Преходни елементи хидриди. Примери за приложение на метално-водородни системи

Докато теорията на тектониката на плочите празнува своята „победа“, успоредно с това придобива недостатъци в хода на по -нататъшни проучвания на структурата на недрата и се движи към нейното срутване, теорията за разширяването на Земята решава двата й основни проблема и в същото време време-беше открит вариант на такъв механизъм за разширяване, който едновременно премахва всички въпроси чрез "извън границите" налягания в сърцевината.

Изход от дългата задънена улица беше предложен преди около три десетилетия от съветския учен Владимир Ларин (сега доктор на геоложките науки), който, както често се случва, подходи към този проблем от съвсем друг ъгъл.

Ориз. 69. Схема на атомите на метал и водород

На първо място, разтварянето на водород в метал се оказва не просто смесване на него с метални атоми - в този случай водородът дава своя електрон, който има само един, в общата касичка на разтвора, и остава абсолютно "гол" протон. И размерът на протона е 100 хиляди пъти (!) По -малък от размера на всеки атом, което в крайна сметка (заедно с огромна концентрация на заряд и маса на протона) му позволява дори да проникне дълбоко в електронната обвивка на други атоми (тази способност на гол протон вече е доказана експериментално).

Но прониквайки вътре в друг атом, протонът, така да се каже, увеличава заряда на ядрото на този атом, увеличавайки привличането на електрони към него и по този начин намалява размера на атома. Следователно разтварянето на водород в метал, колкото и парадоксално да изглежда, може да доведе не до разхлабване на такова решение, а напротив, до уплътняване на основния метал... При нормални условия (тоест при нормално атмосферно налягане и стайна температура) този ефект е незначителен, но при високо налягане и температура е доста значителен.

По този начин предположението, че външното течно ядро на Земята съдържа значително количество водород, първо, не противоречи на неговите химични свойства; второ, той вече решава проблема с дълбокото съхранение на водород за рудни находища; и трето, което е по -важно за нас, позволява значително уплътняване на веществото без също толкова значително повишаване на налягането в него.

„Цилиндър на базата на ... интерметално съединение [сплав от лантан и никел] е създаден в Московския университет. Като завъртите крана - и хиляда литра водород се освобождават от литров цилиндър! " (М. Курячая, „Хидриди, които ги нямаше“).

Но се оказва, че всичко това са "семена" ...

В металните хидриди - тоест в химичните съединения на метал с водород - имаме различна картина: не водородът е този, който дарява своя електрон (на обикновена доста хлабава електронна касичка), а металът се освобождава от външния си електрон обвивка, образувайки така наречената йонна връзка с водород. В този случай водородният атом, приемайки допълнителен електрон на същата орбита, в който вече съществуващия електрон се върти, практически не променя размера си. Но радиусът на йон на метален атом - тоест атом без външната си електронна обвивка - е много по -малък от радиуса на самия атом. За желязото и никела радиусът на йони е около 0,6 от радиуса на неутрален атом, а за някои други метали съотношението е още по -впечатляващо. Такова намаляване на размера на металните йони им позволява да бъдат уплътнени в хидридна форма няколко пъти без никакво повишаване на налягането в резултат на такова уплътняване! ..

Освен това тази способност за свръхплътност на опаковката от хидридни частици е експериментално открита дори при нормални нормални условия (виж таблица 1), а при високи налягания се увеличава още повече.

Плътност, g / cm

Метални

Хидрид

Консолидация,%

Раздел. 1. Възможност за запечатване на някои хидриди (при нормални условия)

В допълнение, самите хидриди също са способни да разтварят допълнително водород в себе си. Те дори се опитаха да използват тази способност по едно време при разработването на автомобилни двигатели с водород за съхранение на гориво.

„... например, един кубичен сантиметър магнезиев хидрид съдържа един и половина пъти повече водород по тегло, отколкото се съдържа в кубичен сантиметър течен водород, и седем пъти повече, отколкото в газ, сгъстен до сто и петдесет атмосфери! " (М. Курячая, „Хидридите, които не бяха там“).

Един проблем - при нормални условия хидридите са много нестабилни ...

Но ние не се нуждаем от нормални условия, тъй като говорим за възможността за съществуването им дълбоко в недрата на планетата - където налягането е много по -високо. И с увеличаване на налягането стабилността на хидридите се увеличава значително.

В наши дни експериментално потвърждение на тези свойства вече е получено и все повече геолози постепенно са склонни да смятат, че моделът на хидридното ядро може да се окаже много по-близо до реалността от предишния модел железо-никел. Нещо повече, усъвършенстваните изчисления на условията в недрата на нашата планета разкриват незадоволителния характер на "чистия" железо-никелов модел на ядрото му.

„Сеизмологичните измервания показват, че както вътрешните (твърди), така и външните (течни) ядра на Земята се характеризират с по -ниска плътност в сравнение със стойността, получена въз основа на модела на ядрото, състоящо се само от метално желязо със същите физико -химични параметри ...

