Химические реакции
Определение продуктов химической реакции по формулам исходных веществ
Правила определения продуктов химической реакции по формулам исходных веществ
Рассмотрим алгоритм одного из самых важных этапов в составлении химического уравнения – этап определения продуктов реакции по формулам исходных веществ.
Правило 1. Реакция кислоты с основанием происходит с образованием соли и воды.
HNO3 + Fe(OH)3 ® Fe(NO3)3 + H2O
кислота основание соль вода
Правило 2. Реакция кислоты с оснóвным оксидом происходит с образованием соли и воды.
H2SO4 + K2O ® K2SO4 + H2O
Правило 3. Реакция кислоты с металлом происходит с образованием cоли и водорода .
H3PO4 + Na ® Na3PO4 + H2
кислота металл соль водород
В этом случае тоже образуется соль, но вместо воды получается ВОДОРОД - летучее вещество (газ), поэтому, справа от молекулы водорода записывают стрелку вверх Н2 .
Железо Fe, реагируя с растворами кислот (кроме азотной кислоты HNO3), всегда образует соли с валентностью II, например:
HCl + Fe ® FeCl2 + H2
кислота металл соль водород
Правило 4. Реакция соли с металлом происходит с образованием соли и металла.
CuCl2 + Zn ® ZnCl2 + Cu ¯
cоль металл соль металл
Как металл отличить от неметалла было рассмотрено ранее (вспомните «лесенку» в таблице)
В этом случае другая соль образуется из исходного металла и кислотного остатка исходной соли. При этом образующийся металл выпадает в осадок ¯, так как, металлы в воде не растворяются.
Железо, реагируя с растворами солей, всегда образует новые соли с валентностью II, например:
AgNO3 + Fe ® Fe(NO3)2 + Сu ¯
cоль металл соль металл
Правило 5. Реакция соли с солью происходит с образованием двух других солей.
AgNO3 + FeCl3 ® AgCl ¯ + Fe(NO3)3
соль соль соль соль
Правило 6. Реакция соли с основанием происходит с образованием другого основания и другой соли.
NaOH + CuSO4 ® Cu(OH)2 + Na2SO4
основание соль основание соль
Правило 7. Реакция основания с кислотным оксидом происходит с образованием соли и воды.
KOH + SO3 ® K2SO4 + H2O
основание кислотный соль вода
К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов , которым соответствуют кислородсодержащие кислоты (см. §).
Чтобы определить по кислотному оксиду соль какой кислоты должна образоваться, необходимо путем “сложения” добавить к формуле кислотного оксида одну или несколько молекул воды. Если в оксиде 1 атом неметалла добавить 1 молекулу воды. Результат сложения разделить на два:
Кислотный оксид
серной кислоты:
Кислотный оксид
угольной кислоты:
Кислотный оксид
сернистой кислоты:
Кислотный оксид
кремниевой кислоты:
С оксидами, в которых содержится 2 атома неметалла, поступают следующим образом. К оксиду азота (V) (N2O5) необходимо добавить 1 молекулу воды, к оксиду фосфора (V) (P2O5) 3 молекулы воды. Результат сложения разделить на два:
Кислотный оксид азотной кислоты
Кислотный оксид фосфорной кислоты
Правило 8. Реакция оснóвного оксида с кислотным оксидом происходит с образованием соли.
Na2O + CO2 ® Na2CO3
оснóвный кислотный соль
оксид оксид
Принцип нахождения кислотного остатка образующейся соли объяснён в правиле 7.
Правило 9. Реакция кислоты с cолью происходит с образованием другой соли и другой кислоты.
HCl + K2S ® KCl + H2S
кислота соль соль кислота
Если в результате реакций этого типа получаются угольная H2CO3 или сернистая H2SO3 кислоты, то записывают не их формулу, а формулу соответствующего им кислотного оксида и воды, потому что, эти кислоты имеют непрочные молекулы разлагающиеся при образовании:
K2CO3 + HNO3 ® KNO3 + CO2 + H2O
их записывают вместо молекул H2CO3
CaSO3 + HCl ® CaCl2 + SO2 + H2O
их записывают вместо молекул H2SO3
Если вам необходимо найти алгоритм конкретной реакции, определите классы реагирующих веществ и посмотрите в маленькое оглавление:
Вещества каких классов реагируют
На какой странице можно
найти информацию
1. Реакция кислоты с основанием……………….………………..
2. Реакция кислоты с оснóвным оксидом……….………………..
3. Реакция кислоты с металлом………………….………………..
4. Реакция соли с металлом……………………………………….
5. Реакция соли с солью………………………….………………..
6. Реакция соли с основанием……………………………………..
7. Реакция основания с кислотным оксидом…………………….
8. Реакция оснóвного оксида с кислотным оксидом…………….
9. Реакция кислоты с cолью……..……………….………………..
