ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ · 2016. 9. 13. · О. А....

МИНОБРНАУКИ РОССИИ ————————————

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Т.В. Скрипко

ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Учебное текстовое электронное издание локального распространения

Омск Издательство ОмГТУ

2015

————————————————————————————————

Сведения об издании: 1, 2 © ОмГТУ, 2015

ISBN 978-5-8149-2029-4 1

УДК 54 + 546(075) ББК 24я 73 С45

Рецензенты:

Е. Ю. Тюменцева, канд. пед. наук, доцент, руководитель секции естественных наук кафедры ПрИМ Омского гос. института сервиса;

О. А. Голованова, д-р г.-м наук, профессор каф. «Неорганическая химия» ФГБОУ ВПО «ОмГУ им. Ф. М. Достоевского»

Скрипко, Т.В. С45 Общая и неорганическая химия : учеб. пособие / Т. В. Скрипко;

Минобрнауки России, ОмГТУ. – 3-е изд., перераб. и доп. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2015.

ISBN 978-5-8149-2029-4

Содержит широкий набор задач в соответствии с модульной орга-низацией курса. Расширен материал по основным классам химических со-единений с детализацией бинарных соединений. Выделена в самостоя-тельную главу «Химическая связь». Больше уделено теоретическим аспек-там по другим главам. В каждом разделе приведены примеры решения задач.

Тематические тесты представляют собой задания для контроля и самоконтроля знаний.

Необходимый справочный материал помещен в приложении. Предназначено для студентов всех форм обучения, изучающих об-

щую и неорганическую химию. УДК 54 + 546(075) ББК 24я 73

Рекомендовано редакционно-издательским советом Омского государственного технического университета

ISBN 978-5-8149-2029-4 © ОмГТУ, 2015

2

1 электронный оптический диск

Оригинал-макет издания выполнен в Microsoft Office Word 2007 с использованием возможностей Adobe Acrobat X.

Минимальные системные требования: • процессор Intel Pentium 1,3 ГГц и выше; • оперативная память 256 Мб; • свободное место на жестком диске 260 Мб; • операционная система Microsoft Windows XP/Vista/7; • разрешение экрана 1024×576 и выше; • акустическая система не требуется; • дополнительные программные средства Adobe Acrobat Reader 5.0 и выше.

Редактор В. А. Маркалева Компьютерная верстка В. А. Маркалева

Сводный темплан 2015 г. Подписано к использованию 23.06.15.

Объем 4,91 Мб. —————————————————

Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11; т. 23-02-12

Эл. почта: [email protected] 3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие. Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, – всюду бросаются перед очами нашими успехи ее приложения.

М.В. Ломоносов, 1749 г.

Согласно государственным образовательным стандартам высшего и профессионального образования предусмотрено изучение курса химии студентами многих специальностей. Рабочие программы курса химии для разных направлений подготовки специалистов порождают разнообразие требований к объему, структуре и содержанию материалов.

В условиях быстро развивающейся техники невозможно предусмот-реть все конкретные вопросы в области химии, с которыми может столк-нуться будущий специалист, поэтому преподавание химии должно обес-печить такую подготовку инженеров, чтобы каждый из них смог разо-браться в решении вопросов, связанных с химией, с помощью дополни-тельной информации, полученной из специальной литературы. Важно, чтобы студенты реально почувствовали современные возможности химии, приобрели навыки работы со справочными данными.

В современных условиях эта задача может быть решена путем твор-ческого усвоения знаний и методов деятельности, формирующих творче-ское мышление обучаемого. Создание творчески активного специалиста – особенно важное требование, предъявляемое современному вузу. Такой специалист сможет ориентироваться в огромных пластах новых научных фактов и теоретических сведений, работать в междисциплинарных облас-тях, непрерывно повышать знания в процессе работы и адаптироваться к постоянно изменяющимся состояниям науки, технологии и промышлен-ности.

Эффективность обучения определяется многими факторами и прежде всего активацией самостоятельной работы студентов при изучении дис-циплины.

4

Основным видом самостоятельной работы является проработка лек-ционного материала по конспекту, учебнику и методическим разработкам. Для более четкого усвоения материала, активизации самостоятельной ра-боты и систематического самоконтроля в межсессионный период преду-сматривается выполнение индивидуальных домашних заданий на основе раздела общетеоретической части курса.

Поэтому пособие содержит широкий набор задач, расположенных в логической последовательности изложения курса. Каждому разделу пред-послано теоретическое введение и примеры с детальным разбором хода решения типовых задач.

Домашнее задание выполняется в отдельной тетради, причем каждая задача решается на отдельном листе с указанием темы задания, номера за-дачи и составленного полного условия задачи.

При решении расчетных задач необходимо приводить уравнения ре-акций, математическое выражение законов и правил (формулы), числовые значения констант. Необходимо указывать весь ход решения задач и все математические преобразования.

Тестовые задания рассчитаны на проверку глубины знаний на уровне не только запоминания, но и понимания, умения использовать знания для решения расчетных и теоретических задач, написания уравнения химиче-ских реакций, объяснения различных явлений.

Представленный спектр задач – материал и для контрольных работ по темам дисциплины. Основная цель контрольных работ – закрепление зна-ний, анализ и контроль освоения программного материала.

Процесс обучения должен приобрести новый смысл – превратиться в процесс учения (научения), то есть в процесс приобретения знаний, уме-ний, навыков и опыта деятельности с целью достижения профессиональ-ной компетентности.

Предлагаемое пособие позволит успешно овладеть основами химии, необходимыми в дальнейшем для изучения общетехнических и техноло-гических дисциплин.

5

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

1.1. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ Фундаментом для изучения химии является четкое представление о

классах неорганических соединений и их свойствах. Внимательно изучив раздел о классах неорганических соединений, можно дать ответ, какие со-единения называют оксидами, кислотами, основаниями исолями.

Общие свойства этих соединений приведены в виде следующей схемы.

Чистые вещества Простые вещества Сложные вещества

Металлы Бинарные Многоэлементные соединения Неметаллы Соли

Прочие Оксиды Гидроксиды Несолеобразующие Средние Основания Солеобразующие Кислые Амфотерные Основные Основные Кислоты Амфотерные Двойные Кислые Смешанные Комплексные

6

Оксиды

Это сложные вещества, в состав которых входят атомы кислорода в степени окисления, равной –2, и другого элемента – металла или неме-талла.

I. Основные оксиды, которым соот-ветствуют основания:

Nа2O, CaO; FeO – оксиды NaOH; Ca(OH)2;

Fe(OH)2 – основания

II. Кислотные оксиды, которым соот-

ветствуют кислоты: CO2; P2O5; SO3 – оксиды

H2CO3; H3PO4; H2SO4 – кислоты

III. Амфотерные в зависимости от условий

проявляют кислотные или основные

свойства ZnO; Al2O3; Cr2O3

Химические свойства 1. Взаимодействие с водой

образуют основания Na2O + H2O = 2NaOH

образуют кислоты CO2 + H2O = H2CO3

не взаимодействует

2. Взаимодействие с кислотами образуется соль и вода

FeO+H2SO4= FeSO4+H2O не взаимодействуют

образуется соль и вода ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O

3. Взаимодействие с основаниями

не взаимодействуют образуется соль и вода

SO3 + 2NaOH = Na2SO4 + H2O

образуется соль и вода Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O

4. Взаимодействие основных I и кислотных II оксидов

образуется соль: CaO + CO2 = CaCO3

Названия оксидов составляют из слова «оксид» и названия образую-

щего оксид элемента в родительном падеже, например: CaO – оксид каль-ция; Al2O3 – оксид алюминия. Если элемент образует несколько оксидов, то после названия оксида в скобках римской цифрой указывают степень окисления элемента; FeO – оксид железа (II); Fe2O3 – оксид железа (III); P2O3 – оксид фосфора (III); P2O5 – оксид фосфора (V).

