ЦУ (ценные указания)
Общая и неорганическая химия в вопросах
16. Элементы VA-группы
Теоретическое введение >>>Задания
16.1. Пользуясь учебной и справочной литературой, рассмотрите образование химической связи в молекуле N2 и дайте аргументированные ответы на следующие вопросы:
а) при описании механизма образования тройной связи N
N условно можно принять, что сначала формируется σ-составляющая кратной связи, а затем последовательно две π-составляющие. Могла ли образоваться только одна π-составляющая вместо двух?
б) исходя из механизма перекрывания атомных орбиталей при образовании тройной связи NN, можно ли ожидать, что одна σ-составляющая вносит больший вклад в энергию связи, чем две π-составляющие?
в) одинаковый или разный вклад в энергию связи вносят первая и вторая π-составляющие?
16.2. Используя метод молекулярных орбиталей, рассмотрите образование химической связи в частицах N2+, N20 и N2−. Укажите изменение порядка, энергии и длины связи при переходе от N2+ к N2−.
16.3. На основе учения о строении атомов и молекул объясните, какая частица более устойчива: N+ или N2+. Может ли проходить самопроизвольный отрыв электрона от атома N и от молекулы N2? Ответ подтвердите справочными данными.
16.4. Рассмотрите образование дативной связи между атомом переходного металла с частично заполненным (n−1)d-подуровнем и молекулой азота; σ-составляющая − это связь М+ν ←N2, π-составляющая − связь М+ν→ N2. Какие орбитали атома металла и молекулы азота принимают участие в образовании дативной связи?
16.5. Известно, что максимальная валентность атома азота равна четырем. Объясните, почему образование пяти ковалентных связей атомом азота энергетически невыгодно и поэтому никогда не осуществляется в соединениях.
16.6. Почему соединение азота(V) состава NF5 неизвестно, но получены соединения NO2F, NOF3 и NF4+, с одной стороны, и соединение фосфора(V) состава PF5, с другой стороны?
16.7. Реакция между литием и диазотом идет при комнатной температуре, если газообразный азот будет влажным. Укажите, каким образом вода проявляет здесь инициирующее действие.
16.8. Используя необходимые справочные данные, объясните, почему белый фосфор Р4 проявляет значительно бОльшую химическую активность, чем молекулярный N2, хотя электроотрицательность фосфора значительно ниже, чем у азота. Будет ли атомный фосфор активнее атомного азота? Дайте аргументированный ответ.
16.9. Опишите строение белого и красного фосфора. Почему белый фосфор обладает более высокой химической активностью? Объясните, почему белый фосфор хорошо растворяется в сероуглероде и плохо − в воде, а красный фосфор нерастворим в обоих растворителях.
16.10. Белый газообразный фосфор Рх сгорает в избытке кислорода; объемное отношение реагирующих веществ равно 1 : 5. Определите состав молекулы белого фосфора.
16.11. При высокой температуре происходит разрушение тетрамера Р4 до димера Р2. Почему этот процесс идет лишь при нагревании?
16.12. Химические свойства фосфора во многом близки к свойствам мышьяка, но резко отличаются от химических свойств азота. В чем заключается главная причина сходства и различия химии элементов N, P и As?
16.13. Взаимодействуют ли простые вещества элементов VА-группы с концентрированной и разбавленной азотной кислотой? Можно ли заменить в протекающих реакциях азотную кислоту на серную и хлороводородную? Укажите устойчивые степени окисления всех элементов данной группы.
16.14. Жидкий азот получают в промышленности перегонкой сжиженного воздуха. Используя справочные данные, опишите процесс перегонки.
16.15. Жидкий азот в лаборатории сохраняют в алюминиевых сосудах Дьюара. Предложите способ определения количества азота в сосуде Дьюара емкостью 16 л без измерения уровня жидкости.
16.16. Составьте несколько (не менее пяти) уравнений реакций, продуктами которых будут только газообразный азот и вода.
16.17. Пользуясь справочной и учебной литературой, приведите примеры природных неорганических соединений фосфора. Сделайте вывод о наиболее устойчивой степени окисления фосфора. Какими свойствами должны обладать соединения фосфора с другими степенями окисления?
16.18. Приведите уравнение реакции получения белого фосфора в промышленности и определите химическую функцию каждого исходного вещества в этом процессе. Укажите, как хранят белый фосфор и почему необходимы особые условия хранения этого вещества.
16.19. Минерал апатит имеет химическую формулу: а) Ca5(PO4)3(Cl,OH,F) {Sr}. Для характеристики состава того же минерала нередко используют следующие формулы:
б) 3 Ca3(PO4)2 * Ca(Cl, OH, F)2 {Sr} или
Приведите возможно большее число доводов в пользу формулы (а) и укажите все недостатки записей (б) и (в). Какой узел кристаллической решетки занимает примесный стронций? Можно ли говорить, что в состав апатита входят: а) ортофосфат кальция, б) гидроксид кальция, в) ортофосфат стронция, г) фторид стронция? Дайте мотивированные ответы.
