Практикум із прогнозування перебігу хімічних реакцій та відновлення пропусків у схемах.

• ← Назад до змісту довідника

1. Тренування за всіма класами хімічних сполук. Частина 2

Відновлення пропусків у схемах хімічних реакцій

Завдання на підбір невідомого реагенту базуються на порівнянні якісного та кількісного складу вихідних речовин і продуктів реакції з урахуванням закону збереження маси.

1. Схема $\mathrm{Ca} + \dots = \mathrm{CaSO_4} + \mathrm{H_2}\uparrow$

💡 Кислотний залишок $\mathrm{SO_4}$ не може перебувати у вільному стані. До групи $\mathrm{SO_4}$ обов’язково має бути приєднаний катіон Гідрогену або металу.

Оскільки серед продуктів є вільний водень $\mathrm{H_2}$, до сульфатного залишку приєднуємо Гідроген — отримуємо сульфатну кислоту $\mathrm{H_2SO_4}$. Активний кальцій витісняє водень:

$\mathrm{Ca} + \mathrm{H_2SO_4} = \mathrm{CaSO_4} + \mathrm{H_2}\uparrow$

2. Схема $\mathrm{SO_3} + \dots = \mathrm{CaSO_4}$

Для відновлення реагенту враховуємо два чинники:

1. Закон збереження маси: у сульфур(VI) оксиді $\mathrm{SO_3}$ є $3$ атоми Оксигену, а в солі $\mathrm{CaSO_4}$ — $4$ атоми. Отже, разом із Кальцієм має надійти ще один атом Оксигену.
2. Хімічні властивості: кислотні оксиди не взаємодіють із чистими металами, проте реагують з основними оксидами: кислотний оксид + основний оксид = сіль.

Невідомим реагентом є кальцій оксид $\mathrm{CaO}$:

$\mathrm{SO_3} + \mathrm{CaO} = \mathrm{CaSO_4}$

3. Схема $\mathrm{N_2O_5} + \dots = \mathrm{HNO_3}$

💡 Більшість кислотних оксидів під час взаємодії з водою утворюють відповідні кислоти.

Кислотному нітроген(V) оксиду $\mathrm{N_2O_5}$ відповідає нітратна кислота $\mathrm{HNO_3}$. Для її одержання додаємо воду:

$\mathrm{N_2O_5} + \mathrm{H_2O} = 2\mathrm{HNO_3}$

Перевірка кількості атомів:

• Нітроген: зліва $2$ атоми, тому перед $\mathrm{HNO_3}$ ставимо коефіцієнт $2$;
• Оксиген: зліва $5 + 1 = 6$, справа $2 \cdot 3 = 6$ — рівняння урівняно.

4. Схема $\mathrm{CaO} + \dots = \mathrm{CaCO_3}$

Для утворення кальцій карбонату потрібен Карбон та ще один атом Оксигену ($3 - 1 = 2$). Додаємо кислотний карбон(IV) оксид $\mathrm{CO_2}$.

Карбонатна кислота $\mathrm{H_2CO_3}$ сюди не підходить: у реакції основного оксиду з кислотою обов’язково виділяється вода. Оскільки справа зазначена лише одна речовина ($\mathrm{CaCO_3}$), відбувається реакція сполучення двох оксидів:

$\mathrm{CaO} + \mathrm{CO_2} = \mathrm{CaCO_3}$

5. Схема $\mathrm{Ca(OH)_2} + \dots = \mathrm{CaSO_4} + \mathrm{H_2O}$

У правій частині схеми з’явився сульфатний залишок $\mathrm{SO_4}$ та утворилася вода. Отже, до основи додаємо сульфатну кислоту $\mathrm{H_2SO_4}$ (реакція нейтралізації):

$\mathrm{Ca(OH)_2} + \mathrm{H_2SO_4} = \mathrm{CaSO_4} + 2\mathrm{H_2O}$

Зліва міститься $4$ атоми Гідрогену ($2$ в основі та $2$ в кислоті), тому перед формулою $\mathrm{H_2O}$ ставимо коефіцієнт $2$.

6. Схема $\mathrm{P_2O_5} + \dots = \mathrm{Ca_3(PO_4)_2} + \mathrm{H_2O}$

До кислотного фосфор(V) оксиду необхідно додати сполуку Кальцію. Наявність води серед продуктів свідчить про те, що другим реагентом є основа — кальцій гідроксид $\mathrm{Ca(OH)_2}$:

$\mathrm{P_2O_5} + 3\mathrm{Ca(OH)_2} = \mathrm{Ca_3(PO_4)_2} + 3\mathrm{H_2O}$

Урівнювання:

• $3$ атоми $\mathrm{Ca}$ у складі солі вимагають коефіцієнта $3$ перед $\mathrm{Ca(OH)_2}$;
• $2$ атоми $\mathrm{P}$ урівняні;
• Гідроген: зліва $3 \cdot 2 = 6$ атомів, отже, перед $\mathrm{H_2O}$ ставимо коефіцієнт $3$.

