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.

1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p5.

Определим валентные электроны йода

Нормальное состояние

 
 
 

 
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. Тпл. = 113,6 оС. Ткип. = = 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 + hυ → 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.