37. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения веществ:
а) хлороводород ⟶ хлор ⟶ хлорид натрия ⟶ хлор;
б) хлорид натрия ⟶ хлор ⟶ хлорат калия ⟶ хлорид калия;
в) хлор ⟶ хлороводород ⟶ хлор ⟶ хлорид железа (III).
а) HCl → Cl2: 4 HCl + MnO2 → MnCl2 + 2 H2O + Cl2. Cl2 → NaCl: Cl2 + 2 Na → 2 NaCl (или при электролизе рассола: 2 NaCl + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOH). NaCl → Cl2: электролиз рассола: 2 NaCl + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOH.
б) NaCl → Cl2: электролиз рассола: 2 NaCl + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOH. Cl2 → KClO3: сначала образование гипохлорита: Cl2 + 2 KOH → KCl + KClO + H2O, затем диспропорционирование KClO: 3 KClO → KClO3 + 2 KCl. В сумме: 3 Cl2 + 6 KOH → KClO3 + 5 KCl + 3 H2O. KClO3 → KCl: разложение при нагревании: 2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2.
в) Cl2 → HCl: Cl2 + H2 → 2 HCl (реакция при нагревании/искре). HCl → Cl2: 4 HCl + MnO2 → MnCl2 + 2 H2O + Cl2. Cl2 → FeCl3: 2 Fe + 3 Cl2 → 2 FeCl3.
38. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения веществ:
а) оксид меди (II) ⟶ медь ⟶ хлорид меди ⟶ медь;
б) медь ⟶ оксид меди (II) ⟶ хлорид меди (II) ⟶ медь;
в) бром ⟶ бромид алюминия ⟶ бром ⟶ бромоводород;
г) алюминий ⟶ бромид алюминия ⟶ алюминий ⟶ хлорид алюминия;
д) иод ⟶ иодид натрия ⟶ иод ⟶ иодид алюминия.
а) CuO → Cu: CuO + H2 → Cu + H2O. Cu → CuCl2: Cu + Cl2 → CuCl2. CuCl2 → Cu: CuCl2 + Zn → ZnCl2 + Cu.
б) Cu → CuO: 2 Cu + O2 → 2 CuO. CuO → CuCl2: CuO + 2 HCl → CuCl2 + H2O. CuCl2 → Cu: CuCl2 + Zn → ZnCl2 + Cu.
в) Br2 → AlBr3: 2 Al + 3 Br2 → 2 AlBr3. AlBr3 → Br2: вытеснение брома хлором: 2 AlBr3 + 3 Cl2 → 2 AlCl3 + 3 Br2. Br2 → HBr: Br2 + H2 → 2 HBr (или Br2 + 2 H2S → 2 HBr + S2H2 и др., но простейшая схема — восстановление H2).
г) Al → AlBr3: 2 Al + 3 Br2 → 2 AlBr3. AlBr3 → Al: восстановление металлом (пример) 2 AlBr3 + 3 Mg → 2 Al + 3 MgBr2. Al → AlCl3: 2 Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3.
д) I2 → NaI: I2 + 2 Na → 2 NaI. NaI → I2: 2 NaI + Cl2 → 2 NaCl + I2. I2 → AlI3: 2 Al + 3 I2 → 2 AlI3.
39. Даны вещества: фторид натрия, хлорид натрия, бромид натрия, иодид натрия. Из данного перечня выберите вещество, с которыми будет реагировать хлор, и напишите уравнения возможных реакций.
Из перечня (F−, Cl−, Br−, I− в виде солей натрия) хлор как окислитель способен вытеснять более лёгко окисляемые галогениды бромида и иодида. Возможные реакции: 2 NaBr + Cl2 → 2 NaCl + Br2 и 2 NaI + Cl2 → 2 NaCl + I2. С фторидом (NaF) Cl2 реагировать не будет, с NaCl — реакции нет.
40. Даны вещество: фторид калия, хлорид калия, бромид калия, иодид калия. Из данного перечня выберите вещество, с которыми будет реагировать бром, и напишите уравнения возможных реакций.
Из перечня (F−, Cl−, Br−, I− в виде солей калия) бром способен вытеснять лишь иод из иодидов. Возможная реакция: 2 KI + Br2 → 2 KBr + I2. С KCl и KF реакции вытеснения не происходит (Cl− и F− сильнее удерживаются, их не окисляет Br2).
