Виды общения

323. Напишите уравнения реакций  с водой следующих соединений  натрия: Na₂O₂, Na₂S, NaH, Na₃N.

324. Как получают металлический  натрий?. Составьте электронные уравнения процессов, проходящих на электродах при электролизе расплава NaOH.

325. Какие свойства может проявлять пероксид водорода в окислительно-восстановительных реакциях? Почему? На основании электронных уравнений напишите уравнения реакций H₂O₂: а) с Ag₂O; б) с KI.

326. Почему пероксид водорода  способен диспропорционировать (самоокисляться – самовосстанавливаться) ? Составьте электронные и молекулярные уравнения процесса разложения H₂O₂.

327. Как можно получить гидрид  и нитрид кальция? Напишите уравнения реакций этих соединений с водой. К окислительно-восстановительным реакциям составьте электронные уравнения.

328. Назовите три изотопа водорода. Укажите состав их ядер. Что  такое тяжелая вода? Как она получается и каковы ее свойства?

329. Гидроксид какого из s-элементов проявляет амфотерные свойства? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций этого гидроксида: а) с кислотой, б) со щелочью.

330. При пропускании диоксида  углерода через известковую воду (раствор Ca(OH)₂) образуется осадок, который при дальнейшем пропускании СО₂ растворяется. Дайте объяснение этому явлению. Составьте уравнения реакций.

331. Составьте электронные и молекулярные  уравнения реакций: а) бериллия с раствором щелочи; б) магния с концентрированной серной кислотой; имея в виду максимальное восстановление последней.

332. При сплавлении оксид бериллия  взаимодействует с диоксидом кремния и с оксидом натрия. Напишите уравнения соответствующих реакций. О каких свойствах ВеО говорят эти реакции?

333. Какие соединения магния и  кальция применяются в качестве  вяжущих строительных материалов? Чем обусловлены их вяжущие свойства?

334. Как можно получить карбид  кальция? Что образуется при  его взаимодействии с водой? Напишите уравнения соответствующих реакций.

335. Как можно получить гидроксиды  щелочных металлов? Почему едкие щелочи необходимо хранить в хорошо закрытой посуде? Составьте уравнения реакций, происходящих при насыщении гидроксида натрия: а) хлором; б) оксидом серы SO₃; в) сероводородом.

336. Чем можно объяснить большую  восстановительную способность  щелочных металлов. При сплавлении гидроксида натрия c металлическим натрием последний восстанавливает водород щелочи в гидрид-ион. Составьте электронные и молекулярное уравнения этой реакции.

337. Какое свойство кальция позволяет  применять его в металлотермии  для получения некоторых металлов  из их соединений? Составьте  электронные и молекулярные уравнения реакций кальция: а) с V₂O₅; б) с CaSO₄. В каждой из этих реакций окислитель восстанавливается максимально, приобретая низшую степень окисления.

338. Какие соединения называют  негашеной и гашеной известью? Составьте уравнения реакций их получения. Какое соединение образуется при прокаливании негашеной извести с углем? Что является окислителем и восстановителем в последней реакции? Составьте электронные и молекулярные уравнения.

339. Составьте электронные и молекулярные  уравнения реакций: а) кальция с водой; б) магния с азотной кислотой, учитывая максимальное восстановление последней.

340. Составьте уравнения реакций,  которые нужно провести для  осуществления следующих превращений:

 

Са ® СаН₂ ® Са(ОН)₂ ® СаСО₃ ® Са(НСО₃)_2.

Жесткость воды и методы ее устранения

 

Пример 1.

Почему водород в периодической  системе обычно помещают либо в первой группе и в то же время в скобках в седьмой, либо в седьмой группе и в то же время в скобках в первой. Приведите примеры реакций, доказывающих двойственную химическую природу водорода.

Решение.

Особенность строения электронной  оболочки атома водорода (как и  гелия), а именно отсутствие промежуточного электронного слоя (его валентный  электрон находится непосредственно  в сфере действия атомного ядра), не позволяет однозначно решить, в какой группе периодической системы он должен находиться. Если исходить из числа валентных электронов его атома, то водород должен находиться в первой группе. Однако, в отличие от щелочных металлов, водород вследствие высокого значения энергии ионизации не способен образовывать ионных соединений, в которых он был бы катионом. Его соединения, даже с наиболее активными неметаллами, например, фтором, представляют вещества с полярной ковалентной связью.

Если же исходить из того, что для завершения внешнего энергетического слоя атому водорода не хватает одного электрона, его следует поместить в седьмую группу. Атом водорода, как и атомы галогенов, характеризуется высоким значением энергии ионизации.

