Электрон завоевал физику, а потом и химию, став для этой науки почти идолом. Окислительно-восстановительные реакции находятся во власти электронных переходов от одного атома к другому как внутри молекулы, так и между молекулами.
Перемещение электронов сопровождается изменениями степени окисления атомов, участвующих в этих процессах.

Продолжение, начало в № 4, 2016

1. Где идет гидролиз?

Щелочноземельный металл кальций взаимодействует с водой, выделяя газ. При этом получается сильнощелочной раствор гидроксида кальция. При внесении в воду твёрдых карбида кальция или гидрида кальция тоже выделяются газы, а среда становится сильнощелочной.

Какие из перечисленных процессов относятся к окислительно-восстаноительным, какие – к обменным (гидролиз)?

2. Вот так «изобретение»!

Чтобы обнаружить присутствие в воздухе монооксида углерода – вредного и ядовитого «угарного» газа, часто пользуются индикаторными трубками, наполненными белым порошком оксида иода (V), который под действием СО восстанавливается до чёрного порошкообразного иода.

Подобного же рода реакция с выделением иода идёт при пропускании СО в подкисленный раствор иодата натрия NaIO₃.

Некий изобретатель-самоучка решил усовершенствовать процесс определения угарного газа в воздухе и предложил применять в качестве реактива на СО смесь иодата натрия и иодоводородной кислоты. Но эксперты отказали ему в выдаче патента на изобретение.

Как вы думаете, почему?

3. Многоликий гидроксиламин

В 1865 г. немецкий химик Вильгельм Лоссен открыл новое вещество – гидроксиламин. Это бесцветное кристаллическое соединение сразу повело себя необычно.

При действии на его водный раствор диоксида серы появились катионы аммония, при смешивании гидроксиламина с хлорной водой выделялся азот. Но самое удивительное то, что в среде уксусной кислоты гидроксиламин восстанавливал иод до иодид-ионов, а сам превращался в азот, в то время как в концентрированной соляной кислоте он, наоборот, окислял иодид-ионы до иода, превращаясь в катион аммония.

Лоссен отчаялся разобраться в существе протекающих реакций.

Давайте ему поможем.

4. Насмешил!

Студент-первокурсник не утруждал себя подготовкой к занятиям и насмешил всех, когда сделал в трёх уравнениях реакций десять ошибок:

NaCl + H₂SО₄(разб.) = Cl₂↑+ NaHSО₄

NaBr +H₂SО₄(paзб.) = Br₂↑ + NaHSО₄

KI+ H₂SО₄(paзб.) = I₂↓ + KHSО₄

Найдите и исправьте эти ошибки.

5. Из одной соли – две

Раствор, приготовленный из гептагидрата сульфита натрия Na₂SО₃ • 7Н₂О, имеет значение водородного показателя pH > 7 (среда щелочная). Если же эту соль прокалить при 600°С, а остаток от прокаливания растворить в воде, то значение pH возрастёт и может даже достичь 13.

При добавлении к такому раствору соляной кислоты выделится газ с отвратительным запахом, который мгновенно превращает бумажку, пропитанную раствором сульфата меди (ІІ), из голубой в чёрную.

Что же получилось при прокаливании сульфита натрия?

6. Открытие Каро

Немецкий химик Генрих Каро в 1898 г. в своей домашней лаборатории изучал поведение концентрированной серной кислоты при электролизе.

На никелевом катоде он установил выделение водорода, а около графитового анода образовалось какое-то неизвестное вещество. При упаривании в вакууме анодной жидкости Каро получил бесцветные прозрачные легкоплавкие кристаллы, водный раствор которых превращал сульфат марганца MnSО₄ в марганцовую кислоту НМnО₄, а сульфат хрома Cr₂(SО₄)₃ в двухромовую кислоту Н₂Сг₂О₇.

Слабое нагревание водного раствора полученного им вещества превращало его в смесь пероксида водорода и серной кислоты.

Какое вещество образовалось около анода?

7. Галогены и вода

Попадая в воду, галогены (хлор, бром и иод) сначала подвергаются гидратации, а потом диспропорционируют, например:

Сl₂ + Н₂О ↔НСl + НСlО

В случае хлора этот процесс протекает в большей степени, чем для брома. А поведение иода необычно: дисмутация практически не наблюдается. Вместо этого наблюдается диссоциация молекул на ионы и гид-ратация катионаI⁺:

I₂ + Н₂О ↔ I⁺ • Н₂O + I^-

Как вы объясните эту реакцию?

8. Ошибка лаборанта

Для получения сероводорода на лекциях использовали аппарат Киппа с кусочками сульфида железа и разбавленной соляной кислотой.

