Тренировочный вариант № 25

Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно – восстановительные реакции или ОВР – реакции, протекающие с изменением степени окисления элементов.

Для определения принадлежности той или иной реакции к окислительно-восстановительной, необходимо сделать следующее:

1. Определить степени окисления каждого элемента в левой и в правой частях;

2. Сравнить степени окисления одного и того же элемента справа и слева;

3. Сделать вывод: если степени окисления слева и справа у одного элемента отличаются, то это – ОВР. Если нет, то данная реакция не проявляет окислительно-восстановительных свойств.

ЛАЙФХАК: если с одной стороны есть любое простое вещество, то это 100% ОВР.

• В AgNO3 с.о. азота = +5
• В AgNO3 с.о. серебра = +1
• В AgNO3 с.о. кислорода = -2
• В Ag с.о. серебра = 0
• В NO2 с.о. азота = +4
• В O2 с.о. кислорода = 0

Вывод: серебро, азот и кислород изменили свою степень окисления, значит, перед нами ОВР.

Нетрудно догадаться, что вещества, которые изменили степень окисления, могут быть либо окислителями, либо восстановителями.

Окислитель — вещество (элемент в составе этого вещества), принимающее электроны. Само оно при этом восстанавливается. Степень окисления понижается.

Восстановитель — вещество (элемент в составе этого вещества), отдающее электроны. Само оно при этом окисляется. Степень окисления повышается.

Типичные окислители: сложные вещества с элементами в максимальной степени окисления или неметаллы, обладающие высоким значением электроотрицательности.

Типичные восстановители: сложные вещества с элементами в минимальной степени окисления или металлы, а также неметаллы, обладающие низким значением электроотрицательности.

Окислители и их продукты окисления в зависимости от вида среды:

Реакции окисления-восстановления (ОВР)

Вещества, элементы в которых имеют промежуточную степень окисления, могут быть и окислителями, и восстановителями. Все зависит от природы реагирующих веществ.

Химические реакции

Хром

Марганец

Реакции с водородом перекиси

Механизм реакции:
H2O2 – восстановитель; K2Cr2O7 – окислитель

Уравнение:
K2Cr2O7 + 3H2O2 + 4H2SO4 = Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O + 3O2

Качественные признаки реакции:

• Изменение цвета раствора
• Выделение бесцветного газа (кислород)

Реакции с серой

H2O2 – окислитель; H2S – восстановитель

Уравнение:
H2O2 + H2S = S + 2H2O

Качественные признаки реакции:

• Образование осадка желтого цвета (сера)

Правила составления ОВР

1. Находим окислитель и восстановитель, исходя из степени окисления элементов.
2. Формируем продукты реакции исходя из среды.

Как определить количество отданных или принятых электронов?

1. Вспоминаем алгебру.
2. Изменяем знак на противоположный.

Например, нитрит перешел в нитрат.

Необходимо уравнять реакцию, учитывая количество электронов, отданных и принятых.

Химические реакции и стехиометрия

Таким образом, перед веществом, в котором марганец изменил свою степень окисления необходимо поставить 2, а перед веществом, в котором азот изменил свою степень окисления – единицу.

Если слева кислая среда, то справа не будет щелочной, т.к. они реагируют между собой, значит, будет – нейтральная. И, наоборот, если слева щелочная среда, справа – не кислая, а нейтральная.

Далее записываем продукты. Если слева есть щелочь, то справа не может быть кислот, но будет вода.

Подбираем оставшиеся коэффициенты так, чтобы каждого атома слева и справа было одинаковое количество. Проверяем по элементу, не изменившему с.о. (чаще всего кислород).

Пример

2KMnO4 + KNO2 + 2KOH = 2K2MnO4 + KNO3 + H2O

Качественные признаки реакции: изменение цвета раствора (сначала раствор был розовым из-за перманганата калия, а затем стал зеленым благодаря манганату калия).

1. Если слева нейтральная среда, то справа будет либо кислая, либо щелочная.
2. Одновременно в продуктах реакции не может образоваться и кислота, и основание, т.к. они неизбежно вступят в реакцию друг с другом и образуют соль и воду. Но если слева уже написана вода, то справа просто ей пренебрегаем.

Свойства элементов-халькогенов и простых веществ

Кислород — самый распространённый элемент земной коры и человеческого организма. Образует две аллотропные модификации — кислород (O2) и озон (O3). Первый при нормальных условиях представляет собой газ без цвета, вкуса и запаха, малорастворим в воде, а второй — газ светло-голубого цвета, с резким специфическим запахом и металлическим вкусом, растворяется в воде в 10 раз лучше, чем кислород.

Обладает высокой электроотрицательностью, уступая по этому показателю только фтору. Отличительная особенность кислорода от других халькогенов заключается в отсутствии у его атомов d-орбиталей, на которых могли бы размещаться валентные электроны при их переходе с 2s- и 2p-орбиталей (второй энергетический уровень атомов не имеет d-орбиталей). По причине наличия тольо двух неспаренных электронов и высокой электроотрицательности кислород имеет валентность 2 в подавляющем большинстве соединений, валентности 4 и 6, характерные для остальных халькогенов, не проявляет. Образует оксиды, в которых проявляет степень окисления -2, пероксиды со степенью окисления -1 (Na2O2, H2O2), надпероксиды (супероксиды) со степенью окисления -0.5 (KO2) и озониды со степенью окисления -1/3 (RbO3). Фторид кислорода OF2 — единственное соединение, в котором кислород проявляет степень окисления +2.

Сера

Основная информация о свойствах элементов-халькогенов и простых веществ.