16.20. Пользуясь справочной и учебной литературой, приведите формулы и названия мышьяксодержащих минералов. Напишите уравнения реакций, протекающих при обжиге минералов реальгар и аурипигмент. Почему цинк, свинец, висмут и другие металлы, получаемые из сульфидных руд, всегда содержат мышьяк?
16.21. При нагревании без доступа воздуха минерала арсенопирит FeAsS образуется сульфид железа(II) и мышьяк. Приведите возможное объяснение того факта, что в свободном состоянии выделяется именно мышьяк, а не сера (с образованием второго продукта Fe3As2) или железо (с образованием второго продукта As2S3).
16.22. Составьте уравнения реакций:
а) P + H3O+ + MnO4− =
б) P + OH− =
в) P + H3O+ + IO3− =
г) P(т) + KClO3(т) + S(т) =
Какие химические свойства фосфора проявляются в этих реакциях?
16.23. Составьте уравнения реакций с участием мышьяка и сурьмы:
а) As + OH− + ClO− =
б) As + H3O+ + Cr2O72− =
в) Sb + H2SO4 (ж) + KClO3 (т) =
г) Sb + NaOH (т) + NaNO3 (т) =
На основании этих реакций укажите, какой из элементов в свободном виде − As или Sb − проявляет более сильные восстановительные свойства.
16.24. Температуры плавления водородных соединений элементов VА-группы имеют следующие значения (°С):
NH3 PH3 AsH3 SbH3
−77,8 −133,8 −116,9 −94,2
Постройте графическую зависимость температуры плавления этих соединений от порядкового номера элемента (центрального атома). Объясните, почему эта зависимость не является монотонной. Методом экстраполяции оцените значение температуры плавления для BiН3 (в чистом виде не получен).
16.25. По указанным значениям стандартной энергии Гиббса образования водородных соединений элементов VА-группы ΔG°298 (кДж/моль):
NH3 PH3 AsH3 SbH3 −16 +13 +69 +148(?)постройте графическую зависимость ΔG°298 от порядкового номера элемента−центрального атома. Уточните значение энергии Гиббса для SbH3 и методом экстраполяции оцените значение ΔG°298 для BiН3 (в чистом виде не известен). Почему данная зависимость монотонна, в отличие от рассмотренной в предыдущем вопросе?
16.26. Для молекул водородных соединений некоторых элементов VА-группы известны значения сродства к протону Ар (эВ):
NH3 PH3 AsH3 −9,00 −8,07 −7,50Как изменяются донорные свойства атомов в ряду N − Р − As? Каким (по знаку) может быть сродство к протону для SbH3 и BiН3? Укажите, какая частица более устойчива: а) NH4+ или NH3, б) NH4+ или PH4+. Дайте аргументированный ответ.
16.27. Известно распределение эффективных зарядов в молекуле аммиака и катионе аммония:
N0,45−(Н0,15+)3 и [N0,40−(Н0,15+)4]+.
Укажите, будут ли такими же эффективные заряды на атоме фосфора в частицах PH3 и PH4+ и если нет, то меньшими или большими.
16.28. Значения электроотрицательности фосфора и водорода близки между собой. Какие химические доводы позволяют приписать фосфору в фосфине РН3 степень окисления (−III)?
16.29. Какие частицы присутствуют в жидком аммиаке? Назовите эти частицы и дайте характеристику их пространственного строения.
16.30. Какая реакция протекает при смешивании растворов двух электролитов − амида калия и нитрата аммония в жидком аммиаке? Как называются реакции такого типа? Приведите уравнение соответствующей реакции в водном растворе.
16.31. Пользуясь принципом Ле-Шателье, укажите оптимальные условия (температуру и давление), обеспечивающие увеличение выхода аммиа-ка при его прямом синтезе из азота и водорода. Объясните, почему в реальных условиях производственный процесс проводят при температуре 450−500 °С и используют катализатор.
16.32. Укажите, в чем заключаются химико-технологические преимущества получения аммиака гидролизом нитридов металлов (например Mg3N2) по сравнению с прямым синтезом из N2 и Н2. В чем недостатки гидролитического метода получения аммиака, препятствующие его широкому применению в промышленности?
16.33. В одной монографии отмечается, что при комнатной температуре в насыщенном водном растворе аммиак находится в виде молекул гидрата NH3 * H2O (54%) и "негидратированных молекул NH3" (46%). Что имеют в виду авторы, говоря о "негидратированных молекулах"? Укажите тип химической связи в NH3 * H2O. Почему образование водородной связи
а) H3N : → H−OH б) H2O :: → H−NH2
происходит преимущественно по механизму (а)? Приведите два возможных обоснования этого факта.
16.34. Можно ли концентрированный раствор гидрата аммиака считать одновременно разбавленным раствором гидроксида аммония? Дайте обоснованный ответ, пользуясь справочными данными. Приведите все возможные доводы, подтверждающие большую устойчивость в твердом состоянии реального гидрата NH3 * H2O по сравнению с гипотетическим ионным веществом (NH4+)(ОН−).
