Растворы. Дисперсные системы 6 страница

7.36. При получении золота используется реакция его вытесне-ния из цианистых электролитов с использованием цинка:

Zn + 2K[Au(CN)₂] = 2Au + K₂[Zn(CN)₄].

Рассчитайте, какая масса золота может быть получена, если на протекание реакции израсходовано 120 г дицианоаурата калия.

7.37. Пирометаллургический метод получения цинка из цинко-вых руд включает удаление серы по реакции

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂↑

с последующим восстановлением цинка:

ZnO + C = Zn + CO↑.

Рассчитайте, какая масса цинка может быть получена, если на удаление серы затрачено 45 л кислорода в расчете на нормальные условия.

7.38. Карбид хрома Cr₃C₂ образуется или при непосредственном взаимодействии хрома с углеродом, или оксида Cr₂O₃ в атмосфере СО. Напишите уравнения химических реакций и рассчитайте, какая масса карбида может быть получена из 10 кг хрома в том и другом случаях.

7.39. Ртуть – малоактивный элемент и ее получают прямым окислением киновари HgS кислородом при 600–700 ^оС.

Напишите уравнение химической реакции и рассчитайте массу ртути, которая может быть получена из 150 кг киновари, если потери составляют 12 %.

7.40. Алюминий используется для получения кремния путем восстановления кварцевого песка SiO₂.

Напишите уравнение химической реакции получения кремния методом металлотермии и рассчитайте, какая масса алюминия потребуется для получения 50 кг кремния.

7.41. Сурьма активно взаимодействует с хлором. Рассчитайте, какая масса пентахлорида сурьмы может быть получена из 30 кг металла и какой объем хлора расходуется на проведение реакций? (Расчет вести для н.у.).

7.42. Соль рутения – рутенат калия получена по реакции

5Ru + 4KOH + 6KNO₃ = 5K₂RuO₄ + 3N₂ + 2H₂O.

Рассчитайте, сколько литров раствора КОН плотностью 1,18 г/см³ и массовым содержанием КОН ω = 20,5 % потребуется для получения 180 г рутената калия?

7.43. При восстановлении хлорида цезия карбидом кальция получается цезий, загрязненный углем.

Напишите уравнение химической реакции получения цезия и рассчитайте степень загрязнения цезия углем (ω, % масс.), если в реакцию вступило 40 г СаС₂.

7.44. Магний получают из оксида путем восстановления кремнием по реакции в вакууме

Рассчитайте массу оксидов кальция и магния, а также кремния, которая необходима для получения 1 кг магния.

7.45. Для получения металлического олова из силикатов смесь силиката олова, оксид кальция и уголь прокаливают при 1200 ^оС

SnSiO₃ + CaO + C = Sn + CaSiO₃ + CO.

Рассчитайте, какая масса шлака в виде силиката кальция всплывает на поверхность расплавленного металла при получении 2 т олова?

 

 

ХИМИЯ НЕМЕТАЛЛОВ

 

Решение типовых задач

Пример 8.1. Для йода (₅₃I) определите валентные электроны в нормальном и возбужденном состоянии. Укажите возможные степени окисления. Опишите физические и химические свойства.

 

Р е ш е н и е

 

Напишем распределение электронов для ₅₃I.

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p^5.

Определим валентные электроны йода

Нормальное состояние

5р

5s

степени окисления: –1; 0; +1;

 

Возбужденное состояние

степени окисления: –1; 0; +1; +2; +3; +4; +5; +6; +7.

 

Йод при обычных условиях представляет собой чернофио-летовые кристаллы с металлическим блеском. Т _пл. = 113,6 ^оС. Т _кип. = = 184,3 ^оС. При обычных условиях растворимость йода составляет 0,02 г на 100 г воды. В органических растворителях (бензин, спирт и др.) йод растворяется значительно лучше.

Получают йод окислением йодидов хлором, извлекают из селитры и морских водорослей. Мировое производство йода составляет 10 тыс. т в год.

Йод находит применение в производстве чистых металлов и полупроводниковых материалов; как антисептик; для йодирования поваренной соли.

Йод токсичен, его ПДК составляет 1 мг/м³.