Наличието на водород в сърцевината отдавна е спорно поради ниската му разтворимост в желязо при атмосферно налягане. Последните експерименти обаче дадоха възможност да се установи, че железният хидрид FeH може да се образува при високи температури и налягане и, когато е потопен в дълбочина, е стабилен при налягане над 62 GPa, което съответства на дълбочини ~ 1600 км. В тази връзка наличието на значителни количества (до 40 mol.%) Водород в сърцевината е напълно приемливо и намалява плътността му до стойности, съответстващи на сеизмологичните данни“(Ю. Пущаровски,„ Тектоника и геодинамика на земната мантия “).

Но най -важното е, че при определени условия - например при намаляване на налягането или при нагряване - хидридите са способни да се разлагат на компоненти. Металните йони преминават в атомно състояние с всички последващи последствия. Провежда се процес, при който обемът на материята се увеличава значително, без да се променя масата, тоест без никакво нарушение на закона за запазване на материята. Подобен процес се случва, когато водородът се освобождава от разтвор в метал (виж по -горе).

И това вече дава напълно разбираем механизъм за увеличаване размера на планетата !!!

„Основната геоложка и тектонична последица от хипотезата за първоначално хидридна Земя е значителна, вероятно многократна, през геоложката история увеличаване на обема му, което се дължи на незаменимото разпадане на вътрешността на планетата по време на дегазирането на водород и прехода на хидриди в метали “(В. Ларин,„ Хипотезата за първоначално хидридната Земя “).

И така, Ларин предложи теория, която не само решава някои от проблемите на рудните находища и обяснява редица процеси в историята на Земята (към които ще се върнем), но също така предоставя сериозна основа за хипотезата за разширяването на нашата планета - като страничен ефект.

Ларин направи основното - премахна всички основни проблеми на теорията за разширяването на Земята! ..

Остават само „технически подробности“.

Например, абсолютно не е ясно колко точно се е увеличила нашата планета през целия период на съществуването си и с каква скорост е станало нейното разширяване. Различни изследователи дават оценки, които са много различни един от друг, освен това силно приличат на просто смучене на пръсти.

"... в палеозоя, според тази хипотеза, радиусът на Земята е бил приблизително 1,5 - 1,7 пъти по -малък от съвременния и следователно оттогава обемът на Земята се е увеличил приблизително 3,5 - 5 пъти" (O . Сорохтин, „Сблъсъкът на разширяващата се земя“).

„Най -вероятната ми се струва идеята за относително умерен мащаб на разширяването на Земята, при който от ранния архей (тоест за 3,5 милиарда години) радиусът му може да се увеличи с не повече от един и половина до два пъти, от късния протерозой (тоест за 1, 6 милиарда години) - не повече от 1,3 - 1,5 пъти, а от началото на мезозоя (тоест през последните 0,25 милиарда години) с не повече от 5, максимум 10 процента "(Е. Милановски," Земята се разширява? Земята пулсира ли? ").

Уви. Хипотезата на Ларин също не дава директен отговор на този въпрос.

Нещо повече, всички изследователи изхождаха от факта, че процесът протича от самото начало на образуването на Земята повече или по -равномерно (авторът на хидридната теория В. Ларин също се придържа към тази хипотеза). И това води до толкова ниски темпове на разширяване, че е практически невъзможно да се поправи с модерни инструменти. А проверката на валидността на теорията изглежда е въпрос само на далечното бъдеще.

Водород -металните системи често са прототипи при изследване на редица основни физични свойства. Изключителната простота на електронните свойства и ниската маса на водородните атоми правят възможно анализирането на явления на микроскопично ниво. Разглеждат се следните задачи:

Пренареждане на електронната плътност близо до протон в сплав с ниски концентрации на водород, включително силно взаимодействие между електрони и йони
Определяне на косвено взаимодействие в метална матрица чрез смущение на "електронната течност" и деформация на кристалната решетка.
При високи концентрации на водород възниква проблемът с образуването на метално състояние в сплави с нестехиометричен състав.

Водород-метални сплави

Водородът, локализиран в междините на металната матрица, слабо изкривява кристалната решетка. От гледна точка на статистическата физика е внедрен моделът на взаимодействащия „решетъчен газ“. От особен интерес е изследването на термодинамичните и кинетичните свойства в близост до точките на фазовия преход. При ниски температури се образува квантова подсистема с висока енергия на вибрации с нулева точка и с голяма амплитуда на изместване. Това дава възможност да се изследват квантовите ефекти по време на фазовите трансформации. Високата подвижност на водородни атоми в метал прави възможно изследването на дифузионните процеси. Друга област на изследване е физиката и физическата химия на повърхностните явления на взаимодействието на водорода с металите: разпадането на водородна молекула и адсорбцията върху повърхността на атомния водород. От особен интерес е случаят, когато първоначалното състояние на водорода е атомно, а крайното състояние е молекулно. Това е важно при създаването на метастабилни металоводородни системи.

Приложение на водород -метални системи

Пречистване на водород и водородни филтри
Използването на метални хидриди в ядрени реактори като модератори, отражатели и др.
Разделяне на изотопи
Реактори за синтез - извличане на тритий от литий
Устройства за дисоциация на вода
Електроди на горивната клетка и акумулатора
Съхранение на водород за двигатели на автомобили на базата на метални хидриди
Термопомпи на базата на метални хидриди, включително климатици за превозни средства и домове
Преобразуватели на енергия за топлоелектрически централи

Интерметални метални хидриди

Хидридите на интерметални съединения се използват широко в промишлеността. По -голямата част от акумулаторните батерии и акумулатори, например за мобилни телефони, преносими компютри (лаптопи), фото и видео камери съдържат електрод от метален хидрид. Тези батерии са екологично чисти, тъй като не съдържат кадмий.

