Взаимосвязь различных классов неорганических веществ
Рассмотрим её на нескольких примерах.
Пример 1. Взаимосвязь соединений железа.
Переход из железа в бромид железа (II) возможен при реакции железа с бромоводородной кислотой:
Получить из бромида железа (II) чистое железо можно при электролизе расплава:
При добавлении к бромиду железа (II) щёлочи образуется гидроксид железа (II):
Обратный переход возможен при взаимодействии гидроксида железа (II) с бромоводородной кислотой:
Окисление гидроксида железа (II) приводит к гидроксиду железа (III):
При нагревании гидроксид железа (II) теряет воду, превращаясь в оксид железа (II):
Восстановление оксида железа (II) приводит к железу:
Пример 2. Взаимосвязь соединений железа.
Реакция железа с бромом приводит к бромиду железа (III):
Получить из этого соединения железо можно электролизом расплава:
Переход из бромида железа (III) в гидроксид железа (III) возможен под действием щёлочи:
При нагревании гидроксид железа (III) теряет воду, превращаясь в оксид железа (III):
Восстановлением оксида железа (III) можно получить железо:
Железо в степени окисления +6 можно получить из гидроксида железа (III) по реакции:
Гидроксид железа (III) под действием соляной кислоты переходит в хлорид железа (III):
Из хлорида железа (III) электролизом можно получить железо:
Пример 3. Взаимосвязь соединений серы.
Сера окисляется кислородом воздуха до оксида серы (IV):
Взаимодействие серы с водородом приводит к сероводороду:
Оксид серы (IV) может вступить в окислительно-восстановительную реакцию с образованием серной кислоты или в обменную реакцию с образованием сульфита калия:
Под действием сильных кислот сульфит калия разлагается до SO2:
Каталитическое окисление SO2 приводит к оксиду серы (VI):
Из оксида серы (VI) можно получить как серную кислоту, так и сульфат бария:
Из сульфата бария восстановлением углём можно получить сульфид бария:
Восстановление SO2 приводит к сере:
Пример 4. Осуществить следующую цепочку превращений: N2 → NH3 → (NH4)2SO4 → NH4Cl.
Азот взаимодействует с водородом при повышенной температуре в присутствии катализатора с образованием аммиака:
Реакция газообразного аммиака с серной кислотой приводит к сульфату аммония:
При взаимодействии водных растворов сульфата аммония и хлорида бария образуется нерастворимый сульфат бария, эта реакция идёт до конца. После отделения осадка и упаривания водного раствора можно выделить чистый хлорид аммония:
Пример 5. Осуществить следующую цепочку превращений: NO2 → HNO3 → NH4NO3 → N2O.
Оксид азота (IV) при взаимодействии с кислородом и водой даёт азотную кислоту:
При реакции азотной кислоты с аммиаком образуется нитрат аммония:
Контролируемое разложение нитрата аммония приводит к образованию оксида азота (I) и воды:
Пример 6. Осуществить следующую цепочку превращений: NaBr → NaCl → Cl2 → KClO.
Хлор способен вытеснять бром из бромидов:
Электролиз расплава хлорида натрия приводит к образованию молекулярного хлора:
Гипохлорид калия образуется при взаимодействии газообразного хлора с водным раствором гидроксида калия при охлаждении:
Особенностью заданий, в которых требуется определить неизвестное вещество Х как промежуточный продукт в цепочке химических превращений, является принципиальная возможность наличия нескольких правильных ответов. Вам нужно обосновать свой выбор.
Пример 7. Предложите формулы неизвестных веществ в приведённых ниже последовательностях химических превращений и обоснуйте этот выбор. Приведите уравнения химических реакций, с помощью которых эти превращения можно осуществить:
Каким же может быть вещество X1? Возможны несколько вариантов. Предположим, что марганец в этом соединении имеет степень окисления +2, тогда этим веществом будет, например, сульфат марганца (II). Почему? Из него удобно получит хлорид марганца (II) с помощью обменной реакции:
Данная реакция пойдёт до конца, потому что сульфат бария выпадет в осадок.
Перманганат калия — сильный окислитель, который при реакции с восстановителем в кислой среде может понизить свою степень окисления до +2. Чтобы получить сульфат марганца (II) из перманганата калия, можно использовать окислительно-восстановительную реакцию:
Другой вариант ответа:
Из хлорида марганца (II) можно получить нитрат марганца (II) с помощью обменной реакции с нитратом серебра. Эта реакция идёт до конца благодаря образованию нерастворимого хлорида серебра:
Термическое разложение нитрата марганца (II) — обычный способ получения оксида марганца (IV):
Пример 8. Предложите формулы неизвестных веществ в приведённых ниже последовательностях химических превращений и обоснуйте этот выбор. Приведите уравнения химических реакций, с помощью которых эти превращения можно осуществить:
Наиболее рациональным вариантом будет следующий. Вначале железо под действием хлора окисляется до хлорида железа (III) (вещество X1), из которого по обменной реакции получают гидроксид железа (III):
Веществом (X2) может быть любая растворимая соль железа (III), например сульфат, нитрат и т. д.:
Под действием расчётного количества щёлочи в осадок выпадает гидроксид железа (III):
Тренировочные задания
Общее задание 1. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие цепочки превращений:
1. Al → AlCl3 → Al(OH)3 → KAlO2 → K[Al(OH)4] → Al(OH)3.
2. Ca3(PO4)2 → P → P2O5 → → Ca(H2PO4)2 → CaHPO4 → Ca3(PO4)2.
3. FeS → H2S → S → SO2 → NaHSO3 → BaSO3 → BaSO4.
4. Cl2 → CaOCl2 → CaCO3 → CaO → → CaC2 → Ca(OH)2 → Ca(HSO3)2.
5. Ca3(PO4)2 → P → P2O5 → H3PO4.
6. NH4NO2 → N2 → NH3 → NH4NO3.
7. P → Ca3P2 → PH3 → H3PO4.
8. NH3 → N2 → Mg3N2 → NH3.
9. KNO2 → NO → NO2 → HNO3.
10. H2SO4 → SO2 → SO3 → H2SO4.
11. HCl → Cl2 → KClO3 → Cl2.
12. Cl2 → NaCl → HCl → AlCl3.
13. KCl → Cl2 → NaClO → NaClO3.
14. HBr → NaBr → Br2 → HBr.
15. KBr → Br2 → HBr → NaBr.
16. NaCl → HCl → Cl2 → KClO3.
17. Mg → Mg3N2 → NH3 → Al(OH)3.
18. Ba(NO3)2 → Fe(NO3)2 → Fe2O3 → Fe.
Общее задание 2. Предложите формулы неизвестных веществ в приведённых ниже последовательностях химических превращений и обоснуйте ваш выбор. Приведите уравнения химических реакций, с помощью которых эти превращения можно осуществить:
1. Cu(NO3)2 → X1 → CuCl2 → X2 → Cu(OH)2.
2. FeS → X1 → Fe2O3 → X2 → FeS.
3. H3PO4 → X1 → P → X2 → H3PO4.
4. SiO2 → Si → X → BaSiO3.
5. MgSO4 → X1 → MgI2 → X2 → Mg(OH)2.
6. KNO2 → X1 → NO2 → X2 → Ba(NO3)2.
Ответы
