задание 1
Ядро и электронная оболочка
Атом состоит из положительно заряженного ядра и электронов. Заряд ядра задаёт число протонов Z и тем самым определяет химический элемент. В нейтральном атоме электронов столько же, сколько протонов: их заряды компенсируются. Массовое число A конкретного изотопа равно сумме протонов и нейтронов. При образовании обычного иона меняется число электронов, а ядро сохраняется.
задание 1
Изотопы и средняя атомная масса
Изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра и разное число нейтронов. Они занимают одно место в периодической системе. Относительная атомная масса природного образца — средневзвешенное значение масс изотопов с учётом их долей. Это свойство смеси, а не утверждение, что каждый атом имеет дробное число нуклонов.
задание 1
Электронные уровни и валентные электроны
Электроны в основном состоянии занимают состояния с меньшей энергией раньше состояний с большей. Для первых двадцати элементов полезно последовательно заполнять 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s. На s-подуровне помещаются два электрона, на p — шесть. Именно доступные внешние электроны во многом определяют сходство химических свойств элементов одной главной подгруппы.
задание 2
Почему свойства меняются в периоде
В пределах короткого периода число протонов растёт, а внешние электроны добавляются на тот же главный энергетический уровень. Притяжение внешних электронов ядром в целом усиливается. Поэтому металлические свойства ослабевают, а способность притягивать общую электронную пару в целом возрастает. При движении вниз по главной подгруппе появляются новые электронные уровни; внешние электроны расположены дальше от ядра и сильнее экранированы.
задания 3, 5
Индексы, коэффициенты и состав
Индекс после символа показывает число атомов этого элемента в одной формульной единице. Коэффициент перед формулой умножает весь её состав. Скобки собирают группу атомов: внешний индекс относится к каждому атому внутри. Формула соли описывает соотношение ионов, поэтому слово «молекула» подходит не ко всем веществам.
задание 4
Общая электронная пара и полярность
Ковалентная связь возникает при образовании общей электронной пары между атомами. Если атомы одинаковы, пара распределена симметрично; если электроотрицательности различны, электронная плотность смещена к более электроотрицательному атому. Полярность связи и полярность всей молекулы — разные вопросы: вклады нескольких связей могут компенсироваться благодаря геометрии.
задание 4
Ионная связь и электропроводность
В ионном кристалле противоположно заряженные ионы удерживаются электростатическим притяжением во всех направлениях. Кристалл не состоит из отдельных пар «молекул NaCl»: формула задаёт простейшее отношение катионов и анионов. Чтобы возник электрический ток, заряженные частицы должны перемещаться. В твёрдом кристалле ионы закреплены около узлов; в расплаве или растворе они подвижны.
задание 4
Почему металлы проводят ток
В металлическом кристалле положительные ионные остовы связаны с обобществлёнными валентными электронами. Эти электроны могут перемещаться по кристаллу и переносить электрический заряд. Связь не закреплена между одной парой атомов, поэтому при смещении слоёв металлическое взаимодействие сохраняется. Это помогает объяснить пластичность и ковкость металлов.
задание 4
Решётка важнее одной формулы
Свойства твёрдого вещества определяет не только связь внутри его частиц, но и связи между узлами кристалла. В молекулярном кристалле узлами служат молекулы; при плавлении обычно преодолеваются межмолекулярные взаимодействия. В атомной сетке, например алмаза, ковалентные связи продолжаются через весь кристалл. Для разрушения такой сетки нужна значительно большая энергия.
задание 3
Степень окисления как учёт электронов
Степень окисления — условный заряд атома, если общие пары отнести к более электроотрицательному атому. Сумма степеней окисления всех атомов нейтрального соединения равна нулю, а многоатомного иона — его заряду. Это расчётная модель: она не утверждает, что в ковалентной молекуле действительно существуют соответствующие отдельные ионы.
задание 17
Сохранение атомов в уравнении
В обычной химической реакции атомы перераспределяются между частицами; ядра элементов не превращаются друг в друга. Поэтому число атомов каждого элемента до и после реакции одинаково. Коэффициенты показывают соотношение количеств веществ. Сначала запиши правильные формулы реагентов и продуктов, затем подбери наименьшие целые коэффициенты и проверь каждый элемент.
задания 26, 28
Молярная масса связывает граммы и моли
Моль — единица количества вещества: один моль содержит заданное постоянной Авогадро число указанных частиц. Молярная масса M показывает массу одного моля и имеет единицу г/моль при школьных расчётах. Количество вещества n = m/M. Чтобы вычислить M соединения, сложи относительные атомные массы с учётом индексов.
задания 28, 34
Объём газа и условия измерения
Объём газа зависит от количества вещества, температуры и давления. При одинаковых температуре и давлении равные объёмы идеальных газов содержат равные количества молекул. Школьное значение молярного объёма 22,4 л/моль относится к нормальным условиям 0 °C и приблизительно 101,3 кПа. Без оговорённых условий его подстановка необоснованна.
задания 28, 34
Расчёт по коэффициентам
Коэффициенты уравнения связывают количества веществ, а не напрямую их массы. Надёжный путь: исходную массу или объём перевести в моли, применить отношение коэффициентов, затем получить искомую массу или объём. Этот переход нужен потому, что реакция связывает частицы определённого состава, а массы одного моля разных веществ различны.
задания 28, 34
Как найти ограничивающий реагент
Когда даны количества двух реагентов, не обязательно оба расходуются полностью. Сравни n каждого вещества, делённое на его коэффициент в уравнении. Меньшее значение ограничивает возможную степень превращения: именно этот реагент закончится первым. Остаток другого вещества находят по количеству, которое действительно вступило в реакцию.
задания 5–9
Оксиды: состав и кислотно-основный характер
Оксид — бинарное соединение кислорода с другим элементом, в котором кислород обычно имеет степень окисления −2. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами, кислотные — с основаниями, амфотерные — и с кислотами, и со щелочами при соответствующих условиях. Несолеобразующие оксиды не проявляют этих обычных кислотно-основных реакций.
задания 5–8
Кислоты: состав и перенос протона
В школьной теории электролитической диссоциации кислоты образуют в водном растворе катионы водорода и анионы кислотного остатка. В более точной записи протон связан с молекулами воды. Основность кислоты определяется числом способных замещаться на металл атомов водорода, а сила — степенью протекания диссоциации при данных условиях. Это независимые характеристики.
задания 5–8
Основания и растворимые щёлочи
Основания содержат катион металла и гидроксид-ионы. Растворимые основания называют щелочами; нерастворимые основания получают, например, осаждением из растворов солей. В реакции нейтрализации гидроксид-ионы связывают ионы водорода в воду. Число OH-групп в формуле задаёт стехиометрическое соотношение с кислотой.