Солеобразующие способны образо-

вывать соли

Несолеобразующие не образуют солей

(СО, N2O, NO)

7

№ Получение оксидов

1 Соединение простого вещества с кислородом (горение)

C + O2 = CO2; 4Li + O2 = 2Li2O

2 Горение сложных веществ

4CH3NH2 + 9O2 = 4CO2 + 2N2 + 10H2O

3

Разложение при нагревании кислородных соединений: карбонатов, нитратов, гидроксидов

t t CaCO3 = CaO + CO2; 2Cu(NO3)2 = 2 CuO + 4NO2 + O2;

t 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

Основания (гидроксиды)

Это сложные вещества, которые состоят из атомов металла и одной или нескольких групп, называемых гидроксогруппами.

Исключением является основание NH4OH (гидроксид аммония), кото-рое не содержит атомов металла.

Основания

в воде диссоциируют на ионы металла (ион аммония в гидрате аммиака)

и гидроксид-ионы

Амфотерные гидроксиды при диссоциации образуют

одновременно и катионы Н+, и гидроксид-ионы OH–

Название: гидроксид + название металла

NaOH-гидроксид натрия Al(OH)3-гидроксид алюминия

Химические свойства 1. Взаимодействие с кислотами (реакция нейтрализации)

KOH + HCl = KCl + H2O Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O

2. Взаимодействие с кислотными оксидами 2NaOH+SiO2 = Na2SiO3+H2O

3. Взаимодействие с растворами солей 2KOH + CuSO4 =Cu(OH)2 + K2SO4

2. Взаимодействие с основаниями (в водных растворах)

Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

Названия оснований составляют из слова «гидроксид» и названия ме-

талла в родительном падеже, например: KOH – гидроксид калия; Mg(OH)2 – гидроксид магния; Ca(OH)2 – гидроксид кальция; Al(OH)3 – гидроксид алюминия.

8

Если элемент образует несколько оснований, то после названия эле-мента в скобках римской цифрой указывается степень его окисления: Fe(OH)2 – гидроксид железа (II); Fe(OH)3 – гидроксид железа (III); Cr(OH)2 – гидроксид хрома(II); Cr(OH)3 – гидроксид хрома (III).

№ Получение оснований

1 Активный металл + вода → щелочь + водород 2 Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑ (только металлы Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba)

2 Основной оксид + вода → щелочь K2O + H2O = 2KOH (только оксиды Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, CaO, SrO, BaO)

3 Соль 1 + щелочь = соль 2 + нерастворимое соединение Р Р Р Н CuSO4 + 2NaOH = Na2SO4 + Cu(OH)2 Р Р Р Н

4 Электролиз растворов солей электролиз 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2

Кислоты Это вещества, которые в воде диссоциируют на ионы водорода (катионы)

и кислотные остатки (анионы).

Кислородные +7

HClO4 – хлорная кислота +5

HClO3 – хлорноватая кислота +3

HClO2 – хлористая кислота +1

HClO – хлорноватистая кислота Название – от названия неметалла в зави-симости от степени окисления: если сте-пень окисления равна номеру группы, то окончание: -ная, -вая; с уменьшением сте-пени окисления: -оватая, -истая, -оватистая.

Бескислородные

HF – фтороводородная к-та HCl – хлороводородная к-та

HBr – бромоводородная к-та HJ – иодоводородная к-та Название: неметалл + о + водородная кислота

Получение Взаимодействие оксида неметалла

с водой: SO3 + H2O = H2SO4. Взаимодействие соли с кислотой:

Na2SiO3+ H2SO4 = Na2SO4+ H2SiO3

Соединение водорода с неметаллом с по-следующиим растворением в воде

H2 + Br2 = 2HBr

9

Свойства кислот Физические свойства Химические свойства

1. Кислоты: жидкие, твердые. 1. Взаимодействие с металлами 2HCl + Fe = FeCl2 + H2↑

2. Многие хорошо растворимы в воде. 2. Взаимодействие с основными оксидами H2SO4 + CuO = CuSO4 +H2O

3. Растворы кислот – кислый вкус. 3. C основаниями H2SO4 +2KOH =K2SO4 + 2H2O 4. Разъедают растительные и живот-ные ткани 4. C солями

H2SO4 + K2SiO3 = H2SiO3↓ + K2SO4 кислота 5. Синий лакмус красный

Если элемент образует несколько кислородсодержащих кислот, то к

названию кислоты с большим содержанием атомов кислорода добавляется префикс орто, а к названию кислоты с меньшим содержанием атомов ки-слорода – префикс мета.

H3PO4 – ортофосфорная кислота, H3PO3 – метафосфорная кислота. Номенклатура кислот и кислотных остатков представлена в табл. П1.

Соли

Это сложные вещества, в состав которых входят атомы металлов и ки-слотные остатки. № Соли

1 Средние. Полное замещение атомов водорода кислоты на катион или группы ОН на кислотный остаток Na2SO4: 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O

2 Кислые. Неполное замещение атомов Н на NaНSO4: NaOH + H2SO4 = NaHSO4 + H2O

3 Основные. Неполное замещение гидроксогрупп ОН основания на кислотные остатки Mg(OH)Cl: Mg(OH)2 + HCl = Mg(OH)Cl + H2O

4 Двойные. Состоят из ионов двух разных металлов и кислотного остатка: KAl(SO4)2; (NH4)2Fe(SO4)2

5 Смешанные. Состоят из ионов одного металла и двух кислотных остатков: CaCl(OCl); Ca5(PO4)3F

6 Комплексные. В состав входят сложные (комплексные) ионы: K4[Fe(CN)6] Название солей составляют: – средних из названия аниона (кислотного остатка) в именительном

падеже и названия катионов в родительном падеже, например: NaCl – хлорид натрия; Fe2(SO4)3 – сульфат железа (III);

10

– кислых солей – добавлением к названию аниона соответствующей средней соли приставки гидро и при необходимости соответствующего числительного, например: K2HPO4 – гидрофосфат калия; KH2PO4 – дигид-рофосфат калия.

– основных солей – добавлением к названию аниона (кислотного остатка) соответствующей средней соли приставки гидроксо, например: Mg(OH)Cl – хлорид гидроксомеди; Fe(OH)2NO3 – нитрат дигидроксо-железа;

– двойных солей: KAl(SO4)2 – калий-алюминий сульфат; Cl

– смешанных солей: CaClOCl(Ca ) – хлорид-гипохлорит кальция. O–Cl

– комплексных соединений: Na[Al(OH)4] – тетрагидроксоалюминат на-трия.

Кислые соли можно получить при избытке кислоты: CaSO4 + H2SO4 = Ca(HSO4)2, а основные соли – при избытке основания: CaSO4 + Ca(OH)2 = (CaOH)2SO4.

При получении средних солей из кислых нужно к кислой соли приба-вить основание:

Ca(HSO4)2 + Ca(OH)2 = 2CaSO4 + 2H2O,

а если из основных, то к основной соли прибавить кислоту:

(CaOH)2SO4 + H2SO4 = 2CaSO4 + 2H2O.

№ Получение солей

1 Реакция нейтрализации KOH+ HNO3 = KNO3 + H2O

2 Кислоты с основными оксидами H2SO4 + CuO = CuSO4 +H2O

3 Кислоты с солями H2S + CuCl2 = CuS + 2HCl

4 Соль с солью Na2SO4 + BaCl = BaSO4 + 2NaCl

5 Основания с кислотными оксидами Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

6 Щелочи с солями 3KOH + FeCl3 = KCl + Fe(OH)3

7 Основные оксиды с кислотными оксидами CaO+ SiO2 =CaSiO3

8 Металлы с неметаллами 2K + Cl2 = 2KCl

9 Металлы с кислотами 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

10 Металлы с солями Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

11

Свойства солей Физические свойства Химические свойства

1. В основном твердые кри-сталлические вещества

1. С металлами Zn+Hg(NO3)2 = Zn(NO3)2+Hg (см. ряд стандартных электродных потенциалов).