Но вот на очередную лекцию лаборант вынес аппарат, все внутренние стенки которого были покрыты беловато-жёлтым налётом, а вместо прозрачного раствора кислоты пузырилась мутная, слегка желтоватая жидкость.

Профессор потребовал немедленно унести аппарат и перезарядить его, так как вместо разбавленной соляной в нём оказалась серная кислота, к тому же концентрированная.

Что произошло в аппарате Киппа?

9. Цепочка «серебряных» превращений

Химик исследовал поведение иода и серебра в растворах разного состава.

Сначала он высыпал порошок иода в нагретый водный раствор гидроксида калия и получил прозрачный бесцветный раствор. После ох-лаждения он добавил к этому раствору избыток нитрата серебра и получил осадок светло-желтого цвета.

Химик фильтрованием отделил от раствора осадок, промыл его водой и обработал избытком раствора аммиака. Он заметил, что только часть осадка перешла в раствор, а оставшаяся часть стала более жёлтой; этот остаток был перенесен в водный раствор сульфида натрия.

Выпал чёрный осадок, который под действием азотной кислоты пожелтел, и при этом выделился бесцветный газ, буреющий на воздухе.

Каков состав получаемых при этих превращениях веществ и какие реакции здесь протекают?

10. Простой вопрос

Смесь цинка и сульфида цинка обработали концентрированной азотной кислотой и увидели выделение красно-бурого газа. К полученному бесцветному раствору добавили хлорид бария, и выпал белый осадок, нерастворимый в азотной кислоте.

Какие вещества содержались в растворе над осадком?

11. «Разборчивый» гексафторид серы

Всем, кто основательно изучал неорганическую химию, известен гексафторид серы – бесцветный, не имеющий запаха, негорючий газ, химически инертный к растворам щелочей, хлороводорода и фтороводорода. Поэтому под названием «элегаз» его используют в качестве электроизолятора в генераторах высокого напряжения.

Когда баллон с гексафторидом серы временно поставили в лаборатории, никто не возражал, хотя было известно, что вентиль не вполне исправен и немного пропускает газ.

Вечером сотрудники лаборатории забыли плотно закупорить склянку с иодоводородной кислотой, а утром их ждал неприятный сюрприз.

Комната была заполнена фиолетовым туманом с неприятным запахом тухлых яиц, а в стакане с раствором нитрата свинца плавали чёрные частички, похожие на сажу.

Что же произошло в лаборатории?

12. Подсказывает ряд напряжений

Во время очередного занятия преподаватель обратил внимание учащихся на плакат «Электрохимический ряд напряжений» и подчеркнул два металла – кадмий (левее водорода) и ртуть (правее водорода).

Он предложил провести опыты с этими «металлами», сначала подействовать на них разбавленной серной кислотой, потом в раствор сульфата кадмия внести капельку ртути, а в раствор сульфата ртути – гранулу кадмия.

Предскажите результаты этих опытов.

13. Эксперимент не удался

В 1961 г. из Японии был привезен и передан в отраслевой институт, занимавшийся получением полупроводникового кремния, образец особо чистого трихлорсилана SiHCl3.

Однако в лаборатории института образец внезапно исчез. В вытяжном шкафу нашли только осколки стекла от ампулы с трихлорсиланом, а рядом – чашку с активированным углём.

Там же стояла установка для гидрохлорирования аморфного кремния, которой раньше не было, и склянка с аморфным кремнием, содержащим примесь меди. На выходе установки в поглотительной склянке находилась мутная жидкость, содержащая соляную кислоту и взвесь диоксида кремния.

Эксперту-химику, приглашённому криминалистами, пришлось изрядно поломать голову, чтобы прийти к окончательному заключению о случившемся. Сознался в своем проступке и сотрудник лаборатории.

Что произошло?

14. Остался один

При растирании в фарфоровой ступке порошка цинка с кристаллами нитрата серебра начинается экзотермическая реакция, приводящая к расплавлению смеси и выделению красно-бурого газа. По окончании реакции в ступке остаётся тёмно-серое вещество, обработка которого серной кислотой превращает его в чёрный порошок.

Какие реакции здесь протекают?

15. Командует пиролюзит

В 1818 г. французский химик Луи Жак Тенар открыл пероксид водорода, а позднее он изучил каталитическое действие минерала пиролюзита (природного диоксида марганца) на разложение Н₂О₂ до кислорода и воды.

С тех пор эта реакция служит эталоном при изучении каталитических процессов. Пиролюзит также помогает выделить кислород из бертолетовой соли.

Как это происходит?

Подсмотреть ответы

Н.Г. Антонюк, кандидат химических наук, доцент, Национальный университет «Киево-Могилянская академия»