задания 5–8
Соли и электронейтральность формулы
Соль состоит из катионов металла или аммония и анионов кислотного остатка. Суммарный заряд формульной единицы равен нулю. Поэтому индексы выбирают по балансу зарядов, а не по произвольному объединению символов. Средние соли не содержат замещаемых кислотных атомов H в остатке, кислые соли сохраняют их.
задания 6–8, 31
Амфотерность на примере алюминия
Амфотерный гидроксид способен проявлять и основные, и кислотные свойства в зависимости от реагента. Al(OH)₃ реагирует с кислотой, образуя соль и воду. В избытке водной щёлочи образуется растворимый гидроксокомплекс. Поэтому один и тот же осадок может сначала появиться при добавлении щёлочи, а затем раствориться при её избытке.
задания 6–8, 19
Ряд активности и вытеснение металла
Более активный металл может восстановить катионы менее активного металла из раствора его соли. Сам активный металл отдаёт электроны и переходит в раствор. Однако для очень активных металлов в воде конкурирует реакция с самой водой, поэтому школьное правило вытеснения имеет условия применимости. Для кислот также учитывают окисляющий характер аниона.
задания 6–8
Щелочные металлы и вода
У атомов щелочных металлов один внешний электрон, который сравнительно легко отдать. В соединениях они обычно имеют степень окисления +1. При реакции натрия с водой образуются щёлочь и водород: металл окисляется, водород воды восстанавливается. Выделение тепла делает такую реакцию опасной; учебная схема не предназначена для домашнего воспроизведения.
задания 6–9, 31
Кальций: от известняка к извести
Карбонат кальция, оксид кальция и гидроксид кальция связаны последовательностью превращений. При нагревании карбонат разлагается. Оксид с водой образует гидроксид; это экзотермическое гашение извести. Углекислый газ сначала осаждает из известковой воды карбонат, но его избыток способен перевести осадок в растворимый гидрокарбонат.
задания 6–8, 31
Алюминий и защитная плёнка
Алюминий активен по положению в ряду металлов, но на воздухе покрывается плотной оксидной плёнкой. Она затрудняет контакт металла с реагентом и объясняет его устойчивость во многих бытовых условиях. После разрушения плёнки возможны реакции, ожидаемые для активного металла. Амфотерный характер оксида и гидроксида позволяет растворение и в кислоте, и в щелочной среде.
задания 6–8, 31
Железо: две степени окисления
Железо образует соединения со степенями окисления +2 и +3. Выбор продукта зависит от окислителя и условий. Разбавленная неокисляющая кислота обычно даёт соль Fe²⁺, а сильный окислитель может перевести железо в Fe³⁺. Гидроксиды Fe(OH)₂ и Fe(OH)₃ различаются составом и окраской; на воздухе соединения Fe²⁺ могут окисляться.
задания 6–8, 31
Медь: окисление и качественная реакция
Медь расположена после водорода в ряду активности, поэтому не вытесняет его из разбавленной HCl. При нагревании в кислороде она образует чёрный оксид CuO. Катионы Cu²⁺ дают голубой гидроксид при добавлении щёлочи; при нагревании гидроксид разлагается. Эти превращения связывают наблюдаемые цвета с конкретными составами.
задания 6–8
Кислород, горение и окисление
Кислород O₂ поддерживает многие реакции горения, но сам не является горючим в этом школьном смысле. В реакциях с большинством элементов он принимает электроны и служит окислителем. Горение — быстрое превращение с выделением энергии; медленное окисление может идти без пламени. Аллотропные формы O₂ и O₃ состоят из одного элемента, но имеют разные молекулы и свойства.
задания 6–8
Сера: от оксида к сульфату
Сера встречается в разных степенях окисления, поэтому может проявлять разные окислительно-восстановительные роли. SO₂ — кислотный оксид серы(IV), SO₃ — кислотный оксид серы(VI). Сульфат-ион SO₄²⁻ содержит серу +6. Для обнаружения сульфата используют образование труднорастворимого BaSO₄, учитывая возможные мешающие ионы.
задания 6–8
Аммиак и соли аммония
Аммиак NH₃ способен принимать протон, поэтому его водный раствор проявляет основные свойства. Взаимодействие с кислотой даёт ион аммония NH₄⁺. При действии щёлочи на соль аммония и нагревании возможно выделение NH₃. Этот переход связывает кислотно-основное равновесие с качественной реакцией на аммоний.
задания 6–8
Углерод, карбонаты и углекислый газ
Карбонат-ион CO₃²⁻ при взаимодействии с достаточным количеством кислоты превращается в CO₂ и воду. Выделение газа выводит продукт из раствора и поддерживает реакцию. Углекислый газ — кислотный оксид; с основаниями даёт карбонаты или гидрокарбонаты в зависимости от соотношения реагентов.
задания 6–8
Галогены и вытеснение из солей
Галогены в простых веществах состоят из двухатомных молекул. Более сильный окислитель может окислить галогенид-ионы менее активного галогена. В школьном ряду Cl₂, Br₂, I₂ окислительная способность в целом уменьшается. Реакцию надо рассматривать как перенос электронов между нейтральным галогеном и анионом другого элемента.
задания 6, 30
Диссоциация: какие частицы в растворе
При растворении электролита в воде возникают подвижные ионы. Сильные электролиты в разбавленных растворах рассматривают как практически полностью диссоциированные. Слабые — частично, с установлением равновесия. Растворимость и сила электролита — разные характеристики: малорастворимое вещество может давать очень мало вещества в растворе, но растворённая доля способна диссоциировать.
задание 30
Сокращаем ионное уравнение по смыслу
В полном ионном уравнении сильные растворимые электролиты записывают ионами; осадки, газы, воду и слабые электролиты сохраняют формулами. Затем убирают одинаковые ионы по обе стороны. Оставшаяся запись показывает частицы, которые действительно преобразуются. Проверка требует одновременно сохранить число атомов и суммарный заряд.
задания 24, 30
Осадок и условие ионного обмена
Формальная перестановка ионов ещё не означает протекание реакции в растворе. Если все частицы остаются теми же подвижными ионами, результирующего изменения нет. Реакция обмена идёт заметно, когда образуется осадок, газ или слабый электролит, например вода. Таблица растворимости помогает прогнозировать осадок, но всегда нужно учитывать заданную среду.
задание 21
Среда раствора и индикаторы
Кислотность водного раствора связана с соотношением концентраций ионов гидроксония и гидроксида. При 25 °C нейтральной воде соответствует pH около 7. Меньшие значения означают кислую среду, большие — щелочную. Индикатор меняет окраску в определённом диапазоне pH; это качественная оценка, а не точное измерение любого значения.