Типични NiMH батерии

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво представляват „метални хидриди“ в други речници:

Съединения на водород с метали и неметали с по-малка електроотрицателност от водорода. Понякога съединенията на всички елементи с водород се считат за хидриди. Класификация В зависимост от естеството на водородната връзка те разграничават ... ... Уикипедия

Съединения на водород с метали или неметали по-малко електроотрицателни от водорода. Понякога връзката се приписва на G. всички хим. елементи с водород. Разграничете прости, или бинарни, G., сложни (вижте например алуминиеви хидриди, метални борхидриди ... Химическа енциклопедия

Съединения на водород с други елементи. В зависимост от естеството на водородната връзка се разграничават три вида водород: йонни, метални и ковалентни. Йонни (подобни на сол) G. включват G. на алкални и алкалоземни метали. То… …

- (металиди), притежават метални. с вас, по -специално електрически. проводимост, която се дължи на метални. естеството на химикала. комуникация. До М. с. включват комп. метали помежду си интерметали и много други. съединител метали (главно преходни) с неметали .... Химическа енциклопедия

Борови хидриди, борани, бор-водородни съединения. Б. са известни, съдържащи от 2 до 20 борни атома в молекула. Най -простият B., BH3, не съществува в свободно състояние; той е известен само под формата на комплекси с амини, етери и т.н. Герой ....... Велика съветска енциклопедия

Прости вещества с характерни свойства при нормални условия: висока електропроводимост и топлопроводимост, отрицателен температурен коефициент на електрическа проводимост, способност да отразява добре електромагнитните вълни ... ... Велика съветска енциклопедия

ПОДГРУПА VA. ФОСФОРНО АЗОТНО СЕМЕЙСТВО Тенденцията в свойствата от неметални до метални, която се среща в подгрупи IIIA и IVA, също е характерна за тази подгрупа. Преходът към металност (макар и не остър) започва с арсен, в ... ... Енциклопедия на Collier

- (от лат. inter between и метал) (интерметални съединения), хим. съединител две или няколко. метали помежду си. Отнася се до метални съединения или метали. И. се образуват в резултат на взаимодействие. компоненти по време на синтез, конденз от пара ... Химическа енциклопедия

- (от гръцки. metallon първоначално, мой, мой), in va, които при нормални условия имат характерни, метални, високи електрически свойства. проводимост и топлопроводимост, отхвърлено. температурен коефициент електрически проводимост, способност ....... Химическа енциклопедия

Метални- (Метал) Определяне на метал, физични и химични свойства на метали Определяне на метал, физични и химични свойства на метали, приложение на метали Съдържание Съдържание Определение Наличие в природата Свойства Характерни свойства ... ... Енциклопедия на инвеститорите

Конвенционалното съхранение (в цилиндри) на сгъстен или втечнен водород е доста опасно. В допълнение, водородът много активно прониква през повечето метали и сплави, което прави спирателните и транспортните клапани много скъпи.

Свойството на водорода да се разтваря в метали е известно от 19 -ти век, но едва сега перспективите за използването на метални хидриди и интерметални съединения като компактно водородно съхранение са станали видими.

Видове хидриди

Хидридите са разделени на три типа (някои хидриди могат да имат няколко свойства на свързване, например да са метално-ковалентни): метални, йонни и ковалентни.

Йонни хидриди -като правило те се създават при високи налягания (~ 100 атм.) и при температури над 100 ° С. Типични представители са хидридите на алкални метали. Интересна особеност на йонните хидриди е по -висока степен на атомна плътност, отколкото в изходния материал.

Ковалентни хидриди- практически не намират приложение поради ниската стабилност и високата токсичност на използваните метали и интерметални съединения. Типичен представител е берилиев хидрид, получен чрез метода на "мокра химия" чрез взаимодействието на диметилберилий с литиев алуминиев хидрид в разтвор на диетилов етер.

Метални хидриди- могат да се разглеждат като сплави на метален водород, тези съединения се характеризират с висока електрическа проводимост, подобно на изходните метали. Металните хидриди образуват почти всички преходни метали. В зависимост от видовете връзки, металните хидриди могат да бъдат ковалентни (например магнезиев хидрид) или йонни. Почти всички метални хидриди изискват високи температури за дехидрогениране (реакция на водороден откат).

Типични метални хидриди

Оловен хидрид - PbH4 е бинарно неорганично химично съединение на олово с водород. Той е много активен, в присъствието на кислород (във въздуха) се запалва спонтанно.

Цинков хидроксид - Zn (OH) 2 - амфотерен хидроксид. Той се използва широко като реагент в много химически индустрии.

Паладиев хидрид е метал, в който водородът се намира между паладиевите атоми.
Никеловият хидрид - NiH - често се използва с добавки на лантан LaNi5 за електроди на батерията.

