Издательство томского университета (стр. 4 из 20)
Решение:
Взаимодействие газов В и Г может быть окислительно-восстановительным процессом или реакцией, протекающей без изменения степеней окисления.
В первом случае твердые вещества А и Б должны быть окислителем и восстановителем, тогда Х должно быть образовано элементами, входящими в состав газов, которые получаются при окислении и восстановлении Х. Веществом Х может быть хлороводород. Концентрированный водный раствор Х – соляная кислота – проявляет восстановительные свойства за счет аниона хлора и окислительные за счет катиона водорода, вещество А – окислитель, например, оксид марганца, Б – восстановитель, например, цинк.
4HCl (р-р) + MnO2 (тв.)= MnCl2 + Cl2 + 2H2O;
Х + А ® ….. В
В – газ хлор.
2HCl (р-р) + Zn (ТВ.) = ZnCl2 + H2;
Х + Б ® …… Г
Г – газ водород.
В (Cl2) и Г (H2) реагируют с образованием Х (HCl):
Cl2 + H2 = HCl.
Если процесс протекает без изменения степеней окислений, то возможно несколько вариантов решения, например:
NH4Cl (р-р) + KOH (тв.) = KCl + NH3+ H2O;
Х + А ® ….. В
В – аммиак.
2NH4Cl (р-р) + H2O + SO3 (тв.)= (NH4)2SO4 + 2HCl;
Х + Б ® …… Г
Г – газ хлороводород.
В (NH3) и Г (HCl) реагируют с образованием Х (NH4Cl):
NH3 + HCl = NH4Cl.
Пример 8.
При кипячении водный раствор, содержащий соль NH4Cl, становится более кислым. Объясните наблюдаемое явление, напишите уравнения реакции.
Решение:
Хлорид аммония в водном растворе гидролизует по катиону:
NH4Cl + H2O ⇆ NH3⋅H2O + HCl
NH4+ + H2O ⇆ NH3⋅H2O + H+
В растворе среда кислая. Гидролиз – процесс, протекающий с поглощением тепла, поэтому, согласно принципу Ле Шателье, при нагревании равновесие смещается в сторону уменьшения температуры, то есть продуктов гидролиза, количество ионов водорода возрастает и среда становится более кислой.
Пример 9.
Имеется 2 л смеси оксида серы (IV) и кислорода. В результате реакции между ними образовалось 0,17 г оксида серы (VI). Определите объемный состав исходной смеси, учитывая, что оксид серы (IV) вступил в реакцию полностью. Укажите условия, необходимые для протекания реакции.
Дано:
V (смеси) = 2 л
m (SO3) = 0,17 г
М (SO3) = 80 г/моль
Найти:
j (SO2)
j (SO3)
Решение:
Для определения объемной доли оксида серы (IV) и кислорода в исходной смеси вычислим количество оксида серы (IV), вступившее в реакцию окисления.
Запишем уравнение реакции:
2SO2 + O2 = 2SO3.
По уравнению реакции соотношение n (SO2) : n (SO3) равно 1 : 1. Определим количество образовавшегося оксида серы (VI):
(моль).Тогда количество вещества оксида серы (IV) равно 2,13 × 10-3 моль.
Объемная доля по определению равно:
%.Объем смеси по условию равен 2 л. Вычислим объемы газов в смеси:
V (SO2) = n (SO2) × Vm = 2,13 × 10-3 × 22,4 = 0,048 (л).
V (O2) = V (смеси) - V (SO2) = 2 - 0,048 = 1,952 (л).
Тогда:
(%); 
(%).Реакция окисления оксида серы (IV) кислородом воздуха до оксида серы (VI) протекает при повышенной температуре (600–800 °C) в присутствии катализатора Fe2O3.
Ответ: j (SO2) = 2,4 %; j (O2) = 97,6 %.
Задачи для самостоятельного решения
Вариант 1
1. Укажите, в каком виде встречается сера в природе, какие изменения происходят с серой при нагревании, как изменяется состав молекул серы при переходе из твердого состояния в жидкое и парообразное.
2. Укажите промышленные способы получения азотной кислоты. Напишите уравнения реакций получения HNO3.
3. К 101 мл 20 %-ного раствора хлорида аммония (плотность 1,06 г/мл) прибавили 125 мл 18 %-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,2 г/мл) и полученный раствор прокипятили. Вычислите массовые доли (%) веществ, содержащихся в растворе, если потерями воды можно пренебречь.
4. В склянках без надписей находятся растворы соляной и серной кислот, вода, а также сухие соли – карбонат серебра, нитрат и иодид бария, карбонат и бромид кальция. Не прибегая к действию других химических реактивов, кроме упомянутых, или продуктов их взаимодействия, определите эти соединения. Напишите уравнения соответствующих реакций и укажите признаки, по которым вы проводили определение веществ.
5. Напишите уравнения реакций, при помощи которых, исходя из четырех простых веществ – калия, серы, кислорода и водорода, можно получить три средние соли, три кислоты и три кислые соли.