16.35. В две пробирки, содержащие нитрид трикалия, вносят в равных объемах холодную воду и раствор гидроксида калия соответственно. Объясните, почему в первой пробирке выделение газа начинается позже и оно менее интенсивное, чем во второй пробирке.
16.36. Опишите происходящие с участием аммиака процессы:
а) газообразный аммиак пропускают в воду
б) кусочек льда вносят в жидкий аммиак.
16.37. Обычно для обнаружения аммиака в лабораторных условиях к сосуду, из которого выделяется NH3, подносят стеклянную палочку, непосредственно перед этим смоченную соляной кислотой. При наличии аммиа-ка образуется белый дым. Каков химический состав дыма? Можно ли заменить HCl (конц.) на следующие реактивы: а) HCl (разб.), б) H2SO4 (конц.), в) HNO3 (разб.), г) HI (конц.), д) СН3СООН (конц.)?
16.38. Известно, что аммиак в водном растворе проявляет оснoвные свойства, а кислотных свойств не имеет. Откуда это следует? Как будут вести себя при контакте с водой следующие вещества: Ba(NH2)2, Li2NH, NH4HSO4, NH4HCO3, Li3N?
16.39. Катион аммония в водном растворе подвергается протолизу, а катион тетраметиламмония N(CH3)4+ в воде протолитом не является. Объясните причину этого различия в свойствах данных катионов.
16.40. Гидрат аммиака − слабый протолит в водном растворе. Каким протолитом будет соединение состава N(CH3)3 * СН3ОН? Дайте его точную химическую формулу и название. Что образуется при взаимодействии этого соединения с иодоводородом?
16.41. Готовят разбавленный раствор ацетата аммония в воде. Какой тип среды будет в растворе этой соли? Ответ поясните, используя справочные данные.
16.42. Составьте уравнения термического разложения следующих солей аммония: карбоната, хлорида, сульфата, дихромата, гидросульфида.
16.43. Какова геометрическая форма молекулы гидразина? Почему температуры плавления и кипения гидразина значительно выше, чем у дифосфана Р2Н4? Составьте уравнение автопротолиза жидкого гидразина и назовите продукты реакции.
16.44. Катион N2H5+ в водном растворе является амфолитом, при этом он проявляет слабые кислотные свойства, а оснoвными свойствами почти не обладает. Какие свойства − кислотные или оснoвные − характерны для иона N2H62+? Ответ подтвердите уравнениями реакций, протекающих при растворении в воде солей N2H5Cl и N2H6Cl2.
16.45. Изобразите геометрическое строение молекулы гидроксиламина. Является ли эта молекула: а) симметричной, б) полярной, в) реакционноспособной? Дайте мотивированный ответ.
16.46. Составьте уравнения реакций с участием водородных соединений азота:
а) NH3 (изб.) + F2 =
б) NH3 + F2 (изб.) =
в) NH4Cl + Ca(OH)2 =
г) (NH3OH)Cl + CaO + H2O =
д) N2H4 * H2O + H2O2 =
е) N2H4 * H2O + OH− + Ag+ =
ж) N2H5+ + H3O+ + S2O6(O2)2− = HNO2 + …
з) N2H4 * H2O + OH− + Zn =
и) NH2OH * H2O + MnO4− =
к) NH3OH+ + AgCl =
л) NH3OH+ + SO2 =
м) NH3 * H2O + NH2Cl =
Какие свойства водородных соединений азота проявляются в этих реакциях?
16.47. Гидразин и гидроксиламин могут быть восстановлены до аммиака, если использовать водород в момент его выделения. Как провести эти процессы на практике? Составьте уравнения реакций.
16.48. Смесь гидразина N2H4 и его производного N, N-диметилгидразина N(СН3)2−NH2 используется в качестве ракетного топлива. Составьте уравнение реакции окисления этой смеси в кислороде и укажите, какова химическая функция азотсодержащих веществ в реакции.
16.49. По значениям стандартных потенциалов полуреакций восстановления:
N2 + 4H3O+ + 2e− = 2NH3OH+ + 2H2O; φo = −1,871 B
N2O + 6H3O+ + 4e− = 2NH3OH+ + 5H2O; φo = −0,058 B
HNO2 + 5H3O+ + 4e− = NH3OH+ + 6H2O; φo = +0,622 B
определите, могут ли образоваться продукты реакции N2, N2O и HNO2 при окислении катионов гидроксиламиния. Если Ваш ответ утвердительный, то укажите, образование какого из этих продуктов наиболее вероятно и почему. Если ваш ответ отрицательный, то приведите причины, по которым образование указанных продуктов невозможно.
16.50. Даны формулы твердых ионных веществ: (NH4+)(OH−), (NH4+)2(O2−), (NH4+)(NH2−), (NH4+)2(O22−). Все вещества с такой структурой должны быть неустойчивыми. Составьте уравнения молекулярной перегруппировки (число атомов и степени окисления элементов остаются без изменения) с указанием формулы, отражающей устойчивость вещества. Предложите название указанной перегруппировки.
