Свойства Р-Элементов - ДПИ НГТУ имени Р.Е. Алексеева

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА
ДЗЕРЖИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)
Кафедра «ХИМИЯ»
СВОЙСТВА P-ЭЛЕМЕНТОВ
И ИХ СОЕДИНЕНИЙ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для студентов специальностей 240301, 240401, 240403, 240701, 280202, 260602
всех форм обучения
В трех частях
Часть 3
P-элементы IV и III групп
Нижний Новгород 2011
3
Составители: Л.Г. Лазарева, В.Ф. Макаров
УДК 541
Свойства Р-элементов и их соединений: метод. указания для студентов
специальностей 240301, 240401, 240403, 240701, 280202, 260602 всех форм
обучения. В 3 ч. Ч. 3. P-элементы IV и III групп /НГТУ им. Р.Е. Алексеева;
Сост.: Л.Г. Лазарева, В.Ф. Макаров.- Н. Новгород, 2011. - 28 с.
Методические указания содержат задачи для самостоятельного решения,
рекомендации к выполнению лабораторных работ, а также примеры тестовых и
варианты домашних заданий.
.
Редактор В.И. Бондарь
Подписано в печать . . 2011. Формат 60х841/16. Бумага газетная.
Печать офсетная. Усл. печ.л. 1,75. Уч.-изд.л. 1,3 . Тираж 300 экз. Заказ
.
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева.
Типография НГТУ имени Р.Е. Алексеева. 603950, Н. Новгород, ул. Минина, 24.
©Нижегородский государственный
технический университет
им. Р.Е. Алексеева, 2011
4
1. Р-элементы IV группы
1.1. Вопросы и задания
1. Подгруппа углерода. Общая характеристика элементов. Отличия свойств углерода и кремния от свойств других элементов подгруппы.
2. Углерод, нахождение его в природе, строение и свойства графита, алмаза,
карбина. Получение искусственных алмазов. Фуллерены.
3. Степени окисления и координационные числа, характерные для углерода.
Структура соединений углерода с координационными числами 2, 3 и 4.
4. Карбиды. Классификация карбидов. Жаростойкие карбиды.
5. Оксид углерода. Получение и свойства. Генераторный и водяной газ. Карбонилы металлов. Характер химической связи в карбонилах.
6. Диоксид углерода. Его получение и применение. Угольная кислота. Карбонаты и гидрокарбонаты. Структура карбонат-иона.
7. Дисульфид углерода. Тиоугольная кислота. Тиокарбонаты.
8. Свойства и получение дициана. Цианистый водород. Синильная кислота.
Простые и комплексные цианиды.
9. Роданистоводородная кислота. Роданиды.
10.Галиды углерода. Их получение, свойства, применение. Фреоны. Фосген.
11.Пероксидные соединения углерода. Структура молекул, получение, свойства.
12.Нахождение кремния в природе. Аллотропия кремния. Получение аморфного и кристаллического кремния. Применение. Кремний как полупроводник.
13.Степени окисления и координационное число, характерные для кремния.
Строение молекул и ионов.
14.Силициды. Их классификация. Получение и свойства силицидов металлов.
Карбид кремния.
15.Отношение кремния к кислотам и щелочам.
16.Силаны. Их получение, свойства и структура молекул.
17.Диоксид кремния. Силикаты и кремниевые кислоты. Кварцевое стекло.
Стекла.
18.Кремнефтористо-водородная кислота и фторосиликаты. Структура иона
[SiF6]2-.
19.Получение, свойства и применение галидов кремния.
20.Получение силикатного стекла. Действие воды, кислот и щелочей на стекло.
21.Почему диоксид кремния, в отличие от диоксида углерода, является тугоплавким веществом?
22.В чем принципиальное различие в структуре силикат- и карбонат-ионов
SiO32- и CO32-, SiS32- и CS32-, SiN22- и CN22-?
23.По методу молекулярных орбиталей изобразите энергетическую диаграмму
и опишите образование связи в молекулах C2 и SiC. В какой из этих молекул
химическая связь будет прочнее и короче? Проверьте ваш вывод по справочнику.
24.Графит обработали концентрированной азотной кислотой при нагревании.
Образовавшуюся смесь газов пропустили через насыщенный раствор гидро5
ксида кальция. Составьте уравнения реакций. Укажите также, что образуется
при взаимодействии: а) графита с концентрированной серной кислотой, б)
кокса с водяным паром.
25.Приведите как можно большее число признаков, подтверждающих неметаллический характер кремния. Не противоречат ли этому свойству кремния его
реакции с кислотами и со щелочами?
26.Предложите реактивы, с помощью которых из сплава олова со свинцом
можно химически растворить: а) только олово, б) только свинец. Ваш ответ
подтвердите справочными данными.
27.Дициан C2N2 образуется при окислении ионов CN−. Предскажите геометрическую форму молекулы C2N2. Почему это вещество называют псевдогалогеном, а цианид-ион CN− − псевдогалогенид-ионом? Сравните аналогичные
реакции для галогенов и дициана: а) I− и CN− с MnO4− в кислотной среде, б)
Cl2 и C2N2 со щелочью в холодном растворе, в) Br− и CN− с избытком Ag+, г)
избытка I− и CN− с Hg2+.
28.По методу молекулярных орбиталей составьте энергетические диаграммы
образования связи в частицах CO, CN−, CN, CN+. Укажите порядок связи.
Сравните значения энергии и длины связи в этих частицах:
Частица
CO CN− CN CN+
Есв, кДж
1076 1004 762 477
lсв, пм
113 111 117 129
Объясните причину разных значений Есв и lсв в данных частицах.
29.Какая из двух таутомерных форм циановодорода, отвечающая формуле
H−C≡N или H−N≡C, будет более сильным протолитом (в роли кислоты) в
водном растворе? Дайте аргументированный ответ.
30.С учетом гибридизации орбиталей центрального атома изобразите геометрические конфигурации для ионов NCS−, CNO−, OCN− и NCN2−. Докажите
изоэлектронность этих ионов между собой и с молекулой СО2.
31.Приведите уравнение синтеза в промышленности цианамида кальция, исходя из оксида кальция.
32.Из истории химии известно, что перегруппировка цианата аммония
(NH4)OCN в карбамид (мочевину) (NH2)2CO при 60 °С была первым примером синтеза органического соединения из неорганического вещества. Является ли эта реакция окислительно-восстановительной или обменной? Укажите степени окисления всех элементов в обоих веществах.
33.Известно, что тетрахлорид углерода негорюч, а дисульфид углерода сильно
огнеопасен. Приведите доводы, объясняющие эти факты. Составьте уравнения реакций полного и неполного сгорания этого сульфида в кислороде.
34.Составьте уравнение реакции взаимодействия с избытком воды: а) дикарбида кальция, б) трикарбида тетраалюминия. Как называют такие реакции?
Обратимы ли они ?
35.При обработке силицида магния водой или хлороводородной кислотой наблюдается самовоспламенение выделяющегося газа, а при сплавлении нитрида кремния со щелочью выделяющийся газ не возгорается. Составьте
6
уравнения протекающих реакций и укажите, почему не происходит выделения газа, если указанный нитрид кремния обработать фтороводородной кислотой.
36.При открывании склянки с жидким тетрахлоридом кремния у горлышка
склянки образуется белый дым. Каков химический состав этого дыма? Напишите уравнение протекающей реакции и укажите ее тип. Почему происходит именно такая реакция? При ответе охарактеризуйте строение и тип
связи в тетрахлориде кремния.
37.Предложите химическое объяснение чрезвычайно высокой токсичности монооксида углерода, что дало право называть его угарным газом.
38.Через суспензию карбоната кальция в воде пропускают ток диоксида углерода; раствор становится прозрачным. Какими способами можно вновь осадить исходное вещество?