задание 21
Почему раствор соли бывает кислым
Ионы соли могут взаимодействовать с водой и менять соотношение H₃O⁺ и OH⁻. Соли сильной кислоты и сильного основания обычно дают близкую к нейтральной среду. Катион слабого основания способен подкислять раствор, а анион слабой кислоты — подщелачивать. Эти выводы относятся к водному раствору и зависят от равновесий, концентрации и температуры.
задания 19, 29
Окисление и восстановление идут вместе
Окисление — отдача электронов и повышение степени окисления; восстановление — приём электронов и её понижение. Восстановитель отдаёт электроны другому участнику, поэтому сам окисляется. Окислитель принимает электроны и сам восстанавливается. В суммарном процессе число отданных электронов равно числу принятых.
задание 29
Баланс электронов и коэффициенты
Электронный баланс согласует количество электронов, отданных и принятых в окислительно-восстановительной реакции. Сначала найди изменившие степень окисления элементы. Затем определи изменение на один атом, учти число таких атомов в частице и найди наименьшее общее кратное электронов. После этого уравняй остальные атомы и проверь итог.
задание 20
Катод и анод: где принимают электроны
Электролиз — окислительно-восстановительный процесс под действием внешнего источника тока. На катоде идёт восстановление, на аноде — окисление. В расплаве NaCl катод восстанавливает Na⁺ до металла, а анод окисляет Cl⁻ до Cl₂. В водном растворе конкурирует превращение воды, поэтому продукты нельзя переносить из расплава без проверки.
задание 18
Почему измельчение ускоряет реакцию
Скорость реакции зависит от природы веществ и условий. Для гетерогенного процесса важна площадь контакта фаз: порошок имеет большую суммарную поверхность, чем равная масса крупных кусков. Увеличение концентрации реагента в подходящей системе повышает частоту взаимодействий. Нагревание обычно увеличивает долю столкновений с энергией, достаточной для преодоления барьера.
задания 22, 23
Равновесие и принцип Ле Шателье
В химическом равновесии прямая и обратная реакции продолжаются с одинаковыми скоростями. При внешнем воздействии соотношение скоростей временно меняется, и состав сдвигается к новому равновесию. Для газовых систем сжатие при постоянной температуре благоприятствует стороне с меньшим числом газовых частиц, если числа различны. Нагревание благоприятствует эндотермическому направлению.
задание 26
Массовая доля: часть делим на целое
Массовая доля растворённого вещества — отношение его массы к массе всего раствора. Масса раствора включает и растворённое вещество, и растворитель. В долях единицы ω лежит от 0 до 1; для процентов результат умножают на 100. Формула работает для однородного раствора с оговорённым составом, а не для произвольной взвеси с нерастворённым остатком.
задание 26
Разбавление и сохранение растворённого вещества
При добавлении чистой воды к раствору без реакции и потерь масса растворённого вещества сохраняется. Масса всего раствора увеличивается, поэтому массовая доля уменьшается. Удобно сначала вычислить массу вещества в исходном растворе, затем новую общую массу. Равенство m₁ω₁ = m₂ω₂ выражает именно сохранение растворённого компонента.
задания 26, 34
Смешивание растворов: взвешенное среднее
При смешивании растворов одного вещества без реакции и потерь складываются массы растворов и массы растворённого компонента. Новая доля равна сумме масс вещества, делённой на суммарную массу смеси. Среднее арифметическое процентов допустимо только при равных массах исходных растворов. При разных массах вклад каждого раствора имеет свой вес.
задание 28
Выход продукта и чистота исходного вещества
Теоретический выход рассчитывают по уравнению из количества чистого реагента. Практический выход может быть меньше из-за неполного превращения и потерь. Доля выхода η = m(практическая) / m(теоретическая). Примеси сначала уменьшают доступную массу исходного вещества; выход затем относится к продукту. Это разные этапы расчёта.
задание 27
Тепловой эффект и масштаб реакции
Термохимическое уравнение связывает тепловой эффект с указанным стехиометрическим количеством превращения. Если количество реагента увеличилось в k раз, при тех же условиях тепловой эффект увеличится во столько же раз. Экзотермический процесс выделяет тепло, эндотермический поглощает. Знак ΔH относится к системе: при выделении тепла ΔH отрицательно.
задания 10, 11, 33
Углеродный скелет и функциональная группа
Свойства органической молекулы определяются не только набором атомов, но и порядком их соединения. Углеродный скелет может быть линейным, разветвлённым или циклическим. Функциональная группа задаёт характерные химические превращения класса. Изомеры имеют одинаковую молекулярную формулу и разное строение; гомологи одного класса различаются на одну или несколько групп CH₂.
задания 12, 14, 16, 32
Алканы: насыщенный скелет и замещение
Ациклические алканы содержат только одинарные связи и имеют общую формулу CₙH₂ₙ₊₂. Их скелет насыщен водородом, поэтому обычное присоединение по кратной связи для них нехарактерно. При освещении возможна радикальная реакция замещения с галогеном. При полном горении в избытке кислорода образуются CO₂ и вода.
задания 12, 14, 16, 32
Двойная связь и присоединение
Алкен с одной двойной связью и без циклов имеет формулу CₙH₂ₙ. Двойная связь состоит из σ- и π-компонентов. В реакции присоединения π-связь разрывается и возникают новые σ-связи с присоединяемыми атомами. Поэтому число атомов углерода сохраняется, а насыщенность водородом может увеличиться.
задания 12, 14, 16, 32
Тройная связь и последовательное присоединение
Ациклические алкины с одной тройной связью имеют формулу CₙH₂ₙ₋₂. Тройная связь включает одну σ- и две π-связи, поэтому возможно последовательное присоединение двух молей двухатомного реагента на один моль тройных связей. Степень гидрирования зависит от количества водорода, катализатора и условий.
задания 12, 14, 16, 32
Бензольное кольцо и устойчивость
В бензоле шесть атомов углерода образуют плоское кольцо с общей делокализованной π-системой. Поэтому его нельзя считать просто циклом с тремя независимыми алкеновыми связями. Для бензола характерны реакции замещения, сохраняющие ароматическую систему. Присоединение возможно в более жёстких условиях и изменяет эту систему.
задания 12, 15, 16, 32
Спирты: группа OH меняет свойства
В спиртах гидроксильная группа связана с насыщенным атомом углерода. Полярная O–H связь и водородные взаимодействия влияют на растворимость и температуры кипения. При реакции с активным металлом кислотный водород OH-группы может замещаться, а при окислении первичного спирта образуется альдегид и далее кислота при подходящих условиях.
задания 12, 15, 16, 32
Фенол и влияние ароматического кольца
В феноле OH-группа связана непосредственно с атомом углерода ароматического кольца. Взаимное влияние группы и кольца отличает фенол от обычного спирта. Фенол проявляет слабые кислотные свойства и реагирует с раствором щёлочи. OH-группа облегчает электрофильное замещение в орто- и пара-положениях кольца.
