Тема 33. Типи розрахункових задач. 5 страница

3. Реакція розкладу нерозчинної основи.

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

4. Реакція розкладу деяких солей.

CaCO₃ = CaO + CO₂

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂ + O₂

Забарвлення деяких основних оксидів(металів):

1. CuO – чорний колір

2. Сu₂O - червоний колір

3. Сr₂O₃ - зелений колір

4. Fe₂O₃ - бурий колір

Всі інші оксиди металів є білі тверді речовини.

Тема 12. Основи.

Основи– це складні речовина, які складаються з атомів металу і гідроксид-групи.

Наприклад.

NaOH - натрій гідроксид

Fe(OH)₂ - ферум(ІІ) гідроксид

Основи поділяють за:

І. за розчинністю у воді:

1. розчинні або луги;

2. нерозчинні.

Луги є електролітами. Луги – цеелектроліти, які дисоціюють на йони-Гідроксиду(ОН^-).

ІІ. За кількістю груп ОН:

1. однокислотні (NaOH, KOH);

2. багатокислотні (Fe(OH)₂, Al(OH)₃)

Хімічні властивості

І. Луги

1.Реакція зміни забарвлення індикаторів (реакція дисоціації)

Тількирозчинах лугів індикаторизмінюють забарвлення:

Лакмус ізфіолетового насиній

Метилоранж із оранжевого на жовтий

Універсальний індикатор із жовтого на синій

Фенолфталеїн ізбезбарвногонамалиновий

NaOH ↔ Na⁺ + OH^-

2. Реакція з кислотними або амфотерними або подвійними оксидами.

Тільки луги взаємодіють з кислотними або амфотерними або подвійними оксидами утворюючи сіль і воду.

2NaОН + CO₂ = Na₂CO₃ + Н₂О

3. Реакція з кислотами.

Всі луги взаємодіють з кислотами,утворюючи сіль і воду. Реакція обміну,

а називається реакціянейтралізації – це реакція між основою і кислотою.

NaOН + HCl = NaCl + H₂O

4. Реакція з солями.

Тільки луги взаємодіють з солями, якщо утворюється хоча б одна нерозчинна речовина . Реакція обміну .

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl

KNO₃ + NaOH ≠

CuSO₄ + Ba(OH)₂ = Cu(OH)₂↓+ BaSO₄↓

ІІ. Нерозчинні основи

1. Реакція з кислотами.

Всі нерозчинні основи взаємодіють з кислотами,утворюючи сіль і воду. Реакція обміну, а називається реакціянейтралізації.

Fe(ОН)₂ + 2HCl = FeCl₂ + 2H₂O

2. Реакція розкладу при нагріванні.

Тільки нерозчинні основи при нагріванні розкладаються на оксид

металу і воду.

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Добування основ

І. лугів.

1. Реакція лужних або лужно-земельних металів з водою.

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂↑

2. Реакція оксидів лужних і лужно-земельних металів з водою.

BaO + H₂O = Ba(OH)₂

ІІ. Нерозчинних основ.

1. Реакція лугів з солями.

FeCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + 2NaCl

Забарвлення деяких нерозчинних оcнов:

1. Cu(OH)₂ – голубий колір

2. СuOН - жовтий колір

3. Fe(OH)₂ - брудно-зелений колір

4. Fe(OH)₃ – «бурий» осад

Всі інші основи(луги і нерозчинні) є білі тверді речовини.

Тема 13. Кислоти.

Кислоти– це складні речовина, які складаються з атомі Гідрогену і кислотного залишку.

Наприклад.

HCl - хлоридна кислота

H₂ SO₄ - сульфатна кислота

Кислоти поділяють за:

І. вмістом Оксисену в кислотному залишку:

1. безоксигенові (HCl, H₂S)

2. оксигеновмісні (HNO₃, H₂SO₄, H₃PO₄)

Кислоти є електролітами. Кислоти – цеелектроліти, які дисоціюють на йони-Гідрогену(Н⁺).

І. За кількістю атомів Гідрогену (Н):

3. одноосновні (HСl, HNO₃);→

4. багатоосновні (H₂SO₃, H₃PO₄)

Хімічні властивості кислот

1.Реакця зміни забарвлення індикаторів (реакція дисоціації).