Сера, селен и теллур: Химические элементы и их особенности

Сера

Сера встречается в природе как в виде самородной серы, так и в виде соединений. Образует три основные аллотропные модификации: ромбическая, моноклинная и пластическая серы. Две первые представляют собой кристаллы жёлтого цвета состава S8, а последняя — полупрозрачную тёмно-коричневую резиноподобную массу с молекулами в виде нерегулярных спиральных цепей состава S. Сера не растворяется в воде, а порошок серы плавает в ней за счет микроскопических пузырьков воздуха. При комнатной температуре устойчива только ромбическая модификация. Сера также является диэлектриком.

В отличие от атомов кислорода, атомы серы имеют 3-орбитали, на которые могут переходить их валентные электроны с 3s и 3p-орбиталей, что позволяет сере проявить валентность 4 и 6. Сера может иметь степени окисления -2, -1, 0, +1, +2, +4, +6.

Селен

Селен — типичный полупроводник, мало распространен в природе. Содержание его в земной коре всего 6×10−5 % массы. Соединения селена встречаются в виде примесей с соединениями серы. Селен образует три аллотропные модификации — чёрный, серый и красный. Селен является микроэлементом в организме человека и способствует усваиванию иода. Многие соединения селена, а также его аллотропные модификации, могут быть ядовитыми (в больших концентрациях). Селен имеет природный радиоактивный изотоп, 82Se и степени окисления -2, +2, +4, +6.

Теллур

Теллур, встречающийся в природе в еще меньших количествах, относится к семейству металлоидов. Внешне похож на металл, но не является таковым. В основном теллур встречается в виде минералов и примесей к самородной сере. Теллур также как селен является полупроводником, но применяется реже. В целом теллур и его соединения менее ядовиты, чем соединения селена. Теллур используется как легирующая добавка к свинцу для улучшения механических свойств материала.

Полоний

Полоний, имеющий спорный статус металлоида или металла, представлен серебристо-белым мягким веществом. Полоний радиоактивен и имеет две аллотропные модификации: низкотемпературный и высокотемпературный полоний. Все соединения полония чрезвычайно ядовиты из-за радиоактивности всех его изотопов. Полоний отличается стабильным изотопом с атомной массой 209 и периодом полураспада 125 лет.

| ————– | |

| | |

| 5f146d107s27p4 | |

Ливерморий — искусственно синтезированный элемент, не имеющий стабильных изотопов, в природе не встречается. Свойства ливермория мало изучены, однако считается, что металлические свойства ливермория выражены ещё сильнее, чем у полония.

• Глинка Н. Л. Общая химия. — М.: «Химия», 1977, переработанное. — 720 с.

Ответом к заданиям 1–25 является последовательность цифр. Ответ запишите в поле ответа в тексте работы, а затем перенесите в БЛАНК ОТВЕТОВ № 1 справа от номера соответствующего задания, начиная с первой клеточки. Последовательность цифр записывайте без пробелов, запятых и других дополнительных символов. Каждый символ пишите в отдельной клеточке в соответствии с приведёнными в бланке образцами.

Цифры в ответах на задания 7, 8, 10, 14, 15, 19, 20, 22–25 могут повторяться.

Из указанных в ряду химических элементов выберите два элемента, которые в основном состоянии содержат как спаренные, так и неспаренные валентные электроны.

1. B 2) Ba 3) O 4) Cr 5) Cs

Запишите номера выбранных элементов.

Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента с наибольшим радиусом атомов.

Расположите выбранные элементы в порядке усиления восстановительных свойств соответствующих им простых веществ.

1. N 2) Rb 3) P 4) Ca 5) Bi

Запишите номера выбранных элементов в нужной последовательности.

Из предложенного перечня химических элементов выберите два элемента, у которых одинаковое значение разности высшей и низшей степеней окисления.

1. S 2) F 3) Ti 4) As 5) Sr

Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Среди предложенного перечня найдите все соединения, в которых имеет место ковалентная неполярная связь, и из них выберите два с наиболее высокими температурами плавления.

1. Cs2O

2. BaO2

3. H2O2

4. Na2C2

5. SO2

Запишите номера выбранных ответов.

Среди предложенных формул веществ, расположенных в пронумерованных ячейках, выберите формулы: А) двойной соли; Б) вещества молекулярного строения; В) соли слабой кислоты.

| 1) Ca(FeO2)2 | 2) KBrO3 | 3) Ba(ClO3)2 |

| ———— | ———— | ———— |

| 4) POCl3 | 5) NaClO2 | 6) NH4ClO4 |

| 7) KFe(SO4)2 | 8) Al(OH)Cl2 | 9) NaNO3 |

Запишите в таблицу номера ячеек, в которых расположены вещества, под соответствующими буквами.

В пробирку с раствором вещества Х добавили раствор гидроксида рубидия, при этом наблюдали образование голубого осадка. Во вторую пробирку с раствором вещества Y добавили концентрированную азотную кислоту, что сопровождалось изменением окраски на желто-коричневую. Из предложенного перечня выберите вещества X и Y, которые могут вступать в описанные реакции.

1. сульфат свинца

2. нитрат аммония

3. хлорид железа (II)

4. сульфат хрома (III)

5. нитрат меди (II)

Запишите номера выбранных веществ под соответствующими буквами.

Установите соответствие между формулой вещества и реагентами, с каждым из которых это вещество может взаимодействовать: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

| НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА | РЕАГЕНТЫ |

| ————————————————————- | —————————————————————————————————————————- |

| А) углекислый газ Б) гидросульфит калия Г) гидроксид стронция | 1) HI(р-р), KOH, Ba(ОН)2 2) CsOH, H2, NaF 3) Na2SO3, KHCO3, Cu(NO3)2 4) H2SO4, K2CO3, Rn 5) S, N2, H2 6) NaOH, Mg, C(аморф.) |

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Установите соответствие между исходными веществами и продуктами их возможного взаимодействия: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

| ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА | ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ |

| ————————————————————————————————— | ————————————————————————————————————————————————————– |

| А) Fe2(SO4)3 + H2S(изб.) Б) FeS + H2SO4(конц.) В) Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O Г) Fe3O4 + H2SO4(разб.) | 1) FeSO4 + H2S 2) FeS + S + H2SO4 3) Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O 4) FeSO4 + H2SO4 5) Fe(OH)3 + Na2SO4 + SO2 6) Fe2(SO4)3 + FeSO4 + H2O 7) FeSO4 + S + H2SO4 |

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Задана следующая схема превращений веществ: Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y.

