Решение химических задач С2

Решение задач части С2

1. Смесь двух газов, не имеющих цвета и запаха А и Б пропустили при нагревании над катализатором, содержащим железо. Образующийся газ В пропустили в раствор бромоводородной кислоты, произошла реакция нейтрализации. Раствор выпарили и остаток нагрели с едким кали, в результате выделился бесцветный газ В с резким запахом. При сжигании газа В на воздухе образуются вода и газ А. Напишите уравнение описанных реакций.

Решение

Нейтрализовать раствор кислоты можно веществом, проявляющим основные свойства. Так как при нагревании продукта реакции с едким кали выделился газ с резким запахом и газ, обладающий основными свойствами, то этот газ — аммиак NH3.

1 уравнение — синтез аммиака из азота и водорода;

2 уравнение — нейтрализация кислоты;

3 уравнение — качественная реакция на аммиак со щелочью;

4 уравнение — горение аммиака на воздухе, при этом выделяется азот

Газы - N2, H2 и NH3.

1) N2 + 3H2 ↔ 2NH3

2) NH3 + HВr = NH4Br

3) NH4Br + КOH = КBr + H2O + NH3

4) 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6 H2O

2. Сернистый газ пропустим через раствор перекиси водорода. Выпарили воду и к остатку добавили магниевую стружку. Выделяющийся газ пропустили через раствор медного купороса. Выпавший осадок чёрного цвета отделили и подвергли обжигу. Напишите уравнение описанных реакций.

Решение

В сернистом газе степень окисления серы +4. Следовательно, он может быть и окислителем, и восстановителем. С сильным окислителем сера будет восстановителем и повысит степень окисления до +6 (т.е. образуется H2SO4) (1 уравнение).

После выпаривания H2O образуется концентрированная серная кислота, которая, взаимодействуя с Мg(активный металл) даст сероводород (2). Сульфат меди — II, реагируя с сероводородом, даст сульфид меди — осадок чёрного цвета (3). При обжиге сульфидов образуются оксид серы (IV) и оксид металла (4).

1) SO2 + H2O2 = H2SO4

2) 5H2SO4 конц. + 4Mg = 4MgSO4 + H2S↑ + 4H2O

3) H2S + CuSO4 = CuS↓ + H2SO4

4) 2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2

3. При обжиге некоторого минерала А, состоящего из 2-х элементов, образуется газ, имеющий резкий запах и обесцвечивающий бромную воду с образованием в растворе двух сильных кислот. При взаимодействии вещества Б, состоящего из тех же элементов, что и минерал А, но в другом соотношении, с концентрированной соляной кислотой выделяется газ с запахом «тухлых яиц». При взаимодействии газов друг с другом образуются простое вещество жёлтого цвета и вода. Напишите уравнения описанных реакций.

Решение

Так как при действии на вещество Б соляной кислоты выделяется сероводород H2S (газ с запахом «тухлых яиц») (уравнение 3), то оба минерала являются сульфидами. В процессе производства серной кислоты изучается обжиг пирита FeS2(1). SO2– газ с резким запахом проявляет свойствавосстановителя и реагируя с бромной водой даёт две кислоты: серную и бромоводородную (2). При взаимодействии сернистого газа (окислитель) и сероводорода (восстановитель) образуется сера — простое вещество жёлтого цвета (4).

1) 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

2) SO2 + Br2 + 2H2O = H2SO4 + 2HBr

3) FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S↑

4) SO2 + 2H2S = 3S↓ + 2H2O

4. Азотную кислоту нейтрализовали пищевой содой, раствор выпарили и остаток прокалили. Образовавшееся вещество внесли в подкисленный серной кислотой раствор перманганата калия, при этом раствор обесцветился. Азотосодержащий продукт реакции поместили в раствор едкого натра и добавили цинковую пыль, при этом выделился газ с резким характерным запахом. Напишите уравнения описанных реакций.

Решение

После нейтрализации раствора образуется нитрат натрия (1). Нитраты, образованные металлами, стоящими в ряду напряжения левее Mg, разлагаются с образованием нитритов и кислорода (2). Перманганат калия KMnO4, имеющий розовую окраску, является сильным окислителем в кислой среде и окисляет натрий до нитрата NaN+5O3, сам восстанавливается до Mn+2 (бесцветного) (3). При взаимодействии цинка с раствором щёлочи выделяется атомарный водород, который является очень сильным восстановителем, поэтому нитрат натрия NaN+5O3восстанавливается до аммиака N-3H3 (4).

