Уравнение реакции перманганата калия с хлороводородом

— выбраны вещества, и записано уравнение окислительно-восстановительной реакции;

Галогены. Задания из второй части ЕГЭ 2021 по Химии с объяснениями.

Задание 1:

Газ, выделившийся при взаимодействии хлороводородной кислоты с перманганатом калия, реагирует с железом. Продукт реакции растворили в воде и добавили к нему сульфид натрия. Более легкое из образовавшихся нерастворимых веществ отделили и ввели в реакцию с горячей концентрированной азотной кислотой. Составьте уравнения четырех описанных реакций.

Решение:

Первая реакция — хлороводородная (соляная) кислота реагирует с перманганатом калия:
16HCl + 2KMnO₄ = 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O — в результате выделяется тот газ (хлор), который нужен для следующей реакции.

Вторая реакция — идет между хлором и железом (хлор окисляет железо до степени окисления +3):
2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃ .

Следующий этап — хлорид железа растворили ( FeCl₃ хорошо растворяется в воде (92 г/ 100 мл) , и добавили к нему сульфид натрия
Это не ионно-обменная реакция, а ОВР, так как хлорид Fe (III) является сильным окислителем:
2FeCl₃ + 3Na₂S = S↓ + 2FeS + 6NaCl — эффектом реакции является выделение желтого осадка в виде чистой серы, которую возьмут для взаимодействия с горячей азотной кислотой.

Последняя реакция в этом блоке — сера плюс концентрированная HNO₃:
S + HNO₃ (конц.,гор.) = H₂SO₄ + 6NO₂↑ + 2H₂O

Задание 2:

Раствор хлорида железа (III) подвергли электролизу с графитовыми электродами. Осадок бурого цвета, образовавшийся в качестве побочного продукта электролиза, отфильтровали и прокалили. Вещество, образовавшееся на катоде, растворили в концентрированной азотной кислоте при нагревании. Продукт, выделившийся на аноде, пропустили через холодный раствор гидроксида калия. Составьте уравнения четырех описанных реакций.

Решение:

Первая реакция в списке — это электролиз водного раствора хлорида железа; на катоде выделяется Fe и H₂; на аноде — Cl₂ .
4FeCl₃ +6H₂O = 2Fe + 3H₂ + 6Cl₂ + 2Fe(OH)₃ ↓

Вторая реакция — взяли бурый осадок из предыдущей реакции электролиза и прокалили; это процесс разложения нерастворимого основания гидроксида железа (III):
2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O

Следующая реакция проходит между веществом, которое образовалось на катоде и растворили его в концентрированной азотной кислоте; естественно, речь идет о железе:
Fe + 6HNO₃ (конц.) = Fe(NO₃)₃ + 3NO₂↑ + 3H₂O

Последняя реакция — продукт, который выделился на аноде пропустили через холодную щелочь (это важное дополнение, так как с горячей образуются другие продукты реакции); это взаимодействие хлора с KOH:
Cl₂ + 2KOH = KClO + KCl + H₂O — данный тип ОВР называется диспропорционированием (один и тот же элемент и окисляется, и восстанавливается).

Задание 3:

Йод обработали концентрированной азотной кислотой при нагревании. Раствор осторожно выпарили и остаток нагрели, получив оксид, который взаимодействует с угарным газом с образованием двух веществ — простого и сложного. Образовавшееся при этом простое вещество растворили в теплом растворе гидроксида калия. Составьте уравнения четырех описанных реакций.

Решение:

Первая реакция — йод и азотная кислота, достаточно простая реакция с образованием йодноватой кислоты, газа с оттенком «лисьего хвоста» и воды:
I₂ + 10HNO₃ = 2HIO₃ + 10NO₂↑ + 4H₂O (t)

Следующий этап — выпарили раствор, и остаток нагрели; это касается разложения йодноватой кислоты:
2HIO₃ = I₂O₅ + H₂O (t)

Третья реакция — полученный в предыдущей реакции оксид пропустили через угарный газ:
I₂O₅ + 5CO = I₂ + 5CO₂ — как и сказано в условии, получаем одно простое и одно сложное вещества.