1. йодид свинца

2. сероводород

3. сульфид серебра

4. йодоводород

5. сульфид аммония

Запишите в таблицу номера выбранных веществ под соответствующими буквами.

Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой, к которому(-ой) это вещество принадлежит: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

| ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА | |

| ———————————————————————————————————- | ———————————————————————————————————– |

| | 1) соль амина 2) соль аминокислоты 3) циклический кетон 4) вторичный амин 5) сложный эфир 6) третичный амин |

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Из предложенного перечня выберите две молекулярные формулы, которые не могут иметь циклические изомеры.

Запишите номера выбранных ответов.

Из предложенного перечня выберите все углеводороды, окисление которых перманганатом калия в кислой среде приводит к образованию одно и того же органического вещества.

Запишите номера выбранных ответов.

Из предложенного перечня выберите две реакции, в ходе которых в качестве конечного продукта не образуются органические соли.

1. NH2CH2C(O)NHCH(CH3)COOH + H2SO4(p-p)

2. NO2CH2CH2CH(CH3)2 + Zn + HCl

3. NH2CH2COOH + KNO2 + HBr

4. NH2CH2C(O)NHCH2COOH + Ba(OH)2(p-p)

5. CH3CH(NO2)CH(CH3)2 + Al + KOH(p-p)

Запишите номера выбранных ответов.

Установите соответствие между названием углеводорода и галогенпроизводным, которое можно получить из него в одну стадию: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

| НАЗВАНИЕ УГЛЕВОДОРОДА | ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНОЕ |

| ——————— | ——————- |

| | | |

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Установите соответствие между кислородсодержащим соединением и формулой органического продукта, который образуется в результате его окисления под действием избытка подкисленного раствора перманганата калия: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

| КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩЕЕ СОЕДИНЕНИЕ | УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИЙ ПРОДУКТ |

| —————————– | ————————- |

| | | |

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Задана следующая схема превращений веществ:

Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y.

1. пропановая кислота

2. пропаноат калия

3. пропилат натрия

4. 2-бромпропановая кислота

5. пропеноат лития

6. 3-бромпропановая кислота

Запишите в таблицу номера выбранных веществ под соответствующими буквами.

Из предложенного перечня соединений выберите все такие, разложение которых является эндотермической реакцией, сопровождающейся образованием простых веществ.

1. нитрат цинка

2. оксид азота (II)

3. нитрат аммония

Запишите номера выбранных ответов.

Из предложенного перечня внешних воздействий выберите те, которые практически не влияют на скорость реакции

1. изменение концентрации соляной кислоты

2. изменение давления

3. добавление твердого хлорида натрия

4. пропускание газообразного хлороводорода

5. удаление сернистого газа

Запишите номера выбранных ответов.

Установите соответствие между формулой иона и окислительно-восстановительными свойствами, которые он может проявлять: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

| ФОРМУЛА ИОНА | ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ СВОЙСТВО ИОНА |

| ———————————————————————————————————————————————————————————— | ——————————————– |

| | 1) не проявляет окислительно-восстановительных свойств 2) может быть только восстановителем 3) может быть как окислителем, так и восстановителем 4) может быть только окислителем | |

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Установите соответствие между названием вещества и продуктами, образующимися на инертных электродах при электролизе его водного раствора: к соответствующей позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

| НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА | ПРОДУКТЫ НА ИНЕРТНЫХ ЭЛЕКТРОДАХ |

| ——————————————————- | ————————————————————————————————————————————————————————- |

| А) ацетат серебра Б) пропаноат калия В) нитрат алюминия | 1) оксид азота (IV), водород, кислород 2) алюминий, кислород 3) этан, углекислый газ, серебро 4) кислород, серебро 5) водород, кислород 6) бутан, углекислый газ, водород |

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Для выполнения задания 21 используйте следующие справочные данные. Концентрация (молярная, моль/л) показывает отношение количества растворённого вещества (n) к объёму раствора (V). pH («пэ аш») – водородный показатель; величина, которая отражает концентрацию ионов водорода в растворе и используется для характеристики кислотности среды.

Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных растворов.

1. гидросульфат калия (10 г/л)

2. метиламин (0,1 моль/л)

3. гидроксид цезия (0,2 моль/л)

4. этанол (40%)

Запишите номера веществ в порядке изменения значения водородного показателя их водных растворов от большего к меньшему.

Установите соответствие между способом воздействия на равновесную систему

CO2(г) + H2O(ж) ⇄ H+(р-р) + HCO3-(р-р)

и направлением смещения химического равновесия в результате этого воздействия: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

| ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СИСТЕМУ | НАПРАВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ |

| ———————————————————————————————————————————————- | ————————————————————————————- |

| А) интенсивное перемешивание раствора Б) понижение давления в системе В) добавление твердого гидроксида стронция Г) добавление соляной кислоты | 1) в сторону обратной реакции 2) в сторону прямой реакции 3) практически не смещается |

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

В замкнутый реактор, содержащий катализатор, поместили смесь сернистого газа, оксида серы (VI) и кислорода, затем нагрели. В результате протекания обратимой реакции

2SO2(г) + O2(г) ⇆ 2SO3(г)

в системе установилось равновесие. При этом исходные концентрации сернистого газа и кислорода были равны 0,4 моль/л и 0,6 моль/л, а равновесные концентрации сернистого газа и оксида серы (VI) – 0,4 моль/л и 0,1 моль/л соответственно.