2. По растворимости в воде: - растворимые - малорастворимые - нерастворимые.

2. Со щелочами CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4

3. С кислотами FeS + H2SO4 = H2S↑ + FeSO4 4. C солями CaCl2 + Na2CO3 = 2NaCl + CaCO3↓

Для правильного составления химических уравнений необходимо ис-

пользовать табл. П1; П2 (см. прил.)

Генетическая связь между различными классами соединений

Генетическую связь между классами неорганических веществ можно изобразить следующей схемой.

В приведенной схеме получения веществ другого класса можно выде-

лить две линии генетической связи, одна идет из металла (в данном случае

Неметалл S Металл Ba Соль BaS

Основной оксид BaO

Кислотный оксид (ангидрид) SO3

Соль BaSO4

Кислота H2SO4

Основание Ba(OH)2

Средняя соль BaSO4

Кислая соль Ba(HSO4)2

Основная соль (BaOH)2 SO4

12

от Ва): Ва→BaO→Ba(OH)2 → BaSO4 →Ba(HSO4)2 → (BaOH)2SO4, а другая – от неметалла (в данном случае от S): S →SO3→ H2SO4→Ba(HSO4)2→(BaOH)2 SO4.

Эти схемы можно использовать при написании химических уравне-ний и решений задач.

ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ

«Основные классы неорганических соединений»

Примеры решения задач Задача 21. Определить, какие реакции будут протекать. Написать их

уравнения и назвать все вещества по международной номенклатуре. Решение

1) Re2O7 + Ca(OH)2 = Ca(ReO4)2 + H2O, оксид гидроксид перенат оксид рения кальция кальция водорода (I)

кислотные оксиды взаимодействуют с основными гидроксидами с образо-ванием соли и воды.

2) СuO + 2HNO3 = Сu(NO3)2 + H2O, оксид азотная нитрат оксид меди кислота меди водорода (I)

основные оксиды взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды.

3) Al2 (SO4) + NaCl, сульфат хлорид алюминия натрия

две соли вступают во взаимодействие, если один из продуктов реакции выпадает в осадок или улетучивается (табл. П2).

4) LiH2PO4 + 2LiOH = Li3PO4 + 2H2O, дигидроортофосфат гидроксид ортофосфат оксид лития лития лития водорода (I)

кислые соли могут быть переведены в средние соли при реакции с метал-лами, основными и амфотерными оксидами, гидроксидами, солями, ки-слотами.

13

5) (CuOH)2 CO3 + 2HCl = CuСO3 + CuCl2 + 2H2O, карбонат соляная карбонат хлорид оксид гидроксомеди кислота меди меди водорода (I) образование основных солей нехарактерно для сильных оснований. По-добно малорастворимым основаниям основные соли способны реагиро-вать с кислотами с образованием средних солей.

6) Zn + CdBr2 = Zn Br2 + Cd, цинк бромид бромид кадмий кадмия цинка

металл может окисляться катионами других металлов, если металл по-местить в водный раствор соли с большим электродным потенциалом. Катион-окислитель при этом восстанавливается до металла (табл. П3).

Задача 39. Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения. 1) 2) 3) 4)

CuSO4 → Cu(NO3)2 → Pb(NO3)2 → K2PbO2 → Pb(OH)2.

1. Для получения Cu(NO3)2 нельзя брать HNO3, так как она летучая, а H2SO4 – не летучая, следовательно, необходимо взять соль: CuSO4 + Ва(NO3)2 = Cu(NO3)2 + ВаSO4↓.

2. Для получения Pb(NO3)2 брать соль свинца нельзя, так как почти все соли свинца не растворимы в воде. Нужно взять металл Pb, стоящий в ряду напряжений перед медью:

Cu(NO3)2 + Pb = Pb(NO3)2 + Cu↓.

3. Соединения свинца с валентностью II и IV проявляют амфотерные свойства:

Pb(NO3)2 + 4КОН (избыток) = К2PbO2 + 2КNO3 + 2H2O.

4. Для выделения гидроксида и соли необходимо взять кислоту: К2PbO2 + 2HNO3 = H2PbO2↓ + 2КNO3. (Pb(OH)2)

Задача 72. Составьте уравнения реакций. При взаимодействии каких веществ можно получить дигидрофосфат кальция?

Решение Са(OH)2 + 2 H3PO4 = Ca(H2PO4)2 + 2 H2O; (1)

14

Ca3(PO4)2 + 4 H3PO4 = 3 Ca(H2PO4)2 , (2)

кислые соли могут быть получены либо неполной нейтрализацией ки- слот (1), либо действием избытка кислот (2) на средние соли.

В задачах № 1–30 определить, какие реакции будут протекать. На-писать их уравнения и назвать все вещества по международной номенк-латуре.

№ задачи Реакции

№ задачи Реакции

1

SO3 + NH4OH → CuO + P2O5 → Li2SiO3 + H2SO4 → KHCO3 + NaOH → CdOHCl + HNO3 → Ag + H3PO4 →

2

SiO2 + RbOH → CaO + HMnO4 → FeCl3 + Na2SO4 → 1K3AsO4 + 2H3AsO4 → NiOHNO3 + HNO3 → Ca + N2 →

3

SiO2 + H2SO4 → CaO + Mn2O7 → Sr(OH)2 + (NH4)2S → LiHSO4 + KOH → (CuOH)2CO3 + HNO3 → Al + HBr →

4

As2O5 + RbOH → K2O + HClO4 → Fe(NO3)3 + Na2SO4→ ZnCO3 + H2CO3 → CuOHIO3 + H2SO4→ Mg + H3PO4 →

5

P2O5 + Ca(OH)2 → CdO + HMnO4 → CrCl3 + NH4OH → BaCO3 + H2CO3 → (CuOH)2SO4 + H2SO4 → Hg + SnCl2 →

6

SeO2 + Ba(OH)2 → MgO + V2O5 → FeCO3 + H3PO4 → Ba(HS)2 + Ba(OH)2 → (ZnOH)2SO4 + H2SO4 → Cu + HClO4 →

7

As2O5 + Mg(OH)2 → Ag2O + H2SO4 → FeS + H3PO4 → Na2SeO3 + H2SeO3 → Ba(OH)2 + 1 HNO3 → Au + H2SO4 →

8

SnO2 + KOH → NH3 + H2CrO4 → Al(NO3)3 + CuSO4 → Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CdOHCl + HClO4 → Sr + N2 →

9

CrO3 + NH4OH → ZnO + H2SeO4 → Sr(HSO3)2 + Sr(OH)2 → 2CuSO4 + 2NH4OH → NaNO3 + LiOH → K + H2O →

10

As2O3 + KOH → Li2O + SiO2 → CaS + CH3COOH → Mg(H2PO4)2 + KOH → (PbOH)2CrO4+H2CrO4 → Ag + H2SO4 →

15

11

Al2O3 + KOH → MgO + RbOH → Na3PO4 + BaCl2 → ZnSO3 + H2SO3 → FeOHCl2 + HNO3 → Ca + N2 →

12

B2O3 + KOH → MnO + NH4OH → K2SO3 + MgSO4 → Ca(H2PO4)2 + KOH → PbOHNO3 + NH4OH → Fe + CuCl2

13

Mn2O7 + HNO3 → NiO + HClO4 → Fe2(SO4)3 + RbOH → 1K3AsO4 + 2H3AsO4 → Mg2(OH)2CO3 + HBr → Zn + P →

