Буринська Н.М., Депутат В.М., Сударева Г.Ф., Чайченко Н.Н. Хімія. Підручник для 10 класу загальноосвітніх навчальних закладів. Профільний рівень

Подождите немного. Документ загружается.

311

Металічні елементи та їх сполуки

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

ВІДНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ ЙОНА ФЕРУМУ(ІІ)

У пробірку налийте 2 — 3 мл розчину ферум(ІІ) сульфату, підкис-

літь його розбавленою сульфатною кислотою (декілька крапель) і по-

ступово додавайте розчин калій перманганату до зміни кольору, що

і буде засвідчувати відновні властивості сполук Феруму зі ступенем

окиснення +2:

10Fe

+ 2KMn

+ 8H

= 5Fe

(SO

)

+ K

+ 2Mn

+ 8H

 Доведіть відновні властивості йона Феруму(ІІ), склавши схему елек-

тронного балансу.

Солі Феруму(ІІ). Більшість з них розчинні у воді, мають переваж-

но зеленувато-блакитний колір; з розчинів під час випаровування ви-

діляються у вигляді кристалогідратів: FeSO

· 7H

O, FeCl

· 6H

O. Солі

Феруму(ІІ) легко гідролізуються у водних розчинах з утворенням кис-

лого середовища.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

ГІДРОЛІЗ СОЛЕЙ ФЕРУМУ(ІІ)

У пробірку налийте 1 — 2 мл розчину ферум(ІІ) сульфату, занурте

лакмусовий синій або універсальний папір. Що спостерігаєте?

Зміна кольору індикатора свідчить про те, що солі Ферум(ІІ) як солі,

що утворені слабкою основою ферум(ІІ) гідроксидом Fe(OH)

і сильною

сульфатною кислотою Н

SО

, у розчині гідролізуються з утворенням

кислого середовища. Гідроліз солі проходить лише за першою стадією:

+ HOH



FeOH

+ H

Добування. Солі Феруму(ІІ) можуть утворитися внаслідок реакцій

обміну та розчинення заліза в розчинах кислот (крім нітратної HNО

Fe + H

= FeSO

+ H

↑

Якщо розчин ферум(ІІ) сульфату ви-

паровувати, то виділяється кристало-

гідрат залізний купорос FeSО

· 7Н

О,

(мал. 127). Його використовують як

відновник, компонент eлектроліту в

гальванотехніці, консервант деревини,

у виготовленні пігментів.

Ферум(ІІІ) оксид Fe

—

темно-

червоного кольору (мал. 128); має атом-

ну кристалічну ґратку, тому й висо-

Мал. 127.Залізний купорос

Chemistry10kl_v17j.indd 311Chemistry10kl_v17j.indd 311 06.01.2011 15:06:2506.01.2011 15:06:25

312

Розділ 3

ку температуру плавлення

(1565 °С), нерозчинний у воді.

Це найстійкіша природна спо-

лука Феруму — червоний за-

лізняк. Ферум(ІІІ) оксид має

слабко виражені амфотерні

властивості з переважанням

оснoвних, тому взаємодіє з

кислотами:

+ 6НСl = 2FeСl

+ 3Н

Виявляє слабкі кислотні властивості лише при сплавлянні з луга-

ми, утворюючи солі ферити — натрій ферит NaFeO

+ 2NaOH (крист.) =

2NaFeO

+ H

Отже, ферум(ІІІ) оксид — амфотерна сполука з переважанням

оснoвних властивостей.

 Складіть рівняння хімічних реакцій у йонних формах.

Добування. Ферум(ІІІ) оксид можна добути термічним розкладом

ферум(ІІІ) гідроксиду або ферум(ІІІ) нітрату:

2Fe(OH)

+ 3H

4Fe(NO

)

2Fe

+ 12NO

↑ + 3O

↑

Застосування. Ферум(ІІІ) оксид застосовують у виготовленні кера-

міки, цементу, як пігмент у фарбах — жовтий (вохра), червоний (су-

рик), коричневий (умбра), як полірувальний матеріал тощо.

Ферум(III) гідроксид Fe(OH)

— червоно-бура аморфна речовина

змінного складу; нерозчинна у воді, тому слабкий електроліт.