Металните хидриди могат да образуват следните метали:
Ni, Fe, Ni, Co, Cu, Pd, Pt, Rh, Pd-Pt, Pd-Rh, Mo-Fe, Ag-Cu, Au-Cu, Cu-Ni, Cu-Pt, Cu-Sn.

Рекордни метали по отношение на обема на съхранявания водород

Най -добрият метал за съхранение на водород е паладий (Pd). Почти 850 обема водород могат да бъдат "опаковани" в един обем паладий. Но перспективите за такова хранилище пораждат силни съмнения с оглед на високата цена на този метал от платиновата група.
За разлика от това, някои метали (например мед Cu) разтварят само 0,6 обема водород на обем мед.

Магнезиевият хидрид (MgH2) може да съхранява до 7,6% масова част водород в кристалната решетка. Въпреки примамливите стойности и ниското специфично тегло на такива системи, очевидно препятствие са високите температури на реакциите с директен и обратен заряд-разряд и високите ендотермични загуби по време на дехидрогенирането на съединението (около една трета от енергията на съхранения водород) .
Кристална структура на β-фазата на MgH2 хидрид (фигура)

Натрупване на водород в метали

Реакцията на абсорбция на водород от метали и интерметални съединения протича при по -високо налягане от освобождаването му. Това се определя от остатъчните пластични деформации на кристалната решетка по време на прехода от наситен α-разтвор (първоначално вещество) към β-хидрид (вещество със съхранен водород).

Метали, които не разтварят водород

Следните метали не абсорбират водород:
Ag, Au, Cd, Pb, Sn, Zn
Някои от тях се използват като спирателни клапани за съхранение на сгъстен и втечнен водород.

Нискотемпературните метални хидриди са едни от най-обещаващите хидриди. Те имат ниски загуби по време на дехидрогениране, високи нива на цикли на зареждане-разреждане, са почти напълно безопасни и имат ниска токсичност. Ограничението е относително ниската специфична плътност на водохранилището. Теоретичният максимум е съхранение на 3%, но в действителност 1-2% от масовата част на водорода.

Използването на прахообразни метални хидриди налага ограничения върху скоростта на циклите на зареждане-разреждане поради ниската топлопроводимост на праховете и изисква специален подход при проектирането на контейнери за тяхното съхранение. Типично е да се въвеждат в контейнера за съхранение зони, които улесняват преноса на топлина и производството на тънки и плоски цилиндри. Известно увеличаване на скоростта на циклите на разряд-заряд може да се постигне чрез въвеждане на инертно свързващо вещество в металния хидрид, който има висока топлопроводимост и висок праг на инертност към водорода и основното вещество.

Интерметални хидриди

Освен метали, съхранението на водород в така наречените "интерметални съединения" също е обещаващо. Такива съоръжения за съхранение на водород се използват широко в битови металохидридни батерии. Предимството на такива системи е относително ниската цена на реагентите и ниското въздействие върху околната среда. В момента металохидридните батерии са почти универсално заменени от литиеви системи за съхранение на енергия. Максималната съхранена енергия на промишлени дизайни в никел-метал хидридни батерии (Ni-MH) е 75 Wh / kg.

Важно свойство на някои интерметални съединения е тяхната висока устойчивост на примеси, съдържащи се във водорода. Това свойство позволява такива съединения да се използват в замърсена среда и в присъствието на влага. Множествените цикли на зареждане-разреждане в присъствието на замърсители и вода във водород не тровят работното вещество, но намаляват капацитета на следващите цикли. Намаляването на полезния капацитет се дължи на замърсяването на основния материал с метални оксиди.

Разделяне на интерметални хидриди

Интерметалните хидриди се делят на високотемпературни (дехидрогениращи при стайна температура) и високотемпературни (повече от 100 ° C). Налягането, при което хидридната фаза се разлага) обикновено не е повече от 1 атм.
В реалната практика се използват сложни интерметални хидриди, състоящи се от три или повече елемента.

Типични интерметални хидриди

Лантанов никелов хидрид - LaNi5 - хидрид, в който една единица от LaNi5 съдържа повече от 6 атома Н. Десорбцията на водород от никелов лантан е възможна при стайна температура. Елементите, включени в това интерметално съединение, обаче също са доста скъпи.
Единичен обем лантан-никел съдържа един и половина пъти повече водород от течния Н2.

Характеристики на интерметално-водородни системи:

високо съдържание на водород в хидрида (тегл.%);
екзо (ендо) -термичност на реакцията на абсорбция (десорбция) на водородни изотопи;
промяна в обема на металната матрица в процеса на абсорбция - десорбция на водород;
обратимо и селективно абсорбиране на водород.

Области на практическо приложение на интерметални хидриди:

стационарно съхранение на водород;
мобилност при съхранение и транспорт на водород;
компресори;
отделяне (пречистване) на водород;
термопомпи и климатици.

Примери за приложение на метално-водородни системи:

фино пречистване на водород, всички видове водородни филтри;
реактиви за прахова металургия;
модератори и отражатели в системи за ядрено делене (ядрени реактори);
разделяне на изотопи;
термоядрени реактори;
агрегати за дисоциация на вода (електролизатори, вихрови камери за производство на газообразен водород);
електроди за батерии на базата на волфрамово-водородни системи;
метални хидридни батерии;
климатици (термопомпи);
преобразуватели за електроцентрали (ядрени реактори, топлинни електроцентрали);
транспортиране на водород.