У розчинахкислот:

Лакмус ізфіолетового начервоний

Метилоранж із оранжевого на червоний

Універсальний індикатор із жовтого на червоний

Фенолфталеїн не змінює

HCl ↔ H⁺ + Cl^- ;

2. Реакція з основними або амфотерними оксидами.

Кислоти взаємодіють з основними або амфотерними або змішаними оксидами утворюючи сіль і воду.

2НCl + CаO = СaCl₂ + Н₂О

3. Реакція з основами.

Всі кислотии взаємодіють з основами,утворюючи сіль і воду. Реакція обміну, а називається реакціянейтралізації.

NaOН + HCl = NaCl + H₂O

4. Реакція з солями.

Сильні кислоти (HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, H₃PO₄) взаємодіють з солями, утвореними слабкими кислотами (H₂CO₃, H₂SO₃ ,H₂SiO₃, H₂S, HF). Реакція обміну .

2HCl + Na₂CO₃ = H₂CO₃ + 3NaCl

H₂CO₃ + NaCl ≠

5. Реакція з металами.

Кислоти взаємодіютьз металами, які стоять у ряду металів до Н,утворюючисіль і водень.Реакція заміщення.

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Cu + HCl ≠

Добування кислот

І. Безокигенові.

1. Реакція неметалів з воднем.

S + H₂ = H₂S↑ ; Cl₂ + H₂ = 2HCl↑ ;

2. Реакція сильних кислот з солями, утвореними слабкими кислотами

2HCl + Na₂S = H₂S + 2NaCl

ІІ. Оксигеновмісних.

1. Реакція кислотних або подвійних оксидів з водою.

СO₂ + H₂O = H₂CO₃

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂

2. Реакція сильних кислот з солями, утвореними слабкими кислотами

2NaNO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HNO₃

Амфотерні гідроксиди

Амфотерні гідроксиди –це гідроксиди деяких металів,якіодночаснопроявляють властивостіяк кислот так і основ.

Наприклад: : Zn(OH)₂ - H₂ZnO₂

Be(OH)₂ - H₂ВеO₂

Fe(OH)₃ - H₃FeO₃

Al(OH)₃ - H₃AlO₃

Cr(OH)₃ - H₃CrO₃

Хімічні властивості амфотерних гідроксидів

1. Реакція з кислотами.

Всі амфотерні гідроксиди взаємодіють з кислотами, утворюючи сіль і воду, подібно як основи. Реакція обміну.

Zn(OH)₂ + 2HCl = ZnCl₂ + 2H₂O

Al(OH)₃ + H₃PO₄ = AlPO₄ + 3H₂O

2. Реакція з лугами.

Всі амфотерні гідроксиди взаємодіють з лугами,утворюючи сіль і водуподібно як кислоти.

Zn(OH)₂ + Ba(OH)₂ = BaZnO₂ + 2H₂O

Н₂ZnO₂ або

Zn(OH)₂ + Ba(OH)₂ = Ва [Zn(OН)₄]

Al(OH)₃ + 3KOH = K₃AlO₃ + 3H₂O

Н₃AlO₃ або

Al(OH)₃ + 3KOH = K₃ [Al(OН)₆]

3. Реакція розкладу при нагріванні.

Амфотерні гідроксиди при нагріванні розкладаються на оксид

металу і воду, подібно як нерозчинні основи.

Zn(OH)₂ = ZnO + H₂O

Добування амфотерних гідроксидів

1. Реакція лугів з солями.

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl

Тема 14. Солі.

Солі – це складні речовини, які складаються з атомів металу і кислотного залишку.

Наприклад:

AlCl₃ - алюміній хлорид

Fe₂(SO₄)₃ - ферум (ІІІ) сульфат

Солі поділяються на:

1. Середні(нормальні) солі (містять Ме + кислотний залишок);;

2. кислі солі (містять Ме + Н + кислотний залишок);

3. основні солі(містять Ме + ОН + кислотний залишок);

Cолі є електролітами. Солі– цеелектроліти, які дисоціюють на катіони металів і аніони кислотного залишку.

Хімічні властивості середніх солей

1. Реакція з кислотами.

Солі, утворені слабкими кислотами, взаємодіють з сильними кислотами, якщо утворюється нова сіль і нова кислота. Реакція обміну .

2HCl + Na₂CO₃ = H₂CO₃ + 3NaCl

H₂CO₃ + NaCl ≠

2. Реакція з лугами.