14

Mn2O7 + Ca(OH)2 → CuO + H3AsO4 → ZnS + HClO4 → BaHPO4 + Ba(OH)2 → PbOHNO3 + HNO3 → Hg + HCl →

15

ZnO + NaOH → NiO + H3PO4 → K2CO3 + Ca(OH)2 → NaHSO4 + KOH → Mg2(OH)2CO3 + HClO4 → Hg + CuCl2 →

16

SO2 + Sr(OH)2 → FeO + KOH → K2CO3 + Pb(NО3)2 → Zn(H2PO4)2 + Zn(OH)2 → 2CuSO4 + 2NaOH → Ca + HMnO4 →

17

TiO2 + KOH → HgO + HJ → Cu(NO3)2 + Sr(OH)2 → K2SO3 + H2SO3 → 2Pb(OH)2 + 1H2CrO4 → Mn + BeCl2 →

18

V2O5 + Mg(OH)2 → CdO + KOH → MnSO4 + BaCl2 → 2Na3PO4 + 1H3PO4 → (ZnOH)2CO3 + HNO3 → Al + Se →

19

MoO3 + KOH → Fe2O3 + H3PO4 → CuCl2 + (NH4)2S → Cr(NO3)3 + HNO3 → Pb(OH)2 + 1HNO3 → Na + P →

20

CrO3 + NH4OH → FeO + SiO2 → Ba(NO3)2 + NaOH → Na2SO3 + H2SO3 → (CuOH)2SO4 + HCl → Co + HClO4 →

21

Re2O7 + Ca(OH)2 → CuO + HNO3 → Al2(SO4)3 + NaOH → LiH2PO4 + LiOH → (CuOH)2CO3 + HCl → Zn + CdBr2 →

22

CrO3 + KOH → HgO + H2SO4 → Na2SO3 + KOH → Ca3(PO4)2 + H3PO4 → FeOHCl2 + HCl → Ba + N2 →

16

23

MoO3 + H2SO4 → FeO + H3PO4 → Sr(HSO4)2 + Sr(OH)2 → Cd(OH)2 + 1HCl → Mg + As → AgNO3 + CuCl2 →

24

CO2 + Ca(OH)2 → MgO + P2O5 → Na2SiO3 + H2SO4 → Al(OH)3 + 3H2SO4 → Bi(OH)2NO3 + HNO3 → Zn + S →

25

WO3 + KOH → CaO + NaOH → Be(NO3)2 + KOH → Ca(HCO3)2 + K3PO4 → CuOHCl + HBr → Mg + Se →

26

SeO2 + HClO4 → MnO + H3AsO4 → ZnSO3 + НNO3 → CaCO3 + H2CO3 → MgOHCl + H2SO4 → Sn + HgSO4 →

27

P2O5 + H2SO4 → BaO + H2CrO4 → PbS + HClO3 → K2HPO4 + KOH → (FeOH)2SO4 + HCl → Cd + As →

28

CaO + H2CrO4 → V2O5 + KOH → NaCl + H2SO4 → BaHPO4 + K2SO4 → (ZnOH)2CO3 + H2SO4 → Pb + H2S →

29

SnO + HCl → N2O5 + LiOH → NaOH + NH4Cl → KHS + H2SO4 → MgOHNO3 + HNO3 → Al + PtCl2 →

30

BaO + TiO2 → Al2O3 + NaOH → CuSO4 + BaS → Pb(HSO4)2 + BaCl2 → CuOHNO3 + HNO3 → CuO + H2 →

В задачах № 31–54 составить уравнения реакций, с помощью кото-

рых можно осуществить следующие превращения. №

задачи Уравнения реакций

31 Cu → CuO → CuSO4 → Cu(OH)2 → (CuOH)NO3 → Cu(NO3)2 32 Ca → CaO → CaSO4 → Ca(OH)2 → (CaOH)Cl → CaCl2 33 S → SO2 → CaSO4 → Ca(HSO4)2 → CaSO4 34 CuSO4 → Cu(OH)2 → CuO → Cu 35 Al → Al2(SO4)3 → Al(OH)3 → AlOHCl2 → AlCl3 36 BaO → BaCl2 → Ba(OH)2 → Ba(NO3)2 → BaSO4 37 Mg → MgO → MgCl2 → Mg(OH)2 → MgO 38 Na → NaOH → NaHCO3 → Na2CO3 → Na2SO4 → NaCl → Na 39 CuSO4 → Cu(NO3)2 → Pb(NO3)2 → K2PbO2 → Pb(OH)2

17

40 Sn → SnCl2 → SnOHCl → Sn(OH)2 → Sn(NO3)2 41 Na → NaOH → Na2SO4 → NaNO3 → NaNO2 42 Al → Al2O3 → Al2(SO4)3 → Al(OH)3 → AlCl3 → Al 43 Mg → MgSO4 → Mg(OH)2 → MgO → MgCl2 44 Ba → BaO → BaCl2 → Ba(NO3)2 → BaCO3 45 Ba → Ba(OH)2 → BaCO3 → Ba(HCO3)2 46 SeO2 → H2SeO3 → Mg(HSeO3)2 → MgSeO3 47 CuO → Cu(NO3)2 → Cu(OH)2 → CuOHCl 48 Bi2O3 → Bi(NO3)3 → Bi(OH)3 → Bi(OH)2NO3 49 K → KOH → KHSO4 → K2SO4 50 Na2SiO3 → H2SiO3 → NaHSiO3 → Na2SiO3 51 Mg → Mg3N2 → Mg(OH)2 → MgO → MgOHCl 52 Mg2Si → SiH4 → SiO2 → SiCl4 → H2SiO3 53 PbS → PbO → PbSO4 → Pb(HSO4)2 → PbCl2 54 Fe → FeSO4 → Fe(OH)2 → Fe(OH)3

В задачах № 55–74 составить уравнения реакций

№ задачи Задание

55 Из хлорида дигидроксосурьмы (III) получите хлорид гидроксосурьмы (III) 56 Из гидросульфита магния получите сульфит магния

57 При взаимодействии каких веществ можно получить сульфат дигидроксо-алюминия

58 При взаимодействии каких веществ можно получить дигидрофосфат калия

59 Какое взаимодействие приведет к получению нормальной соли из хлорида гидроксомагния

60 Из карбонатгидроксомеди получите карбонат меди

61 Из гидросульфата натрия при взаимодействии с металлом получите нор-мальные соли

62 Из нитрата гидроксожелеза (II) получите нитрат железа (II). 63 Из гидроселената калия получите селенат калия

64 Из гидросульфата калия при взаимодействии с оксидом получите нормаль-ные соли

65 Напишите формулу основных висмутовых солей азотной кислоты. Как превратить эти соли в нормальные

66 При взаимодействии каких веществ можно получить гидроксохлорид каль-ция

67 Получите карбонат гидроксомеди при действии соли слабой кислоты на среднюю соль

18

68 Из сульфата свинца (II) получите гидросульфат свинца (II) 69 Из сульфата меди (II) получите сульфат гидроксомеди (II) 70 Из дигидрофосфата калия получите гидрофосфат калия 71 Из хлорида гидроксомеди получите хлорид меди

72 При взаимодействии каких веществ можно получить дигидрофосфат каль-ция

73 На какие продукты при нагревании разлагается сульфат железа (II)

74 Какими способами можно получить гидрофосфат лития и дигидрофосфат лития

1.2. ТЕСТЫ ПО ТЕМЕ «НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ»

Вариант 1 Вопрос Варианты ответов Код

1. Укажите оксид, который при взаимодей-ствии с водой образует сильное основание?

CuO 1 Al2O3 2 BaO 3 Mn2O7 4 SO2 5

2. C какими из перечисленных веществ бу-дет реагировать оксид кадмия?

Ca(OH)2 1 H2O 2 NaNO3 3 FeO 4 V2O5 5

3. Укажите оксид, который при взаимодей-ствии с водой образует сильную кислоту?