39.Перечислите все возможные продукты, образующиеся при пропускании диоксида углерода:
а) через раствор гидроксида бария,
б) через суспензию гидроксида магния,
в) через раствор тетрагидроксобериллата(II) натрия,
г) через раствор ортосиликата калия.
40.Руководствуясь справочной и учебной литературой, выпишите формулы и
названия распространенных карбонатных минералов. Почему в земной коре
встречаются карбонаты многих металлов? Дайте мотивированный ответ.
41.Известно, что стекло разрушается плавиковой кислотой, хотя основные компоненты стекла - силикаты - являются очень устойчивыми соединениями.
Что является движущей силой реакции между стеклом и плавиковой кислотой?
42.Можно ли получить ортосиликат аммония при сливании водных растворов
Na4SiO4 и NH4Cl? Дайте мотивированный ответ.
43.Обнаружение олова в горных породах проводят следующим образом: исследуемую на присутствие SnO2 пробу вносят в пробирку со смесью цинка и
хлороводородной кислоты. Если олово в пробе есть, то выделяющийся станнан SnH4 окрасит пламя газовой горелки в темно-голубой цвет. Составьте
уравнение реакции и укажите ее тип. Какое вещество является реагентом,
переводящим SnO2 в SnH4?
44.Почему для переведения в раствор твердую соль SnCl2·2H2O вносят не в воду, а в хлороводородную кислоту? Что происходит при разбавлении полученного раствора водой?
45.Смесь SnS и SnS2 обрабатывают реактивами:
а) сульфидом аммония,
б) дисульфидом аммония,
в) смесью сульфида и дисульфида аммония в водном растворе.
Что будет наблюдаться в каждом опыте? Затем в каждую пробирку добавляют хлороводородную кислоту. Получится ли исходная смесь сульфидов в
каждой пробирке?
7
46.К раствору смеси эквимолярных количеств KCl и KF добавляют по каплям
0,1М раствор нитрата свинца(II) до начала выпадения осадка. Каков его состав? При последующем добавлении достаточного количества HNO3(разб)
осадок переходит в раствор (почему?), а после введения AgNO3 начинает
образовываться вновь. Каков состав нового осадка? Ответы сопроводите
уравнениями реакций.
47.Сравните чувствительность следующих реактивов на катион свинца (II):
а)хромата калия, б)сульфида натрия, в)сульфата натрия. Предложите схему
последовательного перевода катиона свинца (II) из раствора нитрата свинца
(II) в соли - сульфат, хромат, сульфид. Возможен ли другой порядок превращения одной соли в другую? Дайте обоснованный ответ.
48.Предложите возможные способы: а)разделения смеси ионов Sn2+ и Pb2+; б)их
определения при совместном присутствии в водном растворе.
49.Бромид и иодид свинца (IV) не удается получить из PbO2 и HBr или HI; при
взаимодействии этих соединений наблюдается выделение свободного брома
и йода. Составьте уравнения протекающих реакций. Объясните результаты
опыта, используя справочные данные.
50.Составьте уравнения полуреакций восстановления оксида свинца (IV) в кислотной и щелочной средах. В каком случае значение стандартного потенциала восстановления выше? Определите, реагируют ли с PbO2 при стандартных условиях:
а) Fe2+, Br2, I2, H2C2O4, Mn2+ (в кислотной среде);
б) I2, Al, I−, MnO42−, Zn (в щелочной среде).
51.Смешаны оксиды германия (IV) и свинца (IV). Предложите химические способы их разделения.
52.Составьте названия веществ: Mn7C3, Pb(S2), Ag2CN2, Ba(NCS)2, Be2SiO4,
H2CS3, Si3H8, Pb(HSO4)2.
53.Для получения аморфного кремния нагревают смесь диоксида кремния и
магния. После окончания реакции и охлаждения спека к нему добавляют
хлороводородную кислоту. Наблюдают самовоспламенение выделяющейся
газовой смеси. Составьте уравнения реакций.
54.Почему свинец, стоящий в ряду напряжений левее водорода, практически не
растворяется в таких разбавленных кислотах, как соляная, бромоводородная,
серная? Как влияет повышение концентрации этих кислот на процесс растворения?
55.Взрывоопасна ли смесь оксида углерода (II) с кислородом, воздухом, парами
воды, водородом, хлором?
56.Почему для метана не характерны ни кислотные, например, как для фтороводорода, ни основные, как для аммиака, свойства? Может ли метан взаимодействовать с кислотами и щелочами?
57.Запишите через соответствующие оксиды формулы следующих соединений
силикатов: слюды KAl3Si3O10(OH)2; талька Mg3Si4O10(OH)2.
8
58.Напишите уравнения реакций, протекающих при кипячении олова: а) с концентрированной H2SO4; б) с раствором NaOH с образованием гексагидроксостанната (IV).
59.Приведите химические формулы следующих веществ: 1) сусального золота;
2) свинцовых белил, горного хрусталя; 3) питьевой соды, кальцинированной
соды; 4) силикагеля; 5) карборунда.
60.Почему оксиды Pb2O3 и Pb3O4 называют смешанными? Как они взаимодействуют с концентрированной соляной и разбавленной азотной кислотами?
61.Как можно перевести сульфид свинца в сульфат свинца? Как из металлического олова получить Na2[Sn(OH)6]?
62.Какие превращения претерпевают цианиды натрия и калия при долгом хранении их водных растворов? Напишите уравнения реакций.
63.Какие из перечисленных веществ нельзя использовать для осушки углекислого газа: H2SO4, CaO, P2O5, CuO, KOH? Напишите уравнения протекающих реакций.
64.Проведен при 25°С полный гидролиз 1,28 г ацетиленида кальция и раствор
разбавлен водой до 2 л. Найдите pH этого раствора.
65.Определите, какой объем (л, н.у.) диоксида углерода собран после окончания реакции между 2,14 моль перманганата калия (экв.) в сернокислотной
среде и избытком щавелевой кислоты, если практический выход составляет
88%.
66.Технический цианамид кальция содержит 20,45% (масс.) азота. Определите
степень (%) чистоты этого продукта. Приведите уравнение его синтеза в
промышленности, исходя из оксида кальция.
67.При сжигании 8,71 г некоторого газообразного силана SixHy на воздухе образовалось 16,82 г SiO2. Найдите химическую формулу этого силана, если
его плотность по аргону равна 1,558.
68.Рассчитайте, выпадет ли при 25°С осадок при сливании 50 мл 0,1%-ного
раствора нитрата свинца(II) и 25 мл 0,004%-ного раствора хромата натрия.
Плотность растворов принять равной 1 г/мл.
69.Предельно допустимая концентрация катионов свинца (II) в промышленных
сточных водах равна 0,1 мг/л. Установите, обеспечивается ли (да, нет) очистка сточных вод от свинца осаждением: а) хлорида; б) сульфата; в) ортофосфата свинца (II) при 25°С.
70.Продуктами окисления щавелевой кислоты являются СО2 и Н2О. Сколько
миллилитров раствора щавелевой кислоты, содержащего 7% H2C2O4
(ρ=1,02), можно окислить в сернокислом растворе при действии 75 мл 0,08 н.
раствора KMnO4?
71.После прохождения 1 м3 воздуха через раствор Ba(OH)2 образовалось 2,64 г
BaCO3. Вычислите процентное содержание СО2 в воздухе.
72.Сколько цианида натрия получится при переработке 1 т технического цианамида кальция, содержащего 64% CaCN2?
73.Вычислите объемы (0°С и 101,3 кПа) СО2 и аммиака, требуемые для получения 0,6 т мочевины.
9
74.Состав стекла выражается формулой Na2O·CaO·6SiO2. Вычислите теоретический расход сырья – соды, известняка кремнезема – на 1 т стекла.