задания 12, 15, 16, 32
Альдегиды: карбонильная группа на конце цепи
Альдегидная группа содержит карбонильный углерод, связанный с атомом H. Альдегид можно окислить до соответствующей карбоновой кислоты без разрушения углеродного скелета. При восстановлении образуется первичный спирт. Кетоны тоже содержат C=O, но карбонильный атом соединён с двумя углеродными группами, поэтому поведение отличается.
задания 12, 15, 16, 32
Карбоновые кислоты и нейтрализация
Карбоксильная группа COOH объединяет карбонильную и гидроксильную части, которые взаимно влияют друг на друга. Кислотный протон может переходить к основанию. Карбоновые кислоты реагируют со щелочами и карбонатами, образуя соли. При реакции со спиртом в подходящих условиях возможна обратимая этерификация.
задания 12, 15, 16, 32
Этерификация и гидролиз эфира
Сложный эфир содержит фрагмент –C(=O)–O– между углеродной частью кислоты и частью спирта. При этерификации карбоновая кислота и спирт обратимо образуют эфир и воду. В кислотной среде гидролиз обратим; в щелочной образуется соль кислоты, что меняет итоговый процесс. Название и формулу удобно читать через происхождение двух фрагментов.
задание 13
Амины как органические основания
Амины можно рассматривать как производные аммиака с заменой одного или нескольких H на углеводородные группы. Неподелённая электронная пара азота позволяет принимать протон, поэтому многие амины проявляют основные свойства. Сила основности зависит от строения, среды и доступности электронной пары; универсальный ряд только по числу заместителей без условий ненадёжен.
задание 13
Аминокислоты и пептидная связь
Аминокислота содержит кислотную карбоксильную и основную аминогруппы. Поэтому она способна реагировать и с основаниями, и с кислотами; в воде возможны цвиттер-ионные формы. При соединении карбоксильной группы одной молекулы с аминогруппой другой образуется пептидная связь и выделяется вода. Порядок остатков в цепи имеет значение.
задание 13
Глюкоза, крахмал и гидролиз
Углеводы включают моносахариды, дисахариды и полисахариды. Глюкоза — моносахарид; крахмал и целлюлоза — полимеры с остатками глюкозы, но разным характером связей и организацией цепей. Поэтому одинаковая общая запись (C₆H₁₀O₅)ₙ не означает одинаковые свойства. Гидролиз разрывает связи между остатками с участием воды.
задание 25
Мономер, звено и полимеризация
Полимер состоит из большого числа повторяющихся структурных звеньев. Мономер — исходная молекула, а звено — фрагмент в готовой цепи; они могут отличаться строением. При полимеризации этена двойная связь переходит в одинарные связи цепи без отщепления маленькой молекулы. При поликонденсации часто выделяется вода или другой низкомолекулярный продукт.
задания 24, 25
Как сделать химический вывод доказательным
В эксперименте различают цель, предполагаемую причину, контролируемые условия, наблюдение и вывод. Наблюдение описывает то, что зарегистрировано: осадок, изменение окраски, газ, температура. Вывод связывает наблюдение с гипотезой через известную реакцию и исключение альтернатив. При сравнении скорости меняют один фактор, а остальные по возможности сохраняют.
Фильтрование: растворённое не задерживается
Фильтр отделяет нерастворимые частицы от жидкой фазы, если размер пор и условия фильтрования подходят. Растворённые ионы и молекулы проходят вместе с водой. Поэтому выбор фильтрования основан на неоднородности смеси, а не на желании убрать любое вещество из воды.
Выпаривание и кристаллизация
При выпаривании удаляется летучий растворитель, а нелетучее растворённое вещество концентрируется и может кристаллизоваться. Метод не позволяет одновременно сохранить испаряющуюся воду без её улавливания. При охлаждении насыщенного раствора растворимость многих солей уменьшается и часть вещества кристаллизуется.
Перегонка: собрать испаряющийся компонент
Перегонка включает испарение и последующую конденсацию пара. Различие летучести позволяет обогащать пар одним компонентом и собирать конденсат отдельно. В отличие от выпаривания, здесь сохраняют испаряющийся компонент. Простая перегонка не гарантирует идеального разделения любых жидких смесей.
Хроматография: компоненты движутся по-разному
В хроматографии компоненты смеси по-разному распределяются между подвижной и неподвижной фазами. Одни сильнее удерживаются, другие легче переносятся растворителем. Поэтому одно исходное пятно может разделиться на несколько зон. Метод использует различие взаимодействий, а не просто размер видимой частицы.
Отстаивание, декантация и магнит
Разделение смеси выбирают по различию физических свойств. При отстаивании более плотные взвешенные частицы могут осесть; декантация — осторожное отделение верхней жидкой фазы. Магнитное отделение подходит, если один компонент притягивается магнитом, а другой нет. Реакция при таком разделении не обязательна.
Считываем объём и шкалу
Объём жидкости определяют по градуированной шкале с учётом цены деления и положения мениска. Глаз располагают на уровне отсчёта, чтобы уменьшить параллакс. Для прозрачной жидкости с вогнутым мениском школьный отсчёт обычно ведут по нижней точке. Точность записи ограничена используемой посудой.
Взвешивание: тара и разность масс
Весы измеряют массу образца вместе с сосудом. Чтобы найти массу вещества, массу пустой тары вычитают из массы тары с образцом или предварительно тарируют весы. Разность измерений наследует ограничения точности обоих отсчётов. Одинаковая масса не означает одинаковый объём или одинаковое количество молей.
Нагревание и причинный вывод
Нагревание может изменить скорость, агрегатное состояние или состав вещества. Чтобы установить химическое превращение, одного факта нагрева недостаточно: нужны данные о новых веществах. При разложении исходное вещество превращается в несколько продуктов. Работа с нагреванием выполняется по лабораторному регламенту.
Сбор газа и растворимость
Способ сбора газа зависит от его растворимости, плотности относительно воздуха и возможных реакций. Вытеснение воды подходит для газа, который мало растворяется и не реагирует с водой в существенной степени. Плотность сравнивают при одинаковых температуре и давлении. Для токсичных и реакционноспособных газов нужны специальные условия.
Протокол: наблюдение отдельно от объяснения
Протокол должен позволять восстановить условия опыта и логику вывода. Записывают исходные вещества, последовательность добавления, значимые условия и наблюдение. Затем приводят уравнение и объяснение. Слова «получили нужное вещество» без наблюдений и обоснования не делают результат воспроизводимым.
