3 используйте следующий ряд химических элементов:
1) Li; 2) Ne; 3)А1; 4) Mg; 5) F.
Ответом в заданиях 1-3 является последовательность цифр, под которыми указаны
химические элементы в данном ряду.
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоя¬
нии содержат ровно 4 5-электрона.
Ответ:
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента-металла.
Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения восстановительной
способности соответствующих им простых веществ.
Ответ:
Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые имеют
максимальную разность межу значениями их высшей и низшей степеней
окисления.
Ответ:
Из предложенного перечня выберите два вещества, которые не проводят
электрический ток:
1) расплав кальцинированной соды; 4) кварц;
2) алмаз; 5) вольфрам.
3) раствор поташа;
5.
Ответ:
Среди предложенных формул веществ, расположенных в пронумерованных
ячейках, выберите формулы: А) фосфида; Б) фосфорита; В) мрамора.
Тренировочные варианты
645
7.
8.
В одну из пробирок с сильным электролитом X добавили раствор ацетата
свинца(П) и наблюдали выпадение осадка. Во вторую пробирку добавили
соль У, в результате чего образовалось простое вещество. Из предложенного
перечня выберите веществами У, которые могут вступать в описанные реакции:
1) H2SO4;
2) HF;
3) CuCl2;
Ответ:
4) HI;
5) CuCl.
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из кото¬
рых это вещество может взаимодействовать.
РЕАГЕНТЫ
1) С, Na2CO3, К2О
2) H2SO4, NaOH, О2
3) K2SO3 (р-р), Р, H2S
4) HF, Mg, NaNO3
5) NaOH, O2, HI
Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в ре¬
акцию, и продуктами этой реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА
A) NH3 и О2
Б) NH3 и О2, Pt
В) NO2 и Н2О
Г) HNO3, hv
ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
1) NO2, О2 и Н2О
2) N2O3 и Н2О
3) NO и Н2О
4) N2 и Н2О
5) HNO2, HNO3 и Н2О
6) HNO3 и Н2О
А
Б
В
Г
Ответ:
646
Тренировочные варианты
Задана следующая схема превращений веществ:
Ва(ОН)2 4 Ва3(РО4)2
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) Р2О3; 4) BaSO4;
2) Ва(Н2РО4)2; 5) Li3PO4.
3) BaS;
X
Y
10.
Установите соответствие между формулой вещества и общей формулой класса/
группы органических соединений, к которому (которой) это вещество при¬
надлежит.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
ОБЩАЯ ФОРМУЛА
1) с„н2„_10
2) CwH2w_12
3) С„Н2„_14
4) С„Н2„_16
А
Б
В
11.
Из предложенного перечня выберите два вещества, молекулы которых не со¬
держат атомов углерода в состоянии sp3 -гибридизации:
1) ацетон;
2) щавелевая кислота;
3) фенилацетилен;
4) бензиловый спирт;
5) диметиловый эфир.
Ответ:
12.
Из предложенного перечня выберите все вещества, из которых в одну стадию
можно получить ацетат калия:
1) ацетилен;
2) этаналь;
3) пропилен;
4) уксусная кислота;
5) метилэтаноат.
Ответ:
Тренировочные варианты
647
13.
Из предложенного перечня выберите два вещества, с которыми реагируют
как триолеин, так и глюкоза:
1) Н2; 4) [Ag(NH3 )2 ]ОН;
2) О2;
5) Н2О.
3) NaOH;
Ответ:
14. Установите соответствие между схемой реакции и веществом X, принимаю¬
щим в ней участие.
СХЕМА РЕАКЦИИ
А) толуол + X —► и-метилкумол
Б) стирол + X —> бензойная кислота
В) толуол + X —> о-ксилол
Г) о-ксилол +• X —► фталевая кислота
ВЕЩЕСТВО X
1) КМпО4, Н+
2) СН2=СН2
3) КМпО4, Н2О
4) СН2=СН-СН3
5) СН3С1
6) Н2О
Ответ:
15.
Установите соответствие между реагирующими веществами и углерод содер¬
жащим продуктом, который преимущественно образуется при взаимодейст¬
вии этих веществ.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) фенол и бромная вода
Б) муравьиная кислота и пищевая сода
В) фенол и едкий натр
Г) фениловый эфир щавелевой кисло¬
ты и избыток раствора гидроксида
ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
1) монобромфенол
2) фенолят натрия
3) ацетат натрия
4) трибромфенол
5) формиат натрия
6) щавелевая кислота
16. Задана следующая схема превращений веществ:
X— СН3-СН2-СН2ОН X СН3-СН2-СН2Вг
648
Тренировочные варианты
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и У:
1) бромид натрия; 4) пентабромид фосфора;
2) бром; 5) пропилат калия.
3) пропионат калия;
X
У
17. Из предложенного перечня выберите все вещества, взаимодействие которых
с водой является реакцией гидролиза:
1) пропин; 4) винилбензол;
2) карбид алюминия; 5) метилбензоат.
3) карбонат натрия;
Ответ:
18. Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые при¬
водят к уменьшению скорости реакции разложения перекиси водорода в вод¬
ном растворе:
1) использование ингибитора;
2) удаление диоксида марганца;
3) уменьшение давления;
4) уменьшение температуры;
5) повышение концентрации пероксида водорода.
Ответ:
19. Установите соответствие между уравнением реакции и изменением степени
окисления окислителя в этой реакции.
УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ
A) NO2 + 2ОН" + 2МпО4 NO“ +
+ 2МпОд’ + Н2О
Б) S + 2NO3 SO*" + 2NO
ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ
ОКИСЛЕНИЯ ОКИСЛИТЕЛЯ
1) +5 -> +2
2) +5 -> -1
3) +7 -> +4
4) +7 -► +6
В) ЗМпО2 + 6ОН" + С1О3 -►
■-> ЗМпОд” + СГ + ЗН2О
Ответ:
А
Б
В
Тренировочные варианты
649
20. Установите соответствие между (]
на котором образуется газообра:
водного раствора этого вещества.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
A) FeSO4
Б) (СН3СОО)2Си
В) Са(ОН)2
Для выполнения задания 21
иулои вещества и инертным электродом,
й продукт при проведении электролиза
ЭЛЕКТРОД
1) катод
2) анод
3) катод и анод
4) газообразное вещество не образуется
! справочные данные варианта 1.
21. Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных
растворов, имеющих одинаковую концентрацию (моль/л):
1) КС1О4;
2) Ва(ОН)2;
3) HF;
4) HI.
Запишите номера веществ в порядке возрастания значения pH их водных рас¬
творов.
Ответ:
22. Установите соответствие между способом воздействия на равновесную сис¬
тему
РН3(г) -ь Нф_р) РЩ(р_р) + Q
и направлением смещения химического равновесия в результате этого воз¬
действия.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ
А) понижение температуры
Б) добавление соляной кислоты
В) понижение давления
Г) добавление хлорида фосфония
НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ
ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ
1) смещается в сторону прямой
реакции
2) смещается в сторону обратной
реакции
3) практически не смещается
Ответ:
650
Тренировочные варианты
23. В реактор постоянного объёма поместили аммиак и хлор. В результате про¬
текания обратимой реакции
4NH3(r) + ЗС12(г) NCl3(r) + 3NH4C1(tbJ
в реакционной системе установилось химическое равновесие. При этом ис¬
ходная концентрация хлора составила 7,2 моль/м3, а равновесные концентра¬
ции аммиака и трихлорида азота — по 1,8 моль/м3.
Определите исходную концентрацию аммиака (X) и равновесную концентра-
цию хлора (У):
1) 1,8 моль/м3;
2) 3,6 моль/м3;
3) 5,4 моль/м3;
4) 7,2 моль/м3;
5) 9,0 моль/м3;
6) 10,8 моль/м3.
24.
Ответ:
Установите соответствие между формулой газа и признаком качественной
реакции, позволяющей идентифицировать этот газ.
ФОРМУЛА ГАЗА
A) NH3
ПРИЗНАК КАЧЕСТВЕННОЙ РЕАКЦИИ
1) помутнение известковой воды
Б) С12
В) NO
Г) О3
Ответ:
2) изменение цвета на бурый на воздухе
3) окрашивание раствора фенолфталеина в малино¬
вый цвет
4) окрашивание йодкрахмальной бумажки в синий цвет
5) образование осадка при пропускании через рас¬
твор хлорида бария
А
Б
В
Г
25. Установите соответствие между промышленным процессом и его основным
назначением.
ПРОЦЕСС
А) крекинг нефтяного остатка
Б) пиролиз древесины
В) вулканизация каучука
НАЗНАЧЕНИЕ
1) получение резины
2) получение метанола
3) получение изопрена
4) получение бензина
Ответ:
А Б В
Тренировочные варианты
651
26. Вычислите массовую долю (в %) имидазола в растворе, образованном при
добавлении 35 мл этанола (плотность этанола 0,789 г/мл) к 200 г 17%-ного
раствора имидазола в эталоне. (Запишите число с точностью до сотых.)
Ответ: %.
27. Горение мочевины протекает в соответствии с термохимическим уравнением
реакции
2(NH2)2CO(r) + ЗОад —> 2СО2(г) + 2N2(r) + 4Н2О(Ж) + 631,9 кДж
Определите количество теплоты (в кДж), которое выделилось в результате
реакции, если образовалось 1,76 кг углекислого газа. (Запишите число с точ¬
ностью до целых.)
Ответ: кДж.
28. При каталитическом разложении 1,47 г бертолетовой соли выделилось
134,4 мл газа (при н. у.). Вычислите объёмную долю выхода газа (в %) в ука¬
занной реакции. (Запишите число с точностью до сотых.)
Ответ: %.
Часть 2
Для выполнения заданий 29, 30 используйте следующий перечень веществ:
фтор, гидрофосфат натрия, хлорат калия, бромид бария, гидроксид калия, гидро¬
карбонат лития. Допустимо использование воды в качестве среды протекания ре¬
акции.
29. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислитель¬
но-восстановительная реакция протекает с образованием двух галогенидов.
Запишите уравнение только одной из возможных окислительно¬
восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте элек¬
тронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакция
ионного обмена протекает с образованием нерастворимого в воде вещества.
Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с
участием выбранных веществ.
31. Сульфид меди(1) растворили в концентрированной азотной кислоте. К избыт¬
ку разбавленного холодного раствора образовавшейся кислоты добавили пе¬
роксид натрия. Полученную кислую соль выделили и смешали с раствором
иодида бария. Образовавшийся осадок отделили, а в раствор внесли желез¬
ную окалину.
Напишите уравнения четырёх описанных реакций.
652 Тренировочные варианты
32. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле¬
дующие превращения:
v К2СГ2О7, н+, t
глюкоза —► Xi —► дивинил ►
—► Х2 —► оксалат кальция —Х3
При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образую¬
щиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.
33. При сгорании 5112 мг органического вещества А получили 6336 мг углеки¬
слого газа, 0,648 мл воды и 806,4 мл (при н. у.) газа, входящего в состав воз¬
духа. Известно, что при хлорировании вещества А в присутствии катализато¬
ра возможно образование только одного монохлорпроизводного.
На основании, данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения ис¬
комых физических величин) и установите молекулярную формулу веще¬
ства Л;
2) составьте возможную структурную формулу вещества Л, которая одно¬
значно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции вещества Л с хлором (используйте структур¬
ные формулы органических веществ).
34. Навеску смеси магния и неизвестного двухвалентного металла массой 48,6 г
растворили в избытке раствора соляной кислоты, при этом выделилось 22,4 л
(при н. у.) газа. При растворении такой же навески в 250 г раствора едкого
кали, взятого в избытке, образуется раствор с массовой долей соли 44%. Вы¬
числите молярную массу неизвестного металла.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).
Ответив
жишваж® в шва швжзш
К главе 1 «Теоретические основы химии и общая химия»
1.17.1. Расчёты с использованием понятия «массовая доля»
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
а) 11,1%; 88,9%
б) 2,0%, 32,7%,
65,3%
в) 35%, 5%, 60%
г) 34,6%; 3,9%,
61,5%
д) 24,7%; 34,8%;
40,5%
е) 72,4%; 27,6%
2
20%
6
13,33%; 5%
3
26,4 г
7
21,27%
4
25%
8
27,86 г
5
14,67%
9
17,14 г
1.17.2. Расчёты с использованием понятия «количество вещества»
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
3,7 моль;
1,79 моль;
0,76 моль
3
700 л
6
6,53%
4
720 г
7
8,89%
2
1 моль
5
9,03-1023 ато¬
мов
8
7,85%
1.17.3. Расчёты по уравнениям реакций
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
89,6 л
3
11,76 г
5
28 л
2
176 г
4
2120 г
654
Ответы
1.17.4. Расчёты с использованием понятия «химическое равновесие»
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
X) 4,0 моль/л;
Y) 2,0 моль/л
3
X) 16 моль/л;
Y) 16 моль/л
5
X) 1,0 моль/л;
Y) 0,9 моль/л
2
X) 5,0 моль/л;
Y) 2,8 моль/л
4
X) 0,31 моль/л;
Y) 0,25 моль/л
1.17.5. Объёмные отношения газов в химических реакциях
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
15 л
2
33 л
1.17.6. Тепловой эффект химической реакции
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
134,4 кДж
3
820,8 г
2
26,88 л
4
30250 кДж
1.17.7. Расчёт массовой доли примесей
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
20%
3
265,62 г
2
290,7 г
4
52%
1.17.8. Выход продукта реакции
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
10,64 л
3
260 л
5
75%
2
80%
4
80%
Итоговый тест по теоретическим основам химии и общей химии
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
35
4
14
7
13
2
451
5
245
8
253
3
23
6
24
9
35
Ответы
655
(окончание)
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
10
34
26
13
42
421
11
143
27
134
43
233
12
13
28
145
44
231
13
15
29
35
45
321
14
325
30
1245
46
1243
15
45
31
45
47
2143 '
16
25
32
134
48
4312
17
23
33
1235
49
4312
18
25
34
135
50
3142
19
24
35
23
51
2331
20
14
36
323
52
1112
21
715 -
37
133
53
1331
22
256
38
321
54
2132
23
412
39
341
55
3312
24
531
40
244
25
645
41
423
56. MnO2 + 4НС1 МпС12 + С12 + 2Н2О
Мп+4 + 2ё—> Мпь2 1
2СГ'-2ё^С12 1
Оксид марганца(1У) (или марганец в степени окисления +4) является окисли¬
телем. Хлороводород (или хлор в степени окисления -1) — восстановителем.
57. Ba(NO3)2 + (NH4)2SO4 -> BaSO4 + 2NH4NO3
Ba2+ + 2NO3 + 2NH4 + SO2’ -> BaSO4 + 2NH4 + 2NO3
Ba2+ + SO4‘ -> BaSO4
58. Cr2O3 + KC1O3 + 4KOH -> 2K2CrO4 + KC1 + 2H2O
С1+5 + 6ё—>01”' 1
2Сг+3 - 6ё —»2Сг+б 1
656 Ответы
Хлорат калия (или хлор в степени окисления +5) является окислителем.
Оксид хрома(Ш) (или хром в степени окисления +3) — восстановителем.
59. CuBr2 + 2КОН -> Си(ОН)2 + 2КВг
Cu2* + 2Br“ + 2К* + 2OFT -> Си(ОН)2 + 2К* + 2Вг“
Cu2* + 2ОН” -> Си(ОН)2
60. 2КМпО4 + ЗН2О2 -> 2МпО2 + ЗО2 + 2КОН + 2Н2О
Мп*7 + Зё —> Мп*4 2
• 2О“-2ё—>О2 3
Перманганат калия (или марганец в степени окисления +7) является окисли¬
телем. Пероксид водорода (или кислород в степени окисления -1) — восста¬
новителем.
61. MgCO3 + 2НС1О4 Mg(ClO4)2 + СО2 + Н2О
Mgco3 + 2н+ + 2сю; -> Mg2* + 2сю; + со2 + н2о
MgCO3 + 2Н* Mg2* + СО2 + Н2О
62. SO2 + С12 + 2Н2О H2SO4 + 2НС1
С12 + 2ё—>2СГ 1
8*4-2ё—>S*6 1
Хлор в степени окисления 0 является окислителем.
Оксид серы(1У) (или сера в степени окисления +4) — восстановителем.
63. Mg(NO2)2 + H2SO4 -+ MgSO4 + 2HNO2
Mg2* + 2NO2 + 2H* + SO4" -> Mg2* + SO4 + 2HNO2
h* + no2 —> hno2
64. 5PH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 -> 5H3PO4 + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12H2O
Mn*7 + 5ё —> Mn*2 8
P’3 - 8ё -> P*5 5
Перманганат калия (или марганец в степени окисления +7) является окисли¬
телем. Фосфин (или фосфор в степени окисления -3) — восстановителем.
65. FeSO4 + 2NaOH -> Fe(OH)2 + Na2SO4
Fe2* + SO4 + 2Na* + 2OH -> Fe(OH)2 + 2Na* + SO4"
Fe2* + 2OH“ -> Fe(OH)2
Ответы
657
К главе 2 «Основы неорганической химии»
2.1. Оксиды
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
14
4
475
7
25
2
423
5
2421
8
41
3
34
6
3514
9
6,72
2.2. Г идроксиды
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
51
3
6321
5
235
2
3424
4
41
6. FeSO4 + КМпО4 + ЗКОН -> Fe(OH)3 + K2MnO4 + K2SO4
Мп+7+ 1ё—>Мп+б|1
Fe+2 - 1ё—> Fe+3 11
Перманганат калия (или марганец в степени окисления +7) является окисли¬
телем. Сульфат железа(П) (или железо в степени окисления +2) — восстано¬
вителем.
7. 2А1С13 + 3K2S + 6Н2О -► 2А1(ОН)3 + 3H2S + 6КС1
2А13+ + 6СГ + 6К+ + 3S2" + 6Н2О 2А1(ОН)3 + 3H2S + 6К+ + 6СГ
2А13+ + 3S2’ + 6Н2О -> 2А1(ОН)3 + 3H2S
2.3. Кислоты
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
14
4
817
7
32
2
143
5
25
3
13
6
6151
8. 2КМпО4 + 16HI -> 2Мп!2 + 2KI + 512 + 8Н2О
Мп+7 + 5ё —► Мп+2 2
2Г - 2ё -> 5
Перманганат калия (или марганец в степени окисления +7) является окисли¬
телем.
Иодоводород (или йод в степени окисления -1) — восстановителем.
658
Ответы
9. AgNO3 + HI —> Agl + HNO3
Ag+ +NOj + IT + Г ->• Agl + IT + NOj
Ag+ + Г —> Agl
2.4. Серная кислота
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
3666
3
341
2
31
4
7
5. С + 2H2SO4 -> CO2 + 2SO2 + 2H2O
S+6 + 2ё -> S+4| 2
C°-4e—>C+4 11
Серная кислота (или сера в степени окисления +6) является окислителем.
Углерод в степени окисления 0 — восстановителем.
6. SrCl2 + 2HF —> SrF2 + 2НС1
Sr24 + 2СГ + 2HF —► SrF2 + 2H4 + 2СГ.
Бг^ + гНР-^ЗгРг+гН4 •
7. 1) 4Zn +5H2SO4 —> 4ZnSO4 + H2S + 4H2O
2) 2H2S + 3O2 -»2SO2 + 2H2O
3) SO2 + Cl2 + 2H2O -> H2SO4 + 2HC1
4) 2CuBr + 4H2SO4 -> 2CuSO4 + Br2 + 2SO2 + 4H2O
2.5. Азотная кислота
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
6331
3
100
2
23
4. I2 + IOHNO3 2HIO3 + 10NO2 + 4H2O
n+5 + u-*n+4
1^-10ё^2Г5
10
1
Азотная кислота (или азот в степени окисления +5) является окислителем.
Йод в степени окисления 0 — восстановителем.