75.При сжигании 10,8 г неизвестного вещества в кислороде образовалось 5,6 г
азота, 17,6 г углекислого газа и 3,6 г воды. Установите формулу вещества,
если его молярная масса равна 27 г/моль.
76.Были взорваны 200 мл смеси оксида углерода (IV) и метана с 240 мл кислорода. После приведения газов к начальным условиям объем их оказался равным 280 мл. Определите содержание оксида углерода (IV) и метана в исходной смеси (в % по объему).
77.При полном гидролизе 10г смеси карбидов кальция и алюминия образуется
смесь газов, которая в 1,6 раза легче кислорода. Определите массовые доли
карбидов в исходной смеси.
78.Рассчитайте рН 0,65% раствора цианида калия при 22°С. Ка(HCN)=7,9·10-10.
Плотность раствора 1,00 г/мл.
79.Смесь 4,5 г диоксида кремния и 5,4 г магния нагревают. После окончания
реакции и охлаждения шихты к ней добавляют раствор соляной кислоты.
Оставшееся твердое вещество растворяют в концентрированном растворе
гидроксида натрия, при этом выделяется 2,52 л газа (н.у.). Рассчитайте выход полученного кремния.
80.Рассчитайте рН раствора при 25°С, полученного при полном гидролизе 1,28
г карбида кальция и разбавленного водой до 2 л.
81.Пользуясь правилом Дюлонга-Пти, оцените количество теплоты, которое
выделяется при охлаждении 50 г алюминия от 40°С до 15°С.
82.Газовая смесь, состоящая из СО и СО2 и находящаяся при н.у., имеет такую
же массу, как 22,4 л воздуха при н.у. и занимает такой же объем, как 21 г
азота при те же условиях. Найдите массу и объем каждого газа в смеси.
83. Какая соль образуется при пропускании всего оксида углерода (IV), получившегося при сжигании метана объемом 2,24 л (н.у.) через раствор объемом 19,1мл с массовой долей NaOH 32% и плотностью 1,35 г/мл? Определите массовую долю соли в полученном растворе.
84.При обработке 3,8 г смеси карбоната и гидрокарбоната натрия соляной кислотой выделилось 896 мл газа (н.у.). Каков состав смеси? Сколько мл 20%ного раствора соляной кислоты плотностью 1,1г/мл было израсходовано при
этом?
85.На окисление 100 мл раствора иодида калия в кислой среде потребовалось
1,5 г диоксида свинца. Определите молярность раствора иодида калия.
86.Сколько металлического свинца можно получить из 25 т свинцового блеска,
содержащего 6% примесей?
87.Какой объем 1 н. раствора КОН необходимо добавить к 0,2 л 4% раствора
SnCl2 (ρ=1,03г/мл), чтобы последний полностью перевести в тетрогидроксостаннат(II)калия?
88.Вычислите рН 0,1М раствора карбоната натрия, учитывая только первую
стадию гидролиза соли. Известно, что константа диссоциации кислоты по
первой ступени КI=4,45·10-7 и по второй ступени КII= 4,7·10-11.
10
89.При пропускании 2 м3 воздуха через раствор гидроксида кальция образовалось 3 г карбоната кальция. Каково содержание углекислого газа в воздухе
(г/л)?
90.Сколько надо взять поташа с содержанием 80% K2CO3, мела с содержанием
90% CaCO3 и песка с содержанием 95% SiO2 для получения 300 кг богемского стекла состава K2O·CaO·6SiO2?
91.Какую массу технического карбида кальция, содержащую 20% примесей,
необходимо израсходовать для получения 60 кг уксусной кислоты?
92.При действии на смесь кремния и углерода массой 12 кг раствором гидроксида натрия (ρ=1,4 г/мл) с массовой долей его 60% выделился газ объемом
1,12 л (н.у.). Определите массовую долю углерода в смеси. Сколько мл раствора гидроксида натрия при этом было израсходовано?
93.100 г свинцового сурика было обработано азотной кислотой, затем раствор
отфильтровали и упарили досуха. Сухой остаток растворили в 2 л воды. Определите молярность полученного раствора.
94.Составьте уравнения реакций:
1)
Ni + CO →;
2)
AlCl3 + NaHCO3 + H2O →;
3)
CO + PdCl2 + H2O →;
4)
CS2 + K2S →;
5)
HCNS + KMnO4 + H2SO4 →;
6)
H2C2O4 + KMnO4 + H2SO4 →;
7)
CO + Cl2 →;
8)
Na2 [SiF6] + H2SO4 →;
9)
Na2CaSi6O14 + HF →;
10) BaCl2 + K2SiO3 →;
11) Si + HF + HNO3 →;
12) Si + KOH + H2O →;
13) Na2SiO3 + H2O →;
14) Bi(NO3)3 + Na2SnO2 + NaOH →;
15) PbO2 + HCl(конц) →;
16) KI + Pb3O4 + H2SO4 →;
17) MnSO4 + Pb3O4 + HNO3 →;
18) K2 [Sn(OH)4] + PbO2 + KOH + H2O →;
19) Pb(CH3COO)2 + CaOCl2 + H2O →;
20) SnCl2 + KClO3 + KOH + H2O →;
21) SnCl2 + NaBiO3 + NaOH →;
22) PbO2 + Na2SO3 + H2SO4 →;
23) Ge + H2O2 + KOH →;
24) Ge + KClO3 + KOH →;
25) GeS + HNO3(конц) →;
26) Ca2Si + HCl →;
27) CO + KMnO4 + H2SO4 →;
28) CO + NaOH tº, p→;
11
29) K4[Fe(CN)6] + H2SO4 + H2O →.
1.2. Примеры тестовых заданий
1.
2.
3.
4.
5.
БИЛЕТ №1
Сколько граммов карбида кальция вступило в реакцию с водой, если в результате выделилось 0,1 л ацетилена (С2Н2)?
1) 0,29
2) 0,39
3) 0,45
4) 0,56
5) 5,6
Какая из приведенных характеристик не может быть применена к оксиду углерода (II):
1) бесцветный;
2) без запаха;
3) восстановитель;
4) кислотообразующий;
5) ядовитый?
Что не характерно для силанов:
1) восстановительная активность;
2) высокая устойчивость;
3) ядовитость;
4) низкие температуры кипения;
5) взаимодействие с кислородом воздуха?
Элементарный Ge не находит применения:
1) в радиотехнике;
2) в химической промышленности;
3) в станкостроении;
4) применяется во всех областях производства;
5) не применяется ни в одной области производства?
Формула какого из составов является формулой обычного («аморфного»)
стекла:
1) Na2O·CaO·6SiO2 ;
2) K2O·CaO·6SiO2 ;
3) K2O·MgO·6SiO2 ;
4) Na2O·MgO·6SiO2 ;
5) Na2O·MgO?
БИЛЕТ №2
1. Какое из предложенных ниже веществ не действует на Pb (при нагревании):
1) HNO3(конц) ;
2) H2SO4(конц) ;
3) «царская водка»;
12
2.
3.
4.
5.
4) Cl2 ;
5) H2O?
Все предложенные реакции, кроме одной, описываются одним ионным
уравнением. Эта реакция:
1) PbCl2 + H2S → PbS↓ + 2HCl;
2) Sn(NO3)2 + H2S → SnS↓ + 2HNO3 ;
3) GeCl2 + H2S → GeS↓ + 2HCl;
4) 2NaHSO3 + H2S → Na2S↓ + H2SO4 ;
5) BiCl2 + H2S → BiS↓ + 2HCl?
Как меняются значения температур плавления в ряду: С, Si, Ge, Sn, Pb?