Таким образом, отдавая один электрон, водород проявляет сходство со щелочными металлами первой группы, а присоединяя электрон – с галогенами седьмой группы. Поэтому водород в периодической системе помещают либо в первой группе и в скобках в седьмой, либо в седьмой группе и в скобках в первой. Вместе с тем водород – элемент особый и его размещение в той или иной группе таблицы в значительной мере условно.

Из вышесказанного следует, что  в химических процессах водород  может выступать в качестве восстановителя при взаимодействии с окислителями, например, хлором:

+ = 2HCl,

 – 2 = 2 – окисление,

+ 2 = 2 – восстановление.

 

Водород может проявлять и окислительные свойства при взаимодействии с сильными восстановителями, например, щелочными металлами:

 

2Me + = 2MeH,

2 – 2 = 2 – окисление,

+ 2 = 2 – восстановление.

 

Степень окисления водорода в образующихся гидридах металлов – (-1), химическая связь в них ионного типа, в галогеноводородах химическая связь – ковалентная полярная.

 

Пример 2.

Чем обусловлена высокая химическая активность щелочных металлов? Составьте электронные схемы строения атомов натрия и цезия. У какого из этих элементов ярче выражены металлические свойства и почему?

Решение.

Имея во внешнем энергетическом слое только по одному электрону, находящемуся на сравнительно большом удалении от ядра (за исключением лития), атомы щелочных металлов довольно легко отдают этот электрон, т. е. характеризуются низкой энергией ионизации, что и является причиной их высокой активности. Энергия ионизации уменьшается при переходе от лития к цезию за счет увеличения числа электронных слоев в структуре атома и уменьшения притяжения внешнего валентного электрона к ядру. Химическая активность при этом возрастает.

Составим электронные формулы атомов натрия и цезия:

 

Na (Z = 11) – 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹,

Cs (Z = 55) – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰5p⁶ 6s¹.

 

Способность атома элемента отдавать электроны характеризует его  металлические свойства, восстановительную активность, и чем легче атомы теряют электроны, тем ярче выражены эти свойства. Следовательно, цезий – элемент с самыми сильными металлическими свойствами не только среди щелочных металлов, но и среди элементов периодической системы.

 

Пример 3.

Рассмотрите восстановительную способность щелочных металлов на примере взаимодействия лития с кислородом, водородом, хлором, серой, азотом, углеродом и водой.

Решение.

Литий и его аналоги являются сильными восстановителями в окислительно-восстановительных реакциях и проявляют постоянную степень окисления, равную (+ 1).

При сгорании лития в избытке  кислорода образуется оксид лития, остальные щелочные металлы образуют пероксиды Me₂O₂:

 

4Li + O₂ = 2Li₂O.

 

При нагревании в атмосфере водорода литий и его аналоги образуют гидриды, имеющие характер типичных солей, в которых отрицательным ионом является ион водорода:

 

2Li + H₂ = 2LiH.

 

При взаимодействии с хлором образуются хлориды металлов:

 

2Li + Cl₂ = 2LiCl.

 

Щелочные металлы при повышенной температуре энергично реагируют  с серой, образуя сульфид и дисульфид (Li₂S₂):

 

2Li + S = Li₂S.

 

С азотом непосредственно взаимодействует  только литий, образуя нитрид Li₃N, реакция идет при повышенной температуре:

6Li + N₂ = 2Li₃N.

 

Литий также единственный щелочной металл, который непосредственно  взаимодействует с углеродом, образуя карбид лития. Эта реакция идет при нагревании:

 

2Li + 2C = Li₂C₂.

 

Литий разлагает воду без плавления  по реакции

 

2Li + 2H₂O = LiOH + H₂.

 

Пример 4.

Почему пероксид водорода может  проявлять как окислительные, так  и восстановительные свойства? На основании электронных уравнений напишите реакции взаимодействия пероксида водорода с диоксидом свинца в азотнокислой среде, с сульфидом свинца в нейтральной среде.

Решение.

Окислительно-восстановительная двойственность характерна для веществ, содержащих атомы элементов в промежуточной степени окисления. Так, степень окисления кислорода в пероксиде водорода равна (– 1), т. е. имеет промежуточное значение между (– 2) в молекуле воды и (0) в молекулярном кислороде. Поэтому пероксид водорода обладает окислительно-восстановительной двойственностью. Более характерными для него являются окислительные свойства, так как стандартный потенциал электрохимической системы

 

H₂O₂ + 2H⁺ + 2

= 2H₂O,

 

в которой H₂O₂ выступает как окислитель, равный 1,776 В, больше, чем стандартный потенциал (0,682 В) электрохимической системы

 

O₂ + 2H⁺ + 2

= H₂O₂,

 

где пероксид водорода является восстановителем.