TiO2 1 SiO2 2 Pb2O3 3 CO2 4 CrO3 5

4. C какими из перечисленных веществ бу-дет реагировать оксид ванадия (V)?

CaO 1 SO3 2 HNO3 3 нет ответа 4 K3PO4 5

5. C какими из перечисленных веществ бу-дет реагировать оксид алюминия?

H2O 1 NO 2 Na2SO4 3 Ba(OH)2 4 нет ответа 5

19


1. Какие из приведенных пар оксидов могут при взаимодействии друг с другом образовы-вать соль?

CrO3 и Cl2O 1

BaO и TiO2 2

SiO2 и CO 3

CaO и Ag2O 4

Cu и CO 5

2. Какие из приведенных соединений можно отнести к классу оксидов?

Mn3O4 1

KO3 2

Na2O3 3

Pb2O3 4

Mn2O7 5

3. Какой из приведенных оксидов элементов 2-го периода имеет ярко выраженный амфо-терный характер?

Li2O3 1

BeO 2

B2O3 3

CO2 4

SO2 5

4. Как изменяются кислотно-основные свойст-ва оксидов марганца (MnO – Mn2O3 – MnO2 – – MnO3 – Mn2O7) с увеличением степени оки-сления марганца?

не изменяются 1

увеличиваются основные свойства

2

увеличиваются кислотные свойства

3

уменьшаются кислотные свойства

4

нет ответа 5

5. У какого из приведенных оксидов элемен-тов 5-й группы сильнее выражены основные свойства?

NO2 1

Sb2O3 2

P2O5 3

As2O3 4

Bi2O3 5

20


1. Как изменяются кислотно-основные свойст-ва в периодах, например: Na2O – MgO – Al2O3 – SiO2?

увеличиваются основные свойства

1

уменьшаются кислотные свойства 2

не изменяются 3

увеличиваются кислотные свойства

4


2. С какими из перечисленных веществ будет реагировать оксид азота (II)?

H2SO4 1

KOH 2

CaO 3

MgO 4

Cu(NO3)2 5

3. Укажите уравнение реакции, на которой ос-нован лабораторный метод получения оксида углерода (IV).

C+O2 1

CO+O2 2

CaCO3+HCl 3

C+H2O 4

H2CO3 5

4. Какие из указанных веществ реагируют с гидроксидом калия?

Ba(OH)2 1

CuO 2

Cu(OH)2 3

NaHCO3 4

CO 5

5. Какая из реакций, схема уравнения которой приведена, обычно используется в лаборато-рии для получения гидроксида желе- за (III)? Объяснить.

Fe(OH)2+O2+H2O 1

Fe+H2O 2

Fe2O3+H2O 3

FeCl3+H2O 4

FeCl3+3KOH 5

21


1. Какие из указанных металлов реагируют с водой по схеме Me + 2H2O = Me(OH)2 + H2?

Zn 1 Be 2 Au 3 Ca 4 Fe 5

2. Какие вещества образуются при взаимо-действии цинка с водными растворами ще-лочи калия?

Zn(OH)2, K 1 K2[Zn(OH)]4, H2 2 Zn(OH)2, H2 3 K2ZnO2, H2O 4 Zn(OH)2 5

3. Какой из указанных гидроксидов прояв-ляет наиболее сильно выраженные основ-ные свойства?

Ge(OH)2 1 Sn(OH)2 2 Pb(OH)2 3 Ge(OH)4 4 PbO2·nH2O 5

4. Какие из приведенных пар гидроксидов могут при взаимодействии друг с другом образовывать соль?

Ba(OH)2 и Pb(OH)2 1 Mg(OH)2 и KOH 2 Cd(OH)2 и Fe(OH)2 3 нет ответа 4 CsOH и LiOH 5

5. Какая пара из приведенных уравнений реакций не иллюстрирует амфотерный ха-рактер Be(OH)2?

Be(OH)2 + 2HCl=BeCl2 +2H2O Be(OH)2+2KOH=K2BeO2+2H2O

1

Be(OH)2+2KOH=K2[Be(OH)4] Be(OH)2+4HCl=H2[BeCl4]+2H2O

2

Be(OH)2+2H+ Be2++2H2O Be(OH)2+2OH– = [Be(OH)4]2–

3

BeCl2+2KOH=Be(OH)2+2KCl BeCl2+H2O = BeOHCl+HCl

4

Be(OH)2 Be2++2OH–

Be(OH)2 = BeO22-+2H+ 5

22

Вариант 5

Вопрос Варианты ответов Код

1. Какие из перечисленных кислот могут образовывать кислые соли?

HCOOH 1

HBr 2

CH3COOH 3

H2S 4

HCN 5

2. Какие из приведенных гидроксидов мо-гут образовывать основные соли?

NH4OH 1

CsOH 2

NaOH 3

CuOH 4

Cu(OH)2 5

3. Какая соль образуется при взаимодей-ствии 1 моля ортофосфорной кислоты с 2 молями гидроксида калия?

K3PO4 1

K2HPO4 2

K2HPO3 3

K3PO4 4

KH2PO4 5

4. Какое соединение бария образуется при взаимодействии 1 моля карбоната бария с 1 молем угольной кислоты?

BaCO3 1


(BaOH)CO3 3

Ba(HCO3)2 4

Ba(OH)2 5

5. Какое соединение меди образуется при взаимодействии 1 моля сульфата гидро-ксомеди (II) с 1 молем серной кислоты?

CuSO4 1

(CuOH)2SO4 2

Cu(HSO4)2 3

Cu(OH)2 4

CuOH 5

23


1. Какое соединение кадмия образуется при взаимодействия 1 моля сульфата кад-мия с 1 молем гидроксида калия?

Cd(OH)2 1

(CdOH)2SO4 2

CdHSO4 3

CdS 4

Cd(HSO4)2 5

2. Какое соединение железа образуется при взаимодействии 1 моля сульфата же-леза (III) с 3 молями гидроксида бария?

[Fe(OH)2]2SO4 1

FeOHSO4 2

(FeOH)2SO4 3

Fe(OH)3 4

Ba(FeO2)2 5

3. Какая из формул соответствует хлор-ной кислоте?

HCl 1

HClO4 2

HClO3 3

HClO 4

HClO2 5

4. Какая из формул соответствует соли гидротеллурида калия?

KHTe 1

K2TeO3 2

KHTeO4 3

K2Te 4

KHTeO3 5

5. Какая из формул соответствует соли плюмбита кальция?

CaPbO4 1

(CaOH)2PbO2 2

CaPbO3 3

CaPbO2 4

CaPb 5

24


1. Какая из формул соответствует соли нитрита дигидроксоалюминия?

Al(OH)2NO2 1

(AlOH(NO)2)2 2

AlOHNO3 3

AlN 4

Al(OH)2NO3 5

2. Какая из формул соответствует соли хлорида оксовисмута (III)?

Bi(OH)2Cl 1

BiOCl 2

BiCl3 3

BiOHCl2 4

BiOCl2 5

3. Какая из формул соответствует соеди-нению Pb3O4?

PbPbO3 1

Pb2PbO4 2

Pb2O3. PbO2 3

Pb2O3 ·PbO2 4

Pb2O ·PbO2 5

4. Какая из приведенных реакций, схема уравнения которой приведена, может быть использована для получения сульфа-та дигидроксожелеза (III)?

2Fe(OH)3+H2SO4 1

Fe(OH)3+H2SO4 2

Fe(OH)2+H2SO4 3

(FeOH)2SO4+H2SO4 4

FeSO4+1KOH 5

5. Какое взамодействие приведет к по-лучению дигидрофосфата калия?

