Условие задачи
Составьте уравнения реакций, соответствующие следующим превращениям:
а) Ca ⟶ CaO ⟶ Ca(OH)2 ⟶ Ca(NO3)2 ⟶ CaSO4
б) C ⟶ CO2 ⟶ Na2CO3 ⟶ CO2 ⟶ CaCO3
в) Fe2(SO4)3 ⟶ Fe(OH)3 ⟶ Fe2O3 ⟶ Fe2(SO4)3
г) P ⟶ P2O5 ⟶ H3PO4 ⟶ Ca3(PO4)2 ⟶ H3PO4 ⟶ Ca(H2PO4)2
Решение
Ниже задача относится к инорганической химии (то есть к химии неорганических соединений). Решим пошагово каждую цепочку превращений, записывая уравнения реакций, при этом все формулы и коэффициенты подбираются так, чтобы реакции были сбалансированы. Будем использовать символы Unicode (например, ⟶ вместо →).
─────────────────────────────
а) Превращения: Ca ⟶ CaO ⟶ Ca(OH)₂ ⟶ Ca(NO₃)₂ ⟶ CaSO₄
1. Окисление кальция до оксида:
2 Ca + O₂ ⟶ 2 CaO
(Кальций при горении в кислороде образует оксид кальция.)
2. Гидратация оксида кальция до гидроксида кальция:
CaO + H₂O ⟶ Ca(OH)₂
(Оксид кальция при взаимодействии с водой превращается в гидроксид кальция.)
3. Реакция гидроксида кальция с азотной кислотой:
Ca(OH)₂ + 2 HNO₃ ⟶ Ca(NO₃)₂ + 2 H₂O
(Нейтрализация основания кислотой приводит к образованию соли – нитрата кальция.)
4. Получение сульфата кальция путём обмена:
Ca(NO₃)₂ + Na₂SO₄ ⟶ CaSO₄↓ + 2 NaNO₃
(Реакция двойного обмена, при которой мало растворимый сульфат кальция выпадает в осадок.)
─────────────────────────────
б) Превращения: C ⟶ CO₂ ⟶ Na₂CO₃ ⟶ CO₂ ⟶ CaCO₃
1. Окисление углерода до углекислого газа:
C + O₂ ⟶ CO₂
(При полном сгорании углерода образуется углекислый газ.)
2. Получение карбоната натрия из углекислого газа:
CO₂ + 2 NaOH ⟶ Na₂CO₃ + H₂O
(При поглощении CO₂ раствором гидроксида натрия образуется карбонат натрия.)
3. Образование CO₂ из карбоната натрия при добавлении кислоты:
Na₂CO₃ + 2 HCl ⟶ 2 NaCl + CO₂ + H₂O
(Кислота проталкивает равновесие, и карбонат натрия реагирует с соляной кислотой с выделением углекислого газа.)
4. Осаждение карбоната кальция:
CO₂ + Ca(OH)₂ ⟶ CaCO₃ + H₂O
(Углекислый газ, проходя через известковую воду, осаждает карбонат кальция.)
─────────────────────────────
в) Превращения: Fe₂(SO₄)₃ ⟶ Fe(OH)₃ ⟶ Fe₂O₃ ⟶ Fe₂(SO₄)₃
1. Получение гидроксида железа (III) из сульфата железа (III):
Fe₂(SO₄)₃ + 6 NaOH ⟶ 2 Fe(OH)₃↓ + 3 Na₂SO₄
(При добавлении щёлочи к сульфату железа (III) выпадает нерастворимый гидроксид.)
2. Термическое разложение гидроксида железа (III) с образованием оксида железа (III):
2 Fe(OH)₃ ⟶ Fe₂O₃ + 3 H₂O
(Нагревание гидроксида приводит к его дегидратации с получением оксида.)
3. Обратное получение сульфата железа (III) из оксида железа (III):
Fe₂O₃ + 3 H₂SO₄ ⟶ Fe₂(SO₄)₃ + 3 H₂O
(Реакция оксида с кислотой приводит к восстановлению сульфата.)
─────────────────────────────
г) Превращения: P ⟶ P₂O₅ ⟶ H₃PO₄ ⟶ Ca₃(PO₄)₂ ⟶ H₃PO₄ ⟶ Ca(H₂PO₄)₂
1. Окисление фосфора до оксида:
4 P + 5 O₂ ⟶ 2 P₂O₅
(При полном окислении фосфора образуется оксид фосфора (V).)
2. Гидратация оксида фосфора до фосфоровой кислоты:
P₂O₅ + 3 H₂O ⟶ 2 H₃PO₄
(Оксид фосфора является сильным высушивающим веществом, при добавлении воды образуется фосфорная кислота.)
3. Осаждение фосфата кальция – получение нерастворимого фосфата:
2 H₃PO₄ + 3 Ca(OH)₂ ⟶ Ca₃(PO₄)₂ + 6 H₂O
(Нейтрализация фосфорной кислоты гидроксидом кальция дает нерастворимый фосфат кальция.)
4. Обратное превращение Ca₃(PO₄)₂ в фосфорную кислоту при взаимодействии с кислотой (например, соляной):
Ca₃(PO₄)₂ + 6 HCl ⟶ 2 H₃PO₄ + 3 CaCl₂
(При обработке фосфата кальция кислотой происходит его растворение с образованием фосфорной кислоты и хлорида кальция.)
5. Получение дигидрофосфата кальция – реакция фосфорной кислоты с оксидом кальция:
CaO + 2 H₃PO₄ ⟶ Ca(H₂PO₄)₂ + H₂O
(Взаимодействие оксида кальция с избытком фосфорной кислоты приводит к образованию дигидрофосфата кальция.)
─────────────────────────────
Таким образом, использовав правила записи и балансировки реакций в неорганической химии, получили следующие цепочки уравнений для каждого пункта.