Задачки по химии: порошок алюминия смешали с...

В последние годы наблюдается тенденция стабильного спроса на сдачу экзамена по химии у выпускников 9-х и 11-х классов. Причина в возрастающей популярности медицинских и инженерных высших учебных заведений, в которых в качестве профильного экзамена выступает химия.

Актуальность

Для того чтобы быть конкурентоспособными при подаче документов, школьники должны продемонстрировать высокий уровень знаний на ЕГЭ.

Особую сложность вызывают у будущих медиков и инженеров задачи, в которых порошок серы смешали с избытком порошка алюминия, затем добавили кислоту, потом воду. Необходимо произвести расчеты, определить одно из веществ, а также составить уравнения происходящих реакций.

Как правильно решать задачи на порошок алюминия, смешиваемый с другими неорганическими соединениями? Остановимся на данном вопросе подробнее.

Первый пример

Порошок серы смешали с порошком алюминия, затем смесь нагрели, вещество, полученное в результате этой реакции, поместили в воду. Образующийся газ поделили на две части. Одну смешали с соляной кислотой, во вторую добавили раствор гидроксида натрия до растворения осадка. Какие превращения при этом происходили? Составьте уравнения всех реакций, соответствующих превращениям, описанным в задании.

Ответом на поставленный вопрос должны стать четыре уравнения со стереохимическими коэффициентами.

Порошок серы смешали с избытком порошка алюминия, что произойдет? Вещества реагируют по схеме, где конечным продуктом является соль.

Образующийся сульфид алюминия в водной среде подвергается гидролизу. Так как эта соль образована слабым основанием (гидроксидом алюминия) и слабой сероводородной кислотой, протекает полный гидролиз. В результате процесса образуется нерастворимое основание и летучая кислота.

При взаимодействии одного из продуктов, а именно гидроксида алюминия с соляной кислотой, протекает реакция ионного обмена.

Учитывая, что гидроксид алюминия обладает амфотерными (двойственными) химическими свойствами, он образует комплексную соль (тетрагидроксоалюминат натрия) с раствором гидроксида натрия.

Второй пример

Рассмотрим еще один пример задания, предполагающего написание процессов, упоминаемых в условии. Порошок алюминия смешивают с йодом. Добавляют небольшое количество воды. Полученное в процессе соединение растворяют в воде, добавляют к нему избыток аммиачной воды. Осадок отфильтровывают, прокаливают. К остатку от прокаливания добавляют карбонат натрия, смесь сплавляют. Запишите четыре уравнения реакций со стереохимическими коэффициентами, соответствующих описанным процессам.

Так как порошок алюминия смешивают по условию задачи с йодом, первое уравнение взаимодействия простых веществ имеет вид:

2Al + 3I₂ = 2AlI₃

Для протекания данной реакции необходимо незначительное количество воды, о котором есть упоминание в условии.

Следующая химическая реакция отражает взаимодействие полученного на первом этапе йодида алюминия с гидроксидом натрия:

AlI₃ + 3NaOH = Al(OH)₃ + 3NaI

Так как продукт данного процесса (гидроксид алюминия) проявляет свойства, типичные для оснований, он вступает в реакцию ионного обмена с кислотой, в качестве продуктов реакции выступают соль и вода:

Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O

Наибольшую сложность у школьников при решении задачи, в которой фигурирует порошок алюминия, вызывает последняя реакция. При взаимодействии хлорида алюминия с водным раствором карбоната натрия в реакционной смеси протекает процесс гидролиза солей, приводящий к получению хлорида натрия, углекислого газа, гидроксида алюминия. Реакция имеет следующий вид:

2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O = 2Al(OH)₃ + 3CO₂ + 6NaCL

Какие сложности возникают у школьников

В некоторых заданиях предполагается, что фосфор смешали с избытком порошка алюминия. Алгоритм решения аналогичен двум предыдущим примерам. Среди тех проблем, которые испытывают в подобных заданиях выпускники, отметим невнимательное прочтение условия. Упуская из поля зрения, например, присутствие в реакционной смеси воды, выпускники забывают о возможности протекания гидролиза в смеси, неправильно пишут химическое уравнение процесса. Не все могут описывать действия с веществами: выпаривание, фильтрование, прокаливание, обжиг, сплавление, спекание. Не владея представлениями об отличиях между физическими и химическими взаимодействиями, невозможно рассчитывать на успешное выполнение заданий подобного вида.

Третий пример

Прокаливают нитрат марганца (II). Добавляют к полученному твердому веществу бурого цвета концентрированную хлороводородную кислоту. Газ, выделяющийся при этом, пропускают через сероводородную кислоту. При добавлении к получившемуся раствору хлорида бария наблюдается выпадение осадка. Напишите четыре химических уравнения, соответствующие описанным превращениям.

При прокаливании из одного вещества должно образовываться сразу несколько продуктов. В предлагаемой задаче из исходного нитрата получается бурый газ и оксид марганца (IV):

Mn(NO₃)₂ → MnO₂ + 2NO₂

После добавления к продуктам хлороводородной концентрированной кислоты, помимо газообразного хлора, получается вода, а также хлорид марганца (II):

MnO₂ + 4 HCl → MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Именно хлор вступает во взаимодействие с сероводородной кислотой, в качестве осадка образуется сера. Уравнение процесса имеет следующий вид:

Cl₂ +Н₂S → 2HCl + S

Поскольку сера не способна образовывать осадка с хлоридом бария, необходимо учесть, что смесь хлора и сероводорода при наличии молекул воды, может взаимодействовать по следующей схеме:

4Cl₂ + Н₂S + 4Н₂О → 8HCl + Н₂SO₄

Поэтому с хлоридом бария в реакцию вступает серная кислота:

Н₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + 2HCl

Важные моменты

Далеко не все старшеклассники знают, как в промышленности порошки алюминия получают, куда их используют. Минимальное количество практических и лабораторных работ, оставленных в школьном курсе химии, негативно отражается на практических умениях и навыках школьников. Именно поэтому задания, которые связаны с агрегатным состоянием вещества, его цветом, характерными признаками, вызывают сложности у выпускников, сдающих единый государственный экзамен по химии.

Часто составители тестовых заданий используют оксид алюминия, порошок которого вступает во взаимодействие с серой или галогеном, образуя, соответственно, сульфид либо галогенид. Старшеклассники упускают тот факт, что получаемая соль подвергается в водном растворе гидролизу, поэтому неправильно выполняют вторую часть задания, теряя при этом баллы.

Подводим итоги

Для того чтобы без ошибок справляться с вопросами, касающимися нескольких превращений неорганических веществ, необходимо иметь представление о качественных реакциях на катионы и анионы, знать условия протекания гидролиза, записывать молекулярные и ионные уравнения. При отсутствии практических навыков сложность вызывают вопросы, касающиеся внешних признаков взаимодействия веществ.