H3PO4+2KOH 1

P2O5+KOH 2

H3PO4+1KOH 3

P2O3+KOH 4

Ca3(PO4)2+KOH 5

25


1. Какое взаимодействие приведет к полу-чению нитрата меди (II) из нитрита гид-роксомеди?

CuOHNO3+KOH 1

Cu(OH)2+1HNO3 2

Cu(NO3)2+1KOH 3

Cu(NO3)2+2KOH 4

CuOHNO3+HNO3 5

2. Какая из реакций, схема уравнения ко-торой приведена, может быть использова-на для получения гидросульфида каль-ция? Объяснить.

Ca(OH)2+H2SO3 1

Ca(OH)2+(NH)4S 2

Ca(OH)2+2H2S 3

CaO+H2SO4 4

Ca(OH)2+Na2S 5

3. Какое взаимодействие приведет к полу-чению хлорида висмута (III) из хлорида оксовисмута (III)?

Bi(OH)2Cl => H2O+ 1

BiCl3+1KOH 2

BiOHCl2+2KOH 3

Bi(OH)2Cl+HCl 4

BiOCl+2HCl 5

4. Какое взаимодействие приведет к полу-чению гидрофосфата калия из дигидро-фосфата калия?

KH2PO4+H3PO4 1

K2HPO4+HPO3 2

KH2PO4+2KOH 3

K2HPO4+KOH 4

K3PO4+H3PO4 5

5. Какая из реакций, схема уравнений ко-торой приведена, может быть использова-на для получения гидросульфата свинца? Объяснить.

PbSO4+2KOH 1

PbSO4+H2SO4 2

(PbOH)2SO4+H2SO4 3

(PbOH)2SO4+KOH 4

PbSO4+KOH 5

26


1. В какой из приведенных строк пе-речислены только элементы?

оксид меди, вода, азот 1

кислород, водород, хлор, железо 2

алмаз, озон, графит, сероуглерод 3

аммиак, хлороформ, вода, водород 4

йод, фосфор, оксид марганца, сера 5

2. Какие из оксидов являются только основными?

оксид марганца(VI) 1

оксид меди (II) 2

оксид цинка (II) 3

оксид хрома (VI) 4

оксид алюминия (III) 5

3. Какая из солей является основной?

KFePO4 1

FeOHCl2 2

AlNO3SO4 3

KHSO4 4

BaTiO3 5

4. Укажите химический элемент, обра-зующий высший оксид Э2O7?

фтор 1

железо 2

марганец 3

титан 4

астат 5

5. Закончить уравнение реакции: P2O5 + Ca(OH)2 = Ca3(PO4)3 + … . Чему равна сумма коэффициентов в молекулярном уравнении данной ре-акции?

6 1

7 2

8 3

9 4

10 5

27


1. Оксид кальция может реагировать (по отдельности) со всеми веществами набора. Указать с какими.

CO2,NaOH, NO 1 HBr, SO3, NH4Cl 2 BaO, SO3, KMgCl3 3 O2, Al2O3, NH3 4 LiOH, NaNO3, Fe2O3 5

2. Будет ли протекать реакция между окси-дами серы (IV) и …?

SiO2 1 KCl 2 LiOH 3 NaNO3 4 NO3 5

3. Закончить уравнение реакции N2O5 + NaOH = ...

и указать продукты реакции.

Na2O, HNO3 1

NaOH, NH3 2

NaNO3, H2O 3

NaNO2, N2, H2O 4

Na2O2, N2 5

4. Какие из приведенных веществ являются основаниями? Перечислить.

NaOH, LiOH, ClOH 1 NaOH, Ba(OH)2, Cu(OH)2 2 Ca(OH)2, KOH, BrOH 3 Mg(OH)2, Be(OH)2, NaOH 4 KOH, BrOH, SiOH 5

5. Амфотерный гидроксид – это … .

Ba(OH)2 1 CsOH 2 Ni(OH)2 3 Cr(OH)3 4 Cu(OH)2 5

1.3. БИНАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ С НЕМЕТАЛЛАМИ

Соединения металлов с водородом называются гидридами, с гало-генами – галогенидами, с кислородом – оксидами, с серой – сульфидами, с углеродом – карбидами, с кремнием – силицидами, с азотом – нитрида-ми, с бором – боридами. Многие из этих соединений нашли важное при-менение в новой технике. Бориды металлов, например, используются в радиоэлектронике, а также в ядерной технике в качестве материалов для регулирования нейтронного излучения и защиты от него. На основе би-

28

нарных соединений с неметаллами изготовляют полупроводники, катали-заторы, жаростойкие, абразивные, сверхтвердые, химостойкие, антифрик-ционные и другие материалы.

Гидриды

Бинарные гидриды металлов по характеру связи подразделяют на со-ле-, металло- и газообразные. Переходную группу от солеобразных к газо-образным составляют полимерные гидриды.

1. Солеобразные гидриды – это гидриды с ионной связью. К ним от-носятся гидриды щелочных и щелочно-земельных металлов, состав кото-рых выражается общими формулами: МеН (LiH, NaH, KH, RbH, CsH, FrH) и MeH2 (CaH2, SrH2, BaH2). Металл заряжен положительно, а водород – отрицательно.

2. Металлообразные гидриды имеют металлический тип связи и объ-единяют гидриды металлов побочных подгрупп Периодической системы Д.И. Менделеева (d- и f-элементы).

В образовании металлической связи участвуют и электроны атомов водорода. Металлообразные гидриды можно разделить на две подгруппы. Одну подгруппу составляют гидриды металлов подгрупп скандия, титана, ванадия. Они имеют нестехиометрический состав (TiH1,7, TiH1,9, TaH0,8 и др.) и относятся к интерметаллическим соединениям. В эту же подгруппу относятся гидриды некоторых актинидов, имеющие определенный состав (PaH3, ThH3, UH3 и др.).

Другую подгруппу металлообразных гидридов составляют гидриды подгрупп хрома, марганца, железа, платиновых металлов, меди. Эти ме-таллы растворяют водород, но химических соединений с ним не образуют. Системы металл-водород представляют собой твердые растворы.

3. Газообразные гидриды имеют ковалентный тип связи. Такие со-единения образуют металлы главных подгрупп IV и V групп периодиче-ской системы. Их состав выражается формулами MeH4 (SnH4, PbH4) и MeH3 (SbH3, BiH3).

4. Полимерные гидриды образуют в основном алюминий, бериллий, магний и металлы подгруппы галлия: (AlH3)x, (BeH2)x, (MgH2)x. Такое де-ление гидридов, в известной мере, является условным, так как резкой гра-ницы между отдельными группами провести нельзя, и между ними суще-ствуют взаимные переходы.

29

Галогениды металлов

Это соединения металлических элементов с галогенами (фтором, хло-ром, бромом, иодом). В галогенидах атомы металлических элементов по-ляризованы положительно, а атомы галогенов – отрицательно. По типам структурных элементов галогениды металлов можно разделить на три группы: нормальные галогениды (они преобладают), субгалогениды и пергалогениды.

В нормальных галогенидах ни атомы металлов, ни атомы галогенов не образуют обособленных атомных группировок. В нормальных галогени-дах галогены имеют степень окисления –1, а степень окисления металла целочисленна и равна числу атомов галогена, приходящихся на один атом металла ( NaF, MgBr2, AgCl3 и др.).

В субгалогенидах атомы металла образуют обособленные атомные группировки. Степень окисления галогена в субгалогенидах равна –1, а степень окисления металла может быть дробным числом, например, гало-гениды ниобия могут иметь состав NbX2,67. В этих галогенидах имеются группы из трех атомов ниобия, окруженные атомами галогенов. Формула соединения Nb3X8.