Ответы
659
5. СаСО3 + 2HNO3 -► Ca(NO3)2 + С02 + Н20
СаСО3 + 2Н+ + 2NOj -> Са2+ + 2NOj + СО2 + Н2О
СаСО3 + 2Н+ -► Са2+ + СО2 + Н2О
6. 1) H2S + 8HNO3 -> H2SO4 + 8NO2 + 4Н2О
2) H2SO4 + KNO3 -> KHSO4 + HNO3
3) P2O3 + 4HNO3 + H2O -> 2H3PO4 + 4NO2
4) 4NO2 + O2 + 2Ba(OH)2 2Ba(NO3)2 + 2H2O
2.6. Средние соли
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
34
4
135
7
1421
2
41
5
411
8
130
3
14
6
4312
2.7. Кислые соли
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
5234
3
1122
2
2321
NaHS + 3HNO3 -> S + NaNO3 + 2NO2 + 2H2O
N"5 + 1ё—>Nm
S"2-2<?—>S°
2
1
Азотная кислота (или азот в степени окисления +5) является окислителем.
Гидросульфид натрия (или сера в степени окисления —2) — восстановителем.
5. Ва(ОН)2 + NaHCO? -> ВаСО3 + NaOH + Н2О
Ва2+ + 2ОН" + Na+ + HCOj ВаСО3 + Na+ + ОН" + Н2О
Ва2+ + ОН" + НСО, -»ВаСО3 + Н2О
6. 1) Mg(HCO3)2 -> MgCO3 + СО2 + Н2О
2) СО2 + КОН ->■ КНСО3
3) КНСО3 + Са(ОН)2 -> СаСО3 + КОН + Н2О '
4) 2К0Н + 2NaHSO4 -> Na2SO4 + K2SO4 + 2Н2О
660 Ответы
2.8. Средние и комплексные соли амфотерных металлов
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
21
3
34
5
18,2
2
4316
4
134
6. 1) A12(SO4)3 + 8NaOH -> 2Na[Al(OH)4] + 3Na2SO4
2) Na[Al(OH)4] + H2S -»A1(OH)3 + NaHS + H2O
3) 2A1(OH)3 A12O3 + 3H2O
4) A12O3 + K2CO3 -> 2KA1O2 + CO2
2.9. Необратимый гидролиз бинарных соединений
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
23
2
53
3. 1) A12S3 + 6Н2О 2А1(ОН)3 + 3H2S
2) 2H2S + О2 -+ 2S + 2Н2О
3) 2Р + 5S —> P2S5
4) P2S5 + 16NaOH -> 2Na3PO4 + 5Na2S + 8H2O
2.10.1. Определение вещества, взятого в избытке или недостатке
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
14,9 г
. 3
8,96 л
5
34 г
2
73,5 г
4
58,5 г
6
20%
2.10.2. Расчёты с использованием понятия «массовая доля вещества
в конечном растворе»
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
4,07%
3
16,15%
5
85,8%
2
■ 0,66%; 28,5%
4
31,2 г; 13,44 л
6
10%
2.10.3. Смеси
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
22%
3
48,78%
5
9,25%
2
7,4%; 4,62%; 9%
4
53%
Ответы
661
2.10.4. Растворимость
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
28,1%
3
5,55 г
5
10,17%
2
75,4 г на 100 г
воды
4
90,66%
2.10.5. Кристаллогидраты
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
270 г
3
18
5
8%
2
9,95%
4
71,05 г; 15,68 л
6
7,73%; 12,89%
2.10.6. Частичное разложение
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
5,6 л
3
7,68%
5
212,7 г
2
12,52%
4
Zn(NO3)2
6
23,52 л
2.10.7. Пластинка
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
51,75 г
3
3,7%; 95,2 г
• 5
11,8%; 63,2%;
25%
2
2,93%; 4,89%
4
87,65%
2.10.8. Электролиз
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
3%
3
118,97 л, 20%
5
16 г на 100 г во¬
ды
2
88,19%
4
12%
6
114 мл
2.10.9. Олеум
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
160 г
2 ‘
379 г
3
65,93%
662 Ответы
2.10.10. Атомы
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
2096 к 1
4
416,29г
7
55,15%
2
122,85 г; 22,4 л
5
4,344%; 3,775%;
47,98 г
3
31,5%; 31,667%
6
81,05%; 12,53%
К главе 3 «Химия элементов»
3.1. Щелочные металлы
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
4523
3
245
2
5312
4
342
5. Уравнения реакции:
[1] NaH + Н2О NaOH + Н2
[2] 2Na2O2 + 2Н2О -» 4NaOH + О2
Ответ: 24%.
3.2. Щелочноземельные металлы
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
5362
3
2213
2
15
4
108
5. 1) ВаВг2 + 2Н2О —>■ Н2 + Вг2 + Ва(ОН)2
2) 2Ва(ОН)2 + 2С12 ВаС12 + Ва(С1О)2 + 2Н2О
3) Ва(С1О)2 + H2SO4 -+ BaSO4 + 2НС1О
4) BaSO4 + 4Н2 -> BaS + 4Н2О
6. Уравнения реакции:
[1] BaSO4 + 4С -> BaS + 4СО
[2] BaSO4 + 2С -► BaS + 2СО2
[3] СО2 + Са(ОН)2 -> СаСО3 + Н2О
Ответ: 17,68%.
Ответы
663
3.3. Магний
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
1652
3
24
2
45
4
15,6
5. Уравнения реакции:
[1] 3Mg + A12(SO4)3 3MgSO4 + 2А1
[2] Mg + H2SO4 MgSO4 + H2
[3] 2A1 + 3H2SO4 -> A12(SO4)3 + 3H2
Ответ: 10,8 г.
3.4. Алюминий
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
31
3
2116
5
3222
2
1551
4
234
6
1507,5
7. 10A1 + 6NaMnO4 + 24H2SO4 -> 5A12(SO4)3 + 6MnSO4 + 3Na2SO4 + 24H2O
Mn+7 + 5<? —>• Mn+2 6
2Al° - 6<? 2АГ3 5
Перманганат натрия (или марганец в степени окисления +7) является окисли¬
телем.
Алюминий в степени окисления 0 — восстановителем.
8. А1С13 + 3NaHS + ЗН2О -> А1(ОН)3 + 3H2S + 3NaCl
Al3+ + ЗСГ + 3Na+ + 3HS" + ЗН2О -> А1(ОН)3 + 3H2S + 3Na+ + ЗСГ
Al3++ 3HS” + ЗН2О А1(ОН)3 + 3H2S
9. 1) 2А12О3 + 9С -> А14С3 + 6СО
2) А14С3 + 4КОН + 12Н2О 4К[А1(ОН)4] + ЗСН4
3) К[А1(ОН)4] + СО2 -> А1(ОН)3 + КНСО3
4) А1(ОН)3 + 3HNO3 -> A1(NO3)3 + ЗН2О
10. Уравнения реакции:
[1] A1(NO3)3 • 9Н2О A1(NO3)3 • 7Н2О + 2Н2О
[2] 2A1(NO3)3 + ЗК2СО3 + ЗН2О -> 2А1(ОН)3 + ЗСО2 + 6KNO3
Ответ: 21,6 г.
664
Ответы
3.5. Цинк
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
2356
3
80
2
24
4. 1) Zn + 2NaOH + 2Н2О -> Na2 [Zn(OH)4] + H2
2) Na2[Zn(OH)4] + 3H2S -> ZnS + 2NaHS + 4H2O
3) 2ZnS + 3O2 -> 2ZnO + 2SO2
4) ZnO + K2CO3 -> K2ZnO2 + CO2
5. Уравнения реакции:
[1] Zn3P2 + 6HC1 3ZnCl2 + 2PH3
[2] Zn3N2 + 8HC1 -> 3ZnCl2 + 2NH4C1
[3] ZnCl2 + 4KOH -> K2[Zn(OH)4] + 2KC1
[4] HCl + KOH -> KC1 + H2O
[5] NH4C1 + KOH -> KC1 + NH3 + H2O
Ответ: 15,06%.
3.6. Железо
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
45
3
24
2
4553
4
2232
5. Fe2(SO4)3 + SO2 + 2H2O -> 2FeSO4 + 2H2SO4
2Fe+3 + 2ё —» 2Fe+2 1
S+4-2e—»S+6 1
Сульфат железа(1П) (или железо в степени окисления +3) является окислителем.
Оксид серы(1У) (или сера в степени окисления +4) — восстановителем.
6. Fe2(SO4)3 + 6NH3 + 6Н2О -> 2Fe(OH)3 + 3(NH4)2SO4
2Fe3+ + 3SO^ + 6NH3 + 6H2O 2Fe(OH)3 + 6NH4 + 3SO^“
Fe3+ + 3NH3 + 3H2O -> Fe(OH)3 + 3NH^
7. 1) 3Fe + 2O2 -> Fe3O4
2) Fe3O4 + 10HNO3 -> 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O
3) 4Fe(NO3)3 -> 2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2
4) Fe2O3 + KC1O3 + 4NaOH -► 2Na2FeO4 + KC1 + 2H2O
Ответы
665
8. Уравнения реакции:
[1] 4Fe(NO3)2 2Fe2O3 + 8NO2 + О2
[2] Fe2O3 + 6HNO3 -> 2Fe(NO3)3 + 3H2O
[3] Fe(NO3)2 + 2HNO3 Fe(NO3)3 + NO2 + H2O
Ответ: 13,83%.
3.7. Хром
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
5431
3
411
2
34
4
51
5. Na2Cr2O7 + 14HBr -> 3Br2 + 2CrBr3 + 2NaBr + 7H2O
2Сг+6 + 6e —> 2Cr+3
2ВГ1- 2e -> Br2
1
3
Дихромат натрия (или хром в степени окисления +6) является окислителем.
Бромоводород (или бром в степени окисления -1) — восстановителем.
6. Ba(NO3)2 + K2CrO4 -> BaCrO4 + 2KNO3
Ва2+ + 2NO3 + 2К+ + СгО?” -> ВаСгО4 + 2К+ + 2NO3
Ва2+ + СгО4“—>ВаСгО4
7. 1) 2КСгО2 + 3NaNO3 + 2КОН -> 2K2CrO4 + 3NaNO2 + Н2О
2) 2К2СгО4 + H2SO4 -»К2Сг2О7 + K2SO4 + Н2О
3) К2Сг2О7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 -> Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O
4) Cr2(SO4)3 + 6KHCO3 -> 2Cr(OH)3 + 6CO2 + 3K2SO4
8. Уравнение реакции:
[1] 2Cr(NO3)3 + 3Na2CO3 + 3H2O — 2Cr(OH)3 + 3CO2 + 6NaNO3
Ответ: 81 г на 100 г воды.
3.8. Медь
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
2134
3
23
2
4366
4
6
666
Ответы
5. Cu2O + 3H2SO4 -> 2CuSO4 + SO2 + 3H2O
S+6 + 2ё -> S+4 1
2Cu+1 - 2ё —> 2Cu+2 1
Серная кислота (или сера в степени окисления +6) является окислителем.
Оксид меди(1) (или медь в степени окисления +1) — восстановителем.
6. CuCl2 + 2NH3 + 2Н2О -► Cu(OH)2 + 2NH4C1
Cu2+ + 2СГ + 2NH3 + 2Н2О ->• Cu(OH)2 + 2NH4 + 2СГ
Cu2+ + 2NH3 + 2H2O -> Cu(OH)2 + 2NH4
7. 1) (CuOH)2CO3 -> 2CuO + CO2 + H2O
2) 3CuO + 2NH3 -»■ 3Cu + N2 + 3H2O
3) Cu + 4HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
4) 2Cu(NO3)2 + 4KI -► 2CuI +12 + 4KNO3
8. Уравнения реакции:
[1] CuSO4 + 2KOH Cu(OH)2 + K2SO4
[2] 2CuSO4 + 2H2O -> 2Cu + O2 + 2H2SO4
[3] 2H2O 2H2 + O2
[4] K2SO4 + H2SO4 2KHSO4
Ответ: 20%.
3.9. Водород
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
23
3
12
5
12
2
154
4
15
6
112
7. Уравнения реакции:
[1] Fe3O4 + Н2 -► 3FeO + Н2О
[2] Fe3O4 + 4Н2 3Fe + 4Н2О
[3] Fe + 2НС1 -► FeCl2 + Н2
[4] FeO + 2НС1 -> FeCl2 + H2O
[5] Fe3O4 + 8HC1 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O
Ответ: 0,07 г/мл.
I
Ответы
667
3.10. Кислород
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
814
3
231
5
316
2
3156
4
1231
6. Уравнения реакции:
[1] Na2O2 + 2H2SO4 -► 2NaHSO4 + Н2О2
[2] ВаО2 + H2SO4 —> BaSO4 + Н2О2
[3] 2NaMnO4 + 5Н2О2 + 4H2SO4 -> 2MnSO4 + 2NaHSO4 + 5O2 + 8H2O
Ответ: 9,08%.
3.11. Углерод
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
3154
3
43
2
1245
4. 1) С + O2 -> CO2
2) K2CO3 + CO2 + H2O -> 2KHCO3
3) KHCO3 + Ba(OH)2 -► BaCO3 + KOH + H2O
4) BaCO3 —> BaO + CO2
5. Уравнения реакции:
[1] 2A12O3 + 9C -> A14C3 + 6CO
[2] A14C3 + 6O2 -> 2A12O3 + 3CO2
[3] C + O2 -> CO2
[4] A12O3 + 2NaOH + 3H2O -> 2Na[Al(OH)4]
[5] CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O
Ответ: 288 л.
3.12. Кремний
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
35
3
34
2
6145
4
40
668
Ответы
5. 1) Na4 Si + 4H2O — 4NaOH + SiH4
2) SiH4 + 2O2 -> SiO2 + 2H2O
3) SiO2 + 2C ->■ Si + 2CO
4) Si + 2NaOH + H20 Na2SiO3 + 2H2
6. Уравнения реакции:
[1] SiO2 + 2Mg -> Si + 2MgO
[2] SiO2 + 4Mg Mg2Si + 2MgO
[3] MgO + 2HC1 -> MgCl2 + H2O
[4] Mg2Si + 4HC1 -> 2MgCl2 + SiH4
Ответ: 19,4%.
3.13. Азот
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
34
3
3561
5
2314
2 •
14
4
322
6
25
7. 1) Ag + 2HNO3 -> AgNO3 + NO2 + H2O
2) 4AgNO3 + 2H2O -h- 4Ag + O2 + 4HNO3
3) 2NO2 + 2K0H KNO3 + KNO2 + H2O
4) 5KNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 -> 5KNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
8. Уравнения реакции:
[1] NH3 + HCl -> NH4C1
[2] Fe2(SO4)3 + 6NH3 + 6H2O -> 2Fe(OH)3 + 3(NH4)2SO4
Ответ: 156,88 мл и 16%.
3.14. Фосфор
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
2234
3
274,3
2
51
4. 1) Са3(РО4)2 + 3SiO2 + 5С 2Р + 3CaSiO3 + 5СО
2) 2Р + 5H2SO4 ->■ 2Н3РО4 + 5SO2 + 2Н2О
3) Н3РО4 + 2КОН -> К2НРО4 + 2Н2О
4) К2НРО4 + SrCl2 -> SrHPO4 + 2КС1
Ответы
669
5. Уравнения реакции:
[1] К3Р + ЗН2О -> ЗКОН + РН3
[2] РС15 + 6К0Н -> КН2РО4 + 5КС1 + 2Н2О
[3] КН2РО4 + КОН -> К2НРО4 + Н2О
Ответ: 0,9%.
3.15. Сера
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
34
3
34
5
640
2
4335
4
4213
6. 5SO2 + 2КМпО4 + 2Н2О -* 2MnSO4 + K2SO4 + 2H2SO4
Mn+7 + 5ё —> Mn+2 2
S+4-2e—>S+6 5
Перманганат калия (или марганец в степени окисления +7) является окисли¬
телем.
Оксид серы(1У) (или сера в степени окисления +4) — восстановителем.
7. CuCl2 + H2S CuS + 2НС1
Cu2+ + 2СГ + H2S —> CuS + 2Н+ + 2СГ
Cu2+ + H2S -> CuS + 2H+
8. 1) 4Mg + 5H2SO4 4MgSO4 + H2S + 4H2O
2) 2H2S + 3O2 -> 2SO2 + 2H2O
3) K2Cr2O7 + 3SO2 + H2SO4 -> Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
4) K2SO4 + 4C K2S + 4CO
9. Уравнения реакции:
[1]CS2 + 3O2^2SO2 + CO2
[2] Ba(OH)2 + SO2 -> BaSO3 + H2O
[3] Ba(OH)2 + CO2 -> BaCO3 + H2O
[4] SO2 + 2HNO3 -> H2SO4 + 2NO2
Ответ: 4 г на 100 г воды.
3.16. Галогены
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
4513
3
143
5
4111
2
3541
4
2413
670
Ответы
КС103 + 6НС1 -> ЗС12 + КС1 + ЗН2О
С1+5 + 6ё^СГ*
2СГ*-2ё—>С12
1
3
Хлорат калия (или хлор в степени окисления +5) является окислителем.
Хлороводород (или хлор в степени окисления -1) — восстановителем.
7. NaOH + HF —> NaF + Н2О
Na+ + ОН’ + HF —> Na+ + F“ + H2O
OH’ + HF Г + H2O
8. 1) KC1O3 + F2 + 2KOH —> KC1O4 + 2KF + H2O
2) 4Cr2O3 + 3KC1O4 + 16KOH 8K2CrO4 + 3KC1 + 8H2O
3) 2KC1 + 2H2O -> H2 + Cl2 + 2KOH
4) 2Fe + 3C12—► 2FeCl3
9. Уравнения реакции:
[1] 2KI + Cl2 -> I2 + 2KC1
[2] I2 + 5C12 + 6H2O -> 2HIO3 + 10HC1
[3] HCl + NaHCO3 — NaCl + CO2 + H2O
[4] HIO3 + NaHCO3 -> NaIO3 + CO2 + H2O
Ответ: 89,74%.
