Условие задачи
Установите неизвестные вещества в цепочках превращений. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить переходы.а) FeCl2 ⟶ X ⟶ Cuб) Zn ⟶ ZnCl2 ⟶ X ⟶ Zn(OH)2в) AlCl3 ⟶ X ⟶ Al2O3
Решение
Ниже приведём подробное решение задачи, относящейся к неорганической химии (искусству составления последовательностей реакций, где надо определить, какой реагент надо добавить, чтобы получить конечный продукт).
Заметим, что во всех трёх цепочках превращений исходное вещество – хлорид металла – преобразуется в другой не хлоридный продукт (металл, гидроксид или оксид) посредством промежуточного вещества X, которое, по условию, получается при добавлении в хлорид «соответствующего реагента». Таким образом, задача решается по следующим соображениям:
────────────────────────────
А) Цепочка: FeCl₂ ⟶ X ⟶ Cu
Нам известно, что железо (Fe) по ряду активности находится выше меди (Cu). Поэтому классическая реакция замещения выглядит так:
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu.
Если мы хотим получить металлическую медь, то надо «привести» систему так, чтобы в ней появился растворённый медный солевой компонент (например, медный(II) сульфат, CuSO₄). Тогда происходит реакция:
FeCl₂ (раствор) + CuSO₄ (раствор) → FeSO₄ (раствор) + Cu (осадок).
То есть промежуточное вещество X – это растворённый медный солевой компонент, который мы можем принять равным CuSO₄. (Заметим, что окончательный ответ может быть дан и в виде “…при добавлении раствора CuSO₄” – что и приводит к образованию Cu.)
Таким образом, уравнение реакции для превращения:
FeCl₂ + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu
────────────────────────────
Б) Цепочка: Zn ⟶ ZnCl₂ ⟶ X ⟶ Zn(OH)₂
Рассмотрим этапы по порядку.
1. Получение ZnCl₂ из металлического цинка происходит при реакции с соляной кислотой:
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
2. Для превращения ZnCl₂ в гидроксид цинка часто используют щёлочь. При непосредственном присоединении избытка обычно получают водный комплекс (так называемое цинкат-ион) – натрий тетрагидрокцинат, Na₂[Zn(OH)₄]. Уравнение при избытке щёлочи (например, NaOH):
ZnCl₂ + 4NaOH → Na₂[Zn(OH)₄] + 2NaCl
При последующем добавлении кислоты к этому раствору происходит вытеснение из комплекса, и выпадает осадок гидроксида цинка:
Na₂[Zn(OH)₄] + 2HCl → Zn(OH)₂ + 2NaCl + 2H₂O
Таким образом, здесь промежуточное вещество X можно принять равным Na₂[Zn(OH)₄].
────────────────────────────
В) Цепочка: AlCl₃ ⟶ X ⟶ Al₂O₃
Известно, что алюминиевые соли гидролизуются водой с образованием гидроксида, а затем при термическом разложении гидроксид переходит в оксид. Именно так происходит в производстве оксида алюминия (глинозёма). Уравнения реакций:
1. Гидролиз алюминиевого хлорида:
AlCl₃ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3HCl
То есть здесь промежуточным веществом X является осадок гидроксида алюминия – Al(OH)₃.
2. При нагревании гидроксида происходит термическое разложение:
2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O
────────────────────────────
Таким образом, можно записать полный ответ следующим образом:
А) X = мединый(II) сульфат (CuSO₄). При добавлении раствора CuSO₄ реакция протекает по схеме:
FeCl₂ + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu
Б) X = натрий тетрагидрокцинат, Na₂[Zn(OH)₄]. Цепочка превращений:
1) Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
2) ZnCl₂ + 4NaOH → Na₂[Zn(OH)₄] + 2NaCl
3) Na₂[Zn(OH)₄] + 2HCl → Zn(OH)₂ + 2NaCl + 2H₂O
В) X = гидроксид алюминия, Al(OH)₃. Цепочка превращений:
1) AlCl₃ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3HCl
2) 2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O (при нагревании)
────────────────────────────
Комментарии к решению:
• В (А) реакция происходит по принципу замещения менее благородного металла (Fe) по отношению к более благородному (Cu) из соответствующего раствора.
• В (Б) сначала получают хлорид цинка из металлического цинка, а затем, в избытке щёлочи, образуется водорастворимый комплекс – натрий тетрагидрокцинат, который при приведении рН (кислота) дает нерастворимый осадок Zn(OH)₂.
• В (В) сначала происходит гидролиз AlCl₃ с образованием гидроксида, а затем при термическом разложении гидроксид превращается в оксид.
Любой ответ, эквивалентный приведённому, будет засчитан как правильный.