1) HNO3 + NaHCO3 = NaNO3+ H2O + CO2

2) 2 NaNO3= 2NaNO2+ O2

3) 5NaNO2+ 2KMnO4+ 3H2SO4= 5NaNO3+ K2SO4 + 2MnSO4+ 3H2O

4) NaNO3+ 4Zn+ 7NaOH + 6H2O = NH3↑+4Na2 Zn(OH)4

5. Неизвестный металл сожгли в кислороде. Продукт реакции, взаимодействуя с углекислым газом, образует два вещества: твердое, которое взаимодействует с раствором соляной кислоты с выделением углекислого газа, и газообразное простое вещество, поддерживающее горение. Напишите уравнения описанных реакций.

Решение

Газ, поддерживающий горение - кислород (4). При сгорании металлов в кислороде могут образовываться оксиды и пероксиды. Оксиды дадут только одно вещество при взаимодействии с углекислым газом — соль карбонат, поэтому берем щелочной металл, натрий, который образует пероксид (1). При взаимодействии с углекислым газом образуется соль и выделяется кислород (2). Карбонат с кислотой даёт углекислый газ (3).

1) 2Na + O2 = Na2O2

2) 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2

3) Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2

4) O2 +C = CO2.

6. Гидроксид трёхвалентного хрома обработали соляной кислотой. В полученный раствор добавили поташ, выделившийся осадок отделили и внесли в концентрированный раствор едкого кали, в результате осадок растворился. После добавления избытка соляной кислоты был получен раствор зелёного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

Решение

Гидроксид хрома Сr(OH)3 — амфотерен. С соляной кислотой даст CrCl3 (1), соль образована слабым основанием и сильной кислотой, поэтому будет подвергаться гидролизу по катиону. Поташ — карбонат калия K2CO3 образован сильным основанием и слабой кислотой, подвергается гидролизу по аниону. Две соли взаимно усиливают гидролиз друг друга, поэтому гидролиз идёт до конца: до образования Cr(OH)3 и CO2 (2). Cr(OH)3в избытке щелочи даёт гексагидроксохромит калия K3 Cr(OH)6 (3). При действии избытка сильной кислоты образуются две соли (4).

1) Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O

2) CrCl3 + 3K2CO3 + 3H2O = 2Cr(OH)3↓ + 3CO2↑ + 6KCl

3) Cr(OH)3 + 3KOHконц. = K3 Cr(OH)6

4) K3 Cr(OH)6 + 6HCl = CrCl3 + 3KCl + 6H2O.

7. Продукт взаимодействия лития с водородом обработали водой. Выделившийся газ смешали с избытком кислорода и при нагревании пропустили над платиновым катализатором; образовавшаяся газовая смесь имела бурый цвет. Напишите уравнения описанных реакций.

Решение

При взаимодействии азота и лития образуется нитрид лития (1), который разлагается водой с выделением аммиака (2). Аммиак окисляется кислородом в присутствии платинового катализатора до оксида азота (II), не имеющего цвета (3). Образование бурого газа NO2 из NO происходит самопроизвольно (4).

1) 6Li + N2 = 2Li3N

2) Li3N + 3H2O = 3LiOH + NH3

3) 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

4) 2NO + O2 = 2NO2.

8. Силицид магния обработали раствором хлороводородной кислоты и выделяющийся газ сожгли. Твёрдый продукт реакции смешали с кальцинированной содой, смесь нагрели до плавления и выдержали некоторое время. После охлаждения продукт реакции (используется под названием «жидкое стекло») растворили в воде и обработали раствором серной кислоты. Напишите уравнения описных реакций.

Решение

При взаимодействии силицида магния с соляной кислотой образуется газ силан (1). Он самовоспламеняется на воздухе, образуя оксид кремния (твёрдое вещество) и воду (2). При сплавлении оксида кремния со щёлочью или содой образуется силикат натрия («жидкое стекло») (3). Серная кислота, как более сильная, вытесняет слабую кремниевую кислоту из раствора, которая нерастворима в воде (4).

1) Mg2Si + 4HCl = 2MgCl2 + SiH4

2) 2SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O

3) SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2

4) Na2SiO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2SiO3↓.