Прогнозування реакцій із сульфатною кислотою

💡 Речовини взаємодіють із протилежними за хімічним характером сполуками: кислота реагує з основними оксидами, основами, солями (за умови утворення осаду, газу або води) та металами, розташованими в ряді активності до водню. Сполуки однакового хімічного характеру (кислота з кислотою чи кислотним оксидом) не реагують.

Аналіз можливості взаємодії речовин із розчином сульфатної кислоти $\mathrm{H_2SO_4}$:

1. Взаємодія з натрій оксидом $\mathrm{Na_2O}$

• Клас речовини: $\mathrm{Na_2O}$ — основний оксид.
• Основний оксид взаємодіє з кислотою з утворенням солі та води:
  $\mathrm{Na_2O} + \mathrm{H_2SO_4} = \mathrm{Na_2SO_4} + \mathrm{H_2O}$

2. Взаємодія з міддю $\mathrm{Cu}$

• Клас речовини: $\mathrm{Cu}$ — метал.
• За рядом активності металів Купрум розташований після водню ($\mathrm{H}$), тому розведена сульфатна кислота з ним не реагує:
  $\mathrm{Cu} + \mathrm{H_2SO_4} \neq$

3. Взаємодія з барій гідроксидом $\mathrm{Ba(OH)_2}$

• Клас речовини: $\mathrm{Ba(OH)_2}$ — розчинна основа (луг).
• Відбувається реакція нейтралізації з утворенням нерозчинного осаду:
  $\mathrm{Ba(OH)_2} + \mathrm{H_2SO_4} = \mathrm{BaSO_4}\downarrow + 2\mathrm{H_2O}$

4. Взаємодія з сульфур(VI) оксидом $\mathrm{SO_3}$

• Клас речовини: $\mathrm{SO_3}$ — кислотний оксид.
• Сполуки кислотного характеру між собою не взаємодіють:
  $\mathrm{SO_3} + \mathrm{H_2SO_4} \neq$

5. Взаємодія з хлоридною кислотою $\mathrm{HCl}$

• Клас речовини: $\mathrm{HCl}$ — кислота.
• Кислота з кислотою не реагує:
  $\mathrm{HCl} + \mathrm{H_2SO_4} \neq$

6. Взаємодія з барій хлоридом $\mathrm{BaCl_2}$

• Клас речовини: $\mathrm{BaCl_2}$ — сіль.
• Реакція обміну між кислотою та сіллю перебігає до кінця завдяки утворенню білого нерозчинного осаду барій сульфату $\mathrm{BaSO_4}$:
  $\mathrm{BaCl_2} + \mathrm{H_2SO_4} = \mathrm{BaSO_4}\downarrow + 2\mathrm{HCl}$

7. Взаємодія з магнієм $\mathrm{Mg}$

• Клас речовини: $\mathrm{Mg}$ — активний метал.
• Магній розташований у ряді активності ліворуч від водню, тому витісняє його з кислоти:
  $\mathrm{Mg} + \mathrm{H_2SO_4} = \mathrm{MgSO_4} + \mathrm{H_2}\uparrow$

Аналіз попарних реакцій речовин

1. $\mathrm{Ag} + \mathrm{HCl}$

Аргентум у ряді активності металів розташований після водню. Реакція заміщення не відбувається:
$\mathrm{Ag} + \mathrm{HCl} \neq$

2. $\mathrm{Mg} + \mathrm{HCl}$

Магній стоїть у ряді активності до водню. Магній двовалентний ($\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Mg}}$), хлоридний залишок одновалентний ($\overset{\mathrm{I}}{\mathrm{Cl}}$):
$\mathrm{Mg} + 2\mathrm{HCl} = \mathrm{MgCl_2} + \mathrm{H_2}\uparrow$

3. $\mathrm{Na_2O} + \mathrm{SO_2}$

Основний оксид взаємодіє з кислотним оксидом з утворенням натрій сульфіту:
$\mathrm{Na_2O} + \mathrm{SO_2} = \mathrm{Na_2SO_3}$

4. $\mathrm{NaOH} + \mathrm{FeSO_4}$

Луг реагує з розчинною сіллю, якщо хоча б один із продуктів випадає в осад. Утворюється зеленкуватий осад ферум(II) гідроксиду:
$2\mathrm{NaOH} + \mathrm{FeSO_4} = \mathrm{Fe(OH)_2}\downarrow + \mathrm{Na_2SO_4}$