Солі взаємодіють з лугами, якщо утворюється хоча б одна нерозчинна речовина . Реакція обміну .

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl

KNO₃ + NaOH ≠

3. Реакція з металами.

Солі, утворені слабкими металами,взаємодіютьіз сильними металами. (Сильні метали ті, які знаходяться лівіше у ряду металів).

Zn + CuCl₂ = ZnCl₂ + Cu

Cu + ZnCl₂ ≠

4. Реакція з солями.

Солі взаємодіютьміж собою, якщо утворюється хоча б одна нерозчинна сіль.

ZnСl₂ + Na₂CO₃ = ZnCO₃ ↓ + 2NaCl

Cu(NO₃)₂ + NaCl ≠

Кислі солі.

Одержують кислі солі реакцією нейтралізації дво або триосновних кислот з

лугами. NaОН + H₂SO₄ = NaHSO₄ + H₂O

натрій гідрогенсульфат

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O

NaOH + H₃PO₄ = NaH₂PO₄ + H₂O

натрій дигідрогенортофосфат

2NaOH + H₃PO₄ = Na₂HPO₄ + 2H₂O

натрій гідрогенортофосфат

3NaOH + H₃PO₄ = Na₃PO₄ + 3H₂O

Назви кислих солей

Магній гідрогенкарбонат - Mg(HCO₃)₂

ферум (ІІІ) дигідрогенортофосфат – Fe(H₂PO₄)₃

натрій гідрогенсульфід - NaHS

Основні солі

Одержують основні солі реакцією нейтралізації дво або трикислотних основ з кислотами.

Al(OH)₃ + HCl = Al(OH)₂Cl + H₂O

алюміній дигідроксохлорид

Al(OH)₃ + 2HCl = Al(OH)Cl₂ + 2H₂O

алюміній гідроксохлорид

Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O

Назви основних солей

Магній гідроксоортофосфат - [Mg(OH)]₃PO₄

ферум (ІІ) гідроксосульфат –[Fe[(OH)]₂SO₄

кальцій гідроксонітрат - Сa(OH)NO₃

Забарвлення деяких солей:

1. AgCl – білий сирнистий осад;

2. AgBr - жовтуватий сирнистий осад;

3. AgI - жовтий сирнистий осад;

4. Ag₃PO₄ - жовтий кристалічний осад;

5. BaSO₄ - білий кристалічний осад;

6. PbS - чорний осад.

Всі інші солі(розчинні і нерозчинні) є білі тверді речовини.

Металічні елементи

Тема 15. Загальна характеристика металів.

Серед 110 елементів 88елементів – це метали.

Особливості будови типових атомівметалів:

1. Одинабо два електрони на зовнішньому шарі;

2. Мають великий радіус, тобто велику кількість електронних шарів;

3. Атоми металівмають властивістьтільки віддавати електрони з

зовнішнього шару,тобто ухімічних реакціяхвиступають тільки

відновникамиі усполукахмаютьтільки позитивну ступінь

окиснення. ( С.О. Ме - 0 , +n)

У періодичній системі металічні елементи знаходяться у лівій нижній її частині(якщо провести діагональ від Бору до Астату – для р-металічних елементів).

Типові метали знаходяться: у І-А і ІІ-А группах, а також у всіх побічних підгрупах

Для металів характерний металічний зв’язок і металічна кристалічна гратка. Молекули металів складаються з одного атома: Na, Fe, Ag, Al .

Є такі найважливіші родини металів:

1. І-А група – «лужні метали» (Li - Fr);

2. ІІ-А група - «лужно-земельні метали» (Ca – Ra).

Загальні фізичні властивості металів:

1. Металічний блиск (Ag, Au);

2. За агрегатним станом метали всі тверді речовини, крім ртуті (Hg);

3. електропровідні і теплопровідні (Ag, Au, Cu, Al);

4. мають різні густини: легкі метали (ρ<5 г/мл), важкі метали(ρ>5 г/мл)

ρ(Li)=0,5 г/мл; ρ(Os) = 22 г/мл.

5. мають різні температури плавлення(t_{(плавлення)}Hg = -39⁰; t_{(плавлення)}W =

+3500⁰C

6. Чорні (залізо і його сплави) і кольорові метали (всі інші).

