Опыт. Получение и собирание аммиака.

Для получения и собирания аммиака в лаборатории насыпаем в пробирку хлорид или сульфат аммония, смешанный с известью Ca(OH)₂, затыкаем пробкой с газоотводной трубкой. Трубку вставляем в колбу, перевернутую вверх дном, – аммиак легче воздуха. Отверстие колбы закрываем куском ваты.

Осторожно нагреваем пробирку на спиртовке. Уравнение реакции:

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2H₂O + 2NH₃↑

Аммиак обнаруживаем по характерному резкому запаху (нюхать осторожно!) или поднеся к трубке бумажку, смоченную раствором фенолфталеина (ф-ф). Бумажка розовеет вследствие образования гидроксид-ионов:

NH₃ + HOH NH₄⁺ + OH ^–

Билет № 7

1. Взаимосвязь между классами неорганических соединений: возможность получения одних веществ из других (примеры реакций).

Между классами неорганических соединений возможны взаимные превращения. Оснóвные оксиды (щелочных и щелочноземельных металлов) реагируют с водой, при этом получаются основания. Например, оксид кальция (негашеная, или жженая известь) реагирует с водой с образованием гидроксида кальция (гашеной извести):

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Нерастворимые основания не могут быть получены таким путем, но они разлагаются при нагревании с образованием основных оксидов. Например, при нагревании гидроксида меди (II) образуются оксид меди (II) и вода:

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Большинство кислотных оксидов реагируют с водой с образованием кислот. Так, оксид серы (VI), или серный ангидрид, присоединяет воду с образованием серной кислоты:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Слабые кислоты разлагаются при нагревании с выделением оксидов. Сернúстая кислота разлагается
на оксид серы (IV), или сернúстый газ, и воду:

H₂SO₃ = H₂O + SO₂↑

Соли могут быть получены как при взаимодействии оснований с кислотами (реакция нейтрализации):

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O (образовался сульфат натрия),

так и при взаимодействии щелочей с кислотными оксидами:

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O (образовался карбонат кальция)

или основных оксидов с кислотами:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

Нерастворимые основания могут быть получены из растворов солей в результате реакции обмена:

CuSO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + Cu(OH)↓

Кислоты можно получать из солей, вытесняя их более сильными (менее летучими) кислотами:

Na₂SiO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂SiO₃↓ (при избытке HCl в осадок выпадает нерастворимая кремниевая кислота)

NaNO₃ + H₂SO₄ = NaHSO₄ + HNO₃↑ (при нагревании нитратов с серной кислотой, азотную кислоту как более летучую получают, охлаждая на выходе из сосуда)

Наконец, прокаливанием известняка получают оксид кальция (жженую известь) и углекислый газ:

CaCO₃ = CaO + CO₂↑

Генетическая связь между классами неорганических соединений может быть проиллюстрирована следующей схемой:

основные оксиды ↔ основания ↑↓ ↑↓ с о л и ↑↓ ↑↓ кислотные оксиды ↔ кислоты

Более подробные схемы: Генетические ряды между классами веществ

2. Задача. Вычисление количества вещества (или объема) газа, необходимого для реакции с определенным количеством вещества (или объемом) другого газа.

Пример:

Сколько литров кислорода необходимо для сгорания 89,6 литров водорода?

Решение:

1. Объем газа пропорционален количеству вещества:
v = 22,4 л/моль • n,
где 22,4 – молярный объем, т.е. объем одного моля любого газа,
n – количество вещества (моль)

2. Записываем над уравнением реакции имеющиеся данные, а под уравнением – число моль согласно уравнению (равно коэффициенту перед веществом):
89,6 л x л
2H₂ + O₂ = 2H₂O
2 моль 1 моль

3. Составляем пропорцию:
89,6 л – x л
2 моль – 1 моль
(или с пояснением:
для сгорания 89,6 л водорода требуется x л кислорода,
а для 2 моль – 1 моль)

4. Находим x:
x = 89,6 л • 1 моль / 2 моль = 44,8 л

Ответ: 44,8 л.

Билет № 8

Классификация химических реакций по различным признакам: числу и составу исходных и полученных веществ; выделению или поглощению энергии; изменению степени окисления химических элементов. Примеры реакций различных типов.