Итоговый тест по основам неорганической химии и химии элементов
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
32
11
2433
21
5434
2
12
12
3116
22
4353
3
32
13
4426
23
3354
4
21
14
2156
24
4534
5
43
15
3465
25
2334
6
4144
16
53
26
312
7
2455
17
41
27
344
8
1142
18
53
28
242
9
3134
19
34
29
134
10
4325
20
24
30
323
Ответы
671
31. 1) Са3(РО4)2 + 3SiO2 + 5С -> 2Р + 3CaSiO3 + 5С0
2) 2Р + 3S —> P2S3
3) P2S3 + 28HNO3 -> 2Н3РО4 + 3H2SO4 + 28NO2 + 8H2O
4) 2H2SO4 + Си -> CuSO4 + SO2 + 2H2O
32. 1) 2K2MnO4 + Cl2 -> 2KMnO4 + 2KC1
2) 2KMnO4 -> K2MnO4 + MnO2 + 02
3) Fe3O4 + 10HNO3 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O
4) 4NO2 + O2 + 4KOH ->• 4KNO3 + 2H2O
33. 1) Cr2O3 + K2CO3 2KCrO2 + CO2
2) 2KCrO2 + 3NaNO3 + 2KOH — 2K2CrO4 + 3NaNO2 + H2O
3) 2K2CrO4 + H2SO4 -> K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O
4) K2Cr2O7 + 14HC1 — 3Cl2 + 2CrCl3 + 2KC1 + 7H2O
34. 1) 3Fe + 2O2 —> Fe3O4
2) Fe3O4 + 8HI 3FeI2 +12 + 4H2O
3) 2FeI2 + 6H2SO4 Fe2(SO4)3 + 2I2 + 3SO2 + 6H2O
4) 5SO2 + 2NaMnO4 + 2H2O -> 2MnSO4 + Na2SO4 + 2H2SO4
35. 1) A1P + ЗНВг —> AlBr3 + PH3
2) ЗРН3 + 4KC1O3 + 9K0H -> 4KC1 + 3K3PO4 + 9H2O
3) 2KC1 + 2H2O -► H2 + Cl2 + 2KOH
4) 2C12 + 2Ca(OH)2 -> CaCl2 + Ca(C10)2 + 2H2O
К главе 4 «Органическая химия»
4.1.1. Алканы
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
24
3
13
5
33,75
2
1521
4
125
6. 1) А14с3 +12Н2О —- 4А1(ОН)з + ЗСН4
2) 2СН4 1200 °С> НС=?ф + ЗН2
3) НС^СН+2Н2-^СН3-СН3
4) СН3-СН3 +С12 СН3-СН2-С1 + НС1
5) 2СН3-СН2-Cl + 2Na -* СН3-СН2-СН2-СН3 + 2NaCl
672 Ответы
4.1.2. Алкены
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
25
3
2543
5
214
2
15
4
52
6. 1) СН2=СН2 + НС1 -* СН3-СН2-С1
2) 2СН3-СН2-С1 + 2Na—*- СН3-СН2-СН2-СН3 + 2NaCl
з) сн3-сн2-сн2-сн3 + ci2 сн3-сн-сн2-сн3 + НС1
С1
4) сн3-сн-сн2-сн3+ конспир1,р'р> СН3-СН=СН—СН3+КС1+Н20
С1
5) 5СН3-СН=СН-СН3 + 8КМпО4 + 12Н28О4-^ 10СН3-сС?,, +
J ° J ОН
+ 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12Н2О
4.1.4. Циклоалкены
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
241
3
345
5
12,8
2
14
4
2111
+ 8MnSO4+ 4K2SO4+12Н2О
Ответы
673
4.1.5. Алкадиены
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
143
3
124
5
35
2
12
4
2645
1) 2СН3-СН2-ОН -<■ а‘2°3’ /п-° »• СН2=СН-СН=СН2+2Н2О + Н2
2) СН2=СН-СН=СН2 + 2Н2-^— СН3-СН2-СН2-СН3
СН3
3) сн3-сн2-сн2-сн3 ;-А|С'К сн3-сн-сн3
сн3 сн3
4) СН3-СН-СН3 + 2С12 СН3-С-СН2 + 2НС1
С1 С1
сн3 сн3
5) СН3-С-СН2 + Zn СН3-С=СН2 + ZnCl2
Cl Cl
4.1.6. Алкины
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
433
3
34
5
54
; 2
34
4
4516
6. Cl
1) СН3—С—СН2—СН3 + 2NaOH ширг-р-р». СНз-С=с-СН3 +2NaCl + 2Н2О
С1
2) СН3-С=С-СН3 + 6КМпО4 + 8КОН -^*2СН3-С^°К + 6К2МпО4 + 4Н2О
3) CH3-cCqK + кон СН4 + К2СО3
4) 2СН4 120Q°c- НС=СН + ЗН2
5) НС=СН + 2[Ag(NH3)2]OH AgC=CAg + 4NH3 + 2H2O
674
Ответы
4.1.7. Ароматические углеводороды (арены)
+ 18К2МпО4 + 15Н2О
4.2.1. Спирты
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
15
4
1253
7
35
2
1245
5
53
8
75
3
3415
6
234
1) /\ + НС1 — СН3-СН2-СН2-С1
2) СН3-СН2-СН2-С1 + NaOH — СН3-СН2-СН2-ОН + NaCl
3) СН3^СН2—СН2—ОН HzS°4’--> 14-° СН3—СН=СН2 + Н2О
Ответы
675
4) ЗСН3—СН=СН2 + 2КМпО4 + 4Н2О 0 20 °С» ЗСН3—СН—СН2 +
ОН ОН
+ 2МпО2 + 2КОН
5) СН3-СН-СН2 + 2НС1 — СН3-СН-СН2 +2Н2О
ОН ОН С1 С1
4.2.2. Фенолы
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
234
3
35
5
32
2
45
4
4221
6
5313
1) сн3-сн2-сн2-сн2-сн2-сн3
4.2.3. Альдегиды и кетоны
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
324
4
4151
7
241
2
24
5
45
8
112
3
245
' 6
4122
676
Ответь
1) знс=сн-^=
о он
11 t Ni 1
4) сн3-с-сн3 + н2 сн3-сн-сн3
5) 2СН3-СН-СН3 t<140°c>H2SQs. СН3-СН—О—СН-СН3 + h2q
ОН сн3 сн3
4.2.4. Карбоновые кислоты
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
34
4
135
7
33
2
243
5
1444
8
5425
3
34
6
51
1) СН3-СН2-СН=СН-СН2-СН3 + 8КМпО4 + юкон-^-
—- 2CH3-CH2-C^?v + 8К2МпО4 + 6Н2О
иК.
2) 2СН3-СН2-С^°к + 2Н2О эл ток- СН3-СН2-СН2-СН3 + 2СО2 +
+ Н2 + 2КОН
3) 2СН3—СН2—СН2—СН3 +5О2 -esi*4CH3-CCqH +Н2О
4) 2СН3-СС° + К2О — 2СН3-С^° +Н2О
Uri UK
5) сн3-с^° + КОН СН4 + К2СО3
3 ок
I
Ответы 677
4.2.5. Сложные эфиры
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
421
4
43
7
331
2
34
5
134
8
2,82
3
6124
6
1332
1)СН3 сн2 сн2 < +н20-^сн3 СН2 СН2 <ч +
U—Oil
+сн3-сн2-он
2) 2CH3-СН2-ОН ^Оз-гпо» СН2=СН-СН=СН2 + 2Н2О + Н2
3) ЗСН2=СН-СН=СН2 + 10Na2Cr2O7 + 40H2SO4 3 °^С-СС° +
2 2 2 2 ' 2 4 НО ОН
+ 6СО2 + 10Cr2(SO4)3 + 10Na2SO4 + 46Н2О
4) нХ +2СН’ОН н5с-Х-сНз+ **>
5) Н3С-О5С-С"О-СН3 + 2Li0H ~~ LiO^C-C^OLi+ 2снз°н
4.2.6. Жиры
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
34
3
25
2
53
4.2.7. Углеводы
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
324
3
12
5
412
2
25
4
3221
6- 1) С6Н12О6 бРожение.«. 2СН3—СН2—ОН + 2СО2
2) СН3-СН2-ОН СН3-С^° +Н2
678
Ответы
3) СН3-С^° + 2[Ag(NH3)2]OH CH3-C^oNH + 2Аё + 3NH3 + Н2О
4) 26H3-C^°NH4 + Са(ОН)2 — (СН3-С^ Са + + 2NH3 + 2Н2О
5) (СН3-С^°1 Са2+ СаСО3 + СН3-С-СН3
4.3.1. Амины
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
25
4
45
7
42
2
343
5
42
3
24
6
2213
Ответы 679
4.3.2. Аминокислоты. Белки
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
23
3
42
5
2134
2
13
4
12
6
5224
1) сн3—сн-сн2-сн2—СН3 + КОН спирт- р~р»- сн3—сн=сн—сн2—сн3 +
С1
+ КС1 + Н2О
2) ЗСН3-СН=СН—СН2-СН3 + 4К2Сг2О7 + 16H2SO4 ЗСН3-С^° +
+ ЗСН3-СН2-С^° + 4Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 16Н2О
он
3) СН3-СН2-С^0.. + С12сн3-сн-сС°..+ НС1
3 2 ОН 2 ' ин
4) СН3-СН-сС?., + 2NH3 — СН3-СН-СС° , + NH4C1
J I ОН I он
Cl nh2
5) сн3-сн-с^° +nh2-ch2-c^° —
Uri Uri
nh2
о
—► ch3-ch-c-n-ch2—cC?tt +h2o
i I I 2 OH 2
nh2 h
4.4.1. Определение молекулярной формулы вещества по массовым долям элементов
1. Молекулярная формула вещества А — С8Н18.
Уравнение реакции хлорирования вещества Л:
СН3СН3 СН3СН3
сн3-с—с—СН3 + С12 —► СН3—С—С—СН2-С1 + НС1
СН3СН3 СН3СН3
2. Молекулярная формула вещества А — С7Н5О2К.
Уравнение реакции вещества Л с твёрдым гидроксидом калия при нагревании:
680
Ответы
5.
Молекулярная формула вещества Л — С4Н6С12.
Уравнение реакции получения вещества Л:
СН2=СН-СН=СН2 + С12 — сн2-сн=сн-сн2
С1 С1
Молекулярная формула вещества Л — C3H7O2N.
Уравнение реакции получения вещества Л:
сн3-сн2-сн3 + HNO3 сн3-сн-сн3 + Н2О
no2
Молекулярная формула вещества Л — С6Н4О2К2.
Уравнение реакции получения вещества Л:
8.
Молекулярная формула вещества Л — С6Н12О2.
Уравнение реакции получения вещества Л:
3| II + 2КМпО4 + 4Н2О °~20°с^ 3| I 0Н +2МпО2 + 2КОН
_ ~ он 2
Молекулярная формула вещества Л — C8H2ONC1.
Уравнение реакции получения вещества Л:
СН3
ch3-c-ch2-nh2 + сн3-сн-сн3—-
СН3 С1
сн3 сн3
сн3—c-ch2-nh2—сн
сн3 сн3
С1
Молекулярная формула вещества Л — С8Н614.
Уравнение реакции вещества Л с избытком водного раствора гидроксида калия:
Ответы
681
9. Молекулярная формула вещества А — C9H12O5N2.
Уравнение реакции получения вещества Л:
сн7-сн-с^° +2hno3 —
I ONa 3
NH2
сн2-сн-с;°н
NH3
NO3 +NaNO3 + H2O
4.4.2. Определение молекулярной формулы вещества по продуктам сгорания
1. Молекулярная формула вещества Л — С8Н8.
Уравнение реакции вещества Л с бромной водой:
2. Молекулярная формула вещества Л — С4Н8О2.
Уравнение реакции получения вещества Л:
сн’-с"он + СН3-СН2-ОН сн3-с?°_сн _СНз+ Н2О
3. Молекулярная формула вещества Л — С4Н10О2.
Уравнение реакции вещества Л с дихроматом калия в присутствии серной
кислоты:
ЗСН2-СН2-СН2-СН2 +4К2Сг2О7 + 16H2SO4
ОН ОН
— 3 Но'С_СН2"СН2-С^ОН + 4Cr2(S°4)3 + 4K2SO4 + 22Н2О
4. Молекулярная формула вещества А — C4H9N.
Уравнение реакции вещества Л с хлорэтаном:
^NH + СН3-СН2-С1 —
^nh-ch2-ch3 Cl
682
Ответы
5. Молекулярная формула вещества Л — С5Н6О4К2.
Уравнение реакции получения вещества Л:
+ 8КМпО4 + ЮКОН °>3-СН2-СН2-СН2-С^°
\ и КО ОК
+ 8К2МпО4 + 6Н2О
6.
Молекулярная формула вещества Л — С10Н10О4.
Уравнение реакции вещества А с гидроксидом лития при нагревании:
О-С-СНз
О-С-СНз
+ 4LiOH
OLi
2Н4.
OLi
Молекулярная формула вещества Л — C2H6O2NC1.
Уравнение реакции получения вещества Л:
сн2-с
NH3
"ЮН
СГ + СаС12
8. Молекулярная формула вещества Л — С7Н8О3.
Уравнение реакции вещества А с избытком металлического калия:
9. Молекулярная формула вещества А — C6H4NBr3.
Уравнение реакции получения вещества Л:
Вг
+ ЗНВг
Ответы
683
10.
Молекулярная формула вещества Л — C3H9O2NS.
Уравнение реакции получения вещества Л:
снз-?н~с<он
nh2
+ H2S — сн3-сн-сС°
I он
NH3
HS
11.
Молекулярная формула вещества Л — C6H12O3N2.
Уравнение реакции гидролиза вещества Л:
о
СН3-СН-с-N-CH-C
nh2 н сн3
т+2НС1 + Н2О — 2СН3-СН-С
ОН 2 3 I
NH3
он
сг
12.
Молекулярная формула вещества Л — С5Н8О.
Уравнение реакции получения вещества Л:
/ ^^2-
/сн2-сн2-с< \ 0
I 8
\сн2-сн2-с.; /
\ 2 2 о/
+ ВаСО3
13.
Молекулярная формула вещества Л — С6Н6С16.
Уравнение реакции получения вещества Л:
14.
Молекулярная формула вещества Л — C6H16O4N2.
Уравнение реакции получения вещества Л:
h>-c^h+2CH’-CH2-NH2-*
°^С-С-°
о^ "о
2-
|ch3-ch2-nh3[
15.
Молекулярная формула вещества Л — С14Н10С14.
Уравнение реакции получения вещества Л:
Cl CI
+ 2С12 —
C1 С1
684
Ответы
16.
Молекулярная формула вещества Л — C6H13O2N.
Уравнение реакции гидролиза вещества А:
СН2-С
NH2
сн3
"'О-С-СН;
сн3
+ Н2О + НС1 —
сн2-с
NH3
^о
^он
«• сн3
сГ+сн3-с-сн3
он
17.
18.
Молекулярная формула вещества Л — С3Н2С16.
Уравнение реакции вещества А с избытком водного раствора гидроксида на¬
трия:
С1 С1
С1—С—СН2—С—Cl + 8NaOH —► ,ЛС-СН2-С<' + 6NaCl + 4H2O
| 2 । NaO 2 ONa 2
Cl Cl
Молекулярная формула вещества Л — C8H16O4N2.
Уравнение реакции вещества Л с раствором гидроксида калия при нагрева¬
нии:
О NH2
сн2-о-с-сн-сн3
О NH2
СН2-О-С-СН-СН3
+ 2К0Н 2СН3-СН-СС^ + СН2-СН2
3 I ОК I 2 I 2
NH, ОН ОН
Итоговый тест по органической химии
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
i
1
213
12
124
23
4146
2
413
13
125
24
1122
3
123
14
2345
25
4355
4
233
15
23
26
2643
5
431 ■
16
15
27
3551
6
24
17
34
28
5652
7
34
18
14
29
1363
8
14
19
23
30
4231
9
15
20
45
31
14
10
35
21
2453
32
25
11
1234
22
6615
33
53
Ответы
685
(окончание)
34
15
38
3412
42
243
35
31
39
3445
43
421
36
3123
40
3345
44
342
37
2154
41
314
45
341
46. 1) СаС2 + 2Н2О — Са(ОН)2 + НС^СН
С1
2)НС=СН +2НС1—СН3~СН
С1
С1
3) СН3-СН +2КОН —► СН3-С^н + 2КС1+Н2О
С1
4) СН3-С^° + 2|Ag(NH3)2]OH СН3-С^° + 2Ag + 3NH3 +Н2О
£1 О IN 11 д
I ^0\" 2+
5) 2СН3—+Са(ОН)2—► (СН3-СС^) Ca +2NH3 + 2H2O
UTNH4 \ 0/2
47’ 1) ЗСН3—СН=СН2 + 2КМпО4 + 2Н2О &~20°С>- ЗСН3—СН—СН2 +
ОН ОН
+ 2МпО2 + 2КОН
2) СН3-СН-СН2 +2НВг—СН3-СН-СН2 + 2Н2О
ОН ОН Вг Вг
48.
3) СН3-СН-СН2 + 2NaOHcllMpT'p~p> СН3—C^CH + 2NaBr + 2H2O
Вг Вг
О
f Нг2+ "
4) сн3-с=сн + н2о сн3-с-сн3
о он
11 t Ni 1
5) сн3-с-сн3 + н2 сн3-сн-сн3
1) 2СН3-СН2-СН2-СС° - + 2Н2О зл'ток» Н2 + 2К0Н + 2СО2 +
ОК
+ сн3—сн2—сн2—сн2—сн2—сн3
2) СН3-СН2-СН2—сн2—сн2—СН3 + 4Н2
686
Ответы
Ответы
687
2) ЗСН3—СН2-СН2—ОН+2K2Cr2O7 + 8H2SO4 ЗСН3-СН2-С^ОН +
+ 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 +11Н20
3) сн3-сн2-сС° +С12 chJ-ch-cC° + НС1
. ОН 2 I он
С1
4) СН3-СН-сС°н + 2NH3 — СН3—СН—cCqH + NH4C1
Cl nh2
5)сн3-сн-сС° +кнсо3—сн3—CH—cC° +СО2+Н2О
J I ОН J J I OK 2 2
nh2 nh2
К главе 5 «Методы познания в химии. Химия и жизнь»
Итоговый тест по методам познания в химии
Задание
Ответ
Задание
Ответ
Задание
Ответ
1
342
4
324
7
243
2
312
5
413
8
412
3
443
6
214
9
141
К тренировочным вариантам
Часть 1
Правильное выполнение каждого из заданий 1-5, 9-13, 16-21, 25-28 оценивается
1 баллом. Задание считается выполненным верно, если ответ полностью совпадает
с эталоном ответа. В ответах на задания 1, 3, 4, И, 12, 13, 17, 18 порядок записи
символов значения не имеет.
Правильное выполнение каждого из заданий 6, 7, 8, 14, 15, 22, 23, 24 оценивается
2 баллами. Задание считается выполненным верно, если ответ полностью совпадает
с эталоном ответа: каждый символ в ответе стоит на своём месте, лишние символы
в ответе отсутствуют. 1 балл выставляется, если на любой одной позиции ответа
записан не тот символ, который представлен в эталоне ответа. Во всех других слу¬
чаях выставляется 0 баллов. Если количество символов в ответе больше требуемо¬
го, выставляется 0 баллов вне зависимости от того, были ли указаны все необходи¬
мые символы.
688 Ответы
Задание
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Вариант 4
Вариант 5
1
14
14
45
24
24
2
125
523
451
431
235
3
45
15
14
35
25
4
25
34
12
24
12
5
938
947
675
341
231
6
43
41
41
32
45
7
2444
4245
2134
1322
5143
8
6121
5262
4264
1411
6123
9
21
14
42
34
31
10
343
122
441
241
312
11
25
24
45
12
13
12
1235
45
235
14
234
13
12
14
45
34
34
14
4653
2523
6356
5643
3425
15
4351
4623
6433
2412
1154
16
54
31
34
34
23
17
135
135
1235
13
345
18
35
134
14
134
135
19
411
233
423
341
422
20
323
321
314
442
121
21
1432
3124
4213
3412
2431
22
2221
1232
2311
2213
2332
23
61
51
53
54
25
24
5255
4331
2411
2441
2335
25
342
243
214
442
321
26
39,7
207,4
11,05
24
26,8
27
1,5
630
1545
21,12
1,134
28
62,5
20
6,72
88
139,2
Ответы
689
Задание
Вариант 6
Вариант 7
Вариант 8
Вариант 9
Вариант 10
1
24
13
14
23
15
2
531
351
431
154
243
3
14
23
25
15
14
4
34
34
25
34
25
5
789
973
178
346
597
6
34
43
13
32
35
7
5313
5422
5141
4524
4431
8
3351
1416
6654
2565
1364
9
13
54
41
53
23
10
242
214
224
311
432
11
25
35
34
12
12
12
1245
234
1245
345
345
13
24
14
15
14
35
14
3165
2536
6615
2146
5162
15
2435
2161
4112
4244
5531
16
31
54
25
32
34
17
145
235
245
1235
12
18
235
235
135
124
125
19
114
344
112
241
434
20
413
312
331
234
332
21
1234
2314
1423
4213
2413
22
3311
1313
2323
3221
2132
23
32
24
55
52
62
24
1315
3535
1131
5452
4243
25
332
124
412
342
412
26
116,7
22,5
16,3
100
41,67
27
2688
340,48
4434
69,2
1044
28
61,25
9,632
84
48
728
690
Ответы
Задание
Вариант 11
Вариант 12
Вариант 13
Вариант 14
Вариант 15
1
34
15
14
24
25
2
342
512
243 ‘
524 ;
143
3
23
15
15
34
34
4
15
24
. 34
24
24
5
912
974
869
164
876
6
43
31
35
34
43
7
2514
5351
4531
1434
3112
8
2342
5323
4233
2614
4351
9
41
32
31
25
32
10
321
331
231
142
421
11
14
13
34
15
23
12
145
124
2345
1234
2345
13
23
23
14
34
12
14
3625
3425
2146
3251
4151
15
2441
2441
6225
1256
4522
16
23
15
12
35
54
17
125
124
34 .