Йод достаточно сильный окислитель, о чем свидетельствует потенциал реакции I₂ + 2 = 2 I , равный 0,54 В.

 

Пример 8.2. Напишите уравнения реакции взаимодействия азота с простыми веществами (Mg и Cl₂). Какие химические свойства проявляет азот в этих реакциях? Чем можно объяснить его способность взаимодействовать с окислителями и восстановителями? Назовите продукты реакций.

 

Р е ш е н и е

 

При высоких температурах азот окисляет многие металлы, образуя нитриды, например

3Mg + N₂ = Mg₃N₂.

Mg₃N₂ – нитрид магния – кристаллическое вещество, химически довольно активное, легко разлагается водой, образуя щелочь и аммиак.

При взаимодействии с галогенами азот образует нитриды галогенов. Нитриды галогенов – эндотермические соединения, например

N₂ + 3Cl₂ = 2Cl₃N, ΔН = 229 кДж/моль.

Нитрид хлора – кислотное соединение, легко разлагающееся со взрывом по реакции

3H₂O + Cl₃N = NH₃ + 3HClO.

При образовании нитридов элементов азот ведет себя как окислитель. Азот является восстановителем лишь при взаимодействии со фтором и кислородом, образуя трифторид азота и различные оксиды азота соответственно.

Прямым взаимодействием простых веществ образуется лишь NO – оксид азота (II)

½ N₂ (г) + ½ O₂ (г) = NO (г).

NO – бесцветный газ, в природе образуется при грозовых разрядах по цепной реакции

О₂ + h υ → O• + •O•

+ _•

N₂ → NO + •N•

+ O₂ → NO + •O• и т.д.

NF₃ – трифторид азота – бесцветный газ, получается при окислении аммиака фтором. NF₃ химически устойчив, вступает в реакции при температуре выше 100 ^оС, кислотное соединение

NF₃ + 3H₂O (пар) = N₂O₃ + 6HF.

 

Пример 8.3. Опишите способы получения хлора. Напишите уравнения реакций и условия их протекания, принципиальную схему получения.

Р е ш е н и е

 

В лабораторных условиях хлор получают из соляной кислоты, действуя сильными окислителями. Чаще всего применяют оксид марганца (IV) MnO₂ и перманганат калия KMnO₄. В этих соединениях окислителем является марганец со степенями окисления +4 и +7. Выделение хлора сразу можно обнаружить по характерному удушливому запаху

4HCl (конц.) + MnO₂ → MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O.

В промышленности хлор получают электролизом расплав-ленного хлорида натрия

На катоде: На аноде:

Na⁺ + → Na⁰ 2Cl – 2 → Cl₂↑

 

Пример 8.4. Опишите окислительно-восстановительные свойст-ва неметаллов. Уравняйте окислительно-восстановительные реакции ионно-электронным методом.

Дана реакция

I₂ + Cl₂ + H₂O = HCl + HIO₃.

 

Р е ш е н и е

 

1. Проставим степени окисления всех элементов, чтобы определить окислитель и восстановитель

 

2. У хлора степень окисления понижается, следовательно он выполняет роль окислителя (принимает электроны), а у йода степень окисления повышается, он играет роль восстановителя (отдает электроны). Вода играет роль среды.

3. Запишем полуреакции окисления и восстановления, найдем наименьшее общее кратное и проставим соответствующие коэффициенты

– 10 + 6H₂O → 2(IO₃)^– + 12H⁺ 1

+ 2 → 2Cl^– 5

 

 

4. Кислород уравниваем в форме Н₂О, водород – в форме Н⁺.

5. Суммируем левые и правые части полуреакций, умножив на соответствующие коэффициенты

I₂ + 6H₂O + 5Cl₂ → 2(IO₃)^– + 12H⁺ + 10Cl^–.

 

6. Добавив к ионам связанные с ними частицы, составляем полное уравнение со всеми стехиометрическими коэффициентами

I₂ + 5Cl₂ + 6H₂O → 10HCl + 2HIO₃.

 

Пример 8.5. Напишите формулы оксидов селена и соответствующих им кислот, назовите эти кислоты и образуемые ими соли.