1) растут
2) уменьшаются от С к Sn, при переходе от Sn к Pb - возрастают
3) остаются постоянными
4) не зависят от положения в ряду
5) уменьшаются по обе стороны от Ge
Олово применяется в технике:
1) для защиты от коррозии;
2) изготовления инструмента;
3) получения амальгам;
4) «травления» поверхностей;
5) не находит применения?
Для α-Sn характерна …. кристаллическая решетка:
1) кубическая;
2) гексагональная;
3) ромбическая;
4) орторомбическая;
5) тетрагональная?
БИЛЕТ №3
1. Какая характеристика является общей для соединений Pb?
1) окислители
2) восстановители
3) газ
4) твердое вещество
5) ядовиты
2. Как меняется энергия сродства к электрону в ряду: Pb, Sn, Ge, Si, C?
1) уменьшается по обе стороны от Si
2) увеличивается по обе стороны от Si
3) остается постоянной
4) не зависит от положения в ряду
5) уменьшается по обе стороны от Sn
3. Какой вид гибридизации в молекуле ССl4?
1) sp3
2) sp2d
13
3) sp
4) sp2
5) ds
4. Свинец в технике используется, в частности, для:
1) изготовления машин;
2) изготовления инструмента;
3) изготовления пищевой посуды;
4) покрытия стенок реакторов;
5) производства амальгам?
5. Закончите уравнение Na2SiO3 + H2SO4 →:
1) Na2SO4 + H2SiO3 ;
2) Na2SO4 + Si(SO4)2 + H2O;
3) Na2SO4 + Si(SO4)2 + H2 ;
4) Na2SO4 + SiSO4 + SO2 + H2 ;
5) Na2SO4 + SiSO4 + SO2 + H2O?
1.3. Лабораторная работа
УГЛЕРОД
Гидролиз солей угольной кислоты
1. В две пробирки налейте по 8-10 капель растворов солей: в одну Na2CO3, в
другую NaHCO3. В каждую из пробирок внесите по 1-2 капли спиртового
раствора фенолфталеина. Объясните, почему окраска растворов различна.
Напишите уравнения реакций гидролиза карбоната и гидрокарбоната натрия.
Получение карбонатов
2. В две пробирки наливают водные растворы солей: а) Ca2+, Sr2+, Ba2+; б)
Mg2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Pb2+; в) Al3+, Cr3+, Fe3+ , приливают к ним раствор
карбоната натрия. Наблюдают осаждение веществ и отличают окраску полученных карбонатов (а), гидрокарбонатов (б), гидроксидов (в). Почему
продукты взаимодействия с Na2CO3 различны?
Термическое разложение карбонатов
3. В штативе закрепляют наклонно отверстием вниз сухую пробирку с газоотводной трубкой, помещают в нее Cu2(OH)2CO3 и нагревают. Газоотводную трубку опускают в колбу с известковой водой. Наблюдают помутнение
известковой воды. Аналогичный опыт проводят с NaHCO3 и (NH4)2CO3.
КРЕМНИЙ
Получение кремния
4. Опыт проводится под тягой. Пробирку со смесью порошка магния и мелкоизмельченного кварцевого песка нагрейте на горелке до вспышки. После
этого горелку отставьте, так как реакция протекает с выделением большого
14
количества тепла. После охлаждения разбейте пробирку в ступке, отделите
полученную массу от стекла, разотрите её и перенесите в стакан с соляной
кислотой (разбавленной 1:1). При этом оксид и силицид магния растворяются, в результате взаимодействия силицида магния с соляной кислотой образуется силан, который сгорает при соприкосновении с воздухом. Полученный кремний остается на дне стакана. Осадок отфильтруйте и сохраните
для опыта. Напишите уравнения реакций.
Взаимодействие кремния со щелочами
5. Кремний, полученный в опыте №1, перенесите в пробирку, прибавьте туда
2-3 мл концентрированного раствора щелочи и нагрейте. Происходит растворение кремния и выделение газа. Докажите, что выделяющийся газ –
водород. Напишите уравнения реакции.
Получение кремниевой кислоты
6. К 5 мл 25-30%-ного раствора силиката натрия прилейте 3-5 капель концентрированной соляной кислоты, хорошо перемешайте. Вследствие выделения кремниевой кислоты все содержимое пробирки превращается в
студенистую массу – гель. Напишите уравнения реакции.
Исследование кислотных свойств кремниевой кислоты
7. В пробирку с раствором силиката натрия пропустите ток углекислого газа.
Какое вещество выпадает в осадок? Напишите уравнение реакции, принимая во внимание участие воды в этом процессе. Результат опыта объясните путем сопоставления констант диссоциации угольной и кремниевой кислот.
Гидролиз силикатов
8. Раствор силиката натрия испытайте красной лакмусовой бумажкой. Напишите уравнение реакции гидролиза в молекулярной и ионной формах.
9. К 1-2 мл раствора силиката натрия добавьте равный объем раствора хлорида аммония. Наблюдайте образование осадка и по запаху определите,
какой газ образуется. Напишите уравнение реакции в молекулярной и
ионной формах.
ОЛОВО
Взаимодействие олова с кислотами
10.Поместите в пробирки небольшие кусочки олова и добавьте по 1-2 мл
разбавленных и концентрированных кислот (соляной, серной, азотной).
Испытайте действие кислот на олово на холоду, а затем при нагревании.
Напишите уравнения реакций.
Свойства соединений олова
15
11.В пробирку с 2 мл раствора дихлорида олова поместите гранулу цинка.
Что наблюдается? Напишите уравнения реакции.
12.К 1-2 мл раствора SnCl2 прилейте по каплям раствор щелочи до образования осадка. Полученный осадок разделите на 2 части: к одной прилейте
раствор соляной кислоты, к другой – избыток щелочи. Что происходит с
осадком? Напишите уравнения реакций.
13.К раствору дихлорида олова добавьте пероксида водорода и немного раствора аммиака до образования осадка α-оловянной кислоты. Осадок разделите на две части: к одной прилейте избыток щелочи, к другой – кислоты. Происходит растворение осадка. Напишите уравнения реакций.
14.Под тягой облейте кусочек олова в фарфоровой чашке концентрированной
азотной кислотой и нагрейте. Образуется осадок β-оловянной кислоты.
Содержимое чашки разбавьте водой и отделите осадок декантацией. Испытайте, растворяется ли осадок в концентрированной соляной кислоте и
щелочи. Напишите уравнения реакции получения β-оловянной кислоты.
15.Несколько кристалликов SnCl2·2H2O растворите в небольшом количестве
воды. Полученный концентрированный раствор разбавьте водой. Что образуется? Напишите уравнение реакции.
16.К подкисленным растворам перманганата калия и дихромата калия добавьте раствор дихлорида олова. Как изменяется цвет раствора? Напишите уравнения реакций.
17.К раствору дихлорида олова добавьте избыток щелочи и несколько капель
раствора нитрата висмута. Выделяется черный осадок мелкораздробленного металлического висмута. Напишите уравнение реакции.
СВИНЕЦ
Взаимодействие свинца с кислотами
18.К небольшим кусочкам свинца прилейте по 1-2 мл разбавленных и концентрированных соляной, серной и азотной кислот. Напишите уравнения
реакций.
Получение труднорастворимых солей свинца
19.К раствору соли свинца прилейте разбавленную соляную кислоту. Образуется осадок хлорида свинца. Испытайте, как изменяется его растворимость в воде при нагревании.
20.К раствору соли свинца прибавьте разбавленную серную кислоту. Растворяется ли полученный осадок в кислотах?
21.К раствору соли свинца прилейте раствор иодида калия до выпадения
осадка. Раствор с осадка слейте, а осадок растворите при кипячении в воде
и охладите раствор в проточной воде. Наблюдайте выпадение красивых
золотистых кристаллов иодида свинца.
22.К раствору соли свинца прилейте раствор хромата калия. Что образуется?