Если данная вам реакция не подходит ни под один из типов в оглавлении, значит, либо эта реакция невозможна, либо вы её изучите позднее в 9-11 классах.
Перед вами стоит цель научиться по формулам исходных веществ определять продукты в химических реакциях и записывать их схемы.
Примеры рассуждений при выполнении упражнений
Тип 1. Кислота + Основание ®
Задание 1. Составьте схему реакции: H2SO4 + Al(OH)3 ®
Что необходимо сделать
Выполненное действие
кислота основание
H2SO4 + Al(OH)3 ®
2. Вспомните, какие вещества получаются в результате реакции кислоты с основанием.
КИСЛОТА + ОСНОВАНИЕ ® СОЛЬ + ВОДА
3. В правой части схемы запишите рядом металл основания Al и кислотный остаток кислоты SO4. Поставьте знак плюс и напишите формулу воды H2O.
кислота основание соль вода
H2SO4 + Al(OH)3 ® Al SO4 + H2O
кислота основание III II вода
H2SO4 + Al(OH)3 ® Al2(SO4)3 + H2O
Тип 2. Кислота + Осн ó вный оксид ®
Оснóвные оксиды состоят из металла и кислорода. Как металл отличить от неметалла было рассмотрено ранее
Задание 2. Составьте схему реакции: HNO3 + BaO ®
Что необходимо сделать
Выполненное действие
1. Определите к каким классам, принадлежат реагирующие вещества
кислота оснóвный оксид
2. Вспомните, какие вещества получаются в результате реакции кислоты с оснóвным оксидом.
КИСЛОТА + ОСНÓВНЫЙ ОКСИД ® СОЛЬ + ВОДА
3. В правой части схемы запишите рядом металл оснóвного оксида Ва и кислотный остаток кислоты NO3. Поставьте знак плюс и напишите формулу воды H2O.
кислота оснóвный оксид соль вода
HNO3 + BaO ® BaNO3 + H2O
4. Составьте формулу образующейся соли по валентности или степени окисления
кислота оснóвный оксид II I вода
HNO3 + BaO ® Ba(NO3)2 + H2O
Тип 3. Кислота + Металл ®
Как металл отличить от неметалла было рассмотрено ранее
Задание 3. Составьте схему реакции: Mg + H3PO4 ®
Что необходимо сделать
Выполненное действие
1. Определите к каким классам, принадлежат реагирующие вещества
кислота металл
2. Вспомните, какие вещества получаются в результате реакции кислоты с металлом.
КИСЛОТА + МЕТАЛЛ ® СОЛЬ + H2
3. В правой части схемы запишите рядом металл Mg и кислотный остаток кислоты PO4. Поставьте знак плюс и напишите формулу водорода H2.
Кислота металл соль водород
H3PO4 + Mg ® Mg PO4 + H2
4. Составьте формулу образующейся соли по валентности или степени окисления
кислота металл II III водород
H3PO4 + Mg ® Mg3(PO4)2 + H2
Тип 4. C оль + Металл ®
Как металл отличить от неметалла было рассмотрено ранее
Задание 4. Составьте схему реакции: AgNO3 + Zn ®
Что необходимо сделать
Выполненное действие
1. Определите к каким классам, принадлежат реагирующие вещества
cоль металл
2. Вспомните, какие вещества получаются в результате реакции соли с металлом:
СОЛЬ + МЕТАЛЛ ® ДРУГАЯ СОЛЬ + ДРУГОЙ МЕТАЛЛ ¯
3. В правой части схемы запишите рядом исходный металл Zn и кислотный остаток соли NO3. Поставьте знак плюс и напишите формулу металла из исходной соли Ag.
Cоль металл соль металл
AgNO3 + Zn ® ZnNO3 + Ag ¯
4. Составьте формулу образующейся соли по валентности или степени окисления
cоль металл II I металл
AgNO3 + Zn ® Zn(NO3)2 + Ag ¯
Тип 5. C оль + Соль ®
Задание 5. Составьте схему реакции: BaCl2 + Fe2(SO4)3 ®
Что необходимо сделать
Выполненное действие
1. Определите к каким классам, принадлежат реагирующие вещества
соль соль
BaCl2 + Fe2(SO4)3 ®
2. Вспомните, какие вещества получаются в результате реакции между солями:
СОЛЬ + СОЛЬ ® ДРУГАЯ СОЛЬ + ДРУГАЯ СОЛЬ
В этом случае две новых соли образуются в результате обмена составными частями исходных солей.
3. В правой части схемы запишите рядом составные части продуктов - двух солей, поменяв местами в исходных солях металлы.
соль соль соль соль
BaCl2 + Fe2(SO4)3 ® FeCl + BaSO4
4. Составьте формулы образующихся солей по валентности или степени окисления
Валентности металлов в продуктах реакции такие же как в исходных солях.
