1. Может ли натрий в соединениях проявлять степень окисления +2? Почему?
Натрий в соединениях не может проявлять степень окисления +2. Это связано с тем, что натрий имеет только один электрон на внешней орбитали, который он легко теряет, чтобы достичь стабильной электронной конфигурации. При этом натрий стабилен в степени окисления +1, а для проявления степени окисления +2 требуется удаление двух электронов, что требует значительных затрат энергии и не является выгодным для натрия.
2. Температуры плавления галогенидов натрия уменьшаются при переходе от фторида (992 °С) к иодиду (662 °С). Сделайте из этого вывод об изменении степени ионности связей натрий галоген и мотивируйте свой ответ.
Температура плавления галогенидов натрия уменьшается при переходе от фторида (992 °С) к иодиду (662 °С), что свидетельствует о снижении ионной связи с увеличением размера аниона. При переходе от фтора к йоду радиус аниона увеличивается, и сила притяжения между ионом натрия и ионом галогенидом ослабевает, что приводит к снижению температуры плавления.
3. Какой из минералов — чилийская селитра NaNO3, галит NaCl, мирабилит Na2SO4* 10H2O, криолит Na3AlF6— наиболее богат натрием?
Из перечисленных минералов наиболее богат натрием чилийская селитра (NaNO3), так как в ней содержание натрия составляет 39,3% по массе, что больше, чем в других минералах.
4. Содержание калия в кураге составляет 1.7% по массе. Сколько граммов кураги требуется съесть человеку для потребления суточной нормы калия?
Для того чтобы определить, сколько граммов кураги требуется съесть человеку для потребления суточной нормы калия, нужно знать суточную норму калия. Допустим, она составляет 3500 мг (3,5 г). Содержание калия в кураге — 1,7% по массе. Чтобы найти массу кураги, которую нужно съесть, можно использовать пропорцию: (1,7 / 100) * x = 3500, где x — масса кураги.
Решив уравнение, получаем:
x = (3500 * 100) / 1,7 ≈ 205882,35 мг = 205,88 г.
Таким образом, для потребления суточной нормы калия нужно съесть около 206 г кураги.
5. Напишите уравнения реакций, происходящих при хранении натрия на влажном воздухе.
На поверхности натрия образуется оксид натрия: 4Na + O2 → 2Na2O.
Если влажность воздуха достаточна, происходит образование гидроксида натрия: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2.
6. Охарактеризуйте химические свойства натрия.
Натрий реагирует с водой, образуя гидроксид натрия и водород: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2. Натрий активно реагирует с кислородом, образуя оксиды: 4Na + O2 → 2Na2O. Натрий реагирует с кислотами, образуя соли и водород: 2Na + 2HCl → 2NaCl + H2. Натрий может реагировать с некоторыми металлами, образуя сплавы или гидриды.
7. Как хранят щелочные металлы в лаборатории?
Щелочные металлы хранят в лаборатории в керосине или другом инертном масле, чтобы предотвратить их реакцию с влагой и кислородом воздуха.
8. Можно ли загоревшийся натрий потушить: а) водой; б) углекислым газом; в) накрыв асбестовым одеялом?
а) водой — не рекомендуется, так как натрий реагирует с водой, образуя водород, который может воспламениться, и реакции могут быть очень бурными. б) углекислым газом — углекислый газ не эффективен, так как натрий может продолжить горение, не реагируя с CO2. в) накрыв асбестовым одеялом — это наиболее безопасный способ, так как накрытие огня асбестом прекращает доступ кислорода и гасит горение.
9. Калий получают в промышленности взаимодействием натрия с расплавом хлорида калия. Напишите уравнение реакции замещения и объясните, почему равновесие смещается вправо. Учтите, что калий кипит при более низкой температуре, чем натрий.
2Na + 2KCl → 2NaCl + 2K.
Равновесие смещается вправо, потому что калий кипит при более низкой температуре, чем натрий, и натрий, более активный, вытесняет калий из хлорида калия.