Определите исходную концентрацию оксида серы (VI) (X) и равновесную концентрацию кислорода (Y).

Установите соответствие между реагирующими веществами и признаком протекающей между ними реакции: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

| РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА | ПРИЗНАК РЕАКЦИИ |

| —————————————————————————————————————————- | ———————————————————————————————————————————————————————————————————————————— |

| А) SO2(изб.) + KMnO4(подкисл. р-р) Б) H2S(изб.) + KMnO4(р-р) В) HCl(р-р) + KMnO4(крист.) Г) CH2=CH2(изб.) + KMnO4(хол. р-р) | 1) образование зеленого раствора 2) обесцвечивание раствора и выделение бесцветного газа 3) образование бесцветного раствора 4) обесцвечивание раствора и образование осадка 5) обесцвечивание раствора и выделение окрашенного газа |

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Установите соответствие между веществом и областью его применения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

| ВЕЩЕСТВО | ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ |

| ———————————————————————————————- | —————— |

| | 1) производство латуни 2) выплавка чугуна 3) производство удобрений 4) обеззараживание воды | |

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Ответом к заданиям 26–28 является число. Запишите это число в поле ответа в тексте работы, соблюдая при этом указанную степень точности. Затем перенесите это число в БЛАНК ОТВЕТОВ № 1 справа от номера соответствующего задания, начиная с первой клеточки. Каждый символ пишите в отдельной клеточке в соответствии с приведёнными в бланке образцами. Единицы измерения физических величин в бланке ответа указывать не нужно.

Газообразный аммиак объемом 672 мл (н. у.) поглотили водой объемом 50 мл. Определите массовую долю (в %) аммиака в полученном растворе. (Запишите число с точностью до сотых.)

Взаимодействие сернистого газа с кислородом описывается следующим термохимическим уравнением

2SO2(г) + O2(г) = 2SO3(г) + Q.

При образовании 4,8 г оксида серы (VI) выделилось 8,52 кДж энергии. Рассчитайте количество энергии (в кДж), выделяющееся при расходовании 16 г кислорода. (Запишите число с точностью до целых.)

Рассчитайте выход реакции риформинга, если из 21,5 кг н-гексана было получено 16,84 л бензола (плотность 0,88 г/мл). (Запишите число с точностью до целых.)

Не забудьте перенести все ответы в бланк ответов № 1 в соответствии с инструкцией по выполнению работы. Проверьте, чтобы каждый ответ был записан в строке с номером соответствующего задания.

Для выполнения заданий 29, 30 используйте следующий перечень веществ:

соляная кислота, перманганат калия, дихромат натрия, хлорат цинка, сульфит натрия, сульфат алюминия. Допустимо использование водных растворов веществ.

Из предложенного перечня выберите вещества, в результате окислительно-восстановительной реакции между которыми выделяется газ и не меняется окраска раствора. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.

Из предложенного перечня выберите два вещества, при протекании ионного обмена между водными растворами которых образуется три продукта, один из которых является осадком. Запишите молекулярное, полное и сокращенной ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.

Навеску нитрата хрома (III) разложили при нагревании. Выделившийся при этом окрашенный газ при нагревании прореагировал с медным порошком. Образовавшееся при этом вещество черного цвета поместили в раствор, содержащий йодид натрия, и добавили разбавленную серную кислоту. Полученное при этом простое вещество прореагировало с раствором гидросульфида калия с образованием желтого осадка. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

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

При написании уравнений реакций используйте структурные формулы органических веществ.

При сжигании 3,9 г неизвестного органического вещества было получено 2,7 г воды и 6,72 л углекислого газа (н.у.). Известно, что вещество может реагировать с бромом в соотношениях 1:1, 1:2 и 1:3 по молям.

На основании данных условия задания:

1. проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу исходного органического вещества;

2. составьте структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;

3. напишите уравнение реакции данного вещества с 1 моль хлороводорода. (используйте структурные формулы органических веществ).

Навеску смеси ацетата серебра и ацетата меди (II) растворили в воде. Полученный раствор массой 88 г подвергли электролизу с инертными электродами и остановили процесс в момент, когда на катоде начал выделяться газ. Масса раствора при этом уменьшилась на 10%. Определите массовую долю ацетата серебра в исходной навеске, если известно, что для поглощения одного из газообразных продуктов электролиза необходимо минимум 89,6 г 5%-ного раствора гидроксида калия. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Ответы к первой части варианта №25

| № задания, ответ | № задания, ответ |

| ————————————————————————————————- | —————————————————————————————————————- |

| 1) 13 2) 542 3) 14 4) 24 5) 745 6) 53 7) 6153 8) 7346 9) 54 10) 451 11) 24 12) 25 13) 35 14) 6542 | 15) 6616 16) 56 17) 15 18) 235 19) 332 20) 365 21) 3241 22) 3121 23) 36 24) 3454 25) 214 26) 1,01 27) 142 28) 76 |

Ответы ко второй части варианта №25

Задание 29

Zn(ClO3)2 + 12HCl = ZnCl2 + 6Cl2 + 6H2O

хлор в степени окисления -1 (или хлороводород) является восстановителем;

хлор в степени окисления +5 (или хлорат цинка) – окислителем.

Задание 30

Al2(SO4)3 + 3Na2SO3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3SO2

2Al3+ + 3SO42- + 6Na+ + 3SO32- + 3H2O = 2Al(OH)3 + 6Na+ + 3SO42- +3SO2

2Al3+ + 3SO32- + 3H2O = 2Al(OH)3 + 3SO2

Задание 31

1. 4Cr(NO3)3 = 2Cr2O3 + 12NO2 + 3O2

2. 4Cu + 2NO2 = 4CuO + N2

3. 2CuO + 4NaI + 2H2SO4 = 2CuI + I2 + 2Na2SO4 + 2H2O

4. I2 + KHS = KI + HI + S

Задание 32

Задание 33

При сжигании 3,9 г неизвестного органического вещества было получено 2,7 г воды и 6,72 л углекислого газа (н.у.). Известно, что вещество может реагировать с бромом в соотношениях 1:1, 1:2 и 1:3 по молям.