В пергалогенидах обособленные атомные группировки образуют ато-мы галогенов. В этих соединениях галогены имеют дробные степени окисления, например, в соединениях KJ3 атомы иода образуют трехатом-ные группировки, и иод имеет степень окисления –1/3.

Наибольшая склонность к образованию пергалогенидов выражена у объемистого иона цезия (CsJ3, CsJ5, CsJBr2 и др.).

Оксиды

Оксиды металлов можно разделить на две группы: перекисные и нор-мальные.

Перекисные оксиды характеризуются наличием связи между атомами кислорода и в свою очередь делятся на три вида: пероксиды (перекиси), супероксиды (надперекиси) и озониды. Пероксиды содержат в своем составе группировку O2–2 (степень окис-ления кислорода равна –1). Их можно рассматривать как соли слабой ки-слоты – перекиси водорода H2O2, поскольку при взаимодействии их с во-дой получается перекись водорода:

Na2O2 + 2H2O = 2NaOH + H2O2.

30

Пероксиды образуются щелочными и щелочно-земельными металлами (CaO2, SnO2, BaO2), а также остальные металлы второй группы – магний, цинк, кадмий, ртуть (кроме бериллия), дающими гидратные формы пере-кисей чаще состава MeO2·8H2O. Супероксиды содержат в молекулах группировку О2–1 (степень окисле-ния кислорода равна –1/2). Известны лишь супероксиды щелочных метал-лов (NaO2, KO2, RbO2, CsO2). Подобно пероксидам они разлагаюся водой, но при этом кроме перекиси водорода выделяют еще и кислород:

2RbO2+ 2H2O = 2RbOH + H2O2 + O2↑.

Озониды имеют группировку из трех атомов кислорода O3-1. Степень окисления кислорода равна –1/3). Озониды могут образовывать щелочные металлы. Озониды при гидролитическом разложении не выделяют пере-киси водорода:

4KO3 + 2H2O = 4 KOH + 5O2.

Нормальные оксиды металлов являются преобладающей группой ок-сидов, характеризующейся отсутствием связи между атомами кислорода. У них все атомы кислорода непосредственно связаны с атомами металлов (степень окисления кислорода равна –2).

Среди нормальных оксидов металлов различают простые оксиды, яв-ляющиеся соединениями какого-нибудь одного металлического элемента с кислородом (CuO, Al2O3), и двойные оксиды, в которых с атомами ки-слорода непосредственно связаны атомы различных металлических эле-ментов (FeO·Cr2O3) или одного элемента, но с различной степенью окис-ления (MnO·Mn2O3).

Кроме того, нужно принять к сведению, что под степенью окисления металла в некоторых оксидах понимается средняя величина, например, хром в CrO2 имеет степень окисления не +4, а +3 и +6, то есть оксид явля-ется не простым, а двойным: Сr2O3·CrO3.

Сульфиды Сульфиды металлов – соединения, состоящие из атомов металла и се-

ры. Нормальные, стехиометрические сульфиды включают атомы серы со степенью окисления –2. Их состав зависит от степени окисления металла (Al2S3 и SnS2).

Сульфиды металлов условно можно разделить на две большие груп-пы: солеобразные и металлообразные.

31

К солеобразным сульфидам относятся сернистые соединения, которые являются нормальными солями сероводородной кислоты. Типичные соле-образные сульфиды с ионным типом связи образуются щелочными и ще-лочно-земельными металлами.

К типичным металлообразным сульфидам относятся сульфиды мно-гих переходных металлов, имеющие нестехиометрический состав. Как правило, они имеют повышенное содержание металла, например: Co9S8, Cr7S6, Cr3S, Nb6S и др. Многие сульфиды переходных металлов, имеющие стехиометрический состав (Ag2S, Cu2S, HgS и др.), занимают промежу-точное положение между солеобразными и металлообразными. Кроме обычных сульфидов многие металлы образуют полисульфиды. Простей-шими представителями полисульфидов являются персульфиды (NH4)2S2 , Na2S2, BaS2 и др. В них степень окисления серы равна –1. По составу и ха-рактеру связи персульфиды похожи на соответствующие пероксиды: O S BaO2 Ba и BaS2 Ba . O S

Полисульфиды могут образовываться как щелочными и щелочно-земельными, так и переходными металлами. Поэтому они могут быть ли-бо солеобразными, либо металлообразными.

Карбиды Класс карбидов составляют бинарные соединения углерода с метал-

лами и другими элементами, являющимися по отношению к углероду электроположительными. Такие металлы, как галлий, индий, таллий, гер-маний, олово, свинец, металлы платиновой группы не образуют соедине-ний с углеродом.

Условно карбиды металлов можно разделить на две большие группы: 1) солеобразные или разлагаемые водой и разбавленными кислотами; 2) металлообразные или неразлагаемые водой и разбавленными ки-

слотами. Солеобразные в свою очередь делят на три подгруппы: метаниды,

ацетилениды (перкарбиды) и так называемые субкарбиды. Метаниды. Их можно представить как продукты замещения водоро-

да в метане на металл. К ним относятся карбиды бериллия Be2C, алюми-

32

ния Al4C3 и щелочных металлов (Li4C и др.). При взаимодействии метал-лов с водой выделяется метан: +3 –4

Al4C3 + 12 H2O = 4 Al(OH) + 3CH4 . Ацетилениды – карбиды, при гидролизе которых образуется ацетилен:

CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2. Общая формула карбидов этой подгруппы имеет вид: Me2C2 – для од-

новалентного металла; MeC2 – для двухвалентного (CaC2); Me2C6 – для трехвалентного (Al2C6). Степень окисления углерода в этих соединениях равна –1, поэтому их можно назвать перкарбидами. Перкарбиды (ацетиле-ниды) образуют металлы I, II групп Периодической системы Д.И. Менде-леева, а также алюминий, многие лантаноиды и актиноиды (LaC2, PrC2, NdC2, ThC2, UC2). К этой подгруппе относятся также графитоподобные карбиды щелочных металлов переменного состава: NaC8, NaC16, NaC64, KC8, KC16, KC24, KC36, KC48, KC60 и аналогичные соединения для рубидия и цезия. Все они при взаимодействии с водой дают ацетилен.

Субкарбиды – карбиды вида Me3C (Mn3C, Fe3C, Co3C, Ni3C). Степень окисления углерода в них равна –4, но в отличие от метанидов здесь ме-таллы связаны между собой. Гидролиз их сопровождается выделением метана и водорода:

Mn2 = C = Mn + 6H2O = 3Mn(OH)2 + CH4 + H2. Металлообразные карбиды – это карбиды переходных металлов IV,

V, VI и VII групп Периодической системы Д.И. Менделеева. Преобла-дающую часть карбидов этой группы относят к карбидам внедрения: Mn4C, Mn8C3, Cr3C2, Cr7C3, Mo2C, MoC, W2C, WC, V2C, Nb2C, NbC, Ta2C3, TaC.

Формулы рассматриваемых соединений не отвечают обычным пред-ставлениям валентности. Часто металлообразные карбиды не имеют опре-деленного стехиометрического состава. Поэтому металлообразные карби-ды могут быть отнесены к интерметаллическим соединениям.

Силициды Силицидами называют соединения металлов с кремнием. В соедине-

ниях такого типа кремний проявляет отрицательную степень окисления – 4. Силициды отличаются переменным или колеблющимся составом,

формулы большинства из них не отвечают правилам валентности. Принято силициды делить на две группы.

