27. Способи одержання оксидів, кислот, основ і солей (§ 31)

• Назад до змісту

27.1. Наведіть відомі вам способи одержання речовин: а) калій броміду; б) ферум(2+) сульфату; в) магній карбонату; г) літій гідроксиду; д) купрум(2+) гідроксиду; е) хром(3+) гідроксиду; ж) ортофосфатної кислоти; и) гідроген фториду; к) цинк оксиду; л) карбон(IV) оксиду. Запишіть рівняння відповідних реакцій, зазначте умови їх проведення.

а) Калій бромід — взаємодія лугу з бромідною кислотою (реакція нейтралізації за звичайних умов):
$\mathrm{KOH + HBr = KBr + H_2O}$

б) Ферум(2+) сульфат — взаємодія заліза з розбавленою сульфатною кислотою за кімнатної температури:
$\mathrm{Fe + H_2SO_4 = FeSO_4 + H_2\uparrow}$

в) Магній карбонат — реакція обміну між розчинною сіллю магнію та розчинним карбонатом у водному розчині:
$\mathrm{MgCl_2 + Na_2CO_3 = MgCO_3\downarrow + 2NaCl}$

г) Літій гідроксид — взаємодія лужного металу літію з водою за звичайних умов:
$\mathrm{2Li + 2H_2O = 2LiOH + H_2\uparrow}$

д) Купрум(2+) гідроксид — реакція розчинної солі купруму(II) з розчином лугу за звичайних умов:
$\mathrm{CuSO_4 + 2NaOH = Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4}$

е) Хром(3+) гідроксид — осадження амфотерного гідроксиду дією невеликої кількості розчину лугу на сіль хрому(III):
$\mathrm{CrCl_3 + 3NaOH = Cr(OH)_3\downarrow + 3NaCl}$

ж) Ортофосфатна кислота — взаємодія кислотного оксиду з гарячою водою:
$\mathrm{P_2O_5 + 3H_2O \xrightarrow{t^\circ} 2H_3PO_4}$

и) Гідроген фторид — дія концентрованої сульфатної кислоти на твердий кальцій фторид при нагріванні:
$\mathrm{CaF_2 + H_2SO_4(\text{конц.}) \xrightarrow{t^\circ} CaSO_4 + 2HF\uparrow}$

к) Цинк оксид — термічний розклад нерозчинного цинк гідроксиду під час нагрівання:
$\mathrm{Zn(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} ZnO + H_2O}$

л) Карбон(IV) оксид — дія хлоридної кислоти на кальцій карбонат за звичайних умов:
$\mathrm{CaCO_3 + 2HCl = CaCl_2 + CO_2\uparrow + H_2O}$

27.2. Уважно розгляньте малюнки двох досліджень. Зазначте, що ми будемо спостерігати в кожному прикладі в пробірці та склянці. Наведіть відповідні молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій, що підтверджують ваші висновки.

Перше дослідження (ліворуч):
У пробірці білий осад барій карбонату розчиняється з бурхливим виділенням безбарвного газу без запаху ($\mathrm{CO_2}$).
Молекулярне рівняння:
$\mathrm{BaCO_3 + 2HNO_3 = Ba(NO_3)_2 + CO_2\uparrow + H_2O}$
Повне йонне рівняння:
$\mathrm{BaCO_3 + 2H^+ + 2NO_3^- = Ba^{2+} + 2NO_3^- + CO_2\uparrow + H_2O}$
Скорочене йонне рівняння:
$\mathrm{BaCO_3 + 2H^+ = Ba^{2+} + CO_2\uparrow + H_2O}$

У склянці прозорий розчин вапняної води мутніє через утворення білого осаду кальцій карбонату.
Молекулярне рівняння:
$\mathrm{Ca(OH)_2 + CO_2 = CaCO_3\downarrow + H_2O}$
Повне йонне рівняння:
$\mathrm{Ca^{2+} + 2OH^- + CO_2 = CaCO_3\downarrow + H_2O}$
Скорочене йонне рівняння збігається з повним йонним.