41. Напишите уравнения реакций получения хлора при взаимодействии соляной кислоты: а) с оксидом марганца (IV); б) с оксидом свинца (IV); в) с перманганатом калия; г) с дихроматом калия; д) с хлоратом калия. Найдите коэффициенты в уравнениях реакций методом электронного баланса.
а) MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O. Mn в MnO2 имеет +4, переходит в +2 (принимает 2 e−), 2 Cl− → Cl2 — теряет по 1 e−, поэтому на 1 Mn(+4→+2) требуется окислить 2 Cl− → получается указанное соотношение. Окислитель: MnO2, восстановитель: Cl−.
б) PbO2 + 4 HCl → PbCl2 + Cl2 + 2 H2O. Pb: +4 → +2 (принимает 2 e−), 2 Cl− → Cl2 отдают 2 e− в сумме. Окислитель: PbO2, восстановитель: Cl−.
в) 2 KMnO4 + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 8 H2O. Манган в KMnO4 +7? фактически Mn +7 → +2 (принимает 5 e− на атом Mn), каждый Cl− отдаёт 1 e−, суммарно балансируется коэффициентами. Окислитель: KMnO4, восстановитель: Cl−.
г) K2Cr2O7 + 14 HCl → 2 KCl + 2 CrCl3 + 3 Cl2 + 7 H2O. Cr в Cr2O7^2− имеет +6 → +3 (принимает 3 e− на атом Cr), суммарно восстанавливает и даёт место для окисления Cl− → Cl2. Окислитель: K2Cr2O7, восстановитель: Cl−.
д) KClO3 + 6 HCl → KCl + 3 Cl2 + 3 H2O. Хлор в ClO3− (+5) восстанавливается до Cl−, а часть Cl− окисляется до Cl2; в сумме получаем указанное соотношение. Окислитель: KClO3, восстановитель: HCl (Cl−).
42. Вычислите массу порошка железа, который необходимо сжечь в хлоре для получения 130 г хлорида железа (III). Рассчитайте массу и объем хлора (н. у.), который потребуется для получения такой порции продукта.
Mr(FeCl3)=55.85+3·35.45=162.20 г·моль−1. Число молей FeCl3 = 130 / 162.20 = 0.80148 моль. По уравнению 2 Fe + 3 Cl2 → 2 FeCl3 1 моль Fe даёт 1 моль FeCl3, следовательно требуется 0.80148 моль Fe, масса Fe = 0.80148·55.85 = 44.76 г. Хлора нужно 1.5 моль Cl2 на 1 моль Fe, значит n(Cl2)=1.5·0.80148=1.20222 моль, масса Cl2 = 1.20222·(2·35.45)=85.24 г, объём при н.у. (22,4 л/моль) V = 1.20222·22.4 = 26.93 л.
43. Вычислите массу хлорида сурьмы (III), который образуется при сгорании 61 г сурьмы. Рассчитайте массу и объем хлора, необходимого для реакции.
Mr(Sb) ≈ 121.76 г·моль−1, Mr(SbCl3)=121.76+3·35.45=228.11 г·моль−1. n(Sb)=61 / 121.76 = 0.50099 моль. Тогда масса SbCl3 = 0.50099·228.11 = 114.28 г. Хлора потребуется n(Cl2)=1.5·n(Sb)=0.75148 моль, масса Cl2 = 0.75148·70.90 = 53.28 г, объём при н.у. V = 0.75148·22.4 = 16.83 л.
44. Порцию оксида меди (II) обработали водородом. Образовавшуюся медь сожгли в хлоре, в результате чего образовалось 13,5 г хлорида. Вычислите массу исходного оксида меди (II).
Пусть получился CuCl2 (Cu в степени +2). Mr(CuCl2)=63.55+2·35.45=134.45 г·моль−1. n(CuCl2)=13.5 / 134.45 = 0.10041 моль. Тогда масса меди, образовавшейся при восстановлении, m(Cu)=n·63.55 = 0.10041·63.55 = 6.381 г. Поскольку в реакции восстановления CuO + H2 → Cu + H2O 1 моль CuO даёт 1 моль Cu, масса исходного CuO = n·Mr(CuO) = 0.10041·(63.55+16.00)=0.10041·79.55 = 7.9875 г.
