Виды общения

Решение.

При пропускании хлора через  раствор гидроксида натрия идет реакция  диспропорционирования с образованием хлорида и гипохлорита натрия:

 

2NaOH + Cl₂ = NaCl + NaClO + H₂O.

 

Гидроксид натрия поглощает углекислый газ и оксид серы с образованием кислых солей NaHCO₃ и NaHSO₃ соответственно:

 

NaOH + CO₂ = NaHCO₃,

 

NaOH + SO₂ = NaHSO₃.

Пример 8.

Основываясь на строении электронной  оболочки атома бериллия, объясните амфотерные свойства гидроксида бериллия. Напишите ионно-молекулярные уравнения взаимодействия гидроксида бериллия со щелочью и кислотой.

Решение.

Электронная формула атома  бериллия 1s² 2s¹.

Второй снаружи электронный  слой содержит два электрона, а не восемь, как у остальных s-элементов (за исключением лития). Это приводит к значительному снижению атомного радиуса, увеличению энергии ионизации, снижению его химической активности. Бериллий среди s-элементов обладает наиболее слабыми металлическими свойствами. Связь в соединениях бериллия имеет очень сильный ковалентный характер. Отличие строения атома бериллия от строения атомов щелочноземельных элементов сказывается и на свойствах соединений. Так, гидроксид бериллия Be(OH)₂  – единственный в подгруппе гидроксид, обладающий амфотерными свойствами.

Напишем реакции взаимодействия гидроксида бериллия с кислотой и со щелочью:

 

Be(OH)₂ + 2HCl = BeCl₂ + H₂O,

Be(OH)₂ + 2H⁺ + 2Cl^– = Be²⁺ + 2Cl^– + H₂O,

Be(OH)₂ + 2H⁺ = Be²⁺ + H₂O,

 

Be(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Be(OH)₄],

Be(OH)₂ + 2Na⁺ + 2OH^– = 2Na⁺ + [Be(OH)₄]^2–,

Be(OH)₂ + 2OH^– = [Be(OH)₄]^2–.

 

Пример 9.

Напишите реакции получения  нитрида и гидроксида бария и  разложения их водой. К окислительно-восстановительным реакциям составьте электронные уравнения.

Решение.

Уже при комнатной температуре  щелочноземельные металлы медленно взаимодействуют с азотом, образуя  нитриды. Для получения нитридов металлы нагревают до 900 °С в атмосфере азота. Процесс протекает по уравнению

 

3Ba⁰ + N₂⁰ = Ba₃⁺²N₂^-3.

 

3 | Ba⁰ – 2 = Ba⁺²,

1 | N₂⁰ + 6 = 2N^–3.

 

Разложение нитрида бария водой  протекает по реакции

 

Ba₃N₂ + 6H₂O = 3Ba(OH)₂ + 2NH₃.

 

Щелочноземельные металлы соединяются  с водородом, образуя гидриды, аналогичные гидридам щелочных металлов:

 

Ba⁰ + H₂⁰ = Ba⁺²H₂^-1.

H₂⁰ + 2 = 2H^–1,

Ba⁰ – 2 = Ba⁺².

 

Гидрид бария бурно реагирует  с водой, выделяя водород:

 

BaH₂^-1 + 2H₂O = Ba(OH)₂ + 2H₂⁰.

2H^–1 – 2 = H₂⁰,

2H⁺¹ + 2 = H₂⁰.

 

Пример 10.

Как взаимодействуют с водой  элементы главной подгруппы второй группы? Почему бериллий нерастворим в воде, магний плохо растворим,       а кальций, стронций и барий хорошо растворимы?

Решение.

Необходимым условием реакции металла  с водой является удаление с его  поверхности оксидной пленки с образованием растворимого гидроксида.

Теоретически бериллий должен раствориться в воде (значение электродного потенциала данной реакции – 1,85 В), но защитная пленка оксида бериллия препятствует взаимодействию бериллия с водой, так как BeO не взаимодействует с водой ни при каких условиях.

Защитные свойства оксидной пленки магния и других щелочноземельных металлов значительно слабее. С холодной водой магний взаимодействует очень медленно. Так как образующийся гидроксид магния плохо растворим в воде, при нагревании реакция ускоряется за счет увеличения растворимости гидроксида. Реакция идет в две стадии с образованием вначале оксида, который затем при гидратации дает гидроксид магния:

 

Mg + H₂O = MgO + H₂,

MgO + H₂O = Mg(OH)₂.

 

Щелочноземельные металлы взаимодействуют  с водой, вытесняя из нее водород и образуя растворимые гидроксиды:

 

Ba + 2H₂O = Ba(OH)₂ + H₂.

 

Пример 11.

Как получают негашеную и гашеную известь, известковую воду и известковый раствор? Что происходит на воздухе с известковой водой?

