8.04 Металлы основных подгрупп и амфотерные соединения

1) Na₂HPO₄ + NaOH → H₂O + Na₃PO₄ 

Реагируя с кислой солью, щелочь замещает ион H⁺ на металл. В результате получается средняя соль и вода.

2) P + 5HNO₃ → H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O

Концентрированная азотная кислота - сильный окислитель, происходит окислительно-восстановительная реакция с фосфором, в результате фосфор поднимает свою степень окисления до +5, превращая фосфор в ортофосфорную кислоту, а азот, восстанавливаясь, переходит в степень окисления +4, превращая кислоту в бурый газ.

3) PH₃ + 8HNO₃ → H₃PO₄ + 8NO₂ + 4H₂O

Похожая реакция. Концентрированная азотная кислота - сильный окислитель, происходит окислительно-восстановительная реакция с фосфином, в результате фосфин поднимает свою степень окисления до +5, превращаясь в ортофосфорную кислоту, а азот, восстанавливаясь, переходит в степень окисления +4, превращая кислоту в бурый газ.

4) Na₂HPO₄ + H₃PO₄ → 2NaH₂PO₄

Если к кислой соли добавить избыток той же кислоты, что формирует кислотный остаток, то получится более кислая соль.

Таким образом, А) - 6; Б) - 3; В) - 3; Г) - 1.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным продуктам реакции.

А) Zn(OH)₂ + 2NaOH → ^{t, сплавление} Na₂ZnO₂ + 2H₂O

Сплавление амфотерного гидроксида и щелочи. В результате этой специфической реакции образуется одна соль и вода. Гидроксид проявляет свои кислотные свойства (так как щелочь ярче гидроксида проявляет основные свойства) и преобразуется в кислотный остаток соли, щелочь участвует в образовании катиона соли, остаточные атомы кислорода и водорода образуют воду (условно-схематичный механизм).

Б) Zn(OH)₂ + 2NaOH_(р-р) → Na₂[Zn(OH)₄]

Взаимодействие амфотерного гидроксида и щелочи в растворе. В растворе эти вещества взаимодействуют по-другому: происходит реакция присоединения и вещества объединяются в одну комплексную соль.

В) Zn(OH)₂ + SO₃ → ZnSO₄ + H₂O

Реакция обмена кислотно-основного характера: происходит взаимодействие между амфотерным гидроксидом и кислотным оксидом с образованием средней соли и воды, степень окисления у атомов в составе веществ остается неизменной, поэтому сера в степени окисления +6 в составе оксида серы сохраняет свою степень окисления и в сульфате бария. Амфотерный гидроксид проявляет основные свойства.

Г) Zn(OH)₂ + H₂SO₄ → ZnSO₄ + 2H₂O

Реакция обмена кислотно-основного характера: происходит взаимодействие между амфотерным гидроксидом и кислотой с образованием средней соли и воды. Степени окисления не изменяются, так как это простая реакция обмена.

Соотнося буквы и цифры, получаем: А) - 6; Б) - 3; В) - 4; Г) - 4.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным продуктам реакции.

Проанализируем суждения о металлах и их соединениях:

А. Все металлы реагируют с кислотами с выделением водорода. Неверное суждение, так как металлы, при взаимодействии с кислотами окислителями (серная концентрированная и азотная) в результате окислительно-восстановительной реакции не выделяют водород. Пример: 4HNO₃ + Mg → 2H₂O + 2NO₂ + Mg(NO₃)₂.
Б. Все оксиды металлов — основные. Неверное суждение. У металлов помимо основных оксидов есть еще и амфотерные (например, Al₂O₃), и кислотные оксиды (например, CrO₃).

Таким образом, все ответы неверные. Следуя из этого предварительного ответа, выбираем нужную нам цифру ответа.

Разберем взаимодействия магния и цинка с:

1) Хлором. Хлор - довольно сильный окислитель, хорошо реагирует с простыми веществами металлами, в том числе и с нашими. В результате взаимодействия, представляющего из себя реакцию присоединения, получается соль - хлорид металла. Mg + Cl₂ → MgCl₂. Zn + Cl₂ → ZnCl₂.
2) Оксидом углерода (IV) . Этот оксид взаимодействует только с щелочными и щелочно-земельными (т.е. активными) металлами. Магний относится к таким, а цинк - нет. Поэтому углекислый газ не будет реагировать с цинком, не подходит.
3) Гидроксидом натрия. Цинк как "амфотерный" металл может в присутствии воды реагировать с этой щелочью, образуя комплексную соль. Магний же не образует таких солей и не может ни специфично реагировать с этой щелочью, ни замещать натрий из щелочи. Не подходит.
4) Сульфатом меди (II). Цинк и магний - более активные металлы, чем медь в составе соли. Поэтому эти металлы могут вступить в реакцию замещения с этой солью, замещая собой медь. Mg + CuSO₄ → MgSO₄ + Cu. CuSO₄ + Zn → Cu + ZnSO₄.
5) Азотной кислотой. Азотная кислота в любой концентрации реагирует с большинством металлов, в том числе с нашими. Так как эта кислота - сильный окислитель, то при взаимодействии происходят специфичные окислительно-восстановительные реакции. Примеры реакций с концентрированной кислотой: 4HNO₃ + Mg → 2H₂O + 2NO₂ + Mg(NO₃)₂ и Zn + 4HNO₃ → Zn(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

