Ключевое слово — Менделеев, автор Периодической системы химических элементов.
а) SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O;
б) H2O2 + Mn(OH)2 → 2H2O + MnO2;
в) 2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O;
г) 2C + O2(недостаток) → 2CO;
д) 2AgNO3
2Ag + 2NO2↑ + O2↑;
е) PbO2 + 4HCl → PbCl2 + Cl2↑ + 2H2O;
ж) 4Fe(NO3)2 2Fe2O3 + 8NO2↑ + O2↑;
з) CuCl2 + 4NH3 → [Cu(NH3)4]Cl2;
и) 2H2O + Ba → Ba(OH)2 + H2↑.
1. Элемент, характерными степенями окисления для которого являются +1 и –1, вытесняемый активными металлами из оксида и хлорида, а также дающий собственный оксид в реакции с оксидом железа(III) – безусловно, водород. Уравнения реакций:
2Li + H2 →(t) 2LiH;
LiH + H2O = LiOH + H2↑;
2H2 + O2 = 2H2O;
2H2O + 2Na = 2NaOH + H2↑;
H2 + Cl2 = 2HCl;
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑;
H2 + Fe2O3 →(t) H2O + 2FeO (Fe);
H2O + Fe →(t) FeO + H2↑.
2. В лаборатории водород обычно получают взаимодействием металлов средней активности (чаще всего цинк) с серной кислотой, либо взаимодействием того же цинка или алюминия со щелочью. В последнее время появились маленькие лабораторные электролизеры, называемые генераторами водорода, в которых проводят электролиз разбавленного раствора щелочи:
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑;
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑;
2H2O = 2H2↑ + O2↑ (электролиз).
В промышленности основное количество водорода получают из метана, путем его пиролиза или конверсии, а также в качестве побочного продукта при пиролизе нефти и газификации угля:
СН4 → С + 2H2↑ (350 °C, кат.: Ni, Fe);
СН4 + H2O → СО + 3H2↑ (1300 °C, кат.: Ni);
СnНm →(t) СnНm−2 + H2↑;
С + H2O → СО↑ + H2↑ (1300 °C, кат.: Ni);
СO + H2O → СО2 + H2 (т.н. реакция сдвига, 400–500 °C, кат.: Fe).
3. Взаимодействие водорода и хлора протекает по радикальному цепному механизму и включает следующие стадии:
1. Пусть на 1 молекулу H2SO4 в растворе I приходится n молекул H2O. Тогда 2n+2 = n+4, откуда n = 2. Массовый процент серной кислоты в таком растворе ω = 100*98/(98+2*18) = 73,1, массовый процент воды 100−73,1 = 26,9. Оксид натрия при смешивании с водой превращается в гидроксид: Na2O + H2O = 2NaOH. Пусть на 1 молекулу NaOH в растворе II приходится m молекул H2O. Тогда 2m+1 = 1,8(m+1), откуда m = 4. Массовый процент гидроксида натрия в таком растворе ω = 100*40/(40+4*18) = 35,7, массовый процент воды 100−35,7 = 64,3.
2. В 100 г раствора I содержится 73,1/98 = 0,746 моля серной кислоты, в 100 г раствора II — 0,357/40 = 0,893 моля гидроксида натрия. В растворе III протекают следующие реакции:
| До реакции, моль | 0,746 | 0,893 | 0,746 | 0,147 | ||||||||||
| H2SO4 | + | NaOH | → | NaHSO4 | + | H2O; | NaHSO4 | + | NaOH | → | Na2SO4 | + | 2H2O | |
| До реакции, моль | 0 | 0,147 | 0,746 | 0,599 | 0 | 0,147 |
Серная кислота реагирует с равным количеством щелочи с образованием кислой соли, которая с избытком щелочи дает соль среднюю. В результате в растворе III содержатся 0,147 моль Na2SO4 (100*0,147*142/200 = 10,4 %), 0,599 моль NaHSO4 (100*0,599*120/200 = 35,9 %) и вода (100-10,4-35,9 = 53,7 %).
3. H2SO4 + Pb(NO3)2 → PbSO4↓ + 2HNO3;
2NaOH + Pb(NO3)2 → Pb(OH)2↓ + 2NaNO3;
H2SO4 + 2NaHCO3 → Na2SO4 + 2H2O + 2CO2↑;
NaOH + NaHCO3 → Na2CO3 + H2O;
H2SO4 + ZnS → ZnSO4 + H2S↑;
4NaOH + ZnS → Na2S + Na2[Zn(OH)4];
H2SO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + 2HCl;
NaOH + BaCl2 ≠;
H2SO4 + CuCl2 ≠;
2NaOH + CuCl2 → Cu(OH)2↓ + 2NaCl.
Поскольку щелочь (35,7/5 %) достаточно концентрированна, еще возможно растворение в ней гидроксидов свинца и меди с образованием гидроксокомплексов.
Уравнения реакций:
а) Mn + Cl2 → MnCl2 (при нагревании);
б) MnO + 2HCl → MnCl2 + H2O;
в) MnO2 + 4HCl(конц) → MnCl2 + Cl2↑ + H2O (при нагревании);
г) 2KMnO4 + 16HCl(конц) → 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2↑ + 8H2O;
д) Mn + 2HCl → MnCl2 + H2↑;
е) MnСO3 + 2HCl → MnCl2 + H2O + CO2↑;
ж) MnSO4(раствор) + SrCl2(раствор) → MnCl2 + SrSO4↓ (при нагревании);
з) 2MnS + 3Cl2 → 2MnCl2 + S2Cl2↑;
и) Mn3(PO4)2 + 4HCl → 2MnCl2 + Mn(H2PO4)2;
д) Mn(ClO4)2(раствор) + 2KCl(раств.) → MnCl2 + KClO4↓.
Названия соединений:
MnCl2 – хлорид марганца(II);
MnO – оксид марганца(II);
MnO2 – оксид марганца (IV);
KMnO4 – перманганат калия;
MnСO3 – карбонат марганца(II);
MnSO4 – сульфат марганца(II);
MnS – сульфид марганца(II);
Mn3(PO4)2 – ортофосфат марганца(II);
Mn(H2PO4)2 – дигидрофосфат марганца(II);
Mn(ClO4)2 – перхлорат марганца(II).
© ИНХ СО РАН 1998 – 2024 г.