23.К раствору соли свинца прилейте раствор сульфида натрия. Испытайте
растворимость выпавшего осадка сульфида свинца в кислотах. Напишите
16
уравнения всех приведенных реакций в молекулярной и ионной форме.
Все эти реакции применяются в аналитической химии для обнаружения
ионов свинца (II).
Валентность свинца в сурике
24.К небольшому количеству свинцового сурика прилейте 2 н. раствор азотной кислоты и нагревайте, пока осадок не станет коричневым (цвет PbO2).
Слейте раствор с осадка в другую пробирку и докажите наличие в нем соли свинца (II). Напишите уравнение реакции взаимодействия свинцового
сурика с азотной кислотой, напишите графическую формулу сурика и
дайте ему химическое название.
Окислительные свойства соединений свинца (IV)
25.К небольшому количеству PbO2 прилейте концентрированной соляной кислоты. Что происходит? Напишите уравнение реакции.
26.В пробирку поместите немного диоксида свинца, прилейте 2 мл 40%-ного
раствора щелочи и осторожно нагрейте. В горячий раствор прилейте 1 мл
раствора сульфата хрома (III) и снова нагрейте. Напишите уравнение реакции. Сделайте вывод об изменении окислительно-восстановительных
свойств соединений олова и свинца. Приведите значения соответствующих электродных потенциалов.
КОНТРОЛЬНЫЙ ОПЫТ
27.Получите у преподавателя две нумерованные пробирки с сухими солями
Ba2+, Al3+. Растворите их в небольшом количестве воды и прилейте к ним
раствор Na2CO3 до образования осадков. Каков должен быть состав осадков? Используя раствор кислоты, докажите состав осадков и определите, в
какой из пробирок находятся соли данных катионов.
Таблица вариантов заданий
17
№
вар.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Номера заданий
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
26
35
36
41
42
43
44
45
47
48
49
38
39
33
32
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
94(1)
94(2)
94(3)
94(4)
94(5)
94(6)
94(7)
94(8)
94(9)
94(10)
94(11)
94(12)
94(13)
94(14)
94(15)
№
вар.
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Номера заданий
16
17
18
19
20
21
22
6
13
16
17
20
5
3
10
24
40
63
62
61
60
56
54
55
58
59(1,2)
53
57
50
59(3,4)
2. P-элементы III группы
18
79
80
83
84
85
86
87
88
89
90
69
92
93
82
75
94(16)
94(17)
94(18)
94(19)
94(20)
94(21)
94(22)
94(23)
94(24)
94(25)
94(26)
94(27)
94(28)
94(29)
94(17)
2.1. Вопросы и задания
1. Общая характеристика элементов подгруппы бора. Особенности бора и
алюминия.
2. Соединения бора с водородом, их получение и свойства. Химическая связь в
бороводородах.
3. Бориды металлов. Классификация боридов. Их взаимодействие с кислотами.
4. Нитрид бора. Боразон и боразол. Их свойства и структура.
5. Галиды бора. Их получение и свойства. Подвергаются ли гидролизу галиды
бора?
6. Получение и строение иона [BF4¯ ]. Фторобораты.
7. Оксид бора и его свойства. Борные кислоты. Их получение и свойства. Кристаллическая структура ортоборной кислоты.
8. Промышленный способ получения алюминия.
9. Взаимодействие алюминия с водой, кислотами, щелочами.
10.Алюмотермический способ получения металлов.
11.Галиды алюминия, их получение и свойства. Структура хлорида алюминия.
Чем объяснить различие в свойствах галидов алюминия?
12.Алюмогидриды металлов. Их получение и применение.
13.Оксид и гидроксид алюминия. Их структура. Отношение к кислотам и щелочам. Алюминаты. Искусственное получение рубинов.
14.Общая характеристика солей алюминия. Их растворимость и гидролиз.
Квасцы, их кристаллическая структура. Можно ли в водном растворе получить карбонат алюминия?
15.Применение бора, алюминия и их соединений. Сплавы алюминия.
16.Что такое «перлы буры»? Как их получают, где они находят применение?
17.Опишите образование связи в молекуле В2 по методу молекулярных орбиталей. Укажите порядок связи и магнитные свойства этой молекулы.
18.Получение бора из: а) тетрафторобората(II) калия, б) оксида бора. Составьте
уравнения реакций. Приведите примеры других способов получения бора.
19.Используя справочную и учебную литературу, рассмотрите проявление диагональной периодичности свойств в направлении бор → кремний. Укажите
свойства, сходные для бора и кремния и одновременно различные для бора и
алюминия, на примерах оксидов, гидроксидов, кислородсодержащих анионов, галогенидов и гидридов.
20.Какие изменения претерпевает ортоборная кислота при нагревании? Напишите уравнения соответствующих реакций.
21.Как из алюмоаммониевых квасцов получить: гидроксид алюминия, сульфат
бария, алюминат калия? Напишите уравнения соответствующих реакций.
22.Почему алюминий, находясь в ряду напряжений левее водорода, не вытесняет последний из воды, но легко вытесняет из водного раствора щелочи?
23.Как можно получить диборан из буры?
24.Молекула ВН3 обладает довольно высоким сродством к гидрид-иону. Объясните механизм образования ВН4¯ из ВН3. Какие свойства гидридоборатов
определяют их применение в химическом анализе и синтезе?
19
25.Тригалиды бора способны присоединять молекулы NH3, NR3, H2O, HF. Чем
это объясняется? Рассмотрите строение соединений состава BF3·NH3,
BF3·.H2O, BF3·.HF.
26.Какое практическое значение имеет высокое сродство алюминия к кислороду (∆Gº298 = -1583 кДж/моль)? Приведите примеры реакций алюмотермии.
Целесообразно ли получение алюминия из оксида химическим восстановлением? Как получают алюминий в промышленности?
27.Чем объяснить склонность молекул галогенидов алюминия к димеризации?
Каково строение Al2Cl6?
28.Может ли металлический алюминий взаимодействовать с растворами:
а)Na2CO3, б)HgCl2, в)CuCl2? Напишите уравнения соответствующих реакций.
29.На чем основано применение буры при паянии?
30.Объясните, почему хлориды алюминия и бора сильно дымят на воздухе. Напишите уравнения соответствующих реакций.
31.Запишите в виде комплексных соединений двойной оксид Na2O·2B2O3 и
двойной метаборат 2NaBO2·Cu(BO2)2. Объясните выбор комплексообразователя. Запишите реакцию взаимодействия буры с оксидом меди, на примере
которой объясните способность буры удалять оксиды с поверхности металлов.
32.Чем объяснить склонность оксида бора к существованию в аморфном и
стеклообразном состояниях?
33.Какой из минералов бора экономически выгоднее перевозить из карьера на
завод: кернит Na2B4O7·4H2O, тинкалконит Na2B4O7·5H2O или тинкал
Na2B4O7·10H2O?
34.Известно, что моноборан ВН3 при обычных условиях не существует, поскольку он полностью димеризуется. Почему невозможно описать строение
диборана В2Н6 по методу валентных связей? Как объясняется образование
мостиковых связей В−Н−В в диборане по методу молекулярных орбиталей в
трехцентровом приближении? Составьте уравнение реакции между дибораном и водой.
35.Тетрагидридоборат (III) натрия Na[BH4] вносят в горячую воду, при этом
наблюдают выпадение осадка и выделение газа. Периодически определяют
рН раствора. Установлено, что выделение газа уменьшается (до почти полного прекращения) при увеличении щелочности среды; при подкислении реакция с выделением газа возобновляется. Объясните результаты опыта.
36.Составьте уравнения реакций гидролиза трихлорида и трифторида бора.
Укажите все возможные продукты этих реакций. Будут ли конечные растворы кислотными, щелочными или нейтральными?
