1. Навеска — это некоторая порция вещества определенной массы (её взвесили на весах).
2. Прокалить — нагреть вещество до высокой температуры и греть до окончания химических реакций.
3. «Взорвали смесь газов» — это значит, что вещества прореагировали со взрывом. Обычно для этого используют электрическую искру.
4. Отфильтровать — отделить осадок от раствора.
5. Профильтровать — пропустить раствор через фильтр, чтобы отделить осадок.
6. Фильтрат — это профильтрованный раствор.
7. Растворение вещества — это переход вещества в раствор. Оно может происходить без химических реакций (например, при растворении в воде поваренной соли NaCl получается раствор поваренной же соли NaCl, а не щелочь и кислота отдельно), либо в процессе растворения вещество реагирует с водой и образует раствор другого вещества (при растворении оксида бария получится раствор гидроксида бария).
8. Выпаривание — это удаление из раствора воды и летучих веществ без разложения содержащихся в растворе твёрдых веществ.
9. Упаривание — это уменьшение массы воды в растворе с помощью кипячения.
10. Сплавление — это совместное нагревание двух или более твёрдых веществ до температуры, когда начинается их плавление и взаимодействие.
11. Осадок и остаток. Очень часто путают эти термины. Хотя это совершенно разные понятия. «Реакция протекает с выделением осадка» — это означает, что одно из веществ, получающихся в реакции, малорастворимо. Такие вещества выпадают на дно реакционного сосуда (пробирки или колбы). «Остаток» — это вещество, которое осталось, не истратилось полностью или вообще не прореагировало. Например, если смесь нескольких металлов обработали кислотой, а один из металлов не прореагировал — его могут назвать остатком.
12. Насыщенный раствор — это раствор, в котором при данной температуре концентрация вещества максимально возможная и больше уже не растворяется. Ненасыщенный раствор — это раствор, концентрация вещества в котором не является максимально возможной, в таком растворе можно дополнительно растворить ещё какое-то количество данного вещества, до тех пор, пока он не станет насыщенным.
13. Разбавленный и «очень» разбавленный раствор — это весьма условные понятия, скорее качественные, чем количественные. Подразумевается, что концентрация вещества невелика. Для кислот и щелочей также используют термин «концентрированный» раствор. Это тоже характеристика условная. Например, концентрированная соляная кислота имеет концентрацию всего около 40%. А концентрированная серная — это безводная, 100%-ная кислота.
Для того, чтобы решать такие задачи, надо:
· чётко знать свойства большинства металлов, неметаллов и их соединений: оксидов, гидроксидов, солей.
· повторить свойства азотной и серной кислот, перманганата и дихромата калия,
· повторить окислительно-восстановительные свойства различных соединений, электролиз растворов и расплавов различных веществ, реакции разложения соединений разных классов, амфотерность, гидролиз солей и других соединений, взаимный гидролиз двух солей.
· необходимо иметь представление о цвете и агрегатном состоянии большинства изучаемых веществ — металлов, неметаллов, оксидов, солей.
Пример 1: Продукт взаимодействия лития с азотом обработали водой. Полученный газ пропустили через раствор серной кислоты до прекращения химических реакций. Полученный раствор обработали хлоридом бария. Раствор профильтровали, а фильтрат смешали с раствором нитрита натрия и нагрели.
Решение:
1. Литий реагирует с азотом при комнатной температуре, образуя твёрдый нитрид лития: 6Li + N2 = 2Li3N
2. При взаимодействии нитридов с водой образуется аммиак: Li3N + 3H2O = 3LiOH + NH3
3. Аммиак реагирует с кислотами, образуя средние и кислые соли. Слова в тексте «до прекращения химических реакций» означают, что образуется средняя соль, ведь первоначально получившаяся кислая соль далее будет взаимодействовать с аммиаком и в итоге в растворе будет сульфат аммония: 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4
4. Обменная реакция между сульфатом аммония и хлоридом бария протекает с образованием осадка сульфата бария: (NH4)2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NH4Cl
5. После удаления осадка фильтрат содержит хлорид аммония, при взаимодействии которого с раствором нитрита натрия выделяется азот, причём эта реакция идёт уже при 85 градусах:
| NH4Cl + NaNO2 | → (t°) | N2 + 2H2O + NaCl |
Пример 2: Навеску алюминия растворили в разбавленной азотной кислоте, при этом выделялось газообразное простое вещество. К полученному раствору добавили карбонат натрия до полного прекращения выделения газа. Выпавший осадок отфильтровали и прокалили, фильтрат упарили, полученный твёрдый остаток сплавили с хлоридом аммония. Выделившийся газ смешали с аммиаком и нагрели полученную смесь.