В статията се споменават метали:

Неорганична химия

Съвместна хидролиза на соли

Например:

Задача 1.1.

Задача 1.2

Отговори по -долу

Задача 1.3.

Отговори по -долу

Реакции на оксиди с вода

Например:

Задача 2.1

Mn 2 O 7 + H 2 O =

Отговори по -долу

Задача 3.1

Отговори по -долу

Алкална или киселинна хидролиза на бинарни съединения

За училищния курс - екзотично нещо, но тук на изпита -2014 срещнах ... Говорим за такива, например реакции:

Ca 3 N 2 + HCl =

Тук можете да разсъждавате по този начин. Алкални (NaOH) или киселинни (HCl) реагират с бинарно съединение в разтвор. Това означава, че всъщност първо има реакция с вода (хидролиза на бинарно съединение):

PCl 5 + H 2 O → H 3 PO 4 + HCl

Ca 3 N 2 + H 2 O → Ca (OH) 2 + NH 3

И тогава продуктите на хидролиза реагират с алкали (в първия случай) или с киселина (във втория случай):

PCl 5 + H 2 O → H 3 PO 4 + HCl → ( + NaOH) → Na 3 PO 4 + NaCl + H 2 O

Ca 3 N 2 + H 2 O → Ca (OH) 2 + NH 3 → ( + HCl) → CaCl 2 + NH 4 Cl + (H 2 O)

В резултат на това уравненията ще изглеждат така:

PCl 5 + 8NaOH = Na3 PO 4 + 5NaCl +4 H20

Ca 3 N 2 + 8HCl = 3CaCl 2 + 2NH 4 Cl

Практика:

Задача 3.2Разсъждавайки по подобен начин, определете какво ще се случи с взаимодействието:

Na 3 N + HCl →

PBr 3 + NaOH →

Отговори по -долу

Амонякът и неговите свойства

Амонякът реагира с киселини, свързвайки протон чрез донорно-акцепторен механизъм и образувайки амониеви соли.

Задача 4.1... Амонякът преминава през разтвора на сярна киселина. Какви две соли могат да се образуват в този случай? От какво зависи? Запишете уравненията на реакцията.

Отговори по -долу

Водният разтвор на амоняк има свойствата на слабо алкално, поради което може да се използва за утаяване на неразтворими метални хидроксиди.

Задача 4.2... Излишъкът от амоняк преминава през воден разтвор на хром (III) сулфат. Запишете уравнението на реакцията.

Отговори по -долу

3) Амонякът е редуктор. По -специално, той е в състояние да редуцира металите от оксиди.

Задача 4.3... При нагряване през меден (II) оксид преминава поток от амоняк. Напишете уравнението на реакцията.

Отговори по -долу

4) Амонякът може да бъде лиганд и може да образува комплекси - амоняк. Споменаването на амонячния комплекс от мед в USE е особено вероятно, тъй като има ярко син цвят и може да се използва за откриване на съединения на двувалентна мед.

Задача 4.4... Към разтвора на меден (II) сулфат се добавя излишък от воден разтвор на амоняк. Запишете уравнението на реакцията.

Отговори по -долу

По принцип тези реакции, които са придружени от експлозии, протичат с най -голяма скорост. И при нормални условия - йонообменни реакции във водни разтвори. Защо? Тъй като те включват електролити, които вече са дисоциирани, връзките се разрушават. Следователно, нищо не пречи на йони да се свържат незабавно един с друг. Може да се предположи, че бариерата за активиране на такава реакция се доближава до нула.

Например:

Какви вещества реагират помежду си с най -бързи темпове при стайна температура:

1) HCl (p-p) и NaOH (p-p)

2) S (tv.) И H 2 (g)

3) CO 2 (g) и H 2 O (g)

4) FeS 2 (твърдо вещество) и O 2 (g)

Правилният отговор е 1), тъй като това е реакция на йонообмен.

Смесени оксиди Fe 3 O 4 и Pb 3 O 4

Желязото образува смесен оксид - железен мащаб Fe 3 O 4 (FeO ∙ Fe 2 O 3) със степени на окисление +2 и +3.

Оловото образува смесен оксид - червен олово Pb 3 O 4 (2PbO ∙ PbO 2) със степени на окисление +2 и +4.

Когато тези оксиди реагират с киселини, могат да се получат две соли наведнъж:

Fe 3 O 4 + 8HCl = FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O

Pb 3 O 4 + 4HNO 3 = 2Pb (NO 3) 2 + PbO 2 + H 2 O (PbO 2 е амфотерен, следователно не се превръща в сол).

Преходи Fe +2 ↔ Fe +3 и Cu +1 ↔ Cu +2

Ето някои трудни ситуации:

Fe 3 O 4 + HNO 3 = какво се случва?

