Тема 33. Типи розрахункових задач. 5 страница

3. Реакція розкладу нерозчинної основи.

Cu(OH)2 = CuO + H2O

4. Реакція розкладу деяких солей.

CaCO3 = CaO + CO2

2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2

 

Забарвлення деяких основних оксидів(металів):

1. CuO – чорний колір

2. Сu2O - червоний колір

3. Сr2O3 - зелений колір

4. Fe2O3 - бурий колір

Всі інші оксиди металів є білі тверді речовини.

 

Тема 12. Основи.

Основи– це складні речовина, які складаються з атомів металу і гідроксид-групи.

Наприклад.

NaOH - натрій гідроксид

Fe(OH)2 - ферум(ІІ) гідроксид

Основи поділяють за:

І. за розчинністю у воді:

1. розчинні або луги;

2. нерозчинні.

Луги є електролітами. Луги – цеелектроліти, які дисоціюють на йони-Гідроксиду(ОН-).

ІІ. За кількістю груп ОН:

1. однокислотні (NaOH, KOH);

2. багатокислотні (Fe(OH)2, Al(OH)3)

 

Хімічні властивості

 

І. Луги

1.Реакція зміни забарвлення індикаторів (реакція дисоціації)

Тількирозчинах лугів індикаторизмінюють забарвлення:

Лакмус ізфіолетового насиній

Метилоранж із оранжевого на жовтий

Універсальний індикатор із жовтого на синій

Фенолфталеїн ізбезбарвногонамалиновий

NaOH ↔ Na+ + OH-

2. Реакція з кислотними або амфотерними або подвійними оксидами.

Тільки луги взаємодіють з кислотними або амфотерними або подвійними оксидами утворюючи сіль і воду.

2NaОН + CO2 = Na2CO3 + Н2О

3. Реакція з кислотами.

Всі луги взаємодіють з кислотами,утворюючи сіль і воду. Реакція обміну,

а називається реакціянейтралізації – це реакція між основою і кислотою.

NaOН + HCl = NaCl + H2O

4. Реакція з солями.

Тільки луги взаємодіють з солями, якщо утворюється хоча б одна нерозчинна речовина . Реакція обміну .

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3NaCl

KNO3 + NaOH ≠

CuSO4 + Ba(OH)2 = Cu(OH)2↓+ BaSO4

ІІ. Нерозчинні основи

1. Реакція з кислотами.

Всі нерозчинні основи взаємодіють з кислотами,утворюючи сіль і воду. Реакція обміну, а називається реакціянейтралізації.

Fe(ОН)2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O

2. Реакція розкладу при нагріванні.

Тільки нерозчинні основи при нагріванні розкладаються на оксид

металу і воду.

Cu(OH)2 = CuO + H2O

 

Добування основ

І. лугів.

1. Реакція лужних або лужно-земельних металів з водою.

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

2. Реакція оксидів лужних і лужно-земельних металів з водою.

BaO + H2O = Ba(OH)2

ІІ. Нерозчинних основ.

1. Реакція лугів з солями.

FeCl2 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + 2NaCl

 

Забарвлення деяких нерозчинних оcнов:

1. Cu(OH)2 – голубий колір

2. СuOН - жовтий колір

3. Fe(OH)2 - брудно-зелений колір

4. Fe(OH)3 – «бурий» осад

Всі інші основи(луги і нерозчинні) є білі тверді речовини.

 

Тема 13. Кислоти.

Кислоти– це складні речовина, які складаються з атомі Гідрогену і кислотного залишку.

Наприклад.

HCl - хлоридна кислота

H2 SO4 - сульфатна кислота

Кислоти поділяють за:

І. вмістом Оксисену в кислотному залишку:

1. безоксигенові (HCl, H2S)

2. оксигеновмісні (HNO3, H2SO4, H3PO4)

Кислоти є електролітами. Кислоти – цеелектроліти, які дисоціюють на йони-Гідрогену(Н+).

І. За кількістю атомів Гідрогену (Н):

3. одноосновні (HСl, HNO3);→

4. багатоосновні (H2SO3, H3PO4)

 

Хімічні властивості кислот

1.Реакця зміни забарвлення індикаторів (реакція дисоціації).

