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.

Способи одержання та відповідні рівняння хімічних реакцій:

а) Калій бромід — взаємодія лугу з бромідною кислотою (реакція нейтралізації за звичайних умов):
$\text{KOH} + \text{HBr} = \text{KBr} + \text{H}_2\text{O}$

б) Ферум(2+) сульфат — взаємодія заліза з розбавленою сульфатною кислотою за звичайних умов:
$\text{Fe} + \text{H}_2\text{SO}_4(\text{розб.}) = \text{FeSO}_4 + \text{H}_2\uparrow$

в) Магній карбонат — взаємодія розчинної солі магнію з розчинним карбонатом у розчині:
$\text{MgCl}_2 + \text{Na}_2\text{CO}_3 = \text{MgCO}_3\downarrow + 2\text{NaCl}$

г) Літій гідроксид — взаємодія активного металу літію з водою за звичайних умов:
$2\text{Li} + 2\text{H}_2\text{O} = 2\text{LiOH} + \text{H}_2\uparrow$

д) Купрум(2+) гідроксид — взаємодія розчинної солі купруму(II) з лугом у розчині:
$\text{CuSO}_4 + 2\text{NaOH} = \text{Cu(OH)}_2\downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4$

е) Хром(3+) гідроксид — взаємодія розчинної солі хрому(III) з незначним надлишком лугу у розчині:
$\text{CrCl}_3 + 3\text{NaOH} = \text{Cr(OH)}_3\downarrow + 3\text{NaCl}$

ж) Ортофосфатна кислота — взаємодія фосфор(V) оксиду з гарячою водою:
$\text{P}_2\text{O}_5 + 3\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{t} 2\text{H}_3\text{PO}_4$

и) Гідроген фторид — взаємодія твердого кальцій фториду з концентрованою сульфатною кислотою при нагріванні:
$\text{CaF}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4(\text{конц.}) \xrightarrow{t} \text{CaSO}_4 + 2\text{HF}\uparrow$

к) Цинк оксид — термічне розкладання цинк гідроксиду при нагріванні:
$\text{Zn(OH)}_2 \xrightarrow{t} \text{ZnO} + \text{H}_2\text{O}$

л) Карбон(IV) оксид — взаємодія кальцій карбонату з хлоридною кислотою:
$\text{CaCO}_3 + 2\text{HCl} = \text{CaCl}_2 + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$

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 спостерігається розчинення білого осаду барій карбонату та бурхливе виділення безбарвного газу без запаху ($\text{CO}_2$).
  Молекулярне рівняння:
  $\text{BaCO}_3 + 2\text{HNO}_3 = \text{Ba(NO}_3)_2 + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$
  Повне йонне рівняння:
  $\text{BaCO}_3 + 2\text{H}^+ + 2\text{NO}_3^- = \text{Ba}^{2+} + 2\text{NO}_3^- + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$
  Скорочене йонне рівняння:
  $\text{BaCO}_3 + 2\text{H}^+ = \text{Ba}^{2+} + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$

• У склянці спостерігається помутніння прозорого розчину вапняної води внаслідок утворення білого осаду кальцій карбонату.
  Молекулярне рівняння:
  $\text{Ca(OH)}_2 + \text{CO}_2 = \text{CaCO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O}$
  Повне та скорочене йонне рівняння:
  $\text{Ca}^{2+} + 2\text{OH}^- + \text{CO}_2 = \text{CaCO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O}$

Друге дослідження (праворуч):

• У пробірці спостерігається розчинення магній сульфіту та виділення безбарвного газу із різким запахом паленої сірки ($\text{SO}_2$).
  Молекулярне рівняння:
  $\text{MgSO}_3 + 2\text{HCl} = \text{MgCl}_2 + \text{SO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$
  Повне йонне рівняння:
  $\text{MgSO}_3 + 2\text{H}^+ + 2\text{Cl}^- = \text{Mg}^{2+} + 2\text{Cl}^- + \text{SO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$
  Скорочене йонне рівняння:
  $\text{MgSO}_3 + 2\text{H}^+ = \text{Mg}^{2+} + \text{SO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$