II III III I II II
BaCl2 + Fe2(SO4)3 ® FeCl3 + BaSO4
соль соль соль соль
Тип 6. C оль + Основание ®
Задание 6. Составьте схему реакции: NaOH + MgSO4 ®
Что необходимо сделать
Выполненное действие
1. Определите к каким классам, принадлежат реагирующие вещества
основание соль
2. Вспомните, какие вещества получаются в результате реакции основания с солью:
СОЛЬ + ОСНОВАНИЕ ® СОЛЬ + ОСНОВАНИЕ
В этом случае другая соль и другое основание образуются в результате обмена составными частями исходных соли и основания.
3. В правой части схемы запишите рядом составные части продуктов - соли и основания, поменяв местами в исходных веществах металлы.
основание соль основание соль
NaOH + MgSO4 ® MgOH + NaSO4
4. Составьте формулы образующихся веществ по валентности или степени окисления
Валентности металлов в продуктах реакции такие же как в исходных веществах.
NaOH + MgSO4 ® Mg(OH)2 + Na2SO4
основание соль основание соль
Тип 7. Основание + Кислотный оксид ®
Задание 7. Составьте схему реакции: KOH + CO2 ®
Что необходимо сделать
Выполненное действие
1. Определите к каким классам, принадлежат реагирующие вещества
кислотный
основание оксид
2. Вспомните, какие вещества получаются в результате реакции основания с кислотным оксидом:
ОСНОВАНИЕ + КИСЛОТНЫЙ ОКСИД ® СОЛЬ + ВОДА
3. В правой части схемы запишите составные части соли: металл основания Ba и кислотный остаток SO4 той кислоты H2SO4, которая соответствует исходному кислотному оксиду SO3.
Поставьте знак и напишите формулу воды Н2О.
кислотный
основание оксид соль вода
KOH + CO2 ® KCO3 + H2O
4. Составьте формулу образующейся соли по валентности или степени окисления
Валентность металла в полученной соли такая же, как в исходном основании.
KOH + CO2 ® K2CO3 + H2O
основание кислотный соль вода
Тип 8. Оснóвный оксид + Кислотный оксид ®
В этом случае соль образуется в результате кислотно-оснóвной реакции. Чтобы составить формулу соли, необходимо понимать какая кислота соответствует кислотному оксиду (см. правило 7).
Задание 8. Составьте схему реакции: Na2O + P2O5 ®
Что необходимо сделать
Выполненное действие
1. Определите к каким классам, принадлежат реагирующие вещества
оснóвный кислотный
оксид оксид
2. Вспомните, какие вещества получаются в результате реакции основного оксида с кислотным оксидом:
ОСНОВНОЙ ОКСИД + КИСЛОТНЫЙ ОКСИД ® СОЛЬ
3. В правой части схемы запишите составные части соли: металл оснóвного оксида Na и кислотный остаток PO4 той кислоты H3PO4, которая соответствует исходному кислотному оксиду P2O5.
оснóвный кислотный
оксид оксид соль
Na2O + P2O5 ® NaPO4
4. Составьте формулу образующейся соли по валентности или степени окисления
Валентность металла в полученной соли такая же, как в исходном оснóвном оксиде.
б) Li + H3PO4 ® Li3PO4 + H2O
в) Zn(NO3)2 + LiOH ® ZnOH + Li(NO3)2
г) CаO + SO3 ® CaSO3
д) H2SO4 + Al2O3 ® Al2(SO4)3 + H2O
Задание 2Т. В каких схемах неправильно
а) K2S + CuCl2 ® KCl2 + CuS
б) Fe + H2SO4 ® Fe2(SO4)3 + H2
в) CO2 + K2O ® K2CO3
г) AgNO3 + Zn ® Zn(NO3)2 + Ag
д) KOH + SO2 ® S(OH)4 + K2O
Задание 3Т. В каких схемах правильно записаны формулы продуктов химической реакции:
а) Na3PO4 + CuCl2 ® CuPO4 + NaCl
б) BaCO3 + HNO3 ® Ba(NO3)2 + CO2 + H2O
в) Fe + CuSO4 ® FeSO4 + Cu
г) Cr2O3 + HCl ® CrCl3 + H2
д) N2O5 + NaOH ® NaNO3 + H2O
Задание 4Т. В каких схемах неправильно записаны формулы продуктов химической реакции:
а) SO3 + KOH ® K2SO3 + H2O
б) Na2SO3 + H3PO4 ® Na3PO4 + SO2 + H2O
в) HNO3 + CuO ® Cu(NO3)2 + H2O
г) Al2(SO4)3 + NaOH ® Al(OH)3 + Na2SO4
д) K + H2SO4 ® K2SO4 + H2O
Задание 5.