7. Благородні метали (срібло, золото, платина, паладій).

Загальні хімічні властивості металів:

1. Реакція з неметаллами: (утворюють солі, тільки кисень – оксиди)

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

2Ca + O₂ - 2CaO

2. Реакція з водою:

А) при звичайних умовах взаємодіє тільки з лужними та лужно-земельними металами, утворюючи луг і водень:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂↑

Б) при нагріванні взаємодіють всі інші метали, крім благородних металів(Pt, Au), утворюючи оксид металу і водень

Zn + H₂O = ZnO + H₂

Au + H₂O ≠

3. Реакція з кислотами.

Метали,що стоятьу ряді металів до Н,взаємодіютьз кислотами,утворюючисіль і водень.

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Cu + HCl ≠

4. Реакція з солями.

Солі, утворені слабкими металами,взаємодіютьіз сильними металами. (Сильні метали ті, які знаходяться лівіше у ряду металів).

Zn + CuCl₂ = ZnCl₂ + Cu

Cu + ZnCl₂ ≠

Методи добування металів.

Відомі такіметоди добування металів із руд:

1. Пірометалургій ний - це метод при якому використовується високі температури (1500-1800⁰С) і таківідновники: С(кокс), СО (чадний газ), Н₂, Al(алюмотермія).

Цим методом одержують чавун і сталь.

Fe₂O₃ + 3C = 2Fe + 3CO

Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂

Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃

2. Гідрометалургійний - це метод при якому руду розчиняють у

кислотах і одержаний розчин солі піддають електролізу або

витіснення більш активним металом.

Цим методом одержуютькольорові метали: мідь(Сu), цинк(Zn),

нікель(Ni), марганець(Mn).

CuO + Н₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu

2. Електрометалургійний – це метод при якому руду піддають реакції

електролізу розплаву.

Цим методом одержують активні метали: алюміній, лужні та лужно-

земельні метали.

Добування натріюметодом електролізу розплаву кухонної солі.

NaCl ↔ Na⁺ + Cl^-

(-) K: Na⁺ + 1e → Na⁰

(+) A: Cl^- - 1e → Cl⁰; 2Cl⁰ → Cl₂

Загальне рівняння:

2NaCl → 2Na + Cl₂↑

Сплави металів

Залізо утворює два сплави:

1. Чавун ( сплав Fe – 96-98% + C – 3-4% + Si, P, S – 1%)

2. Сталь ( сплав Fe – 99% + C – 1%)

Чавун – твердий сплав, Але при ударах тріскає.

Сталь – пластична.

Виробництво чавуну

Сировиною для виготовлення для чавуну є:

1. залізна руда (Fe₂O₃) – червоний залізняк, гематит;

Кокс (С);

3. флюси (СаСО₃).

Одержують чавун у доменних печах.

У доменну піч зверху закидають шарами : шар коксу і шар руди з флюсами(Fe₂O₃ + CaCO₃) і т.д. Знизу в домну вдувають повітря збагачене киснем. Згоряє кокс: С + О₂ = СО₂ + QкДж і при цьому температура підвищується до 1800⁰С. Нагрітий СО₂ стикається із шарами коксу і утворюється чадний газ: СО₂ + С = 2СО. ∙ – чадний газ відновлює залізо із руди(поступово): Fe⁺³₂O₃ → Fe⁺³₂O₃ ∙ Fe⁺²O → Fe⁺²O → Fe⁰

Fe⁺³₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂

У руді є багато природних домішок(пісок), щоб їх вивести із чавуну використовують флюси: СаСО₃ = СаО + СО₂↑

СаО + SiO₂ = CaSiO₃ , при цьому утворюються легкоплавкі силікати, які збираються над чавуном у вигляді шлаку.

Виробництво сталі

Сировиною для виробництвасталі є:

1. Рідкий чавун;

Металобрухт;

3. флюси (СаСО₃);

4. розкислювачі (Mn).

Одержують сталь у кисневих конверторах.

У конвертор заливають рідкий чавун і засипають металобрухт і через трубу пропускають кисень, при цьому відбувається окиснення всіх складників чавуну(найбільше заліза):

2Fe + O₂ = 2FeO + QкДж

С + О₂ = СО₂↑ + QкДж

Si + O₂ = SiO₂ + QкДж

4P + 5O₂ = 2P₂O₅ + QкДж

S + O₂ = SO₂↑ + QкДж

При цьому температура підвищується за рахунок тепла екзотермічних реакцій

до 1800⁰С . SiO₂ P₂O₅ забирають флюсами і утворюються шлаки(силікати і фосфати).