24
235
18
45
13
25
13
124
19
341
434
341
124
412
20
443
214
123
141
323
21
4231
4312
4213
1432
4312
22
2322
3313
1231
1221
1122
23
34
62
24
34
51
24
5421
5143
3125
3152
3424
25
142
413 .
412
432
421
26
12,5
15,7
19,4
36,4
14,94
27
25
365,4
470
542,1
12638
28
. 47
16,22
36
5
33,33
Ответы
691
Часть 2
Критерии оценивания выполнения заданий 29-34 приведены на примере варианта 1
(допускаются иные формулировки ответов, не искажающие их смысла).
Вариант 1
29. ЗРН3 + 4KBrO3 + 9NaOH -► 4KBr + 3Na3PO4 + 9Н2О
Вг+5 + 6ё -> ВГ 4
Р"3 - 8<? -> Р+5 3
Бромат калия (или бром в степени окисления +5) является окислителем.
Фосфин (или фосфор в степени окисления -3) — восстановителем.
Ответ правильный и полный, содержит следующие элементы:
♦ выбраны вещества, и записано уравнение окислительно-восстано¬
вительной реакции;
♦ составлен электронный баланс, указаны окислитель и восстановитель
2
Правильно записан один элемент ответа
1
Все элементы ответа записаны неверно
0
Максимальный балл
2
30. Са(НСО3)2 + 2NaOH -► СаСО3 + Na2CO3 + 2Н2О
Са2+ + 2НСОз + 2Na+ + 2ОН" -> СаСО3 + 2Na+ + СО2" + 2Н2О
Са2+ + 2НСОз + 2ОН" ->■ СаСО3 + СО2" + 2Н2О
Ответ правильный и полный, содержит следующие элементы:
♦ выбраны вещества, и записано молекулярное уравнение реакции
ионного обмена;
♦ записаны полное и сокращённое ионные уравнения реакции
2
Правильно записан один элемент ответа
1
Все элементы ответа записаны неверно
0
Максимальный балл
2
31. 1) Fe3O4 + 8HI -> 3FeI2 +12 + 4Н2О
2) 4FeI2 + 3Na2MnO4 + 12H2SO4 -> 2Fe2(SO4)3 + 4I2 + 3MnSO4 + 3Na2SO4 +
+ 12H2O
3) 2A1 + 3I2 -> 2A1I3
4) A1I3 + 3NaHCO3 A1(OH)3 + 3CO2 + 3NaI
692
Ответы
Правильно записаны четыре уравнения реакций
4
Правильно записаны три уравнения реакций
3
Правильно записаны два уравнения реакций
2
Правильно записано одно уравнение реакции
1
Все уравнения реакций записаны неверно
0
Максимальный балл
4
321 1) СН3—СН2—СН2—СН3 г’Сг2°3> СН2=СН—СН=СН2 + 2Н2
2)СН2=СН—СН=СН2 +С12—► сн2—сн=сн—сн2
С1 С1
3) СН2—СН=СН—СН2 +НС1—► сн2—сн—сн2—сн2
С1 С1 С1 С1 С1
4) сн2—сн—сн2—СН2 + ЗКОН спирт'р~р- НС=С—сн=сн2 +
С1 С1 С1
+ЗКС1+ЗН2О
5) НС=С—CH=CH2 + [Ag(NH3)2]OH—► AgC=C—СН=СН2 +
+ 2NH3+H2O
Правильно записаны пять уравнений реакций
5
Правильно записаны четыре уравнения реакций
4
Правильно записаны три уравнения реакций
. 3
Правильно записаны два уравнения реакций
2
Правильно записано одно уравнение реакции
1
Все уравнения реакций записаны неверно
0
Максимальный балл
5
33. Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
v(CO,) = г = о 48 Моль; v(C) = 0,48 моль;
v 27 44г/моль У 7 ’
4 32 г
v(H,O) = —- = 0,24 моль; v(H) = 0,48 моль;
V 2 ’ 18 г/моль V ’
тп(С + Н) = 0,48-12 + 0,48-1 = 6,24 г;
Ответы
693
/и(0) = 10,08 г - 6,24 г = 3,84 г;
3,84 г
v(O) = = 0,24 моль;
16 г/моль
v(C): v(H): v(O) = 0,48:0,48:0,24 = 2:2:1.
Молекулярная формула вещества Л — С12Н12О6.
Приведена структурная формула вещества Л:
Составлено уравнение реакции гидролиза вещества Л:
Ответ правильный и полный, содержит следующие элементы:
♦ правильно произведены вычисления, необходимые для установле¬
ния молекулярной формулы вещества, и записана молекулярная
формула вещества;
♦ записана структурная формула органического вещества, которая
отражает порядок связи и взаимное расположение заместителей и
функциональных групп в молекуле в соответствии с условием за¬
дания;
♦ с использованием структурной формулы органического вещества
записано уравнение реакции, на которую даётся указание в усло¬
вии задания
3
Правильно записаны два элемента ответа
2
Правильно записан один элемент ответа
1
Все элементы ответа записаны неверно
0
Максимальный балл
3
694
Ответы
34. [1] FeSO4 + К2СО3 -»■ FeCO3 + K2SO4
[2] Fe2(SO4)3 + ЗК2СО3 + 3H2O -► 2Fe(OH)3 + 3CO2 + 3K2SO4
m(K2CO3) = 180 г • 34,5%/100% = 62,1 r;
v (K2CO3) = 62,1 Г = 0,45 моль.
V 2 7 138 г/моль
Пусть в исходной смеси
v(FeSO4) = x моль;
v(Fe2(SO4)3) = y моль;
v(атомов Fe) = (х + 2у) моль;
v (атомов S) = (х + Зу) моль;
(х + 2у)/(х + 3у) = 13/16;
vBCiyn (К2СО3) = х + Зу моль;
^(к2СО3) = 62,1 г-138 (х + 3у) г;
v(FeCO3) = x моль => m(FeCO3) = 116х г;
v(Fe(OH)3) = 2y моль => w?(Fe(OH)3) = 214у г;
v(CO2) = 3y моль => т(СО2) = 132у г;
(конеч.) - 55,36 г + 250 г + 180 г-116х г-214у г-132у г;
, . 62,1 г-138-(х + 3у) г
со (К,СО,) = —- ^2—
коне,Д 2 з) 485 З6-Ц6х-З46у Г
•100% = 4%;
v(FeSO4) = x = 0,14 моль;
v(Fe2(SO4)3) = у = 0,06 моль;
m(Fe2(SO4)3) = 0,06 моль • 400 г/моль = 24 г;
т(FeSO4 • £Н2О) = 55,36 г - 24 г = 31,36 г;
M(FeSO4 Ш2О) = 31,36 г/0,14 моль = 224 г/моль;
к - (224 г/моль -152 г/моль)/18 г/моль - 4.
Ответы
695
Ответ правильный и полный, содержит следующие элементы:
♦ правильно записаны уравнения реакций, соответствующих усло¬
вию задания;
♦ правильно произведены вычисления, в которых используются не¬
обходимые физические величины, заданные в условии задания;
♦ продемонстрирована логически обоснованная взаимосвязь физиче¬
ских величин, на основании которой проводятся расчёты;
♦ в соответствии с условием задания определена искомая физическая
величина
4
Правильно записаны три элемента ответа
3
Правильно записаны два элемента ответа
. 2
Правильно записан один элемент ответа
1
Все элементы ответа записаны неверно
0
Максимальный балл
4
Вариант 2
29. 2CrO3 + 12НС1 -> 2СгС13 + ЗС12 + 6Н2О
Сг+6 + Зё->Сг+3 2
2СГ1-2ё—>С12 3
Оксид хрома(У1) (или хром в степени окисления +6) является окислителем.
Хлороводород (или хлор в степени окисления -1) — восстановителем.
30. 2NH4C1 + Са(ОН)2 -+ СаС12 + 2NH3 + 2Н2О
2NH4 + 2СГ + Са2+ + 2ОН Са2+ + 2СГ + 2NH3 + 2Н2О
NH4 + ОН -> NH3 + Н2О
31. 1) Cu2O + 2НВг —» 2CuBr + Н2О
2) 2CuBr + 4H2SO4 2CuSO4 + Br2 + 2SO2 + 4Н2О
3) 5SO2 + 2NaMnO4 + 2Н2О -» 2MnSO4 + Na2SO4 + 2H2SO4
4) Na2SO4 + 4C Na2S + 4CO
32' 1) /\ + Cl2 -* CH2—CH2—CH2
Cl Cl
2) CH2-CH2—CH2 + 2KOH —* CH2—CH2—CH2 + 2KC1
Cl Cl OH OH
696
Ответы
3) ЗСН2-СН2—СН2 +4К2Сг2О7 +16H2SO4 3Н°^С—СН2-С^°Н
ОН ОН
+ 4Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 22Н2О
4) HO-C-CH2-C-OH+2CH3-NH-CH3^
5)
ch3-nh2—сн3
ch3—nh2—сн3
. 12
^с-сн2-с
^о
^о
°>с-сн2-с
2—
+2КОН —
^о
"о
—* °>2-СН2—С^° +2CH3-NH-CH3 + 2H2O
ко 2 OK J
33. Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
<в(Н) = 100% - 36,36% - 38,79% - 24,24% = 0,61%;
v(C): v(H): v(O): v(Ca) = 36,36/12:0,61/1:38,79/16:24,24/40 = 5:1:4:1.
Молекулярная формула вещества Л — С10Н2О8Са2.
Приведена структурная формула вещества Л:
Составлено уравнение реакции получения вещества Л:
34. [ 1 ] 2Cu(NO3)2 -> 2CuO + 4NO2 + О2
[2] 2AgNO3 -> 2Ag + 2NO2 + O2
[3] CuO + 2HC1 -> CuCl2 + H2O
[4] AgNO3 + HCI -> AgCl + HNO3
Ответы
697
ти(примесей) = 178 г• 10%/100% = 17,8 г;
/ ч 8,96 л
v (смеси газов) = = 0,4 моль;
' 22,4 л/моль
и1(смеси газов) = 178 г-161 г = 17 г.
Пусть разложилось
V BCTyn(<-'U(NO3)2) = X моль;
^(AgNOj)^ моль;
v(NO2) = 2х + у моль;
v(O2) = (x + y)/2 моль;
v (смеси газов) = (2х + у + (х + у)/2) моль = 0,4 моль;
ot(NO2) = 46-(2x + j) г;
от(О2) = 32-(х + у)/2 г;
от(смесигазов) = 46-(2х + у) + 16-(х + у) г = 17 г;
V Bciyn (Cu(NO3)2) = х = 0,1 моль;
У в<иуп (AgNO3) = у = 0,1 моль.
Пусть
vocr (AgNO3) - v(AgCl) = z моль => w(AgCl) = 143,5z г;
v(Ag) = 0,1 моль => m(Ag) = 0,1 моль• 108 г/моль = 10,8 г;
от(осадка) = 17,8 г+ 10,8 r + 143,5z г = 86 г;
vocr (AgNO3) = z = 0,4 моль;
отиск (AgNO3) = (0,1 + 0,4) моль • 170 г/моль = 85 г;
отисх (Cu(NO3 )2 ) = 178 г - 85 г -17,8 г = 75,2 г;
75 2 г
v (Cu(NO3),) = ——— = 0,4 моль;
исх'' ' 3,1 ’ 188 г/моль
v(атомов Си) = 0,4 моль;
от (атомов Си) = 0,4 моль • 64 г/моль = 25,6 г;
Отр.„а (конеч.) = 161 г + 325 г - 86 г = 400 г;
(Оконеч (атомов Си) = 25,6 г/400 г • 100% = 6,4%.
698
Ответы
Вариант 3
29. 6FeSO4 + 2K2CrO4 + 8H2SO4 ->• 3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 8H2O
2Сг+б + 6ё 2Сг+3
2Fe+2 -2ё—>2Fe+3
1
3
Хромат калия (или хром в степени окисления +6) является окислителем.
Сульфат железа(П) (или железо в степени окисления +2) — восстановителем.
30. Bal2 + K2CrO4 BaCrO4 + 2KI
Ва2+ + 2Г + 2К+ + СгО4“ -> ВаСгО4 + 2К+ + 2Г
Ва2+ + СгО4“ -> ВаСгО4
31. 1) SiH4 + 2О2 —>■ SiO2 + 2Н2О
2) Са3(РО4)2 + 3SiO2 + 5С 2Р + 3CaSiO3 + 5СО
3) 2Р + 312 -> 2Р13
4) 2PI3 + ЮКМпО4 + 16КОН -► 312 + 2К3РО4 + 10К2МпО4 + 8Н2О
Ответы
699
33. Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
v(CO2) = —4,48 Л
22,4 л/моль
= 0,2 моль; v(C) = 0,2 моль;
5 4г
v(H2O) = = 0,3 моль; v(H) = 0,6 моль;
18 г/моль
v (N2) = -—- = 0,05 моль; v(N) = 0,1 моль;
22,4 л/моль
те(С + Н + М) = 0,2-12 + 0,6-1 + 0,1-14 = 4,4 г;
те (О) = 9,2 г-4,4 г = 4,8 г;
4 8г
v (О) —— = 0,3 моль;
16 г/моль
v(C):v(H):v(N):v(O) = 0,2:0,6:0,1:0,3 = 2:6:1:3.
Молекулярная формула вещества Л — C4H12N2O6.
Приведена структурная формула вещества Л:
[nh3-ch2-ch2-nh3]2+[hco3]2
Составлено уравнение реакции получения вещества Л:
NH2-CH2-CH2-NH2 + 2CO2+2H2O-^|NH3-CH2-CH2-NH3]2+[HCO3]2
34. [1] 2А1 + 2КОН + 6Н2О -> 2К[А1(ОН)4] + ЗН2
[2] A12S3 + 8КОН -»■ 2К[А1(ОН)4] + 3K2S
[3] А1Р + КОН + ЗН2О -> К[А1(ОН)4] + РН3
v(H2) =
6,72 л
22,4 л/моль
= 0,3 моль;
v(Al) = 0,2 моль => т(А1) = 0,2 моль -27 г/моль = 5,4 г.
I
700 Ответы
Пусть в исходной смеси
v(A12S3) = x моль;
v(A1P) = у моль;
v( атомов А1) - (0,2 + 2х + у) моль;
v(атомов S) = Зх моль
(0,2 + 2x4-у моль)/3х моль = 5/3; .
m( A12S3) = 150х г;
т(А1Р) = 58у г;
ти(смеси) = 5,4 г + 150х г + 58у г = 91 г;
v(A12S3) = x = 0,3 моль;
v(A!P) = y = 0,7 моль;
тр ра (КОН) = (3,3 моль-56 г/моль )-100%/20% = 924 г;
V! (Н2О) = 3 • 0,2 = 0,6 моль;
v3(H2O) = 3-0,7 = 2,1 моль;
тконе4 (Н2О) = 924 г • 80%/100% - (0,6 + 2,1 моль)-18 г/моль = 690,6 г;
т (Н2) = 0,3 моль • 2 г/моль = 0,6 г;
т (РН3) = 0,7 моль - 34 г/моль = 23,8 г;
шрра (конеч.) = 91 г+ 924 г-0,6 г-23,8 г = 990,6 г;
соконеч (Н2о) = 690,6 г/990,6 г • 100% = 69,72%.
Вариант 4
29. 5SO2 + 2КМпО4 + 2Н2О -> 2MnSO4 + K2SO4 + 2H2SO4
Mn+7 + 5ё —> Mn+2 2
S+4 - 2e S+6 5
Перманганат калия (или марганец в степени окисления +7) является окис¬
лителем. Оксид серы(1У) (или сера в степени окисления +4) — восстано¬
вителем.
Ответы
701
30. Mg(NO2)2 + H2SO4 MgSO4 + 2HNO2
Mg2+ + 2NO2 + 2H+ + SO^ -> Mg2* + sot + 2HNO2
h+ + no2 — hno2
31. 1) FeS2 + I8HNO3 -+ Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NO2 + 7H2O
2) 4Zn + 2NO2 -> 4ZnO + N2
3) ZnO + CaCO3 -> CaZnO2 + CO2
4) CaZnO2 + 4HI -> Cal2 + Znl2 + 2H2O
33.
Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
со(С) = 100% - 5,8% - 46,38% -10,14% -11,59% = 26,09%;
/ттЧ /хм 26,09 5>8 10>14 46,38 11,59
v(C): v(H): v(N): v(O): v(S) = : —: : :
v k V v ’ 12 1 14 16 32
v(C):v(H):v(N):v(O):v(S) = 6:16:2:8:1.
Молекулярная формула вещества Л — C6H16N2O8S.
Приведена структурная формула вещества Л:
/О 2-
сн3-сн-сСон SO4
. NH3 J2
702
Ответы
Составлено уравнение реакции получения вещества?!:
2СН3-СН-С^°Н +H2SO4
nh2
сн3—сн—с
. NH3
2-
SO4
2
34. [1] 2Cu(NO3)2 + 2H2O -> 2Cu + O2 + 4HNO3
[2] 4AgNO3 + 2H2O -> 4Ag + O2 + 4HNO3
[3] 2H2O -»2H2 + O2
w(AgCl) = 421 г • 40,9%/100% = 172,2 r;
/и(нитратов) = 421 г-172,2 г = 248,8 г;
\ 112л <
VI Н9) = = 5 моль.
V 27 22,4 л/моль
Пусть в исходной смеси
v(Cu(NO3)2) = x моль => m(Cu(NO3)2) = 188xг;
v(AgNO3) = y моль => m(AgNO3) = 170y г;
ш(нитратов) = 188х + 170у = 248,8 г;
v(HNO3) = 2х +у моль;
m(HNO3) = (2х + у) моль • 63 г/моль = (126х + 63у) г;
у(Си) = хмоль => m(Cu) = 64xr;
v(Ag) = yMonb => m(Ag) = 108y г;
vcy™ (О2) = х/2 + у/4 + 5/2 моль;
Усумм (о2) = (0,5х + 0,25у + 2,5) моль • 32 г/моль = (16х + 8у + 80) г;
ти(Н2) = 5 моль• 2 г/моль = 10 г;
/Ир^а (конеч.) = 248,8 г + 990 г - 64х г - 108у г - (16х + 8у + 80) г -10 г;
Чонеч (HNO3) = (126х + 63у)г/(1148,8 - 80х -116у)г • 100% = 12,5%;
v(Cu(NO3)2) = x = 0,6 моль;
v(AgNO3) = у = 0,8 моль;
z д 172,2 г , „
v (AgCl) = = 1,2 моль;
v 7 143,5 г/моль
Ответы
703
v( атомов Ag) = 0,8 моль + 1,2 моль = 2 моль =>
=> v (протонов Ag) = 47-2 моль;
v(атомов N) = 2 • 0,6 моль + 0,8 моль = 2 моль =>
=> v (протонов N) = 7 -2 моль;
N (протонов Ag) v (протонов Ag) • NA 47
N (протонов N ) v ( протонов N ) • NA 7
Вариант 5
29. I2 + 5H2O2 -> 2HIO3 + 4H2O
2O’1 + 2ё—>2O”2
- 10ё —> 2I+5
5
1
Пероксид водорода (или кислород в степени окисления -1) является окисли¬
телем. Иод в степени окисления 0 — восстановителем.
