Хлор и его соединения. Установление молекулярной формулы
Хлор — элемент 3-го периода и VII А-группы Периодической системы, порядковый номер 17. Электронная формула атома [ 10 Ne ]3s 2 Зр 5 , характерные степени окисления 0, -1, + 1, +5 и +7. Наиболее устойчиво состояние Cl -1 . Шкала степеней окисления хлора:
7 – Cl 2 O 7 , ClO 4 — ,HClO 4 , KClO 4
5 — ClO 3 — , HClO 3 ,KClO 3
1 – Cl 2 O , ClO — , HClO , NaClO , Ca(ClO) 2
— 1 – Cl — , HCl, KCl , PCl 5
Хлор обладает высокой электроотрицательностью (2,83), проявляет неметаллические свойства. Входит в состав многих веществ — оксидов, кислот, солей, бинарных соединений.
В природе — двенадцатый по химической распространенности элемент (пятый среди неметаллов). Встречается только в химически связанном виде. Третий по содержанию элемент в природных водах (после О и Н), особенно много хлора в морской воде (до 2 % по массе). Жизненно важный элемент для всех организмов.
Хлор С1 2 . Простое вещество. Желто-зеленый газ с резким удушливым запахом. Молекула Сl 2 неполярна, содержит σ-связь С1-С1. Термически устойчив, негорюч на воздухе; смесь с водородом взрывается на свету (водород сгорает в хлоре):
Cl 2 +H 2 ⇌HCl
Хорошо растворим в воде, подвергается в ней дисмутации на 50 % и полностью — в щелочном растворе:
Cl 2 0 +H 2 O ⇌HCl I O+HCl -I
Cl 2 +2NaOH (хол) = NaClO+NaCl+H 2 O
3Cl 2 +6NaOH (гор) =NaClO 3 +5NaCl+H 2 O
Раствор хлора в воде называют хлорной водой , на свету кислота НСlO разлагается на НСl и атомарный кислород О 0 , поэтому «хлорную воду» надо хранить в темной склянке. Наличием в «хлорной воде» кислоты НСlO и образованием атомарного кислорода объясняются ее сильные окислительные свойства: например, во влажном хлоре обесцвечиваются многие красители.
Хлор очень сильный окислитель по отношению к металлам и неметаллам:
Сl 2 + 2Nа = 2NаСl 2
ЗСl 2 + 2Fе→2FеСl 3 (200 °С)
Сl 2 +Se=SeCl 4
Сl 2 + РЬ→PbCl 2 (300 ° С )
5Cl 2 +2P→2PCl 5 (90 °С)
2Cl 2 +Si→SiCl 4 (340 °С)
Реакции с соединениями других галогенов:
а) Сl 2 + 2КВг (Р) = 2КСl + Вr 2 (кипячение)
б) Сl 2 (нед.) + 2КI (р) = 2КСl + I 2 ↓
ЗСl (изб.) + 3Н 2 O+ КI = 6НСl + КIO 3 (80 °С)
Качественная реакция — взаимодействие недостатка СL 2 с КI (см. выше) и обнаружение йода по синему окрашиванию после добавления раствора крахмала.
Получение хлора в промышленности :
2NаСl (расплав) → 2Nа + Сl 2 (электролиз)
2NaCl+ 2Н 2 O→Н 2 + Сl 2 + 2NаОН (электролиз)
и в лаборатории :
4НСl (конц.) + МnO 2 = Сl 2 + МnСl 2 + 2Н 2 O
(аналогично с участием других окислителей; подробнее см. реакции для НСl и NaСl).
Хлор относится к продуктам основного химического производства, используется для получения брома и йода, хлоридов и кислородсодержащих производных, для отбеливания бумаги, как дезинфицирующее средство для питьевой воды. Ядовит.
Хлороводород НС l . Бескислородная кислота. Бесцветный газ с резким запахом, тяжелее воздуха. Молекула содержит ковалентную σ -связь Н — Сl. Термически устойчив. Очень хорошо растворим в воде; разбавленные растворы называются хлороводородной кислотой , а дымящий концентрированный раствор (35-38 %)- соляной кислотой (название дано еще алхимиками). Сильная кислота в растворе, нейтрализуется щелочами и гидратом аммиака. Сильный восстановитель в концентрированном растворе (за счет Сl — I), слабый окислитель в разбавленном растворе (за счет Н I). Составная часть «царской водки».
Качественная реакция на ион Сl — — образование белых осадков АgСl и Нg 2 Сl 2 , которые не переводятся в раствор действием разбавленной азотной кислоты.