• У склянці спостерігається зміна забарвлення індикатора метилоранжу з помаранчевого на червоний унаслідок розчинення газу та утворення кислого середовища.
  Молекулярне рівняння утворення сульфітної кислоти:
  $\text{SO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftarrows \text{H}_2\text{SO}_3$
  Рівняння дисоціації утвореної кислоти:
  $\text{H}_2\text{SO}_3 \rightleftarrows \text{H}^+ + \text{HSO}_3^-$

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.

Результати спостережень за забарвленням розчинів у пробірках:

• Пробірка 1 ($\text{FeO}$ + фенолфталеїн): розчин безбарвний (оксид не реагує з водою, середовище нейтральне).
• Пробірка 2 ($\text{K}_2\text{O}$ + фенолфталеїн): розчин малиновий (утворився луг, середовище лужне).
• Пробірка 3 ($\text{CO}_2$ + лакмус): розчин червоний (утворилася кислота, середовище кисле).
• Пробірка 4 ($\text{BaO}$ + лакмус): розчин синій (утворився луг, середовище лужне).
• Пробірка 5 ($\text{K}$ + лакмус): розчин синій (утворився луг, середовище лужне).
• Пробірка 6 ($\text{N}_2\text{O}_5$ + екстракт капусти): розчин рожевий (або червоний, утворилася кислота, середовище кисле).
• Пробірка 7 ($\text{CO}$ + екстракт капусти): розчин фіолетовий (оксид не реагує з водою, середовище нейтральне).
• Пробірка 8 ($\text{HBr}$ + екстракт капусти): розчин рожевий (або червоний, наявна кислота, середовище кисле).

Рівняння хімічних реакцій, що відбулися у пробірках:

• Пробірка 2: $\text{K}_2\text{O} + \text{H}_2\text{O} = 2\text{KOH}$
• Пробірка 3: $\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftarrows \text{H}_2\text{CO}_3$
• Пробірка 4: $\text{BaO} + \text{H}_2\text{O} = \text{Ba(OH)}_2$
• Пробірка 5: $2\text{K} + 2\text{H}_2\text{O} = 2\text{KOH} + \text{H}_2\uparrow$
• Пробірка 6: $\text{N}_2\text{O}_5 + \text{H}_2\text{O} = 2\text{HNO}_3$
• Пробірка 8: $\text{HBr} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Br}^-$ (електролітична дисоціація)

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.

Ідентифікація речовин:

• Речовина А — ртуть(II) нітрат ($\text{Hg(NO}_3)_2$).
• Речовина Б — ртуть ($\text{Hg}$).
• Газ В — кисень ($\text{O}_2$).
• Речовина Г — нітратна кислота ($\text{HNO}_3$).

Рівняння хімічних реакцій:

1. Термічне розкладання ртуть(II) нітрату при нагріванні:
   2\text{Hg(NO}_3)_2 \xrightarrow{450\,^\circ\text{C}} 2\text{Hg} + 4\text{NO}_2\uparrow + \text{O}_2\uparrow

2. Взаємодія нітроген(IV) оксиду з киснем та водою з утворенням нітратної кислоти:
   $4\text{NO}_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} = 4\text{HNO}_3$

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

Одержання хром(3+) оксиду з хром(3+) хлориду здійснюють у два етапи за схемою: $\text{CrCl}_3 \rightarrow \text{Cr(OH)}_3 \rightarrow \text{Cr}_2\text{O}_3$.