16.51. Изобразите схемы геометрического строения молекул азидоводорода и азид-иона. Одинаковы или различны длины связей азот−азот в этих частицах? Каким по значению должен быть валентный угол H−N−N в молекуле азидоводорода?
16.52. Составьте уравнения следующих реакций с участием азидоводорода и азидов металлов:
а) NaN3 (т) + NaNО3 (т) = N2 + …
б) NaN3 + H2SO4 (конц.) =
в) НN3 + NН3 * H2O =
г) НN3 + H2S =
д) НN3 + H3O+ + NO2− =
е) НN3 + H3O+ + MnO4− =
ж) НN3 + MnO4− =
з) НN3 + H3O+ + I− =
Какие свойства азидоводорода и азидов проявляются в этих
16.53. Катионы NН4+, Na+ и K+ близки по свойствам (приведите примеры). Однако, если натрий и калий существуют в твердом состоянии, то свободный металлический аммоний NН40 не получен. Объясните этот факт.
16.54. В литературе встречается указание на то, что в амальгаме можно обнаружить нейтральный аммоний NН40. Возможно ли образование такого соединения в соответствии с теорией строения вещества? Предложите более вероятную формулу нейтрального аммония, учитывая его хорошие электропроводящие свойства в амальгаме наравне с ртутью. Составьте номенклатурное название нейтрального аммония.
16.55. Составьте уравнения реакций:
а) PH3 + Cl2 =
б) Ca3P2 + H3O+ + Cr2O72− =
в) PH3 + Cl2 + H2O =
г) PH4I + H2O =
Какие химические свойства фосфина, фосфидов и солей фосфония проявляются в этих реакциях?
16.56. Обработка As2O3 цинком в кислотной среде приводит к образованию арсина. Этот газ можно поджечь на воздухе, но можно пропустить через раскаленную кварцевую трубку, где в холодной зоне образуется черное "зеркало" (что это такое?), которое исчезает при смачивании его раствором NaClO. Если же арсин пропускать через раствор нитрата серебра(I), то осаждается металл. Составьте уравнения всех реакций.
16.57. Составьте уравнения реакций:
а) AsH3 + HClO3 =
б) AsH3 + H3O+ + MnO4− =
в) AsH3 + [Fe(H2O)6]3+ =
г) Zn3As2 +HCl (разб.) =
д) Mg3Sb2 + H2SO4 (разб.) =
е) Na3Sb + HCl (р) + K2Cr2O7 =
Какие из этих реакций являются окислительно-восстановительными? Ответ поясните и в случае необходимости приведите справочные данные.
16.58. Под действием ультрафиолетового облучения проходит взаимодействие NН3 с F2 с образованием иона NF4+ (дайте его название). Укажите, какова роль ультрафиолетового облучения в этом процессе. Оцените степень окисления и валентность азота в частицах NН3 и NF4+. Можно ли объяснить образование частицы NF4+ из NF3 и F− с помощью донорно-акцепторного механизма, подобно объяснению образования иона NН4+ из NН3 и Н+ (NН3 − донор пары электронов, Н+ − акцептор этой пары)? Приведите аргументированный ответ.
16.59. Соединение азота с фтором состава NF3 − очень устойчивое вещество, но в жестких условиях, например при действии искрового разряда, оно реагирует с водой:
NF3 + 2Н2О = 3НF + НNО2
(азотистая кислота тут же разлагается на Н2О, NO и NО2). Аналогичное соединение азота с хлором полностью гидролизуется уже при обычных условиях; реакция протекает в соответствии с уравнением:
NCl3 + 3Н2О = NН3 + 3НClО
Почему продукты в этих реакциях разные как для галогенов, так и для азота? При ответе учтите различную степень полярности молекул указанных соединений азота.
16.60. Составьте уравнения реакций:
а) нитрид трихлора + катион оксония =
б) нитрид трихлора + гидроксид-ион =
в) хлорамин + вода =
г) амид бария + катион оксония =
Какова степень окисления азота в этих соединениях? Ответ поясните.
16.61. Известно, что соединение PxClyFz с атомным отношением x : y : z =1:4:1 существует в двух формах: фторид-тетрахлорид фосфора и фторид тетрахлорфосфония. Укажите свойства, различные для обеих форм. Почему вместо второй формы не образуется хлорид фтортрихлорфосфония?
16.62. Укажите, одинаковые или разные по свойствам вещества изображены следующими наборами формул:
а) PCl5 и [PCl4]+[PCl6]−
б) PCl2F3 и [PCl4]+[PF6]−
в) PCl4F и [PCl4]+(F)−
г) [PCl4]+(F)− и [PCl4]+[PCl4F2]−
Руководствуясь справочной и учебной литературой, приведите примеры свойств, подтверждающие вашу точку зрения. Можно ли для ответа использовать такое свойство этих соединений, как способность к гидролизу?
