Вопрос 3. 1 страница

При использовании металлических материалов, находящихся в контакте с водными растворами, возможно окисление, а следовательно, и разрушение металла под действием окислителей, которые могут находиться в растворе (кислоты, кислород и др.). В результате таких процессов в водном растворе появляется катион данного металла, обнаружение которого укажет на проходящий процесс его разрушения. В таблице 3.38 приведены анализируемые катионы, которые могут образоваться при окислении соответствующего металла в водном растворе.

А. Из набора ответов (1, 2 или 3) выберите ион-реактив, с помощью которого можно обнаружить, а следовательно, идентифицировать анализируемый катион. Для ответа используйте таблицу 3.39 (см. ниже).

Б. Напишите краткое ионно-молекулярное уравнение реакции между анализируемым катионом и ионом-реактивом. Объясните, почему данная реакция является качественной на анализируемый катион; что в ней является аналитическим сигналом (образование осадка, газа, окрашенного вещества) и отразите это в уравнении реакции около соответствующего вещества.

Таблица 3.38 – Тестовое задание 20 (Т-20)

Ва-ри- ант	Анализируемый катион	Ион-реактив на анализируемый катион (набор ответов)	Ва-ри- ант	Анализируемый катион	Ион-реактив на анализируемый катион (набор ответов)
	Al^3+	NO3^-	Cl^-	OH^-		Zn^2+	PO4^3-	NO3^-	SO4^2-
	Fe^3+	SO4^2-	SCN^-	H^+		Cu^2+	S^2-	CH3COO^-	NO3^-
	Ni^2+	S^2-	Br^-	SO4^2-		Pb^2+	I^-	CH3COO^-	NO3^-
	Cr^3+	OH^-	NO3^-	Cl^-		Cu^2+	OH^-	Br^-	Cl^-
	Fe^3+	Cl^-	[Fe(CN)6]^4-	NO3^-		Pb^2+	NO3^-	S^2-	НSO4^-
	Mg^2+	NO3^-	Br^-	PO4^3-		Fe^2+	S^-2	NO3^-	I^-
	Ni^2+	SO3^2-	SO4^2-	I^-		Pb^2+	NO3^-	Cl^-	CH3COO^-
	Mn^2+	Br^-	S^2-	Cl^-		Mn^2+	НSO4^-	SO3^2-	I^-
	Zn^2+	SiO3^2-	NO3^-	SO4^2-		Pb^2+	CH3COOH	SO4^2-	NO3^-
	Fe^2+	Cl^-	NO3^-	[Fe(CN)6]^4-		Cr^3+	PO4^3-	SO4^2-	Br^-
	Mn^2+	SiO3^2-	SO4^2-	NO3^-		Fe^2+	SO4^2-	Br^-	SiO3^2-
	Co^2+	Cl^-	Br^-	NH3		Mg^2+	Br^-	I^-	CO3^2-
	Sn^2+	I^-	Cl^-	SO4^2-		Fe^3+	SO4^2-	OH^-	Br^-
	Zn^2+	Cl^-	S^2-	I^-		Cu^2+	NO3^-	PO4^3-	CH3COO^-
	Pb^2+	CH3COO^-	NO3^-	Br^-		Ni^2+	OH^-	CH3COO^-	NO3^-
	Al^3+	Cl^-	PO4^3-	SO4^2-		Hg^2+	NO3^-	I^-	Cl^-
	Fe^2+	SO3^2-	SO4^2-	NO3^-		Ag^+	NO3^-	CO3^2-	NH3
	Sn^2+	Br^-	Cl^-	S^2-		Be^2+	OH^-	Cl^-	NO3^-

Таблица 3.39

Анионы

OH^-

NO3^-

SO4^2-

I^-

Br^-

Cl^-

SO3^2-

PO4^3-

CH3COO^-

CO3^2-

S^2-

SiO3^2-

Катионы гидроксидов (оснований)