30. 2(CH3COO)3Cr + 3K2SO3 + ЗН2О -> 2Сг(ОН)3 + 3SO2 + 6СН3СООК
6СН3СОСГ + 2Сг3+ + 6К+ + 3SO3" + ЗН2О -> 2Сг(ОН)3 + 3SO2 +
+ 6СН3СОСГ + 6К+
2Cr3+ + 3SO3" + ЗН2О 2Сг(ОН)3 + 3SO2
31. 1) Cr2O3 + 2NH3 -> 2Cr + N2 + ЗН2О
2) Сг + 2НВг -> СгВг2 + Н2
3) 2СгВг2 + К2Сг2О7 + 7H2SO4 -«■ 2Cr2(SO4)3 + 2Вг2 + K2SO4 + 7Н2О
4) Cr2(SO4)3 + ЗВг2 + 16КОН -> 2К2СгО4 + бКВг + 3K2SO4 + 8Н2О
704
Ответы
Br
33. Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
v(CO2)= 1,232 Г =0,028 моль; v(C) = 0,028 моль;
v 27 44 г/моль V 7
v(HCl) = 0,0896 Л = 0,004 моль; v(Cl) = 0,004 моль;
v 7 22,4л/моль v 7
v (Н2О) = 0,18 Г = 0,01 моль; v (Н) = 0,02 + 0,004 = 0,024 моль;
18 г/моль
т(С + Н + С1) = 0,028 12 + 0,024-1 + 0,004-35,5 = 0,502 г;
т(О) = 0,502 г - 0,502 г = 0 г;
v(C):v(H):v(Cl) = 0,028:0,024:0,004 = 7:6:1.
Молекулярная формула вещества А — С14Н12С12.
Приведена структурная формула вещества Л:
С1
(СН-с+дО)
' С1
Составлено уравнение реакции получения вещества А:
С1
(О/с=с \О/+2нс1 -*■ \О/c-ch2Vq\
Cl
34. [1] 2CuSO4 + 2Н2О —► 2Cu + О2 + 2H2SO4
[2] CuSO4 + Zn -► Си + ZnSO4
[3] Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2
Ответы
705
Пусть
v(CuSO4 • 5Н2О) = vHCx (CuSO4) = х моль => v(H2O) = 5х моль;
m(CuSO4) = 160х г;
т(Н2О) = 5-18х = 90х г;
18,4/ЮО = 160хг/(358,6 г + 90х г);
vHCx (CuSO4) = х = 0,46 моль;
V(O2) =—-1——— = 0,03 моль => v1(CuSO4) = v(H2SO4) = 0,06 моль;
22,4 л/моль
v3 (Zn) = v(H2SO4) = 0,06 моль;
v2(Zn) = v2(CuSO4) = 0,46 моль-0,06 моль = 0,4 моль;
v(Cu) = v2 (CuSO4) = 0,4 моль => m(Cu) = 0,4 моль • 64 г/моль = 25,6 г;
mBCTyn (Zn) = (0,4 моль + 0,06 моль) • 65 г/моль = 29,9 г.
Пусть
w„cx(Zn) = y г;
«конеч (Си) = 25,6 г/(у г + 25,6 г - 29,9 г) -100% -18,81%;
= 140,4 г.
Вариант 6
29. 2FeSO4 + Н2О2 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + 2Н2О
20’1 + 2ё 2О’2 1
2Fe+2 - 2ё —> 2Fe+3 1
Пероксид водорода (или кислород в степени окисления -1) является окисли¬
телем. Сульфат железа(П) (или железо в степени окисления +2) — восстано¬
вителем.
30. 2Na2CrO4 + H2SO4 Na2Cr2O7 + Na2SO4 + Н2О
4Na+ + 2CrO4“ + 2H+ + SO^“ -» 2Na+ + Cr2O^ + 2Na+ + SO2’ + H2O
2CrO4“ + 2H+ Cr2O2’ + H2O
706
Ответы
31. 1) (CuOH)2CO3 -> 2CuO + C02 + H20
2) 2CuO + C -> Cu2O + CO
3) Cu2O + H2SO4 -> CuSO4 + Cu + H2O
4) 4Cu + 2NO2 -> 4CuO + N2
32. 1) CH3—CH2—CH2-OK + H20 -* сн3—сн2—CH2—OH + KOH
2) CH3—CH2—CH2—OH + CuO CH3—CH2-C^° + Cu + H2O
3) CH3-CH2-C^2 + 2Cu(OH)2 CH3-CH2-C^O + Cu2o + 2h2O
£1 (JH
4) CH3-CH2-C^° , + Cl2 сн3—сн—cC° + HCl
J z OH z 3 I OH
Cl
5) CH3-CH-CC?,, + 2LiOH—► СН3-СН-С^° . +LiCl + H2O
J I OH J I OLi 2
Cl OH
33. Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
v (СО2) = —9’5376 л— = о 024 моль; v (С) = 0,024 моль;
v 7 22,4 л/моль v 7
v(H2O)= - 0 Q14 моль; v(H) = 0,028 моль;
v 7 18 г/моль v 7
m(C + H) = 0,024 12+ 0,028 1=0,316 г;
т(О) = 0,508 г-0,316 г = 0,192 г;
v(O) = = 0,012 моль;
16 г/моль
v(C):v(H):v(O) = 0,024:0,028:0,012 = 6:7:3.
Молекулярная формула вещества А — С12Н14О6.
Приведена структурная формула вещества Л:
О
н2с-о-с-сн=сн2
I °
нс-о-с-сн=сн2
I ?
н2с-о-с-сн=сн2
Ответы
707
34.
Составлено уравнение реакции гидролиза вещества А:
О
н2с-о-с-сн=сн2
I ?
НС-О-С-СН=СН, +3LiOH-»CH2-CH-CH, + 3CH,=CH-Ci„
In 2 I 2 I I 2 O]
Y OH OH OH
H2C-O-C-CH=CH2
[1] Ba(NO3)2 Ba(NO2)2 + O2
[2] 2Ba(NO3)2 -> 2BaO + 4NO2 + O2
[3] Ba(NO2)2 + 2NH4C1 BaCl2 + 2N2 + 4H2O
[4] BaO + H2O -> Ba(OH)2
[5] Ba(OH)2 + 2NH4C1 -> BaCl2 + 2NH3 + 2H2O
Пусть в смеси газов
vi (О2) = х моль;
v2(°2)= у моль => v(NO2) -4у моль;
т(смеси газов) - (х + у) моль • 32 г/моль + 4у • 46 г/моль = 124,8 г;
v3 (ВаС12) = v(Ba(NO2)2) = Vj (О2) = х моль;
v5 (ВаС12) = v(Ba(OH)2) = v(BaO) = 2 • v2 (О2) = 2у моль;
(ВаС12) = 208 • (х + 2у) г;
v(N2) = 2-v3(BaCl2) = 2x моль => w(N2) = 28-2x г;
v(NH3) = 2-v5(BaCl2) = 4y моль => m(NH3) = 17-4y г;
v1(Ba(NO3)2) = v1(O2) = x моль;
v2(Ba(NO3)2) = 2v2(O2)= 2у моль;
mHOT(Ba(NO3)2) = 261-(x + 2y) г;
ап(тв. остатка) = 261-(х +2^) г-124,8 г;
7Ир_рДконеч.) = 261-(х + 2>>) г-124,8 г+ 1297,2 г-56х г-68у г;
соконеч(ВаС12) = 208 (х + 2^) г/(1172,4 + 205x + 454j/) г-100% = 26%;
708
Ответы
v1(O2) = x = l,2 моль;
v2 (О2)= У - 0,4 моль;
v(N2) = 2x = 2,4 моль;
v(NH3) = 4y = 1,6 моль;
tp(NH3) = l,6 моль/(1,6 моль+ 2,4 моль) • 100% = 40%.
Вариант 7
29. 5AsH3 + 8КМпО4 + 12H2SO4 5H3AsO4 + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12Н2О
Mn+7 + 5ё —► Mn+2 8
As-3 - 8ё —»As+5 5
Перманганат калия (или марганец в степени окисления +7) является окисли¬
телем. Арсин (или мышьяк в степени окисления -3) — восстановителем.
30. NaOH + H2SO4 -» NaHSO4 + Н2О
Na+ + ОН’ + 2Н+ + SO4“ Na+ + HSO4 + H2O
он- + 2н+ + so4~ -> hso4 + н2о
31. 1) 2K2MnO4 + С12 -* 2КМпО4 + 2КС1
2) 2КМпО4 К2МпО4 + МпО2 + О2
3) K2MnO4 + Na2SO3 + Н2О MnO2 + Na2SO4 + 2КОН
4) 4Fe(OH)2 + О2 + 2Н2О -> 4Fe(OH)3
32' 1) СН3-СН2- С^°_ + Н2О сн3-сн2-с^% +
О ^112 Uti2 ОН3 Uri
+ сн3—сн2—сн2-он
2) ЗСН3—СН2—сн2—ОН + Na2Cr2O7 + 4H2SO4-£* ЗСН3-СН2—+
н
+ Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + 7Н2О
3) СН3-СН2-С^ + 2Cu(OH)2 СН3-СН2-С^° + Си2О + 2Н2О
н. он
4) сн3-сн2-сС®
kJ 11
+ nh2-ch2-c^° -*
CH3-CH2-CCq
nh3-ch2-cC®,
Un
Ответы
709
33.
5) СН3-СН2-С
*0
'О.
nh3—сн2-сС° т
иН.
+ 2NaOH—►
-* сн3-сн2-сС° +NH2-CH2-C<° +2Н2О
. ONa z ONa z
Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
v(CO2) - 15840 г _ мо = збо моль;
v 7 44 г/моль v 7
v(H2O)= 5670 г моль; v(H) = 630 моль;
V 2 7 18 г/моль V ’
/хт \ 1008 Л /кг\
v (N,) = = 45 моль; v (N) = 90 моль;
v 7 22,4 л/моль 7 7
m(C + H + N) = 360 -12 + 630-1 + 90 14 = 6210 г;
щ(О) = 9090 г - 6210 г = 2880 г;
v(O) = 2880 г =180 моль;
16 г/моль
v(C):v(H):v(N):v(O) = 0,36:0,63:0,09:0,18 = 4:7:1:2.
Молекулярная формула вещества Л — C12H21N3O6.
Приведена структурная формула вещества Л:
Составлено уравнение реакции получения вещества Л:
+6Ag + 9NH3 + 3H2O
710
Ответы
34. [1] SO3 + Н2О -> H2SO4
[2] 2FeO + 4H2SO4 Fe2(SO4)3 + S02 + 4H2O
[3] 2Fe3O4 + 10H2SO4 -+ 3Fe2(SO4)3 + S02 + 10H2O
Пусть
v(SO3) = * M(wib => w(SO3) = 80xr;
(H2SO4) = у моль => тисх (H2SO4) = 98y r;
т(олеума) = 80х r + 98j г = 250 г;
m (протонов) = 40x г + 50jy г;
©(протонов) = (40x + 50^) г/250 г • 100% = 50,8%;
v(SO3) = x = 0,675 моль;
уисх(Н28О4) = ^ = 2моль;
Уполуч (H2SO4) = 0,675 моль + 2 моль = 2,675 моль.
Пусть
v(FeO) = п моль;
v(Fe3O4) = »i моль;
N(электронов)/NА = у(электронов) = 34« +1 Ют - 46,6;
/лхч ч 7,84 л л
vcvmm (SO2) 0,35 моль;
сумму 2/ 22,4 л/моль
v2(SO2) = 0,5n моль;
v3(SO2) = 0,5tw моль;
vcyMM (SO2) = 0,5и моль + 0,5/и моль = 0,35 моль;
v(FeO) = H = 0,4 моль => wi(FeO) = 0,4 моль-72 г/моль = 28,8 г;
v(Fe3O4) = m = 0,3 моль => w(Fe3O4) = 0,3 моль-232 г/моль = 69,6 г;
v2(H2SO4) = 2-v(FeO) = 2-0,4 моль = 0,8 моль;
v3(H2SO4) = 5 v(Fe3O4) = 5-0,3 моль = 1,5 моль;
v 1H2SO4) = 2,675 моль-0,8 моль-1,5 моль = 0,375 моль;
"’конеч (H2SO4) = 0,375 моль• 98 г/моль = 36,75 г;
"’с,™ (8О?) = 0,35 моль • 64 г/моль = 22,4 г.
LVMM \ X / z z
Ответы
711
Пусть
wp.pa (конеч.) = 250 г + & г + 28,8 г + 69,6 г-22,4 г + 359,4 г = 685,4 + £ г;
“конеч (H2SO4) = 36,75 r/(685,4 + к) г -100% = 5%;
/писх(Н2О) = Лг = 49,6г;
тисх (Р'Ра)= 250 г + 49,6 г = 299,6 г;
Рисх (Р'Ра) = 299,6 г/165,8 мл = 1,807 г/мл.
Вариант 8
29. 8А1 + 3KNO3 + 5КОН + 18Н2О -+ 8К[А1(ОН)4] + 3NH3
1ST5 + 8ё —> N-3 3
А1°-Зё—>А1+3 8
Нитрат калия (или азот в степени окисления +5) является окислителем. Алю¬
миний в степени окисления 0 —1 восстановителем.
30. СгС13 + 3NaHCO3 Cr(OH)3 + ЗСО2 + 3NaCl
Сг3+ + ЗСГ + 3Na+ + ЗНСО3 Cr(OH)3 + ЗСО2 + 3Na+ + ЗСГ
Сг3+ + ЗНСО3 Сг(ОН)3 + ЗСО2
31. 1) IC13 + 2HNO3 + Н2О -> НЮ3 + ЗНС1 + 2NO2
2) 2НЮ3 -> 12О5 + Н2О
3) I2O5 + 5СО -> 12 + 5СО2
4) 612 + 6Са(ОН)2 5Са12 + Са(Ю3)2 + 6Н2О
712
Ответы
33. Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества^:
1 54 г
v (СО2) = — = 0,035 моль; v (С) = 0,035 моль;
v 27 44 г/моль 4 '
v(HCl) = —0’78 ' л— = 0,035 моль; v(H) = 0,035 моль;
v ’ 22,4 л/моль V 7
v(Cl) = 0,035 моль;
т (С + Н + С1) = 0,035 • 12 + 0,035 • 1 + 0,035 • 35,5 = 1,6975 г;
?и(О) = 1,6975 г -1,6975 г = 0 г;
v(C): v(H): v(O) = 0,035:0,035:0,035 = 1:1:1.
Молекулярная формула вещества Л — С5Н5С15.
Приведена структурная формула вещества Л:
С1 С1
СН3—СН=СН—С—С-С1
С1 С1
Составлено уравнение реакции хлорирования вещества А:
С1 С1 С1 С1
СН3-СН=СН—С-С-С1 + С12 — СН3-СН—СН—С—С-С1
J II z 3 I I i i
Cl Cl Cl Cl Cl Cl
34. [1] CO2 + 2KOH -> K2CO3 + H2O
[2] CO2 + KOH -> KHCO3
[3] 2KHCO3 -> K2CO3 + CO2 + H2O
[4] 3K2CO3 + 2(CH3COO)3A1 + 3H2O -> 2A1(OH)3 + 3CO2 + 6CH3COOK
Ответы 713
m((CH3COO)3 Al) = 1200 г-51%/100% = 612 г;
v ((СН3СОО)3 А1) = —— = 3 моль;
V 3 37 204 г/моль
v1+2 (СО,) - v4 (СО,) = ———— = 0,5 моль;
1+2 V 27 4V 27 22,4л/моль
v1+2 (СО2) = V1 (К2СО3) + v2 (КНСО3) = V, (К2СО3) + 2 • v3 (К2СО3);
v4 (СО2) = v4 (К2СО3) = V1 (К2СО3) + v3 (К2СО3);
v1+2 (СО2) - v4 (СО2) = v3 (К2СО3) = 0,5 моль;
v(KHC03) = v2(C02) = 2v3(K2C03) = 2-0,5 моль = 1 моль.
Пусть
Vj (К2СО3) - х моль;
v(атомов К) = 2х +1 моль;
v(атомов Н) = 1 моль;
1/6 = 1 моль/(2х +1) моль;
v1(K2CO3) = x = 2,5 моль;
v4(K2CO3) = v1(K2CO3) + v3(K2CO3) = 2,5 моль 4-0,5 моль = 3 моль;
w4(K2CO3) = 3 моль 138 г/моль = 414 г;;
Уконеч((СН3СОО)3 А1)= 3 моль - 2 • v4 (К2СО3 )/3 = 1 моль;
уКонеч (атомов Al) = 1 моль;
тконеч (атомов Al) = 1 моль • 27 г/моль = 27 г;
v4 (СО2) = v4 (К2СО3) = 3 моль;
т4 (СО2) = 3 моль • 44 г/моль = 132 г;
v(Al(OH)3) = 2 • v4 (К2СО3 )/3 = 2 моль;
т(А1(ОН)3) = 2 моль • 78 г/моль = 156 г;
трра (конеч.) = 1200 г+ 414 г-132 г-156 г = 1326 г;
Чонеч (атомов А1) = 27 г/1326 г • 100% = 2,04%.
714
Ответь
Вариант 9
29.
5КС1 + КС1О3 + 6H2SO4 -> ЗС12 + 6KHSO4 + ЗН2О
2СГ5 + 10ё -> С12
2СГ1 - 2ё С12
1
5
Хлорат калия (или хлор в степени окисления +5) является окислителем. Хло¬
рид калия (или хлор в степени окисления -1) — восстановителем.
30. К2НРО4 + H2SO4 -> КН2РО4 + KHSO4
2к+ + нро4~ + 2Н+ + so^ к+ + н2ро; + к+ + hso;
НРО4 + 2Н+ + SO4" -> Н2РО4 + HSO4
31. 1) 4Fe(NO3)2 ->• 2Fe2O3 + 8NO2 + О2 .
2) Fe2O3 + BaO -> Ba(FeO2)2
3) Ba(FeO2)2 + 4H2SO4 —* Fe2(SO4)3 + BaSO4 + 4H2O
4) Fe2(SO4)3 + SO2 + 2H2O 2FeSO4 + 2H2SO4
32. О
сн2-о-с—CH3 CH2-OH ..
1) I О +2H2O^- I +2CH3-C^
CH2-O-C—CH3 CH2-OH
CH2-OH CH2—Br
2)1 +2НВГ—► | + 2H2O
CH2-OH CH2—Br
CH2—Br ch2-nh2
3) I +4NH3-* | +2NH4Br
CH2—Br ch2-nh2
CH2-NH2 2+
4) I + 2CH31 — ICH3-NH2-CH2-CH2-NH2—CH3 I2
ch2-nh2 1 1
5) [CH3-NH2—CH2-CH2-NH2—CH3f+l2 +2KOH-* 2K1 + 2H2O +
+ CH3—NH—CH2—CH2—NH—CH3
33. Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
со(О) = 100% - 36% - 6% -14% -12% = 32%;
v(C):v(H):v(N):v(O):v(Mg) = 36/12:6/1:14/14:32/16:12/24;
v(C):v(H):v(N):v(O):v(Mg) = 6:12:2:4:l.
Молекулярная формула вещества Л — C6H12N2O4Mg.
Ответы 715
Приведена структурная формула вещества Л:
/сн3-сн-сс5 Mg2+
\ nh2 /2
Составлено уравнение реакции получения вещества Л:
2СН3-СН-С^°Н + Mg — /сн3-сн-с^°] Mg2++H2
nh2 \ nh2 ^/2
34. [1] 2А1С13 + 3Na2CO3 + ЗН2О 2А1(ОН)3 + ЗСО2 + 6NaCl
[2] 2NaCl + 2Н2О -> Н2 + С12 + 2NaOH
[3] 2А1С13 + 6Н2О ЗН2 + ЗС12 + 2А1(ОН)3
[4] А1(ОН)3 + NaOH Na[Al(OH)4]
Пусть
v(NaCl) = х моль;
v3 ( А1С13) = у моль;
vcyMM (Н2) - vcyMM (С12) = х/2 + Зу/2 моль;
v(CO2) = v(Na2CO3) = v(NaCl)/2 = х/2 моль;
V(н2)/v(со2) = vcyMM (н2 )/v(CO2) = (°>5х + ^5у) моль/0,5х моль = 3;
V[ (А1С13) = v(NaCl) = х/3 моль;
vcyMM (А1С13) = у + х/3 моль;
vкрист (Н2О) = 6 • (у + х/3) моль +10 • х/2 моль = 13,2 моль;
v(NaCl) = v(NaOH) = x = l,2 моль;
v3 (А1С13) = v(Al(OH)3) = у = 0,8 моль;
vocr (NaOH) = 1,2 моль - 0,8 моль = 0,4 моль;
woct (NaOH) = 0,4 моль • 40 г/моль = 16 г;
716 Ответь
т( А1С13 • 6Н2О) = (0,8 +1,2/3) моль -241,5 г/моль = 289,8 г;
m(Na2CO3 • ЮН2О) = 1,2/2 моль-286 г/моль = 171,6 г;
V1 (А1(ОН)3) = v(NaCl)/3 = 1,2 моль/3 = 0,4 моль;
тх (А1(ОН)3) = 0,4 моль • 78 г/моль = 31,2 г;
v, (СО2) = v(NaCl)/2 = 1,2 моль/2 = 0,6 моль;
ти(СО2) = 0,6 моль-44 г/моль = 26,4 г;
vcyMM (н2) = !>8 моль => «сумм (н2) = !>8 моль •2 г/моль = 3,6 г;
vruvu(Cl2) = 1,8 моль => т (С1? ) = 1,8 моль ■ 71 г/моль = 127,8 г;
ти (конеч.) = 171,6 г + 289,8 г + 1500 г-31,2 г-26,4 г-3,6 г-127,8 г;
«р-ра (конеч.) = 1772,4 г;
“конеч (NaOH) = 16 г/1772,4 г -100% = 0,9%.