а) Cr2O3 + HNO3 ®
в) Fe(OH)3 + HCl ®
г) SO2 + NaOH ®
д) Fe + AgNO3 ®
е) Cr(OH)3 + H2SO4 ®
ж) SO3 + Na2O ®
з) Na2CO3 + HCl ®
и) Ca(OH)2 + FeCl3 ®
к) P2O5 + KOH ®
Задание 6. Запишите формулы продуктов в схемах химических реакций:
а) Al2(SO4)3 + BaCl2 ®
б) Mg(NO3)2 + NaOH ®
в) CaO + P2O5 ®
г) Сr2S3 + H3PO4 ®
д) Ag2O + HCl ®
е) CrCl3 + AgNO3 ®
ж) H3PO4 + Zn ®
з) HNO3 + Fe2O3 ®
и) Fe + Cu(NO3)2 ®
ОТНОШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ К КИСЛОТАМ
Чаще всего в химической практике используются такие сильные кислоты как серная H 2 SO 4 , соляная HCl и азотная HNO 3 . Далее рассмотрим отношение различных металлов к перечисленным кислотам.
Соляная кислота ( HCl )
Соляная кислота – это техническое название хлороводородной кислоты. Получают ее путем растворения в воде газообразного хлороводорода – HCl . Ввиду невысокой его растворимости в воде, концентрация соляной кислоты при обычных условиях не превышает 38%. Поэтому независимо от концентрации соляной кислоты процесс диссоциации ее молекул в водном растворе протекает активно:
HCl H + + Cl -
Образующиеся в этом процессе ионы водорода H + выполняют роль окислителя , окисляя металлы, расположенные в ряду активности левее водорода . Взаимодействие протекает по схеме:
Me + HCl соль + H 2
При этом соль представляет собой хлорид металла ( NiCl 2 , CaCl 2 , AlCl 3 ), в котором число хлорид-ионов соответствует степени окисления металла.
Соляная кислота является слабым окислителем, поэтому металлы с переменной валентностью окисляются ей до низших положительных степеней окисления :
Fe 0 → Fe 2+
Co 0 → Co 2+
Ni 0 → Ni 2+
Cr 0 → Cr 2+
Mn 0 → Mn 2+ и др .
Пример:
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2
2│ Al 0 – 3 e - → Al 3+ - окисление
3│2 H + + 2 e - → H 2 – восстановление
Соляная кислота пассивирует свинец ( Pb ). Пассивация свинца обусловлена образованием на его поверхности трудно растворимого в воде хлорида свинца ( II ), который защищает металл от дальнейшего воздействия кислоты:
Pb + 2 HCl → PbCl 2 ↓ + H 2
Серная кислота ( H 2 SO 4 )
В промышленности получают серную кислоту очень высокой концентрации (до 98%). Следует учитывать различие окислительных свойств разбавленного раствора и концентрированной серной кислоты по отношению к металлам.
Разбавленная серная кислота
В разбавленном водном растворе серной кислоты большинство ее молекул диссоциируют:
H 2 SO 4 H + + HSO 4 -
HSO 4 - H + + SO 4 2-
Образующиеся ионы Н + выполняют функцию окислителя .
Как и соляная кислота, разбавленный раствор серной кислоты взаимодействует только с металлами активными и средней активности (расположенными в ряду активности до водорода).
Химическая реакция протекает по схеме:
Ме + H 2 SO 4( разб .) → соль + H 2
Пример :
2 Al + 3 H 2 SO 4( разб .) → Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2
1│2Al 0 – 6e - → 2Al 3+ - окисление
3│2 H + + 2 e - → H 2 – восстановление
Металлы с переменной валентностью окисляются разбавленным раствором серной кислоты до низших положительных степеней окисления :
Fe 0 → Fe 2+
Co 0 → Co 2+
Ni 0 → Ni 2+
Cr 0 → Cr 2+
Mn 0 → Mn 2+ и др .
Свинец ( Pb ) не растворяется в серной кислоте (если ее концентрация ниже 80%) , так как образующаяся соль PbSO 4 нерастворима и создает на поверхности металла защитную пленку.
Концентрированная серная кислота
В концентрированном растворе серной кислоты (выше 68%) большинство молекул находятся в недиссоциированном состоянии, поэтому функцию окислителя выполняет сера , находящаяся в высшей степени окисления ( S +6 ). Концентрированная H 2 SO 4 окисляет все металлы, стандартный электродный потенциал которых меньше потенциала окислителя – сульфат-иона SO 4 2- (0,36 В). В связи с этим, с концентрированной серной кислотой реагируют и некоторые малоактивные металлы .
Процесс взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой в большинстве случаев протекает по схеме:
Me + H 2 SO 4 (конц.) соль + вода + продукт восстановления H 2 SO 4
Продуктами восстановления серной кислоты могут быть следующие соединения серы:
Практика показала, что при взаимодействии металла с концентрированной серной кислотой выделяется смесь продуктов восстановления, состоящая из H 2 S , S и SO 2. Однако, один из этих продуктов образуется в преобладающем количестве. Природа основного продукта определяется активностью металла : чем выше активность, тем глубже процесс восстановления серы в серной кислоте.