сильных

H^+

р

р

р

р

р↑

р

р

р

р↑

р↑

бц

K^+

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

Na^+

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

Li^+

р

р

р

р

р

р

р

бц

р

м

р

бц

Ba^2+

р

р

бц

р

р

р

бц

бц

р

бц

р

бц

Ca^2+

м

р

м

р

р

р

бц

бц

р

бц

р

бц

слабых

NH4^+

р↑

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

–

Mg^2+

бц

р

р

р

р

р

м

бц

р

бц

м

бц

Fe^2+

бц

р

р

р

р

р

сер-зел

бц

р

бц

чер

сер

Ni^2+

зел

р

р

р

р

р

зел

зел

р

н ^г

чер

гд

Mn^2+

бц

р

р

р

р

р

бц

бц

р

бц

тел

тел

Ag^+

–

р

м

ж

бж

бц

бц

ж

м

бж

чер

–

Hg^2+

–

р

м ^г

кр

м

р

–

бц

р

н ^г

чер

–

амфотерных

Al^3+

бц

р

р

р

р

р

гд

бц

р

гд

гд

гд

Cr^3+

сер-зел

р

р

м

р

р

гол

зел

р

гд

гд

гд

Be^2+

бц

р

р

р

р

р

гд

бц

н ^г

н ^г

гд

гд

Zn^2+

бц

р

р

р

р

р

бц

бц

р

н ^г

бц

роз

Pb^2+

бц

р

бц

ж

бж

бц

бц

бц

р

н ^г

чер

бц

Sn^2+

бц

гд

р

ок

гд

р

–

бц

гд

гд

бур

гол

Fe^3+

бур

р

р

–

р

р

–

бж

–

гд

–

гд

Cu^2+

син

р

р

–

р

р

н ^г

гол

р

н ^г

чер

н ^г

Условные обозначения: р – растворимые; р↑ – летучие или распадаются с выделением газа; м – малорастворимые; н ^г и м ^г – осадок основной соли вследствие гидролиза; ГД – соль разлагается водой (гидролиз); прочерк (–) – вещество не существует.

Цвета осадков: бц – бесцветный; бж – бледно-желтый; бур – бурый; гол – голубой; ж – желтый; зел – зеленый; кр – красный; ок – оранжево-красный; роз – розовый; син – синий; сер-зел – серовато-зеленый; сер – серый; тел – телесный; чер – черный.

Задание 12. Жесткость воды и способы ее устранения (по разделам стандартов: растворы; растворы электролитов; вода; кислотно-основные свойства веществ; химическое равновесие в растворах; химическая идентификация)

Рекомендуемая литература: [1], § 7.1.1, 8.12, 37.2; [2], § 8.6, 12.3; [4], § 5, 8, 10; лекции.

1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:

1.1. Что представляет собой "жесткая" вода.

1.2. Каковы смысл и определение понятия "жесткость воды".

1.3. Какие по составу и растворимости соли относятся к солям жесткости, и почему их образуют катионы Сa⁺², Mg⁺² и реже Fe⁺² и Fe⁺³.

1.4. Откуда в природной воде оказываются растворимые соли, относящиеся к солям жесткости.

1.5. Какова особенность химического состава солей временной жесткости; почему жесткость, обусловленная этими солями, имеет название "временная". Уметь подтвердить это соответствующим уравнением реакции.

1.6. В результате каких процессов в природе образуются соли временной жесткости. Уметь привести уравнения соответствующих реакций.

1.7. В чем проявляется отрицательная роль солей постоянной и временной жесткости при использовании "жесткой" воды. Уметь подтвердить свой ответ примерами и уравнениями соответствующих реакций.

1.8. Какое дополнительное отрицательное влияние на качество воды оказывают те соли жесткости, которые подвергаются гидролизу. Уметь написать уравнения реакций их гидролиза.

1.9. Каков общий признак реакций, на которых основываются обнаружение и устранение солей жесткости. Уметь подтвердить это уравнениями соответствующих реакций.

1.10. В чем заключается сущность процесса умягчения воды.

2. Письменное задание для контроля усвоения темы:

В таблице 3.40 приведены соли жесткости и реагенты (ионы, молекулы иониты), при взаимодействии которых с солью происходит умягчение воды.

Для своего варианта:

2.1. Объясните, почему данная соль является солью жесткости, укажите ее тип.

2.2. Напишите молекулярное и ионно-молекулярные уравнения реакции между данными в Вашем варианте солью жесткости и реагентом. В случаях, когда даны ионы, для молекулярных уравнений подберите соответствующую молекулу, включающую этот ион. Не забудьте при составлении уравнений использовать правила записи уравнений реакций в растворах электролитов.

2.3. Объясните, что представляет собой умягчение воды, и почему написанная Вами реакция приводит к умягчению.

2.4. Напишите уравнение реакции гидролиза данной соли и определите, каков будет уровень рН водной среды в результате гидролиза и почему. Не забудьте особые правила составления уравнений гидролиза.

2.5. Приведите математическое выражение степени гидролиза для данной соли, расшифруйте составляющие его величины и укажите, как влияет концентрация раствора соли на степень ее гидролиза и почему.

2.6. Напишите уравнение реакции данной соли жесткости с водорастворимой солью кислоты С₁₅Н₃₁СООН. Укажите, каким образом в данном случае проявится негативное действие солей жесткости.