Изглежда, че трябва да се получат две соли и вода: Fe (NO 3) 2 + Fe (NO 3) 3 + H 2 O (виж предишния раздел), но HNO 3 е силно окислител, поради което ще окисли желязото +2 като част от железната скала до желязо +3 и получавате само една сол:

Fe 3 O 4 + 10HNO 3 (конц) = 3Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

По същия начин в реакцията Cu 2 O + HNO 3 може да изглежда, че продуктите ще бъдат CuNO 3 + H 2 O. Но всъщност едновалентната мед (Cu +1 2 O) може да се окисли до двувалентна, така че редокс реакцията ще се състои:

Cu 2 O + 6HNO 3 (конц) = 2Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 3H 2 O

Задача 7.1... Запишете уравненията на реакцията:

Fe 3 O 4 + H 2 SO 4 (разреден) =

Fe 3 O 4 + H 2 SO 4 (конц) =

Fe 2 (SO 4) 3 + H 2 S =

Отговори по -долу

Разлагане на нитрати

По принцип разграждането на нитратите протича по добре известна схема, а съставът на продуктите зависи от местоположението на метала в линията на дейност. Но има трудни ситуации:

Цел 9.1Какви продукти се получават от разлагането на железен (II) нитрат? Запишете уравнението на реакцията.

Цел 9.2Какви продукти ще се получат от разлагането на меден (II) нитрат? Запишете уравнението на реакцията.

Отговори по -долу

Органична химия

Тривиални имена

Трябва да знаете кои органични вещества съответстват на имената:

изопрен, дивинил, винил ацетилен, толуен, ксилен, стирен, кумол, етилен гликол, глицерин, формалдехид, ацеталдехид, пропионов алдехид, ацетон, първите шест наситени едноосновни киселини (мравчена, оцетна, пропионова, маслена, валерова киселина), стеаринова киселина, палмитинова киселина, олеинова киселина, линолова киселина, оксалова киселина, бензоена киселина, анилин, глицин, аланин. Не бъркайте пропионовата киселина с пропеновата киселина !! Соли на най -важните киселини: мравчена - формиати, оцетна - ацетати, пропионова - пропионати, маслена - бутирати, оксалова - оксалати. Радикалът –CH = CH 2 се нарича винил !!

В същото време някои неорганични тривиални имена:

Трапезна сол (NaCl), негасена вар (CaO), гасена вар (Ca (OH) 2), варова вода (разтвор на Ca (OH) 2), варовик (CaCO 3), кварц (известен също като силициев диоксид или силициев диоксид - SiO 2), въглероден диоксид (CO 2), въглероден окис (CO), серен диоксид (SO 2), кафяв газ (NO 2), сода бикарбонат или сода (NaHCO 3), калцинирана сода (Na 2 CO 3), амоняк (NH 3 ), фосфин (PH 3), силан (SiH 4), пирит (FeS 2), олеум (разтвор на SO 3 в концентриран H 2 SO 4), меден сулфат (CuSO 4 ∙ 5H 2 O).

Някои редки реакции

1) Образуване на винил ацетилен:

2) Реакция на директно окисляване на етилен до ацеталдехид:

Тази реакция е коварна, тъй като ние знаем много добре как ацетиленът се превръща в алдехид (реакция на Кучеров) и ако трансформацията на етилен → алдехид настъпи във веригата, това може да ни обърка. И така, тази реакция се има предвид!

3) Реакция на директно окисляване на бутан до оцетна киселина:

Тази реакция е в основата на промишленото производство на оцетна киселина.

4) Реакцията на Лебедев:

Разлики между феноли и алкохоли

Огромен брой грешки при такива задачи !!

1) Трябва да се помни, че фенолите са по-кисели от алкохолите (О-Н връзката в тях е по-полярна). Следователно алкохолите не реагират с алкали, докато фенолите реагират както с алкали, така и с някои соли (карбонати, бикарбонати).

Например:

Цел 10.1

Кое от тези вещества реагира с литий:

а) етилен гликол, б) метанол, в) фенол, г) кумол, д) глицерин.

Цел 10.2

Кое от тези вещества реагира с калиев хидроксид:

а) етилен гликол, б) стирен, в) фенол, г) етанол, д) глицерин.

Цел 10.3

Кои от тези вещества реагират с цезиев бикарбонат:

а) етилен гликол, б) толуен, в) пропанол-1, г) фенол, д) глицерин.

2) Трябва да се помни, че алкохолите реагират с водородни халогениди (тази реакция протича чрез СО-връзката), но фенолите не (в тях СО-връзката е неактивна поради ефекта на конюгиране).

Дезахариди

Основни дизахариди: захароза, лактоза и малтозаимат същата формула C 12 H 22 O 11.

Трябва да запомните за тях:

1) че те могат да се хидролизират в тези монозахариди, от които се състоят: захароза- за глюкоза и фруктоза, лактоза- за глюкоза и галактоза, малтоза- за две глюкоза.

2) че лактозата и малтозата имат алдехидна функция, тоест те са редуциращи захари (по-специално те дават огледални реакции „сребро“ и „мед“), а захарозата, нередуциращ дизахарид, няма алдехидна функция.

Реакционни механизми

Дано следните знания са достатъчни:

1) алканите (включително в страничните вериги на арените, ако тези вериги са ограничаващи) се характеризират с реакции заместване със свободни радикали (с халогени), които вървят заедно радикален механизъм (иницииране на верига - образуване на свободни радикали, развитие на веригата, прекратяване на веригата по стените на съда или при сблъсък на радикали);

2) за алкени, алкини, арени са характерни реакциите електрофилна връзка които вървят заедно йонния механизъм (чрез образование пи комплекс и карбокатион ).

