9. Взаимосвязь классов неорганических соединений

Схема превращений: 

                 t        Y
Cu(NO₃)₂ → X → Cu

Этой схеме могут соответствовать следующие реакции:

1) 2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂

Термическое разложение нитрата меди (II). Это окислительно-восстановительная реакция (ОВР), в результате получается оксид меди, где медь в той же степени окисления, что и в соли. Побочные продукты: оксид азота (IV) и кислород. Подходит нам оксида меди (II), так как из оксида азота (IV) невозможно получить медь.

2) 3CuO + 2NH₃ → 3Cu + N₂ + 3H₂O

Нам нужно из оксида меди (II) получить медь. Азот довольно инертен, он не сможет отнять у меди кислород. С оксидом меди (I) реагировать не будет, так как никаких промежуточных степеней окисления между ними нет, диспропорционирование невозможно, следовательно, ОВР невозможна. Оксид азота (IV) не может окислить оксид меди (II), так как медь в этом оксиде уже в максимальной степени окисления, восстановления меди в составе оксида быть не может. А вот аммиак - хороший восстановитель, между ним и этим оксидом может быть ОВР. Азот поднимает свою степень окисления, медь - опускает, кислород из оксида "вытягивает" водород.

Следовательно, X - CuO, Y - NH₃.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным веществам.

Схема превращений: 

     Cl₂     Y                                
Fe → X → FeS 

Этой схеме могут соответствовать следующие реакции:

1) 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Реакция соединения. Так как молекулярный хлор - хороший окислитель, то железо поднимет свою степень окисления не до +2, а сразу до +3, поэтому образуется хлорид железа (III).

2) 3K₂S + 2FeCl₃ → 2FeS + S + 6KCl

Чтобы получить из хлорида железа сульфид, нужно провести взаимодействие хлорида железа с чем-то серосодержащим. Сера не будет реагировать с хлоридом железа, так как является менее активным веществом для замещения по аниону. Хлорид железа также не будет реагировать с сульфидом меди, так как сульфид меди - устойчивый осадок. Реакция с сульфидом калия будет протекать, так как железо в степени окисления +3 - хороший окислитель, а сера в степени окисления -2 - неплохой восстановитель. В водной среде будет происходить окислительно-восстановительная реакция (ОВР). Железо опустит свою степень окисления до +2, часть серы из сульфида перейдет в молекулярную серу. В результате получатся сульфид железа (II), молекулярная сера, хлорид калия.

Следовательно, X - FeCl₃, Y - K₂S.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным веществам.

Так как в конце цепочки должна получиться соль, которая содержит железо, то Х или Y тоже должны быть с железом.В случае с Y должно быть чистое железо, но его нет в перечне веществ, поэтому железо содержится в Х. В перечне есть только одно вещество, содержащее соль - FeCl₂. Чтобы получить из хлорида железа (II) хлорид железа (III) необходимо добавить хлор: 
2FeCl₂ + Cl₂ = 2FeCl₃

1. Fe₃O₄ → FeO: Fe₃O₄ (железная окалина) может быть восстановлена до FeO при высокой температуре с помощью восстанавливающих агентов, таких как CO (2): Fe₃O₄ + CO →t→ 3FeO + CO₂.Таким образом, X - это CO (2).

2. FeO + HNO₃(конц.) → Y: Оксид железа(II) (FeO) при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой окисляется до нитрата железа(III) (Fe(NO₃)₃) с выделением диоксида азота: FeO + 4HNO₃(конц.) → Fe(NO₃)₃ + NO₂↑ + 2H₂O.Таким образом, Y - это Fe(NO₃)₃ (3).

Ответ: 23

1. N₂ + H₂ → X: Азот реагирует с водородом, образуя аммиак (NH₃): N₂ + 3H₂ = 2NH₃ Следовательно, X - это аммиак (2).

2. X + HCl → Y: Аммиак (NH₃) реагирует с хлороводородом (HCl), образуя хлорид аммония (NH₄Cl): NH₃ + HCl → NH₄Cl Следовательно, Y - это хлорид аммония (4).

Ответ: 24

1. FeCl₃ → X: Хлорид железа(III) (FeCl₃) может быть преобразован в сульфат железа(III) (Fe₂(SO₄)₃) через промежуточное вещество. Наиболее вероятный путь - через гидроксид железа(III) (Fe(OH)₃). Поэтому предположим, что X - Fe(OH)₃ (3). Получить его можно действием щелочи: FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃ + 3NaCl

2. X → Fe₂(SO₄)₃: Гидроксид железа(III) (Fe(OH)₃) реагирует с разбавленной серной кислотой (H₂SO₄), образуя сульфат железа(III): 2Fe(OH)₃ + 3H₂SO₄(разб) → Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O Следовательно, Y - это H₂SO₄(разб) (1).