Взаимодействие металлов различной активности с концентрированной серной кислотой можно представить схемой:
Алюминий (Al ) и железо ( Fe ) не реагируют с холодной концентрированной H 2 SO 4 , покрываясь плотными оксидными пленками, однако при нагревании реакция протекает.
Ag , Au , Ru , Os , Rh , Ir , Pt не реагируют с серной кислотой.
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем , поэтому при взаимодействии с ней металлов, обладающих переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления , чем в случае с разбавленным раствором кислоты:
Fe 0 → Fe 3+ ,
Cr 0 → Cr 3+ ,
Mn 0 → Mn 4+ ,
Sn 0 → Sn 4+
Свинец ( Pb ) окисляется до двухвалентного состояния с образованием растворимого гидросульфата свинца Pb ( HSO 4 ) 2 .
Примеры:
Активный металл
8 A1 + 15 H 2 SO 4( конц .) →4A1 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3H 2 S
4│2 Al 0 – 6 e - → 2 Al 3+ - окисление
3│ S 6+ + 8 e → S 2- – восстановление
Металл средней активности
2 Cr + 4 H 2 SO 4(конц.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ - окисление
1│ S 6+ + 6 e → S 0 - восстановление
Металл малоактивный
2Bi + 6H 2 SO 4( конц .) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3SO 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – окисление
3│ S 6+ + 2 e → S 4+ - восстановление
Азотная кислота ( HNO 3 )
Особенностью азотной кислоты является то, что азот, входящий в состав NO 3 - имеет высшую степень окисления +5 и поэтому обладает сильными окислительными свойствами. Максимальное значение электродного потенциала для нитрат-иона равно 0,96 В, поэтому азотная кислота – более сильный окислитель, чем серная. Роль окислителя в реакциях взаимодействия металлов с азотной кислотой выполняет N 5+ . Следовательно, водород H 2 никогда не выделяется при взаимодействии металлов с азотной кислотой (независимо от концентрации ). Процесс протекает по схеме:
Me + HNO 3 соль + вода + продукт восстановления HNO 3
Продукты восстановления HNO 3 :
Обычно при взаимодействии азотной кислоты с металлом образуется смесь продуктов восстановления, но как правило, один из них является преобладающим. Какой из продуктов будет основным, зависит от концентрации кислоты и активности металла.
Концентрированная азотная кислота
Концентрированным считают раствор кислоты плотностью
ρ > 1,25 кг/м 3 , что соответствует
концентрации > 40%. Независимо от активности металла реакция взаимодействия
с
HNO
3 (конц.)
протекает
по схеме:
Me + HNO 3 (конц.) → соль + вода + NO 2
С концентрированной азотной кислотой не взаимодействуют благородные металлы (Au , Ru , Os , Rh , Ir , Pt ), а ряд металлов (Al , Ti , Cr , Fe , Co , Ni ) при низкой температуре пассивируются концентрированной азотной кислотой. Реакция возможна при повышении температуры, она протекает по схеме, представленной выше.
Примеры
Активный металл
Al + 6 HNO 3( конц .) → Al (NO 3 ) 3 + 3 H 2 O + 3 NO 2
1│ Al 0 – 3 e → Al 3+ - окисление
3│ N 5+ + e → N 4+ - восстановление
Металл средней активности
Fe + 6 HNO 3(конц.) → Fe(NO 3) 3 + 3H 2 O + 3NO
1│ Fe 0 – 3e → Fe 3+ - окисление
3│ N 5+ + e → N 4+ - восстановление
Металл малоактивный
Ag + 2HNO 3( конц .) → AgNO 3 + H 2 O + NO 2
1│ Ag 0 – e → Ag + - окисление
1│ N 5+ + e → N 4+ - восстановление
Разбавленная азотная кислота
Продукт восстановления азотной кислоты в разбавленном растворе зависит от активности металла , участвующего в реакции:
Примеры:
Активный металл
8 Al + 30 HNO 3(разб.) → 8Al(NO 3) 3 + 9H 2 O + 3NH 4 NO 3
8│ Al 0 – 3e → Al 3+ - окисление
3│ N 5+ + 8 e → N 3- - восстановление
Выделяющийся в процессе восстановления азотной кислоты аммиак сразу взаимодействует с избытком азотной кислоты, образуя соль – нитрат аммония NH 4 NO 3 :
NH 3 + HNO 3 → NH 4 NO 3.
Металл средней активности
10Cr + 36HNO 3( разб .) → 10Cr(NO 3) 3 + 18H 2 O + 3N 2
10│ Cr 0 – 3 e → Cr 3+ - окисление
3│ 2 N 5+ + 10 e → N 2 0 - восстановление
Кроме молекулярного азота ( N 2 ) при взаимодействии металлов средней активности с разбавленной азотной кислотой образуется в равном количестве оксид азота ( I ) – N 2 O . В уравнении реакции нужно писать одно из этих веществ .