Р е ш е н и е

Элемент	Оксид	Формула кислоты	Название кислоты	Название соли
Se	SeO2	H2SeO3	Селенистая	Селенит
Se	SeO3	H2SeO4	Селеновая	Селенат

 

Задачи

8.1. Для данного неметалла определите валентные электроны в нормальном и возбужденном состоянии. Укажите возможные степени окисления. Опишите физические свойства неметаллов.

 

Т а б л и ц а 8.1

 

Вариант	Неметалл	Вариант	Неметалл
	С	1’	Kr
	Si	2’	Xe
	N	3’	Rn
	P	4’	At
	As	5’	Se
	O	6’	B
	S	7’	Si
	Se	8’	P
	F	9’	Cl
	Cl	10’	N
	Br	11’	Br
	Ar	12’	S
	At	13’	Ar
	Ne	14’	I
	I	15’	O

 

8.2. Напишите уравнения реакций взаимодействия данного неметалла с простыми веществами. Какие химические свойства проявляет неметалл в этих реакциях? Как можно объяснить его способность взаимодействовать с восстановителями и окислителями? Назовите продукты реакций.

Т а б л и ц а 8.2

 

Вариант	Неметалл	Вещество	Вариант	Неметалл	Вещество
	Cl2	Na	1’	P	Ca
	Cl2	Cu	2’	P	Na
	Cl2	Fe	3’	P	Al
	Cl2	H2	4’	C	O2 (недост.)
	S	F2	5’	C	O2 (изб)
	S	O2	6’	C	F2
	S	H2	7’	C	S
	S	Na	8’	C графит	H2
	S	Mg	9’	C графит	Ca
	S	Al	10’	C графит	Al
	P	F2	11’	C графит	Si
	P	Cl2	12’	C графит	O2
	P	O2	13’	Si	O2
	P	S	14’	Si	Cl2
	P	Mg	15’	Si	Mg

 

8.3. Опишите способы получения неметалла. Напишите уравнения реакций и условия их протекания, принципиальную схему получения.

Т а б л и ц а 8.3

 

Вариант	Неметалл	Вариант	Неметалл
	O2		Te
	S		At2
	F2		B
	Br2		P
	I2		As
	Se		Ar
	C		Ne
	N2

 

8.4. Опишите окислительно-восстановительные свойства неме-таллов. Уравняйте окислительно-восстановительные реакции ионно-электронным методом.

 

 

Т а б л и ц а 8.4

 

Вариант	Реакция
	Br2 + Cl2 + H2O = HBrO3 + HCl
	At2 + HClO + H2O = HAtO3 + HCl
	Cl2 + KIO3 + KOH = K2IO6 + KCl + 3H2O
	F2 + NaBrO3 + NaOH = NaBrO4 + NaF + H2O
	I2 + H2O2 = HIO3 + H2O
	Br2 + H2S + H2O = H2SO4 + HBr
	S + NaOH = Na2S + Na2SO3 + H2O
	Cl2 + H2O + Na2S2O3 = Na2SO4 + S + HCl
	Se + KOH = K2SeO3 + K2Se + H2O
	I2 + KOH + NH2OH = N2 + KI + H2O
	As + HNO3 + H2O = H3AsO4 + NO
	Si + HNO3 + HF = H2SiF6 + NO + H2O
	Si + H2O + KOH = K2SiO3 + 2H2
	I2 + HNO3 = HIO3 + NO + H2O
	Cl2 + NaOH = NaCl + NaClO + H2O
1’	Cl2 + KOH KCl + KClO3 + H2O
2’	I2 + NO + H2SO4 + H2O = NaNO2 + NaI + H2SO4
3’	I2 + NaHSO4 + H2O + MnSO4 = NaI + H2SO4 + MnO2
4’	S + MnSO4 + K2SO4 + H2O = KMnO4 + H2S + H2SO4
5’	S + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O = K2Cr2O7 + H2S +H2SO4
6’	I2 + K2SO4 + NO2 + H2O = KI + HNO3 + H2SO4
7’	Br2 + MnSO4 + Na2SO4 + K2SO4 + H2O = KMnO4 + NaBr + H2SO4
8’	Cl2 + MnCl2 + KCl + H2O = KMnO4 + HCl
9’	Br2 + KOH + CrCl3 = K2CrO4 + KBr + H2O + KCl
10’	I2 + Na2SO4 + K2SO4 + H2O = Na2SO3 + KIO3 + H2SO4
11’	I2 + NO + K2SO4 + H2O = KI + KNO2 + H2SO4
12’	Cl2 + MnSO4 + NaHSO4 + H2O = MnO2 + NaCl + H2SO4
13’	I2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O = K2Cr2O7 + KI + H2SO4
14’	P + H2SO4 = H3PO4 + SO2 + H2O
15’	I2 + HNO3 = HIO3 + NO + H2O