Решение.

В технике оксид кальция называют негашеной известью и получают ее при обжиге карбоната кальция  в шахтной печи по реакции 

 

CaCO₃

CaO + CO₂.

 

Гашеная известь Ca(OH)₂ образуется при взаимодействии оксида кальция с водой (процесс гашения):

 

CaO + H₂O = Ca(OH)₂.

 

Насыщенный раствор гидроксида кальция называется известковой  водой и имеет щелочную реакцию. На воздухе известковая вода быстро становится мутной вследствие поглощения ею углекислого газа и образования нерастворимого карбоната кальция:

 

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃¯ + H₂O.

 

Гашеную известь широко используют в строительном деле. Смесь ее      с песком и водой называется известковым  раствором и служит для скрепления кирпичей при кладке стен.

Задания

 

341. Сколько граммов Na₃PO₄ надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5 мэкв?

342. Какие соли обусловливают  жесткость природной воды? Какую  жесткость называют карбонатной, некарбонатной? Как можно устранить карбонатную, некарбонатную жесткость? Напишите уравнения соответствующих реакций.

343. Вычислите карбонатную жесткость  воды, зная, что для реакции с  гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 200 см³ воды, требуется 15 см³ 0,08 н. раствора HCl.

344. В 1 л воды содержится 36,47 мг  ионов магния и 50,1 мг ионов  кальция. Чему равна жесткость этой воды?

345. Сколько граммов карбоната  натрия надо прибавить к 400 л воды, чтобы устранить жесткость,  равную 3 мэкв?

346. Вода, содержащая только сульфат  магния, имеет жесткость 7 мэкв. Сколько  граммов сульфата магния содержится  в 300 л этой воды?

347. Вычислите жесткость воды, зная, что в 600 л ее содержится 65,7 г гидрокарбоната магния и 61,2 г сульфата кальция.

348. В 220 л воды содержится 11 г сульфата магния. Чему равна жесткость этой воды?

349. Жесткость воды, в которой  растворен только гидрокарбонат  кальция, равна 4 мэкв. Сколько 0,1 н. раствора HCl потребуется для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 75 см³ этой воды?

350. В 1 м³ воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой веды.

351. Вода, содержащая только гидрокарбонат  магния, имеет жесткость 3,5 мэкв. Сколько граммов гидрокарбоната  магния содержится в 200 л этой  воды?

352. К 1 м³ жесткой йоды прибавили 132,5 г карбоната натрия. На сколько мэкв понизилась жесткость?

353. Чему равна жесткость воды, если для ее устранения к  50 л воды потребовалось прибавить 21,2 г карбоната натрия?

354. Сколько граммов, CaSO₄ содержится в 200 л воды, если жесткость, обусловливаемая этой солью, равна 8 мэкв?

355. Вода, содержащая только гидрокарбонат  кальция, имеет жесткость 9 мэкв. Сколько граммов гидрокарбоната  кальция содержится в 500 л этой  воды?

356. Какие ионы надо удалить  из природной воды, чтобы сделать ее мягкой? Введением каких ионов можно умягчить воду? Составьте уравнения соответствующих реакций.

357. Сколько граммов карбоната  натрия надо прибавить к 0,1 м³ воды, чтобы устранить жесткость, равную 4 мэкв?

358. К 100 л жесткой воды прибавили 12,95 г гидроксида кальция. На сколько мэкв понизилась карбонатная жесткость?

359. Чему равна карбонатная жесткость  воды, если в 1 л ее содержится 0,292 г гидрокарбоната магния и  0,2025 г гидрокарбоната кальция?

360. Сколько граммов гидроксида  кальция надо прибавить к 275 л  воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5,5 мэкв?

р-элементы (...ns²np^1–6)

 

Пример 1.

Дайте общую характеристику p-элементов, основываясь на их положении в таблице Д. И. Менделеева.

Решение.

На внешнем энергетическом уровне у p-элементов находится по 2 s-электрона и от 1 до 6 p-электронов. Количество p-электронов возрастает по периодам слева направо. С увеличением порядкового номера (заряда ядра атомов), уменьшается радиус и металлические (основные) свойства, нарастают неметаллические (кислотные). По группам сверху вниз у p-элементов увеличивается радиус атомов за счет увеличения числа энергетических уровней, постепенное ослабление неметаллических и нарастание металлических свойств. Условная граница между элементами с ярко выраженными металлическими и неметаллическими свойствами находится на диагонали, проведенной из верхнего левого угла в нижний правый угол таблицы Д. И. Менделеева.

Металлические p-элементы обладают способностью к отдаче валентных электронов и проявляют положительные степени окисления, являясь восстановителями во многих химических реакциях.