Металл малоактивный
3Ag + 4HNO 3( разб .) → 3AgNO 3 + 2H 2 O + NO
3│ Ag 0 – e → Ag + - окисление
1│ N 5+ + 3 e → N 2+ - восстановление
«Царская водка»
«Царская водка» (ранее кислоты называли водками) представляет собой смесь одного объема азотной кислоты и трех-четырех объемов концентрированной соляной кислоты, обладающую очень высокой окислительной активностью. Такая смесь способна растворять некоторые малоактивные металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой. Среди них и «царь металлов» - золото. Такое действие «царской водки» объясняется тем, что азотная кислота окисляет соляную с выделением свободного хлора и образованием хлороксида азота ( III ), или хлорида нитрозила – NOCl :
HNO 3 + 3 HCl → Cl 2 + 2 H 2 O + NOCl
2 NOCl → 2 NO + Cl 2
Хлор в момент выделения состоит из атомов. Атомарный хлор является сильнейшим окислителем, что и позволяет «царской водке» воздействовать даже на самые инертные «благородные металлы».
Реакции окисления золота и платины протекают согласно следующим уравнениям:
Au + HNO 3 + 4 HCl → H + NO + 2H 2 O
3Pt + 4HNO 3 + 18HCl → 3H 2 + 4NO + 8H 2 O
На Ru , Os , Rh и Ir «царская водка» не действует.
Е.А. Нуднoва, М.В. Андрюxова
С разбавленными кислотами, которые проявляют окислительные свойства за счет ионов водорода (разбавленные серная, фосфорная, сернистая, все бескислородные и органические кислоты и др.)
реагируют металлы:
расположенные в ряду напряжений до водорода
(эти металлы способны
вытеснять водород из кислоты);
образующие с этими кислотами растворимые соли
(на поверхности этих металлов
не образуется защитная солевая
пленка).
В результате реакции образуются растворимые соли
и выделяется водород:
2А1 + 6НСI = 2А1С1 3 + ЗН 2
М
g
+ Н 2
SO
4
=
М
gS
О 4
+ Н 2
разб.
С
u
+ Н 2
SO
4
→
X
(так
как С
u
стоит после Н 2)
разб.
РЬ + Н 2
SO
4
→
X
(так
как РЬ
SO
4
нерастворим
в воде)
разб.
Некоторые кислоты являются окислителями за счет элемента, образующего кислотный
остаток, К ним относятся концентрированная серная, а также азотная кислота
любой концентрации. Такие кислоты называют кислотами-окислителями.
Окислительные свойства кислотных остатков и значительно сильнее, чем нона водорода Н, поэтому азотная и концентрированная серная кислоты взаимодействуют практически со всеми металлами, расположенными в ряду напряжений как до водорода, так и после него, кроме золота и платины. Так как окислителями в этих случаях являются ноны кислотных остатков (за счет атомов серы и азота в высших степенях окисления), а не ноны водорода Н, то при взаимодействии азотной, а концентрированной серной кислот с металлами не выделяется водород. Металл под действием данных кислот окисляется до характерной (устойчивой) степени окисления и образует соль, а продукт восстановления кислоты зависит от активности металла и степени разбавления кислоты
Взаимодействие серной кислоты с металлами
Разбавленная и концентрированная серные кислоты ведут себя по-разному. Разбавленная серная кислота ведет себя, как обычная кислота. Активные металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода
Li, К , Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Au
вытесняют водород из разбавленной серной кислоты. Мы видим пузырьки водорода при добавлении разбавленной серной кислоты в пробирку с цинком.
H 2 SO 4 + Zn = Zn SO 4 + H 2
Медь стоит в ряду напряжений после водорода – поэтому разбавленная серная кислота не действует на медь. А в концентрированной серной кислоты, цинк и медь, ведут себя таким образом…
Цинк, как активный металл, может образовывать с концентрированной серной кислотой сернистый газ, элементарную серу, и даже сероводород.
2H 2 SO 4 + Zn = SO 2 +ZnSO 4 + 2H 2 O
Медь - менее активный металл. При взаимодействии с концентрированно серной кислотой восстанавливает ее до сернистого газа.
2H 2 SO 4 конц. + Cu = SO 2 + CuSO 4 + 2H 2 O
В пробирках с концентрированной серной кислотой выделяется сернистый газа.
Следует иметь в виду, что на схемах указаны продукты, содержание которых максимально среди возможных продуктов восстановления кислот.
На основании
приведенных схем составим уравнения конкретных реакций — взаимодействия меди и
магния с концентрированной серной кислотой:
0 +6
+2 +4
С
u
+ 2Н 2
SO
4
= С
uSO
4
+
SO
2
+ 2Н 2
O
конц.