Таблица 3.40

Ва-ри-ант	Соль жесткости в воде	Реагент для устранения жесткости воды	Ва-ри-ант	Соль жест-кости в воде	Реагент для устранения жесткости воды
	CaS	Na2CO3		Fe(NO3)3	PO4^3-
	MgCl2	PO4^3-		Fe(HCO3)2	NaOH
	Fe(NO3)3	SiO3^2-		Fe2(SO4)3	катионит
	Ca(NO3)2	CO3^2-		Ca(HCO3)2	Ca(OH)2
	Ca(HCO3)2	KOH		MgSO4	катионит
	CaCl2	SO3^2-		CaS	SO3^2-
	Mg(NO3)2	PO4^3-		Fe(NO3)3	OH^-
	MgCl2	OH^-		Mg(HCO3)2	KOH
	MgBr2	CO3^2-		Ca(HCO3)2	катионит
	MgI2	SiO3^2-		MgBr2	CO3^2-
	Mg(HCO3)2	OH^-		FeCl2	SiO3^2-
	CaI2	катионит		Mg(NO3)2	NaOH
	FeCl2	CO3^2-		Fe(HCO3)2	OH^-
	FeI2	SO3^2-		CaS	катионит
	FeBr2	PO4^3-		FeCl2	OH^-
	Fe(NO3)2	S^2-		Mg(HCO3)2	катионит
	FeCl3	катионит		Ca(HCO3)2	OH^-
	FeBr3	SiO3^2-		MgSO4	PO4^3-

Задание 13. Окислительно-восстановительные реакции и свойства веществ (по разделам стандартов: реакционная способность веществ; окислительно-восстановительные свойства и реакции веществ; химия элементов и их соединений)

Рекомендуемая литература: [1], гл. 9, § 9.1-9.3; [2], гл. 9, § 9.1; [3], гл. 8, § 1-4; [4], гл. 10, § 1-3; лекции.

1. Вопросы, которые необходимо изучить и уметь дать на них ответ:

1.1. Какие реакции называют окислительно-восстановительными (ОВР); какие химические частицы переносятся в ходе ОВР.

1.2. Что представляет собой степень окисленности (степень окисления) и как она определяется для элементов в соединениях.

1.3. Как называется вещество (реагент), в состав которого входит окисляющийся элемент; какой процесс называется окислением. Как называется вещество (реагент), в состав которого входит восстанавливающийся элемент; какой процесс называется восстановлением.

1.4. Как изменяются в ходе ОВР степени окисления окислителя и восстановителя и почему.

1.5. Какие простые вещества могут быть только восстановителями и почему.

1.6. Какие простые вещества могут быть и окислителями, и восстановителями и почему.

1.7. По каким признакам строения и характеристикам атомов, входящих в состав реагентов, определяются окислитель и восстановитель в реакциях между простыми веществами.

1.8. Какой признак (характеристика) и почему определяет способность элемента в молекулах сложных веществ проявлять только восстановительные, только окислительные или двойственные окислительно-восстановительные свойства.

1.9. Какое значение и распространенность в природных и технологических процессах имеют ОВР.

2. Письменное задание для контроля усвоения темы:

2.1. Для данных в таблице 3.41 по Вашему варианту веществ-реагентов ОВР укажите:

2.1.1. Степени окисления указанных в таблице анализируемых элементов.

2.1.2. Какую роль данные вещества-реагенты могут выполнять в ОВР: только окислитель, только восстановитель или могут проявлять окислительно-восстановительную двойственность, и объясните почему. Дайте определение окислителя и восстановителя, процессов окисления и восстановления.

2.2. В таблице 34.2 приведены схемы ОВР.

Для данной Вам реакции:

2.2.1. Определите степени окисления всех элементов в молекулах всех веществ, участвующих в данной реакции; подпишите реагенты – окислитель и восстановитель, обоснуйте свой ответ.

2.2.2. Составьте электронные уравнения и электронный баланс с указанием реагентов и процессов; укажите, какой фундаментальный закон и какое правило используются при их составлении.

2.2.3. Составьте полное уравнение реакции и проверьте правильность проведенного подбора стехиометрических коэффициентов по сумме атомов кислорода в левой и правой частях составленного уравнения.

2.2.4. Определите, к какому типу ОВР относится данная реакция (межмолекулярная, внутримолекулярная, реакция диспропорционирования) и почему.

2.2.5. Напишите общее математическое уравнение, позволяющее прогнозировать возможность протекания ОВР (с расшифровкой составляющих его величин). Укажите, при каком условии, вытекающем из этого выражения, ОВР возможна.