33

К первой группе относятся силициды, разлагаемые водой и кислота-ми. Это силициды лития и щелочно-земельных металлов (Li6Si2, Mg2Si, MgSi, Ca2Si и др.). В этих соединениях проявляются ионно-ковалентные связи: атомы кремния связаны с атомами металла ионной связью, а атомы кремния друг с другом – ковалентной. В химическом отношении силици-ды активных металлов очень неустойчивы, они разлагаются с выделением силанов (кремневодородов), а иногда смеси силанов и водорода:

Mg2Si + 4HCl = 2MgCl2 + SiH4 . Ко второй группе относятся металлоподобные силициды d- и f-эле-

ментов. Примерами силицидов этой группы могут быть USi2, TaSi2, CrSi2, Cr3Si, Cr5Si3, MoSi2, WSi2, Mn2Si. В этих соединениях между атомами кремния и металла проявляется металлическая связь, а атомы кремния связаны между собой ковалентной связью. В химическом отношении ме-таллоподобные силициды довольно устойчивы и большинство их не раз-лагается водой и разбавленными кислотами.

Нитриды

Это соединения азота с сильно электроположительными элементами (преимущественно металлами). Нитриды металлов можно разделить на две большие группы: солеобразные и металлообразные.

К первой группе относятся нитриды щелочных и щелочно-земельных металлов, а также некоторых металлов p-семейства и d-семейства. Форму-лы этих нитридов отвечают представлениям валентности. Их можно рас-сматривать как производные аммиака, в молекуле которого водород за-мещен на металл: +1 –3 +2 –3

Me3N (Li3N, Cs3N, Cu3N); Me3N2 (Be3N2, Ba3N2).

Вторую группу составляют нитриды переходных металлов, атомы ко-торых имеют недостроенные внутренние d- и f-электронные подуровни. Они являются типичными фазами внедрения, а потому не имеют постоян-ного стехиометрического состава. Чаще он, все-таки, приближается к ка-кому-то определенному соотношению: MeN(TiN, HfN, MoN, WN); M2N(U2N, Ta2N, Mn2N); Me3N(Ti3N, Mo3N).

Все солеобразные нитриды водой гидролизуются: Mg3N2 + 6H2O = 3 Mg(OH)2 +2NH3.

34

Металлообразные нитриды не разлагаются водой, крепкими кислота-ми и смесями кислот и переводятся в раствор щелочным сплавлением или обработкой горячими концентрированными растворами щелочей:

2TiN + 4KOH + 2H2O = 2K2TiO3 + 2NH3 + H2.

Бориды Соединения бора с металлами составляют класс бинарных соедине-

ний боридов. Бориды можно условно подразделить на солеобразные и металлооб-разные.

Солеобразные бориды образованы активными металлами (щелочно-земельными, бериллием, магнием, актиноидами, лантаноидами). Их сте-хиометрический состав не соответствует представлениям о валентности металлов (Be2B, BeB2,MgB2,CaB6 и др.).

Металлообразные бориды образуют переходные металлы. В них сложным образом переплетаются многие виды связей, в образовании ко-торых принимают участие и s-, и d-электроны металлов.

В химическом отношении солеобразные бориды довольно активны. Кислотами они разлагаются с выделением бороводородов:

4Mg2B + 16 HCl = B4H10 + 8MgCl2 + 3H2. При растворении диборидов переходных металлов в разбавленных ки-

слотах на один моль разложившегося диборида выделяется 4–5 молей во-дорода:

TiB2 + 3HCl + 4H2O = TiCl3 + 2HBO2 + 4,5H2. 2TiB2 + 5 H2SO4 + 2H2O = Ti2(SO4)5 + 4HBO2 + SO2 + H2S + 4H2.

Бориды переходных металлов являются более активными восстанови-телями, чем сами металлы. Они восстанавливают не только ион водорода, но и серную кислоту до SO2 и H2S.

ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ «Бинарные соединения»

Примеры решения задач Задача 75. Закончить уравнения реакций и охарактеризовать свойст-

ва металла и его соединений, проанализировав данные реакции. Элементы 1А группы

35

Решение 1) 4 Na + O2 = 2Na2O; 2Na + O2 = Na2O2.

Блестящая поверхность натрия на воздухе за несколько секунд туск-неет вследствие образования соединения с кислородом. Более быстро об-разуется пероксид натрия и медленнее получается смесь, содержащая 90 % Na2O2 и 10 % Na2O.

2) NaH + H2O = NaOH + H2. Гидриды щелочных металлов – твердые кристаллические вещества,

имеющие ионную решетку. Гидриды – сильные восстановители. С водой энергично взаимодействуют с выделением водорода.

3) Na2O2 + 2Na = 2Na2O. Оксид натрия может быть получен косвенным путем.

4) Na2O2 + 2H2O = H2O2 +2NaOH. Пероксид натрия – твердое вещество, имеет ионную кристалличес-

кую решетку, применяется как сильный окислитель; разлагается водой.

5) 4NaOH + 4O3 = 4NaO3 + 2H2O + O2.

Более сильными окислителями по сравнению с пероксидами являются озониды. Озониды могут быть получены при действии озона на твердые гидроксиды.

Задача 87. Закончить уравнения реакций и охарактеризовать свойства металла и его соединений, проанализировав данные реакции.

Элементы IV Б группы Решение 700 ˚C

1) TiCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Ti.

Металлы Ti, Zr, Hf получают магнийтермическим и натрийтерми-ческим восстановлением тетрагалогенидов в атмосфере аргона или гелия.

2) 2Zr + N2 = 2ZrN. Соединения состава ЭN образуются при непосредственном взаимо-

действии металлов с молекулярным азотом. В нитридах преобладает ме-таллическая связь.

3) TiO2 + BaO = BaTiO3.

36

Диоксиды титана, циркония, гафния имеют амфотерный характер. При сплавлении медленно взаимодействуют со щелочами и основными оксидами.

4) HfO2 + 2C + 2Cl2 = HfCl4 + 2CO. Галогениды получают нагреванием диоксида с углем в атмосфере га-

логена.

5) Ti+H2=TiH2. Все три металла (Ti, Zr, Hf) имеют повышенное сродство к водороду.

Поглощение водорода сопровождается образованием соединений метал-лической природы.

В задачах № 75–92 даны уравнения реакций для соединения элемен-тов соответствующих групп Периодической системы Д.И. Менделеева. Закончить уравнения реакций и охарактеризовать свойства металла и его соединения, проанализировав данные реакции.

S-элементы Элементы IA группы Элементы IIA группы

75

Na + O2→

NaH + H2O →

Na2O2 + NaО →

Na2O2 + H2O →

NaOH + O3→

76

BeF2 + Mg →

CaH2 + H2O →

Be2C + H2O →

Be + N2 →

Ca3N2 + H2O →

P-элементы

Элементы IIIA группы Элементы IVA группы

77

B2O3 + Mg →

BCl3 + H2O →

B + N2 →

AlF3 + 3NaF →

TiCl3 + H2S →

78

Ca + C →

ZnO + C →

CO + Cl2 →

SiO2 + Mg →

Mg2Si + HCl → Элементы VA группы Элементы VI группы

79

Ca3N2+H2O →

Mg+NO →

P+H2 →

Sb2S3+Fe →

Bi2O3+C →

80

CO2+H2O →

BaO+O 2→

HS+SO2 →

SO2 + Cl2 →

Te+H2O→

37

Элементы VII группы

81

MnO2 + НCl → t˚ NaBr + Cl2 → t˚ CaF2 + H2SO4 →

F2 + NaOH →

Cl2 + H2O →

82

Xe(г)+F2(г) → CaOCl2+CO2 → HI + H2SO4(ж) →

PJ3 + HOH →

KJ + Cl2 → d- элементы

Элементы 1Б группы Элементы II Б группы

83

CuSO4+Fe →

AgCl+NH3 → t˚ Au+Cl2 → t˚ Au(OH)3 →

Ag + H2S + O2 →

84

ZnS+O2 →

ZnO+C → HgS+O2 → t˚ Cd(NO3) →

Hg2Cl2 + Cl2 →

Элементы III Б группы

ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ · 2016. 9. 13. · О. А....

Documents