Последняя реакция из списка — простое вещество ( I₂ ) растворили в теплом растворе щелочи (KOH):
I₂ + 6KOH = 5KI + KIO₃ +3H₂O.

Задание 4:

Оксид железа (III) сплавили с поташом. Полученный продукт добавили в воду. Образовавшийся осадок отделили и растворили в йодоводородной кислоте. Выделившееся простое вещество реагирует с тиосульфатом натрия. Напишите уравнения четырех описанных реакций.

Решение:

Первая реакция может вызвать сложности из — за незнания тривиального названия «поташ«, который представляет собой карбонат калия:
Fe₂O₃ + K₂CO₃ = 2KFeO₂ + CO₂↑ — это непростая реакция сплавления, которую надо запомнить.

Следующая реакция — добавление к полученному продукту воды:
KFeO₂ + 2H₂O = KOH + Fe(OH)₃↓

Третья реакция — осадок в виде гидроксида железа (III) растворили в йодоводородной кислоте, в результате выделяется чистый йод:
2Fe(OH)₃ + 6HI = 2FeI₂ + I₂ + 6H₂O

Последний этап — взаимодействие йода с тиосульфатом натрия с образованием йодида натрия и тетратионата натрия:
I₂ + 2Na₂S₂O₃ = 2NaI + Na₂S₄O₆ .

Задание 5:

Кремний сожгли в атмосфере хлора. Продукт реакции обработали водой. Выделившийся осадок отделили, прокалили и обработали плавиковой кислотой. Напишите уравнения четырех описанных реакций.

Решение:

Первый этап — сожгли кремний в атмосфере хлора, эта реакция представляет взаимодействие двух простых веществ:
Si + 2Cl₂ = SiCl₄

Следующая реакция — тетрахлорсилан ( SiCl₄ ) обработали водой:
SiCl₄ + 3H₂O = H₂SiO₃ + 4HCl — эффектом этой реакции является выпадение бесцветного студенистого осадка кремниевой кислоты.

Третья реакция — разложение кремниевой кислоты:
H₂SiO₃ = SiO₂ + H₂O

Четвертая реакция — взаимодействие кремнезема с плавиковой кислотой:
SiO₂ + 4HF = SiF₄ + 2H₂O — эта реакция объясняет, почему плавиковую кислоту не хранят в стеклянной посуде (HF реагирует с диоксидом кремния, соответственно, разъедает стекло).

Задание 6:

В раствор гидроксида натрия внесли оксид хрома (VI). Раствор выпарили, твердый остаток обработали серной кислотой и из полученного раствора при охлаждении выделили соль оранжевого цвета. При растворении соли в бромоводородной кислоте образуется простое вещество, которое может взаимодействовать с сероводородом. Напишите уравнения четырех описанных реакций.

Решение:

Первая реакция — оксид хрома ( VI ), который является кислотным оксидом, прореагирует с щелочью:
CrO₃ + 2NaOH = Na₂CrO₄ + H₂O — эффектом этой реакции является образование вещества желтого цвета — хромата натрия.

Далее нужно написать взаимодействие хромата натрия с серной кислотой — это необычная ионно-обменная реакция, которую нужно запомнить:
2Na₂CrO₄ + H₂SO₄ = Na₂Cr₂O₇ + Na₂SO₄ + H₂O — цвет раствора изменился с желтого на оранжевый (это цвет дихромата натрия).

Третья реакция — взаимодействие Na₂Cr₂O₇ с бромоводородной кислотой:
Na₂Cr₂O₇ + 14HBr = 2NaBr + 2CrBr₃ + 3Br₂ + 7H₂O

Четвертая реакция — выделили простое вещество, который прореагировал с сероводородом (бром замещает серу):
Br₂ + H₂S = 2HBr + S.