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

2HCl + Cr → H₂ + CrCl₂

Реакция замещения: хром вытесняет водород из кислоты и замещает водород на себя. В результате образуется молекулярный водород и соль - хлорид хрома. Хром поднимает степень оксиления лишь до +2, так как соляная кислота - не сильный окислитель.

Анализируем продукты и записываем цифру, соответствующую нужным нам продуктам реакции.

Вытеснение металла из соли лежит в основе реакции замещения. Реакция замещения осуществима и простое вещество металл может вытеснить металл из соли в том случае, если металл из соли менее активный, чем металл простое вещество. Проверить активность металлов можно в ряду активности металлов.

1) Cu не может вытеснить железо из соли, так как медь менее активна, чем железо в составе соли.
2) Zn может вытеснить железо из соли, так как цинк более активен, чем железо в составе соли.
3) Sn не может вытеснить железо из соли, так как олово менее активно, чем железо в составе соли.
4) Mg может вытеснить железо из соли, так как магний более активен, чем железо в составе соли.
5) Hg не может вытеснить железо из соли, так как ртуть менее активна, чем железо в составе соли.

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

Специфичная реакция сплавления алюминия и гидроксида натрия: 6NaOH + 2Al → 3H₂ + 2Na₂O + 2NaAlO₂

В результате реакции получаются H₂, Na₂O, NaAlO₂. Однако, Na₂O в списке нет, поэтому выбираем остальные получившиеся продукты.

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

С водой легко без нагревания реагируют активные металлы (щелочные и щелочно-земельные).

Рассмотрим металлы:

1) Al - довольно активный металл, но без нагревания с водой не реагирует (амальгаму не учитываем) из-за наличия естественной оксидной пленки на поверхности металла.
2) Zn - среднеактивный металл, без нагревания с водой не реагирует.
3) Ca - щелочно-земельный активный металл, реагирует с водой: Ca + 2H₂O → H₂ + Ca(OH)₂.
4) K - щелочной активный металл, реагирует с водой: 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂.
5) Fe - среднеактивный металл, без нагревания с водой не реагирует.

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

Рассмотрим взаимодействия:

1) Cu и HCl (разб.). Реакции не будет, так как медь - слабоактивный металл, в ряду активности металлов стоит правее водорода. Соляная кислота, в свою очередь, не является сильным окислителем.
2) Fe и Na₃PO₄. Реакции не будет, железо не вступает в специфичные реакции с этой солью и замещения тоже не может быть: менее активный металл не вытесняет более активный из соли.
3) Mg и H₂O. Возможна реакция с водой: Mg + H₂O → MgO + H₂. Магний - довольно активный металл, может реагировать с водой, забирая кислород из воды и превращаясь в оксид.
4) Zn и FeCl₂. Реакция возможна: FeCl₂ + Zn → ZnCl₂ + Fe. Цинк - более активный металл, чем железо, поэтому он вытесняет железо из соли, замещая его на себя.
5) Ag и Mg(NO₃)₂. Реакции не будет, серебро не вступает в специфичные реакции с этой солью и замещения тоже не может быть: менее активный металл не вытесняет более активный из соли.

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

Приведенные ниже вещества предполагают реакцию замещения между металлом и солью. Такая реакция возможна в том случае, если простое вещество металл окажется активнее, чем металл в составе соли. Если сам металл менее активен, чем тот, что в соли, тогда реакции происходить не будет.

Рассмотрим пары веществ:

1) Серебро и сульфат калия (р-р). Серебро - слабоактивный металл, калий в составе соли - активный металл. Слабоактивный металл не сможет вытеснить активный металл из соли, следовательно, реакции не будет.
2) Цинк и хлорид калия (р-р). Цинк - среднеактивный металл, калий в составе соли - активный металл. Среднеактивный металл не сможет вытеснить активный металл из соли, следовательно, реакции не будет.
3) Магний и хлорид олова (II) (р-р). Магний - довольно активный металл, олово в составе соли - среднеактивный металл. Активный металл сможет заместить неактивный металл из соли. Реакция будет. 
4) Серебро и сульфат меди (II) (р-р). Серебро - слабоактивный металл, медь в составе соли - более активный металл, чем серебро. Менее активный металл не сможет вытеснить более активный металл из соли, следовательно, реакции не будет.
5) Железо и нитрат кальция (р-р). Железо - среднеактивный металл, кальций в составе соли - активный металл. Среднеактивный металл не сможет вытеснить активный металл из соли, следовательно, реакции не будет.