Добування. Ферум(ІІІ) гідроксид добувають за реакцією обміну між

сіллю Феруму(ІІІ) і лугом.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

ДОБУВАННЯ І ВЛАСТИВОСТІ ФЕРУМ(ІІІ) ГІДРОКСИДУ

Дослід 1. У пробірку з розчином ферум(ІІІ) хлориду об’ємом 2 мл

додавайте поступово розчин натрій гідроксиду до випадання осаду

бурого кольору:

FeCl

+ 3NaОН = Fe(OH)

↓ + 3NaCl

Дослід 2. Розділіть вміст пробірки разом з утвореним осадом на

дві порції. До однієї долийте 1 мл хлоридної кислоти, до іншої — таку

саму кількість розчину лугу. Що спостерігаєте? Чому осад у пробірці

з кислотою розчинився, а з лугом — ні?

 Складіть відповідні рівняння хімічних реакцій у йонних формах.

Мал. 128. Ферум(ІІІ) оксид

Chemistry10kl_v17j.indd 312Chemistry10kl_v17j.indd 312 06.01.2011 15:06:2506.01.2011 15:06:25

313

Металічні елементи та їх сполуки

Розчинення осаду в пробірці з хлоридною кислотою свідчить про

оснoвні властивості ферум(ІІІ) гідроксиду. Порівняно з ферум(ІІ) гідро-

ксидом вони виявляються слабкіше.

Ферум(ІІІ) гідроксид виявляє кислотні властивості при його сплав-

лянні з лугом, утворюючи сіль натрій ферит NaFeO

і воду. Отже,

ферум(ІІІ) гідроксид виявляє слабкі амфотерні властивості:

Fe(OH)

+ NaOH (крист.) =

NaFeO

+ 2Н

Свіжоосаджений ферум(ІІІ) гідроксид взаємодіє з концентрованими

лугами під час кип’ятіння та утворює гексагідроксоферити:

Fe(OH)

+ 3NaOH = Nа

[Fe(OH)

]

Ферум(ІІІ) гідроксид у реакціях здатний виявляти відновні властиво сті.

Так, у реакції з бромом у лужному середовищі утворюються солі ферати:

2Fe

(OH)

+ 10KOH + 3Br

= 2K

+ 6KBr

–1

+ 8H

Калій ферат

Отже, ферум(ІІІ) оксид і ферум(ІІІ) гідроксид — амфотерні сполуки

з переважанням оснoвних властивостей.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

ОКИСНЮВАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ЙОНА ФЕРУМУ(ІІІ)

До розчину ферум(ІІІ) хлориду об’ємом 1—2 мл добавляйте кра-

плями розчин калій йодиду. Що спостерігаєте? Одним з продуктів

реакції є йод. Доведіть це.

2FeCl

+ 2KI = 2FeCl

+ I

+ 2KCl

Солі Феруму(ІІІ) за стандартних умов — кристалічні забарвлені

речовини, переважно кристалогідрати різного кольору: ферум(ІІІ)

сульфат Fe

(SO

)

· 9H

O — білий; ферум(ІІІ) хлорид FeCl

· 6H

O —

коричневий; ферум(ІІІ) нітрат Fe(NO

)

· 9 H

O — блідо-бузковий. Кри-

сталогідрати Fe

(SO

)

· 9H

O, FeCl

O використовують переважно

як коагулянти для очищення води.

Як солі дуже слабкої основи солі Феруму(ІІІ) сильно гідролізуються

за першою стадією з утворенням кислого середовища.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

ГІДРОЛІЗ СОЛЕЙ ФЕРУМУ(ІІІ)

У пробірку налийте 1 — 2 мл розчину ферум(ІІІ) сульфату, занур-

те синій лакмусовий або універсальний папір. Що спостерігаєте? Від-

булася характерна зміна кольору індикаторів, що засвідчує утворен-

ня кислого середовища при гідролізі солі ферум(ІІІ) сульфату:

+ HOH



Fe OH

+ H

Chemistry10kl_v17j.indd 313Chemistry10kl_v17j.indd 313 06.01.2011 15:06:2506.01.2011 15:06:25

314

Розділ 3

Отже, солі Феруму(ІІІ), подібно до солей Феруму(ІІ), як солі слабкої

основи і сильної кислоти гідролізуються з утворенням кислого середо-

вища.