Хлороводород служит сырьем в производстве хлоридов, хлорорганических продуктов, используется (в виде раствора) при травлении металлов, разложении минералов и руд. Уравнения важнейших реакций:
НСl (разб.) + NаОН (разб.) = NaСl + Н 2 O
НСl (разб.) + NН 3 Н 2 O = NH 4 Сl + Н 2 O
4НСl (конц., гор.) + МO 2 = МСl 2 + Сl 2 + 2Н 2 O (М = Мп, РЬ)
16НСl (конц., гор.) + 2КМnO 4(т) = 2МnСl 2 + 5Сl 2 + 8Н 2 O + 2КСl
14НСl (конц.) + К 2 Сr 2 O 7(т) = 2СrСl 3 + ЗСl 2 + 7Н 2 O + 2КСl
6НСl (конц.) + КСlO 3(Т) = КСl + ЗСl 2 + 3Н 2 O (50-80 °С)
4НСl (конц.) + Са(СlO) 2(т) = СаСl 2 + 2Сl 2 + 2Н 2 O
2НСl (разб.) + М = МСl 2 + H 2 (М = Ре, 2п)
2НСl (разб.) + МСO 3 = МСl 2 + СO 2 + Н 2 O (М = Са, Ва)
НСl (разб.) + АgNO 3 = НNO 3 + АgСl↓
Получение НСl в промышленности — сжигание Н 2 в Сl 2 (см.), в лаборатории — вытеснение из хлоридов серной кислотой:
NаСl (т) + Н 2 SO4 (конц.) = NаНSO 4 + НС l (50 °С)
2NaСl (т) + Н 2 SO 4 (конц.) = Nа 2 SO 4 + 2НСl (120 °С)
Хлориды
Хлорид натрия Na Сl . Бескислородная соль. Бытовое название поваренная соль . Белый, слабогигроскопичный. Плавится и кипит без разложения. Умеренно растворим в воде, растворимость мало зависит от температуры, раствор имеет характерный соленый вкус. Гидролизу не подвергается. Слабый восстановитель. Вступает в реакции ионного обмена. Подвергается электролизу в расплаве и растворе.
Применяется для получения водорода, натрия и хлора, соды, едкого натра и хлороводорода, как компонент охлаждающих смесей, пищевой продукт и консервирующее средство.
В природе — основная часть залежей каменной соли, или галита , и сильвинита (вместе с КСl),рапы соляных озер, минеральных примесей морской воды (содержание NaСl=2,7%). В промышленности получают выпариванием природных рассолов.
Уравнения важнейших реакций:
2NаСl (т) + 2Н 2 SO 4 (конц.) + МnO 2(т) = Сl 2 + МnSO 4 + 2Н 2 O + Na 2 SO 4 (100 °С)
10NаСl (т) + 8Н 2 SO 4 (конц.) + 2КМnO 4(т) = 5Сl 2 + 2МnSO 4 + 8Н 2 О + 5Nа 2 SO 4 + К 2 SO 4 (100°С)
6NaСl (Т) + 7Н 2 SO 4 (конц.) + К 2 Сr 2 O 7(т) = 3Сl 2 + Сr 2 (SO 4) 3 + 7Н 2 O+ ЗNа 2 SO 4 + К 2 SO 4 (100 °С)
2NаСl (т) + 4Н 2 SO 4 (конц.) + РЬO 2(т) = Сl 2 + Рb(НSO 4) 2 + 2Н 2 O + 2NaНSO 4 (50 °С)
NaСl (разб.) + АgNO 3 = NaNО 3 + АgСl↓
NaCl (ж) →2Na+Cl 2 (850°С, электролиз)
2NаСl + 2Н 2 O→Н 2 + Сl 2 + 2NаОН (электролиз)
2NаСl (р,20%) → Сl 2 + 2 N а(Н g ) “амальгама” (электролиз,на Hg -катоде)
Хлорид калия КСl . Бескислородная соль. Белый, негигроскопичный. Плавится и кипит без разложения. Умеренно растворим в воде, раствор имеет горький вкус, гидролиза нет. Вступает в реакции ионного обмена. Применяется как калийное удобрение, для получения К, КОН и Сl 2 . В природе основная составная часть (наравне с NаСl) залежей сильвинита .
Уравнения важнейших реакций одинаковы с таковыми для NаСl.
Хлорид кальция СаСl 2 . Бескислородная соль. Белый, плавится без разложения. Расплывается на воздухе за счет энергичного поглощения влаги. Образует кристаллогидрат СаСl 2 6Н 2 О с температурой обезвоживания 260 °С. Хорошо растворим в воде, гидролиза нет. Вступает в реакции ионного обмена. Применяется для осушения газов и жидкостей, приготовления охлаждающих смесей. Компонент природных вод, составная часть их «постоянной» жесткости.
Уравнения важнейших реакций:
СаСl 2(Т) + 2Н 2 SO 4 (конц.) = Са(НSO 4) 2 + 2НСl (50 °С)
СаСl 2(Т) + Н 2 SO 4 (конц.) = СаSO 4 ↓+ 2НСl (100 °С)
СаСl 2 + 2NaОН (конц.) = Са(ОН) 2 ↓+ 2NaCl
ЗСаСl 2 + 2Nа 3 РO 4 = Са 3 (РO 4) 2 ↓ + 6NaCl
СаСl 2 + К 2 СO 3 = СаСО 3 ↓ + 2КСl
СаСl 2 + 2NaF = СаF 2 ↓+ 2NаСl
СаСl 2(ж) → Са + Сl 2 (электролиз,800°С)
Получение:
СаСО 3 + 2НСl = СаСl 2 + СO 3 + Н 2 O
Хлорид алюминия АlСl 3 . Бескислородная соль. Белый, легкоплавкий,сильнолетучий. В паре состоит из ковалентных мономеров АlСl 3 (треугольное строение,sр 2 гибридизация, преобладают при 440-800 °С) и димеров Аl 2 Сl 6 (точнее, Сl 2 АlСl 2 АlСl 2 , строение — два тетраэдра с общим ребром, sр 3 -гибридизация, преобладают при 183-440 °С). Гигроскопичен, па воздухе «дымит». Образует кристаллогидрат, разлагающийся при нагревании. Хорошо растворим в воде (с сильным экзо-эффектом), полностью диссоциирует на ионы, создает в растворе сильнокислотную среду вследствие гидролиза. Реагирует со щелочами, гидратом аммиака. Восстанавливается при электролизе расплава. Вступает в реакции ионного обмена.