На основании данных условия задания:

1. проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу исходного органического вещества;

2. составьте структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;

3. напишите уравнение реакции данного вещества с 1 моль хлороводорода. (используйте структурные формулы органических веществ).

4. Представим молекулярную формулу искомого соединения в виде CxHyOz. Определим количества продуктов его сгорания:

ν(CO2) = V(CO2)/Vm = 6,72 л/22,4 л/моль = 0,3 моль;

ν(H2O) = m(H2O)/M(H2O) = 2,7 г/18 г/моль = 0,15 моль.

Далее определим количества и массы элементов в составе органического вещества:

ν(C) = ν(CO2) = 0,3 моль;

ν(H) = 2ν(H2O) = 2 · 0,15 моль = 0,3 моль;

m(C) = ν(C) · M(C) = 0,3 моль · 12 г/моль = 3,6 г;

m(H) = ν(H) · M(H) = 0,3 моль · 1 г/моль = 0,3 г.

Проверим наличие кислорода в составе органического вещества:

m(O) = m(в-ва) – m(C) – m(H) = 3,9 г – 3,6 г – 0,3 г = 0.

Делаем вывод, что искомое вещество представляет собой углеводород CxHy. Далее определим молекулярную формулу вещества:

x : y = ν(C) : ν(H) = 0,3 : 0,3 = 1 : 1, что дает нам (CH)n.

Для установления индекса n обратимся к описанию в задаче. Из общих соображений понятно, что значение индекса может быть только четным. Это дает нам ряд углеводородов C2H2, C4H4, C6H6 и далее. Поскольку вещество может реагировать с бромом в нескольких целочисленных соотношениях, то можно сделать вывод о наличии нескольких кратных связей в молекуле. Подобные рассуждения приводят нас к значению индекса n=4 и структуре винилацетилена.

Молекулярная формула: C4H4.

2. Структурная формула искомого соединения:

3. Запишем уравнение взаимодействия этого вещества с хлороводородородом:

Задание 34

Навеску смеси ацетата серебра и ацетата меди (II) растворили в воде. Полученный раствор массой 88 г подвергли электролизу с инертными электродами и остановили процесс в момент, когда на катоде начал выделяться газ. Масса раствора при этом уменьшилась на 10%. Определите массовую долю ацетата серебра в исходной навеске, если известно, что для поглощения одного из газообразных продуктов электролиза необходимо минимум 89,6 г 5%-ного раствора гидроксида калия. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Запишем уравнения происходящих реакций:

2CH3COOAg = 2Ag + 2CO2 + C2H6 (I)

Cu(CH3COO)2 = Cu + 2CO2 + C2H6 (II)

KOH + CO2 = KHCO3 (III)

Вычислим массу и количество щелочи:

m(KOH) = m(p-pa KOH) · ω(KOH)/100% = 89,6 г · 5%/100% = 4,48 г;

ν(KOH) = m(KOH)/M(KOH) = 4,48 г/56 г/моль = 0,08 моль.

Далее определим количество углекислого газа:

ν(CO2) = ν(KOH) = 0,08 моль.

Рассмотрим данные об изменении массы раствора. Процесс электролиза остановили в момент, когда на катоде начал выделяться газ. Это означает, что электролиз воды в процессе не происходил, а соли израсходовались до конца. Поскольку в ходе электролиза соли полностью переходят в газ и осадок, изменение массы раствора по значению равно сумме масс исходных солей. Вычислим их массу:

Δm = m(p-pa)·10%/100% = 88г · 10%/100% = 8,8 г;

m(CH3COOAg + Cu(CH3COO)2) = Δm = 8,8 г.

Пусть в исходной смеси было х моль ацетата серебра и у моль ацетата меди (II) по массе 167х г и 182у г соответственно. Тогда при их электролизе получилось (х + 2у) моль углекислого газа. Составим и решим систему уравнений:

х + 2у = 0,08

167х + 182у = 8,8

х = 0,08 – 2у

167(0,08 – 2у) + 182у = 8,8

х = 0,08 – 2у

13,36 – 334у + 182у = 8,8

х = 0,08 – 2у

4,56 = 152у

у = 0,03

х = 0,02

ν(CH3COOAg) = 0,02 моль;

ν(Cu(CH3COO)2) = 0,03 моль.

Найдем массу ацетата серебра:

m(CH3COOAg) = ν(CH3COOAg) · M(CH3COOAg) = 0,02 моль · 167 г/моль = 3,34 г.

Вычислим массовую долю ацетата серебра в исходной навеске:

ω(CH3COOAg) = m(CH3COOAg)/m(CH3COOAg + Cu(CH3COO)2) · 100% = 3,34 г/8,8 г · 100% = 37,95%.