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

Следуя из условия, нужно найти металлы, которые реагируют с водой при нагревании:

1) цинк - тяжелый металл средней активности, такой может реагировать с водяным паром при нагревании: Zn + H₂O → ZnO + H₂. Подходит.
2) медь - слабоактивный металл, не реагирует с водой. Не подходит. 
3) железо - тяжелый металл средней активности, такой может реагировать с водяным паром при нагревании: 4H₂O + 3Fe → 4H₂ + Fe₃O₄. Подходит.
4) литий - активный металл, прекрасно реагирует с водой и без нагревания: 2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂. Не подходит.
5) серебро - слабоактивный металл, не реагирует с водой. Не подходит. 

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

1. Cu + ZnCl₂ → Медь (Cu) стоит правее цинка (Zn) в ряду активности, значит, она менее активна и не может вытеснить цинк из его соли. Реакция не пойдёт.

2. Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu Цинк (Zn) активнее меди (Cu), поэтому он вытесняет медь из раствора сульфата меди. Реакция пойдёт.

3. Al + Fe(NO₃)₃ → Al(NO₃)₃ + Fe Алюминий (Al) активнее железа (Fe), поэтому он вытесняет железо из раствора нитрата железа. Реакция пойдёт.

4. Ag + FeSO₄ → Серебро (Ag) стоит правее железа (Fe), значит, оно менее активно и не может вытеснить железо из его соли. Реакция не пойдёт.

Следовательно, ответ - 23.

1) С оксидом железа (II) щелочи не реагируют. Оксид железа (II) (FeO) - основный оксид, так как железо (металл) в составе оксида находится в степени окисления +2, а основания (в т.ч. щелочи) не реагируют с основными оксидами. Основное не реагирует с основным.

2) С оксидом фосфора (V) щелочи реагируют. Оксид фосфора (V) (P₂O₅) - кислотный оксид, так как фосфор (неметалл) в составе оксида находится в степени окисления +5, а основания реагируют с кислотными оксидами.

3) С оксидом азота (II) щелочи не реагируют. Оксид азота (II) (NO) - несолеобразующий оксид, так как азот (неметалл) в составе оксида находится в степени окисления +2, а основания не реагируют с несолеобразующими оксидами.

4) С оксидом фосфора (III) щелочи реагируют. Оксид фосфора (III) (P₂O₃) - кислотный оксид, так как фосфор (неметалл) в составе оксида находится в степени окисления +3, а основания реагируют с кислотными оксидами.

5) С оксидом азота (III) щелочи реагируют. Оксид азота (III) (N₂O₃) - кислотный оксид, так как азот (неметалл) в составе оксида находится в степени окисления +3, а основания реагируют с кислотными оксидами.

Таким образом, с щелочами не реагируют оксид железа (II) и оксид азота (II), то есть варианты 1 и 3.

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

Гидроксид натрия (NaOH) - сильное основание. Давайте проанализируем предложенные варианты:

1) MgO и HCl: MgO (оксид магния) – основный оксид, не реагирует с NaOH. HCl (соляная кислота) – кислота, реагирует с NaOH: NaOH + HCl → NaCl + H₂O. Один из двух реагентов реагирует.

2) NH₃ и SO₃: NH₃ (аммиак) – основание, не реагирует с NaOH. SO₃ (оксид серы(VI)) – кислотный оксид, реагирует с NaOH: SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O. Один из двух реагентов реагирует.

3) H₂S и KNO₃: H₂S (сероводород) – кислота, реагирует с NaOH: H₂S + 2NaOH → Na₂S + 2H₂O (или H₂S + NaOH → NaHS + H₂O в зависимости от соотношения реагентов). KNO₃ (нитрат калия) – соль, образованная сильной кислотой и сильным основанием, не реагирует с NaOH. Один из двух реагентов реагирует.

4) HNO₃ и Al: HNO₃ (азотная кислота) – кислота, реагирует с NaOH: HNO₃ + NaOH → NaNO₃ + H₂O. Al (алюминий) – амфотерный металл, реагирует с NaOH: 2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑. Оба реагента реагируют.

5) ZnO и NaHCO₃: ZnO (оксид цинка) – амфотерный оксид, реагирует с NaOH: ZnO + 2NaOH + H₂O → Na₂[Zn(OH)₄]. NaHCO₃ (гидрокарбонат натрия) – кислая соль, реагирует с NaOH: NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O. Оба реагента реагируют.

Правильный ответ: 4 и 5