Задание 1:
Установите соответствие между схемой реакции и формулой недостающего в ней вещества: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
Схема реакции :
А) P + HNO3 (k) = H3PO4 + H2O + …….
Б) Ca + HNO3 (разб.) = Ca(NO3)2 + H2O + …….
В) Cu+ 4HNO3 (разб.) = Cu(NO3)2 + 2H2O.......
Формула вещества:
1) NO; 2) NO2; 3) NH4NO3; 4) N2O.
Решение:
В этом вопросе, который входит в сборник ФИПИ 2018 года(21-е задание) необходимо найти соответствующие оксиды азота для каждой химической реакции.
Важно! Неметаллы реагируют с HNO3 (конц.) с образованием NO2, с HNO3 (разб.) - с выделением NO.
Итак, решаем первое уравнение - при взаимодействии фосфора с концентрированной азотной кислотой выделяется NO2,
P + 5HNO3 (k) = H3PO4 + H2O + 5NO2, то есть, А - 2.
Далее, во второй реакции участвуют кальций с разбавленной азотной кислотой, - ты ее уже знаешь, так как это лабораторный способ получения N2O:
4Ca + 10HNO3 = 4Ca(NO3)2 + N2O + 5H2O, Значит, Б - 4.
Следующая реакция - медь с разбавленной азотной кислотой ( вспомни тему 'Несолеобразующие оксиды азота') - это лабораторный способ получения монооксида азота:
3Cu + 8HNO3 (разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O, В - 1.
Ответ: А - 2; Б - 4; В - 1.
Задание 2:
Нитрат меди(II) прокалили, образовавшееся твердое вещество растворили в разбавленной серной кислоте. Раствор полученной соли подвергли электролизу. Выделившееся на катоде вещество растворили в концентрированной азотной кислоте. Растворение протекало с выделением бурого газа. Напишите уравнения четырех описанных реакций.
Решение:
Это задание входит в сборник ФИПИ части 2 и считается одним из наиболее сложных; здесь необходимо знать химические свойства большого количества химических элементов и уметь их использовать.
На самом деле, все не так сложно.
Начнем разбор: итак, делаем все по порядку: первая реакция представляет собой прокаливание нитрата меди(II) Cu(NO3)2 , иначе прокаливание это разложение сложного вещества под действием высокой температуры; в нашем случае разложение нитрата двухвалентной меди сопровождается получением оксида меди, оксида азота и кислорода
Важно! Cu(NO3)2 -кристаллы голубого цвета:
2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2
Вторая реакция заключается в растворении твердого вещества разбавленной серной кислотой.
Разберем продукты первой реакции и найдем твердое вещество - кислород не может находится в твердом агрегатном состоянии, оксид азота(IV) как ты уже знаешь, это газ, остается только оксид меди, значит, он и будет взаимодействовать с разбавленной серной кислотой.
Важно! Медь не реагирует с разбавленной серной кислотой, только с концентрированной, а вот оксид меди - взаимодействует:
CuO + H2SO4 (разб.) = CuSO4 + H2O.
Эта реакция относится к типу обмена, представляет собой одно их характерных химических свойств основных оксидов - взаимодействие с кислотами, с образованием соли и воды(наверняка ты помнишь про схожую реакцию нейтрализации - основание + кислота = соль + вода).
И еще, важный аспект любых реакций в химии - всегда уравнивай элементы!
Если у тебя задание будет верным, и все написано правильно, однако, забудешь уравнять - все усилия будут сведены к 0 баллов.
Продолжим разбор задания - 'Раствор полученной соли подвергли электролизу' - в этой реакции никак не обойтись без знаний процесса электролиза.
Напоминаю, - электролиз это окислительно - восстановительный процесс диссоциации электролита под действием постоянного электрического тока. Принцип такой - электролит помещают в емкость, куда помещены два электрода - катод(отрицательно заряженный) и анод(положительно- заряженный), на которых происходят процессы ОВР в растворе или расплаве.
Запомни: на катоде - восстановление катионов(положительно заряженных частиц); на аноде - окисление анионов (отрицательно заряженных частиц); соответственно, металлы, у которых степень окисления '+' всегда будут двигаться к катоду, а элементы (неметаллы) с зарядом '-' к аноду.
Теперь вернемся к выполнению задания: соль, которую мы получили это сульфат меди; как узнать результат электролиза этого вещества?
Общий вид электролиза этой соли выглядит так:
CuSO4 = Cu 2+ + SO42-
HOH = H+ + OH-.
Нужно запомнить, что металлы, стоящие в ряду активности после H всегда восстанавливаются на катоде(катионы металла), в нашем случае медь стоит после водорода, значит, она выделится в несвязанном(чистом) виде: Cu 2+ + 2e = Cu0
Может возникнуть вопрос, откуда взялась медь со степенью окисления +2: в нашем задании сульфат меди подвергся электролизу, и как ты уже знаешь, металлы восстанавливаются полностью на катоде, иными словами, степень окисления будет уменьшаться, в сульфате у меди степень окисления равна +2, а после восстановления 0, что я и указала. Следующим шагом будет анализ аниона сульфата SO42-; учитывая, что это ион кислородсодержащей кислоты, то на аноде произойдет не его окисление, а воды:
2H2O -4e = O2 +4H+.
Для справки - мы берем два моль воды, чтобы выделился чистый кислород.
Теперь дело за малым - необходимо написать полное уравнение всех вышеуказанных процессов:
CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2
Откуда здесь взялась серная кислота?
Ответ: в результате электролиза водного раствора соли, образованной малоактивным металлом, стоящим после H и кислотным остатком кислородсодержащей кислоты образуется металл, кислород и в катодно - анодном пространстве соответствующая соли кислота, в данном случае серная.
Продолжаем 32-е задание, - 'Выделившееся на катоде вещество растворили в концентрированной азотной кислоте. Растворение протекало с выделением бурого газа' - эта реакция тебе уже знакома из урока 'Солеобразующие оксиды азота': бурый газ, который выделяется при взаимодействии металла с концентрированной азотной кислотой - это NO2.
На катоде выделилось только одно вещество - медь, значит, она и вступит в реакцию с азотной кислотой с образованием соли, бурого газа и воды: Cu+ 4HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.
Итоговый вид этого задания:
2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2 ;
CuO + H2SO4 (разб.) = CuSO4 + H2O;
CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2;
Cu+ 4HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.
Задание выполнено)