45. Вычислите объемы хлора и водорода, необходимых для получения 25 л хлороводорода (объемы газов даются при одинаковых условиях).
Реакция H2 + Cl2 → 2 HCl. По объёмам при одинаковых условиях: 1 объём H2 даёт 2 объёма HCl при полном реагировании с 1 объёмом Cl2. Для получения 25 л HCl требуется по стехиометрии 12.5 л H2 и 12.5 л Cl2 (при тех же условиях).
46. При сгорании в хлоре 12,8 г порошка некоторого металла образовалось 27 г хлорида, в котором данный металл двухвалентен. Порошок какого металла сожгли?
Дано: масса металла 12.8 г, масса хлорида (MCl2) = 27.0 г; металл двухвалентен, значит продукт MCl2. Масса хлора в продукте = 27.0 − 12.8 = 14.2 г. Составим соотношение: количество вещества металла n = 12.8 / A, количество вещества хлорида n = 27.0 / (A + 2·35.45). Эти числа равны (1:1), решаем уравнение 12.8 / A = 27.0 / (A + 70.90). Из решения получается A ≈ 63.9, что близко к атомной массе меди (Cu ≈ 63.55). Следовательно сжгли медь.
47. При сгорании в хлоре 224 г порошка некоторого металла образовалось 650 г хлорида, в котором данный металл трехвалентен. О каком металле идет речь?
Обозначим атомную массу металла A. В хлориде имеет место формула MCl3 (металл трехвалентен), поэтому n(M) = 224 / A, n(MCl3) = 650 / (A + 3·35.45). Так как числа молей равны: 224 / A = 650 / (A + 106.35) ⇒ 224(A + 106.35) = 650 A 224·106.35 = 426 A ⇒ A = 224·106.35 / 426 = 23822.4 / 426 ≈ 55.92 г/моль. Атомная масса ≈55.9 соответствует железу (Fe, A ≈55.85). Ответ: металл — железо (Fe).
48. При пропускании хлора через раствор иодида калия образовалось 2,54 г иода. Вычислите массу иодида калия, находившегося в исходном растворе, а также массу и объем (н. у.) хлора, вступившего в реакцию.
Реакция: Cl2 + 2 KI → 2 KCl + I2. M(I2) = 2·126.90 = 253.80 г·моль−1. n(I2) = 2.54 / 253.80 ≈ 0.01001 моль. По стехиометрии 1 моль I2 образуется из 2 моль KI, значит n(KI) = 2·0.01001 = 0.02002 моль. M(KI) ≈ 39.10 + 126.90 = 166.00 г·моль−1 → m(KI) = 0.02002·166.00 ≈ 3.32 г. Cl2 расходуется 1:1 с I2, значит n(Cl2) = 0.01001 моль. m(Cl2) = 0.01001·70.90 ≈ 0.709 г. V(Cl2) при н.у. (22.4 л/моль) = 0.01001·22.4 ≈ 0.224 л ≈ 224 мл.
49. При пропускании хлора через раствор бромида натрия образовалось 4 г брома. Вычислите массу бромида натрия в исходном растворе, о также массу и объем (н. у.) хлора, вступившего в реакцию.
Реакция: Cl2 + 2 NaBr → 2 NaCl + Br2. M(Br2) = 2·79.90 = 159.80 г·моль−1. n(Br2) = 4.00 / 159.80 ≈ 0.02503 моль. Тогда n(NaBr) = 2·0.02503 = 0.05006 моль. M(NaBr) ≈ 22.99 + 79.90 = 102.89 г·моль−1 → m(NaBr) = 0.05006·102.89 ≈ 5.15 г. n(Cl2) = n(Br2) = 0.02503 моль → m(Cl2) = 0.02503·70.90 ≈ 1.77 г. V(Cl2) = 0.02503·22.4 ≈ 0.5607 л ≈ 561 мл.
50. Порошок алюминия массой 13,5 г добавили к порции брома массой 120 г. Вычислите массу образовавшегося бромида алюминия.
