Примеры химических реакций разложения с водой

Реакции разложения

При выполнении различных заданий ЕГЭ по химии (например, задачи 34 или задания 32 «мысленный эксперимент») могут пригодиться знания о том, какие вещества при нагревании разлагаются и как они разлагаются.

Рассмотрим термическую устойчивость основных классов неорганических веществ. Я не указываю в условиях температуру протекания процессов, так как в ЕГЭ по химии такая информация, как правило, не встречается. Если возможны различные варианты разложения веществ, я привожу наиболее вероятные, на мой взгляд, реакции.

Разложение оксидов

При нагревании разлагаются оксиды тяжелых металлов:

2HgO = 2Hg + O₂

Разложение гидроксидов

Как правило, при нагревании разлагаются нерастворимые гидроксиды. Исключением является гидроксид лития, он растворим, но при нагревании в твердом виде разлагается на оксид и воду:

2LiOH = Li₂O + H₂O

Гидроксиды других щелочных металлов при нагревании не разлагаются.

Гидроксиды серебра (I) и меди (I) неустойчивы:

2AgOH = Ag₂O + H₂O

2CuOH = Cu₂O + H₂O

Гидроксиды большинства металлов при нагревании разлагаются на оксид и воду.

В инертной атмосфере (в отсутствии кислорода воздуха) гидроксиды хрома (III) марганца (II) и железа (II) распадаются на оксид и воду:

Большинство остальных нерастворимых гидроксидов металлов также при нагревании разлагаются:

Разложение кислот

При нагревании разлагаются нерастворимые кислоты.

Например , кремниевая кислота:

Некоторые кислоты неустойчивы и подвергаются разложению в момент образования. Большая часть молекул сернистой кислоты и угольной кислоты распадаются на оксид и воду в момент образования:

В ЕГЭ по химии лучше эти кислоты записывать в виде оксида и воды.

Например , при действии водного раствора углекислого газа на карбонат калия в качестве реагента мы указываем не угольную кислоту, а оксид углерода (IV) и воду, но подразумеваем угольную кислоту при этом:

Азотистая кислота на холоде или при комнатной температуре частично распадается уже в водном растворе, реакция протекает обратимо:

При нагревании выше 100 о С продукты распада несколько отличаются:

Азотная кислота под действием света или при нагревании частично обратимо разлагается:

Разложение солей

Разложение хлоридов

Хлориды щелочных, щелочноземельных металлов, магния, цинка, алюминия и хрома при нагревании не разлагаются.

Хлорид серебра (I) разлагается под действием света:

2AgCl → Ag + Cl₂

Хлорид аммония при нагревании выше 340 о С разлагается:

Разложение нитратов

Нитраты щелочных металлов при нагревании разлагаются до нитрита металла и кислорода.

Например , разложение нитрата калия:

Видеоопыт разложения нитрата калия можно посмотреть здесь.

Нитраты магния, стронция, кальция и бария разлагаются до нитрита и кислорода при нагревании до 500 о С:

При более сильном нагревании (выше 500 о С) нитраты магния, стронция, кальция и бария разлагаются до оксида металла, оксида азота (IV) и кислорода:

Нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений после магния и до меди (включительно) + нитрат лития разлагаются при нагревании до оксида металла, диоксида азота и кислорода:

Нитраты серебра и ртути разлагаются при нагревании до металла, диоксида азота и кислорода:

Нитрат аммония разлагается при небольшом нагревании до 270 о С оксида азота (I) и воды:

При более высокой температуре образуются азот и кислород:

Разложение карбонатов и гидрокарбонатов

Карбонаты натрия и калия плавятся при нагревании.

Карбонаты лития, щелочноземельных металлов и магния разлагаются на оксид металла и углекислый газ:

Карбонат аммония разлагается при 30 о С на гидрокарбонат аммония и аммиак:

Гидрокарбонат аммония при дальнейшем нагревании разлагается на аммиак, углекислый газ и воду:

Гидрокарбонаты натрия и калия при нагревании разлагаются на карбонаты, углекислый газ и воду:

Гидрокарбонат кальция при нагревании до 100 о С разлагается на карбонат, углекислый газ и воду:

При нагревании до 1200 о С образуются оксиды:

Разложение сульфатов

Сульфаты щелочных металлов при нагревании не разлагаются.