37.Трифторид бора образует гидрат состава BF3·2H2O. Составьте координационную формулу и систематическое название этого соединения, если известно, что в твердом состоянии оно является ионным кристаллом, а в растворе
полностью диссоциирует на ионы и создает сильнокислотную среду.
20
38.Газообразный трихлорид бора поглотили водой при комнатной температуре.
Выпавший осадок отфильтровали, промыли холодной водой и растворили в
горячей воде. К полученному раствору в отдельных пробирках добавили:
а)фтороводородную кислоту, б)карбонат натрия. Составьте уравнения всех
реакций и назовите продукты.
39.Гидроксид бора В(ОН)3 часто представляют как трехосновную борную кислоту Н3ВО3. Очевидно, что это неверно, так как ни один из атомов водорода
в молекуле В(ОН)3 не является кислотным. Приведите другие доказательства, подтверждающие правильность записи формулы В(ОН)3.
40.При обработке гидроксида бора или смеси тетрабората натрия с серной кислотой этанолом образуется летучий борсодержащий продукт, который при
сгорании окрашивает пламя в зеленый цвет. Укажите тип реакции образования этого продукта. Если этот продукт поглотить раствором гидроксида
кальция, а затем раствор выпарить досуха и твердый остаток прокалить, то
образуется смесь безводных боратов кальция. Пользуясь справочной и учебной литературой, приведите формулы простейших боратов.
41.Минерал криолит Na3[AlF6], природные запасы которого на Земле уже почти
исчерпаны, синтезируют на заводах совместным взаимодействием гидроксида алюминия и карбоната натрия с концентрированной фтороводородной
кислотой. Составьте уравнение реакции. Укажите, для чего используется
криолит.
42.Для реакции Al2O3(т) + 3СО(г) → 2Al(т) + 3СО2(г) установите, какое вещество
− монооксид углерода или алюминий - является более сильным восстановителем.
43.В четыре пробирки, содержащие соответственно разбавленную серную кислоту, разбавленную азотную кислоту, концентрированный раствор хлорида
аммония и концентрированный раствор щелочи, вносят немного порошкообразного алюминия. Напишите уравнения протекающих реакций.
44.Прокипятили водный раствор, содержащий нитрат калия и гидроксид калия,
с добавлением порошкообразного алюминия. Выделившийся газ собрали и
доказали присутствие в нем двух веществ. Какими способами это осуществили? Укажите, как определить состав алюминийсодержащих частиц в конечном растворе. Составьте уравнения всех реакций.
45.Составьте уравнения реакций, которые характеризуют все процессы, протекающие при внесении твердого AlCl3 в воду с последующим доведением рН
раствора до 13.
46.Известно, что монофосфид алюминия реагирует с горячей водой, с хлороводородной, серной и азотной кислотами, с гидроксидом натрия и гидратом
аммиака. Укажите условия проведения каждой реакции. В каких из этих реакций алюминий и фосфор меняют свою степень окисления?
47.Гидроксид алюминия весьма мало, но все же растворим в воде. Какие частицы находятся в растворе? Опишите кислотно-основные свойства гидроксида
алюминия в водном растворе. Какие из этих свойств преобладают у гидроксида алюминия?
21
48.К осадку гидроксида алюминия добавляют водный раствор гидроксида натрия. Наблюдают химическое растворение осадка, который выпадает снова
при насыщении образовавшегося раствора газообразным диоксидом серы.
Объясните результаты опыта.
49.К 0,5 л 0,2М водного раствора сульфата алюминия добавляют 0,5 л 0,2М
раствора сульфата калия, смесь упаривают и охлаждают. Какое вещество
выпадает в осадок?
50.Укажите тип реакций, протекающих между следующими реагентами: а) тетрагидридоалюминатом(III) лития и водой, б) тетрагидридогаллатом(III) натрия и хлороводородной кислотой. Почему эти реакции необратимы?
51.Студент приготовил для опыта шесть пробирок с раствором сульфата алюминия-калия. В первую пробирку он ввел недостаток раствора щелочи, во
вторую − избыток щелочи, в третью − вначале избыток щелочи, затем избыток серной кислоты, в четвертую − вначале избыток щелочи, затем избыток
диоксида углерода, в пятую и шестую − избыток гидрата аммиака на холоду
и при кипячении соответственно. В каких пробирках выпал осадок, каков
его состав?
52.В три пробирки, содержащие раствор сульфата алюминия, добавляют (по
каплям) соответственно эквимолярные растворы гидроксида натрия, гидрата
аммиака, а также гидрата аммиака с большим избытком хлорида аммония. В
какой пробирке осадок гидроксида алюминия появится в первую очередь?
Выпадут ли осадки во всех пробирках?
53.Сравните кислотно-основные свойства гидроксидов галлия (III), индия (III) и
таллия (III).
54.В пробирках находятся 0,01М растворы NaF, NaCl и NaBr. В каждую пробирку добавляют равный объем 0,01М раствора нитрата таллия (I). В каких
пробирках выпадут осадки? Как это можно предсказать? В какой пробирке
количество (моль) осадка будет наибольшим?
55.Составьте названия веществ: Na3[AlF6], Na2[B4O5(OH)4]·8H2O, (MgAl2)O4,
Na2B4O7·10H2O, Tl2O3·nH2O, [K(H2O)6][Ga(H2O)6](SO4)2.
56.При работе гальванического элемента
Al│Al2(SO4)3 ║Cr2(SO4)3│Cr
восстановилось до свободного металла 31,2 г хрома. Определите, насколько
уменьшилась масса алюминиевого электрода.
57.На реакцию с 3,82 г буры израсходовано 200 мл раствора соляной кислоты.
Вычислите нормальность раствора кислоты.
58.Определите концентрацию ионов водорода, рН и степень диссоциации
0,001М раствора борной кислоты, принимая во внимание только первую
ступень её диссоциации. КI = 5,7·10-10.
59.При обработке 9 г смеси алюминия с оксидом алюминия избытком раствора
гидроксида натрия выделилось 3,36 л газа (н.у.). Определите процентный
состав смеси.
60.Возможен ли (да, нет) прямой синтез диборана из бора и водорода в закрытой системе при 400K?
22
61.Определите тепловой эффект сгорания 6,05 л (н.у.) диборана на воздухе (образуются только конденсированные фазы). Установите также, является ли
эта реакция обратимой в закрытой системе при 298K.
62.В некотором боране BxHy массовая доля бора равна 81,1%. Плотность пара
этого борана по воздуху равна 1,84 (состав воздуха в массовых долях, %: N2
─ 78,09; O2 ─ 20,95; Ar ─ 0,93; CO2 ─ 0,03). Определите химическую формулу борана.
63.Бор образует с хлором три соединения, в которых мольное отношение B:Cl
равно 1:1, 1:2 и 1:3. Молярные массы этих соединений равны 185,06, 163,43
и 117,17 г/моль соответственно. Установите химические формулы соединений, назовите их и найдите массовую долю хлора в каждом из них.
64.Проводят полный гидролиз газообразного хлорида бора (0,204 л, н.у.). Осадок отфильтровывают, промывают холодной водой и полученный раствор
(фильтрат) разбавляют водой до 12 л. Определите pH конечного раствора (25
°С).
65.Определите pH (25 °С) водного раствора, приготовленного из 0,185 г гидроксида бора в мерной колбе объемом 200 мл.
66.Какой из минералов экономически выгоднее перевозить из карьера на завод:
тинкалконит
Na2B4O7·5H2O
или
тинкал
кернит
Na2B4O7·4H2O,
Na2B4O7·10H2O? Ответ подтвердите расчетом.
67.Определите массовую долю (%) оксида алюминия, «содержащегося» в минерале нефелин K0,22Na0.78(AlSiO4), если в последнем имеется 15% примесей.