Учитывая окислительно-восстановительную  двойственность пероксида водорода составим уравнения реакции, необходимые по условию задачи:

 

H₂O₂^–1 + Pb⁺⁴O₂ + 2HNO₃ = Pb⁺²(NO₃)₂ + O₂⁰ + 2H₂O,

O₂^2– - 2 = O₂⁰   – окисление,

Pb⁺⁴ + 2 = Pb⁺² – восстановление,

 

PbS^–2 + 4H₂O₂^–1 = PbS⁺⁶O₄ + 4H₂O^–2,

S^–2 - 8 = S⁺⁶      – окисление,

O₂^2– + 2 = 2O^–2 – восстановление.

 

Пример 5.

Допишите уравнения реакций:

 

1. Na₂O₂ + KI + H₂SO₄ ®

2. Na₂O₂ + Fe(OH)₂ + H₂O ®

3. Na₂O₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ ®

4. Na₂O₂ + H₂O ®

5. Na₂O₂ + H₂SO₄ ®

 

Окислителем или восстановителем  является пероксид натрия в этих реакциях?

Решение.

Пероксид натрия очень сильный  окислитель. При взаимодействии с восстановителями KI и Fe(OH)₂ (реакции 1 и 2) он проявляет окислительные свойства:

 

Na₂O₂ + 2KJ^– + 2H₂SO₄ = J₂⁰ + Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 2H₂O^–,

1| 2J^– – 2   = J₂⁰,

1| O₂^–2 + 2 = 2O^–2,

 

Na₂O₂ + 2Fe(OH)₂ + 2H₂O =  2Fe(OH)₃ + 2NaOH,

1 | O₂^–2 + 2   = 2O^–2,

2 | Fe⁺² + 1 = Fe⁺³,

 

Восстановительные свойства менее  характерны для Na₂O₂, но при взаимодействии с сильными окислителями KMnO₄ (реакция 3) он проявляет восстановительные свойства:

 

5Na₂O₂ + 2KMn⁺⁷O₄ + 8H₂SO₄ =

= 5O₂⁰ + 2Mn⁺²SO₄ + K₂SO₄ + 5Na₂SO₄ + 8H₂O.

 

2 | Mn⁺⁷ + 5 = Mn⁺²,

5 | O₂^–2 – 2 = 2O^–2.

 

При осторожном растворении пероксида  натрия в холодной воде (реакция 4) получается раствор, содержащий гидроксид натрия и пероксид водорода. Взаимодействие пероксида натрия с водой – это реакция гидролиза соли, образованной слабой кислотой H₂O₂ и сильным основанием NaOH:

 

O₂^–2 + 2H₂O « H₂O₂ + 2OH^–,

Na₂O₂ + 2H₂O « H₂O₂ + 2NaOH.

 

При взаимодействии с разбавленными кислотами (реакция 5) также получается пероксид водорода:

 

Na₂O₂ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O₂.

 

Пример 6.

Вычислите объем кислорода (при  нормальных условиях), выделившегося  при получении 4,6 кг металлического натрия электролизом расплава едкого натрия.

Решение.

Схема электролиза расплава едкого натрия:

NaOH D Na⁺ + OH^–,

катод (–) – Na⁺ + = Na⁰;

анод (+) – 4OH^– – 4 = O₂ + 2H₂O.

 

Согласно второму закону Фарадея, одинаковые количества электричества  выделяют на электродах эквивалентные массы веществ. Определим, сколько эквивалентов содержится в 4,6 кг металлического натрия. Молярная масса эквивалента натрия равна 23 г/моль, следовательно, в 4,6 кг (4600 г) натрия содержится: 4600 / 23 = 200 экв.

На аноде также выделится 200 экв. кислорода. Рассчитаем, сколько это составит литров. Объем 1 экв. кислорода равен 5,6 л, а 200 экв. кислорода: 200 ´ 5,6 = 1120 л.

Итак, при электролизе расплава гидроксида натрия на аноде выделится при нормальных условиях 1120 л кислорода.

 

Пример 7.

Какие из газов (H₂S, H₂, Cl₂, CO₂, SO₂) будут поглощаться при пропускании их через раствор гидроксида натрия? Напишите уравнения соответствующих реакций.