10. Для производства титана используют реакцию восстановления хлорида титана(IV) натрием. Вычислите массу металла, который можно получить из 10 кг тетрахлорида тнтана(IV), если его выход составляет 90%. Сколько килограммов натрия потребуется на восстановление?
Для вычисления массы титана, который можно получить из 10 кг тетрахлорида титана(IV), и массы натрия, необходимого для восстановления, необходимо использовать уравнение реакции восстановления тетрахлорида титана натрием:
TiCl4 + 4Na → Ti + 4NaCl
Молекулярные массы:
Молекулярная масса TiCl4: Ti = 47,87 г/моль, Cl = 35,45 г/моль, M(TiCl4) = 47,87 + (4 * 35,45) = 189,67 г/моль.
Молекулярная масса титана (Ti): M(Ti) = 47,87 г/моль.
Молекулярная масса натрия (Na): M(Na) = 22,99 г/моль.
Найдем количество моль тетрахлорида титана в 10 кг (10000 г):
Количество моль TiCl4 = масса / молекулярная масса = 10000 г / 189,67 г/моль ≈ 52,72 моль. Рассчитаем теоретическую массу титана (с учетом выхода 90%):
По уравнению реакции 1 моль TiCl4 даёт 1 моль титана. Таким образом, из 52,72 моль TiCl4 можно получить 52,72 моль титана. Масса титана = 52,72 моль * 47,87 г/моль ≈ 2529,62 г (2,53 кг). С учетом выхода 90%: Масса титана, который реально будет получен = 2,53 кг * 0,9 ≈ 2,28 кг.
Найдем количество натрия, необходимого для восстановления:
Из уравнения реакции следует, что на 1 моль TiCl4 требуется 4 моль натрия. Количество моль натрия = 4 моль * 52,72 моль = 210,88 моль. Масса натрия = 210,88 моль * 22,99 г/моль ≈ 4853,35 г = 4,85 кг. Таким образом, из 10 кг тетрахлорида титана можно получить 2,28 кг титана, а для его восстановления потребуется 4,85 кг натрия.
11. Напишите уравнения реакций, соответствующие следующим схемам превращений: а) Na--> Na2S --->NaCl-> NaOH----> Na2CO3--> Na; б) Na2CO3 > NaCl > Na > NaBr —> CH3COONa > NaCl; в) Na--> NaOH---> Na---> Nal--> NaBr---> NaCl; г) К --> KOH ---> K2CO3--> KC1 --> KNO3----> KNO2---> K2SO4
а) Уравнения реакций для превращений Na --> Na2S --> NaCl --> NaOH --> Na2CO3 --> Na:
Na --> Na2S: 2Na + S → Na2S
Na2S --> NaCl: Na2S + 2HCl → 2NaCl + H2S
NaCl --> NaOH: NaCl + H2O → NaOH + HCl (при электролизе)
NaOH --> Na2CO3: 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
Na2CO3 --> Na: Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO (восстановление углеродом)
б) Уравнения реакций для превращений Na2CO3 --> NaCl --> Na --> NaBr --> CH3COONa --> NaCl:
Na2CO3 --> NaCl: Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2 + H2O
NaCl --> Na: 2NaCl → 2Na + Cl2 (электролиз)
Na --> NaBr: 2Na + Br2 → 2NaBr
NaBr --> CH3COONa: NaBr + CH3COOH → CH3COONa + HBr
CH3COONa --> NaCl: CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl
в) Уравнения реакций для превращений Na --> NaOH --> Na --> NaI --> NaBr --> NaCl:
Na --> NaOH: Na + H2O → NaOH + H2
NaOH --> Na: NaOH + H2 → Na + H2O (восстановление)
Na --> NaI: 2Na + I2 → 2NaI
NaI --> NaBr: 2NaI + Cl2 → 2NaCl + I2 (реакция замещения)
NaBr --> NaCl: NaBr + Cl2 → NaCl + Br2 (реакция замещения)
г) Уравнения реакций для превращений K --> KOH --> K2CO3 --> KCl --> KNO3 --> KNO2 --> K2SO4:
K --> KOH: 2K + 2H2O → 2KOH + H2
KOH --> K2CO3: 2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O
K2CO3 --> KCl: K2CO3 + 2HCl → 2KCl + CO2 + H2O
KCl --> KNO3: 6KCl + 3HNO3 → 5KNO3 + KCl + 3H2O (процесс Келлера)
KNO3 --> KNO2: 2KNO3 → 2KNO2 + O2 (термическое разложение)
KNO2 --> K2SO4: 2KNO2 + SO2 + O2 → K2SO4 + 2NO (восстановление)
12. 3,9 г соединения щелочного металла, содержащего 59% металла, взаимодействуют с углекислым газом, при этом выделяется 560 мл кислорода. Определите щелочной металл и формулу соединения, если известно, что кроме кислорода в реакции образуется только карбонат щелочного металла.