 

 

8.5. Напишите формулы оксидов селена и соответствующих им кислот, назовите эти кислоты и образуемые ими соли.

 

 

Т а б л и ц а 8.5

 

Вариант	Элемент	Вариант	Элемент	Вариант	Элемент
	N		C		Cl
	P		Cl		Si
	As		I		S
	B		P		N
	Br		S		P

 

8.6. Определите массовую долю хлора в соединениях: KClO, KClO₂, KClO₃, KClO₄. Назовите эти соединения.

8.7. Определите, как изменяется устойчивость соединений хлора в ряду: HClO – HClO₃ – HClO₄. Какое из соединений является самым сильным окислителем и почему?

8.8. Определите объем образовавшегося газа (при н.у.) при разложении 2,45 г бертолетовой соли. Напишите уравнение реакции.

8.9. В 5 л воды растворили 11,2 л газообразного триоксида серы. Рассчитайте молярную концентрацию полученного раствора.

8.10. Составьте уравнения реакций гидролиза трихлорида и трифторида бора. Укажите все возможные продукты реакций.

8.11. Рассмотрите проявление диагональной периодичности свойств в направлении бор → кремний. Укажите свойства, сходные для бора и кремния и одновременно различные для бора и алюминия, на примерах оксидов, гидроксидов, галогенидов и гидридов.

8.12. Напишите уравнения реакций взаимодействия фторидов натрия, алюминия, кремния, фосфора с водой. Какие свойства (основные, кислотные, амфотерные) по отношению к воде проявляют данные соединения?

8.13. Напишите уравнения реакций взаимодействия хлоридов магния, алюминия, фосфора и серы с водой. Какие свойства (основные, кислотные, амфотерные) проявляют данные хлориды?

8.14. Напишите уравнения реакций взаимодействия нитридов натрия, алюминия, фосфора и серы с водой. Какие свойства по отношению к воде проявляют данные соединения (основные, кислотные, амфотерные)?

8.15. Напишите уравнения реакций гидролиза следующих солей: Na₂SO₃, NaHSO₃. Определите рН раствора. Вычислите рН 0,001 М раствора Na₂SO₃.

8.16. Как изменяются кислотные и окислительно-восстанови-тельные свойства в ряду серная – селеновая – теллуровая кислоты? Дайте обоснованный ответ. Напишите уравнения соответствующих реакций.

8.17. Сравните устойчивость, окислительно-восстановительные и кислотные свойства следующих кислот: сернистая, селенистая, теллуристая. Составьте уравнения соответствующих реакций.

8.18. Рассчитайте объем сернистого газа, необходимого для восстановления 16,0 г хлорноватой кислоты до хлороводорода (н.у.). Запишите уравнение реакции.

8.19. Приведите примеры соединений азота, в которых осуществляется донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи.

8.20. Известны несколько аллотропных модификаций фосфора. Дайте краткую характеристику каждой модификации.

8.21. Укажите все аллотропные модификации углерода и различия в их свойствах.

8.22. Укажите все аллотропные модификации мышьяка и различия в их свойствах.

8.23. С позиций метода ВС опишите строение молекул СН₄, С₂Н₆, С₂Н₄, С₂Н₂. Какие типы гибридизации АО характерны для углерода в этих соединениях?

8.24. Карбид кальция получают восстановлением углерода по реакции

СаО + С = СаС₂ + СО.

Вычислите массу СаО, необходимую для получения 4,5 т СаС₂. Какой объем СО при этом образуется (н.у.)?

8.25. Напишите уравнения реакций, доказывающих кислотный характер оксидов SeO₂, SO₃, P₂O₅.