Вариант 10
29. 5KNO2 + 2NaMnO4 + 3H2SO4 -> 5KNO3 + 2MnSO4 + Na2SO4 + 3H2O
Mn*7 + 5ё —> Mn*2 2
N*3 - 2ё —»N*5 5
Перманганат натрия (или марганец в степени окисления +7) является окисли¬
телем. Нитрит калия (или азот в степени окисления +3) — восстановителем.
30. 2KHS + Sr(OH)2 -> SrS + K2S + 2Н2О
2К* + 2HS“ + Sr2* + 2ОН" -> SrS + 2К+ + S2“ + 2Н2О
2HS“ + Sr2* + 2OH" -+ SrS + S2" + 2H2O
31. 1) 6PBr3 + 10Na2CrO4 + 25H2SO4 ->• 6H3PO4 + 9Br2 + 5Cr2(SO4)3 +
+ 10Na2SO4+ 16H2O
2) 2Br2 + 2Ba(OH)2 -» BaBr2 + Ba(BrO)2 + 2H2O
3) S + 6HNO3 -> H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
4) Ba(BrO)2 + H2SO4 -> BaSO4 + 2HBrO
Ответы
717
+ 18MnSO4 + 9K2SO4+40H2O
33. Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
v(CO2) =—л— — 0,08 моль; v(C) = 0,08 моль;
V 27 22,4 л/моль v 7
1 44 р
v(H2O) =— = 0,08 моль; v(H) - 0,16 моль;
V 2 7 18 г/моль V
О 448 ц
v (N,) = —■ -——— = 0,02 моль; v (N) - 0,04 моль;
7 27 22,4л/моль 7 7
m(C + H + N) = 0,08-12 + 0,16-1 + 0,04-14 = 1,68 г;
m(O) = 2,64 г -1,68 г = 0,96 г;
0 96 г
v(О) = —’ ~ ' - 0,06 моль;
16 г/моль
v(C):v(H):v(N):v(O) = 0,08:0,16:0,04:0,06 = 4:8:2:3.
Молекулярная формула вещества Л — C4H8N2O3.
Приведена структурная формула вещества Л:
О
nh2—сн2—с—n—сн2—сС° т
22 I он
н
718
Ответь.
Составлено уравнение реакции гидролиза вещества Л:
о п
NH2—СН2—C-N-CH2-C^2,, + 2НС1+Н2О —
Z Z | Z он 2
н
2 СН2-С
NH3
ОН
СГ
34. [1] 2КС1 + 2Н2О -> Н2 + С12 + 2КОН
[2] 2Н2О -> 2Н2 + О2
[3] 4КОН + Р2О5 -> 2К2НРО4 + Н2О
т(КС1) = 44,7 г • 40%/100% = 17,88 г;
v(KCl) = 17,88 Г = 0,24 моль;
74,5 г/моль
теисх (Н2О) = 44,7 г -17,88 г = 26,82 г;
/тт 2,912 л ...
vcvmm (Н2)= = 0,13 моль;
сумм\ 2J 22,4 л/моль
V](H2) = v(KC1)/2 = 0,24 моль/2 = 0,12 моль;
v2(H2) = v2(H2O) = 0,13 моль-0,12 моль = 0,01 моль;
v(KOH) = Vj (Н2О) = v(KCl) = 0,24 моль;
v (Р2О5) = —8’52 г— = о, 06 моль;
v 2 57 142 г/моль
v(KOH):v(P2O5) = 0,24 моль:0,06 моль = 4:1;
v(K2HPO4) = 2- v(P2O5) = 2-0,06 моль = 0,12 моль;
т(К2НРО4) = 0,12 моль -174 г/моль = 20,88 г;
v3 (Н2О) - v(P2O5) = 0,06 моль;
тост(Н2О) = 26,82 г + (0,06-0,24-0,01) моль-18 г/моль = 23,4 г.
Пусть
v(K2HPO4 ■ 6Н2О) = х моль;
85,75 г/100 г = (20,88 г -174х г)/(23,4 г -18 • 6х г);
v(K2HPO4 -6Н20) = х = 0,01 моль;
?и(К2НРО4 • 6Н2О) = 0,01 моль• 282 г/моль = 2,82 г.
Ответы
719
Вариант 11
29.
CS2 + 6H2SO4 -> СО2 + 8SO2 + 6Н2О
S+6 + 2ё S+4 6
2S~2 - 12ё —> 2S+4 1
Серная кислота (или сера в степени окисления +6) является окислителем. Се¬
роуглерод (или сера в степени окисления -2) — восстановителем.
30.
А1С13 + 3KHS + ЗН2О -+ А1(ОН)3 + 3H2S + ЗКС1
А13+ + ЗСГ + ЗК+ + 3HS“ + ЗН2О А1(ОН)3 + 3H2S + ЗК+ + ЗСГ
А13+ + 3HS’ + ЗН2О -> А1(ОН)3 + 3H2S
31.
1) 2Na + О2 -> Na2O2
2) 2Na2O2 + 2H2SO4 2Na2SO4 + 2H2O + O2
3) 4FeS2 + 11O2 -> 2Fe2O3 + 8SO2
4) 5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O -> 2MnSO4 + K2SO4 + 2H2SO4
32.
1) 6CO2+ 6H2O Фитосинтез> C6H12O6 + 6O2
2)C6H12O6 Фермен1Ы». 2ch3 ch ce°H
OH
3) CH3-CH-C^°H ?,H2S°4- CH2=CH-CCqH + H2O
4) 3CH2=CH-CC?,1+2KMnO4+2H2Oj2^*2CH2-CH-C^?L, +
2 OH 1 2 i uK
OH OH
+ CH2-CH-C^° , + 2MnO2
1 2 1 OH
OH OH
5) CH2-CH-Ce°K + CH3CI^ CH2-ch-cC°_ch +KC1
OH OH OH OH
33.
Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
v(CO7) = °’0448 Л = 0,002 моль; v(C) = 0,002 моль;
V 7 22,4л/моль v ’
0 054 г
v(H9O) = ———— = 0,003 моль; v(H) = 0,006 моль;
v 2 ’ 18 г/моль v ’
720
Ответь.
v(N,) - 0’0112 л _ q Q005 моль- v(N) = 0,001 моль;
V 27 22,4 л/моль V ’
ти(С + Н + N) = 0,002 ■ 12 + 0,006• 1 + 0,001 • 14 = 0,044 г;
?и(О) = 0,044 г-0,044 г = 0 г;
v(C): v(H): v(N) = 0,002:0,006:0,001 = 2:6:1.
Молекулярная формула вещества Л — C4H12N2.
Приведена структурная формула вещества Л:
ch3-n-ch2-nh-ch3
сн3
Составлено уравнение реакции вещества А с соляной кислотой:
CH3-N-CH2-NH-CH3 +2НС1 — CH3-NH-CH2-NH2—СН3
СН3 СН3
34. [1] FeO + 4HNO3 -> Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O
[2] 3FeO + 10HNO3 -> 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O
[3] 4Fe(NO3)3 + 6H2O 4Fe + 3O2 + 12HNO3
[4] 2H2O -> 2H2 + O2
С12
m(HNO3) = 100 г-63%/100% = 63 r;
63 г
v (UNO,) = = 1 моль;
v 63 г/моль
z , 8,96 л
v (H,) = = 0,4 моль.
v 27 22,4 л/моль
Пусть
v(NO2) = x моль;
v(NO) = y моль;
/«(атомов N) - 14-(x + y) г;
m(смеси газов) - 46x г + ЗОу г;
a>(aTOMOBN) = 14-(x + y) г/(46х + 30у) г-100% = 35%;
v3 (Fe(NO3)3) = х + Зу моль;
Ответы 721
v3(Fe) = v3(Fe(NO3)3) = x + 3y моль => w(Fe) = 56-(x + 3j^) г;
т(катод) = т(Fe) + m(H2) = 56-(х + Зу) г+ 0,4'2 г;
v3 (О2) = 3 • (х + 3j/ моль)/4;
v4(O2) = 0,4 моль/2 = 0,2 моль;
^сумм (О2) = (3 • (х + Зу моль)/4 + 0,2 моль) • 32 г/моль;
от (анод) = тсумм (О2) = 24 • (х + Зу) + 6,4 г;
24-(x + 3j>) + 6,4 r-(56-(x + 3j) г + 0,8 г) = 1,2 г;
v(№2) = х моль = 0,05 моль;
v(NO) - у моль = 0,03 моль;
v3 (Fe(NO3)3) = vcyMM (FeO) = x+ 3 = 0,05 моль + 3 • 0,03 моль = 0,14 моль;
wcyMM (FeO) = 0,14 моль • 72 г/моль = 10,08 г;
Vj(HN03) = 4-v(N02) = 4 0,05 моль = 0,2 моль;
v2(HN03) = 10-v(NO) = 10-0,03 моль = 0,3 моль;
v3 (HNO3) = 12 • v3 (Fe(NO3)3 )/4 = 12 • 0,14 моль/4 = 0,42 моль;
mKOHe4(HNO3) = (l -0,2-0,3 + 0,42) моль-63 г/моль = 57,96 г;
т(смеси газов) = 46 -0,05 моль+ 30 0,03 моль = 3,2 г;
w(анод) = 24-(0,05 + 3-0,03) + 6,4 г = 9,76 г;
w(катод) = 56-(0,05 + 3-0,03) г + 0,8 г = 8,64 г;
тир.ра (конеч.) = 100 г +10,08 г - 3,2 г - 9,76 г - 8,64 г = 88,48 г;
“к0„еч (HNO3) = 57,96 г/88,48 г • 100% = 65,5%.
Вариант 12
29. 4Сг2О3 + 3NaC104 + 16КОН ->• 8К2СгО4 + 3NaCl + 8Н2О
СГ7 + 8ё -+ СГ1 I 3
2Сг+3 - 6ё —> 2Сг+614
Перхлорат натрия (или хлор в степени окисления +7) является окислителем.
Оксид хрома(Ш) (или хром в степени окисления +3) — восстановителем.
722
Ответы
30. 2NaH2PO4 + 2КОН Na2HPO4 + K2HPO4 + 2H2O
2Na+ + 2Н2РО4 + 2К+ + 2ОН’ 2Na+ + НРО^ + 2К+ + НРО4’ + 2Н2О
Н2РО; + ОН’ -> НРО4“ + Н2О
31. 1) 2КМпО4 + ЗН2О2 -> 2МпО2 + ЗО2 + 2КОН + 2Н2О
2) Si + 2КОН + Н2О -> K2SiO3 + Н2
3) K2SiO3 + 2СО2 + 2Н2О 2КНСО3 + H2SiO3
4) 2КНСО3 -> К2СО3 + СО2 + Н2О
32. 1) Ве2С +4НВг —* 2ВеВг2+ СН4
2) СН4+ 2С12 -Н- СН2С12+2НС1
3) СН2С12 + 2КОН —► H-Ct° + 2КС1+Н2О
4) Н-С*° + Н2 СН3-ОН
5) СН3-ОН + HNO3 CH3-O-NO2 + Н2О
33. Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
ю(О) = 100% - 22,64% -16,98% = 60,38%;
v(C): v(O): v(Al) = 22,64/12:60,38/16:16,98/27 = 3:6:1.
Молекулярная формула вещества Л — С6О12А12 •
Приведена структурная формула вещества Л:
, -Л-
10^ Л )\ з+
Составлено уравнение реакции получения вещества Л:
. 2-
3но^ссСон + 2Al а12++зн2
ни ин \и и/з
34. [1] КС1 + H2SO4 -* KHSO4 + HCI
[2] 8KI + 9H2SO4 -> 8KHSO4 + 4I2 + H2S + 4H2O
[3] KHSO4 + BaCl2 -> BaSO4 + HCI + KC1
Ответы
723
v(смеси газов) = - = 0,14 моль.
' 24,4л/моль
Пусть
v(KCl) = x моль;
v(K1) = у моль;
га (атомов К) = 39- (х + г;
т (смеси) = 74,5х г + 166у г;
со(атомов К) = 39-(х + у) г/(74,5х + 166у) г-100% = 26,14%;
vl(HCl) = v(KCl) = x моль;
v(H2S) = v(Kl)/8 = 0,125^ моль;
у(смеси газов) = х молы-0,125^ моль = 0,14 моль;
v(KCl) = х = 0,09 моль;
v(Kl) = ^ = 0,4 моль;
уо6щ(КН804) = 0,09 молы-0,4 моль = 0,49 моль;
гаобщ (KHSO4) = 0,49 моль 136 г/моль = 66,64 г;
гар.ра (KHSO4) = 66,64 г • 149 г/49 г = 202,64 г;
га(ВаС12) = 400 г • 35,14 г/135,14 г = 104 г;
104 г
v (ВаС1,) = = 0,5 моль;
v 7 208 г/моль
v3(HCl) = vcyMM(KHSO4) = 0,49 моль;
т3 (НС1) = 0,49 моль-36,5 г/моль= 17,885 г;
v(BaSO4) = vcyMM (KHSO4) = 0,49 моль;
?n(BaSO4) = 0,49 моль-233 г/моль = 114,17 г;
тр-ра (конеч.) = 202,64 г+ 400 г-114,17 г = 488,47 г;
®конеч (НС1) = 17,885 г/488,47 г • 100% = 3,66%.
724
Ответь,
Вариант 13
29. KNO2 + MnO2 + H2SO4 -> KNO3 + MnSO4 + H2O
Mn+4 + 2ё -> Mn+2 1
N*3 - 2<? —► N*5 1
Диоксид марганца (или марганец в степени окисления +4) является окислите¬
лем. Нитрит калия (или азот в степени окисления +3) — восстановителем.
30. SrCl2 + Na2CrO4 -> SrCrO4 + 2NaCl
Sr2* + 2СГ + 2Na* + CrO^ -> SrCrO4 + 2Na+ + 2СГ
Sr2* + CrO4“ -> SrCrO4
31. 1) SO2 + Br2 + 2H2O -> H2SO4 + 2HBr
2) 3H2SO4 + 2A1P -> A12(SO4)3 + 2PH3
3) A12(SO4)3 + 4Ba(OH)2 -> 3BaSO4 + Ba[Al(OH)4]2
4) Ba[Al(OH)4]2 + 8HC1 -> 2A1C13 + BaCl2 + 8H2O
32, i) сн2—сн2—сн2—ch3 f-1— *• CH3—CH—CH2—CH3
Cl Cl
2) 2CH3—CH—CH2—CH3+2Na — CH3-CH2—CH-CH-CH2-CH3 +2NaCl
Cl CH3 CH3
3) CH3-CH2-CH-CH-CH2-CH3 [ОУ 3 + 4H2
CH3 CH3 ^^CH3
/\/CH3 , r^>r-C'oH
4)5[QT +12KMnO4+18H2SO4-£*5[Q] +12MnSO4 +
+ 6K2SO4 + 28H2O
5) (QT 0H +2СНз0НЮ1 0-СНз +2H2O
^OH "O-CH3
33. Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
v(СО) = —Ю’08 л— - о 45 Моль; v(С) = 0,45 моль;
v ’ 22,4 л/моль v ’
Ответы
725
v(H,O) =— Г— = 0,36 моль; v(H) = 0,72 моль;
v 7 18 г/моль v '
m(C + Н) = 0,45 • 12 + 0,72 • 1 = 6,12 г;
ти(О) = 6,12 г - 6,12 г = 0 г;
v(C):v(H) = 0,45:0,72 = 5:8.
Молекулярная формула вещества А — С15Н24.
Приведена структурная формула вещества Л:
Составлено уравнение реакции вещества А с перманганатом калия в серной
кислоте:
+30CO2+54MnSO4+27K2SO4+ 126Н2О
34.
[1] 2NaHSO3 -> Na2SO3 + SO2 + Н2О
[2] Na2SO3 + 2HNO3 -> Na2SO4 + 2NO2 + H2O
[3] NaHSO3 + 2HNO3 -> NaHSO4 + 2NO2 + H2O
m(HNO3) = 300 г • 63%/l00% = 189 r;
v(HNO3) =
189 г
63 г/моль
= 3 моль;
vcUn°2)-v(SO2) =
49,28 л
22,4 л/моль
= 2,2 моль.
726
Отве-г;
Пусть
v(Na2SO3) = х моль => m(Na2SO3) = 126x г;
v3 (NaHSO3) = у моль => w3(NaHSO3) = 104y г;
vcyMM (NO2) = 2 • v(Na2SO3) + 2 • v3 (NaHSO3) = 2x моль + 2y моль;
v(SO2) = (Na2SO3) = x моль;
vcyMM (NO2 )“v(SO2) = 2x моль + 2y моль - x моль = 2,2 моль;
vBCiyn (HNO3) = vcyMM (NO2 ) = 2x моль + 2y моль;
vOCT(HNO3) = 3 моль-(2х + 2;у) моль;
mOCT(HNO3) = (3-2x-2j) моль-63 г/моль = (189-126x-126y) г;
тсумы (NO2) = (2х + 2у) моль • 46 г/моль - (92х + 92^) г;
ягр_ра (конеч.) = 750 г + 126х г + 104у г+ 300 г-(92х + 92у) г;
7ир_ра (конеч.) = (34х + 12у +1050) г;
®ост (HNO3) = (189 -126х -126у) г/(34х +12у +1050) г ■ 100% = 1,17%;
v (Na2SO3) = х = 0,6 моль;
v3 (NaHSO3) = у = 0,8 моль;
vHCX (NaHSO3) = v3 (NaHSO3) + v3 (NaHSO3) =
= 0,8 моль + 2-0,6 моль = 2 моль;
(so2) = v (Na2SO3) = 0,6 моль;
vtcop (so2) = vncx (NaHSO3 )/2 = 2 моль/2 = 1 моль;
T](SO2) = 0,6 моль/1 моль-100% = 60%.
Вариант 14
29. 2FeCl2 + LiClO + 4LiOH + H2O 2Fe(OH)3 + 5LiCl
Cl+I +2ё^СГ*
Fe+2 - 1ё Fe+3
1
2
Гипохлорит лития (или хлор в степени окисления +1) является окислителем.
Хлорид железа(П) (или железо в степени окисления +2) — восстановителем.