Качественная реакция на ион Аl 3+ — образование осадка АlРO 4 , который переводится в раствор концентрированной серной кислотой.
Применяется как сырье в производстве алюминия, катализатор в органическом синтезе и при крекинге нефти, переносчик хлора в органических реакциях. Уравнения важнейших реакций:
АlСl 3 . 6Н 2 O →АlСl(ОН) 2 (100-200°С, — HCl , H 2 O ) →Аl 2 O 3 (250-450°С, -HCl,H2O)
АlСl 3(т) + 2Н 2 O (влага) = АlСl(ОН) 2(т) + 2НСl (белый «дым»)
АlCl 3 + ЗNаОН (разб.) = Аl(OН) 3 (аморф.) ↓ + ЗNаСl
АlСl 3 + 4NаОН (конц.) = Nа[Аl(ОН) 4 ] + ЗNаСl
АlСl 3 + 3(NН 3 . Н 2 O) (конц.) = Аl(ОН) 3(аморф.) + ЗNН 4 Сl
АlCl 3 + 3(NН 3 Н 2 O) (конц.) =Аl(ОН)↓ + ЗNН 4 Сl + Н 2 O (100°С)
2Аl 3+ + 3Н 2 O + ЗСО 2- 3 = 2Аl(ОН) 3 ↓ + ЗСO 2 (80°С)
2Аl 3+ =6Н 2 O+ 3S 2- = 2Аl(ОН) 3 ↓+ 3Н 2 S
Аl 3+ + 2НРО 4 2- — АlРO 4 ↓ + Н 2 РO 4 —
2АlСl 3 →2Аl + 3Сl 2 (электролиз,800 °С ,в расплаве N аС l )
Получение АlСl в промышленност и — хлорирование каолина, глинозёма или боксита в присутствии кокса:
Аl 2 O 3 + 3С (кокс) + 3Сl 2 = 2АlСl 3 + 3СО (900 °С)
Хлорид железа( II ) F еС l 2 . Бескислородная соль. Белый (гидрат голубовато-зеленый), гигроскопичный. Плавится и кипит без разложения. При сильном нагревании летуч в потоке НСl. Связи Fе — Сl преимущественно ковалентные, пар состоит из мономеров FеСl 2 (линейное строение, sр-гибридизация) и димеров Fе 2 Сl 4 . Чувствителен к кислороду воздуха (темнеет). Хорошо растворим в воде (с сильным экзо-эффектом), полностью диссоциирует на ионы, слабо гидролизуется по катиону. При кипячении раствора разлагается. Реагирует с кислотами, щелочами, гидратом аммиака. Типичный восстановитель. Вступает в реакции ионного обмена и комплексообразования.
Применяется для синтеза FеСl и Fе 2 О 3 , как катализатор в органическом синтезе, компонент лекарственных средств против анемии.
Уравнения важнейших реакций:
FеСl 2 4Н 2 O = FеСl 2 + 4Н 2 O (220 °С, в атм. N 2 )
FеСl 2 (конц.) + Н 2 O=FеСl(ОН)↓ + НСl (кипячение)
FеСl 2(т) + Н 2 SO 4 (конц.) = FеSO 4 + 2НСl (кипячение)
FеСl 2(т) + 4HNO 3 (конц.) = Fе(NO 3) 3 + NO 2 + 2НСl + Н 2 O
FеСl 2 + 2NаОН (разб.) = Fе(ОН) 2 ↓+ 2NaСl (в атм. N 2 )
FеСl 2 + 2(NН 3 . Н 2 O) (конц.) = Fе(ОН) 2 ↓ + 2NН 4 Cl (80 °С)
FеСl 2 + Н 2 = 2НСl + Fе (особо чистое,выше 500 °С)
4FеСl 2 + O 2 (воздух) → 2Fе(Сl)O + 2FеСl 3 (t )
2FеСl 2(р) + Сl 2 (изб.) = 2FеСl 3(р)
5Fе 2+ + 8Н + + МnО — 4 = 5Fе 3+ + Мn 2+ + 4Н 2 O
6Fе 2+ + 14Н + + Сr 2 O 7 2- = 6Fе 3+ + 2Сr 3+ +7Н 2 O
Fе 2+ + S 2- (разб.) = FеS↓
2Fе 2+ + Н 2 O + 2СО 3 2- (разб.) = Fе 2 СO 3 (OН) 2 ↓+ СO 2
FеСl 2 →Fе↓ + Сl 2 (90°С, в разб. НСl, электролиз)
Получени е: взаимодействие Fе с соляной кислотой:
Fе + 2НСl = FеСl 2 + Н 2
(в промышленности используют хлороводород и ведут процесс при 500 °С).
Хлорид железа( III ) F еС l 3 . Бескислородная соль. Черно-коричневый (темно-красный в проходящем свете, зеленый в отраженном), гидрат темно-желтый. При плавлении переходит в красную жидкость. Весьма летуч, при сильном нагревании разлагается. Связи Fе — Сl преимущественно ковалентные. Пар состоит из мономеров FеСl 3 (треугольное строение, sр 2 -гибридизация, преобладают выше 750 °С) и димеров Fе 2 Сl 6 (точнее, Сl 2 FеСl 2 FеСl 2 , строение — два тетраэдра с общим ребром, sр 3 -гибридизация, преобладают при 316-750 °С). Кристаллогидрат FеСl . 6Н 2 O имеет строение Сl 2Н 2 O. Хорошо растворим в воде, раствор окрашен в желтый цвет; сильно гидролизован по катиону. Разлагается в горячей воде, реагирует со щелочами. Слабый окислитель и восстановитель.