16.63. Составьте уравнения реакций:
а) PI3 (т) + H2O =
б) PBr3 (ж) + H2O =
в) PF3 (г) + OH− =
г) SbF5 (ж) + HF(ж) =
д) PF5 (г) + H2O =
е) PCl5 (т) + H2O (по каплям) =
ж) PCl3O(г) + Pb(NO3)2 (т) = (NO2)Cl + ...
з) HNO3 (ж) + HF(ж) =
Являются ли эти реакции окислительно-восстановительными? Дайте мотивированный ответ.
16.64. На примере соединений PCl3 и BiCl3 сравните следующие свойства ЭIII:
а) взаимодействие с водой (назовите продукты, укажите среду конечного раствора)
б) переход ЭIII → ЭV (укажите условия проведения реакций, составьте их уравнения, назовите продукты и охарактеризуйте окислительно-восстановительную устойчивость соединений ЭV)
в) переход ЭV → ЭIII (приведите примеры).
16.65. Охарактеризуйте тип химической связи в хлоридах мышьяка, сурьмы и висмута. Обсудите некоторые свойства этих соединений, которые проявляются в следующих химических реакциях:
а) AsCl3 + H2O =
б) SbCl3 + H2O =
в) BiCl3 + H2O =
г) SbCl3 + Zn =
д) AsCl3 + H3O+ + BrO3− =
е) AsCl3 + H2O + MnO2 =
ж) AsCl3 + H2O + Ca(PH2O2)2 =
з) SbCl5 + HI =
Составьте уравнения реакций, предварительно выписав из справочника данные об агрегатном состоянии этих хлоридов в обычных условиях.
16.66. В газовой фазе существуют молекулы PN. По методу молекулярных орбиталей опишите электронное строение этой молекулы, определите порядок связи и укажите, каким другим азотсодержащим или фосфорсодержащим частицам она изоэлектронна. Полярна ли молекула PN?
16.67. Опишите пространственное строение молекулы диоксодинитрата(I) водорода H2N2O2. Используя справочные данные, сравните характеристики связи азот−азот в молекуле этой кислоты и в молекуле диазота N2, укажите сходство и различие.
16.68. Пользуясь справочной и учебной литературой, укажите, какой из оксидов азота:
а) не имеет твердой фазы
б) не существует в газовой фазе в индивидуальном виде (при нормальном давлении)
в) можно получить прямым синтезом из N2 и O2 и в каких условиях.
16.69. Опишите пространственное строение молекулы N2O. Почему степень окисления (+I) для азота в этом оксиде можно считать лишь условной? Какой смысл (помимо номенклатурных требований) может быть вложен в название N2O − монооксид диазота. Известен ли диоксид диазота? Если да, то, каково его строение?
16.70. Предположим, что нам неизвестно действительное строение монооксида диазота N2O. Тогда с учетом только σ-связей строение этой молекулы можно представить так: N−N−O или N−O−N. Дополните эти формулы π-связями и на основе этого сделайте вывод о невозможности образования молекулы, строение которой предполагает симметричное окружение атома кислорода.
16.71. В рамках метода валентных связей строение молекулы N2O можно пе-редать двумя формулами: :NN−O::: и ::N=N=O:: . Проанализируйте эти формулы. Сравните длину связей в N2O (N−N 113, N−O 118 пм) с длинами связей (пм) в эталонах:
N=N N(тремя точками изображены многоцентровые π-составляющие химической связи). На основе этого сделайте вывод о наличии в молекуле N2O двухцентровых связей N=N и N−O и трехцентровой связи N. . .N. . .O.N N−O N
O N
16.72. В некоторых учебниках оксиды N2O и NO называют "безразличными" оксидами. Укажите, какой смысл вкладывают авторы в этот термин, приведите уравнения реакций для доказательства их реакционной активности.
16.73. Составьте энергетические диаграммы образования связей по методу молекулярных орбиталей для частиц NO+, NO0 и NO-. Укажите характер изменения порядка, энергии и длины связи в ряду этих частиц. Имеется ли изоэлектронность между ними и частицами N2, O2 и O2+? каковы магнитные свойства всех указанных частиц?
16.74. Правильно ли называть частицу NO молекулой? Дайте обоснованный ответ. Почему частица NO обладает большой энергией ионизации и малым сродством к электрону? Ваш вывод проиллюстрируйте справочными данными.
16.75. Почему нейтральную частицу NO2 правильнее называть не молекулой, а радикалом? Сравните геометрическую форму частиц NO2 и NO2+.
16.76. Рассмотрите электронное строение частиц NO и NO2. Объясните, почему NO2 заметно димеризуется уже при комнатной температуре, тогда как NO − только при −160 °С и ниже. Почему образование димера лучше протекает в твердом и жидком состоянии системы?
16.77. Можно ли (да, нет) назвать связь азот−азот в N2O4 ковалентной? Если нет, то укажите тип связывания частиц NO2 в димере. Дайте аргументированный ответ.
16.78. Объясните, почему оксид NO2 полностью обесцвечивается при охлаждении. Можно ли добиться обесцвечивания диоксида азота при нагревании?