Хлорид-ион: осаждение серебром
Ионы Ag⁺ и Cl⁻ образуют малорастворимый AgCl. Чтобы реакция служила доказательством хлорида, учитывают возможные мешающие анионы и условия анализа. Окраска осадка — часть наблюдения, а не полная идентификация вещества. Формулу осадка получают из баланса зарядов.
Сульфат-ион: почему нужен контроль помех
Сульфат-ион образует с Ba²⁺ малорастворимый BaSO₄. Но Ba²⁺ может осаждать и другие анионы, например карбонат. Поэтому выбор реактива дополняют различением возможных осадков. Карбонат при действии подходящей кислоты выделяет CO₂, а BaSO₄ в обычных условиях анализа с разбавленной кислотой так не разлагается.
Карбонат: от пузырьков к подтверждению газа
Карбонат реагирует с избытком кислоты с образованием CO₂ и воды. Наблюдение газа согласуется с этим превращением, но не определяет газ само по себе. Подтверждение опирается на дополнительное известное свойство и исходный состав. Величина выделения связана с количеством карбонат-иона.
Аммоний: выделяем основание из соли
Ион аммония — кислотная форма аммиака. Гидроксид-ион связывает протон, и равновесие может приводить к выделению NH₃, особенно при нагревании и удалении газа. Для качественного вывода используют известные свойства аммиака, но не прямое вдыхание.
Водород: состав газа и условия проверки
При реакции достаточно активного металла с разбавленной неокисляющей кислотой ионы H⁺ восстанавливаются до H₂. Возможность и скорость зависят от металла, защитной плёнки и кислоты. Нельзя считать любой газ, возникший рядом с металлом, водородом без обоснования.
Cu²⁺: осадок и нагревание
Катионы Cu²⁺ образуют с OH⁻ малорастворимый голубой гидроксид Cu(OH)₂. При нагревании он разлагается до чёрного CuO и воды. Последовательность наблюдений и уравнений помогает обосновать состав, если исходный набор ионов известен.
Fe²⁺: осадок и окисление на воздухе
Fe²⁺ с гидроксид-ионами образует Fe(OH)₂. Свежий осадок в школьном описании зеленоватый и может изменяться при контакте с кислородом воздуха. Окисление Fe(II) до Fe(III) объясняет последующее побурение. Наблюдение зависит от времени после получения.
Fe³⁺: заряд задаёт состав гидроксида
Катион Fe³⁺ для образования электронейтрального гидроксида связывает три OH⁻. Получающийся Fe(OH)₃ малорастворим и имеет бурую окраску в школьном опыте. Добавление кислоты может растворить осадок через связывание гидроксидной части в воду.
Al³⁺: сначала осадок, затем раствор
Добавление ограниченного количества щёлочи к соли алюминия может осадить Al(OH)₃. При избытке водной щёлочи амфотерный осадок переходит в растворимый гидроксокомплекс. Поэтому конечный результат зависит от количества и порядка добавления, а не только от названий двух растворов.
Zn²⁺ и амфотерный гидроксид
Гидроксид цинка амфотерен: он способен реагировать и с кислотой, и с избытком водной щёлочи. Небольшая порция OH⁻ осаждает Zn(OH)₂, избыток может образовать гидроксоцинкат. Сходство с алюминием требует учитывать, какие ионы могли быть в исходном наборе.
Выбираем кислоту для превращения
Выбор кислоты зависит от нужного аниона, окислительных свойств и растворимости продукта. Если нужно получить хлорид из основного оксида, HCl даёт и протон для взаимодействия, и хлорид-ион. Но кислота может образовать защитный малорастворимый слой или вступить в ОВР.
Получаем нерастворимое основание
Чтобы получить нерастворимое основание осаждением, выбирают растворимую соль нужного катиона и растворимую щёлочь. Они обеспечивают встречу нужных ионов. Формулу продукта составляют по зарядам; затем проверяют растворимость и возможность растворения в избытке реагента.
Получаем соль с осаждением
При получении соли обменом между растворами один продукт должен удаляться из жидкой фазы или иным образом поддерживать реакцию. Осаждение позволяет отделить целевую твёрдую соль, но в растворе остаются другие ионы. Для чистоты осадок обычно требует предусмотренной методикой обработки.
Цепочка: каждый переход требует реагента
В цепочке превращений каждая стрелка означает отдельный процесс с собственными условиями. Нельзя переносить реагент через несколько стадий, не проверив промежуточное вещество. Удобно сначала определить класс каждого соединения, затем выбрать реакцию, меняющую нужный фрагмент, и уравнять её.
Избыток реагента меняет продукт
Количество реагента может определять не только выход, но и состав конечного продукта. Для кислоты с многоосновным основанием или карбонатной системы возможны разные стадии. Поэтому перед выбором продукта уточняют мольное соотношение и среду.
Массовая доля элемента в соединении
Массовая доля элемента равна вкладу его атомов в молярную массу соединения, делённому на полную молярную массу. Индекс определяет, сколько атомных масс нужно учесть. Поскольку речь об одном веществе фиксированного состава, доля не зависит от взятой массы образца.
Массовое отношение элементов
Массовое отношение элементов в соединении получают из числа атомов и их относительных атомных масс. Отношение индексов показывает число атомов, а не массу. Полученные произведения сокращают как обычное числовое отношение, не меняя химическую формулу.
Эмпирическая формула из массового состава
Для нахождения простейшего соотношения атомов массовые доли переводят в количества атомов: делят на соответствующие атомные массы. Затем полученные значения делят на наименьшее и приводят к целым индексам. Массовое отношение нельзя сразу записывать как индексы.
Относительная плотность газов
При одинаковых температуре и давлении плотность идеального газа пропорциональна молярной массе. Поэтому относительная плотность газа A по газу B равна M(A)/M(B). Это отношение безразмерно. В школьных задачах среднюю молярную массу воздуха часто принимают равной 29 г/моль, если это оговорено.
Число молекул и атомов
Число частиц N связано с количеством вещества n постоянной Авогадро: N = nNₐ. Название частиц необходимо: молекулы, атомы и ионы не взаимозаменяемы. Для числа атомов элемента в молекулярном веществе сначала учитывают число молекул, затем индекс элемента.
Готовим раствор заданной массовой доли
Для приготовления заданной массы раствора вычисляют массу растворённого вещества по m(вещества)=ωm(раствора), затем массу воды по разности. Это массовая задача: объём воды переводят в массу только при заданной плотности. Порядок смешивания и техника работы зависят от вещества и регламента.
Испарилась вода: доля выросла
Если испаряется только вода, масса нелетучего растворённого вещества сохраняется, а масса раствора уменьшается. Массовая доля увеличивается до границы растворимости; после появления кристаллов состав жидкой фазы надо считать отдельно. В задаче обязательно проверить, что всё вещество остаётся растворённым.