Характеристики на бензола

1. Бензолът, за разлика от други арени, не се окислява от калиев перманганат.

2. Бензолът и неговите хомолози могат да влизат реакция на добавяне с водород. Но само бензолът също може да влезе реакция на добавяне с хлор (само бензен и само с хлор!). Освен това всички арени могат да влизат реакция на заместване с халогени.

Реакцията на Зинин

Редукция на нитробензен (или подобни съединения) до анилин (или други ароматни амини). Тази реакция почти сигурно ще се случи в един от нейните видове!

Вариант 1 - редукция с молекулен водород:

C 6 H 5 NO 2 + 3H 2 → C 6 H 5 NH 2 + 2H 2 O

Вариант 2 - редукция с водород, получен чрез реакцията на желязо (цинк) със солна киселина:

C 6 H 5 NO 2 + 3Fe + 7HCl → C 6 H 5 NH 3 Cl + 3FeCl 2 + 2H 2 O

Вариант 3 - редукция с водород, получен чрез взаимодействието на алуминий с алкали:

C 6 H 5 NO 2 + 2Al + 2NaOH + 4H 2 O → C 6 H 5 NH 2 + 2Na

Свойства на амините

По някаква причина свойствата на амините са най -лошо запомнени. Може би това се дължи на факта, че амините са последните, които се изучават в хода на органичната химия, и техните свойства не могат да бъдат повторени чрез изучаване на други класове вещества. Затова рецептата е следната: просто научете всички свойства на амините, аминокиселините и протеините.

Разлагане на ацетати

По някаква причина съставителите на изпита смятат, че трябва да знаете как се разлагат ацетатите. Въпреки че учебниците нямат тази реакция. Различните ацетати се разлагат по различни начини, но нека си припомним реакцията, която се среща при изпита:

термичното разлагане на бариев (калциев) ацетат произвежда бариев (калциев) карбонат и ацетон !!!

Ba (CH 3 COO) 2 → BaCO 3 + (CH 3) 2 CO ( t 0)

Ca (CH 3 COO) 2 → CaCO 3 + (CH 3) 2 CO ( t 0)

Всъщност това е декарбоксилиране:

Отговори:

1.1. По време на съвместната хидролиза на соли, едната от които се хидролизира от катиона, а другата от аниона, хидролизата взаимно се усилва и преминава към образуването на крайните продукти от хидролизата на двете соли: 2AlCl 3 + 3Na 2 S + 6H 2 O = 2Al (OH) 3 ↓ + 3H 2 S + 6NaCl

1.2. По подобен начин: 2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Fe (OH) 3 ↓ + 3CO 2 + 6NaCl

1.3. Последователност на реакциите:

2Al + 3I 2 = 2AlI 3

AlI 3 + 3NaOH = Al (OH) 3 + 3NaI

Al (OH) 3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O

2AlCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Al (OH) 3 + 3CO 2 + 6NaCl

NO + H 2 O = не реагират (като несолеобразуващ оксид)

BaO + H 2 O = Ba (OH) 2 (реагира като се получи разтворим хидроксид)

CrO + H 2 O = (не реагирайте, тъй като хромовият (II) хидроксид е неразтворим)

SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 (реагира като се получи разтворим хидроксид)

SiO 2 + H 2 O = (не реагирайте, тъй като силициевият (IV) хидроксид, тоест силициевата киселина е неразтворим)

Mn 2 O 7 + H 2 O = 2HMnO 4 (реагирайте при получаване на разтворим хидроксид - манганова киселина)

2NO 2 + H 2 O = HNO 2 + HNO 3

3.1. Хидролизата на бинарни съединения води до хидроксид на първия елемент и водородното съединение на втория елемент. В случай на хидрид, вторият продукт е просто водород:

NaH + H2O = NaOH + H2

MgH2 + 2H2O = Mg (OH) 2 + 2H2

Na 3 N + 4HCl → 3NaCl + NH 4 Cl

PBr 3 + 6NaOH → Na3PO3 + 3NaBr + 3H 2 O

4.1 Когато амонякът преминава през разтвори на многоосновни киселини, могат да се получат средни или кисели соли, в зависимост от това кой от реагентите е в излишък:

NH 3 + H 2 SO 4 = NH 4 HSO 4 (киселина в излишък)

2NH 3 + H 2 SO 4 = 2 (NH 4) 2 SO 4 (излишък от амоняк)

Cr 2 (SO 4) 3 + 6NH 3 + 6H 2 O = 2Cr (OH) 3 ↓ + 3 (NH 4) 2 SO 4

(Това всъщност е същата реакция като:

Cr 2 (SO 4) 3 + 6NH 4 OH = 2Cr (OH) 3 ↓ + 3 (NH 4) 2 SO 4,

но сега не е обичайно да се пише формулата NH 4 OH).

3CuO + 2NH 3 = 3Cu + N2 + 3H2O

CuSO 4 + 4NH 3 = SO 4

(Въпреки че в действителност това е първата реакция:

CuSO 4 + 2NH 3 + 2H 2 O = Cu (OH) 2 ↓ + (NH 4) 2 SO 4 (тъй като амонякът действа като алкал)

И тогава: Cu (OH) 2 ↓ + 4NH 3 = (OH) 2)

Като цяло, във всеки случай, с достатъчно количество амоняк, ще се окаже сложно и ярко синьо оцветяване!