♦ По числу и составу исходных и полученных веществ химические реакции бывают:

1. Соединения – из двух или нескольких веществ образуется одно сложное вещество:
Fe + S = FeS
(при нагревании порошков железа и серы образуется сульфид железа)

2. Разложения – из одного сложного вещества образуется два или несколько веществ:
2H₂O = 2H₂ + O₂
(вода разлагается на водород и кислород при пропускании электрического тока)

3. Замещения – атомы простого вещества замещают один из элементов в сложном веществе:
Fe + CuCl₂ = Cu↓ + FeCl₂
(железо вытесняет медь из раствора хлорида меди (II))

4. Обмена – 2 сложных вещества обмениваются составными частями:
HCl + NaOH = NaCl + H₂O
(реакция нейтрализации – соляная кислота реагирует с гидроксидом натрия с образованием хлорида натрия и воды)

♦ Реакции, протекающие с выделением энергии (тепла), называются экзотермическими. К ним относятся реакции горения, например серы:

S + O₂ = SO₂ + Q
Образуется оксид серы (IV), выделение энергии обозначают + Q

Реакции, требующие затрат энергии, т.е. протекающие с поглощением энергии, называются эндотермическими. Эндотермической является реакция разложения воды под действием электрического тока:

2H₂O = 2H₂ + O₂ – Q

♦ Реакции, сопровождающиеся изменением степеней окисления элементов, т.е. переходом электронов, называются окислительно-восстановительными:

Fe⁰ + S⁰ = Fe⁺²S^-2

Противоположностью являются электронно-статичные реакции, часто их называют просто реакции, протекающие без изменения степени окисления. К ним относятся все реакции обмена:

H⁺¹Cl^-1 + Na⁺¹O^-2H⁺¹ = Na⁺¹Cl^-1 + H₂⁺¹O^-2

(Напомним, что степень окисления в веществах, состоящих из двух элементов, численно равна валентности, знак ставится перед цифрой)

2. Опыт. Проведение реакций, подтверждающих качественный состав предложенной соли, например сульфата меди(II).

Качественный состав соли доказывают с помощью реакций, сопровождающихся выпадением осадка или выделением газа с характерным запахом или цветом. Образование осадка происходит в случае получения нерастворимых веществ (определяем по таблице растворимости). Газы выделяются при образовании слабых кислот (для многих требуется нагревание) или гидроксида аммония.

Наличие иона меди можно доказать добавлением гидроксида натрия, выпадает синий осадок гидроксида меди (II):

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

Дополнительно можно провести разложение гидроксида меди (II) при нагревании, образуется черный оксид меди (II):

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Наличие сульфат-иона доказывается выпадением белого кристаллического осадка, нерастворимого в концентрированной азотной кислоте, при добавлении растворимой соли бария:

CuSO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + CuCl₂

Билет № 9

1. Окислительно-восстановительные реакции. Окислитель и восстановитель (на примере двух реакций).

Окислительно-восстановительные реакции протекают с изменением степени окисления. Широко распространенными реакциями этого типа являются реакции горения. Также сюда относятся реакции медленного окисления (коррозия металлов, гниение органических веществ).

Степень окисления элемента показывает число смещенных (притянутых или отданных) электронов. В простых веществах она равна нулю. В бинарных соединениях (состоящих из 2-х элементов) равна валентности, перед которой ставится знак (поэтому иногда ее называют «условным зарядом»).

В веществах, состоящих из 3-х и более элементов, степень окисления можно рассчитать с помощью уравнения, взяв неизвестную степень окисления за «икс», а общую сумму приравняв к нулю. Например, в азотной кислоте HNO₃ степень окисления водорода +1, кислорода -2, получаем уравнение: +1 + x -2 • 3 = 0

x = +5

Элемент, присоединяющий электроны, называется окислителем. Элемент, являющийся донором электронов (отдающий электроны), называется восстановителем.

_ 2 e^- _
l ↓
Fe⁰ + S⁰ = Fe⁺²S^-2

При нагревании порошков железа и серы образуется сульфид железа. Железо является восстановителем (окисляется), сера – окислителем (восстанавливается).

S⁰ + O₂⁰ = S⁺⁴O₂^-2

В этой реакции сера является восстановителем, кислород окислителем. Образуется оксид серы (IV)

Можно привести пример с участием сложного вещества:

Zn⁰ + 2H⁺¹Cl = Zn⁺²Cl₂ + H₂⁰↑

цинк – восстановитель, водород соляной кислоты – окислитель.

Можно привести пример с участием сложного вещества и составить электронный баланс:

Cu⁰ + 4HN⁺⁵O₃ = Cu⁺²(NO₃)₂ + 2H₂O + 2N⁺⁴O₂↑

^конц.

Cu^0 – 2e^– → Cu^+2			- восстановитель
N^+5 + 1e^– → N^+4		- окислитель

2. Задача. Вычисление массы продукта реакции, если для его получения взят раствор с определенной массовой долей (%) исходного вещества.

m _{растворенного вещества} = m _{раствора} • ω

где ω – массовая доля

Можно получить ту же формулу, составляя пропорцию:

m _{раствора} – 100%

х – ω %

х = m _{раствора} • ω: 100

Пример:

Сколько граммов хлорида цинка получится при растворении избытка цинка в 20 граммах 10%-ного раствора соляной кислоты?