Друге дослідження (праворуч):
У пробірці магній сульфіт розчиняється з виділенням безбарвного газу із різким запахом палаючої сірки ($\mathrm{SO_2}$).
Молекулярне рівняння:
$\mathrm{MgSO_3 + 2HCl = MgCl_2 + SO_2\uparrow + H_2O}$
Повне йонне рівняння:
$\mathrm{MgSO_3 + 2H^+ + 2Cl^- = Mg^{2+} + 2Cl^- + SO_2\uparrow + H_2O}$
Скорочене йонне рівняння:
$\mathrm{MgSO_3 + 2H^+ = Mg^{2+} + SO_2\uparrow + H_2O}$

У склянці забарвлення індикатора метилоранжу змінюється з помаранчевого на рожево-червоне, оскільки газ розчиняється у воді й утворює кисле середовище.
Рівняння утворення сульфітної кислоти:
$\mathrm{SO_2 + H_2O \rightleftarrows H_2SO_3}$
Дисоціація утвореної кислоти з утворенням йонів Гідрогену:
$\mathrm{H_2SO_3 \rightleftarrows H^+ + HSO_3^-}$

27.3. Прочитайте опис дослідження і виконайте завдання до нього. У 8 пробірок налили по 4 мл води й додали по дві краплі: • у пробірки 1–2 — водно-спиртового розчину фенолфталеїну; • у пробірки 3–5 — розчину лакмусу; • у пробірки 6–8 — спиртового екстракту барвників червоноголової капусти. Потім до кожної пробірки додали речовину, згідно з малюнком. Позначте кольоровими олівцями або фломастерами колір рідини в кожній пробірці після проведення експерименту. Для пробірок, у яких відбулися хімічні реакції, напишіть відповідні рівняння.

Колір рідини у пробірках після завершення досліду:

• Пробірка 1 ($\mathrm{FeO}$ + фенолфталеїн) — безбарвний (основний оксид не розчиняється у воді, луг не утворюється).
• Пробірка 2 ($\mathrm{K_2O}$ + фенолфталеїн) — малиновий (у розчині утворився сильний луг).
• Пробірка 3 ($\mathrm{CO_2}$ + лакмус) — червоний (у розчині утворилася кислота).
• Пробірка 4 ($\mathrm{BaO}$ + лакмус) — синій (у розчині утворився луг).
• Пробірка 5 ($\mathrm{K}$ + лакмус) — синій (у розчині утворився луг, виділяється водень).
• Пробірка 6 ($\mathrm{N_2O_5}$ + екстракт капусти) — рожево-червоний (у розчині утворилася нітратна кислота).
• Пробірка 7 ($\mathrm{CO}$ + екстракт капусти) — фіолетовий (несолетворний оксид не реагує з водою, середовище нейтральне).
• Пробірка 8 ($\mathrm{HBr}$ + екстракт капусти) — рожево-червоний (бромідна кислота дисоціює з утворенням кислого середовища).

Рівняння хімічних реакцій для пробірок, де відбулися перетворення:

• Пробірка 2: $\mathrm{K_2O + H_2O = 2KOH}$
• Пробірка 3: $\mathrm{CO_2 + H_2O \rightleftarrows H_2CO_3}$
• Пробірка 4: $\mathrm{BaO + H_2O = Ba(OH)_2}$
• Пробірка 5: $\mathrm{2K + 2H_2O = 2KOH + H_2\uparrow}$
• Пробірка 6: $\mathrm{N_2O_5 + H_2O = 2HNO_3}$
• Пробірка 8: $\mathrm{HBr \rightarrow H^+ + Br^-}$ (процес електролітичної дисоціації)

27.4. Прочитайте опис дослідження і виконайте завдання до нього. Безбарвні кристали певної неорганічної речовини А помістили в пробірку й нагріли до температури 450 °C. Через деякий час не залишилося твердого залишку, а в пробірці були випари бурого кольору. Після охолодження на дні пробірки зібралась срібляста рідина Б, над якою залишилися бурі випари. Газову фазу пропустили крізь дистильовану воду, унаслідок чого залишився невеликий об’єм безбарвного газу В, що підтримує горіння. Дослідження за допомогою рН-метру зафіксували в утвореному розчині речовини Г сильнокисле середовище. Також за допомогою якісних реакцій довели наявність у розчині нітрат-аніона. Визначте хімічні формули згаданих речовин і запишіть рівняння всіх хімічних реакцій.

Хімічні формули речовин:

• Речовина А — ртуть(II) нітрат $\mathrm{Hg(NO_3)_2}$ (термічно розкладається без твердого оксидного залишку).
• Речовина Б — ртуть $\mathrm{Hg}$ (рідкий сріблястий метал за кімнатної температури).
• Газ В — кисень $\mathrm{O_2}$ (підтримує горіння).
• Речовина Г — нітратна кислота $\mathrm{HNO_3}$ (утворює сильнокисле середовище і дає реакцію на нітрат-аніон).

Рівняння хімічних реакцій:

1. Термічний розклад кристалічного ртуть(II) нітрату:
   $\mathrm{2Hg(NO_3)_2 \xrightarrow{450^\circ\mathrm{C}} 2Hg + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow}$

2. Поглинання суміші нітроген(IV) оксиду та кисню дистильованою водою з утворенням нітратної кислоти:
   $\mathrm{4NO_2 + O_2 + 2H_2O = 4HNO_3}$

27.5. Як із хром(3+) хлориду одержати хром(3+) оксид? Запишіть відповідні рівняння реакцій та зазначте умови їх проведення.