Як розпізнати сполуки йонів Fe

і Fe

У двох пробірках містяться розчини солей Феруму: в одній — розчин

ферум(ІІ) хлориду FeCl

, в іншій — розчин ферум(ІІІ) хлориду FeCl

З’ясуємо, які реактиви потрібно використати для розпізнавання со-

лей Феруму(ІІ) та Феруму(ІІІ), і проведемо досліди.

Дослід 1. У пробірку з розчином ферум(ІІ) хлориду додаємо 2 — 3

краплі розчину калій гексаціаноферату(ІІІ) К

[Fe(CN)

] — червоної

кров’яної солі (мал. 129, а). Спостерігаємо утворення осаду синього ко-

льору ферум(ІІ) гексаціаноферату(ІІІ) Fe

[Fe(CN)

]

— турнбулевої сині:

3FeCl

+ 2K

[Fe(CN)

] = Fe

[Fe(CN)

]

↓ + 6KCl

3Fe

+ 2[Fe(CN)

]

3–

= Fe

[Fe(CN)

]

↓

Дослід 2. Уміст пробірки з розчином ферум(ІІІ) хлориду ділимо

навпіл. До однієї порції додаємо 2 — 3 краплі розчину калій гекса-

ціаноферату(ІІ) К

[Fe(CN)

] — жовтої кров’яної солі (мал. 129, б). Спо-

стерігаємо утворення синього осаду ферум(ІІІ) гексаціаноферату(ІІ)

[Fe(CN)

]

— берлінської лазурі (мал. 129, в):

4FeCl

+ 3K

[Fe(CN)

] = Fe

[Fe(CN)

]

↓ + 12КСl

4Fe

+ 3[Fe(CN)

]

4–

= Fe

[Fe(CN)

]

↓

До іншої пробірки вносимо 2—3 краплі розчину калій тіоціанату

KSCN і спостерігаємо утворення криваво-червоного розчину ферум(ІІ)

тіоціанату:

FeCl

+ 3KSCN = Fe(SCN)

+ 3КСl

+ 3SCN

–

= Fe(SСN)

Отже, розпізнати солі Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ) можна за характер-

ними реакціями.

а б в

Мал. 129. Солі Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ): а— червона кров’яна сіль;

б— жовта кров’яна сіль; в— берлінська лазур

Chemistry10kl_v17j.indd 314Chemistry10kl_v17j.indd 314 06.01.2011 15:06:2506.01.2011 15:06:25

315

Металічні елементи та їх сполуки

Коротко про головне

Відмінності в кислотно-основних та окисно-відновних вла-

стивостях сполук Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ) пояснюються різни-

ми значеннями ступенів окиснення Феруму в них. Порівняння їх

властивостей показує, що:

• ферум(ІІ) оксид і ферум(ІІ) гідроксид у хімічних реакціях ви-

являють властивості слабких основ і відновників;

• ферум(ІІІ) оксид і ферум(ІІІ) гідроксид у хімічних реакціях

виявляють амфотерні властивості з переважанням оснoвних; від-

новні та окиснювальні властивості — з переважанням відновних;

• солі Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ) у водному розчині гідролізують-

ся за першим ступенем з утворенням кислого середовища. Солі

Феруму(ІІІ) існують як кристалогідрати.

Розпізнають сполуки Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ) за якісними ре-

акціями. Усі ці сполуки мають практичне значення.

Контрольні завдання

1. Поясніть, чому

а) ферум(ІІ) гідроксид — оснoвна сполука, а ферум(ІІІ) гідроксид —

амфотерна;

б) сполуки Феруму(ІІ) виявляють лише відновні властивості, а сполуки

Феруму(ІІІ) — відновні й окиснювальні властивості.

. Ураховуючи, що солі Феруму(ІІ) — відновники в кислому середовищі,

допишіть рівняння реакції:

КМnО

+ FeSО

+ H

SО

→ MnSО

+ ? + ? + ?