У розчинахкислот:

Лакмус ізфіолетового начервоний

Метилоранж із оранжевого на червоний

Універсальний індикатор із жовтого на червоний

Фенолфталеїн не змінює

HCl ↔ H+ + Cl- ;

2. Реакція з основними або амфотерними оксидами.

Кислоти взаємодіють з основними або амфотерними або змішаними оксидами утворюючи сіль і воду.

2НCl + CаO = СaCl2 + Н2О

3. Реакція з основами.

Всі кислотии взаємодіють з основами,утворюючи сіль і воду. Реакція обміну, а називається реакціянейтралізації.

NaOН + HCl = NaCl + H2O

4. Реакція з солями.

Сильні кислоти (HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, H3PO4) взаємодіють з солями, утвореними слабкими кислотами (H2CO3, H2SO3 ,H2SiO3, H2S, HF). Реакція обміну .

2HCl + Na2CO3 = H2CO3 + 3NaCl

H2CO3 + NaCl ≠

5. Реакція з металами.

Кислоти взаємодіютьз металами, які стоять у ряду металів до Н,утворюючисіль і водень.Реакція заміщення.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Cu + HCl ≠

 

Добування кислот

І. Безокигенові.

1. Реакція неметалів з воднем.

S + H2 = H2S↑ ; Cl2 + H2 = 2HCl↑ ;

2. Реакція сильних кислот з солями, утвореними слабкими кислотами

2HCl + Na2S = H2S + 2NaCl

ІІ. Оксигеновмісних.

1. Реакція кислотних або подвійних оксидів з водою.

СO2 + H2O = H2CO3

2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2

2. Реакція сильних кислот з солями, утвореними слабкими кислотами

2NaNO3 + H2SO4 = Na2SO4 + 2HNO3

Амфотерні гідроксиди

Амфотерні гідроксиди –це гідроксиди деяких металів,якіодночаснопроявляють властивостіяк кислот так і основ.

Наприклад: : Zn(OH)2 - H2ZnO2

Be(OH)2 - H2ВеO2

Fe(OH)3 - H3FeO3

Al(OH)3 - H3AlO3

Cr(OH)3 - H3CrO3

Хімічні властивості амфотерних гідроксидів

1. Реакція з кислотами.

Всі амфотерні гідроксиди взаємодіють з кислотами, утворюючи сіль і воду, подібно як основи. Реакція обміну.

Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O

Al(OH)3 + H3PO4 = AlPO4 + 3H2O

2. Реакція з лугами.

Всі амфотерні гідроксиди взаємодіють з лугами,утворюючи сіль і водуподібно як кислоти.

 

Zn(OH)2 + Ba(OH)2 = BaZnO2 + 2H2O

Н2ZnO2 або

Zn(OH)2 + Ba(OH)2 = Ва [Zn(OН)4]

Al(OH)3 + 3KOH = K3AlO3 + 3H2O

Н3AlO3 або

Al(OH)3 + 3KOH = K3 [Al(OН)6]

 

3. Реакція розкладу при нагріванні.

Амфотерні гідроксиди при нагріванні розкладаються на оксид

металу і воду, подібно як нерозчинні основи.

Zn(OH)2 = ZnO + H2O

Добування амфотерних гідроксидів

1. Реакція лугів з солями.

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3NaCl

 

Тема 14. Солі.

Солі – це складні речовини, які складаються з атомів металу і кислотного залишку.

Наприклад:

AlCl3 - алюміній хлорид

Fe2(SO4)3 - ферум (ІІІ) сульфат

Солі поділяються на:

1. Середні(нормальні) солі (містять Ме + кислотний залишок);;

2. кислі солі (містять Ме + Н + кислотний залишок);

3. основні солі(містять Ме + ОН + кислотний залишок);

Cолі є електролітами. Солі– цеелектроліти, які дисоціюють на катіони металів і аніони кислотного залишку.

 

 

Хімічні властивості середніх солей

 

1. Реакція з кислотами.

Солі, утворені слабкими кислотами, взаємодіють з сильними кислотами, якщо утворюється нова сіль і нова кислота. Реакція обміну .