K 3 + 6HBr = 3KBr + AlBr 3 + 6H 2 O

K 3 + 3HBr = 3KBr + Al (OH) 3 ↓ + 3H 2 O

Na 2 + 2CO 2 = 2NaHCO 3 + Zn (OH) 2 ↓

K = KAlO 2 + 2H 2 O ( t 0)

Cl + 2HNO 3 = 2NH 4 NO 3 + AgCl ↓

2СuSO 4 + 4KI = 2CuI + I 2 + 2K 2 SO 4 (двувалентната мед е редуцирана до едновалентна)

Fe 2 O 3 + 6HI = 2FeI 2 + I 2 + 3H 2 O

KNO 2 + NH 4 I = KI + N 2 + 2H 2 O

H 2 O 2 + 2KI = I 2 + 2KOH

Fe 3 O 4 + 4H 2 SO 4 (разреден) = FeSO 4 + Fe 2 (SO 4) 3 + 4H2O

тъй като разредената сярна киселина не е силен окислител, протича обичайната реакция на обмен.

2Fe 3 O 4 + 10H 2 SO 4 (конц) = 3Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 10H 2 O

тъй като концентрираната сярна киселина е силно окислител, желязото +2 се окислява до желязо +3.

Fe 2 (SO 4) 3 + H 2 S = 2FeSO 4 + S + H 2 SO 4

тъй като сероводородът е редуктор, желязо +3 се редуцира до желязо +2.

NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O

Na 2 SO 4 + NaOH - не реагират

NaHSO 4 + Ba (OH) 2 = BaSO 4 + NaOH + H20

Na 2 SO 4 + Ba (OH) 2 = BaSO 4 + 2NaOH

Cu + 2H 2 SO 4 (конц) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Cu + HCl - не реагират

CuO + 2HCl = CuCl 2 + H2O

ZnS + 2HCl = ZnCl2 + H2S

ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H20

Cu 2 O + 3H 2 SO 4 = 2CuSO 4 + SO 2 + 3H 2 O (тук фактът е, че тъй като киселината е концентрирана, тя ще окисли Cu +1 до Cu +2.

CuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O

Изглежда, че разлагането на железен (II) нитрат би трябвало да произвежда железен (II) оксид, азотен оксид (IV) и кислород. Но трикът е, че тъй като в железния (II) оксид, желязото няма най -високо окислително състояние, но кислородът се отделя в реакцията, тогава желязото ще се окисли до +3 и ще се получи железен (III) оксид:

Fe (NO 3) 2 → Fe 2 O 3 + NO 2 + O 2

В тази реакция има два редуциращи агента наведнъж - желязо и кислород. С коефициентите ще бъде така:

4Fe (NO 3) 2 = 2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2

В тази реакция няма нищо особено, освен че често се забравя, че медта също принадлежи към онези метали, при разлагането на които се получава метален оксид, а не самият метал:

2Cu (NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

Но всички метали, които стоят зад медта, когато разграждат своите нитрати, ще дадат само метал.

Правилни отговори: a, b, c, e (в кумола изобщо няма хидроксилна група, това са арени).

Правилни отговори: в (в стирола изобщо няма хидроксилна група, това е арена).

Правилни отговори: няма правилен отговор (в толуола изобщо няма хидроксилна група, това е арена. Фенолът не е достатъчно кисел. Някои карбоксилни киселини могат да реагират.)

Неорганична химия

Съвместна хидролиза на соли

Например:

Задача 1.1.Какво се случва, когато слеете водни разтвори на алуминиев хлорид и натриев сулфид (напишете уравнението на реакцията)?

Задача 1.2... Какво се случва, когато обедините водни разтвори на железен (III) хлорид и натриев карбонат (напишете уравнението на реакцията)?

Отговори по -долу

Съ-хидролизата е често срещана в задачите на С2, където не е лесно да се открие. Ето един пример:

Задача 1.3.Алуминиевият метален прах се смесва с твърд йод и се добавят няколко капки вода. Към получената сол се добавя разтвор на натриев хидроксид, докато се образува утайка. Получената утайка се разтваря в солна киселина. При последващо добавяне на разтвор на натриев карбонат отново се наблюдава утаяване. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

Отговори по -долу

Реакции на оксиди с вода

Въпрос: Кога оксидите реагират с вода?

Отговор: само солеобразуващите оксиди реагират с вода и само ако се получи разтворим хидроксид.

Например:

Задача 2.1... Запишете уравненията на възможните реакции:

Mn 2 O 7 + H 2 O =

Отговори по -долу

Метални хидриди и техните свойства

Водородът е в състояние да реагира с активни метали (предимно до алуминий в диапазона на метална активност, тоест това са алкални и алкалоземни метали). В този случай се образуват хидриди, например: LiH, CaH 2.

В хидридите степента на окисляване на водорода е -1!

Хидридите са бинарни съединения и следователно са способни на хидролиза.

Задача 3.1Запишете уравненията за хидролиза за натриев хидрид, магнезиев хидрид.