0 +6 +2 -2
4М
g
+ 5Н 2
SO
4
= 4М
gSO
4
+ Н 2
S
+ 4Н 2
O
конц.
Некоторые металлы ( Fe . АI, С r ) не взаимодействуют с концентрированной серной и азотной кислотами при обычной температуре, так как происходит пассивации металла. Это явление связано с образованием на поверхности металла тонкой, но очень плотной оксидной пленки, которая и защищает металл. По этой причине азотную и концентрированную серную кислоты транспортируют в железных емкостях.
Если металл проявляет переменные степени окисления, то с кислотами, являющимися
окислителями за счет ионов Н + , он образует соли, в которых его
степень окисления ниже устойчивой, а с кислотами-окислителями — соли, в которых
его степень окисления более устойчива:
0 +2
F
е+Н 2
SO
4
=
F
е
SO
4
+Н 2
0 разб. +
3
F
е+Н 2
SO
4
=
F
е 2 (SO 4
) 3 + 3
SO 2
+ 6Н 2
O
конц
И.И.Новошинский
Н.С.Новошинская
Реакция 1. Металл + кислота = соль + водород
Тип реакции - реакция замещения
.
Признак реакции - выделение газа.
При составлении уравнений реакций не забывать, что водород выделяется в виде двухатомных молекул H 2 !
Осуществимость - необходимо выполнение двух условий:
1) с кислотами (кроме азотной и концентрированной серной) реагируют только металлы, находящиеся в ряду активностей металлов до водорода (см. схему);
2)при реакции металлов с азотной и концентрированной серной кислотами водород не выделяется
, эти кислоты действуют на металлы по своим законам. Кремниевая кислота вообще не реагирует с металлами
, потому что не растворяется в воде.
Пример: С какими из перечисленных веществ вступает в реакцию хлороводородная (соляная) кислота: Na 2 О, Сu, SO 3 , Zn? Составьте уравнения возможных реакций.
1. Определяем принадлежность заданных в условий веществ к соответствуюцим классам и тут же проверяем, реагируют ли они с кислотами. Получается:
Na 2 О - основный оксид - реагирует (получается соль и вода);
Си - металл, находящийся в ряду активности после водорода, - не реагирует;
SOз - кислотный оксид - не реагирует;
Zn - металл, находящийся в ряду активности до водорода, - реагирует (получается соль и водород).
2. Чтобы составить уравнения реакций, определим валентность металлов (натрий - I, цинк - II) и составим формулы солей учитывая, что валентность кислотного остатка Сl составляет I. Осталось записать уравнения реакций:
Na 2 О + 2НСl = 2NaCl + Н 2 О;
Zn + 2НСl= ZnCl 2 + H 2 .
Реакция 2. основный оксид + кислота = соль + вода
Тип реакции - реакция обмена
.
Составить уравнение этой реакции проще, чем уравнение реакции 1, потому что формула кислоты нам уже известна; зная ее, просто получить и формулу кислотного остатка, и его валентность.
Дальше поступаем так же, как и в предыдущем примере. При составлении уравнения реакции не забудем, что выделяется вода!
Пример: Составьте уравнение реакции между оксидом алюминия и хлороводородной кислотой.
1. Вспомним формулу хлороводородной кислоты - НСl, ее остаток Сl(хлорид) имеет валентность I.
2. По периодической системе Д.И. Менделеева установим, что валентность алюминия III и формула его оксида Аl2Оз.
3. Составим формулу продукта реакции - соли (хлорида алюминия): АlСlз.
4. Запишем уравнение реакции и подберем в нем коэффициенты:
Аl2Оз + 6HCl = АlСlз + 3H2O
Реакция 3. Основание + кислота = соль + вода
Эта реакция носит специальное название - реакция нейтрализации, потому что в ходе ее кислота и основание как бы взаимно уничтожаются.
Тип реакции - реакция обмена.
Признаки реакции: выделение тепла, изменение окраски индикатора, для нерастворимых гидроксидов- исчезновение осадка.
Чтобы составить уравнение реакции нейтрализации нужно сделать следующее:
1) определить валентности металла и кислотного остатка;
2) составить формулу образующейся соли;
3) записать уравнение реакции и подобрать коэффициенты.
(фото как из малинового раствора при добавлении кислоты получается прозрачный раствор; фото2 –к голубому осадку прилили кислоту и он растворился)
Реакция между кислотой и основанием в результате которой образуется соль и вода называется реакцией нейтрализации .
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
Реакция 4. Кислота + соль = новая кислота + новая соль
Тип реакции - реакция обмена
.
Признаки реакции - выпадение осадка или выделение газа. Осуществимость: реакция возможна, если получается нерастворимая соль (см таблицу растворимости) или нерастворимая, нестойкая или летучая кислота.