2HCl + Na2CO3 = H2CO3 + 3NaCl

H2CO3 + NaCl ≠

2. Реакція з лугами.

Солі взаємодіють з лугами, якщо утворюється хоча б одна нерозчинна речовина . Реакція обміну .

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3NaCl

KNO3 + NaOH ≠

3. Реакція з металами.

Солі, утворені слабкими металами,взаємодіютьіз сильними металами. (Сильні метали ті, які знаходяться лівіше у ряду металів).

Zn + CuCl2 = ZnCl2 + Cu

Cu + ZnCl2

4. Реакція з солями.

Солі взаємодіютьміж собою, якщо утворюється хоча б одна нерозчинна сіль.

ZnСl2 + Na2CO3 = ZnCO3 ↓ + 2NaCl

Cu(NO3)2 + NaCl ≠

 

 

Кислі солі.

Одержують кислі солі реакцією нейтралізації дво або триосновних кислот з

лугами. NaОН + H2SO4 = NaHSO4 + H2O

натрій гідрогенсульфат

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O

 

NaOH + H3PO4 = NaH2PO4 + H2O

натрій дигідрогенортофосфат

2NaOH + H3PO4 = Na2HPO4 + 2H2O

натрій гідрогенортофосфат

3NaOH + H3PO4 = Na3PO4 + 3H2O

 

Назви кислих солей

 

Магній гідрогенкарбонат - Mg(HCO3)2

ферум (ІІІ) дигідрогенортофосфат – Fe(H2PO4)3

натрій гідрогенсульфід - NaHS

 

Основні солі

Одержують основні солі реакцією нейтралізації дво або трикислотних основ з кислотами.

Al(OH)3 + HCl = Al(OH)2Cl + H2O

алюміній дигідроксохлорид

Al(OH)3 + 2HCl = Al(OH)Cl2 + 2H2O

алюміній гідроксохлорид

Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O

 

Назви основних солей

 

Магній гідроксоортофосфат - [Mg(OH)]3PO4

ферум (ІІ) гідроксосульфат –[Fe[(OH)]2SO4

кальцій гідроксонітрат - Сa(OH)NO3

 

Забарвлення деяких солей:

1. AgCl – білий сирнистий осад;

2. AgBr - жовтуватий сирнистий осад;

3. AgI - жовтий сирнистий осад;

4. Ag3PO4 - жовтий кристалічний осад;

5. BaSO4 - білий кристалічний осад;

6. PbS - чорний осад.

Всі інші солі(розчинні і нерозчинні) є білі тверді речовини.

 

Металічні елементи

Тема 15. Загальна характеристика металів.

Серед 110 елементів 88елементів – це метали.

Особливості будови типових атомівметалів:

1. Одинабо два електрони на зовнішньому шарі;

2. Мають великий радіус, тобто велику кількість електронних шарів;

3. Атоми металівмають властивістьтільки віддавати електрони з

зовнішнього шару,тобто ухімічних реакціяхвиступають тільки

відновникамиі усполукахмаютьтільки позитивну ступінь

окиснення. ( С.О. Ме - 0 , +n)

У періодичній системі металічні елементи знаходяться у лівій нижній її частині(якщо провести діагональ від Бору до Астату – для р-металічних елементів).

Типові метали знаходяться: у І-А і ІІ-А группах, а також у всіх побічних підгрупах

Для металів характерний металічний зв’язок і металічна кристалічна гратка. Молекули металів складаються з одного атома: Na, Fe, Ag, Al .

Є такі найважливіші родини металів:

1. І-А група – «лужні метали» (Li - Fr);

2. ІІ-А група - «лужно-земельні метали» (Ca – Ra).

 

Загальні фізичні властивості металів:

1. Металічний блиск (Ag, Au);

2. За агрегатним станом метали всі тверді речовини, крім ртуті (Hg);

3. електропровідні і теплопровідні (Ag, Au, Cu, Al);

4. мають різні густини: легкі метали (ρ<5 г/мл), важкі метали(ρ>5 г/мл)

ρ(Li)=0,5 г/мл; ρ(Os) = 22 г/мл.