Задание 7:

Раствор, полученный при пропускании сернистого газа через бромную воду, нейтрализовали гидроксидом бария. Выпавший осадок отделили, смешали с коксом и прокалили. При обработке продукта прокаливания хлороводородной кислотой выделяется газ с запахом тухлых яиц. Составьте уравнения четырех описанных реакций.

Решение:

Первая реакция — сернистый газ реагирует с бромной водой, поэтому надо добавить воду:
SO₂ + Br₂ + 2H₂O = H₂SO₄ + 2HBr

Вторая и третья реакции представляют собой нейтрализацию полученного раствора (серная кислота и бромоводородная кислота):
H₂SO₄ + Ba(OH)₂ = BaSO₄↓ + 2H₂O
2HBr + Ba(OH)₂ = BaBr₂ + 2H₂O

Четвертая реакция — осадок реагирует с коксом при прокаливании; это взаимодействие с углеродом:
BaSO₄ + 4C = BaS + 4CO↑

Последняя реакция — продукт прокаливания обработали HCl и выделился газ с запахом тухлых яиц (это сероводород):
BaS + 2HCl = BaCl₂ + H₂S↑.

Химические свойства алкинов

Алкины – это непредельные (ненасыщенные) нециклические углеводороды, в молекулах которых присутствует одна тройная связь между атомами углерода С≡С.

Остановимся на свойствах, способах получения и особенностях строения алкинов.

Химические свойства алкинов

Алкины – непредельные углеводороды, в молекулах которых есть одна тройная связь. Строение и свойства тройной связи определяют характерные химические свойства алкинов. Химические свойства алкинов схожи с химическими свойствами алкенов из-за наличия кратной связи в молекуле.

Для алкинов характерны реакции окисления. Окисление алкенов протекает преимущественно по тройной связи, хотя возможно и жесткое окисление (горение).

1. Реакции присоединения

Тройная связь состоит из σ-связи и двух π-связей. Сравним характеристики одинарной связи С–С, тройной связи С ≡ С и связи С–Н:

Таким образом, тройная связь С≡С короче, чем одинарная связь С–С , поэтому π-электроны тройной связи прочнее удерживаются ядрами атомов углерода и обладают меньшей поляризуемостью и подвижностью. Реакции присоединения по тройной связи к алкинам протекают сложнее, чем реакции присоединения по двойной связи к алкенам.

Для алкинов характерны реакции присоединения по тройной связи С ≡ С с разрывом π-связей.

1.1. Гидрирование

Гидрирование алкинов протекает в присутствии катализаторов (Ni, Pt) с образованием алкенов, а затем сразу алканов.

При использовании менее активного катализатора (Pd, СaCO₃, Pb(CH₃COO)₂) гидрирование останавливается на этапе образования алкенов.

1.2. Галогенирование алкинов

Присоединение галогенов к алкинам происходит даже при комнатной температуре в растворе (растворители — вода, CCl₄).

Аналогично алкины реагируют с хлором, но обесцвечивания хлорной воды при этом не происходит, потому что хлорная вода и так бесцветная)

Реакции протекают в присутствии полярных растворителей по ионному (электрофильному) механизму.

1.3. Гидрогалогенирование алкинов

Алкины присоединяют галогеноводороды. Реакция протекает по механизму электрофильного присоединения с образованием галогенопроизводного алкена или дигалогеналкана.

При присоединении галогеноводородов и других полярных молекул к симметричным алкинам образуется, как правило, один продукт реакции, где оба галогена находятся у одного атома С.

При присоединении полярных молекул к несимметричным алкинам образуется смесь изомеров. При этом выполняется правило Марковникова.

1.4. Гидратация алкинов

Гидратация (присоединение воды) алкинов протекает в присутствии кислоты и катализатора (соли ртути II).

Сначала образуется неустойчивый алкеновый спирт, который затем изомеризуется в альдегид или кетон.