Ответ: 31

Схема превращений: 

          X                             
ZnO   →     Zn     →      Y     →     Zn(OH)₂

Этой схеме могут соответствовать следующие реакции:

1) C + ZnO → Zn + CO

Реакция замещения, протекает при нагреве. Углерод замещает цинк из оксида, лишая металл кислорода. С углекислым газом не реагирует, если рассматривать вариант возможной окислительно-восстановительной реакции, то она невозможна, так как нет окислителя и восстановителя, углерод и цинк находятся в максимальной степени окисления, кислород имеет одинаковую степень окисления в обоих веществах. Возможная реакция до карбоната цинка также невозможна, так как оксиды недостаточно активны. С солями также реакция невозможна, так как соли не реагируют с нерастворимыми оксидами. Следовательно, вещество Х, которое является реагентом к оксиду цинка - углерод.

2) Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Из цинка нужно получить такое вещество, из которого возможно было бы получить гидроксид цинка. Из цинкового соединения нужно получить какое-то другое соединение, из которого нужно вновь получить цинковое соединение, следовательно, нужное нам промежуточное соединение тоже должно быть цинкосодержащим. Среди цинкосодержащих веществ представлены: хлорид цинка, сульфид цинка, фосфат цинка. Из цинка можно получить все эти вещества, однако из хлорида цинка можно будет в дальнейшем получить гидроксид цинка. Остальные соли не подходят, так как они нерастворимы. Выше представлена одна из реакций получения хлорида цинка путем взаимодействия цинка с кислотой. Это реакция замещения, цинк замещает собой водород, вытесняя его, вместо кислоты образуется соль. 

3) ZnCl₂ + 2KOH → Zn(OH)₂ + 2KCl

Эта реакция показывает, что действительно из промежуточного хлорида цинка возможно получить гидроксид цинка. Это реакция ионного обмена, т.к. происходит "обмен частями" - ионами без изменения степеней окисления. В результате обмена образуются нужный нам гидроксид цинка и побочно - хлорид калия. Следовательно, вещество Y - хлорид цинка.

Таким образом, X - C, Y - ZnCl₂.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным веществам.

При термическом разложении нитрата алюминия образуется оксид алюминия:
4Al(NO₃)₃ = 2Al₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂
При сплавлении оксида алюминия с карбонатом калия образуется соль алюмината калия:
Al₂O₃ + K₂CO₃ = 2KAlO₂ + CO₂ 
Ответ - 51

1. Fe₃O₄ → FeO: Трёхокись железа (Fe₃O₄, оксид железа(II,III)) нужно восстановить до оксида железа(II) (FeO). Из предложенных вариантов подходит монооксид углерода CO (2), который является восстановителем: Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂ Таким образом, X - это CO (2).

2. FeO →HNO₃(конц.)→ Y: Оксид железа(II) (FeO) реагирует с концентрированной азотной кислотой (HNO₃). Концентрированная HNO₃ является сильным окислителем. В таких реакциях железо обычно окисляется до степени окисления +3. Из предложенных вариантов подходит нитрат железа(III) - Fe(NO₃)₃ (3): FeO + 4HNO₃(конц.) → Fe(NO₃)₃ + NO₂ + 2H₂O Таким образом, Y - это Fe(NO₃)₃ (3).

Ответ: 23

1. KNO₃ →t→ X: При нагревании нитрат калия (KNO₃) разлагается до нитрита калия (KNO₂) и кислорода: 2KNO₃ →t→ 2KNO₂ + O₂ Следовательно, X - это нитрит калия (KNO₂) (3).

2. X + NH₄Cl →t→Y: Нитрит калия (KNO₂) реагирует с хлоридом аммония (NH₄Cl) при нагревании, образуя азот (N₂), воду и хлорид калия: KNO₂ + NH₄Cl →t→ N₂ + KCl + 2H₂O Следовательно, Y - это азот (N₂) (2).

Ответ: 32

Схема превращений: 

     +Cl₂       Y
Fe   →   X   →  Fe(NO₃)₃

Этой схеме могут соответствовать следующие реакции:

1) 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

При взаимодействии хлора с железом происходит реакция соединения. В результате получается соль - хлорид железа (III). Обратите внимание, железо переходит в степень окисления не +2, а +3, так как хлор - довольно сильный окислитель. Хлорид железа (III) подходит как X.