3. Маса залізного стержня після витримування у водному розчині

купрум(ІІ) нітрату збільшилася на 1,6 г і дорівнює 23,2 г. Визначте масу

залізного стержня до занурення в розчин купрум(ІІ) нітрату і масу міді,

що виділилася на стержні після реакції.

. Суміш заліза, ферум(ІІІ) оксиду і піску масою 7,8 г обробили хлорид-

ною кислотою об’ємом 36,5 мл із масовою часткою НСl 20 % і густиною

1,1 г/см

. У результаті реакції зібрали газ об’ємом 1,12 л (н.у.). Обчис-

літь масу піску в суміші.

. Визначте, яка маса залізного купоросу потрібна для приготування роз-

чину ферум(ІІ) сульфату масою 400 г із масовою часткою 7 %.

6. Визначте маси речовин, що будуть у фільтраті, якщо до розчину масою

10 г з масовою часткою купрум(ІІ) сульфату 25 % долили натрій гідро-

ксиду масою 20 г із масовою часткою 20 %.

Chemistry10kl_v17j.indd 315Chemistry10kl_v17j.indd 315 06.01.2011 15:06:2606.01.2011 15:06:26

316

Розділ 3

ПРАКТИЧНА РОБОТА 13

РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ЗАДАЧ З ТЕМИ

«МЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ»

 Варіант І (середній рівень)

1. У пронумерованих пробірках містяться: порошки натрій кар-

бонату і калій хлориду. Доведіть наявність у них катіонів Натрію і

Калію та аніонів СО

2–

і Сl

–

розчинах.

2. Здійсніть перетворення:

Cu → CuO → CuCl

→ Cu(OH)

Складіть рівняння відповідних хімічних реакцій у йонних фор-

мах та схеми електронного балансу.

 Варіант ІІ (достатній рівень)

1. Розпізнайте речовини, що містяться в трьох пронумерова-

них пробірках за допомоги лише магнію: розчини натрій хлориду,

купрум(ІІ) хлориду, хлоридної кислоти. Доведіть, що видані розчи-

ни — хлориди. Складіть рівняння відповідних хімічних реакцій у

йонних формах та схеми електронного балансу

2. Здійсніть перетворення:

Визначте Х. Складіть рівняння відповідних хімічних реакцій у

йонних формах та схеми електронного балансу.

 Варіант ІІІ (високий рівень)

1. Розпізнайте речовини, що містяться в трьох пронумерованих

пробірках за допомоги лише цинку: розчини солей натрій сульфату,

купрум(ІІ) сульфату, сульфатної кислоти та натрій гідроксиду. Дове-

діть, що видані розчини — сульфати. Складіть рівняння відповідних

хімічних реакцій у йонних формах та схеми електронного балансу.

2. Здійсніть перетворення:

Fe → FeCl

→ Fe(OH)

→ X → Fe

Складіть рівняння відповідних реакцій у йонних формах та схеми

електронного балансу. Зазначте назви утворених речовин.

Chemistry10kl_v17j.indd 316Chemistry10kl_v17j.indd 316 06.01.2011 15:06:2606.01.2011 15:06:26

РОЗДІЛ 4

ПРОМИСЛОВЕ ВИРОБНИЦТВО

НАЙВАЖЛИВІШИХ НЕОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН

Chemistry10kl_v17j.indd 317Chemistry10kl_v17j.indd 317 06.01.2011 15:06:2606.01.2011 15:06:26

318

Розділ 4

§ 74. Загальні наукові принципи хімічного виробництва

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

6 пояснювати основні наукові принципи хімічного виробництва,

в яких апаратах і з якою метою вони здійснюються;

6 називати і формулювати наукові принципи;

6 знати означення хімічної технології, хімічної промисловості.

Ви вже ознайомилися з великою кількістю різних речовин, які ма-

ють важливе значення для промисловості і сільського господарства, а

також повсякденного життя людини. Тепер дізнаєтесь, якими спосо-

бами ці речовини добувають у промисловості, зокрема хімічній.

Хімічна промисловість — це галузь господарства, що виробляє

продукцію на основі хімічної переробки сировини.