У этого термина существуют и другие значения, см. Сера (значения).

| Сера | |

| ——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————– | —————————————————- |

| ← Фосфор | Хлор → | |

| 16 ↑↓ Периодическая система элементов | |

| Внешний вид простого вещества | |

| | |

| Свойства атома | |

| Название, символ, номер | Сера / Sulfur (S), 16 |

| Группа, период, блок | 16 (устар. 6), 3, p-элемент |

| Атомная масса (молярная масса) | [32,059; 32,076][комм. 1][1] а. е. м. (г/моль) |

| Электронная конфигурация | [Ne] 3s23p4 1s22s22p63s23p4 |

| Радиус атома | 127 пм |

| Химические свойства | |

| Ковалентный радиус | 102 пм |

| Радиус иона | 30 (+6e) 184 (−2e) пм |

| Электроотрицательность | 2,58 (шкала Полинга) |

| Электродный потенциал | 0 |

| Степени окисления | -2, -1, 0, +1, +2, +4, +6 |

| Энергия ионизации (первый электрон) | 999,0 (10,35) кДж/моль (эВ) |

| Термодинамические свойства простого вещества | |

| Плотность (при н. у.) | 2,070 г/см³ |

| Температура плавления | 386 К (112,85 °С) |

| Температура кипения | 717,824 К (444,67 °С) |

| Мол. теплота плавления | 1,23 кДж/моль |

| Мол. теплота испарения | 10,5 кДж/моль |

| Молярная теплоёмкость | 22,61[2] Дж/(K·моль) |

| Молярный объём | 15,5 см³/моль |

| Кристаллическая решётка простого вещества | |

| Структура решётки | Орторомбическая |

| Параметры решётки | a = 10,437, b = 12,845, c = 24,369 Å |

| Прочие характеристики | |

| Теплопроводность | (300 K) 0,27 Вт/(м·К) |

| Номер CAS | |

| Эмиссионный спектр | |

| | |

Простое вещество сера — это светло-жёлтый порошкообразный неметалл. В водородных и кислородных соединениях находится в составе различных ионов, образуя многие кислоты и соли. Практически нерастворима в воде. Многие серосодержащие соли малорастворимы в воде.

Природная сера состоит из четырёх стабильных изотопов:

32S (95,02 %), 33S (0,75 %), 34S (4,21 %), 36S (0,02 %).

Получены также искусственные радиоактивные изотопы

31S (_T_½ = 2,4 с), 35S (_T_½ = 87,1 сут), 37S (_Т_½= 5,04 мин) и другие.

История и этимология

Точное время открытия серы не установлено, но этот элемент использовался до нашей эры.

Сера использовалась жрецами в составе священных курений при религиозных обрядах. Она считалась произведением сверхчеловеческих существ из мира духов или подземных богов.

Очень давно сера стала применяться в составе различных горючих смесей для военных целей. Уже у Гомера описаны «сернистые испарения», смертельное действие выделений горящей серы. Сера, вероятно, входила в состав «греческого огня», наводившего ужас на противников.

Около VIII века китайцы стали использовать её в пиротехнических смесях, в частности, в смеси типа пороха. Горючесть серы, лёгкость, с которой она соединяется с металлами с образованием сульфидов (например, на поверхности кусков металла), объясняют то, что её считали «принципом горючести» и обязательной составной частью металлических руд.

Пресвитер Теофил (XII век) описывает способ окислительного обжига сульфидной медной руды, известный, вероятно, ещё в древнем Египте.

В период арабской алхимии возникла ртутно-серная теория состава металлов, согласно которой сера почиталась обязательной составной частью (отцом) всех металлов.

В дальнейшем она стала одним из трёх принципов алхимиков, а позднее «принцип горючести» явился основой теории флогистона. Элементарную природу серы установил Лавуазье в своих опытах по сжиганию.

С введением пороха в Европе началось развитие добычи природной серы, а также разработка способа получения её из пиритов; последний был распространён в древней Руси. Впервые в литературе он описан у Агриколы.

Кристаллы серы среди щёток арагонита

Сера в природе

Самородная сера на вулкане Килауэа

Природные минералы серы

Сера является шестнадцатым по химической распространённости элементом в земной коре. Встречается в свободном (самородном) состоянии и в связанном виде.

Важнейшие природные минералы серы: FeS2 — железный колчедан, или пирит, ZnS — цинковая обманка, или сфалерит (вюрцит), PbS — свинцовый блеск, или галенит, HgS — киноварь, Sb2S3 — антимонит, Cu2S — халькозин, CuS — ковеллин, CuFeS2 — халькопирит. Кроме того, сера присутствует в нефти, природном угле, природных газах и сланцах. Сера — шестой элемент по содержанию в природных водах, встречается в основном в виде сульфат-иона и обусловливает «постоянную» жёсткость пресной воды. Жизненно важный элемент для высших организмов, составная часть многих белков, концентрируется в волосах.

Природный сросток кристаллов самородной серы

Горение серы

Сера существенно отличается от кислорода способностью образовывать устойчивые цепочки и циклы из атомов. Наиболее стабильны циклические молекулы S8, имеющие форму короны, образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера — хрупкое вещество жёлтого цвета. Кроме того, возможны молекулы с замкнутыми (S4, S6) цепями и открытыми цепями. Такой состав имеет пластическая сера, вещество коричневого цвета, которая получается при резком охлаждении расплава серы (пластическая сера уже через несколько часов становится хрупкой, приобретает жёлтый цвет и постепенно превращается в ромбическую). Формулу серы чаще всего записывают просто S, так как она, хотя и имеет молекулярную структуру, является смесью простых веществ с разными молекулами. В воде сера нерастворима, но хорошо растворяется в органических растворителях, например, в сероуглероде, скипидаре.

Плавление серы сопровождается заметным увеличением объёма (примерно 15 %). Расплавленная сера представляет собой жёлтую легкоподвижную жидкость, которая выше 160 °C превращается в очень вязкую тёмно-коричневую массу. Наибольшую вязкость расплав серы приобретает при температуре 190 °C; дальнейшее повышение температуры сопровождается уменьшением вязкости и выше 300 °C расплавленная сера снова становится подвижной. Это связано с тем, что при нагревании серы она постепенно полимеризуется, увеличивая длину цепочки с повышением температуры. При нагревании серы свыше 190 °C полимерные звенья начинают рушиться.

Фазовая диаграмма серы

Фазовая диаграмма элементарной серы.

Sp — ромбическая сера; Sм — моноклинная сера; Sж — жидкая сера; Sп — пары серы.