Таблица 3.41

Ва-ри-ант	Реагенты в ОВР	Ва-ри-ант	Реагенты в ОВР
Вещества	Анализируемый элемент во всех реагентах	Вещества	Анализируемый элемент во всех реагентах
	H2S, Na2SO3, H2SO4	S		AgNO3, Ag, O2	Ag, N и O
	HCl, HClO, Cl2O7	Cl		P2O5, P, Mg3P2	P
	K2CrO4, Cr, Cr2O3	Cr		Ca3N2, NaNO3, NO	N
	H2O, NaH, H2	H		ZnS, S, Zn	Zn и S
	Sn, SnO2, SnO	Sn		KMnO4, K2MnO4	Mn и O
	CH4, CO, CO2	C		S, MgS, Mg	S и Mg
	HNO2, NH3, HNO3	N		NaNH2, NH4NO2	N
	KI, I2, KIO4	J		Fe, S, FeS	Fe и S
	KMnO4, MnO2, Mn	Mn		H2Se, H2SeO4, SeO2	Se
	H2O2, H2O, OF2	O		V, V2O3, NaVO3	V
	HBr, HBrO3, HBrO4	Br		Ag2O, Ag, Na2O2	Ag и O
	Na2S, K2CrO4, HCrO2	S и Cr		C, CO, Fe3C	C и Fe
	F2, Cl2, HF	F и Cl		I2, HI, I2O7	J и H
	Mo, MoO2, Na2MoO4	Mo		PbO2, Pb, PbO	Pb и O
	H3PO4, PH3, P2O3	P		Si, SiO2, Mg2Si	Si
	HClO4, Ca3P2, Cl2O3	Cl и P		O3, NO, NH3	N и O
	Mg3N2, N2, NH4Cl	N		SO2, Cu2S, SO3	S и Cu
	NH4NO3, HNO2	N		СaH2, H2SO4, NH3	H

Таблица 3.42

Ва-ри-ант	Окислительно-восстановительная реакция	Ва-ри-ант	Окислительно-восстановительная реакция
	K2Cr2O7 + NaNO2 + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + NaNO3 + K2SO4 + H2O		KI + KClO3 + H2SO4 → I2 + KCl + K2SO4 + H2O
	H2S + KMnO4 + H2SO4 → S + MnSO4 + K2SO4 + H2O		NH4NO2 → N2 + H2O
	HCl + KClO3 → Cl2 + KCl + H2O		C + H2SO4 → SO2 + CO2 + H2O
	KOH + S → K2S + K2SO3 + H2O		P + HNO3 + H2O → H3PO4 + NO
	KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2		H2C2O4 + KMnO4 + H2SO4 → CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
	HCl + MnO2 → Cl2 + MnCl2 + H2O		Cl2 + KOH → KCl + KClO3 + H2O
	P + H2SO4 → H3PO4 + SO2 + H2O		Pb(NO3)2 → PbO + NO2 + O2
	PbO2 + KI + H2SO4 → I2 + PbSO4 + K2SO4 + H2O		C2H4 + KMnO4 + H2O → HOH2C-CH2OH + MnO2 + KOH

Продолжение таблицы 3.42

Ва-ри-ант	Окислительно-восстановительная реакция	Ва-ри-ант	Окислительно-восстановительная реакция
	Cr(OH)3 + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + NaBr + H2O		KBr + KBrO3 + H2SO4 → Br2 + K2SO4 + H2O
	K2Cr2O7 + KI + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + I2 + K2SO4 + H2O		H2O2 + KMnO4 + H2SO4 → O2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
	C + HNO3 → CO2 + NO + H2O		(NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + H2O
	KClO3 → KCl + O2		FeCl2 + KMnO4 + HCl → FeCl3 + MnCl2 + KCl + H2O
	K2Cr2O7 + H2S + H2SO4 → S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O		CuS + HNO3 → Cu(NO3)2 + H2SO4 + NO2 + H2O
	S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O		KBrO + MnCl2 + KOH → KBr + MnO2 + KCl + H2O
	C2H2 + KMnO4 + H2SO4 → CO2 + H2O + MnSO4 + K2SO4		NaCrO2 + PbO2 + NaOH → Na2CrO4 + Na2PbO2 + H2O
	HCl + KMnO4 → Cl2 + MnCl2 + KCl + H2O		KOH + Cl2 → KCl + KClO3 + H2O
	N2H4 + Zn + KOH + H2O → NH3 + K2[Zn(OH)4]		HNO2 → HNO3 + NO + H2O
	Si + HF + HNO3 → SiF4 + NO + H2O		N2H4 + AgNO3 + NaOH → N2 + Ag + NaNO3 + H2O

Дата добавления: 2014-12-26