68.К 100 мл 0,15М раствора сульфата алюминия добавляют 0,15М раствор гидроксида бария до прекращения образования осадка. Определите объем (мл)
раствора гидроксида бария, затраченного на реакцию, и массу (г) осадка.
69.Определите при 25°С значения pH, при которых закончится выпадение
осадка гидроксида алюминия: а) при подщелачивании раствора сульфата
алюминия; б) при подкислении раствора тетрагидроксодиакваалюмината
(III) натрия.
70.Рассчитайте pH, при котором осаждение гидроксида алюминия из раствора
нитрата алюминия станет достаточно полным, т.е. растворимость Al(OH)3
будет меньшей, чем 1 · 10─5 моль/л (при 25°С).
71.Проводят перекристаллизацию Al2(SO4)3·18H2O из насыщенного раствора
(80°С / 20°С). Необходимо получить 25 г очищенного реактива. Рассчитайте
объем (мл) воды и массу (г) кристаллогидрата, взятых для перекристаллизации (следовое содержание примесей не учитывать).
72.Какое количество воды и кристаллогидрата Al2(SO4)3·18H2O надо взять, чтобы после охлаждения насыщенного при 80°С раствора до 0°С выкристаллизовалось 10 г Al2(SO4)3·18H2O. Растворимость Al2(SO4)3 при расчете на безводную соль при 80°С равна 42,2%, а при 0°С – 23,8%.
73.При обработке гидроксидом натрия некоторой массы сплава алюминия с
кальцием выделилось 11,2 л водорода. При взаимодействии такой же массы
сплава с соляной кислотой выделилось 14 л водорода (н.у.). Определите состав сплава (массовые доли).
23
74.Какова была масса гидроксида алюминия, если для его растворения потребовалось 0,2 л 30%-ного раствора азотной кислоты (ρ=1,18 г/мл)? Какой
объем 2М раствора КОН необходимо затратить для растворения этого количества гидроксида алюминия?
75.По стандартным энтальпиям образования веществ вычислить, какое количество тепла выделится при реакции ( в расчете 1 кг алюмотермической смеси)
получения железа из Fe3О4. Зависимостью теплового эффекта от температуры пренебречь.
76.Сырье для алюмотермического получения хрома кроме оксида хрома (III)
содержит различные примеси, массовая доля которых равна 20%. К такому
сырью массой 38 г добавили технический алюминий массой 10 г и осуществили реакцию восстановления. Какая масса хрома образовалась, если массовая доля алюминия в техническом металле составляет 97,2%, а выход хрома
– 75%?
77.Алюминий получают электролизом оксида алюминия в расплаве. Выделяющийся на аноде кислород окисляет графитовый анод, образуя оксид углерода (IV). Какая масса алюминия была получена, если в результате реакций на
аноде собран газ, объем которого при нормальных условиях составил 67,2 л?
78.Имеется смесь опилок алюминия, цинка и меди. Масса твердого остатка после обработки образца этой смеси массой 8 г избытком концентрированной
азотной кислоты составила 1,52 г. Образец этой же смеси массой 3 г внесли
в избыток концентрированного раствора щелочи, масса нерастворимого остатка составила 0,6 г. Определите массовые доли металлов в смеси.
79.В воде растворили алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2·12H2O массой 23,7 г,
добавили раствор объемом 24,6 мл с массовой долей гидроксида натрия 20%
и плотностью 1,22 г/мл. Какие соединения алюминия образуются? Определите их массу.
80.Какое количество борной кислоты можно получить из аморфного бора при
окислении его 63,5% азотной кислотой, если последней израсходовано 1 л
(ρ=1,4 г/мл)?
81.На реакцию3,82 г буры израсходовано 200 мл раствора HCl. Вычислите
нормальность раствора кислоты?
82.Пероксоборат натрия NaBO3·4H2O получают окислением смешанного раствора буры и гидроксида натрия пероксидом водорода. Вычислите расход
реактивов – буры (в кг), объемы 30%-ного раствора гидроксида натрия
(ρ=1,33) и 3%-ного раствора H2O2 (ρ=1), требуемых для получения 1 т готового продукта, считая, что реактивы берутся в количествах, на 20% превышающих теоретические вычисления.
83.Алюминий получают электролизом раствора глинозема в расплавленном
криолите. Сколько алюминия получится при электролизе 1 т глинозема, содержащего 94,5% Al2O3, и какова продолжительность электролиза при силе
тока в 30000 А? Выход по току 95%.
24
84.Окислительно-восстановительный потенциал сопряженной пары Tl+ = Tl3+ +
2e составляет 1,25В. Может ли сульфат таллия (III) окислить: а) соляную кислоту; б) KI? Напишите уравнения реакций.
85.Какие осадки выпадут при сливании водных растворов указанных ниже пар
веществ:
а) хлорида галлия (III) и сульфида аммония;
б) нитрата индия (III) и сероводорода;
в) сульфата таллия (I) и гидроксида бария;
г) трихлоротриакваталлия и сероводорода;
д) гидроксида таллия (I) и брома?
86.Составьте уравнения реакций:
1) Al + HNO3(разб.) →;
2) Al + HNO3(оч.разб.) →;
3) Al + H2SO4(конц.) →;
4) Al + КOН·H2O (сплавление)→;
5) TlOH + Ga(OH)3 →;
6) TlNO3 + KOH + Cl2 →;
7) TlCl + HNO3(конц.) →;
8) TlCl + KMnO4 + H2SO4 →;
9) Tl(NO3)3 + KNO2 →;
10) Tl2(SO4)3 + SO2 →;
11) TlClO4 + KOH + Br2 →;
12) B + HNO3(конц)→;
13) H3BO3 + NaOH →;
14) Na2B4O7 + H2O →;
15) Al + NaOH + H2O →;
16) AlCl3 + K2CO3 + H2O →;
17) AlF3 + KF →;
18) Na3[Al(OH)6] + HCl →;
19) B2H6 + K2Cr2O7 + H2SO4 →;
20) BF3 + H2O →;
21) Al + Na2O2 →;
22) Al + K2Cr2O7 + H2SO4 →;
23) Al + KMnO4 + H2SO4 →;
24) Al + KClO3 + H2O →;
25) Al + NO2 + KOH + H2O →;
26) Ga + H2SO4(разб) →;
27) Tl + HNO3(конц. гор) →;
28) Tl + HNO3(разб) →;
29) Ga + KMnO4 + KOH →;
30) Na2B4O7 + CoO →;
31) Na2B4O7 + Cr2(SO4)3 →;
32) Al2(SO4)3 + Na2CO3 + H2O →;
33) Na2B4O7 + H2SO4 + H2O →.
25
2.2. Примеры тестовых заданий
БИЛЕТ №1
1. Координационное число, характерное для бора:
1) 3;
2) 4;
3) 6;
4) 1, 2;
5) 2, 3.
2. При каких условиях гексагональный нитрид бора переходит в эльбор?
1) tº=1500ºС до 1800ºС, Р=60000 до 80000 атм.
2) tº=150ºС до 180ºС, Р=60 до 80 атм.
3) tº=1500ºС до 1800ºС, Р=60 до 85 атм.
4) tº=150ºС до 180ºС, Р=6000 до 8500 атм.
5) нет верного ответа.
3. При взаимодействии бора с HNO3(конц) выделилось 5,6 л NO2. Сколько бора
вступило в реакцию?
1) 0,9 г
2) 0,45 г
3) 0,18 г
4) 1,8 г
5) нет верного ответа
4. Какое из веществ не содержит алюминий?
1) глинозем
2) боксид
3) нефелин
4) криолит
5) все содержат
5. Как протекает реакция Al + HCl + H2O → ?