6. При взаимодействии угля с углекислым газом наблюдается обратимая реакция: С + СО2 ⇄ 2СО - Q. Объясните, при каких условиях образование угарного газа минимальное.
7. Аммиак объемом 100 м3 (н. у.) пропустили через реактор, заполненный 500 кг 50 %-ного раствора ортофосфорной кислоты. Определите состав (в процентах по массе) полученной смеси солей.
8. Два простых вещества при сгорании дают газообразные продукты. Один газ имеет сильный резкий запах, второй – не пахнет. При растворении их в воде получаются жидкости, окрашивающие лакмус в красный цвет. При пропускании газов через раствор гидроксида кальция образуются белые осадки, растворяющиеся при добавлении избытка газа. Если смешать каждый их этих газов с оксидом азота (IV), то в случае одного из газов возникает белый дым, в случае другого видимых изменений не обнаружено. Определите, какие вещества были сожжены.
9. Верно ли, что гидролиз – это реакция, обратная нейтрализации? Дайте обоснованный ответ.
10. Через колонну синтеза аммиака пропущено 100 кг газовой смеси, массовая доля водорода в которой составляет 15 %. Вычислите состав газовой смеси (в процентах) после выхода из колонны, если реакция прошла на 80 %.
Вариант 2
1. Укажите, в каком виде встречается фосфор в природе, назовите аллотропные модификации фосфора.
2. Укажите, какие химические процессы лежат в основе башенного и контактного способов получения серной кислоты. Напишите уравнения реакций получения H2SO4.
3. Газ, полученный при взаимодействии 9,52 г меди с 50 мл 81 %-ного раствора азотной кислоты (плотность 1,45 г/мл), пропустили через 150 мл 20 %-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,22 г/мл). Определите массовые доли (%) растворенных веществ.
4. В трех пробирках находятся растворы нитрата серебра, иодида калия и хлорида кальция. С помощью каких реакций можно определить содержимое каждой пробирки?
5. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно получить шесть средних солей, используя сульфид железа (II), кислород, раствор гидроксида натрия и разбавленные растворы соляной и серной кислот.
6. Изменится ли давление в замкнутой системе, если при нормальных условиях смешать равные объемы хлора и водорода и облучить смесь ультрафиолетовыми лучами? Ответ поясните.
7. Определите молярную концентрацию азотной кислоты, полученной смешиванием 40 мл 96 %-ного раствора HNO3 (плотность 1,5 г/мл) и 30 мл 48 %-ного раствора HNO3 (плотность 1,3 г/мл), если полученный раствор имеет плотность 1,45 г/мл.
8. В вашем распоряжении имеются бертолетова соль, серная кислота, бромид калия, аммиак, диоксид марганца. Пользуясь этими веществами, получите соляную кислоту, хлор, нашатырь, свободный азот, бром (при необходимости можно использовать воду и кислород воздуха). Напишите уравнения соответствующих реакций и укажите условия, при которых они происходят.
9. Объясните, будут ли подвергаться гидролизу соли, формулы которых K3PO4, CrCl3, FeCO3, KNO3. Укажите соль, которая не подвергается гидролизу, дайте пояснения. Для других солей напишите уравнения реакций гидролиза по стадиям и укажите, будет ли данный раствор кислым или щелочным.
10. Фосфористый водород, полученный гидролизом 145,6 г фосфида кальция, сожгли. Образовавшийся оксид фосфора (V) растворили в 200 мл 25 %-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,28 г/мл). Определите, какого состава образуется соль и какова ее массовая доля (%) в растворе. Напишите уравнения протекающих реакций.
Вариант 3
1. Укажите, в каком виде встречается кислород в природе, назовите аллотропные модификации кислорода.
2. Дайте характеристику основных физических и химических свойств аммиака. При какой температуре аммиак может быть получен в жидком состоянии? Чем можно объяснить различную электропроводность жидкого аммиака и раствора металлического натрия в жидком аммиаке? Укажите области применения аммиака в современной технике.
3. При растворении в 50 мл 25 %-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,28 г/мл) всего оксида серы (IV), образовавшегося при сжигании 8,96 л сероводорода, получают раствор соли. Определите, какая соль образуется и какова ее массовая доля (%) в растворе.
4. В четырех пронумерованных банках без этикеток находятся следующие вещества: нитрит, сульфит, карбонат натрия и хлорид бария. Определите, в какой из банок находится каждое вещество, если известно, что вещества № 1, 2, 3 реагируют с соляной кислотой с выделением газов. Газы, образующиеся из веществ № 1 и 2, могут реагировать между собой, а растворы веществ № 2 и 3 реагируют с раствором № 4 с образованием осадков.
5. Укажите, с какими из перечисленных ниже веществ может взаимодействовать раствор гидроксида калия: йодоводородная кислота, хлорид меди (II), хлорид бария, оксид углерода (IV), оксид свинца (II). Напишите уравнения реакций в молекулярной, ионной и сокращенной ионной формах.