5. $\mathrm{SO_3} + \mathrm{H_2O}$

Сульфур(VI) оксид є ангідридом сульфатної кислоти; під час гідратації утворюється кислота:
$\mathrm{SO_3} + \mathrm{H_2O} = \mathrm{H_2SO_4}$

6. $\mathrm{P_2O_5} + \mathrm{SO_3}$

Обидва оксиди є кислотними. Сполуки однакової хімічної природи не взаємодіють:
$\mathrm{P_2O_5} + \mathrm{SO_3} \neq$

7. $\mathrm{H_3PO_4} + \mathrm{SO_2}$

Кислота та кислотний оксид мають однаковий кислотний характер, взаємодія відсутня:
$\mathrm{H_3PO_4} + \mathrm{SO_2} \neq$

Завдання для самоконтролю (Домашнє завдання)

Завдання 1. Визначте, які з наведених речовин вступають у реакцію з хлоридною кислотою: $\mathrm{Zn}$, $\mathrm{MgO}$, $\mathrm{H_3PO_4}$, $\mathrm{NaOH}$, $\mathrm{CO_2}$, $\mathrm{AgNO_3}$, $\mathrm{Hg}$. Складіть відповідні рівняння реакцій.

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 1

Аналіз можливості взаємодії речовин із $\mathrm{HCl}$:

• $\mathrm{Zn}$ — метал ліворуч від водню: реагує з виділенням газу $\mathrm{H_2}$;
• $\mathrm{MgO}$ — основний оксид: реагує з утворенням солі та води;
• $\mathrm{H_3PO_4}$ — кислота: сполуки одного класу не реагують ($\neq$);
• $\mathrm{NaOH}$ — основа: реагує з утворенням солі та води;
• $\mathrm{CO_2}$ — кислотний оксид: сполуки кислотного характеру не взаємодіють ($\neq$);
• $\mathrm{AgNO_3}$ — сіль: реагує з утворенням білого сирнистого осаду $\mathrm{AgCl}\downarrow$;
• $\mathrm{Hg}$ — метал праворуч від водню: реакція не відбувається ($\neq$).

Рівняння можливих реакцій:

1. $\mathrm{Zn} + 2\mathrm{HCl} = \mathrm{ZnCl_2} + \mathrm{H_2}\uparrow$
2. $\mathrm{MgO} + 2\mathrm{HCl} = \mathrm{MgCl_2} + \mathrm{H_2O}$
3. $\mathrm{NaOH} + \mathrm{HCl} = \mathrm{NaCl} + \mathrm{H_2O}$
4. $\mathrm{AgNO_3} + \mathrm{HCl} = \mathrm{AgCl}\downarrow + \mathrm{HNO_3}$

Завдання 2. Складіть рівняння можливих реакцій між запропонованими речовинами:

• $\mathrm{Mg} + \mathrm{H_2SO_4} =$
• $\mathrm{CaO} + \mathrm{SO_3} =$
• $\mathrm{Cu} + \mathrm{H_3PO_4} =$
• $\mathrm{HCl} + \mathrm{SiO_2} =$
• $\mathrm{CuO} + \mathrm{H_2O} =$
• $\mathrm{HNO_3} + \mathrm{Na_2SO_4} =$
• $\mathrm{KOH} + \mathrm{MgCl_2} =$
• $\mathrm{P_2O_5} + \mathrm{H_2O} =$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 2

1. $\mathrm{Mg} + \mathrm{H_2SO_4} = \mathrm{MgSO_4} + \mathrm{H_2}\uparrow$
   (метал до водню витісняє водень із розведеної кислоти)

2. $\mathrm{CaO} + \mathrm{SO_3} = \mathrm{CaSO_4}$
   (основний оксид + кислотний оксид = сіль)

3. $\mathrm{Cu} + \mathrm{H_3PO_4} \neq$
   (Купрум розташований у ряді активності праворуч від водню)

4. $\mathrm{HCl} + \mathrm{SiO_2} \neq$
   (кислота не реагує з кислотним оксидом)

5. $\mathrm{CuO} + \mathrm{H_2O} \neq$
   (з водою реагують лише оксиди лужних і лужноземельних металів; купрум(II) оксид є нерозчинним у воді)

6. $\mathrm{HNO_3} + \mathrm{Na_2SO_4} \neq$
   (у результаті реакції обміну не виділяється газ, не випадає осад і не утворюється вода)

7. $2\mathrm{KOH} + \mathrm{MgCl_2} = \mathrm{Mg(OH)_2}\downarrow + 2\mathrm{KCl}$
   (луг реагує з сіллю з утворенням нерозчинної основи магній гідроксиду)

8. $\mathrm{P_2O_5} + 3\mathrm{H_2O} = 2\mathrm{H_3PO_4}$
   (кислотний оксид із гарячою водою утворює ортофосфатну кислоту)

• ← Назад до змісту довідника