1. Взаємодія хром(III) хлориду з розчином лугу у звичайних умовах за відсутності надлишку лугу для осадження амфотерного гідроксиду:
   $\text{CrCl}_3 + 3\text{NaOH} = \text{Cr(OH)}_3\downarrow + 3\text{NaCl}$

2. Термічний розклад добутого хром(III) гідроксиду при нагріванні:
   $2\text{Cr(OH)}_3 \xrightarrow{t} \text{Cr}_2\text{O}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$

27. СПОСОБИ ОДЕРЖАННЯ ОКСИДІВ, КИСЛОТ, ОСНОВ І СОЛЕЙ (§ 31)

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 пробірку або конічну колбу налити 400 г 9 % розчину гідроген пероксиду $\text{H}_2\text{O}_2$.
2. Додати невелику кількість каталізатора — манган(IV) оксиду $\text{MnO}_2$ для прискорення реакції розкладу.
3. Швидко закрити пробірку пробкою з газовідвідною трубкою, кінець якої опустити у перевернуту циліндричну посудину з водою для збирання кисню методом витіснення води (або витіснення повітря).

Відомо:

• $m_{\text{р-ну}}(\text{H}_2\text{O}_2) = 400\text{ г}$
• $w(\text{H}_2\text{O}_2) = 9\% = 0{,}09$
• $V_m = 22{,}4\text{ л/моль}$
• $M(\text{H}_2\text{O}_2) = 34\text{ г/моль}$
• $M(\text{Al}_2\text{O}_3) = 102\text{ г/моль}$

Обчислити:

• $V(\text{O}_2)$
• $m(\text{Al}_2\text{O}_3)$

Розв’язання:

1. Обчислимо масу розчиненої речовини гідроген пероксиду:
   $m(\text{H}_2\text{O}_2) = m_{\text{р-ну}}(\text{H}_2\text{O}_2) \cdot w(\text{H}_2\text{O}_2) = 400\text{ г} \cdot 0{,}09 = 36\text{ г}$.

2. Обчислимо кількість речовини гідроген пероксиду:
   $n(\text{H}_2\text{O}_2) = \dfrac{m(\text{H}_2\text{O}_2)}{M(\text{H}_2\text{O}_2)} = \dfrac{36\text{ г}}{34\text{ г/моль}} = \dfrac{18}{17}\text{ моль} \approx 1{,}0588\text{ моль}$.

3. Запишемо рівняння реакції розкладу гідроген пероксиду:
   $2\text{H}_2\text{O}_2 \xrightarrow{\text{MnO}_2} 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2\uparrow$

За рівнянням реакції:
$n(\text{O}_2) = \dfrac{1}{2} n(\text{H}_2\text{O}_2) = \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{18}{17}\text{ моль} = \dfrac{9}{17}\text{ моль} \approx 0{,}5294\text{ моль}$.

4. Обчислимо об’єм одержаного кисню за нормальних умов:
   $V(\text{O}_2) = n(\text{O}_2) \cdot V_m = \dfrac{9}{17}\text{ моль} \cdot 22{,}4\text{ л/моль} \approx 11{,}86\text{ л}$.

5. Запишемо рівняння реакції горіння алюмінію в кисні:
   $4\text{Al} + 3\text{O}_2 \xrightarrow{t} 2\text{Al}_2\text{O}_3$

За рівнянням реакції:
$n(\text{Al}_2\text{O}_3) = \dfrac{2}{3} n(\text{O}_2) = \dfrac{2}{3} \cdot \dfrac{9}{17}\text{ моль} = \dfrac{6}{17}\text{ моль} \approx 0{,}3529\text{ моль}$.

6. Обчислимо масу алюміній оксиду:
   $m(\text{Al}_2\text{O}_3) = n(\text{Al}_2\text{O}_3) \cdot M(\text{Al}_2\text{O}_3) = \dfrac{6}{17}\text{ моль} \cdot 102\text{ г/моль} = 6 \cdot 6\text{ г} = 36\text{ г}$.

Відповідь:
Об’єм одержаного кисню становить $11{,}86\text{ л}$, маса алюміній оксиду дорівнює $36\text{ г}$.