5. мають різні температури плавлення(t(плавлення)Hg = -390; t(плавлення)W =

+35000C

6. Чорні (залізо і його сплави) і кольорові метали (всі інші).

7. Благородні метали (срібло, золото, платина, паладій).

 

Загальні хімічні властивості металів:

 

1. Реакція з неметаллами: (утворюють солі, тільки кисень – оксиди)

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

2Ca + O2 - 2CaO

2. Реакція з водою:

А) при звичайних умовах взаємодіє тільки з лужними та лужно-земельними металами, утворюючи луг і водень:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

Б) при нагріванні взаємодіють всі інші метали, крім благородних металів(Pt, Au), утворюючи оксид металу і водень

Zn + H2O = ZnO + H2

Au + H2O ≠

3. Реакція з кислотами.

Метали,що стоятьу ряді металів до Н,взаємодіютьз кислотами,утворюючисіль і водень.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Cu + HCl ≠

4. Реакція з солями.

Солі, утворені слабкими металами,взаємодіютьіз сильними металами. (Сильні метали ті, які знаходяться лівіше у ряду металів).

Zn + CuCl2 = ZnCl2 + Cu

Cu + ZnCl2

 

Методи добування металів.

 

Відомі такіметоди добування металів із руд:

1. Пірометалургій ний - це метод при якому використовується високі температури (1500-18000С) і таківідновники: С(кокс), СО (чадний газ), Н2, Al(алюмотермія).

Цим методом одержують чавун і сталь.

Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O

Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3

2. Гідрометалургійний - це метод при якому руду розчиняють у

кислотах і одержаний розчин солі піддають електролізу або

витіснення більш активним металом.

Цим методом одержуютькольорові метали: мідь(Сu), цинк(Zn),

нікель(Ni), марганець(Mn).

CuO + Н2SO4 = CuSO4 + H2O

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu

2. Електрометалургійний – це метод при якому руду піддають реакції

електролізу розплаву.

Цим методом одержують активні метали: алюміній, лужні та лужно-

земельні метали.

Добування натріюметодом електролізу розплаву кухонної солі.

NaCl ↔ Na+ + Cl-

(-) K: Na+ + 1e → Na0

(+) A: Cl- - 1e → Cl0; 2Cl0 → Cl2

Загальне рівняння:

2NaCl → 2Na + Cl2

 

 

Сплави металів

Залізо утворює два сплави:

1. Чавун ( сплав Fe – 96-98% + C – 3-4% + Si, P, S – 1%)

2. Сталь ( сплав Fe – 99% + C – 1%)

Чавун – твердий сплав, Але при ударах тріскає.

Сталь – пластична.

 

Виробництво чавуну

 

Сировиною для виготовлення для чавуну є:

1. залізна руда (Fe2O3) – червоний залізняк, гематит;

Кокс (С);

3. флюси (СаСО3).

Одержують чавун у доменних печах.

У доменну піч зверху закидають шарами : шар коксу і шар руди з флюсами(Fe2O3 + CaCO3) і т.д. Знизу в домну вдувають повітря збагачене киснем. Згоряє кокс: С + О2 = СО2 + QкДж і при цьому температура підвищується до 18000С. Нагрітий СО2 стикається із шарами коксу і утворюється чадний газ: СО2 + С = 2СО. ∙ – чадний газ відновлює залізо із руди(поступово): Fe+32O3 → Fe+32O3 ∙ Fe+2O → Fe+2O → Fe0

Fe+32O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

У руді є багато природних домішок(пісок), щоб їх вивести із чавуну використовують флюси: СаСО3 = СаО + СО2

СаО + SiO2 = CaSiO3 , при цьому утворюються легкоплавкі силікати, які збираються над чавуном у вигляді шлаку.

 

Виробництво сталі

 

Сировиною для виробництвасталі є:

1. Рідкий чавун;

Металобрухт;

3. флюси (СаСО3);

4. розкислювачі (Mn).

Одержують сталь у кисневих конверторах.