Решение:
1. Алюминий окисляется азотной кислотой, образуя нитрат алюминия. А вот продукт восстановления азота может быть разным, в зависимости от концентрации кислоты. Но надо помнить, что при взаимодействии азотной кислоты с металлами не выделяется водород! Поэтому простым веществом может быть только азот: 10Al + 36HNO3 = 10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O
| Al0 − 3e = Al3+ | | 10 | |
| 2N+5 + 10e = N203 |
2. Если к раствору нитрата алюминия добавить карбонат натрия, то идёт процесс взаимного гидролиза (карбонат алюминия не существует в водном растворе, поэтому катион алюминия и карбонат-анион взаимодействуют с водой). Образуется осадок гидроксида алюминия и выделяется углекислый газ: 2Al(NO3)3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑ + 6NaNO3
3. Осадок — гидроксид алюминия, при нагревании разлагается на оксид и воду:
| 2Al(OH)3 | t° | Al2O3 + 3H2O |
4. В растворе остался нитрат натрия. При его сплавлении с солями аммония идёт окислительно-восстановительная реакция и выделяется оксид азота (I) (такой же процесс происходит при прокаливании нитрата аммония): NaNO3 + NH4Cl = N2O + 2H2O + NaCl
5. Оксид азота (I) — является активным окислителем, реагирует с восстановителями, образуя азот: 3N2O + 2NH3 = 4N2 + 3H2O
Пример 3: Оксид алюминия сплавили с карбонатом натрия, полученное твёрдое вещество растворили в воде. Через полученный раствор пропускали сернистый газ до полного прекращения взаимодействия. Выпавший осадок отфильтровали, а к профильтрованному раствору прибавили бромную воду. Полученный раствор нейтрализовали гидроксидом натрия.
Решение:
1. Оксид алюминия — амфотерный оксид, при сплавлении со щелочами или карбонатами щелочных металлов образует алюминаты: Al2O3 + Na2CO3 = 2NaAlO2 + CO2
2. Алюминат натрия при растворении в воде образует гидроксокомплекс: NaAlO2 + 2H2O = Na[Al(OH)4]
3. Растворы гидроксокомплексов реагируют с кислотами и кислотными оксидами в растворе, образуя соли. Однако, сульфит алюминия в водном растворе не существует, поэтому будет выпадать осадок гидроксида алюминия. Обратите внимание, что в реакции получится кислая соль — гидросульфит калия: Na[Al(OH)4] + SO2 = NaHSO3 + Al(OH)3
4. Гидросульфит калия является восстановителем и окисляется бромной водой до гидросульфата: NaHSO3 + Br2 + H2O = NaHSO4 + 2HBr
5. Полученный раствор содержит гидросульфат калия и бромоводородную кислоту. При добавлении щелочи нужно учесть взаимодействие с ней обоих веществ:
NaHSO4 + NaOH = Na2SO4 + H2O HBr + NaOH = NaBr + H2O
Пример 4: Сульфид цинка обработали раствором соляной кислоты, полученный газ пропустили через избыток раствора гидроксида натрия, затем добавили раствор хлорида железа (II). Полученный осадок подвергли обжигу. Полученный газ смешали с кислородом и пропустили над катализатором.
Решение:
1. Сульфид цинка реагирует с соляной кислотой, при этом выделяется газ — сероводород: ZnS + HCl = ZnCl2 + H2S
2. Сероводород — в водном растворе реагирует со щелочами, образуя кислые и средние соли. Поскольку в задании говорится про избыток гидроксида натрия, следовательно, образуется средняя соль — сульфид натрия: H2S + NaOH = Na2S + H2O
3. Сульфид натрия реагирует с хлоридом двухвалентного железа, образуется осадок сульфида железа (II): Na2S + FeCl2 = FeS + NaCl
4. Обжиг — это взаимодействие твёрдых веществ с кислородом при высокой температуре. При обжиге сульфидов выделяется сернистый газ и образуется оксид железа (III): FeS + O2 = Fe2O3 + SO2
5. Сернистый газ реагирует с кислородом в присутствии катализатора, образуя серный ангидрид: SO2 + O2 = SO3
Пример 5: Оксид кремния прокалили с большим избытком магния. Полученную смесь веществ обработали водой. При этом выделился газ, который сожгли в кислороде. Твёрдый продукт сжигания растворили в концентрированном растворе гидроксида цезия. К полученному раствору добавили соляную кислоту.
Решение:
1. При восстановлении оксида кремния магнием образуется кремний, который реагирует с избытком магния. При этом получается силицид магния:
SiO2 + Mg = MgO + Si Si + Mg = Mg2Si
Можно записать при большом избытке магния суммарное уравнение реакции: SiO2 + Mg = MgO + Mg2Si
2. При растворении в воде полученной смеси растворяется силицид магния, образуется гидроксид магния и силан (оксид магния реагирует с водой только при кипячении): Mg2Si + H2O = Mg(OH)2 + SiH4
3. Силан при сгорании образует оксид кремния: SiH4 + O2 = SiO2 + H2O
4. Оксид кремния — кислотный оксид, он реагирует со щелочами, образуя силикаты:
SiO2 + CsOH = Cs2SiO3 + H2O
5. При действии на растворы силикатов кислот, более сильных, чем кремниевая, она выделяется в виде осадка: Cs2SiO3 + HCl = CsCl + H2SiO3