Неметаллические p-элементы имеют тенденцию к присоединению электронов до завершения внешнего валентного энергетического уровня, проявляют отрицательные степени окисления и в химических реакциях являются окислителями.

 

Пример 2.

Почему хлор способен к реакциям самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования)? На основании электронных уравнений напишите реакцию растворения хлора в едком натре.

Решение.

Степень окисления хлора в молекуле равна нулю, т. е. имеет промежуточное значение между (–1) и (+1, +3, +5, +7) в соединениях. Поэтому один атом хлора в молекуле присоединяет к себе электрон от другого атома, другой отдает. В результате один атом хлора окисляется (степень окисления повышается), а другой восстанавливается (степень окисления понижается). Распишем электронные уравнения и на их основе уравнения реакций.

Электронные уравнения:

 

Cl₂⁰ – 2 = 2Cl⁺¹ – окисление ,

Cl₂⁰ + 2 = 2Cl^–1 – восстановление.

 

Уравнения реакции растворения  хлора в щелочи:

 

2NaOH + Cl₂ = NaClO + NaCl + H₂O.

 

Пример 3.

На основании электронных уравнений  составьте уравнение реакции  взаимодействия серы с азотной кислотой, учитывая, что сера окисляется максимально, а азот восстанавливается минимально.

Решение.

Определим, какие вещества могут  образовываться в результате реакции. Сера в своих соединениях проявляет  следующие степени окисления: (–2, +2, +4, +6). Максимальная степень окисления (+6), она реализуется в следующих соединениях: серной кислоте, триоксиде серы и сульфатах. В кислой среде образуется серная кислота.

Для азота характерны степени окисления (–3, +1, +2, +3, +4, +5). В азотной кислоте степень окисления равна (+5), а так как азот восстанавливается минимально, то он принимает один электрон и приобретает степень окисления (+4). Устойчивым соединением азота с такой степенью окисления является NO₂.

Электронные уравнения:

 

6 | S⁰ – 6 = S⁺⁶  – окисление,

1 | N⁺⁵ +1 =N⁺⁴ – восстановление.

 

Уравнение реакции взаимодействия серы с азотной кислотой

 

S + 6HNO₃ = H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O.

 

Пример 4.

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

 

C ® Al₄C₃ ® CH₄ ® CO₂ ® H₂CO₃.

 

При каких превращениях происходят окислительно-восстановительные реакции?

Решение.

Уравнения реакций:

 

1. 3C + 4Al = Al₄C₃.

2. Al₄C₃ + 12H₂O = 4Al(OH)₃ + 3CH₄.

3. CH₄ + 2O₂ = CO₂ +2H₂O.

4. CO₂ + H₂O = H₂CO₃.

 

Определим степени окисления углерода в соединениях:

 

C – (0), Al₄C₃ – (–4), CH₄ – (–4), CO₂ – (+4), H₂CO₃ – (+4).

 

Степень окисления углерода изменяется в реакциях 1 и 3, следовательно, они  являются окислительно-восстановительными.

 

Пример 5.

К раствору, содержащему нитраты  алюминия и висмута, добавили избыток раствора едкого калия. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций. Какое вещество находится в осадке?

Решение.

Степень окисления алюминия и висмута  в нитратах равна (+3). При действии едкого калия протекают реакции:

 

Al(NO₃)₃ + 3KOH = Al(OH)₃ + 3KNO₃,

Al³⁺ + 3NO₃^– + 3K⁺ + 3OH^– = Al(OH)₃ + 3K⁺ + 3NO₃^–,

Al³⁺ + 3OH^– = Al(OH)₃¯,

 

Bi(NO₃)₃ + 3KOH = Bi(OH)₃ + 3KNO₃,

Bi³⁺ + 3NO₃^– + 3K⁺ + 3OH^– = Bi(OH)₃ + 3K⁺ + 3NO₃^–,

Bi³⁺ + 3OH^– = Bi(OH)₃¯.

 

В результате реакций образуются нерастворимые  гидроксиды алюминия и висмута. Гидроксид алюминия обладает амфотерными свойствами и при избытке раствора гидроксида калия растворяется в нем с образованием хорошо растворимого тетрагидроксоалюмината калия:

 

Al(OH)₃ + KOH = K[Al(OH)₄].

 

Гидроксид висмута амфотерными свойствами не обладает и при добавлении избытка щелочи остается в осадке.

Пример 6.

В каком газообразном соединении мышьяк проявляет свою низшую степень окисления? Напишите уравнения реакций: 1. Получение этого соединения при взаимодействии мышьяка с водородом в момент выделения. 2. Взаимодействии этого соединения с кислородом.

Решение.

Низшая степень окисления мышьяка (–3). Гидрид мышьяка или арсин  – AsH₃, представляет собой газ, в котором мышьяк проявляет свою низшую степень окисления.