У конвертор заливають рідкий чавун і засипають металобрухт і через трубу пропускають кисень, при цьому відбувається окиснення всіх складників чавуну(найбільше заліза):

2Fe + O2 = 2FeO + QкДж

С + О2 = СО2↑ + QкДж

Si + O2 = SiO2 + QкДж

4P + 5O2 = 2P2O5 + QкДж

S + O2 = SO2↑ + QкДж

При цьому температура підвищується за рахунок тепла екзотермічних реакцій

до 18000С . SiO2 P2O5 забирають флюсами і утворюються шлаки(силікати і фосфати).

СаСО3 = СаО + СО2

СаО + SiO2 = CaSiO3

3СаО + Р2О5 = Са3(РО4)2

Щоб вивести FeO із сталі використовують розкислювач (Мn).

FeO + Mn = MnO + Fe

 

Реакції, що відбуваються під час виробництва чавуну:

С + О2 = СО2 + QкДж - окиснення

СО2 + С = 2СО - окиснення

Fe+32O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 - відновлення.

Реакції, що відбуваються під час виробництва сталі:

С + О2 = СО2 + QкДж - окиснення

2Fe + O2 = 2 FeO + QкДж - окиснення

і т. д.

FeO + Mn = MnO + Fe - відновлення

Корозія металів

Корозія металів – це руйнування металів під дією навколишнього середовища.

Корозія металів поділяється на:

хімічна корозія – це руйнування металів під дією речовин навколишнього середовища: О2, Н2О, СО2, SO2

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

Сірий колір бурий колір(іржа)

2Cu + O2 = 2CuO

Червоний колір чорний колір

CuO + CO2 = CuCO3

Чорний колір голубий колір

електрохімічна корозія – це корозія, що відбувається на стику двох металів різної активності в присутності води і руйнується більш активний метал.

Наприклад: Н2О Н2О

Zn || Fe Ni || Fe

Zn0 – 2e = Zn2+ || || Fe0 – 2e = Fe2+

Руйнується цинк - Руйнується залізобільш

більш активний метал активний метал

 

Методи запобігання корозії:

1.захист фарбою, лаком, смолою, жиром;

2.гальваностегія – покриття основного металу більш активним методом електролізу.

- оцинкування;

- нікелювання;

- хромування;

- лудіння або лудження(покриття оловом –Sn)

 

Електроліз розплавів та розчинів солей

Електроліз– це окисно-відновні реакції, які відбуваються на електродах в розплавах або розчинах електролітів (солей), якщо через них пропустити постійний електричний струм.

Електроди поділяються на:

Катод;

Анод.

Катод – негативно заряджений електрод (тому, що має надлишок електронів івін можевіддавати електронипозитивно зарядженим йонам-катіонам).

Анодпозитивно заряджений електрод (тому, що має недостачу електронів івін можеприймати електронивід негативно заряджених йонів – аніонів)

При пропусканні постійного електричного струму до катоду будуть рухатися – катіони, а до аноду – аніони (звідси і походять назви йонів – катіонів та аніонів).

 

1. Електроліз розплаву CuCl2

При електролізі розплаву солі утворюються тільки катіони і аніони солі.

CuCl2 ↔Cu2+ + 2Cl-

 

(-) K: Cu2+ + 2e → Cu0

 

(+) A: Cl- - 1e → Cl0 ; 2Cl0 → Cl2

Загальне рівняння електролізу:

CuCl2 → Cu0 + Cl2

 

2. Електроліз розчину CuCl2

 

При електролізі розчину солі будуть утворюватися не тільки катіони та аніони солі, а і йони Н+ і ОН-, які утворюються в результаті дисоціації води (вода хоч слабкий електроліт, але одна з мільярду молекул розпадається на йони).

До катода підходять катіони електроліту і Н+,а до анодуаніони електроліту і ОН-

Із двох йонів біля аноду і катоду буде розряджатися один йон – більш активніший.

Ряд активності катіонів:

K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+, Zn2+, Fe2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+, H+, Cu2+, Hg2+, Ag+, Pt2+, Au3+

→ → → → → Хімічна активність збільшується→ → → →

Ряд активності аніонів:

І-, Br-, S2- , Cl- , OH- , SO42-, NO3- , F- та інші аніони оксигеновмісних кислот

→ → → → Хімічна активність зменшується → → → →