Реакция образования AlBr3: 2 Al + 3 Br2 → 2 AlBr3. M(Al) = 26.98 г·моль−1 → n(Al) = 13.5 / 26.98 ≈ 0.5004 моль. M(Br2) = 159.8 г·моль−1 → n(Br2) = 120 / 159.8 ≈ 0.7519 моль. Из стехиометрии на 1 моль Al требуется 1.5 моля Br2; для n(Al)=0.5004 требуется 0.5004·1.5 = 0.7506 моль Br2. Доступно 0.7519 моль Br2 → Br2 в избытке, алюминий лимитирующий реагент (практически полное потребление обоих). Моль AlBr3 = n(Al)·(2/2) = 0.5004 моль. M(AlBr3) = 26.98 + 3·79.90 = 266.68 г·моль−1 → m(AlBr3) = 0.5004·266.68 ≈ 133.4 г.
51. Даны вещества: оксид магния, оксид серы (IV), гидроксид цинка, сульфат натрия, карбонат магния. Выберите, с какими из данных веществ реагирует соляная кислота, и напишите уравнения возможных реакций.
MgO, SO2, Zn(OH)2, Na2SO4, MgCO3. С HCl реагируют основания, основные оксиды и карбонаты; кислотные оксиды и устойчивые соли обычно не реагируют с HCl (в типичных условиях). Следовательно реагируют: MgO, Zn(OH)2, MgCO3.
Уравнения: MgO + 2 HCl → MgCl2 + H2O. Zn(OH)2 + 2 HCl → ZnCl2 + 2 H2O. MgCO3 + 2 HCl → MgCl2 + CO2↑ + H2O.
SO2 — кислотный оксид (в воде даёт H2SO3), с HCl прямой реакции не даёт; Na2SO4 — соль слабой/сильной? (сильно растворима) с HCl обмена не происходит заметно (растворимые продукты).
52. Даны вещества: оксид меди (II), оксид фосфора (V), гидроксид кальция, нитрат калия, сульфид натрия. С какими из данных веществ реагирует соляная кислота? Напишите уравнения возможных реакций.
CuO, P2O5, Ca(OH)2, KNO3, Na2S. С HCl реагируют: CuO (основный оксид), Ca(OH)2 (основание), Na2S (с образованием H2S). KNO3 в водном растворе с HCl не даёт качественного видимого обмена (оба соляные/нитраты растворимы — при добавлении HCl в KNO3 теоретически возможен обмен KNO3 + HCl ⇄ KCl + HNO3, но в растворе это не служит стандартной реакцией распознавания). P2O5 — кислотный оксид; HCl сам по себе не «кислотный» хлорирующий агент для P2O5 в простых условиях, поэтому обычная реакция не приводится.
Уравнения: CuO + 2 HCl → CuCl2 + H2O. Ca(OH)2 + 2 HCl → CaCl2 + 2 H2O. Na2S + 2 HCl → 2 NaCl + H2S↑.
53. В трех склянках без этикеток находятся соляная кислота, раствор хлорида натрия, раствор нитрата натрия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из склянок?
Склянки: 1) HCl (раствор), 2) NaCl (раствор), 3) NaNO3 (раствор). Предлагаемый качественный план:
Проверить pH (лакмус): кислое — это HCl (определяется сразу).
У двух оставшихся (оба нейтральны) добавить раствор AgNO3: — если появляется белый осадок AgCl — в этой склянке есть Cl− → это NaCl. — склянка без осадка — NaNO3 (нитрат не даёт осадка с Ag+ в обычных условиях). Таким образом: кислотную — HCl, из оставшихся та, где при добавлении AgNO3 выпадает белый осадок — NaCl, другая — NaNO3.
54. В трех склянках без этикеток находятся соляная кислота, раствор хлорида бария, раствор нитрата калия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из склянок?
Склянки: HCl, BaCl2, KNO3. Порядок распознавания:
Определить кислоту (HCl) по pH (лакмус/индикатор) — она будет единственной кислой.
Между оставшимися нейтральными растворами распознать BaCl2 и KNO3. Добавить к каждой пробе раствор сульфата (например Na2SO4) или раствор SO4^2−: в присутствии Ba^2+ образуется осадок BaSO4 (белый, нерастворимый) — это BaCl2. KNO3 не даст осадка. Альтернативно можно добавить AgNO3: к BaCl2 выпадет белый AgCl, к KNO3 — ничего; но лучше реагент-идентификатор — Na2SO4 (BaSO4 не растворим).