9. При нагревании вещества оранжевого цвета оно разлагается; среди продуктов разложения — бесцветный газ и твёрдое вещество зелёного цвета. Выделившийся газ реагирует с литием даже при небольшом нагревании. Продукт последней реакции взаимодействует с водой, при этом выделяется газ с резким запахом, который может восстанавливать металлы, например медь, из их оксидов. Напишите уравнения описанных реакций.

Решение

Газ с резким запахом, который сможет восстанавливать металлы из их оксидов (уравнение 4) — аммиак (уравнение 3). Вещество оранжевого цвета, которое разлагается с выделением азота (бесцветный газ) и образованием твёрдого вещества зелёного цвета Cr2O3 — дихромат аммония (NH4)2Cr2O7 (уравнение 1), при взаимодействии нитрида лития с водой выделяется аммиак (3).

1) (NH4)2Cr2O7 =t N2 + 4H2O + Cr2O3

2) N2 + 6Li = 2Li3N

3) Li3N + 3H2O = 3LiOH + NH3

4) 2NH3 + 3CuO = N2 + 3Cu + 3H2O.

10. Неизвестное вещество красного цвета нагрели в хлоре и продукт реакции растворили в воде. В полученный раствор добавили щёлочи, выпавший осадок голубого цвета отфильтровали и прокалили. При нагревании продукта прокаливания, который имеет чёрный цвет, с коксом было получено исходное вещество красного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

Решение

Металл красного цвета — медь. При нагревании с хлором образуется хлорид меди-II СuСl2 (1). При добавлении к раствору щёлочи выпадает студенистый осадок голубого цвета Cu(OH)2 — гидроксид меди-II (2). При нагревании он разлагается на оксид меди-II чёрного цвета (3). При нагревании оксида с коксом (С) восстанавливается медь.

1) Cu + Cl2 = CuCl2

2) CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + 2NaCl

3) Cu(OH)2 = CuO + H2O

4) CuO + C = Cu + CO.

11. Соль, полученную при взаимодействии оксида цинка с серной кислотой, прокалили при 800оС. Твёрдый продукт реакции обработан концентрированным раствором щёлочи и через полученный раствор пропустили углекислый газ. Напишите уравнения реакций описанных превращений.

Решение

При взаимодействии оксида цинка с серной кислотой получается соль сульфат цинка ZnSO4 (1). При высоких температурах сульфаты многих металлов разлагаются с образованием оксида металла, сернистого газа и кислорода (2). Оксид цинка амфотерен, поэтому взаимодействует со щёлочью, образуя тетрагидроксоцинкат натрия Na2 Zn(OH)4 (3). При пропускании в воду углекислого газа образуется угольная кислота, которая разрушает комплекс, и образуется осадок гидроксида цинка (4).

1) ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

2) 2ZnSO4 = 2ZnO + SO2↑ + O2

3) ZnO + 2NaOH + H2O = Na2 Zn(OH)4

4) Na2 Zn(OH)4 + CO2 = Na2CO3 + Zn(OH)2↓ + H2O.

12. В раствор нитрата ртути-II добавили медную стружку. Раствор профильтровали и фильтрат по каплям приливали к раствору, содержащему едкий натр и гидроксид аммония. При этом наблюдали кратковременное образование осадка, который растворялся с образованием раствора ярко-синего цвета. При добавлении в полученный раствор избытка раствора серной кислоты происходило изменение цвета. Напишите уравнение описанных реакций.

Решение

Медь стоит в ряду напряжений металлов левее ртути, поэтому вытесняет её из раствора соли (1). При добавлении к щёлочи раствора нитрата меди-II образуется нерастворимый гидроксид меди-II Cu(OH)2 (2), который растворяется в избытке аммиака, образуя комплексное соединение ярко-синего цвета Сu(NH3)4 (OH)2 (3). При добавлении серной кислоты оно разрушается, и раствор приобретает голубую окраску (4).

1) Hg(NO3)2 + Cu = Ng + Cu(NO3)2

2) Cu(NO3)2 + 2KOH = Cu(OH)2↓ + 2KNO3

3) Cu(OH)2 + 4NH4OH = Cu(NH3)4(OH)2 + 4H2O

4) Cu(NH3)4 (OH)2 + 5H2SO4 = CuSO4 + 4NH4HSO4 + 2H2O

бразуется кислая соль, т.к. избыток кислоты.