Для решения задачи, необходимо выполнить несколько шагов:
Определим массу металла в соединении: Содержание металла в соединении — 59%. Это означает, что в 3,9 г соединения масса металла составит: 3,9 г * 0,59 = 2,3 г.
Определим количество вещества металла: Масса металла — 2,3 г. Для того чтобы найти количество вещества, нужно разделить массу металла на его молекулярную массу. Так как это щелочной металл, рассмотрим возможные варианты. Наиболее вероятные кандидаты — натрий (Na), калий (K), литий (Li). Рассчитаем количество вещества для каждого из них:
Для натрия: Молекулярная масса Na = 22,99 г/моль. Количество вещества Na = 2,3 г / 22,99 г/моль ≈ 0,100 моль.
Для калия: Молекулярная масса K = 39,1 г/моль. Количество вещества K = 2,3 г / 39,1 г/моль ≈ 0,059 моль.
Для лития: Молекулярная масса Li = 6,94 г/моль. Количество вещества Li = 2,3 г / 6,94 г/моль ≈ 0,331 моль.
Известно, что в реакции выделяется 560 мл кислорода (при нормальных условиях): В реакции образуется карбонат металла (M2CO3), и кислород выделяется в объеме 560 мл (или 0,56 л). Молекулы кислорода образуются при разложении углекислого газа. Уравнение реакции для карбоната металла с углекислым газом: M2CO3 + CO2 → 2M + 2O2
Таким образом, за 1 моль карбоната выделяется 1 моль кислорода. Чтобы найти количество вещества кислорода, используем объем 560 мл (0,56 л):
1 моль газа при нормальных условиях = 22,4 л Количество вещества кислорода = 0,56 л / 22,4 л ≈ 0,025 моль
Проверим, для какого металла количество вещества совпадает с данными: Учитывая, что в реакции карбонат щелочного металла выделяет 1 моль кислорода из 1 моль соединения, и количество вещества кислорода равно 0,025 моль, можно сделать вывод, что металл — натрий (Na), так как его количество вещества (0,100 моль) совпадает с выделившимся кислородом.
Формула соединения: С учетом того, что в соединении 59% металла, и металл — это натрий, можно написать формулу соединения: Na2CO3 — это карбонат натрия.
Итак, щелочной металл — натрий (Na), а формула соединения — Na2CO3.
13. Напишите уравнение реакции восстановления едкого натра железом. Объясните, почему при прокаливании железо вытесняет более активный металл — натрий.
Уравнение реакции восстановления едкого натра (NaOH) железом (Fe): 3Fe + 6NaOH → 3Fe(OH)2 + 3Na2O
При прокаливании железо вытесняет более активный металл, натрий, потому что натрий — металл с высокой активностью, но при высоких температурах его восстановительные способности ограничены. Железо, обладая меньшей активностью, в этой реакции вытесняет натрий из его гидроксидов, так как восстановление идет в сторону более устойчивых соединений.