Сульфаты алюминия, щелочноземельных металлов, меди, железа и магния разлагаются до оксида металла, диоксида серы и кислорода:

Сульфаты серебра и ртути разлагаются до металла, диоксида серы и кислорода:

Разложение фосфатов, гидрофосфатов и дигидрофосфатов

Эти реакции, скорее всего, в ЕГЭ по химии не встретятся! Гидрофосфаты щелочных и щелочноземельных металлов разлагаются до пирофосфатов:

Ортофосфаты при нагревании не разлагаются (кроме фосфата аммония).

Разложение сульфитов

Сульфиты щелочных металлов разлагаются до сульфидов и сульфатов:

Разложение солей аммония

Некоторые соли аммония, не содержащие анионы кислот-сильных окислителей, обратимо разлагаются при нагревании без изменения степени окисления. Это хлорид, бромид, йодид, дигидрофосфат аммония:

Cоли аммония, образованные кислотами-окислителями, при нагревании также разлагаются. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция. Это дихромат аммония, нитрат и нитрит аммония:

Видеоопыт разложения нитрита аммония можно посмотреть здесь.

Разложение перманганата калия

Разложение хлората и перхлората калия

Хлорат калия при нагревании разлагается до перхлората и хлорида:

4KClO₃ → 3KClO₄ + KCl

При нагревании в присутствии катализатора (оксид марганца (IV)) образуется хлорид калия и кислород:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

Перхлорат калия при нагревании разлагается до хлорида и кислорода:

Источник

§ 34. Типы химических реакций на примере свойств воды

Вы уже познакомились с самым удивительным веществом на Земле — оксидом водорода, т. е. с водой Н₂O.

Наша Родина занимает первое место в мире по запасам пресной воды — на территории России сосредоточена 1/5 её мировых ресурсов. Речной сток составляет 4270 км 3 в год, что соответствует 10% мирового речного стока, т. е. по 30 тысяч м 3 на каждого россиянина. Для сравнения укажем, что засушливые или полузасушливые регионы мира, которые составляют 40% суши, имеют только 2% мировых запасов пресной воды. За источники чистой воды в некоторых странах Азии и Африки идут настоящие войны. По прогнозам, к 2025 г. в странах, испытывающих умеренную или серьёзную нехватку воды, будут жить уже две трети населения планеты.

И хотя в России, кроме рек, сосредоточено также более 26 тысяч км 3 пресных вод в озёрах и существует 2000 водохранилищ, объём которых более 1 млн м 3 каждое, проблема загрязнения водоёмов и нехватки питьевой воды является одной из актуальных.

На примере химических свойств воды, этого важнейшего из веществ на нашей планете, повторим основные типы химических реакций по признаку «число и состав исходных веществ и продуктов реакции».

Реакция разложения.

С этой реакцией, которая протекает под действием постоянного электрического тока и называется электролизом, вы уже знакомились:

Растения разлагают воду на водород и кислород в процессе фотосинтеза. Если веточку водного растения элодеи поместить в прибор, изображённый на рисунке 112, и выставить на яркий солнечный свет, то уже через 10— 15 мин в верхней части пробирки соберётся кислород, который образовался в результате разложения воды на свету — фотолиза (фотос — свет, лизос — разложение). Как вы знаете из курса биологии, образовавшийся при этом водород с помощью многочисленных биохимических реакций образует с углекислым газом органическое вещество — глюкозу С₆Н₁₂O₆. Совокупность всех этих процессов и называют фотосинтезом. Процесс фотосинтеза можно записать с помощью следующего обобщённого уравнения:

Реакции соединения.

Вы рассматривали этот тип реакций на свойстве воды соединяться с оксидами металлов и неметаллов с образованием соответственно щелочей и растворимых кислородсодержащих кислот.

Если в фарфоровую чашечку поместить несколько кусочков уже известной вам негашёной извести — оксида кальция СаО, а затем приливать к ним постепенно воду, давая ей впитываться, над чашкой появится пар. Кусочки оксида кальция начнут разогреваться и превратятся в пушистые хлопья или порошок нового вещества — гидроксида кальция, или гашёной извести (рис. 113):

Рис. 113.
Взаимодействие оксида кальция (негашёной извести) с водой

Теперь вам стало понятно, почему эту реакцию называют гашением извести.