Ответы
727
30. FeCl2 + 2LiOH -> Fe(OH)2 + 2LiCl
Fe2+ + 2СГ + 2Li+ + 2OH” -»• Fe(OH)2 + 2Li+ + 2СГ
Fe2+ + 2OH~—► Fe(OH)2
31. 1) PC15 + 8LiOH -> Li3PO4 + 5LiCl + 4H2O
2) LiCl + H2SO4 -> LiHSO4 + HCl
3) NaClO2 + 4HC1 -> 2C12 + NaCl + 2H2O
4) Cl2 + 2CsHCO3 ->■ CsClO3 + CsCl + CO2 + H2O
32. 1) HC=CNa + CH3Cl~HC=C-CH3+NaCl
О
2) нс=с—сн3+н2о^-^-*-сн3—с—CH3
о OH
11 t Ni 1
3) сн3-с-сн3 + H2 сн3-сн-сн3
OH NH2
4) CH3-CH-CH3 + NH3 CH3-CH-CH3 + H2O
5) 2CH3-CH-CH3 + ITESc—CH2—CH2—CH—сс2гт
3 I 3 HO 2 z I OH
nh2 nh2
. _2—
^о
^с—сн2—сн2—сн—СС^ '
О I о
NH2 ] [
CH3—CH—CH3
NH3
2
33.
Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
х 26,88 л
v (СО,) = 1,2 моль;
v 27 22,4 л/моль
112г
v(CO) = 0,4 моль; v(C) = 1,6 моль;
V 7 28 г/моль V 7
39 6 г
v(H,O) = - -2,2 моль; v(H) = 4,4 моль;
v 2 7 18 г/моль V 7
V(N,) = —16’8 г— = 0,6 моль; v(N) = 1,2 моль;
V 27 28 г/моль V 7
w(C + H + N) = 1,6-12 + 4,4-1 + 1,2-14 = 40,4 г;
т(О) = 59,6г-40,4г = 19,2г;
Ответь
728
19,2 г , .
v (ОI = = 1,2 моль;
’ 16 г/моль
v(C):v(H):v(N):v(O) = 1,6:4,4:1,2:1,2 = 4:11:3:3.
Молекулярная формула вещества А — C4HhN3O3.
Приведена структурная формула вещества Л:
О
NH2_ch2-/-n-ch2-c:°n
н
Составлено уравнение реакции получения вещества А:
О 0
nh2-ch2-c-n-ch2-c^? ,+NH3—nh2-ch2-c-n-ch2
z z ! z J z z ! z
H H
34. [1] 4Fe(NO3)3 • 6H2O -► 2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2 + 24H2O
[2] 2Fe(NO3)3 + 3K2S -> 2FeS + S + 6KNO3
/xT_ \ 51,744 л „ „,
v (NO J = = 2,31 моль;
v 22,4 л/моль
v(Fe(NO3)3 -6H2O) = v(NO2)/3 = 2,31 моль/3 = 0,77 моль;
wKpHCT(Fe(NO3)3) = 0,77 моль-242 г/моль = 186,34 г;
гич>ист(Н2О) = 6-0,77 моль-18 г/моль = 83,16 г.
Пусть
v(S) = x моль;
v(FeS) = 2• v(S) = 2х моль;
ти(осадка) = 32х г + 88 • 2х г = 156 г;
v(S) = х = 0,75 моль;
v2 (Fe(NO3 )3) = 2 • v(S) = 1,5 моль;
лг2 (Fe(NO3)3) = 1,5 моль-242 г/моль = 363 г;
т4(ГС (Н2О) = 100 • (186,34 г + 363 г)/105 г = 523,18 г;
щ20.с (Н2О) = 523,18 г - 83,16 г = 440,02 г;
52о°с (Fe(NO3)3) = 363 г/440,02 г = 82,5 г на 100 г воды.
c"onh4
Ответы
729
Вариант 15
29. 2F2 + 2КОН ->■ 2KF + OF2 + Н2О
F° + 2ё —> 2F-112
О’2- 4ё — О+211
Фтор в степени окисления 0 является окислителем. Гидроксид калия (или ки¬
слород в степени окисления -2) — восстановителем.
30. CaBr2 + Na2HPO4 -> СаНРО4 + 2NaBr
Са2+ + 2ВГ + 2Na+ + НРО^ -> СаНРО4 + 2Na+ + 2Вг“
Са2+ + НРО4 ->■ СаНРО4
31. 1) Cu2S +14HNO3 -+ 2Cu(NO3)2 + H2SO4 + 10NO2 + 6H2O
2) Na2O2 + 2H2SO4 ->■ 2NaHSO4 + H2O2
3) NaHSO4 + Bal2 -* BaSO4 + Nai + HI
4) Fe3O4 + 8HI -> 3FeI2 + I2 + 4H2O
32- 1) C6H12O6 бР°жение>. 2CH3—CH2—OH+2CO2
2) 2CH3—CH2—OH r’A12°3'ZnO^ CH2=CH-CH=CH2+2H2O+H2
3) 3CH2=CH—CH=CH2 + 10K2Cr207 + 40H2S04-t*3ii?^C-C^2,I-
Z Z Z Z Z / Z 4 HO QH
+ 6CO2 +10Cr2(SO4)3 +10K2SO4 + 46H2O
4> H05c-cC0H+Ca(0H|^ cZ2H’°
/ 2¬
5) Ca2+ CaCO3 + CO
33. Проведены необходимые вычисления, и найдена молекулярная формула ве¬
щества Л:
v(CO-,) = 6,336 т =од44 моль; v(C) = 0,144 моль;
V 27 44 г/моль V ’
v(H2O)~ г =0,036 моль; v(H) = 0,072 моль;
к 2 ’ 18 г/моль v 7
v(N,) = —0’8064 л—_q Qjg моль; v(N) = 0,072 моль;
V 27 22,4л/моль V 7
730
Ответы
m(C + Н + N) = 0,144 • 12 + 0,072• 1 + 0,072 14 = 2,808 г;
m(O) = 5,112 г - 2,808 г = 2,304 г;
v(O) = 2’304 г _ QJ44 моль;
16 г/моль
v(C): v(H): v(N): v(O) = 0,144:0,072:0,072:0,144 = 2:1:1:2.
Молекулярная формула вещества А — C6H3N3O6.
Приведена структурная формула вещества Л:
Составлено уравнение реакции хлорирования вещества Л:
NO2 no2
jKjl + Cl2 JOT + HCl
O2N'>x^^NO2 O2N'A^A'NO2
34. [ 1 ] Mg + 2HC1 MgCl2 + H2
[2] Me + 2HC1 MeCl2 + H2
[3] Me + 2KOH + 2H2O -> K2[Me(OH)4] + H2
x 22,4 л
Vi+2(HJ = ——
22,4 л/моль
= 1 моль.
Пусть
у(1У^) = хмоль => m(Mg) = 24xr;
v(Me) = у моль;
М(Me) = z г/моль => m(Me) = yzr;
т(смеси) = 24х г + yz г = 48,6 г;
v1+2(H2) = v(Mg) + v(Me) = x молы- у моль = 1 моль;
v(K2[Me(OH)4]) = v(Me) = y моль;
М (К2[Ме(ОН)4]) = 146 +z г/моль;
Ответы
731
m(K2[Me(OH)4]) = у моль-(146 + z) г/моль;
v3(H2) = v(Me) = у моль => m3(H2) = 2jr;
тр_ра (конеч.) = yz г+250 г -2у г;
«коне, (К2[Ме(ОН)41) = (И146 + z)) r/(yz + 250 - 2у) г • 100% = 44%;
v(Mg) = х = 0,4 моль;
v(Me) = у = 0,6 моль;
М (Me) -z- 65 г/моль.
■
Приложения
Приложение 1.
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
Приложение 2.
Растворимость кислот, солей и оснований в воде
Приложение 3.
Тривиальные названия неорганических веществ
Приложение 4.
Основные каталитические реакции и используемые в них катализаторы
Приложение 5.
Цвета осадков и растворов неорганических соединений
Приложение 1
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
I
Г
руппы
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII I
п
е
Р
и
о
Д
bi
1
1
Н 1.008
Водород
(Н)
2 |
Не 4,00
Геллй
2
3
Li 6,34
Литий
4
Be 9,01
Бериллий
5
10,81 В
Бор
6
12,01 С
Углерод
7
14,00 N
АЗОТ
8
16,00 О
Кислород
9
19,00 F
Фтор
10
Ne 20,18
Неон
3
11
Na 22,99
Натрий
12
Мд 24,31
Магний
13
26,98 AI
Алюминий
14
28.09 Si
Кремний
15
30,97 Р
Фэсфтр
16
32,06 S
Сера
17
35,45 CI
Хлор
18
АГ 39,95
Аргон
4
19
К 39,10
Калий
20
СЭ 40,08
Кальций
21
SC 44,96
Скандий
22
TI 47,90
Титан
23
V 50,94
Ванадий
24
С Г 52,00
Хром
25
МП 54,94
Марганец
26
Fe 55,85
Железо
27
СО 58,93
Кобальт
28
NI 58.69
Никель
29
63,55 CU
Г.^дь
30
65,39 Zn
Цинк
31
69,72 Ga
Галлий
32
7259 Ge
Германий
33
74,92 AS
Мышьяк
34
78,96 Se
селен
35
79,90 ВГ
Бром
36
КГ 83,80
Криптон
5
37
Rb 85,47
Рубидий
38
ST 87,62
Стронций
39
Y 88,91
Иттрий
40
Zr 91,22
Цирконий
41
Nb 92,91
Ниобий
42
МО 95,94
ГСэгабден
43
ТС 98,91
Технеций
44
RU 101,07
Рутений
45
Rh 102,91
Родий
43
Pd 106,42
Палладий
47
107,87 Ад
Серебро
48
112,41 Cd
Кадмий
49
114,82 1П
ИНДИЙ
50
118,69 Sn
Олово
51
121,75 Sb
Сурьма
52
127,60 Те
Теллур
53
126,90 I
Иод
54
Хе 131,29
Ксенон
6
55
CS 132.91
Цезий
56
ВЭ 137,33
Барий
57
La* 138,91
Лантан
72
Hf 178,49
гафний
73
Та 180.95
Тантал
74
W 183,85
Вольфрам
75
Re 186.21
Рений
76
Os 190.2
Осмий
77
|Г 192,22
МрОД’.-fl
78
Pt 195.08
Платина
79
196,97 AU
Золото
80
200,59 Нд
Руть
81
204,38 И
таллий
82
207,2 РЬ
Свинец
83
208,98 BI
Висмут
84
J209] РО
Псюнгй
85
[210] At
Астат
86
ЯП [222]
Радон
7
87
Ff [223]
Франций
88
Ra 226
Радий
89
Ас- [227]
АКГИНИЙ
104
Rf [261]
Резерфордий
105
Db [262]
Дубний
106
Sg [266]
Сиборгий
107
ВИ [264]
Борий
108
Hs [269]
Хассий
109
Mt [268]
Мейтнерий
110
DS [271]
Дармштадт ий
111
[280] Rg
Рент гений
112
[285] СП
Коперниций
113
[286] Nh
Нихон ИЙ
114
[289] FI
Флеровий
115
[290] МС
Московии
116
рэз] Lv
Ливерморий
117
[294] TS
Теннесин
118
Од [294]
Оганесон
* Лантаноиды
58
Св 140
Церий
59
Рг 141
Празеодим
60
Nd 144
Неодим
61
Pm [145]
Прометий
62
Sm iso
Самарий
63
EU 152
Европий
64
Gdl57
Г адолиний
65
ТЬ 159
Тербий
66
Dy 162,5
Диспрозий
67
Но 165
Гольмий
68
Ег 167
Эрбий
69
Тт 169
Тулий
70
Ybi73
Иттербий
71
LU 175
Лютеций
** Актиноиды
90
91
92
93
| 94
95
96
97
98
99
100
101
102
103 I
Th 232
Ра 231
U 238
Np 237
i Ри [244]
Ат |243]
Ст[247]
Вк[247]
Cf[251]
Es [252]
РГП[257]
Md [258]
NO [259]
Lf [262] I
Торий
Протактиний
Уран
Нептуний
| Плутоний
Америций
Кюрий
Берклий
Калифорний
Эйнштейний
Фермий
Менделевий
Нобелий
Лоурена;;; и
Приложение 2
Растворимость кислот, солей и оснований в воде
Н*
Li*
к*
Na*
NH4*
Ва2*
Са2*
Мд2-
Sr2*
AI1*
С г3*
Fe2*
Fe1*
Мп2*
Zn2*
Ад*
Нд2*
РЬ2
Sn2*
Си2*
он-
р
р
Р
Р
Р
м
н
м
н
н
Н
н
н
н
—
—
н
н
н
F
Р
М
р
Р
Р
М
н
н
н
м
н
Н
н
р
р
р
-
н
р
р
Cl
Р
Р
р
Р
Р
Р
р
р
р
р
р
Р
р
р
р
н
р
м
р
р
Br
Р
Р
р
Р
Р
Р
р
р
р
р
р
Р
р
р
р
н
м
м
р
р
r
Р
Р
р
Р
Р
Р
р
р
р
р
?
Р
?
р
р
н
н
н
м
?
S2
Р
Р
р
Р
Р
—
—
—
н
—
—
Н
—
н
н
н
н
н
н
н
hs-
Р
Р
р
Р
Р
Р
р
р
р
?
?
?
?
?
?
?
?
?
9
?
SO?"
Р
Р
р
Р
Р
н
н
м
н
?
—
н
?
?
м
н
н
н
9
?
HSO3
Р
?
р
Р
Р
р
р
р
р
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
so?-
Р
Р
р
Р
Р
н
м
р
н
р
р
р
р
р
р
м
-
н
р
р
HSO4-
Р
Р
р
Р
Р
?
?
?
—
?
?
?
?
?
?
?
?
н
?
?
NO3-
Р
Р
р
Р
Р
р
р
р
р
р
р
р
р
р
р
р
р
р
—
р
NO2-
Р
Р
р
Р
Р
р
р
р
р
?
?
9
?
?
?
м
?
?
9
?
PO43-
Р
н
р
Р
-
н
н
н
н
н
н
н
н
н
н
н
н
н
н
н
HPO?
Р
?
р
Р
Р
н
н
м
н
?
?
н
?
н
9
?
?
м
н
?
H2PO4-
Р
р
р
Р
Р
р
р
р
р
?
?
р
?
р
р
р
?
—
?
9
CO?-
Р
р
р
Р
Р
н
н
н
н
?
?
н
—
н
н
н
н
н
9
н
HCO3-
Р
р
р
Р
Р
р
р
р
р
?
?
р
?
?
?
?
?
р
?
?
CH3COO-
Р
р
р
Р
Р
р
р
р
р
—
р
р
—
р
р
р
р
р
—
р
SiO?-
Н
н
р
Р
?
н
н
н
н
9
?
н
?
н
н
?
?
н
?
?
МПО4-
Р
р
р
Р
Р
р
р
р
р
р
?
?
?
?
р
?
9
?
?
?
Сгю?-
Р
р
р
Р
Р
м
р
?
н
?
?
?
р
?
?
н
н
м
?
р
CrO?
Р
р
р
Р
Р
н
р
р
н
?
?
?
н
н
н
н
н
н
н
н
CIO3-
Р
р
р
Р
Р
р
р
р
р
р
р
?
?
р
р
р
р
р
?
р
CIO4-
Р
р
р
Р
Р
р
р
р
р
р
р
р
р
р
р
р
р
р
?
р
«Р» — растворяется (> 1 г на 100 г Н?О); «М» — мало растворяется (от ОД г до 1 г на 100 г Н?О)
«Н» — не растворяется (меньше 0,01 г на 1000 г воды); «—» — в водной среде разлагается
«?» — нет достоверных сведений о существовании соединений
РЯД АКТИВНОСТИ МЕТАЛЛОВ / ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ РЯД НАПРЯЖЕНИЙ
Li Rb К Ba Sr Са Na Mg Al Мп Zn Сг Fe Cd Co Ni Sn Pb (H2) Sb Bi Cu Hg Ag Pt Au*
активность металлов уменьшается
Приложение 3
Тривиальные названия
неорганических веществ
Формула вещества
Тривиальное название
HF
Плазиковая кислота
НС1
Соляная кислота
NaCl
Поваренная соль, каменная соль, галит
NaOH
Едкий натр, каустическая сода
NaHCO3
Питьевая сода, пищевая сода
Na2CO3
Кальцинированная сода
Na2CO3 10H2O
Кристаллическая сода
Na2SO410H2O
Глауберова соль
Na3AlF6 или K3A1F6
Криолит
KOH
Едкое кали
K2CO3
Поташ
KC1O3
Бертолетова соль
K2Cr2O7 +H2SO4
Хромовая смесь
CaO
Негашёная известь
Ca(OH)2
Гашёная известь, известковое молоко, известковая вода
CaOCL, (Ca(ClO)2 +CaCl2)
Хлорная известь, белильная известь
CaCO3
Мел, Мрамор, известняк
CaSO4-2H2O
Гипс
Ca3(PO4)2
Фосфорит
BaSO4
Барит
ZnS
Цинковая обманка
738
Приложения
(продолжение)
Формула вещества
Тривиальное название
ZnSO4-7H2O
Цинковый купорос
Д12О3
Глинозём, боксит, корунд
Fe3O4
Железная окалина
FeS2
Пирит, железный колчедан, серный колчедан
FeCl2
Хлористое железо
FeCl3
Хлорное железо
FeSO4-7H2O
Железный купорос
MnO2
Пиролюзит
CuSO4-5H2O
Медный купорос
(CuOH)2CO3
Малахит
H2+O2
Гремучая смесь, гремучий газ
CO + H2
Синтез-газ
c
Уголь, графит, алмаз, сажа, кокс, фуллерен
co
Угарный газ
co2
Углекислый газ
CH4
Природный газ, болотный газ
COC12
Фосген
SiC
Карборунд
SiO2
Песок, кварц, кремнезём
Na2O • CaO • 6SiO2
Стекло
SO2
Сернистый газ, сернистый ангидрид
SO3
Серный ангидрид
n2o
Веселящий газ
no2
Бурый газ
Приложение 3. Тривиальные названия неорганических веществ
739
(окончание)
Формула вещества
Тривиальное название
NH3 (водный раствор),
NH3 Н2О или NH4OH
Нашатырный спирт
nh4ci
Нашатырь
NaNO3
Натриевая селитра
KNO3
Калиевая селитра
Ca(NO3)2
Кальциевая селитра
NH4NO3
Аммонийная селитра
Приложение 4
Основные каталитические реакции
и используемые в них катализаторы
Реакция
Катализатор
2SO2 + О2 2SO3
V2O5
N2 + ЗН2 2NH3
Fe
4NH3 + 5О2 -> 4NO + 6Н2О
Pt
2Н2О2 —> 2Н2О + О2
MnO2
2КС1О3 -► 2КС1 + ЗО2
СО + 2Н2 СН3ОН
CuO, ZnO
Реакция гидрирования
CXHZ + Н2
Реакция дегидрирования
Ni, Pt, Pd, Cr2O3
Изомеризация алканов
A1C13
Гидратация алкенов
>
С„Н2„ + Н2О^С„Н2„+1ОН
Дегидратация спиртов
H+(H2SO4, H3PO4)
2С2Н4 + О2 -> 2СН3СНО
Pd2+
Гидратация алкинов
Hg2+
Димеризация ацетилена
2С2Н2 -> С4Н4
CuCl, NH4C1
Тримеризация ацетилена
ЗС2Н2 - С6Н6
Сакг.
Реакции замещения, протекающие по бензольному
кольцу (галогенирование, алкилирование)
A1C13, AlBr3, FeCl3, FeBr3
Нитрование аренов
H2SO4
Приложение 4. Основные каталитические реакции и используемые в них катализаторы 741
(окончание)
Реакция
Катализатор
Реакция Лебедева
2С2Н5ОН -► С4Н6 + 2Н2О + Н2
Д12О3, ZnO
Хлорирование карбоновых кислот
Ркр.
