Номер 1321, страница 203 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1321. Приведите уравнения химических реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) $CuO \rightarrow Cu \rightarrow Cu(NO_3)_2 \rightarrow Cu(OH)_2 \rightarrow CuO \rightarrow Cu;$

б) $Fe_2O_3 \rightarrow Fe_3O_4 \rightarrow Fe \rightarrow FeCl_3 \rightarrow Fe_2O_3 \rightarrow Fe;$

в) $Na \rightarrow NaOH \rightarrow Na_2CO_3 \rightarrow Na \rightarrow Na_2O \rightarrow NaOH \rightarrow NaBr \rightarrow Na;$

г) $Al_2O_3 \rightarrow Al(OH)_3 \rightarrow Al \rightarrow AlCl_3 \rightarrow Al(OH)_3 \rightarrow Al_2O_3 \rightarrow Al.$

а) $CuO \rightarrow Cu \rightarrow Cu(NO_3)_2 \rightarrow Cu(OH)_2 \rightarrow CuO \rightarrow Cu$

Для осуществления данной цепи превращений необходимо провести следующие химические реакции:

1. Восстановление оксида меди(II) до металлической меди с помощью водорода при нагревании.

2. Взаимодействие меди с разбавленной азотной кислотой с образованием нитрата меди(II).

3. Получение нерастворимого гидроксида меди(II) путем реакции обмена между нитратом меди(II) и гидроксидом натрия.

4. Термическое разложение гидроксида меди(II) до оксида меди(II) и воды.

5. Восстановление оксида меди(II) угарным газом при нагревании.

Ответ:

1. $CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$

2. $3Cu + 8HNO_3(\text{разб.}) \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$

3. $Cu(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2NaNO_3$

4. $Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO + H_2O$

5. $CuO + CO \xrightarrow{t} Cu + CO_2\uparrow$

б) $Fe_2O_3 \rightarrow Fe_3O_4 \rightarrow Fe \rightarrow FeCl_3 \rightarrow Fe_2O_3 \rightarrow Fe$

Для реализации данной последовательности превращений можно использовать следующие реакции:

1. Частичное восстановление оксида железа(III) до смешанного оксида железа(II, III) угарным газом при определенной температуре.

2. Полное восстановление смешанного оксида железа до металлического железа, например, в доменной печи с помощью угарного газа.

3. Прямое хлорирование железа газообразным хлором при нагревании для получения хлорида железа(III).

4. Получение оксида железа(III) из его хлорида в две стадии: сначала осаждение гидроксида железа(III) действием щелочи, а затем прокаливание гидроксида.

5. Восстановление оксида железа(III) до железа с помощью алюминотермии.

Ответ:

1. $3Fe_2O_3 + CO \xrightarrow{400-500^\circ C} 2Fe_3O_4 + CO_2$

2. $Fe_3O_4 + 4CO \xrightarrow{>700^\circ C} 3Fe + 4CO_2$

3. $2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t} 2FeCl_3$

4. $FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl$;

$2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + 3H_2O$

5. $Fe_2O_3 + 2Al \xrightarrow{t} 2Fe + Al_2O_3$

в) $Na \rightarrow NaOH \rightarrow Na_2CO_3 \rightarrow Na \rightarrow Na_2O \rightarrow NaOH \rightarrow NaBr \rightarrow Na$

Данная цепочка превращений осуществляется с помощью следующих реакций:

1. Взаимодействие металлического натрия с водой.

2. Реакция гидроксида натрия с оксидом углерода(IV) для получения карбоната натрия.

3. Получение металлического натрия из карбоната натрия. Прямое восстановление затруднено, поэтому реакцию проводят в две стадии: сначала получают хлорид натрия, а затем проводят электролиз его расплава.

4. Окисление натрия кислородом при контролируемых условиях (недостаток кислорода) до оксида натрия.

5. Взаимодействие оксида натрия с водой.

6. Реакция нейтрализации между гидроксидом натрия и бромоводородной кислотой.

7. Получение металлического натрия электролизом расплава бромида натрия.

Ответ:

1. $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$

2. $2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

3. $Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$;

$2NaCl(\text{расплав}) \xrightarrow{\text{электролиз}} 2Na + Cl_2\uparrow$

4. $4Na + O_2 \xrightarrow{120-180^\circ C} 2Na_2O$

5. $Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH$

6. $NaOH + HBr \rightarrow NaBr + H_2O$

7. $2NaBr(\text{расплав}) \xrightarrow{\text{электролиз}} 2Na + Br_2$

г) $Al_2O_3 \rightarrow Al(OH)_3 \rightarrow Al \rightarrow AlCl_3 \rightarrow Al(OH)_3 \rightarrow Al_2O_3 \rightarrow Al$

Данная схема содержит переходы, которые невозможно осуществить в одну стадию. Ниже приведены последовательности реакций для каждого превращения:

1. Превращение оксида алюминия в гидроксид алюминия. Оксид алюминия не реагирует с водой, поэтому сначала его переводят в растворимую соль (хлорид), а затем осаждают гидроксид.

2. Получение металлического алюминия из гидроксида. Прямое восстановление невозможно. Сначала гидроксид прокаливают до оксида, а затем получают алюминий электролизом расплава оксида в криолите.

3. Взаимодействие алюминия с соляной кислотой.

4. Осаждение гидроксида алюминия из раствора хлорида алюминия действием слабого основания (раствора аммиака).

5. Термическое разложение (прокаливание) гидроксида алюминия.

6. Промышленный способ получения алюминия — электролиз расплава оксида алюминия в криолите.

Ответ:

1. $Al_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2O$;

$AlCl_3 + 3(NH_3 \cdot H_2O) \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3NH_4Cl$

2. $2Al(OH)_3 \xrightarrow{t} Al_2O_3 + 3H_2O$;

$2Al_2O_3(\text{в расплаве } Na_3AlF_6) \xrightarrow{\text{электролиз}} 4Al + 3O_2\uparrow$

3. $2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$

4. $AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3NaCl$

5. $2Al(OH)_3 \xrightarrow{t} Al_2O_3 + 3H_2O$

6. $2Al_2O_3(\text{в расплаве } Na_3AlF_6) \xrightarrow{\text{электролиз}} 4Al + 3O_2\uparrow$