Применяется как хлорагент, катализатор в органическом синтезе, протрава при крашении тканей, коагулянт при очистке питьевой воды, травитель медных пластин в гальванопластике, компонент кровоостанавливающих препаратов.
Уравнения важнейших реакций:
FеСl 3 6Н 2 O=Сl + 2Н 2 O (37 °С)
2(FеСl 8 6Н 2 O)=Fе 2 O 3 + 6НСl + 9Н 2 O (выше 250 °С)
FеСl 3 (10%) + 4Н 2 O = Сl — + + (желт.)
2FеСl3 (конц.) + 4Н 2 O = + (желт.) + — (бц.)
FеСl 3 (разб., конц.) + 2Н 2 O →FеСl(ОН) 2 ↓ + 2НСl (100 °С)
FеСl 3 + 3NaОН (разб.) = FеО(ОН)↓ + Н 2 O + 3NаСl (50 °С)
FеСl 3 + 3(NН 3 Н 2 O) (конц, гор.) =FeO(OH)↓+H 2 O+3NH 4 Cl
4FеСl 3 + 3O 2 (воздух) =2Fе 2 O 3 + 3Сl 2 (350-500 °С)
2FеСl 3(р) + Сu→ 2FеСl 2 + СuСl 2
Хлорид аммония N Н 4 Сl . Бескислородная соль, техническое название нашатырь. Белый, летучий, термически неустойчивый. Хорошо растворим в воде (с заметным эндо-эффектом, Q = -16 кДж), гидролизуется по катиону. Разлагается щелочами при кипячении раствора, переводит в раствор магний и гидроксид магния. Вступает в реакцию кон мутации с нитратами.
Качественная реакция на ион NН 4 + — выделение NН 3 при кипячении со щелочами или при нагревании с гашёной известью.
Применяется в неорганическом синтезе, в частности для создания слабокислотной среды, как компонент азотных удобрений, сухих гальванических элементов, при пайке медных и лужении стальных изделий.
Уравнения важнейших реакций:
NH 4 Cl (т) ⇌ NH 3(г) + HCl (г) (выше337,8 °С)
NН 4 Сl + NаОН (насыщ.) = NаСl + NН 3 + Н 2 O (100 °С)
2NН 4 Сl (Т) + Са(ОН) 2(т) = 2NН 3 + СаСl 2 + 2Н 2 O (200°С)
2NН 4 Сl (конц.) +Mg= Н 2 + МgСl 2 + 2NН 3 (80°С)
2NН 4 Сl (конц., гор.) + Мg(ОН) 2 = MgСl 2 + 2NН 3 + 2Н 2 O
NH + (насыщ.) + NO — 2 (насыщ.) =N 2 + 2Н 2 O (100°С)
NН 4 Сl + КNO 3 = N 2 O + 2Н 2 O + КСl (230-300 °С)
Получение : взаимодействие NH 3 с НСl в газовой фазе или NН 3 Н 2 О с НСl в растворе.
Гипохлорит кальция Са(С l О) 2 . Соль хлорноватистой кислоты НСlO. Белый, при нагревании разлагается без плавления. Хорошо растворим в холодной воде (образуется бесцветный раствор), гидролизуется по аниону. Реакционноспособный, полностью разлагается горячей водой, кислотами. Сильный окислитель. При стоянии раствор поглощает углекислый газ из воздуха. Является активной составной частью хлорной (белильной) извести — смеси неопределенного состава с СаСl 2 и Са(ОН) 2 . Уравнения важнейших реакций:
Са(СlO) 2 = СаСl 2 + O 2 (180 °С)
Са(СlO) 2(т) + 4НСl (конц.) = СаСl + 2Сl 2 + 2Н 2 O (80 °С)
Са(СlO) 2 + Н 2 O + СO 2 = СаСО 3 ↓ + 2НСlO (на холоду)
Са(СlO) 2 + 2Н 2 O 2 (разб.) = СаСl 2 + 2Н 2 O + 2O 2
Получение:
2Са(ОН) 2 (суспензия) + 2Сl 2(г) = Са(СlO) 2 + СаСl 2 + 2Н 2 O
Хлорат калия КС lO 3 . Соль хлорноватой кислоты НСlO 3 , наиболее известная соль кислородсодержащих кислот хлора. Техническое название — бертоллетова соль (по имени ее первооткрывателя К.-Л. Бертолле, 1786). Белый, плавится без разложения, при дальнейшем нагревании разлагается. Хорошо растворим в воде (образуется бесцветный раствор), гидролиза нет. Разлагается концентрированными кислотами. Сильный окислитель при сплавлении.
Применяется как компонент взрывчатых и пиротехнических смесей, головок спичек, в лаборатории — твердый источник кислорода.
Уравнения важнейших реакций:
4КСlO 3 = ЗКСlO 4 + КСl (400 °С)
2КСlO 3 = 2КСl + 3O 2 (150-300 °С, кат. Мп O 2 )
КСlO 3(Т) + 6НСl (конц.) = КСl + 3Сl 2 + ЗН 2 O (50-80 °С)
3КСlO 3(Т) + 2Н 2 SO 4 (конц., гор.) = 2СlO 2 + КСlO 4 + Н 2 O + 2КНSO 4
(диоксид хлора на свету взрывается: 2С lO 2(Г) = Сl 2 + 2 O 2 )
2КСlO 3 + Е 2(изб.) = 2КЕO 3 + Сl 2 (в разб. Н NO 3 , Е = В r , I )
KClO 3 +H 2 O→H 2 +KClO 4 (Электролиз)
Получение КСlO 3 в промышленности — электролиз горячего раствора КСl (продукт КСlO 3 выделяется на аноде):
КСl + 3Н 2 O →Н 2 + КСlO 3 (40-60 °С,Электролиз)
Бромид калия КВ r . Бескислородная соль. Белый, негигроскопичный, плавится без разложения. Хорошо растворим в воде, гидролиза нет. Восстановитель (более слабый, чем
Качественная реакция на ион Вr — вытеснение брома из раствора КВr хлором и экстракция брома в органический растворитель, например ССl 4 (в результате водный слой обесцвечивается, органический слой окрашивается в бурый цвет).
Применяется как компонент травителей при гравировке по металлам, составная часть фотоэмульсий, лекарственное средство.
Уравнения важнейших реакций:
2КВr (т) + 2Н 2 SO 4 (КОНЦ., гор,) + МnO 2(т) =Вr 2 + МnSO 4 + 2Н 2 O + К 2 SO 4
5Вr — + 6Н + + ВrО 3 — = 3Вr 2 + 3Н 2 O
Вr — + Аg + =АgВr↓
2КВr (р) +Сl 2(Г) =2КСl + Вг 2(р)
КВr + 3Н 2 O→3Н 2 + КВrО 3 (60-80 °С, электролиз)
Получение:
К 2 СO 3 + 2НВr = 2КВ r + СO 2 + Н 2 O
Иодид калия К I . Бескислородная соль. Белый, негигроскопичный. При хранении на свету желтеет. Хорошо растворим в воде, гидролиза нет. Типичный восстановитель. Водный раствор КI хорошо растворяет I 2 за счет комплексообразования.
Качественная реакция на ион I — вытеснение иода из раствора КI недостатком хлора и экстракция иода в органический растворитель, например ССl 4 (в результате водный слой обесцвечивается, органический слой окрашивается в фиолетовый цвет).
Уравнения важнейших реакций:
10I — + 16Н + + 2МnO 4 — = 5I 2 ↓ + 2Мn 2+ + 8Н 2 O
6I — + 14Н + + Сr 2 O 7 2- =3I 2 ↓ + 2Сr 3+ + 7Н 2 O
2I — + 2Н + + Н 2 O 2 (3%) = I 2 ↓+ 2Н 2 O
2I — + 4Н + + 2NO 2 — = I 2 ↓ + 2NO + 2Н 2 O
5I — + 6Н + + IO 3 — = 3I 2 + 3Н 2 O
I — + Аg + = АgI (желт .) ↓
2КI (р) + Сl 2(р) (нед.) =2КСl + I 2 ↓
КI + 3Н 2 O + 3Сl 2(р) (изб.) = КIO 3 + 6НСl (80°С)
КI (Р) + I 2(т) =K) (Р) (кор.) («йодная вода»)
КI + 3Н 2 O→ 3Н 2 + КIO 3 (электролиз,50-60 °С)
Получение:
К 2 СO 3 + 2НI = 2 К I + СO 2 + Н 2 O
МОУ « ПРОФИЛЬНАЯ ГИМНАЗИЯ №122 ГОРОДА ДОНЕЦКА»
РЕШЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЗАДАЧ НА
Курохтина Н.В., учитель высшей категории, учитель-методист
Донецк 2017
УСТАНОВЛЕНИЕ ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВА
Для веществ немолекулярного строения выводят эмпирическую формулу, для веществ молекулярного строения – эмпирическую и молекулярную.
Эмпирическая формула показывает наименьшее соотношение атомов в соединении.
Молекулярная формула отражает реальный качественный и количественный состав.
Между эмпирической и молекулярной формулами могут быть такие отношения:
Эмпирическая совпадает с молекулярной;
Эмпирической формуле соответствует одна, не совпадающая с ней молекулярная формула, например, эмпирической формуле CH 3 соответствует только C 2 H 6 ;
Эмпирической формуле соответствует несколько молекулярных, например, эмпирическую формулу CH имеют C 2 H 2 , С 6 H 6 .
УСТАНОВЛЕНИЕ ЭМПИРИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЫ
Эмпирическая формула неизвестного вещества устанавливается обычно по массовым долям элементов.
▲ В соединении калия, хлора и кислорода массовые доли элементов равны соответственно 31,8; 29,0; 39,2 %. Установите формулу этого вещества.
ω (К) = 31,8 % Обозначим неизвестное вещество
ω (Cl) = 29,0 % K x Cl у O z
ω (О) = 39,2 %
K x Cl у O z - ?
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ
Принимаем массу неизвестного вещества за 100г, тогда, согласно определению процента от массовых долей элементов можно перейти к массам элементов.
m (K x Cl у O z) = 100г
m (K) = 31,8г m(Cl) = 29,0г m(O) = 39,2г
2. Отношение индексов в формуле равно отношению количеств веществ соответствующих элементов
x: y: z = ν(К) : ν(Cl) : ν(O)
Находим количества вещества элементов. При делении оставляем 2 знака после запятой.
ν(K) = 31,8г / 39 г/моль ≈ 0,82 моль
ν(Cl) = 29,0г / 35,5 г/моль ≈ 0,82 моль
ν(O) = 39,2г / 16 г/моль ≈ 2,45 моль
x: y: z = 0,82: 0,82: 2,45
4. Делим все числа на наименьшее из чисел
x: y: z = 1: 1: 3
Ответ: KClO 3 – эмпирическая формула.
УСТАНОВЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФОРМУЛЫ
В органической химии молекулярная формула, как правило, устанавливается на основании эмпирической.
Для этого необходимо знать молярную массу неизвестного вещества.
Это можно сделать исходя из:
а) относительной плотности вещества или его паров по водороду, воздуху…
D H 2 = M вещ / M(H 2) D возд = М вещ / М возд
М вещ = 2 D H 2 (г/моль) М вещ = D возд × 29 (г/моль)
б) уравнения Клапейрона-Менделеева
ρV = m / M × RT M = RT × m / ρV
в) плотности газа при н.у.
ρ = M / V m ; M = ρ × V m
ПРИМЕР
▲ Массовые доли углерода и водорода в газообразном веществе составляют 88,88 % и 11,12 % соответственно. Плотность этого вещества по воздуху 1,862.
Установите молекулярную формулу вещества.
Дано: I. Вывод простейшей формулы
ω (С) = 88,88 % m(C x H y) = 100г
ω (Н) = 11,12 % x: y = ν(C) : ν(H)
D возд = 1,862 ν(C) = 88,88г / 12 г/моль ≈ 7,41 моль
ν(H) = 11,12г / 1 г/моль = 11,12 моль
x: y = 7,41: 11,12
C 2 H 3 – эмпирическая формула
I I. Вывод молекулярной формулы
М(С x H y) = M возд × D возд М(C x H y) = 1,862 × 29 г/моль = 54г/моль
M(C 2 H 3) = 24 + 3 = 27 г/моль
Молярная масса меньше чем молекулярная в 2 раза, значит
С 4 Н 6 – молекулярная формула
Ответ: С 4 Н 6 – молекулярная формула.
Вывод формулы по продуктам реакции
▲ При сгорании органического вещества массой 19,2г образовалось 26,4г углекислого газа и 21,6г воды. Установить формулу вещества.
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ
Написать уравнение реакции, уравнять основные элементы
C x H y O z + O 2 → xCO 2 + y /2 H 2 O
x: y: z = ν(C) : ν(O) : ν(H)
Весь углерод перешел при горении в CO 2 , а водород – в воду, поэтому
ν(С) = ν(СО 2) ν(Н) = 2 ν(Н 2 О)
ν(С) = ν(СО 2) = m(CO 2) / M (CO 2) = 26,4г / 44г/моль = 0,6 моль
Проверим, есть ли кислород в веществе
m(O) = m(C x H y O z) – m(C) – m(H)
m(C) = 0,6моль × 12г/моль = 7,2г
m(H) = 2,4моль × 1г/моль = 2,4г
m(O) = 19,2г – 7,2г – 2,4г = 9,6г
ν(O) = 9,6г / 16г/моль = 0,6 моль
x: y: z = 0,6: 2,4: 0,6
x: y: z = 1: 4: 1 CH 4 O
Ответ: CH 4 O – искомая формула.
Вывод формул методом выбора.
▲ Массовая доля металла в хлориде металла 20,24 %. Установить формулу соли.
Дано: Общая формула хлорида металла Me + x Cl -1
ω (Me) = 20,24 % = 0,2024 ω (Me) = Ar(Me) / Mr (MeCl x)
Ar(Me) / Ar (Me) + 35,5 × X = 0,2024
MeCl x - ? 0,2024 (Ar (Me) + 35,5 x) = Ar (Me)
0,7976 Ar (Me) = 7,1852 x
При x = 1 Ar (Me) = 9 - Be
При x = 2 Ar (Me) = 18 - нет элемента
При x = 3 Ar (Me) = 27 - Al
При x = 4 Ar (Me) = 36 - нет элемента
При x = 5 Ar (Me) = 45 - Sc
При x = 6 Ar (Me) = 54 - нет элемента
При x = 7 Ar (Me) = 63 - нет элемента
При x = 8 Ar (Me) = 72 - нет элемента
Be - не характерна степень окисления +1,
Sc - не характерна степень окисления +5.
Ответ: AlCl 3 .
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
При взаимодействии 9,2г одновалентного металла с водой выделилось 0,2 моль водорода. Определите металл.
Определите металл, если гидроксид этого металла массой 9г разлагается с образованием 7,2г оксида металла (I I).
При взаимодействии 9,2г одновалентного металла с хлором получено 23,4г хлорида. Определите металл.
При взаимодействии 12,8г двухвалентного металла с хлором получено 27г хлорида металла. Определите металл.
При взаимодействии 12,4г оксида одновалентного металла с водой получено 16г его гидроксида. Определите метал.
При взаимодействии 12г двухвалентного металла с водой выделилось 6,72л водорода (н.у.). Определите металл.
При разложении 19,6г гидроксида металла (I I) образовалось 16г оксида металла (I I). Определите металл.
При взаимодействии 4г двухвалентного металла с бромом получено 20г бромида. Определите металл.
При сгорании 6,4г элемента образовалось 12,8г оксида состава ЭО 2. Определите элемент.
При взаимодействии 34,25г двухвалентного металла с водой выделилось 5,6л водорода (н.у.). Назовите металл.
При разложении 50г карбоната двухвалентного металла выделилось 11,2л оксида углерода (IV) (н.у.). Определите металл.
На взаимодействие с оксидом двухвалентного металла массой 4г израсходовано 25г соляной кислоты с массовой долей хлороводорода 29,2 %. Назовите металл.
В результате сжигания 5,4г трехвалентного металла образовалось 10,2г оксида этого металла. Назовите металл.
При сжигании 0,24г четырехвалентного элемента образовалось 0,448л газа (н.у.). Определите элемент.
На сжигание двухвалентного металла массой 0,4г израсходовали 0,16г кислорода. Определите металл.
Этиленовый углеводород массой 4,2г присоединяет 16г брома. Выведите молекулярную формулу соединения и составьте структурную.
Этиленовый углеводород массой 5,6г присоединяет 4,48л хлороводорода (н.у.). Выведите молекулярную формулу соединения.
Этиленовый углеводород массой 16,8г присоединяет 6,72л бромоводорода (н.у.). Выведите молекулярную формулу соединения, составьте структурную.
Диеновый углеводород массой 5,4г полностью прореагировал с 4,48л хлороводорода (н.у.). Выведите молекулярную формулу соединения.
Этиленовый углеводород массой 2,8г присоединяет 2,24л хлора (н.у.). Выведите молекулярную формулу соединения, составьте структурную.
Диеновый углеводород массой 6,8г полностью прореагировал с бромом массой 32г. Выведите молекулярную формулу соединения.
Диеновый углеводород массой 2,7 г полностью прореагировал с бромоводородом объемом 2,24л (н.у.). Выведите молекулярную формулу соединения.
Диеновый углеводород массой 3,4г полностью прореагировал с хлороводородом объемом 2,24л (н.у.). Выведите молекулярную формулу соединения.
При взаимодействии предельного одноатомного спирта массой 59,2г с избытком натрия образовался водород объемом 8,96л (н.у.). Выведите формулу спирта.
При взаимодействии предельного одноатомного спирта массой 40,8г с избытком натрия образовался водород объемом 4,48л (н.у.) Выведите формулу спирта.
Массовые доли углерода, водорода, кислорода, которые входят в состав некоторого соединения, соответственно равны 40%, 6,66%, 53,34%. Определите молекулярную формулу соединения, если относительная плотность его паров по водороду равна 30.
Массовая доля углерода в молекуле углеводорода равна 85,7%. Плотность вещества по воздуху 1,45. Определить молекулярную формулу соединения.
Массовые доли кремния и водорода, которые входят в состав некоторого соединения, соответственно равны 87,5% и 12,5%. Определите формулу соединения, если плотность его паров по воздуху 3,172.
Выведите формулу органического вещества, если известны массовые доли элементов, которые составляют молекулу: ω(С) = 51,89%, ω(Н) = 9,73%, ω(Cl) = 38,38%. Относительная плотность паров этого вещества по воздуху равна 3,19.
Массовая доля кислорода в высшем оксиде элемента VI группы составляет 60%. Определите элемент.
В неорганической химии существует три основных класса соединений. Это кислоты, щелочи и оксиды. Кислота состоит из катиона водорода и аниона кислотного остатка. Щелочь - из катиона металла и гидроксильной группы. Об оксидах мы поговорим подробнее далее.
Что такое оксид?
Это соединение, состоящее из двух разных химических элементов, одним из которых является кислород. Вторым же может быть металл или неметалл. Количество атомов кислорода зависит от валентности второго химического элемента, входящего в состав соединения. Так, например, валентность калия равна одному, поэтому оксид калия будет содержать один атом кислорода и два атома калия. Валентность кальция равна двум, поэтому его оксид будет состоять из одного атома кислорода и одного атома кальция. Валентность фосфора равна пяти, поэтому его оксид состоит из двух атомов фосфора и пяти атомов кислорода.
В этой статье мы более подробно поговорим про оксид калия. А именно - о его физических и химических свойствах, о его применении в различных областях промышленности.
Оксид калия: формула
Так как валентность данного металла равна одному, а валентность кислорода - двум, то это химическое соединение будет состоять из двух атомов металла и одного атома Оксигена. Итак, оксид калия: формула - К 2 О.
Физические свойства
Рассматриваемый оксид обладает бледно-желтой окраской. Иногда он может быть и бесцветным. При комнатной температуре он обладает твердым агрегатным состоянием.
Температура плавления данного вещества равняется 740 градусам Цельсия.
Плотность составляет 2,32 г/см 3 .
При термическом разложении данного оксида образуется пероксид этого же металла и чистый калий.
Растворим в органических растворителях.
В воде не растворяется, а вступает в реакцию с ней.
Обладает высокой гигроскопичностью.
Химические свойства К 2 О
Данное вещество обладает типичными для всех основных оксидов химическими свойствами. Рассмотрим химические реакции данного оксида с различными веществами по порядку.
Реакция с водой
В первую очередь оно способно реагировать с водой с образованием в результате гидроксида данного металла.
Уравнение такой реакции выглядит следующим образом:
- К 2 О + Н 2 О = 2КОН
Зная молярную массу каждого из веществ, из уравнения можно сделать следующий вывод: из 94 граммов рассматриваемого оксида и 18 граммов воды можно получить 112 граммов калий гидроксида.
С другими оксидами
Кроме того, рассматриваемый оксид способен реагировать с диоксидом карбона (углекислым газом). При этом образуется соль - карбонат калия.
Уравнение реакции оксида калия и оксида карбона можно записать следующим образом:
- К 2 О + СО 2 = К 2 СО 3
Так, можно сделать вывод, что из 94 граммов рассматриваемого оксида и 44 граммов углекислого газа получается 138 граммов калий карбоната.
Также рассматриваемый оксид может вступать в реакцию с оксидом сульфура. При этом образуется другая соль - калий сульфат.
Взаимодействие оксида калия с оксидом сульфура можно выразить следующим уравнением:
- К 2 О + SO 3 = K 2 SO 4
Из него видно, что, взяв 94 грамма рассматриваемого оксида и 80 граммов оксида сульфура, можно получить 174 грамма сульфата калия.
Таким же образом К 2 О может реагировать и с другими оксидами.
Другой тип взаимодействия - реакции не с кислотными, а с амфотерными оксидами. В таком случае образуется не кислота, а соль. Примером такого химического процесса может служить взаимодействие рассматриваемого оксида с оксидом цинка.
Эту реакцию можно выразить следующим уравнением:
- К 2 О + ZnO = K 2 ZnO 2
Из него видно, что при взаимодействии рассматриваемого оксида и оксида цинка образуется соль под названием калий цинкат. Если знать молярную массу всех веществ, то можно подсчитать, что из 94 граммов К 2 О и 81 грамма оксида цинка можно получить 175 граммов калий цинката.
Также К 2 О способен взаимодействовать с оксидом азота. При этом образуется смесь из двух солей: нитрата и нитрита калия. Уравнение этой реакции выглядит таким образом:
- К 2 О + 2NO 2 = KNO 3 + KNO 2
Если знать молярные массы веществ, можно сказать, что из 94 граммов рассматриваемого оксида и 92 граммов оксида нитрогена можно получить 101 грамм нитрата и 85 граммов нитрита.
Взаимодействие с кислотами
Самый распространенный случай - оксид калия + серная кислота = сульфат калия + вода. Уравнение реакции выглядит таким образом:
- К 2 О + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + Н 2 О
Из уравнения можно сделать вывод, что для получения 174 граммов сульфата калия и 18 граммов воды необходимо взять 94 грамма рассматриваемого оксида и 98 граммов серной кислоты.
Похожим образом происходит химическое взаимодействие между рассматриваемым оксидом и азотной кислотой. При этом образуется нитрат калия и вода. Уравнение этой реакции можно записать следующим образом:
- 2К 2 О + 4HNO 3 = 4KNO 3 + 2Н 2 О
Таким образом, из 188 граммов рассматриваемого оксида и 252 граммов азотной кислоты можно получить 404 грамма нитрата калия и 36 граммов воды.
По такому же принципу рассматриваемый оксид может реагировать и с другими кислотами. В процессе этого будут образовываться другие соли и вода. Так, к примеру, при реакции этого оксида с фосфорной кислотой получается фосфат и вода, с хлоридной кислотой - хлорид и вода и так далее.
К 2 О и галогены
Рассматриваемое химическое соединение способно реагировать и с веществами данной группы. К галогенам относятся простые соединения, состоящие из нескольких атомов одного и того же химического элемента. Это, например, хлор, бром, иод и некоторые другие.
Итак, хлор и оксид калия: уравнение:
- К 2 О + СІ 2 = КСІ + КСІО
В результате такого взаимодействия образуется две соли: хлорид и гипохлорит калия. Из 94 грамм рассматриваемого оксида и 70 грамм хлора получается 74 грамма хлорида калия и 90 грамм гипохлорита калия.
Взаимодействие с аммиаком
К 2 О способен реагировать с этим веществом. В результате такого химического взаимодействия образуется гидроксид и амид калия. Уравнение данной реакции выглядит следующим образом:
- К 2 О + NH 3 = КОН + KNH 2
Зная молярные массы всех веществ, можно вычислить пропорции реагентов и продуктов реакции. Из 94 граммов рассматриваемого оксида и 17 граммов аммиака можно получить 56 граммов гидроксида калия и 55 граммов амида калия.
Взаимодействие с органическими веществами
Из органических химических веществ оксид калия взаимодействует с эфирами и спиртами. Однако эти реакции идут медленно и требуют специальных условий.
Получение К 2 О
Данное химическое вещество можно получать несолькими способами. Вот самые распространенные из них:
- Из нитрата калия и металлического калия. Эти два реагента нагревают, в результате чего образуется К 2 О и азот. Уравнение реакции выглядит следующим образом: 2KNO 3 + 10К = N 2 + 6К 2 О.
- Второй способ происходит в два этапа. Сначала происходит реакция между калием и кислородом, в результате чего образуется пероксид калия. Уравнение реакции выглядит так: 2К + О 2 = К 2 О 2 . Далее пероксид обогащают калием, в результате чего и получают оксид калия. Уравнение реакции можно записать таким образом: К 2 О 2 + 2К = 2К 2 О.
Использование К 2 О в промышленности
Наиболее часто рассматриваемое вещество используется в сельскохозяйственной промышленности. Данный оксид является одним из компонентов минеральных удобрений. Калий очень важен для растений, так как повышает их стойкость к различным заболеваниям. Также рассматриваемое вещество применяется в строительстве, так как может присутствовать в составе некоторых видов цемента. Кроме того, оно применяется в химической промышленности для получения других соединений калия.