2) FeCl₃ + 3AgNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3AgCl

В результате прошлой реакции получился хлорид железа (III). Из него надо получить нитрат железа (III). У этих веществ одинаковый катион, они отличаются по аниону, следовательно, хлорид железа (III) должен прореагировать с нитратсодержащим веществом. Железо находится в максимальной степени окисления (для солей, где железо - катион), поэтому окислительно-восстановительной реакции с азотной кислотой не будет, так как нет восстановителя для этой реакции. Если рассматривать реакцию ионного обмена с азотной кислотой или с нитратом калия, то тоже реакции не будет, так как не будут образовываться газ/ вода/ осадок. Следовательно, остается лишь нитрат серебра. Реакция ионного обмена нитрата серебра и хлорида железа (III) будет происходить, выделяется осадок хлорида серебра. Нитрат серебра подходит как Y.

Таким образом, X - FeCl₃, Y - AgNO₃.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным веществам.

Схема превращений: 

                      _Y
CaCO₃ → X → Ca(NO₃)₂

Этой схеме могут соответствовать следующие реакции:

1) CaCO₃ → CaO + CO₂

Термическое разложение карбоната кальция, в результате образуются оксид кальция и газообразный углекислый газ. Из соединения кальция мы должны в конечном счете получить соединения кальция, следовательно, промежуточным тоже должно быть соединение кальция. В списке имеется гидроксид и оксид кальция. Гидроксид нам не подходит, так как щелочь не сможет растворить такую нерастворимую соль, ибо в результате условно бы получалась подобная щелочь и подобная соль, которая бы по такой логике могла бы идти в обратном направлении, реакция бессмысленна. Остается только оксид кальция, который можно получить данным путем.

2) CaO + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O

Реакция ионного обмена. Оксид нейтрализуется азотной кислотой, вещества обмениваются "частями", в результате получается соль и вода. Из оксида нужно было получать нитратную соль, для этого нужно было, чтобы оксид прореагировал с чем-то нитратсодержащим. В списке есть азотная кислота и нитратные соли. Соли растворимые, но сами соли не реагируют напрямую с основными оксидами такими как оксид кальция. Они реагируют в растворах, ибо оксид в присутствии воды бы переходил в щелочь. Тут не указано раствор ли это, а в безводной среде они не могут реагировать, а вот азотная кислота может напрямую реагировать с оксидом, поэтому выбираем более очевидную азотную кислоту.

Следовательно, X - CaO, Y - HNO₃.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным веществам.

Схема превращений: 

              +X           +Y
Na₂SO₄ → NaBr → NaCl

Этой схеме могут соответствовать следующие реакции:

1) BaBr₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ + 2NaBr

Сульфат натрия и бромид натрия имеют одинаковый катион натрия, но разные анионы. Следовательно, сульфат натрия должен прореагировать с чем-то бромным, чтобы получился бромид натрия. Разберем вещества из предложенного списка реактивов. Бром не будет реагировать с сульфатом натрия, реакции ионного обмена не может быть, как и окислительно-восстановительной реакции, т.к. чистый бром выступает в роли окислителя, а натрий и сера в составе сульфата и так в максимальной степени окисления, по кислороду из сульфата реакций не бывает. Реакции ионного обмена не может быть и между бромоводородом и сульфатом натрия, т.к. не образуется газа/ воды/ осадка. Остается лишь бромид бария. В результате реакции ионного обмена с сульфатом выделяется осадок сульфата бария, реакция осуществима, при этом выделяется нужный бромид натрия. Бромид бария подходит нам как X.

2) 2NaBr + Cl₂ → 2NaCl + Br₂

Бромид натрия и хлорид натрия образованы одинаковым катионом и разным анионами. Следовательно, чтобы получить хлорид натрия, нужно, чтобы бромид натрия прореагировал с чем-то хлорным. Реакции ионного обмена между бромидом натрия и хлоридом кальция не может быть, так как не образуется газа/ воды/ осадка. Остается только хлор. Реакция осуществима, происходит реакция замещения по аниону. Хлор замещает собой бром в составе соли. Это возможно так как хлор - более активный галоген, чем бром, поэтому способен вытеснить бромид-ионы из соли.В результате образуется чистый бром и нужный нам хлорид натрия. Хлор подходит нам как Y.

Следовательно, X - BaBr₂, Y - Cl₂.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным веществам.