Образуют щёлочи при взаимодействии с водой все оксиды металлов IA группы (главной подгруппы I группы) Периодической системы Д. И. Менделеева, поэтому эти элементы называют щелочными. Оксиды металлов главной подгруппы II группы (IIA группы) Периодической системы Д. И. Менделеева — кальция, стронция, бария (их в старину называли землями) — также образуют при взаимодействии с водой щёлочи. Поэтому эти элементы называют щёлочноземельными.

А вот оксиды неметаллов взаимодействуют с водой, образуя кислоты, в которых неметалл будет иметь ту же степень окисления, что и в соответствующем оксиде:

Теперь вам, очевидно, стало понятно, почему основания и кислородсодержащие кислоты называют в химии одним словом «гидроксиды».

Гидроксидами называют кислородсодержащие кислоты и основания.

Вам следует запомнить несложное правило: вода реагирует с оксидами металлов и оксидами неметаллов в том случае, если образуется растворимый гидроксид (щёлочь или кислородсодержащая кислота):

Реакции замещения.

Щелочные и щёлочноземельные металлы с водой могут образовывать щёлочи не только с помощью своих оксидов, но и при непосредственном взаимодействии. Только это будут уже реакции другого типа — реакции замещения, например:

Нальём в чашку Петри, находящуюся на столике кодоскопа, немного воды и добавим к ней несколько капель фенолфталеина. Затем поместим в сосуд кусочек очищенного натрия величиной со спичечную головку. На экране будет проецироваться происходящая при этом химическая реакция (рис. 114): кусочек натрия превращается в круглый шарик (плавится, так как реакция экзотермическая), бегает по поверхности воды (натрий легче воды и подталкивается образующимся в результате взаимодействия газообразным водородом), оставляя за собой малиновый след (это изменяет окраску фенолфталеина получившаяся в результате реакции щёлочь — гидроксид натрия).

Рис. 114. Взаимодействие натрия с водой

Реакции обмена.

Если вы обратите внимание на уже знакомую вам таблицу растворимости гидроксидов и солей в воде, то, очевидно, заметите, что в некоторых клетках этой таблицы стоят прочерки, которые обозначают, что данное вещество в водной среде разлагается, или, как говорят, гидролизуется (гидро — вода, лизос — разложение).

Обменное взаимодействие веществ с водой, приводящее к их разложению, называют гидролизом.

Гидролиз может быть обратимым (с ним вы будете знакомиться при изучении химии в старших классах) и необратимым. Например, необратимо гидролизуется сульфид алюминия:

Если в пробирку прилить на 1/3 её объёма дистиллированной воды, а затем поместить в неё кусочек карбида кальция СаС₂ величиной с горошину, то можно заметить выделение газа — ацетилена С₂Н₂, а если затем в пробирку прилить раствор фенолфталеина, то появление малиновой окраски укажет на образование щёлочи — гидроксида кальция:

Гидролиз органических веществ — жиров, белков и углеводов, протекающий в живых организмах, — это основа их жизнедеятельности.

Следовательно, вода — не только самое важное вещество на Земле, но это и многоликое соединение, обладающее разнообразными химическими свойствами.

Ключевые слова и словосочетания

1. Электролиз.
2. Фотолиз.
3. Фотосинтез.
4. Щелочные и щёлочноземельные металлы.
5. Гидроксиды (основания и кислородсодержащие кислоты).
6. Условие взаимодействия оксидов металлов и неметаллов с водой.
7. Гидролиз.

Работа с компьютером

1. Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
2. Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока — сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.

Вопросы и задания

Закончите уравнения реакций, схемы которых:

Укажите типы реакций по признаку «число и состав исходных веществ и продуктов реакции». Назовите продукты реакций.

Какой объём ацетилена (н. у.) образуется в результате гидролиза 320 мг карбида кальция, содержащего 2% примесей?

Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

Укажите типы реакций по признаку числа и состава исходных веществ и продуктов реакции.

Вычислите объём (н. у.) водорода, который образуется при взаимодействии 9,2 г натрия, содержащего 2,5% примесей, с водой. Вычислите количество вещества щёлочи, которое получится при этом.

Найдите массу глюкозы и объём кислорода (н. у.), образующихся в процессе фотосинтеза, если в реакцию вступило 448 м 3 углекислого газа (н. у.). Вычислите количество вещества воды, которое для этого потребовалось.

Источник