Добавили чистую соль: меняются обе массы
При добавлении чистого растворимого вещества растут и его масса, и общая масса раствора. Если добавлено x граммов, новая доля равна (m₀ω₀+x)/(m₀+x). Прибавлять x только в числителе нельзя: добавленное вещество тоже входит в общую массу.
Осадок отделили: что осталось в растворе
После реакции и отделения осадка масса жидкой фазы равна общей массе исходных растворов минус масса удалённого осадка и других вышедших продуктов. Массу конкретного растворённого вещества считают по реакции и остаткам. Общая масса системы и масса оставшегося раствора — разные величины.
Эквивалентное количество кислоты и основания
При полной нейтрализации число переданных кислотных протонов согласуют с числом OH-групп основания. Уравнение определяет отношение молей. Для растворов сначала находят массу или концентрацию активного вещества, а не используют весь объём как количество молей.
Масса металла и объём водорода
Для металла с неокисляющей кислотой сначала проверяют возможность реакции и степень окисления металла в соли. Затем уравнивают реакцию, переводят массу металла в моли и находят количество H₂ по коэффициентам. Газовый объём вычисляют только при заданных условиях.
Объём CO₂ по массе карбоната
Карбонат с избытком подходящей кислоты даёт один моль CO₂ на один моль карбонат-ионов. Если формульная единица содержит один карбонат, отношение количеств соли и газа 1:1. Сначала учитывают чистоту образца и молярную массу.
Восстановление оксида: считаем металл
При восстановлении оксида число атомов металла сохраняется. Коэффициент перед металлом может отличаться от коэффициента оксида из-за индекса в формуле. Поэтому сначала считают моли оксида и умножают на число атомов металла, если превращение полное.
Масса осадка по уравнению
Для количественного осаждения находят количество реагирующего иона и сравнивают его со стехиометрической потребностью другого иона. При избытке осадителя целевой ион ограничивает образование осадка. Массу осадка вычисляют по его собственной молярной массе.
Замкнутая система и улетевший газ
Закон сохранения массы относится ко всей выбранной системе. Если газ покинул открытый сосуд, масса оставшегося содержимого уменьшается, но масса содержимого вместе с ушедшим газом сохраняется. Перед расчётом нужно назвать границу системы.
Коррозия: химия поверхности
Коррозия металла — его разрушение вследствие взаимодействия с окружающей средой. Для железа в обычных влажных условиях существенны вода и кислород, а соли могут ускорять электрохимические процессы. Защита может изолировать поверхность, создавать устойчивую плёнку или использовать более активный защитный металл.
Сплав — материал с общим составом
Сплав содержит несколько элементов и обычно имеет металлические свойства. Его свойства зависят от состава и структуры, поэтому отличаются от свойств чистого металла. Нельзя автоматически считать сплав химическим соединением с одной молекулярной формулой или утверждать, что все компоненты химически связаны одним способом.
Удобрение: элемент и растворимость
Минеральные удобрения служат источниками доступных растениям элементов. Масса соли не равна массе питательного элемента: его долю считают по формуле. Растворимость, состав почвы и условия применения влияют на доступность и потери; большее внесение не гарантирует лучший результат.
Жёсткость воды и гидрокарбонаты
Жёсткость воды связана прежде всего с присутствием ионов кальция и магния. Гидрокарбонатная составляющая может уменьшаться при кипячении из-за образования малорастворимых продуктов и выделения CO₂. Не вся жёсткость устраняется простым кипячением.
Углерод в природе: не только CO₂
Углерод переходит между атмосферой, водой, организмами и минералами в разных химических формах. Горение органического топлива обычно переводит часть углерода в CO₂; фотосинтез связывает CO₂ в органические вещества с использованием энергии света. Карбонаты служат ещё одним резервуаром углерода.
Физическое изменение или новая химическая частица
Критерий химического превращения — образование других веществ. Изменение формы, размера или агрегатного состояния может происходить без изменения состава. Внешний признак помогает заметить процесс, но сам по себе не всегда однозначен. Нужно связать наблюдение с частицами до и после.
Что означает отсутствие видимого эффекта
Отсутствие осадка, газа или заметной окраски ограничивает вывод, но не доказывает отсутствие любых взаимодействий. Реагенты могли быть слишком разбавлены, реакция медленна, осадок растворим в избытке, а тепловой эффект мал. Надёжный вывод учитывает чувствительность метода и положительный контроль.
Контрольный опыт проверяет причину
Чтобы приписать изменение одному фактору, сравнивают системы, различающиеся этим фактором при одинаковых остальных условиях. Контроль не обязан быть «опытом без всего»: он должен исключать конкретную альтернативу. Повторные измерения помогают оценить устойчивость результата.
Аудит ионного уравнения: атомы и заряд
Хорошее ионное уравнение должно сохранять и атомы, и суммарный электрический заряд. Эти проверки независимы: число атомов может совпасть при неверном заряде. Для каждого элемента составляют отдельный счёт, а заряд считают с учётом коэффициентов и знаков.
Единицы измерения защищают расчёт
Запись единиц показывает смысл арифметического действия. В n=m/M граммы сокращаются с г/моль и остаются моли. В V=nVₘ моли сокращаются с л/моль и остаются литры. Если результат имеет неподходящую размерность, нужно проверить выбор формулы до подстановки чисел.
Кремний и силикатная цепочка
Диоксид кремния SiO₂ имеет сетчатое строение и не ведёт себя как растворимый молекулярный кислотный оксид CO₂. В обычных условиях с водой он не образует раствор кремниевой кислоты. При подходящих условиях со щёлочью образуются силикаты; подкисление раствора силиката даёт гидратированные формы кремниевой кислоты.
Фосфаты и основность кислоты
Ортофосфорная кислота H₃PO₄ трёхосновна: три кислотных протона могут замещаться по стадиям. Поэтому с NaOH возможны соли разного состава в зависимости от отношения реагентов. Фосфат-ион PO₄³⁻ содержит фосфор в степени окисления +5.
Окисляющая кислота: водород не универсален
Азотная кислота — сильная кислота и окислитель. При взаимодействии со многими металлами восстанавливается азот, поэтому продуктом обычно не является H₂ по простой схеме металла с HCl. Состав продуктов зависит от металла, концентрации и условий. Некоторые металлы пассивируются концентрированной кислотой.
Разбавленная и концентрированная серная кислота
Свойства серной кислоты зависят от концентрации. В разбавленном растворе с достаточно активными металлами возможна реакция с выделением H₂. Концентрированная кислота проявляет окислительные свойства и может давать другие продукты, а также вызывает пассивацию некоторых металлов при определённых условиях.
Название указывает степень окисления
Для металлов с несколькими характерными степенями окисления название соединения уточняют римской цифрой. Она относится к степени окисления металла, а не к числу его атомов в формуле. Индексы получают из электронейтральности и известного состава аниона.