• DA — линия возгонки ромбической серы Sp, описывающая зависимость давления насыщенного пара серы Sп от температуры над твёрдой ромбической серой;

• AС — линия возгонки моноклинной серы Sм, описывающая зависимость давления насыщенного пара серы от температуры над твёрдой моноклинной серой;

• СF — линия испарения жидкой серы Sж, описывающая зависимость давления насыщенного пара серы от температуры над расплавом серы;

• AB — линия полиморфного превращения сера ромбическая <—> сера моноклинная, описывающая зависимость температуры фазового перехода между ромбической и моноклинной серой от давления;

• ВЕ — линия плавления ромбической серы, описывающая зависимость температуры плавления ромбической серы от давления;

• CВ — линия плавления моноклинной серы, описывающая зависимость температуры плавления моноклинной серы от давления.

Пунктирные линии отражают возможность существования метастабильных фаз, которые наблюдаются при резком изменении температуры:

• точка А (дополнительная): равновесие твёрдой ромбической, твёрдой моноклинной и газообразной серы;

• точка В (дополнительная): равновесие твёрдой ромбической, твёрдой моноклинной и жидкой серы;

• точка С (основная): равновесие твёрдой моноклинной, расплавленной и газообразной серы;

• точка О (метастабильная): метастабильное равновесие между перегретой твёрдой ромбической, переохлаждённой жидкой и газообразной серой.

Сера — хороший окислитель, как и O2, Но более сильные окислители, такие как кислород и галогены, окисляют её.

Реакции с неметаллами

| Реагент | Уравнение | Описание |

| ————————————————————————————————————————————————————————————– | ——— | —————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————— |

| O2 | | На воздухе сера горит, образуя сернистый газ — бесцветный газ с резким запахом.Окисляется оксид серы (IV) кислородом воздуха при температуре 400—500 °C, в присутствии катализатора (V2O5, Pt, NaVO3, Fe2O3).Реакция экзотермична (ΔrHo = −198 кДж/моль) |

| Hal2 | | Восстановительные свойства серы проявляются в реакциях серы и с другими неметаллами, однако при комнатной температуре сера реагирует только со фтором.Гексафторид серы представляет собой плотный газ, используемый в качестве изоляционного газа в высоковольтных трансформаторах; это также нереактивный и нетоксичный пропеллент для контейнеров под давлением. |

| | Расплав серы реагирует с хлором, при этом возможно образование двух низших хлоридов (дихлорид серы и дитиодихлорид)[16], являющиеся важными промышленными химическими веществами. | | |

| P | | При нагревании сера также реагирует с фосфором, образуя смесь сульфидов фосфора[18], среди которых — высший сульфид P2S5 |

| H2 | | Кроме того, при нагревании сера реагирует с водородом, углеродом, кремнием, образуя сероводород, сероуглерод, сульфид кремния |

Реакции с металлами

| Реагент | Уравнение | Описание |

| ——- | ——— | ———————————————————————————————————————————————————————————– |

| M | | При нагревании сера взаимодействует со многими металлами, часто — весьма бурно. Иногда смесь металла с серой загорается при поджигании. При этом взаимодействии образуются сульфиды |

| M2S | | Растворы сульфидов щелочных металлов реагируют с серой с образованием полисульфидов |

Со сложными веществами

| Реагент | Уравнение | Описание |

| ——- | ——— | ————————————————————————————————————————————————————————————- |

| KOH | | Из сложных веществ следует отметить прежде всего реакцию серы с расплавленной щёлочью, в которой сера диспропорционирует аналогично хлору.Полученный сплав называется серной печенью. |

| HNO3 | | С концентрированными кислотами-окислителями (HNO3, H2SO4) сера реагирует только при длительном нагревании |

| Реагент | Уравнение | Описание |

| ————————————————————– | ——— | ——————————————————————————————————————————————— |

| to | | При увеличении температуры в парах серы происходят изменения в количественном молекулярном составе[19]. Число атомов в молекуле уменьшается |

| | При 800—1400 °C пары состоят в основном из двухатомной серы | | |

| | А при 1700 °C сера становится атомарной | | |

В древности и в средние века серу добывали, вкапывая в землю большой глиняный горшок, на который ставили другой, с отверстием в дне. Последний заполняли породой, содержащей серу, и затем нагревали. Сера плавилась и стекала в нижний горшок.

В настоящее время серу получают главным образом путём выплавки самородной серы непосредственно в местах её залегания под землёй. Серные руды добывают разными способами — в зависимости от условий залегания. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов — соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности её самовозгорания.

При добыче руды открытым способом экскаваторами снимают пласты пород, под которыми залегает руда. Взрывами рудный пласт дробят, после чего глыбы руды отправляют на сероплавильный завод, где из концентрата извлекают серу.

В 1890 г. Герман Фраш предложил плавить серу под землёй и через скважины, подобные нефтяным, выкачивать её на поверхность. Сравнительно невысокая (113 °C) температура плавления серы подтверждала реальность идеи Фраша. В 1890 г. начались испытания, приведшие к успеху.

Известно несколько методов получения серы из серных руд: пароводяные, фильтрационные, термические, центрифугальные и экстракционные.

Гранулированная сера

Также сера в больших количествах содержится в природном газе в газообразном состоянии (в виде сероводорода, сернистого ангидрида). При добыче она откладывается на стенках труб и оборудования, выводя их из строя. Поэтому её улавливают из газа как можно быстрее после добычи. Полученная химически чистая мелкодисперсная сера является идеальным сырьём для химической и резиновой промышленности.

Серу из природного сернистого газа получают методом Клауса. Для этого используются так называемые серные ямы, где происходит дегазация серы, на выходе получают модифицированную серу — продукт, широко использующийся в производстве асфальта. Технологические установки для получения серы обычно включают в себя ямы недегазированной серы, ямы дегазации, ямы хранения дегазированной серы, а также налив жидкой серы и склад комовой серы. Стены ямы обычно делают из кирпича, дно заливают бетоном, а сверху закрывают яму алюминиевой крышей. Так как сера — это весьма агрессивная среда, ямы периодически приходится полностью реконструировать.