1) [Al(OH)6]Cl3 + H2
2) [Al(H2O)6]Cl3 + H2
3) AlCl3
4) Al(OH)3 + AlCl3
5) нет верного ответа
БИЛЕТ №2
1. Определите массу технического алюминия с массовой долей 98,4%, который потребуется для алюмотермического восстановления ванадия массой
15,3 кг из оксида ванадия V2O5.
1) 27,4 кг
2) 6,85 кг
3) 13,7 кг
4) 9,13 кг
5) нет верного ответа
26
2. Что обусловливает высокую коррозионную стойкость алюминия?
1) малоактивный металл
2) находится в ряду напряжений правее водорода
3) нет верного ответа
4) покрыт тонкой пленкой гидроксида алюминия
5) покрыт тонкой пленкой оксида алюминия
3. Какой из элементов по свойствам более всего напоминает бор?
1) С
2) Р
3) Si
4) Ge
5) S
4. В обычных условиях бор взаимодействует с:
1) F, O2, N2 ;
2) O2, Cl2 ;
3) F2, Cl2 ;
4) F2, Cl2, O2 ;
5) F2 ?
5. Чему равна максимальная ковалентность бора?
1) 5
2) 4
3) 2
4) 1
5) 3
БИЛЕТ №3
1. С какими из приведенных веществ будет взаимодействовать КОН: а)H2BO3,
б) Na2B3O7, в) Al2O3, г) AlCl3, д) Ga(OH) 3?
1) а, в
2) б, г, д
3) в, г
4) а, в ,г
5) б, д
2. Каково координационное число и строение кристаллического Al2O3?
1) 4, октаэдр
2) 4, тетраэдр
3) 3, треугольник
4) 6, октаэдр
5) 2, линейная
3. Для чего используется бура?
1) в медицинских целях
2) для производства краски
3) в с/х, чтобы травить вредителей
4) в производстве эмалей
27
5) все ответы верны
4. Сколько бора содержится в 1 л 3% -ного раствора борной кислоты (ρ=1,014
г/мл)?
1) 10,6 г
2) 21,2 г
3) 5,3 г
4) 2,65 г
5) нет верного ответа
5. Бораты каких металлов хорошо растворимы в воде?
1) щелочных
2) щелочных, Al, Mg
3) бораты практически нерастворимы в воде
4) щелочных и щелочноземельных металлов
5) щелочноземельных металлов
2.3. Лабораторная работа
БОР
Получение борной кислоты
1. Налейте в пробирку до трети её объема насыщенный раствор буры и добавьте (осторожно) концентрированной серной кислоты. Пробирку с раствором охладите в проточной воде или снегом. Охлаждение способствует
кристаллизации борной кислоты. Напишите уравнение реакции. Растворите в пробирке при нагревании небольшое количество борной кислоты и
испытайте раствор красной и синей лакмусовыми бумажками. Сильной
или слабой является борная кислота?
Реакция открытия борной кислоты
2. В фарфоровую чашку положите несколько кристалликов борной кислоты
или буры, смочите кристаллы 2-3 каплями серной кислоты, прилейте 2-3
мл этилового спирта и тщательно размешайте смесь. Перенесите чашку в
вытяжной шкаф. Подожгите спиртовой раствор и отметьте окраску пламени. Напишите уравнения реакций образования борно-этилового эфира и
его горения.
Гидролиз буры
3. К раствору буры добавьте 2-3 капли фенолфталеина. Объясните наблюдаемое.
АЛЮМИНИЙ
Действие щелочей и кислот на алюминий
4. Поместите в три пробирки немного алюминиевых стружек и добавьте в
первую 30%-ный раствор щелочи, во вторую - разбавленную соляную, в
третью - концентрированную азотную кислоту. Пробирку с раствором
азотной кислоты нагрейте. Обратите внимание на цвет выделяющихся га28
зов. Докажите, что при реакции со щелочью выделяется водород (осторожно). Напишите уравнения реакций. Объясните механизм реакции
алюминия со щелочами.
Пассивация алюминия
5. В пробирку с раствором соляной кислоты опустите полоску алюминиевой
фольги. Наблюдайте выделение водорода. Выньте алюминий из пробирки,
ополосните водой и опустите в раствор концентрированной азотной кислоты плотностью 1,4 г/мл на 2-3 минуты. Выньте, ополосните водой и
снова опустите в пробирку с соляной кислотой. Выделяется ли водород?
Растворяется ли алюминий? Что произошло с алюминием?
Влияние хлорид-иона на коррозию алюминия
6. Хлорид-ион является сильным активатором коррозии. Его присутствии в
растворе способствует разрушению защитной пленки оксида алюминия,
вследствие чего коррозия усиливается.В две пробирки поместите по кусочку алюминия и добавьте в одну из них 5-8 капель раствора сульфата меди, а
в другую – столько же раствора хлорида меди. Отметьте различный результат в обоих случаях: в то время как в первой пробирке алюминий остается
почти без изменения, во второй он быстро покрывается налетом меди. Почему?
Амфотерность гидроксида алюминия
7. Получите гидроксид алюминия и испытайте отношение его к кислотам и
избытку щелочи. Напишите уравнения реакций. Раствор алюмината оставьте до следующего опыта.
Гидролиз солей алюмини
8. Испытайте раствор соли алюминия индикатором (каким?) и напишите уравнение реакции гидролиза.
9. К 1-2 мл щелочного раствора алюмината прибавьте равный объем насыщенного раствора хлорида аммония. Наблюдайте образование осадка. Напишите уравнение реакции. Объясните, почему добавление хлорида аммония способствует реакции гидролиза алюмината.
10. К раствору сульфата алюминия прибавьте раствор карбоната натрия.
Объясните выпадение осадка гидроксида алюминия и выделение газа. Сделайте вывод о гидролизе различных солей алюминия.
КОНТРОЛЬНЫЙ ОПЫТ
Синтез алюмокалиевых квасцов
11. На технохимических весах отвесьте сульфат калия 1,84 г и сульфат
алюминия 6,06 г. В два химических стакана налейте дистиллированной воды, в один 7 мл, в другой – 6 мл. Покройте стаканы часовыми стеклами и
нагрейте до кипения. Растворите в первом стакане отвешенное количество
29
сульфата калия и во втором – сульфата алюминия. Горячие растворы слейте
вместе в стакан с сульфатом калия и размешайте. В результате реакции образуется двойная соль алюмокалиевых квасцов по уравнению
K2SO4 + Al2(SO4)3·18H2O + 6H2O = 2KAl(SO4) 2·12 H2O.
При непрерывном перемешивании и быстром охлаждении выпадают мелкие
кристаллы квасцов. Для получения крупных кристаллов раствор следует оставить без перемешивания при медленном остывании. Выделившиеся кристаллы перенесите на воронку Бюхнера, отфильтруйте, высушите между
листами фильтровальной бумаги и оставьте сушиться некоторое время на
воздухе. После чего взвесить и определить выход квасцов (в процентах).
Таблица вариантов заданий
№
вар.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
30
Номера заданий
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
27
26
29
30
44
45
47
31
32
35
36
39
38
40
20
57
58
59
60
68
70
66
73
74
75
77
78
83
80
81
86(1)
86(2)
86(3)
86(4)
86(5)
86(6)
86(7)
86(8)
86(32)
86(10)
86(11)
86(12)
86(13)
86(14)
86(15)
№
вар.
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Номера заданий
16
17
18
19
20
21
22
23
24
2
4
7
9
13
15
50
51
52
48
53
54
56
28
26
43
41
47
29
42
36
85(а,б)
84
85(в,г)
67
64
70
57
59
73
74
66
78
79
80
81
86(16)
86(17)
86(18)
86(19)
86(20)
86(21)
86(22)
86(23)
86(24)
86(25)
86(26)
86(27)
86(29)
86(30)
86(33)