Измеренный газ: нормальные условия и вода
При сборе газа над водой измеряемый объём может включать водяной пар. Для точного пересчёта нужны температура, давление и поправка на пар. В школьной упрощённой задаче используют именно условия, явно заданные в тексте. Объём в аппарате и объём сухого газа при нормальных условиях могут различаться.
Влажный осадок и сухая масса
Осадок, вынутый из раствора, обычно содержит захваченную жидкость. Для количественного вывода нужна масса сухого вещества по методике и достаточная чистота. Влажная масса завышает количество осадка, если её ошибочно целиком отнести к химическому соединению.
Погрешность и разумное округление
Измерение имеет ограниченную точность. Итоговая запись не должна создавать видимость точности, которой нет в исходных данных. Во время расчёта сохраняют запас цифр и округляют в конце. При сравнении результатов важно различать расхождение из-за округления и содержательную ошибку метода.
Таблица опыта: сравниваем одну величину
Таблица становится источником вывода, когда известны единицы, условия и сопоставимость измерений. Для скорости сравнивают изменение одной и той же величины за одинаковые интервалы или время достижения одного результата. Количество газа за всё время и скорость его выделения — разные показатели.
Распознаём неизвестные растворы по плану
План распознавания должен давать различимые наблюдения для каждого кандидата и не смешивать все пробы в одном сосуде. Используют отдельные порции, известный реактив и таблицу ожидаемых результатов. Если два кандидата дают одинаковый эффект, нужен дополнительный шаг, а не произвольный выбор.
задания 26, 34
Моль в литре раствора
Молярная концентрация c = n/V показывает количество растворённого вещества в одном литре раствора. Здесь V — объём всего раствора, а не добавленной воды. Чтобы вычислить n из массы, используют n = m/M. Миллилитры сначала переводят в литры. Размерность моль/л помогает обнаружить ошибку масштаба.
задания 26, 34
Сколько вещества для мерной колбы
Молярная концентрация c = n/V показывает количество растворённого вещества в одном литре раствора. Здесь V — объём всего раствора, а не добавленной воды. Чтобы вычислить n из массы, используют n = m/M. Миллилитры сначала переводят в литры. Размерность моль/л помогает обнаружить ошибку масштаба. Для приготовления раствора сначала рассчитывают n = cV, затем m = cVM. Вещество растворяют в части воды и доводят объём раствора до метки. Это отличается от добавления заранее отмеренного полного объёма воды.
задания 26, 34
Разбавление и сохранение количества
Молярная концентрация c = n/V показывает количество растворённого вещества в одном литре раствора. Здесь V — объём всего раствора, а не добавленной воды. Чтобы вычислить n из массы, используют n = m/M. Миллилитры сначала переводят в литры. Размерность моль/л помогает обнаружить ошибку масштаба. Если реакция, осадок и потери отсутствуют, при добавлении воды количество вещества сохраняется: c₁V₁ = c₂V₂. Объёмы должны относиться к растворам до и после разбавления и быть выражены в одинаковых единицах.
задания 28, 30, 34
Раствор встречает уравнение реакции
Молярная концентрация c = n/V показывает количество растворённого вещества в одном литре раствора. Здесь V — объём всего раствора, а не добавленной воды. Чтобы вычислить n из массы, используют n = m/M. Миллилитры сначала переводят в литры. Размерность моль/л помогает обнаружить ошибку масштаба. В реакции коэффициенты связывают количества веществ. Для H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O требуется два моля щёлочи на один моль кислоты. Равенство c₁V₁ = c₂V₂ допустимо для реагентов только при соотношении коэффициентов 1:1.
задания 13, 15, 16, 32
Три связи в молекуле жира
Жиры — сложные эфиры трёхатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот. В одной молекуле три сложноэфирные связи. Остатки кислот могут быть одинаковыми или разными, насыщенными или ненасыщенными. Именно состав цепей и наличие C=C, а не слово «жир», определяют возможность гидрирования.
задания 13, 15, 16, 32
Гидролиз: вернуть спирт и кислоты
Жиры — сложные эфиры трёхатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот. В одной молекуле три сложноэфирные связи. Остатки кислот могут быть одинаковыми или разными, насыщенными или ненасыщенными. Именно состав цепей и наличие C=C, а не слово «жир», определяют возможность гидрирования. При кислотном гидролизе водой разрываются сложноэфирные связи, получаются глицерин и карбоновые кислоты. Кислота служит катализатором; для полного расщепления одного моля триэфира расходуются три моля воды.
задания 13, 15, 16, 32, 34
Омыление и соли высших кислот
Жиры — сложные эфиры трёхатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот. В одной молекуле три сложноэфирные связи. Остатки кислот могут быть одинаковыми или разными, насыщенными или ненасыщенными. Именно состав цепей и наличие C=C, а не слово «жир», определяют возможность гидрирования. При щелочном гидролизе образуются глицерин и соли высших карбоновых кислот. Соль не этерифицируется обратно в тех же щелочных условиях, поэтому такой процесс в школьной модели считают практически необратимым. Натриевые и калиевые соли высших кислот — основа мыла.
задания 13, 14, 16, 28, 34
Гидрирование ненасыщенных цепей
Жиры — сложные эфиры трёхатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот. В одной молекуле три сложноэфирные связи. Остатки кислот могут быть одинаковыми или разными, насыщенными или ненасыщенными. Именно состав цепей и наличие C=C, а не слово «жир», определяют возможность гидрирования. В присутствии катализатора H₂ присоединяется к C=C в углеводородных остатках. Одна двойная связь расходует один моль H₂ на моль молекул. Сложноэфирные связи при обычной школьной схеме гидрирования жира сохраняются.
задания 6–8, 19, 29, 31
Медь и азотная кислота
В нитрат-ионе NO₃⁻ азот имеет степень окисления +5. Азотная кислота проявляет окислительные свойства: в реакциях с металлами восстанавливается обычно азот, поэтому нельзя механически записывать выделение H₂. Продукт зависит от активности металла, концентрации кислоты и условий; школьные типовые случаи нужно оговаривать.
задания 6–8, 19, 28, 31
Нитрит или оксид при нагревании
В нитрат-ионе NO₃⁻ азот имеет степень окисления +5. Азотная кислота проявляет окислительные свойства: в реакциях с металлами восстанавливается обычно азот, поэтому нельзя механически записывать выделение H₂. Продукт зависит от активности металла, концентрации кислоты и условий; школьные типовые случаи нужно оговаривать. Нитраты щелочных металлов, кроме лития, при нагревании дают нитрит и кислород. Нитрат лития относится к исключению и даёт оксид, NO₂ и O₂. Сначала выбирают семейство продуктов, затем проверяют коэффициенты.