16.79. В лаборатории диоксид азота получают нагреванием нитрата свинца(II). Газообразные продукты реакции (NO2 и газ А) охлаждают, при этом диоксид азота конденсируется в бесцветную жидкость. При добавлении нескольких капель воды жидкость синеет, при избытке воды выделяется бесцветный газ, а раствор обесцвечивается. Составьте уравнения всех реакций.
16.80. Известно, что вещество N2О3 в твердом состоянии имеет ионное строение, а в жидком и газообразном − молекулярное. Предложите ионную формулу для твердого оксида. На какие более простые частицы распадается N2О3 при нагревании? Какая из химических связей при этом разрывается?
16.81. Какие оксиды азота могут быть получены при взаимодействии твердого нитрита калия с концентрированной серной кислотой? Укажите необходимые условия проведения реакций.
16.82. Составьте уравнения реакций с участием оксидов азота:
а) N2О + C =
б) N2О + H3O+ + MnO4− =
в) NO + H3O+ + MnO4− =
г) NO + H2O + HClO =
д) N2О3 (ж) + H2O =
е) NO2 + H2O (гор.) =
ж) NO2 + OH− (хол.) =
з) NO2 + MnO4− =
и) N2О4 (ж) + H2O (нед.) =
к) N2О4 (ж) + H2O (изб.) =
Какие химические свойства оксидов азота проявляются в этих реакциях?
16.83. Установите, сможет ли газообразный хлор в кислотной среде вызвать следующие переходы при 25 °С:
а) N2(г) → N2O (г)
б) NН4+ → N2O (г)
в) N2O (г) → NO3−
г) N2O (г) → НNO2
д) N2O (г) → NO(г)
е) N2O (г) → NO2 (г)
16.84. Для вещества состава НNO2 известны две таутомерные формы: HONO (азотистая кислота) и N(Н)O2 (название?). Изобразите их пространственное строение. Какая из таутомерных форм является более симметричной? Почему одна из форм не проявляет кислотных свойств в водном растворе?
16.85. По правилу Полинга оцените силу кислот H2N2O2, HNO2, HNO3 и H3NO4 в водном растворе. Составьте уравнения протолитических реакций. Назовите эти кислоты.
16.86. Какие частицы присутствуют в жидкой азотной кислоте? Составьте уравнения реакций. Назовите все частицы. Какая из них является "нитрующим началом" азотной кислоты?
16.87. Составьте уравнения реакций, отвечающих схеме:
N2 → NH3 → NO → NO2 → HNO3
Укажите условия их проведения.
16.88. Известны значения энергии Гиббса реакций DG°:
а) KNO3 + H2SO4 + 2FeSO4 = KNO2 + Fe2(SO4)3 + H2O; +18 кДж
HNO3 (разб.) + H2SO4 + 2FeSO4 = НNO2 + Fe2(SO4)3 + H2O; −34 кДж
б) 8HNO3 (разб.) + 3Cu = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O; −357 кДж
2H2SO4 (разб.) + Cu = CuSO4 + SO2 + 2H2O; +35 кДж
Сделайте выводы о сравнительной реакционной способности KNO3 и HNO3 (разб.), H2SO4 (разб.) и HNO3 (разб.). Какие из этих реакций протекают при комнатной температуре?
16.89. Составьте уравнения реакций:
а) HNO3 (конц.) + Ag = HNO3 (разб.) + SO2 (г) =
б) HNO3 (оч. разб.) + Mg = HNO3 (конц.) + K2S =
в) HNO3 (оч. разб.) + Al = HNO3 (конц.) + I2 =
г) HNO3 (конц.) + S = NO3− + H3O+ + Zn =
д) HNO3 (конц.) + C = HNO3 (конц.) + MnS =
е) HNO3 (конц.) + FeS = NO3− + OH− + Zn =
ж) HNO3 (разб.) + Fe(S)2 = HNO3 (конц.) + KI (изб.)
16.90. Опишите процессы, протекающие при смешивании хлороводородной и концентрированной азотной кислот. Для чего применяется эта смесь? Приведите ее тривиальное название. Какие частицы в этой смеси являются "действующим началом"? Дайте мотивированный ответ.
16.91. Смесь концентрированной азидоводородной и хлороводородной кислот переводит в раствор золото и платину подобно царской водке. Составьте уравнения соответствующих реакций, укажите окислители и восстановители.
16.92. Составьте уравнения термического разложения азотной кислоты и нитратов калия, свинца(II) и серебра(I). Рассмотрите возможные пути протекания реакций; из всех продуктов выберите наиболее вероятные. В ответе приведите справочные данные.
16.93. По методу валентных связей предскажите тип гибридизации атомных орбиталей азота и геометрическую форму иона NO2−. Объясните, чем обусловлена его высокая реакционная способность (по сравнению с ионом NO3−). Укажите различие в способах ковалентного присоединения NO2−) при образовании нитро- и нитритосоединений. Какие химические функции присущи иону NO2−?