СаСО₃ = СаО + СО₂↑

СаО + SiO₂ = CaSiO₃

3СаО + Р₂О₅ = Са₃(РО₄)₂

Щоб вивести FeO із сталі використовують розкислювач (Мn).

FeO + Mn = MnO + Fe

Реакції, що відбуваються під час виробництва чавуну:

С + О₂ = СО₂ + QкДж - окиснення

СО₂ + С = 2СО - окиснення

Fe⁺³₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂ - відновлення.

Реакції, що відбуваються під час виробництва сталі:

С + О₂ = СО₂ + QкДж - окиснення

2Fe + O₂ = 2 FeO + QкДж - окиснення

і т. д.

FeO + Mn = MnO + Fe - відновлення

Корозія металів

Корозія металів – це руйнування металів під дією навколишнього середовища.

Корозія металів поділяється на:

хімічна корозія – це руйнування металів під дією речовин навколишнього середовища: О₂, Н₂О_, СО₂, SO₂ …

4Fe + 3O₂ + 6H₂O = 4Fe(OH)₃

Сірий колір бурий колір(іржа)

2Cu + O₂ = 2CuO

Червоний колір чорний колір

CuO + CO₂ = CuCO₃

Чорний колір голубий колір

електрохімічна корозія – це корозія, що відбувається на стику двох металів різної активності в присутності води і руйнується більш активний метал.

Наприклад: Н₂О Н₂О

Zn || Fe Ni || Fe

Zn⁰ – 2e = Zn²⁺ || || Fe⁰ – 2e = Fe²⁺

Руйнується цинк - Руйнується залізобільш

більш активний метал активний метал

Методи запобігання корозії:

1.захист фарбою, лаком, смолою, жиром;

2.гальваностегія – покриття основного металу більш активним методом електролізу.

- оцинкування;

- нікелювання;

- хромування;

- лудіння або лудження(покриття оловом –Sn)

Електроліз розплавів та розчинів солей

Електроліз– це окисно-відновні реакції, які відбуваються на електродах в розплавах або розчинах електролітів (солей), якщо через них пропустити постійний електричний струм.

Електроди поділяються на:

Катод;

Анод.

Катод – негативно заряджений електрод (тому, що має надлишок електронів івін можевіддавати електронипозитивно зарядженим йонам-катіонам).

Анод – позитивно заряджений електрод (тому, що має недостачу електронів івін можеприймати електронивід негативно заряджених йонів – аніонів)

При пропусканні постійного електричного струму до катоду будуть рухатися – катіони, а до аноду – аніони (звідси і походять назви йонів – катіонів та аніонів).

1. Електроліз розплаву CuCl₂

При електролізі розплаву солі утворюються тільки катіони і аніони солі.

CuCl₂ ↔Cu²⁺ + 2Cl^-

(-) K: Cu²⁺ + 2e → Cu⁰

(+) A: Cl^- - 1e → Cl⁰ ; 2Cl⁰ → Cl₂

Загальне рівняння електролізу:

CuCl₂ → Cu⁰ + Cl₂↑

2. Електроліз розчину CuCl₂

При електролізі розчину солі будуть утворюватися не тільки катіони та аніони солі, а і йони Н⁺ і ОН^-, які утворюються в результаті дисоціації води (вода хоч слабкий електроліт, але одна з мільярду молекул розпадається на йони).

До катода підходять катіони електроліту і Н⁺,а до аноду – аніони електроліту і ОН^-

Із двох йонів біля аноду і катоду буде розряджатися один йон – більш активніший.

Ряд активності катіонів:

K⁺, Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, Sn²⁺, Pb²⁺, H⁺, Cu²⁺, Hg²⁺, Ag⁺, Pt²⁺, Au³⁺

→ → → → → Хімічна активність збільшується→ → → →

Ряд активності аніонів:

І^-, Br^-, S^2- , Cl^- , OH^- , SO₄^2-, NO₃^- , F^- та інші аніони оксигеновмісних кислот

→ → → → Хімічна активність зменшується → → → →