Реакция этерификации
RCOOH + Rj ОН RCOORj + Н2О
4
Гидролиз сложных эфиров
H+(H2SO4, HCl)
Приложение 5
Цвета осадков и растворов
неорганических соединений
ммммннншнммммшмммммммнминннминммннншшммншнммнняиннмимн^
Вещество
Цвет/признак
Барий
Ва
Мягкий серебристо-белый металл
BaSO3
Белый осадок, растворимый в кислотах
BaSO4
Белый осадок, нерастворимый в кислотах и щелочах
Ва3(РО4)2
Белый осадок
ВаСгО4
Жёлтый осадок
Кальций
Са
Лёгкий мягкий серебристо-белый металл
Са(ОН)2
Белое твёрдое вещество — гашёная известь
Белая суспензия — известковое молоко
Бесцветный водный раствор — известковая вода
CaF2
Белый осадок, нерастворимый в кислотах
СаСО3
Белый осадок, растворимый в избытке СО2 (р-р)
CaSO3
Белый осадок, растворимый в избытке SO2 (р-р)
CaSiO3
Белый осадок
Са3(РО4)2
Белый осадок
Магний
Mg
Лёгкий ковкий серебристо-белый металл
Mg(OH)2
Белый осадок
MgF2
Белый осадок, нерастворимый в кислотах
MgCO3
Белый осадок
Mg3(PO4)2
Белый осадок
Алюминий
Al
Лёгкий серебристо-белый металл
Приложение 5. Цвета осадков и растворов неорганических соединений
743
(продолжение)
Вещество
Цвет/признак
Алюминий (продолжение)
А12О3
Белое твёрдое вещество
А1(ОН)3
Белый студенистый осадок, растворимый в кислотах и щелочах
А1РО4
Белый осадок
Цинк
Zn
Хрупкий серебристо-белый металл
ZnO
Белое твёрдое вещество
Zn(OH)2
Белый студенистый осадок, растворимый в кислотах и щелочах
ZnS
Белый осадок
Железо
Fe
Серебристо-серый ковкий металл
FeO
Чёрное твёрдое вещество
Fe2O3
Красно-бурое твёрдое вещество
Fe3O4
Чёрное твёрдое вещество
Fe(OH)2
Белый осадок, мгновенно изменяющий окраску на серо-зелёную
Fe(OH)3
Бурый осадок
Fe2+
Светло-зелёные водные растворы
FeS
Чёрный осадок
Fe3‘
Жёлто-бурые водные растворы
K4[Fe(CN)6]
Жёлтый водный раствор — жёлтая кровяная соль
K3[Fe(CN)6]
Красный водный раствор — красная кровяная соль
KFe[Fe(CN)6]
Синий осадок — берлинская лазурь
FeO2’
Красно-фиолетовые водные растворы
Марганец
Mn
Серебристо-белый металл
MnO2
Бурое твёрдое вещество
Mn(OH)2
Белый (телесный) осадок
Mn(OH)2
Белый (телесный) осадок
744
Приложения
(продолжение)
Вещество
Цвет/признак
Марганец (продолжение)
MnS
Розовый осадок
К2МпО4
Тёмно-зелёный водный раствор
КМпО4
Пурпурные кристаллы
Розово-фиолетовый водный раствор
Мп2+
Розовые кристаллы
Бесцветные водные растворы
Хром
Сг
Твёрдый серебристо-белый металл
СгО
Чёрное твёрдое вещество
Сг2О3
Тёмно-зелёное твёрдое вещество
СгО3
Тёмно-красное твёрдое вещество
Сг(ОН)2
Жёлто-коричневый осадок
Сг(ОН)3
Серо-зелёный осадок
СгО2"
Жёлтые водные растворы
Сг2О2"
Оранжевые водные растворы
Сг3+
Зелёные водные растворы
К3[Сг(ОН)6]
Тёмно-зелёный водный раствор
ВаСгО4
Жёлтый осадок
AgCrO4
Красный осадок
Медь
Си
Пластичный красно-розовый металл
Си2О
Кирпично-красное твёрдое вещество
СиО
Чёрное твёрдое вещество
Си(ОН)2
Голубой аморфный осадок
Си!
Белый осадок
CuSO4
Белые кристаллы
Голубой водный раствор
CuSO4-5H2O
Синие кристаллы — медный купорос, при нагревании теряют воду
и становятся белыми
Приложение 5. Цвета осадков и растворов неорганических соединений
745
(продолжение)
Вещество
Цвет/признак
Медь (продолжение)
CuS
Чёрный осадок, нерастворимый в кислотах-неокислителях
Свинец
РЬ
Ковкий металл серебристо-белого цвета
PbS
Чёрный осадок, нерастворимый в кислотах-неокислителях
РЫ2
Ярко-жёлтый осадок
Серебро
Ag
Пластичный серебристо-белый металл
Ag2O
Чёрно-бурое твёрдое вещество
AgCI
Белый творожистый осадок, нерастворимый в кислотах
AgBr
Светло-жёлтый (кремовый) осадок, нерастворимый в кислотах
Agl
Жёлтый осадок, нерастворимый в кислотах
Ag3PO4
Жёлтый осадок
Ag2S
Чёрный осадок, нерастворимый в кислотах-неокислителях
Кислород
O2
Бесцветный газ без вкуса и запаха
Светло-голубая жидкость (при очень низких температурах )
O3
Голубой газ с резким специфическим запахом
Углерод
c ,
Черное нерастворимое в воде твердое вещество
CH4
Бесцветный газ без вкуса и запаха
co
Бесцветный газ без вкуса и запаха
co2
Бесцветный газ без вкуса и запаха
Азот
n2
Бесцветный газ без вкуса и запаха
NE3
Бесцветный газ с резким запахом
n2o
Бесцветный газ с приятным сладковатым запахом и привкусом —
веселящий газ
NO
Бесцветный газ без вкуса и запаха
NO2
Бурый газ
746
Приложения
(окончание)
Вещество
Цвет/признак
Фосфор
р
Белое твёрдое вещество
Красное твёрдое вещество
Чёрное твёрдое вещество
ри3
Бесцветный газ с чесночным запахом (технический)
Li3PO4
Белый осадок
Ва3(РО4)2
Белый осадок
А1РО4
Белый осадок
Ag3PO4
Жёлтый осадок
Сера
S
Жёлтое нерастворимое в воде твёрдое вещество
H2S
Бесцветный газ с неприятных запахом (тухлых яиц)
so2
Бесцветный газ с резким запахом (образуется при зажигании спички)
so3
Бесцветная легколетучая жидкость с удушающим запахом
H2SO4
Тяжёлая маслянистая жидкость
Галогены
F2
Бледно-жёлтый газ с резким раздражающим запахом
Cl2
Жёлто-зелёный газ с резким удушающим запахом
Br2
Тяжёлая красно-бурая жидкость с неприятным запахом
I2
Тёмно-фиолетовые кристаллы
Фиолетовые пары с резким запахом
Предметный указатель
А
Агрегатные состояния 52
Азот 301
• получение 302
• химические свойства 302
Азотная кислота 174
• окислительные свойства 175
• получение 179
Алкадиены 382
• изолированные 383
• кумулированные 382
• получение 386
• сопряжённые 383
• химические свойства 385
Алканы 351
• получение 360
• химические свойства 356
Алкены 364
• получение 372
• химические свойства 366
Алкины 388
• получение 394
• химические свойства 390
Алкоголяты 414
Аллотропия 283
Альдегидоспирты 463
Алюминий 249
• получение 250
• химические свойства 250
Алюмотермия 143
Аминокислоты 475
• получение 478
• химические свойства 476
Амины 467
• анилин 471
• получение 470
• свойства:
° основные 468, 472
п химические 468
Аммиак 303
Амфотерные гидроксиды 33
• получение 157
• химические свойства 156
Амфотерные оксиды 29
• химические свойства 140
Ангидрид 135
Арены 397
• ксилолы 399
• получение 406
• химические свойства:
° бензола 400
° гомологов бензола 403
Атом 9, 10
• заряд 9
• массовое число 10
• относительная атомная масса 10,
11
• радиус 40
• свойства:
п восстановительные 41
D металлические 41
° неметаллические 41
° окислительные 41
• ядро 9
Ацетали 433
Б
Белки 478
• реакция:
п биуретовая 479
° ксантопротеиновая 479
° цистеиновая 479
748
Предметный указатель
Бинарные соединения 28, 196
Брутто-формула 350
в
Валентность 21, 24
• высшая 21, 43
• переменная 21
• постоянная 21
Водород 279
• получение 280
• химические свойства 281
Возгонка 53
Волокна 507
Вулканизация 386
Выпаривание 513
Высокомолекулярное соединение 506
• искусственное 507
• природное 506
• синтетическое 507
Выход продукта реакции 119
Галогеноводороды 334
Галогены 28, 329
• галогениды 28
• получение 330
• химические свойства 331
Геминальные диолы 433
Гибридизация 353
Гигроскопичность 149, 166
Гидроксиды 32, 152
• свойства:
° кислотные 42
° основные 42
Гидроксильная группа 411
Гидролиз 77
• необратимый 80, 197
• обратимый 77
• солей 77
Гидрометаллургия 247
Гомологи 352
• гомологическая разность 352
Горение 64
д
Двойные соли 38
Дегидроциклизация 280
Действие магнитом 513
Декантация 513
Десублимация 53
Дистилляция 513
Доменная печь 259
ж
Железная окалина 263
Железо 258
• химические свойства 259
Жёлтая кровяная соль 265
Жиры 460
• непредельные 460
• предельные 460
3
Закон:
• объёмных отношений газов 114
• сохранения массы 109
п веществ 60
и
Изомеризация 359, 505
Изомерия цис-транс 366
Изомер 350
Изотоп 11
Ингибитор 67
Ион 18
• анион 19
• катион 19
к
Каменный уголь 504
• аммиачная вода 506
• каменноугольная смола 506
• каменноугольный кокс 506
• кокосование 506
• коксовый газ 506
Карбонильная группа 430
Карбонильные соединения 430
• альдегиды 430
• кетоны 431
• получение 435
• химические свойства 432
Карбоновые кислоты 440
• акриловая 448
Предметный указатель
749
• ароматические 446
• муравьиная 444
• получение 450
• предельные двухосновные 445
• предельные одноосновные 440
° химические свойства 442
• химические свойства солей 449
Катализатор 64, 67
Каучуки 386
Кетоспирты 464
Кислород 283
• получение 284
• химические свойства 284
Кислотные оксиды 29
• Химические свойства 135
Кислоты 33, 160
• кислоты-неокислители 161
• кислоты-окислители 161
• получение 163
• химические свойства 161
Кислые соли 36, 187
• получение 188
• химические свойства 189
Количество вещества 105
Колонна синтеза 303, 417
Комплексные соединения 38
• комплексообразователь 38
• комплексные соли амфотерных
металлов:
° получение 192
° химические свойства 193
• координационное число 38
• лиганды 38
• сфера:
° внешняя 38
п внутренняя 38
Конверсия метана 359
Контактный аппарат 171
Конформация 376
Коррозия 260
Красная кровяная соль 264
Крекинг 357
• каталитический крекинг 506
Кремний 296
• аморфный 297
• кристаллический 297
• получение 297
• химические свойства 297
Кристаллическая решётка 53
• атомная 55
• ионная 55
• металлическая 55
• молекулярная 55
Кристаллогидрат 57
• кристаллизационная вода 58
л
Лабораторная посуда и оборудование 510
Летучие водородные соединения 31
• кислотные свойства 42
м
Магний 246
• получение 246
• химические свойства 246
Магнийтермия 247
Мартеновская печь 259
Массовая доля вещества в растворе 101,
204
Массовая доля компонента смеси 104
Массовая доля элемента в соединении
100
Медь 274
• получение 274
• химические свойства 274
Металлы 22
Моль 105
• молярная масса 106
• молярный объём 106
н
Нейтрон 9
Неметаллы 22
Нефть 504
• гудрон 505
• детонационная стойкость бензина
505
• мазут 505
• перегонка нефти 504
• ректификационные колонны 504
• ректификация 504
• фракция:
° бензиновая 505
° дизельная 505
° керосиновая 505
° масляная 505
750
Предметный указатель
о
Объёмная доля компонента газовой
смеси 104
Озон 286
Окислительно-восстановительные
реакция 81
• внутримолекулярная 82
• восстановитель 81
• восстановление 82
• диспропорционирования 82
• контрпропорционирования 82
• межмолекулярная 82
• метод электронного баланса 83
• окисление 81
• окислитель 82
• окислительно-восстановительная
двойственность 86
• электронное уравнение реакции 81
Оксиды 29, 135
• несолеобразующие 29, 142
• основные, химические свойства 139
• основные 29
• получение 144
• свойства:
° восстановительные 142
° кислотные 42
° окислительные 143
° основные 42
• солеобразующие 29
Олеум 172, 228
Органическая химия 349
Основания 32
• получение 156
• химические свойства 155
Относительная плотность 114
Отстаивание 513
п
Пассивация 168, 176
Перегонка 284
Периодическая система Д. И. Менделеева
И
Периодический закон Д. И. Менделеева 39
Пероксиды 287
Пиролиз метана 358, 395
Пирометаллургия 143
Пи-связь 364
Плотность 108
Поликонденсация 427, 508
Полимеризация 368, 386, 507
• мономер 368
• полимер 368
• структурное звено 369
Полиэтилентерефталат 448
Полуацетали 433
Попутный нефтяной газ 504
Правила техники безопасности 509
Правило:
• Зайцева 372
• Марковникова 368
Примеси 117
Природный газ 503
Производные углеводородов 349
Простые вещества 21
Простые эфиры 413
Протон 9
р
Радикал 353
Разложение нитратов 148
Раствор 57
• водородный показатель 76
• индикатор 77
• насыщенный раствор 57, 212
Растворимость 57, 212
Реактив Толленса 434
Реакция ионного обмена 71
• уравнение:
° молекулярное 72
п полное ионное 72
° сокращённое ионное 72
Риформинг 280, 359, 505
с
Селитры 301
Сера 319
• моноклинная 320
• пластическая 320
• получение 320
• ромбическая 319
• химические свойства 320
Серная кислота 166
• контактный способ 171
• окислительные свойства 167
• получение 171
Сероводород 321
Сигма-связь 349
Синтез-газ 281
Система 63
Предметный указатель
751
Сложные вещества 21
Сложные эфиры 455
• получение 456
• химические свойства 456
Соли 35, 181
• основные 37
• смешанные 38
Сополимеризация 408, 508
Сопряжение 383
Спирты 411
• ароматические 421
• предельные многоатомные 419
п получение 420
п химические свойства 419
• предельные одноатомные 412
° химические свойства 414
Средние соли 35
• получение 185
• химические свойства 181
Сталь 259
Степень окисления 22, 24
• высшая 24
• низшая 24
Стирол 407
Сублимация 53
Сухой лёд 294
У
Угарный газ 293
Углеводороды 349, 351
• насыщенные 356
• предельные 356
Углеводы 462
• дисахариды 462
• моносахариды 462
• полисахариды 462
Углекислый газ 294
Углерод 290
• алмаз 291
• графит 291
• получение 291
• химические свойства 291
ф
Фаза 63
Фенолформальдегидная смола 427
Фенолы 424
• крезолы 424
• получение 427
• химические свойства 425
Ферменты 67
Фильтрование 513
• фильтрат 513
Формула Кекуле 397
Фосфин 314
Фосфор 311
• белый 312
• красный 312
• получение 313
• химические свойства 313
• чёрный 312
Функциональная группа 349
Химическая связь 43
• водородная 51
• длина 47
• донорно-акцепторная 47
• ионная 50
• ковалентная:
D неполярная 44
° полярная 46
• кратность 47
• металлическая 51
• энергия 47
Химическая реакция 60
• алкилирование 401
• ароматизация 358
• брожение 463
• галогенирование 356
• гетерогенная 63
• гидратация 367
• гидрирование 360
• гидрогалогенирование 367
• гидрогенизация 461
• гомогенная 63
• дегалогенирование 373
• дегидратация:
° внутримолекулярная 372
п межмолекулярная 415
• «серебряного зеркала» 434
• Вагнера 369
• Вюрца361
• Вюрца — Фиттига407
• дегидрирование 358
• дегидрогалогенирование 373
• дегидроциклизация 358
• декарбоксилирование 361
• Дюма 361
• замещения 63
752
Предметный указатель
• Зелинского 392
• Зинина 473
• каталитическая 64
• Кольбе 361
• Коновалова 357
• коэффициент 60
• Кучерова 391
• Лебедева 387
• нейтрализация 65, 73
• некаталитическая 64
• нитрование 357
• обмена 63
• обратимая 63, 68
• омыление 461
• практически необратимая 64
• продукт 60
• разложения 63
• реагент 60
• синтез Фишера — Тропша 360
• скорость 65
• соединения 62
• тепловой эффект 64, 115
• уравнение 61
D термохимическое 64
• фотосинтез 464
• Фриделя — Крафтса 401
• экзотермическая 64
• эндотермическая 64
• этерификации 414
Химический элемент 10
• порядковый номер 9
Химическое равновесие 68 111
• направление смещения 68
Химия 9
Хром 267
• получение 267
• химические свойства 268
ц
Циклоалканы 375
• получение 378
• химические свойства 377
Циклоалкены 379
• получение 380
• химические свойства 379
Цинк 255
• получение 255
• химические свойства 256
ч
Число Авогадро 105
Чугун 259
щ
Щёлочи 33
• получение 155
• химические свойства 152
Щелочноземельные металлы 65, 241
• получение 242
• химические свойства 242
Щелочные металлы 65, 235
• получение 236
• химические свойства 236
э
Электролиз 93, 223, 361
• анод 94
• катод 94
Электролитическая диссоциация 58
• неэлектролит 58
• степень диссоциации 59
• электролит 58
п сильный 59
° слабый 59
Электрон 9
• валентный 13, 16
• неспаренный 13
• электронная пара 13
Электронная конфигурация атома 13
• атомная орбиталь 12
• состояние атома:
° возбуждённое 17
п основное 17
• электронная оболочка 11
• электронный слой 11
• энергетический подуровень 12
• уровень:
° энергетический 11
D электронный 11
Электроотрицательность 23, 41
я
Явление 60
• физическое 60
• химическое 60
ЕГЭ по химии
Теоретическая и практическая
подготовка
Шемерянкина
Виктория Алексеевна,
I преподаватель химии, выпускник РГУ
» " нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина.
Ведущий преподаватель курсов подготовки
к ЕГЭ по химии. Победитель Всерос¬
сийских школьных олимпиад по химии
и профильных студенческих олимпиад,
100-балльник ЕГЭ по химии.
Шамсутдинов
Эмиль Рустемович,
преподаватель химии и математики,
сотрудник НИИ «НК Роснефть»,
выпускник РГУ нефти и газа (НИУ) имени
И. М. Губкина. Победитель Всероссийских
школьных олимпиад по химии
и профильных студенческих олимпиад.
В книге представлен весь теоретический материал,
необходимый для успешной сдачи ЕГЭ по химии.
Учебное пособие содержит разделы по общей, не¬
органической и органической химии, химии эле¬
ментов, а также включает в себя главу по методам
познания химии. После каждого раздела приведены
тренировочные и тестовые задания в формате ЕГЭ,
позволяющие закрепить изученный теоретический
материал. Одной из тенденций ЕГЭ по химии явля¬
ется повышение уровня сложности расчетных задач
как в первой, так и во второй частях экзаменаци¬
онного варианта, поэтому авторы уделили особое
внимание методам решения задач различного типа.
Стоколос
Ольга Анатольевна,
кандидат технических наук, доцент кафедры
органической химии и химии нефти РГУ
нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина.
Эксперт ЕГЭ по химии, преподаватель
курсов по подготовке к ЕГЭ по химии
в университете. Автор более 50 публи¬
каций: статей, тезисов, учебных пособий.
В книге представлены 15 авторских тренировочных
вариантов, составленных с учетом всех требований
кодификатора ЕГЭ по химии 2023 года. Трениро¬
вочные варианты включают в себя все актуальные
изменения в структуре экзамена. Книга содержит
ответы к приведенным тестовым заданиям и трени¬
ровочным вариантам, что позволяет обучающемуся
самостоятельно оценивать уровень своей подготов¬
ки к экзамену.
ISBN 978-5-9775-1739-3
191036, Санкт-Петербург,
Гончарная ул., 20
Тел.: (812) 717-10-50,
339-54-17, 339-54-28
E-mail: mail@bhv.ru
Internet: www.bhv.ru