Крупнейшее месторождение самородной серы вулканического происхождения находится на острове Итуруп с запасами категории A+B+C1 — 4227 тыс. тонн и категории C2 — 895 тыс. тонн, что достаточно для строительства предприятия мощностью 200 тыс. тонн гранулированной серы в год.

Склад серы у химического цеха ММСК (1960-е гг.)

Традиционный и опасный вид добычи серы на вулкане Иджен Восточной Явы, Индонезия. То, что выглядит как водяной пар, является в действительности высококонцентрированными испарениями сероводорода и диоксида серы. 2015 год[20]

— До пятидесятого года стране приходилось импортировать много серы из-за границы. Теперь нужда в импорте серы отпала, — говорил директор завода Александр Адольфович Бурба. — Но завод продолжает расширяться. Начали строить цех производства серной кислоты.

С высокой эстакады застывшим потоком повис ярко-жёлтый массив серы. То, что мы видим в небольших количествах в стеклянных баночках в лабораториях, здесь, на заводском дворе, лежало огромными глыбами.

Комовая сера до начала 1970-х годов была основным видом серы, выпускаемым промышленностью СССР. Её получение технологически просто и осуществляется подачей жидкой серы по обогреваемому трубопроводу на склад, где производится заливка серных блоков. Застывшие блоки высотой 1—3 метра разрушают на более мелкие куски и транспортируют заказчику. Метод, однако, имеет недостатки: невысокое качество серы, потери на пыль и крошку при рыхлении и погрузке, сложность автоматизации.

Жидкую серу хранят в обогреваемых резервуарах и транспортируют в цистернах. Транспорт жидкой серы более выгоден, чем её плавление на месте. Достоинства получения жидкой серы — отсутствие потерь и высокая чистота. Недостатки — опасность возгорания, траты на обогрев цистерн.

Формованная сера бывает чешуйчатая и пластинчатая. Чешуйчатую серу начали производить на НПЗ в 1950-х годах. Для получения используют вращающийся барабан, внутри он охлаждается водой, а снаружи кристаллизуется сера в виде чешуек толщиной 0,5—0,7 мм. В начале 1980-х годов вместо чешуйчатой стали выпускать пластинчатую серу. На движущуюся ленту подаётся расплав серы, который охлаждается по мере движения ленты. На выходе образуется застывший лист серы, который ломают с образованием пластинок. Сегодня эта технология считается устаревшей, хотя около 40 % канадской серы экспортируется именно в таком виде ввиду больших капиталовложений в установки для её получения.

Гранулированную серу получают различными методами.

• Водная грануляция (пеллетирование) разработана в 1964 году английской фирмой «Эллиот». Процесс основан на быстром охлаждении капель серы, падающих в воду. Первое внедрение технологии — процесс «Салпел» в 1965 году. Крупнейший завод позже был построен в Саудовской Аравии в 1986 году. На нём каждая из трёх установок может производить до 3500 т гранулированной серы в сутки. Недостаток технологии — ограниченное качество гранул серы, обладающих неправильной формой и повышенной хрупкостью.

• Грануляция в кипящем слое разработана французской компанией «Перломатик». Капли жидкой серы подаются вверх. Они охлаждаются водой и воздухом и смачиваются жидкой серой, которая застывает на образующихся гранулах тонким слоем. Конечный размер гранул 4—7 мм. Более прогрессивным является процесс «Прокор», который широко внедрён в Канаде. В нём применяются барабанные грануляторы. Однако этот процесс очень сложен в управлении.

• Воздушно-башенная грануляция разработана и внедрена в Финляндии в 1962 году. Расплав серы диспергируется с помощью сжатого воздуха в верхней части грануляционной башни. Капли падают и затвердевают, попадая на транспортную ленту.

Крупнейшими производителями молотой серы в России являются предприятия ООО «Каспийгаз» и АО «Сера».

Коллоидная сера — разновидность молотой серы с размером частиц менее 20 мкм. Её применяют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и в медицине как противовоспалительные и дезинфицирующие средства. Коллоидную серу получают различными способами.

• Способ получения путём размола широко распространён, поскольку не предъявляет высоких требований к сырью. Одним из лидеров по этой технологии является фирма «Bayer».

• Способ получения из расплавленной серы или её паров был внедрён в США в 1925 году. Технология подразумевает смешение с бентонитом, полученная смесь образует устойчивые суспензии с водой. Однако содержание серы в растворе невелико (не более 25 %).

• Экстракционные способы получения основаны на растворении серы в органических растворителях и дальнейшем испарении последних. Однако они не получили широкого распространения.

Высокочистую серу получают используя химические, дистилляционные и кристаллизационные методы. Её применяют в электронной технике, при изготовлении оптических приборов, люминофоров (серная лампа), в производстве фармацевтических и косметических препаратов — лосьонов, мазей, средств против кожных болезней.

Примерно половина производимой серы используется в производстве серной кислоты.

Серу применяют для вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и серу коллоидную как лекарственный препарат. Также сера в составе серобитумных композиций применяется для получения сероасфальта, а в качестве заместителя портландцемента — для получения серобетона. Сера находит применение для производства пиротехнических составов, ранее использовалась в производстве пороха, ранее применялась для производства спичек. Серная лампа — источник белого света, очень близкого к солнечному, с высоким КПД.

В человеке содержится примерно 2 г серы на 1 кг массы тела.

Самородная сера на почтовой марке, 2009

Чистая сера не ядовита, но многие летучие серосодержащие соединения ядовиты (сернистый газ, серный ангидрид, сероводород и др.).