Гидратация алкинов протекает по ионному (электрофильному) механизму.

Для несимметричных алкенов присоединение воды преимущественно по правилу Марковникова.

1.5. Димеризация, тримеризация и полимеризация

Присоединение одной молекулы ацетилена к другой (димеризация) протекает под действием аммиачного раствора хлорида меди (I). При этом образуется винилацетилен:

Тримеризация ацетилена (присоединение трех молекул друг к другу) протекает под действием температуры, давления и в присутствии активированного угля с образованием бензола (реакция Зелинского):

Алкины также вступают в реакции полимеризации — процесс многократного соединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) друг с другом с образованием высокомолекулярного вещества (полимера).

nM → M_n (M – это молекула мономера)

… –CH=CH–CH=CH–CH=CH–…

2. Окисление алкинов

Реакции окисления в органической химии сопровождаются увеличением числа атомов кислорода (или числа связей с атомами кислорода) в молекуле и/или уменьшением числа атомов водорода (или числа связей с атомами водорода).

2.1. Горение алкинов

Алкины, как и прочие углеводороды, горят с образованием углекислого газа и воды.

Уравнение сгорания алкинов в общем виде:

2.2. Окисление алкинов сильными окислителями

Алкины реагируют с сильными окислителями (перманганаты или соединения хрома (VI)). При этом происходит окисление тройной связи С≡С и связей С-Н у атомов углерода при тройной связи. При этом образуются связи с кислородом.

При окислении трех связей у атома углерода в кислой среде образуется карбоксильная группа СООН, четырех — углекислый газ СО₂. В нейтральной среде — соль карбоновой кислоты и карбонат (гидрокарбонат) соответственно.

Таблица соответствия окисляемого фрагмента молекулы и продукта:

При окислении бутина-2 перманганатом калия в среде серной кислоты окислению подвергаются два фрагмента СН₃–C ≡ , поэтому образуется уксусная кислота:

При окислении 3-метилпентина-1 перманганатом калия в серной кислоте окислению подвергаются фрагменты R–C и H–C , поэтому образуются карбоновая кислота и углекислый газ:

При окислении алкинов сильными окислителями в нейтральной среде углеродсодержащие продукты реакции жесткого окисления (кислота, углекислый газ) могут реагировать с образующейся в растворе щелочью в соотношении, которое определяется электронным балансом с образованием соответствующих солей.

Аналогичные органические продукты образуются при взаимодействии алкинов с хроматами или дихроматами.

Окисление ацетилена протекает немного иначе, σ-связь С–С не разрывается, поэтому в кислой среде образуется щавелевая кислота:

В нейтральной среде образуется соль щавелевой кислоты – оксалат калия:

Обесцвечивание раствора перманганата калия — качественная реакция на тройную связь.

3. Кислотные свойства алкинов

Связь атома углерода при тройной связи (атома углерода в sp-гибридизованном состоянии) с водородом значительно более полярная. чем связь С–Н атома углерода при двойной или одинарной связи (в sp 2 и sp 3 -гибридном состоянии соответственно). Это обусловлено большим вкладом s-орбитали в гибридизованное состояние.

Повышенная полярность связи С–Н у атомов углерода при тройной связи в алкинах приводит к возможности отщепления протона Н + , т.е. приводит к появлению у алкинов с тройной связью на конце молекулы (алкинов-1) кислотных свойств.

Алкины с тройной связью на конце молекулы взаимодействуют с активными металлами, гидридами, амидами металлов и т.д.

Алкины с тройной связью на конце молекулы взаимодействуют с аммиачным раствором оксида серебра (I) или аммиачным раствором хлорида меди (I).

При этом образуются нерастворимые в воде ацетилениды серебра или меди (I):

Соответственно, алкины, в которых тройная связь расположена не на конце молекулы, не реагируют с аммиачными растворами оксида серебра или хлорида меди (I).