16.94. Используя справочные данные, подтвердите принципиальную возможность протекания реакции в кислотной среде между нитритом калия и дихроматом калия. Составьте уравнение реакции.
16.95. Проводят термическое разложение нитрата калия. После охлаждения сосуда получают твердое вещество А. Предложите способ получения вещества А из подкисленного серной кислотой раствора нитрата калия. Составьте уравнения всех реакций.
16.96. Чем обусловлена малая реакционная способность нитрат-иона в водном растворе? Какие условия надо создать, чтобы азот(V) мог проявлять окислительные свойства?
16.97. Сера и древесный уголь загораются при контакте с расплавленным нитратом калия. В чем горят сера и уголь?
16.98. Проводится при 25 °С реакция между NH4Cl и KNO3 в кислотной среде. Возможны следующие переходы:
1) NH4+ → N2 (г) и NO3− → NО (г)
2) NH4+ → N2О (г) и NO3− → N2О (г)
3) NH4+ → NО (г) и NO3− → NО2 (г)
По значениям φ° выберите наиболее выгодную пару переходов. Составьте уравнение реакции.
16.99. Назовите вещества:
а) (NO)OF, (NO)[IF8], (NO2)OF
б) (NO2)Cl, (NO2)ClO, (NO)NO3
в) (NO2)NO3, (NO2)HSO4, (NH3OH)ClO4
г) (N2H6)SO4, (NO)NH2, Na2N2O2
16.100. Спектральными методами доказано, что фосфорноватистая кислота Н3РО2 − кислородсодержащая кислота фосфора(I) существует в двух таутомерных формах: Н2(РНО2) − фосфонистая кислота и Н(РН2О2) − фосфиновая кислота (вторая форма доминирует). Изобразите их пространственное строение и укажите, почему предпочтительной является вторая форма.
16.101. Составьте уравнения реакций с участием кислородсодержащей кислоты фосфора(I) и ее производных:
а) РН2О2− + HgCl2 =
б) Н(РН2О2) + HNO3 (конц.) =
в) Н(РН2О2) + H3O+ + As2O3 =
г) Ba(РН2О2)2 (т) = Ba2Р2О7 + ...
д) Н(РН2О2) + H3O+ + Fe3+ =
е) Н(РН2О2) + H3O+ + Cu2+ =
Какие химические свойства соединений фосфора(I) проявляются в этих реакциях?
16.102. Установлено, что в водном растворе существуют две таутомерные формы фосфористой кислоты Н3РО3 − кислородсодержащей кислоты фосфора(III): Н2(РНО3) − фосфоновая кислота и Р(ОН)3 − гидроксид фосфора(III) (вторая форма содержится в следовых количествах). Изобразите пространственное строение данных молекул и укажите причины, по которым предпочтительной является первая форма.
16.103. Жидкий трихлорид фосфора смешивают с избытком воды и добавляют избыток гидроксида бария. Выпавший осадок средней соли отделяют от раствора и обезвоживают в сушильном шкафу. При прокаливании этой соли образуются фосфин, водяной пар, а также дифосфат и ортофосфат бария. Составьте уравнения реакций.
16.104. Составьте уравнения реакций с участием кислородсодержащей кислоты фосфора(III):
а) Н2(РНО3) + H3O+ + Zn =
б) Н2(РНО3) + Ag+ =
в) Н2(РНО3) + H2O + HgCl2 =
г) Н2(РНО3) + H2O (при нагревании) = Н2 + …
Какие химические свойства соединений фосфора(III) характеризуют эти реакции?
16.105. Приведите уравнения реакций, протекающих при контакте:
а) декаоксида тетрафосфора с водой
б) гексаоксида тетрафосфора с концентрированной серной кислотой.
Укажите условия проведения этих реакций.
16.106. Приведите уравнение реакции лабораторного способа получения орто-фосфорной кислоты, исходя из красного фосфора и концентрированной азотной кислоты.
16.107. По правилу Полинга предскажите силу кислот Н(РН2О2), Н2(РНО3), Н3РО4, Н4Р2IVO6, Н4Р2О7, Н2РО3F в водном растворе. Составьте уравнения протолитических реакций. Назовите эти кислоты.
16.108. Геометрическое строение иона Р2О74− − два тетраэдра с общей вершиной. Подтвердите такое строение предсказанием типа гибридизации атомных орбиталей фосфора. По методу валентных связей предскажите также геометрическую форму фосфинат-иона РН2О2−, фосфонат-иона РНО32− и ортофосфат-иона РО43◺. Приведите все возможные доводы, характеризующие наибольшую устойчивость и реакционную инертность иона РО43−.
16.109. Составьте названия веществ:
а) K2(РНО3), Na(РН2О2)
б) Na2Н2Р2О7, Ca5(PO4)3F
в) CaНРО4 * 2Н2О, Р4S3I2
г) (NO2)[PF6], (PCl4)[PCl6]
д) PCl4F, (PCl4+)F−
е) (PCl4)[PCl4F2]
ж) P(Br)Cl(O)F, Na3PS4
з) Н4Р2О7, Н2РО3F
16.110. Окислительные свойства соединений мышьяка(III) − As2O3 и H3AsO3 проявляются только в присутствии сильного восстановителя − атомарного водорода (в момент выделения). Как на практике осуществить эти процессы? Приведите уравнения возможных реакций.