задания 6–8, 19, 28, 31
Разложение нитрата меди
В нитрат-ионе NO₃⁻ азот имеет степень окисления +5. Азотная кислота проявляет окислительные свойства: в реакциях с металлами восстанавливается обычно азот, поэтому нельзя механически записывать выделение H₂. Продукт зависит от активности металла, концентрации кислоты и условий; школьные типовые случаи нужно оговаривать. Многие нитраты металлов от Mg до Cu включительно в школьном ряду дают при нагревании оксид металла, NO₂ и O₂. В нитрате меди(II) медь сохраняет степень окисления +2, азот восстанавливается, а часть кислорода окисляется до простого вещества.
задания 6–8, 19, 28, 31
Когда получается сам металл
В нитрат-ионе NO₃⁻ азот имеет степень окисления +5. Азотная кислота проявляет окислительные свойства: в реакциях с металлами восстанавливается обычно азот, поэтому нельзя механически записывать выделение H₂. Продукт зависит от активности металла, концентрации кислоты и условий; школьные типовые случаи нужно оговаривать. Нитрат серебра при нагревании даёт серебро, диоксид азота и кислород. Это отличается от образования оксида меди. Выбор продукта отражает устойчивость соединений металла при данных условиях.
задания 6–8, 30, 31
Амфотерность гидроксида хрома
Для школьных задач важны соединения Cr(III) и Cr(VI). Cr₂O₃ и Cr(OH)₃ амфотерны. Хромат CrO₄²⁻ обычно жёлтый, дихромат Cr₂O₇²⁻ оранжевый; оба содержат Cr(+6). Поэтому изменение цвета хромат–дихромат само по себе не является окислительно-восстановительной реакцией. Cr(OH)₃ растворяется в кислоте за счёт образования Cr³⁺. В избытке концентрированного водного раствора щёлочи образуются гидроксокомплексы Cr(III); условия и запись комплекса должны быть указаны.
задания 6–8, 22, 23, 30
Хромат и дихромат: кислота меняет равновесие
Для школьных задач важны соединения Cr(III) и Cr(VI). Cr₂O₃ и Cr(OH)₃ амфотерны. Хромат CrO₄²⁻ обычно жёлтый, дихромат Cr₂O₇²⁻ оранжевый; оба содержат Cr(+6). Поэтому изменение цвета хромат–дихромат само по себе не является окислительно-восстановительной реакцией. Равновесие: 2CrO₄²⁻ + 2H⁺ ⇌ Cr₂O₇²⁻ + H₂O. Добавление кислоты способствует оранжевому дихромату; добавление щёлочи связывает H⁺ и способствует жёлтому хромату. Сохраняются атомы Cr и степень окисления +6.
задания 19, 29–31
Дихромат принимает шесть электронов
Для школьных задач важны соединения Cr(III) и Cr(VI). Cr₂O₃ и Cr(OH)₃ амфотерны. Хромат CrO₄²⁻ обычно жёлтый, дихромат Cr₂O₇²⁻ оранжевый; оба содержат Cr(+6). Поэтому изменение цвета хромат–дихромат само по себе не является окислительно-восстановительной реакцией. В кислой среде дихромат — окислитель. Полуреакция: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O. Каждый из двух атомов Cr принимает три электрона, суммарно шесть. Ионы Fe²⁺ могут отдавать по одному электрону, превращаясь в Fe³⁺.
задания 19, 29–31
Из Cr(III) в хромат
Для школьных задач важны соединения Cr(III) и Cr(VI). Cr₂O₃ и Cr(OH)₃ амфотерны. Хромат CrO₄²⁻ обычно жёлтый, дихромат Cr₂O₇²⁻ оранжевый; оба содержат Cr(+6). Поэтому изменение цвета хромат–дихромат само по себе не является окислительно-восстановительной реакцией. В щелочной среде подходящий окислитель, например H₂O₂ в школьной схеме, переводит Cr(III) в хромат. Cr отдаёт электроны, а кислород пероксида восстанавливается из −1 до −2. Среда участвует в балансе атомов и заряда.
задания 19, 29–31
Перманганат в кислой среде
В перманганат-ионе MnO₄⁻ марганец имеет степень окисления +7. При восстановлении продукт зависит от среды и восстановителя. Типовые школьные ориентиры: кислая среда — Mn²⁺, нейтральная или слабощелочная — бурый MnO₂, сильнощелочная при подходящем восстановителе — зелёный MnO₄²⁻. Одного слова «щелочная» без уточнения условий недостаточно для всех случаев. Полуреакция в кислой среде: MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O. Изменение +7 → +2 требует пяти электронов на один атом Mn.
задания 19, 29–31
Почему возникает бурый осадок
В перманганат-ионе MnO₄⁻ марганец имеет степень окисления +7. При восстановлении продукт зависит от среды и восстановителя. Типовые школьные ориентиры: кислая среда — Mn²⁺, нейтральная или слабощелочная — бурый MnO₂, сильнощелочная при подходящем восстановителе — зелёный MnO₄²⁻. Одного слова «щелочная» без уточнения условий недостаточно для всех случаев. Для восстановления до MnO₂ удобно уравнение: MnO₄⁻ + 2H₂O + 3e⁻ → MnO₂ + 4OH⁻. Марганец меняет +7 на +4 и принимает три электрона. Среда в ходе реакции может становиться более щелочной.
задания 19, 29–31
Сильная щёлочь и зелёный манганат
В перманганат-ионе MnO₄⁻ марганец имеет степень окисления +7. При восстановлении продукт зависит от среды и восстановителя. Типовые школьные ориентиры: кислая среда — Mn²⁺, нейтральная или слабощелочная — бурый MnO₂, сильнощелочная при подходящем восстановителе — зелёный MnO₄²⁻. Одного слова «щелочная» без уточнения условий недостаточно для всех случаев. При восстановлении до MnO₄²⁻ марганец меняет +7 на +6 и принимает один электрон. Молярное соотношение с тем же восстановителем отличается от реакции в кислой или нейтральной среде.
задания 19, 28, 29, 31
Нагревание и внутренний электронный баланс
В перманганат-ионе MnO₄⁻ марганец имеет степень окисления +7. При восстановлении продукт зависит от среды и восстановителя. Типовые школьные ориентиры: кислая среда — Mn²⁺, нейтральная или слабощелочная — бурый MnO₂, сильнощелочная при подходящем восстановителе — зелёный MnO₄²⁻. Одного слова «щелочная» без уточнения условий недостаточно для всех случаев. При нагревании KMnO₄ разлагается: 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂. Два атома Mn из +7 переходят в +6 и +4, принимая в сумме четыре электрона; два атома O из −2 переходят в 0 и отдают четыре электрона.