8.26. Составьте формулы нормальных и кислых солей натрия, образованных мышьяковистой кислотой.

8.27. Составьте формулы нормальных и кислых солей натрия, образованных фосфорной кислотой.

8.28. Составьте формулы нормальных и кислых солей натрия, образованных мышьяковой кислотой.

8.29. Составьте формулы нормальных и кислых солей натрия, образованных селенистой кислотой.

8.30. Составьте формулы нормальных и кислых солей натрия, образованных селеновой кислотой.

8.31. Составьте формулы соединений из указанных неметаллов:

Si, P, Cl, H.

8.32. Какой объем водорода (н.у.) потребуется для восстанов-ления оксида меди (II), полученного при термическом разложении гидрооксида меди (II) массой 19,6 г? Приведите уравнения химических реакций.

8.33. Смешали 1 л хлора и 2 л водорода (н.у.). Сколько граммов хлороводорода можно получить из такой смеси? Чему будет равен объем смеси после реакции?

8.34. Определите объем хлора, который может быть получен при взаимодействии 2 моль хлороводорода и 3 моль оксида марганца (IV). Приведите уравнение реакции.

8.35. Рассчитайте объем хлороводорода, полученный при взаи-модействии 20 л хлора с водородом.

8.36. Применяемая в медицине йодная настойка является 5 % раствором кристаллического йода в спирте. Какой объем спирта, плотность которого равна 0,8 г/мл, требуется для приготовления 250 г такого раствора?

8.37. Найдите, какая масса кислорода вступила в реакцию, если получено 71 г оксида фосфора (V).

8.38. Найдите, какая масса кислорода вступила в реакцию, если получено 4,4 г оксида углерода (IV).

8.39. Найдите, какая масса кислорода вступила в реакцию, если получено 4 г оксида магния.

8.40. Найдите, какая масса кислорода вступила в реакцию, если получено 4,5 г оксида азота (II).

8.41. Определите массу 1 л смеси, содержащей 10 % озона и 90 % кислорода.

8.42. Рассчитайте количество кислорода, выделившееся при разложении 1 моля пероксида водорода Н₂О₂.

8.43. Рассчитайте количество кислорода, выделившееся при раз-ложении 1 моля хлората калия KClO₃.

8.44. Вычислите массу сульфида цинка, которая образуется при взаимодействии 2,24 л сероводорода (н.у.) с раствором нитрата цинка. Приведите уравнение реакции.

8.45. Какое количество сернистого газа можно получить из 1 т руды, содержащей 48 % пирита?

8.46. Вычислите массовую долю сероводородной кислоты в растворе, полученном при растворении 44,8 л (н.у.) сероводорода в 20 л воды.

8.47. Сколько граммов сернистого газа выделится при взаимо-действии 6,4 г меди с концентрированной серной кислотой?

8.48. Рассчитайте массу сульфита натрия, необходимого для получения 5,6 л SO₂ (н.у.). Приведите уравнение реакции.

8.49. Какое количество серы выпадает в осадок при пропускании 11,2 л сероводорода (н.у.) через раствор, содержащий 41 г серной кислоты?

8.50. Сколько литров и молей аммиака требуется для получения 6,3 т азотной кислоты.

8.51. Какую массу фосфорита, содержащую 70 % Са₃(РО₄)₂, нужно взять, чтобы получить из него 500 кг фосфора?

8.52. При нагревании 20 г гидрокарбоната натрия выделилось 2,24 л оксида углерода (IV) при н.у. Какая массовая доля (в %) гидрокарбоната разложилась?

8.53. Сколько молекул SO₂ получается при сгорании 2,0·10^-6 кг серы?

8.54. В какой массе четыреххлористого углерода CCl₄ содержится столько же молекул, сколько их в 5,0·10^-3 м³ воды?

8.55. Какой объем хлора необходимо пропустить через 0,35 л 0,2 н раствора тиосульфата натрия до окисления его в серную кислоту?

8.56. Какой объем азота может быть получен при термическом разложении 1 кг нитрита аммония, если потери составляют 12 %?

8.57. Вычислите массу фосфора, которую надо сжечь для получения оксида фосфора (V) массой 3,55 г.