16.111. Составьте уравнения реакций:
а) As2O3 + HNO3 (конц.) =
б) AsO33− + OH− + I2 =
в) As2O3 + OH− + I2 =
г) H3AsO3 + HNO3 (разб.) =
д) H2AsO3− + OH− + ClO− =
е) AsO33− + OH− (конц.) + MnO4− =
ж) AsO33− + Н3О+ + Cr2O72− =
з) AsO33− + Ag+ =
и) AsO33− + BrO3− =
к) As2O3 (т) + KOH(т) + KClO3 (т) =
Какие химические свойства мышьяка(III) проявляются в этих реакциях?
16.112. Как в лаборатории синтезируют As2S3 и As2S5? Укажите, подвергаются ли эти сульфиды действию:
а) холодной и горячей воды
б) концентрированной и разбавленной азотной кислоты
Ответ проиллюстрируйте уравнениями реакций.
16.113. Составьте уравнения реакций:
а) AsO43− + Н3О+ + Н2S =
б) H3AsO4 + Н2О + SO2 =
в) As2O5 + Н3О+ + Zn =
г) H3AsO4 + НI =
Какие химические свойства мышьяка(V) отражают эти реакции?
16.114. Укажите, о каких свойствах соединений сурьмы(III) свидетельствует существование следующих рядов веществ:
а) Sb(NO3)3 и SbBr3
б) K[Sb(OH)4] и K[Sb(C2O4)2]
Какими свойствами обладают Sb2O3 и SbO(OH)? Дайте мотивированный ответ.
16.115. Количественное определение сурьмы в растворе основано на реакции
[SbCl4]− + Cl− + Н3О+ + IO3− =
Составьте уравнение этой реакции и объясните, в чем состоит удобство ее использования в аналитической практике.
16.116. Над осадком гидратированного Sb2O5 в растворе существуют частицы [Sb(Н2О)(OH)5], проявляющие свойства кислоты. Составьте общее уравнение реакции и укажите способы сдвига гетерогенного равновесия: а) в сторону раствора, б) в сторону осадка. Назовите все частицы, присутствующие в растворе (кроме воды).
16.117. Охарактеризуйте некоторые свойства соединений сурьмы и висмута, основываясь на протекании реакций:
а) Sb2O3 + OH− + Br2 =
б) [Sb(OH)6]− + Н3О+ + I− =
в) Sb2S3 + HCl (конц.) =
г) Sb2S3 + S2− =
д) Sb2S3 + S22− =
е) Bi2S3 + HNO3 (конц.) =
16.118. Пользуясь справочной и учебной литературой, приведите все возмож-ные доводы, опровергающие существование в кристаллах и в растворе ионов SbO+ и BiO+.
16.119. Почему при растворении нитрата висмута(III) в воде раствор мутнеет? Приведите уравнение реакции, назовите твердый продукт и укажите условия приготовления прозрачного раствора, содержащего BiIII.
16.120. Можно ли пентагидрат нитрата висмута(III) очистить перекристаллиза-цией из водного раствора? Ответ поясните.
16.121. Висмут с кислородом образует оксиды состава Bi2O3 и Bi2O5, а также BiO2. Исследование показало, что BiO2 − это двойной оксид висмута(V) и висмута(III). Приведите формулу этого соединения. Какие свойства будут характерны для него? Составьте уравнение реакции его получения из Bi2O5 * nH2O (происходит потеря кислорода уже при слабом нагревании). Объясните, почему при внесении оксидов, содержащих висмут(V), в подкисленный раствор соли марганца(II), происходит изменение окраски раствора. Ответ проиллюстрируйте уравнениями реакций.
16.122. Составьте уравнения реакций:
а) NaBiO3 (т) + HNO3 + Mn(NO3)2 =
в) NaBiO3 (т) + HNO3 + KCr(SO4)2 =
б) Bi(OH)3 (т) + NaOH + Na2S2O6(O2) =
г) Bi(OH)3 (т) + OH− + [Sn(OH)3]− =
16.123. Назовите вещества:
а) Na2H2As2O7, KAsH2, Na3AsS4
б) As4S4, Ca2Mg(AsO4)2 * 2H2O
в) Na3AsO2S2 * 11H2O, (NF4)[AsF6]
г) K[As(OH)F5], (AsF2)[SbF6]
д) (SbIIISbV)O4, Sb(NO3)O2(OH)
е) Bi(ClO4)(OH)2, (PbBi2)S4
ж) K[As(OH)F5], (AsF2)[SbF6]
з) Bi(NO3)O, Na3[SbS4] * 9H2O
|| Содержание Вопросника || || Содержание раздела "Студгородок" ||