Перетворення здійснюють у дві стадії за схемою: $\mathrm{CrCl_3 \rightarrow Cr(OH)_3 \rightarrow Cr_2O_3}$.

1. Осадження нерозчинного хром(III) гідроксиду дією стехіометричної кількості розчину лугу на розчин хром(III) хлориду без нагрівання (уникаючи надлишку лугу, в якому амфотерний гідроксид розчиняється):
   $\mathrm{CrCl_3 + 3NaOH = Cr(OH)_3\downarrow + 3NaCl}$

2. Прожарювання добутого осаду хром(III) гідроксиду за високої температури:
   $\mathrm{2Cr(OH)_3 \xrightarrow{t^\circ} Cr_2O_3 + 3H_2O}$

27.6. Для одержання кисню в шкільній лабораторії використали водний розчин гідроген пероксиду масою 400 г із масовою часткою 9 %. Запишіть план проведення цього досліду. Обчисліть об’єм одержаного кисню (н. у.) і масу алюміній оксиду, який можна одержати під час горіння в ньому металічного алюмінію.

План проведення досліду:

1. У колбу налити 400 г 9 % розчину гідроген пероксиду.
2. Внести невелику кількість манган(IV) оксиду як каталізатора для швидкого розкладу пероксиду без нагрівання.
3. Закрити колбу пробкою з газовідвідною трубкою та зібрати кисень у циліндр способом витіснення води або повітря.

Відомо:

• $m(\text{р-ну}) = 400\text{ г}$
• $w(\mathrm{H_2O_2}) = 9\%$ (або $0{,}09$)
• $V_m = 22{,}4\,\dfrac{\text{л}}{\text{моль}}$

Обчислити:

• $V(\mathrm{O_2}) - ?$
• $m(\mathrm{Al_2O_3}) - ?$

Розв’язання:

1. Знайдемо масу чистого гідроген пероксиду в розчині:
   $m(\mathrm{H_2O_2}) = m(\text{р-ну}) \cdot w(\mathrm{H_2O_2}) = 400\text{ г} \cdot 0{,}09 = 36\text{ г}$

2. Обчислимо молярну масу та кількість речовини гідроген пероксиду:
   $M(\mathrm{H_2O_2}) = 2 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 34\text{ г/моль}$
   $n(\mathrm{H_2O_2}) = \dfrac{m(\mathrm{H_2O_2})}{M(\mathrm{H_2O_2})} = \dfrac{36\text{ г}}{34\text{ г/моль}} = \dfrac{18}{17}\text{ моль} \approx 1{,}059\text{ моль}$

3. Складемо рівняння каталітичного розкладу гідроген пероксиду:
   $\mathrm{2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow}$
   За рівнянням реакції:
   $n(\mathrm{O_2}) = \dfrac{1}{2} n(\mathrm{H_2O_2}) = \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{18}{17}\text{ моль} = \dfrac{9}{17}\text{ моль} \approx 0{,}5294\text{ моль}$

4. Обчислимо об’єм одержаного кисню за нормальних умов:
   $V(\mathrm{O_2}) = n(\mathrm{O_2}) \cdot V_m = \dfrac{9}{17}\text{ моль} \cdot 22{,}4\,\dfrac{\text{л}}{\text{моль}} \approx 11{,}86\text{ л}$

5. Складемо рівняння горіння алюмінію в кисні:
   $\mathrm{4Al + 3O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2Al_2O_3}$
   За рівнянням реакції:
   $n(\mathrm{Al_2O_3}) = \dfrac{2}{3} n(\mathrm{O_2}) = \dfrac{2}{3} \cdot \dfrac{9}{17}\text{ моль} = \dfrac{6}{17}\text{ моль}$

6. Обчислимо молярну масу та масу утвореного алюміній оксиду:
   $M(\mathrm{Al_2O_3}) = 2 \cdot 27 + 3 \cdot 16 = 102\text{ г/моль}$
   $m(\mathrm{Al_2O_3}) = n(\mathrm{Al_2O_3}) \cdot M(\mathrm{Al_2O_3}) = \dfrac{6}{17}\text{ моль} \cdot 102\text{ г/моль} = 6 \cdot 6\text{ г} = 36\text{ г}$

Відповідь: $V(\mathrm{O_2}) \approx 11{,}86\text{ л}$; $m(\mathrm{Al_2O_3}) = 36\text{ г}$.

Самооцінювання роботи на уроці: