Примеры решения задач

Задача 1. Докажите, что оксид азота (IV) является ве­ществом с двойственной окислительно—восстановительной функцией.

Решение. Азот в NО₂ находится в промежуточной степени окисления +4, и может как повышать степень окисления (быть восстановителем), так и понижать ее (быть окислителем).

Для NО₂ наиболее характерны окислительные свойства, кото­рые проявляются в газовой фазе при нагревании:

2NO₂ + C = СO₂ + 2NО 

или в водном растворе: 

 SО₂ + NО₂ + Н₂О = Н₂SО₄ + NO.

Восстановительные свойства ЗО₂ проявляет в реакции с кислородом:

 4NО₂ + О₂ + 2Н₂О = 4НNО₃.

Задача 2. В трех пробирках без этикеток находятся концент­рированные растворы кислот: Н₂SО₄, НNО₃, НСl. Как с помощью одного реактива определить, в какой пробирке какая кислота на­ходится?

Решение. Данный реактив — малоактивный металл, например, серебро. Концентрированная азотная кислота растворяет серебро с выделением бурого газа: 

Аg + 2НNО_3(конц) = АgNО₃  + NО₂↑ + Н₂О.

Концентрированная серная кислота растворяет серебро с вы­делением бесцветного газа:

2Аg + 2Н₂SO_4(конц) = Аg₂SО₄ + SО₂↑ + 2Н₂О.

Соляная кислота не реагирует с серебром, которое стоит в ря­ду напряжений правее водорода.

Задача 3. Составьте уравнения химических реакций, позволяющих осуществить следующие превращения:

Р → Р₂O₅ → Н₃РO₄ → Са₃(РO₄)₂ → Н₃РO₄.

Решение. При сжигании фосфора в избытке кислорода образу­ется оксид фосфора (V):

4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅ .

Оксид фосфора (V) с избытком воды образует фосфорную кислоту:

Р₂О₅ + 3Н₂О = 2Н₃РО₄.

Фосфат кальция получается из фосфорной кислоты под дей­ствием избытка известковой воды:

2Н₃РО₄ + 3Са(ОН)₂ = Са₃(РO₄)₂↓ + 6Н₂О.

Фосфорная кислота образуется из фосфата кальция под дей­ствием сильных кислот, например, серной:

Са₃(РО₄)₂ + 3Н₂SО₄ = 3СаSО₄↓ + 2Н₃РО₄.

Задача 4. Напишите уравнения химических реакций, соот­ветствующих следующей схеме:

Решение. Первая реакция — промышленный способ получе­ния фосфора (вещество А):

Са₃(РО₄)₂ + 3SiO₂ + 5С = 2Р + 5СО + ЗСаSiO₃.

Фосфор реагирует при нагревании с кальцием с образованием фосфида кальция Са₃Р₂ (вещество Б):

ЗСа + 2Р = Са₃Р₂.

Фосфид кальция разлагается водой и кислотами, образуя газ фосфин РН₃ (вещество В):

Са₃Р₂ + 6НСl = ЗСаСl₂ + 2РН₃↑.

При сгорании фосфина образуются Р₂О₅ и Н₂О, которые сразу же реагируют между собой, давая фосфорную кислоту (вещество Г):

РН₃ + 2О₂ = Н₃РО₄.

Фосфорная кислота растворяет фосфат кальция с образовани­ем дигидрофосфата кальция Са(Н₂РО₄)₂ (вещество Д):

4Н₃РО₄ + Са₃(РО₄)₂ = 3Са(Н₂РО₄)₂.

Задача 5. Для полной нейтрализации раствора, полученного при гидролизе 1,23 г некоторого галогенида фосфора, потребова­лось 35 мл раствора гидроксида калия с концентрацией 2 моль/л. Определите формулу галогенида.

Решение. Галогениды фосфора могут иметь формулу РХ₃ или РХ₅ (X — атом галогена). При их гидролизе образуется галогено—водородная кислота и фосфористая или фосфорная кислота:

Для полной нейтрализации продуктов гидролиза 1 моля РХ₃ по­требуется 5 моль КОН (Н₃РО₃ — двухосновная кислота):

Аналогично, для полной нейтрализации продуктов гидролиза 1 моля РХ₅ потребуется 8 моль КОН:

v(КОН) = с • V = 2 моль/л • 0,035 л = 0,07 моль.

Рассмотрим сначала вариант галогенида фосфора (III):

v(РХ₃) = v(КОН) / 5 = 0,014 моль,

М(РХ₃) = m / v = 1,23 г / 0,014 моль = 88 г/моль, 

A(Х) = (88-31)/ 3= 19 г/моль.

X — фтор, искомый галогенид — РF₃.

В случае галогенида фосфора (V):

v(РХ₅) = v(КОН) / 8 = 0,00875 моль,

М(РХ₅) = m / v  = 1,23 г / 0,00875 моль = 140,6 г/моль,

А(Х) = (140,6 — 31) / 5 = 21,9 г/моль — не подходит.

Ответ. РF₃.