Як ви уже знаєте, промислові методи здійснення хімічних процесів

вивчає хімічна технологія (у буквальному значенні слово «техноло-

гія» — це наука про ремесла).

Хімічна технологія — наука про найбільш раціональні й еконо-

мічні методи і засоби масової хімічної переробки сировини, на-

півфабрикатів і промислових відходів на продукти споживання.

Головна мета хімії і хімічної технології — виробництво різноманіт-

них речовин і матеріалів з певним комплексом механічних, фізичних,

хімічних та біологічних властивостей за допомоги хімічних реакцій.

Хімічна технологія вирішує ці питання на основі загальних наукових

принципів (табл. 22).

Т а б л и ц я 22

Наукові принципи хімічного виробництва

Загальні принципи Часткові принципи

1. Вибір сировини Доступність і поширеність у природі (глибина

залягання сировини), ступінь розробки

промислових методів її вилучення, концентрація

сировини (вміст основної речовини і домішок),

можливість транспортування

2. Створення

оптимальних умов

проведення хімічних

реакцій

Збільшення площі поверхні зіткнення (взаємодії)

реагентів, наявність каталізатора, підвищення

тиску, нагрівання чи охолодження, концентрація

реагентів

3. Повне і комплексне

використання сировини

Циркуляція, створення суміжних виробництв

(з переробки відходів)

4. Принцип

конструювання апаратів

Відбір конструкційних матеріалів, теплообмін,

утилізація теплоти хімічних реакцій, протитечія

і прямотечія реагентів

Chemistry10kl_v17j.indd 318Chemistry10kl_v17j.indd 318 06.01.2011 15:06:2706.01.2011 15:06:27

319

Промислове виробництво найважливіших неорганічних речовин

Закінчення табл. 22

5. Принцип

безперервності

Механізація й автоматизація виробництва

6. Захист довкілля і

людини

Автоматизація шкідливих виробництв,

герметизація апаратів, утилізація відходів,

нейтралізація викидів у атмосферу

На основі загальних принципів хімічної технології розробляється

технологічна схема виробництва того чи іншого продукту.

Коротко про головне

Виробництво найважливіших неорганічних речовин здій-

снює хімічна промисловість, основою якої є хімічна технологія

як наука про найбільш раціональні та економічні методи і за-

соби масової переробки сировини (природних матеріалів), на-

півфабрикатів, промислових відходів на необхідні продукти за

допомоги хімічних реакцій.

Хімічна технологія розв’язує низку проблем: у яких апаратах

проводити реакції; з яких матеріалів виготовляти обладнання;

якою має бути технологічна схема виробництва; як забезпечити

умови, за яких реакції відбуватимуться швидко; як здійснювати

контроль за процесом і забезпечити його безпеку. Хімічна техно-

логія вирішує зазначені питання на основі наукових принципів

організації хімічного виробництва.

Контрольні завдання

1. Сформулюйте, що таке хімічна технологія, і поясніть, чим вона

займається.

2. Відомо, що хімічна промисловість використовує найвигіднішу сирови-

ну. Поясніть, у чому саме полягає її вигідність.

3. Усі, крім одного з названих нижче способів, є способами попередньої

обробки сировини. Зазначте виняток: а) сортування; б) оцінка доступ-

ності сировини; в) збагачення; г) подрібнення; ґ) очищення. Відповідь

обґрунтуйте.

4. Поясніть значення принципу теплообміну і принципу циркуляції. З

якою метою їх застосовують?

5. Користуючись мал. 130, поясніть, за якими технологічними принципа-

ми здійснюється теплообмін у змійовиковому і кожухотрубному тепло-

обмінниках та у поглинальній і промивній баштах.

Chemistry10kl_v17j.indd 319Chemistry10kl_v17j.indd 319 06.01.2011 15:06:2706.01.2011 15:06:27

320

Розділ 4

Мал. 130. Протитечійні апарати: а— змійовиковий і кожухотрубний теплообмінники;

б— поглинальна і промивна башти

Chemistry10kl_v17j.indd 320Chemistry10kl_v17j.indd 320 06.01.2011 15:06:2706.01.2011 15:06:27