13. Красный фосфор сожгли в атмосфере хлора и к продукту реакции добавили несколько капель воды. Выделяющееся вещество растворили в избытке воды, в полученный раствор добавили железный порошок, и газообразный продукт реакции пропустили над нагретой, окисленной до оксида двухвалентной меди, медной пластинкой. Напишите уравнения реакций описанных превращений.

Решение

При горении фосфора в избытке хлора образуется хлорид фосфора-V PCl5 (1). При гидролизе небольшим количеством воды выделяется хлороводород и образуется метафосфорная кислота (2). Железо вытесняет водород из растворов кислот (3). Водород восстанавливает металлы из их оксидов (4).

1) 2P + 5Cl2 = 2PCl5

2) PCl5 + 3H2O = HPO3 + 5HCl↑

3) Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

4) CuO + H2 =t Cu + H2O.

14. Вещество, полученное при нагревании железной окалины в атмосфере водорода, внесли в горячую концентрированную серную кислоту и нагрели. Полученный раствор выпарили, остаток растворили в воде и обработали раствором хлорида бария. Раствор профильтровали и в фильтрат внесли медную пластинку, которая через некоторое время растворилась. Напишите уравнения описанных реакций.

Решение

При нагревании оксидов металлов, в частности железной окалины Fe3O4,с водородомпроисходит восстановление металлов (1). Железо не реагирует с концентрированной серной кислотой при нормальных условиях, но при нагревании — растворяется (2). Сульфат железа-III с хлоридом бария образует осадок сульфата бария (30. Хлорид железа-III проявляет свойства окислителя и растворяет медь (4).

1) Fe3O4 + 8H2 = 3Fe + 4H2O

2) 2Fe + 6H2SO4конц.(гор.) = Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

3) Fe2(SO4)3 + 3BaCl2 = 3BaSO4↓ + 2FeCl3

4) 2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2.

15.Негашеную известь прокалили с избытком кокса. Продукт реакции после обработки водой используется для поглощения сернистого и углекислого газов. Напишите уравнения описанных реакций.

Решение

Прокаливание негашеной извести с коксом — промышленный способ получения карбида кальция (1). При гидролизе карбида кальция выделяется ацетилен и образуется гидроксид кальция (2), который может реагировать с кислотными оксидами (3, 4).

1) CaO + 3C = CaC2 + CO↑

2) CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2↓ + C2H2

3) Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3↓ + H2O

4) Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O.

16. Над поверхностью налитого в колбу раствора едкого натра пропускали электрические разряды, при этом воздух в колбе окрашивался в бурый цвет, который исчезал через некоторое время. Полученный раствор осторожно выпарили и установили, что твёрдый остаток представляят собой смесь двух солей. При нагревании этой смеси выделяется газ и остаётся единственное вещество. Напишите уравнения описанных реакций.

Решение

При электрических разрядах азот вступает в реакцию с кислородом с образованием бесцветного газа оксида азота (1), который самопроизвольно быстро окисляется кислородом воздуха до оксида азота-IV бурого цвета (2). Оксид азота-IV, растворяясь в щелочи, образует две соли — нитрат и нитрит, т.к. является ангидридом двух кислот (3). При нагревании нитрат разлагается с образованием нитрита и выделением кислорода (4).

1) N2 + O2 = 2NO

2) 2NO + О2 = 2NO2

3) 2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2О

4) 2NaNO3 = 2NaNO2 + O2↑.

17. К пиролюзиту осторожно прибавили раствор соляной кислоты. Выделяющийся газ пропустили в химический стакан, наполовину наполненный холодным раствором едкого кали. После окончания реакции стакан накрыли картонкой и оставили на свету; через некоторое время внесли тлеющую лучинку, которая ярко вспыхнула. Напишите уравнения описанных реакций.

Решение

Взаимодействие соляной кислоты с пиролюзитом MnO2 — лабораторный способ получения хлора (1). Хлор в холодном растворе гидроксида калия даёт две соли хлорид и гипохлорит калия (2). Гипохлорит — неустойчивое вещество и при освещении разлагается с выделением кислорода (3), образование которого доказывают с помощью вспыхнувшей лучинки (4).

1) MnO2 + 4HCl = Cl2↑ + MnCl2 + 2H2O

2) Cl2 + 2KOH = KCl + KClO + H2O

3) 2KClO = 2KCl + O2

4) C + O2 = CO2.