Решение:

1) Находим массу HCl в растворе:

m _HCl = 20г • 10%: 100% = 2 г

2) Находим количество вещества HCl:

M (HCl) = 35,5 + 1 = 36,5 г/моль

n = m/M = 2 г: 36,5 г/моль = 0,055 моль

3) Подписываем данные над уравнением реакции, а число моль согласно уравнению (равно коэффициентам) под ним:
0,055 моль x моль
Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑
2 моль 1 моль

Составляем пропорцию:
0,055 моль – x моль
2 моль – 1 моль

Находим x:

x = 0,055 моль • 1 моль / 2 моль = 0,028 моль

4) Находим массу соли:

M (ZnCl₂) = 65 + 35,5 • 2 = 136 г/моль

m = M • n = 136 г/моль • 0,028 моль = 3,8 г

Ответ: 3,8 г.

(Если подставлять в уравнение не моли, а граммы, то получится точнее – 3,7

Билет № 10

1. Реакции ионного обмена, условия их протекания до конца (на примере двух реакций). Отличие реакций ионного обмена от реакций окислительно-восстановительных.

Реакции обмена в растворах электролитов получили название реакций ионного обмена. Эти реакции протекают до конца в 3-х случаях:

1. Если в результате реакции выпадает осадок (образуется нерастворимое или малорастворимое вещество, что можно определить по таблице растворимости):
CuSO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + CuCl₂

2. Если выделяется газ (образуется часто при разложении слабых кислот):
Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂↑

3. Если образуется малодиссоциирующее вещество. Например, вода, уксусная кислота:
HCl + NaOH = NaCl + H₂O

Это связано со смещением химического равновесия вправо, что вызвано удалением одного из продуктов из зоны реакции.

Реакции ионного обмена не сопровождаются переходом электронов и изменением степени окисления элементов в отличие от окислительно-восстановительных реакций.

Если попросят написать уравнение в ионном виде, можно проверять правильность написания ионов по таблице растворимости. Не забывайте менять индексы на коэффициенты. Нерастворимые вещества, выделяющиеся газы, воду (и другие оксиды) на ионы не раскладываем.

Cu²⁺ + SO₄^2- + Ba²⁺ + 2Cl^- = BaSO₄↓ + Cu²⁺ + 2Cl^-
Вычеркиваем не изменившиеся ионы:

SO₄^2- + Ba²⁺ = BaSO₄↓

2. Задача. Вычисление массовой доли (%) химического элемента в веществе, формула которого приведена.

Формулу для вычисления массовой доли в общем виде можно записать так:

ω = масса компонента / масса целого,

где ω – массовая доля

Для расчета массовой доли элемента в сложном веществе формула будет иметь следующий вид:

ω = Ar • n / Mr,

где Ar – относительная атомная масса,
n – число атомов в молекуле,

Mr – относительная молекулярная масса (численно равна M – молярной массе)

Пример:

Рассчитайте массовую долю элементов в оксиде серы (VI) SO₃.

Решение:

Mr (SO₃) = 32 + 16 • 3 = 80

ω (S) = 32: 80 = 0,4 = 40%

ω (O) = 16 • 3: 80 = 0,6 = 60%

проверка: 40% + 60% = 100%

Ответ: 40%; 60%.

Билет № 11

1. Кислоты в свете представлений об электролитической диссоциации. Химические свойства кислот: взаимодействие c металлами, основными оксидами, основаниями, солями (на примере хлороводородной кислоты).

С точки зрения теории электролитической диссоциации кислотами называются вещества, диссоциирующие в растворах с образованием ионов водорода:

HCl → H⁺ + Cl^-

Более строгая формулировка: отщепляющие в качестве катионов (положительных ионов) только ионы водорода.

Под ионом водорода подразумевают гидратированный протон (т.е. протон, присоединивший воду). Если хотят показать состав иона водорода, его обычно изображают H₃O⁺

Далее ответ совпадает со 2-м вопросом билета №1:

1. Кислоты окрашивают растворы индикаторов лакмуса и метилового оранжевого в красный цвет

2. Взаимодействуют с металлами, находящимися в ряду напряжений левее водорода, например, с цинком, с образованием соли (хлорида цинка) и газообразного водорода:
Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

3. Взаимодействуют с основными оксидами с образованием соли и воды:
CuO + 2HCl = CuCl₂ + H₂O
(при проведении реакции с оксидом меди (II), пробирку желательно слегка подогреть) получается хлорид меди(II)

4. Взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды:
NaOH + HCl = NaCl + H₂O

5. Вытесняют слабые кислоты из растворов их солей, например, карбоната натрия:
Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂↑

6. Реакция с солями может протекать с образованием осадка:
AgNO₃ + HCl = HNO₃ + AgCl↓