Полезно знать: что среди важнейших кислот, содержащихся в таблице:
- нерастворимая - кремниевая (H 2 SiO 3);
- нестойкие - угольная (Н 2 СОз = H 2 O + CO 2) и сернистая (Н 2 SОз = Н 2 О + SO 2);
- летучие - сероводородная (H 2 S), а также НСl, HBr, HI, НNОз - но только в отсутствии воды и при нагревании.
Чтобы составить уравнение реакции, надо проделать следующие операции:
1) составить схему реакции, для чего определить формулы получающихся соли и кислоты (в этом лучше всего поможет таблица растворимости или знание валентности);
2) проверить условие осуществимости реакции (таблица поможет и в этом);
3) если реакция осуществима - записать уравнение реакции. Если получаются угольная или сернистая кислоты - сразу записать продукты их разложения (оксид и воду).
HCl + AgNO 3 = AgCl â + HNO 3
Выполните предложенные упражнения:
1.Закончите уравнения реакций и подберите коэффициенты:
а) СаО+НзРО4 -> б) Na2О +Н2СОз ->
в) Fе2Оз + H2SО4 -> г) ZnO + HNО3 ->
2.Составьте уравнения реакций между веществами: а) иодоводородная кислота и оксид бария; б) серная кислота и оксид железа (III); в) азотная кислота и оксид лития; г) фосфорная кислота и оксид калия.
I) Кислота + металл = соль
1. Стоящие до Н металлы в ряду напряженности вытесняют из сильных кислот Н.
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 ,
2. Стоящие после Н металлы вытесняют другие газы.
3Cu + 8HNO 3(разб) = 3Сu (NO 3) 2 +2NO+4H 2 O
II) Кислота + основание (р-я нейтролизации)
H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O.
III) Кислота + основный оксид
H 2 SO 4 + Na 2 O = Na 2 SO 4 + 2H 2 O.
IV) Кислоты реагируют с солями, если реагирующая кислота сильнее, чем соль или если образуется осадок.
HCI + AgNO 3 → AgCI + HNO 3
Получение.
1. Кисл.оксид + вода
SO 3 +H 2 O=H 2 SO 4
CO 2 +H 2 O=HCO 3
2. Бескислородные кислоты
o Взаимодействие простых веществ
o При действии на соли сильными кислотами, выделяются более слабые.
K 2 S + 2HNO 3 = 2KNO 3 + H 2 S
8.Соли, их классификации, химические свойства и получение.
Соли – сложные вещества, состоящие из атомов металлов и кислотных остатков.
Классификация.
1.Средние соли – все атомы водорода в кислоте замещены металлом.
2.Кислые соли – не все атомы водорода в кислоте замещены металлом. Разумеется, кислые соли могут образовывать только двух- или многоосновные кислоты. Одноосновные кислоты кислых солей давать не могут: NaHCO 3 , NaH 2 PO 4 ит. д.
3. Соли основные - можно рассматривать как продукты неполного, или частичного, замещения гидроксильных групп оснований кислотными остатками: Аl(OH)SO 4 , Zn(OH)Cl и т.д.
4. Двойные соли – атомы водорода двух- или многоосновной кислоты замещены не одним металлом, а двумя различными: NaKCO 3 , KAl(SO 4) 2 и т.д.
Комплексные соли
Химические свойства.
Некоторыесоли разлагаются при нагревании
CaCO 3 = CaO + CO 2
2)Соль + кислота= новая соль и новая кислота. Для осуществление этой реакции необходимо, чтобы кислота была более сильная чем соль, на которую воздействует кислота:
2NaCl + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2HCl.
3)Соль + основание = новая соль и новое основание:
Ba(OH) 2 + Mg SO 4 → BaSO 4 ↓ + Mg(OH) 2 .
4)Соль + Соль = новая соль
NaCl + AgNO 3 → AgCl + NaNO 3 .
Взаимодействуют с металлами(левее металла, входящего в состав соли)
Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu↓.
Получение.
1. Кислота+основание
3 . Основание + кисл.оксид
5 . Кислота+соль
7 . Соль+соль
9 . Металл+неметалл
9.Растворы. Виды дисперсных систем. Примеры. Процентная концентрация растворов. Решить задачу на процентную концентрацию.
Растворы – это гомогенная физико-химическая система, состоящая из 2-х или более компонентов и продуктов их взаимодействия.
Важной характеристикой раствора является его состав.
Компоненты агрегатное состояние которых не меняется при образовании раствора называют растворителем. Если оба компонента до растворения находились в одинаковом агр.состоянии (этанол и вода), то растворителем является тот,кто в избытке
Растворы могут находиться в разных агр.состояниях:
1) Газовые (воздух)
2) Жидкие (Водные и неводные:спиртовые и масляные)
3) Твердые (сплавы металлов)
Растворимостью вещества называется способность его частиц равномерно распределяться между частицами растворителя.
Концентрацией раствора называют количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или растворителя.
I) Массовая доля растворенного вещества
II) Молярная концентрация вещества (См) – отношение количества вещества к объему раствора
