Через какой промежуточный продукт легко разлагающийся при нагревании

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.

При нагревании разлагаются оксиды тяжелых металлов:

2Ag2O = 4Ag + O2

2HgO = 2Hg + O2

4CrO3 = 2Cr2O3 + O2

2Mn2O7 = 4MnO2 + 3O2

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:

2Cr(OH)3 = Cr2O3 + 3H2O

Mn(OH)2 = MnO + H2O

Fe(OH)2 = FeO + H2O

Большинство остальных нерастворимых гидроксидов металлов также при нагревании разлагаются:

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

При нагревании разлагаются нерастворимые кислоты.

Например, кремниевая кислота:

H2SiO3 = H2O + SiO2

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:

H2SO3 = H2O + SO2↑

H2CO3 = H2O + CO2↑

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:

K2CO3 + H2O + CO2 = 2KHCO3

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

2HNO2 = H2O + NO2↑ + NO↑

При нагревании выше 100оС продукты распада несколько отличаются:

3HNO2 = H2O + HNO3↑ + 2NO↑

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

4HNO3 = 2H2O + 4NO2 + O2

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 оС разлагается:

NH4Cl → NH3 + HCl

Разложение нитратов

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

Например, разложение нитрата калия:

2KNO3 → 2KNO2 + O2

Видеоопыт разложения нитрата калия можно посмотреть здесь.

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

Ca(NO3)2 → Ca(NO2)2 + O2

Mg(NO3)2 → Mg(NO2)2 + O2

Ba(NO3)2 → Ba(NO2)2 + O2

Sr(NO3)2 → Sr(NO2)2 + O2

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

2Ca(NO3)2 → 2CaО + 4NO2 + O2

2Mg(NO3)2 → 2MgО + 4NO2 + O2

2Sr(NO3)2 → 2SrО + 4NO2 + O2

2Ba(NO3)2 → 2BaО + 4NO2 + O2

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

2Cu(NO3)2 → 2CuО + 4NO2 + O2

2Pb(NO3)2 → 2PbО + 4NO2 + O2

4Al(NO3)3 → 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2

4LiNO3 → 2Li2O + 4NO2 + O2

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

2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2

Hg(NO3)2 → Hg + 2NO2 + O2

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

NH4NO3 → N2O + 2H2O

При более высокой температуре образуются азот и кислород:

2NH4NO3 → 2N2 + O2 + 4H2O

Разложение карбонатов и гидрокарбонатов

Карбонаты натрия и калия плавятся при нагревании.

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

Li2CO3 → Li2O + CO2

CaCO3 → CaO + CO2

MgCO3 → MgO + CO2

Карбонат аммония разлагается при 30оС на гидрокарбонат аммония и аммиак:

(NH4)2CO3 → NH4HCO3 + NH3

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

NH4HCO3 → NH3 + CO2 + H2O

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

2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2

2KHCO3 → K2CO3 + H2O + CO2

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

Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2

При нагревании до 1200оС образуются оксиды:

Ca(HCO3)2 → CaO + H2O + 2CO2

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:

2MgSO4 → 2MgO + 2SO2 + O2

2CuSO4 → 2CuO + 2SO2 + O2

2BaSO4 → 2BaO + 2SO2 + O2

2Al2(SO4)3 → 2Al2O3 + 6SO2 + 3O2

2Fe2(SO4)3 → 2Fe2O3 + 6SO2 + 3O2

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

Ag2SO4 → 2Ag + SO2 + O2

2HgSO4 → 2Hg + 2SO2 + O2

Разложение фосфатов, гидрофосфатов и дигидрофосфатов

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

2Na2HPO4 →  H2O + Na4P2O7

2K2HPO4 →  H2O + K4P2O7

2CaHPO4 →  H2O + Ca2P2O7

Ортофосфаты при нагревании не разлагаются (кроме фосфата аммония).

Разложение сульфитов

Сульфиты щелочных металлов разлагаются до сульфидов и сульфатов:

4Na2SO3 →  Na2S + 3Na2SO4

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:

NH4Cl →  NH3 + HCl

NH4Br →  NH3 + HBr

NH4l →  NH3 + Hl

NH4H2PO4 →  NH3 + H3PO4

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

NH4NO3 → N2O + 2H2O

NH4NO2 → N2 + 2H2O

Видеоопыт разложения нитрита аммония можно посмотреть здесь.

(NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + 4H2O

Разложение перманганата калия

2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2

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:

KClO4 → KCl + 2O2

           Опыт
8. Получение средней соли.

    
Опыт выполняется капельным методом.

    
Внесите  1-2 капли соли бария 
в  ячейку капельного планшета,
добавьте 1 каплю раствора сульфата 
натрия,  напишите уравнение реакции 
в молекулярной и молекулярно-ионной 
форме.

         
Опыт 9. Получение основной соли.

    
Опыт выполняется капельным методом.

    
Внесите  1-2 капли соли кобальта 
в  ячейку капельного планшета,
добавьте 1 каплю раствора гидроксида 
натрия, обратите внимание на 
образование голубого осадка 
основной соли кобальта, добавьте избыток
гидроксида натрия, обратите внимание
на изменение цвета осадка. Напишите уравнение
реакции в молекулярной и молекулярно-ионной
форме.

        
Опыт 10. Получение кислой соли.

    
Налейте в пробирку 2-3 мл насыщенного 
раствора гидроксида кальция, добавьте
по каплям раствора фосфорной кислоты
до выпадения осадка средней соли фосфата
кальция по реакции:       
3 Ca(OH)2 + 2 H3PO4 = Ca3(PO4)2
↓ + 6 H2O

В избытке 
фосфорной кислоты осадок растворяется
с образованием кислой соли:

                      
Ca3(PO4)2 + 4 H3PO4
=  3 Ca(H2 PO4)2

Напишите 
уравнения приведенных реакций 
в молекулярно-ионной форме.

       
Опыт 11. Получение комплексной соли.

    
В пробирку налейте 1-2 мл раствора 
сульфата меди, добавьте 1-2 мл водного 
раствора  аммиака (гидроксида аммония
NH4OH), отметьте окраску образовавшегося
осадка гидроксосульфата меди:     
2 CuSO4 + 2 NH4OH = (CuOH)2SO4
↓+ (NH4)2SO4

   
Добавьте избыток раствора аммиака 
до растворения осадка и образования  
комплексных солей:       
(CuOH)2SO4 + 8 NH4OH = [Cu(NH3)4](OH)2
+ [Cu(NH3)4]SO4 + 8 H2O.

   
Отметьте окраску образовавшегося 
раствора. Эта реакция является 
характерной и используется для 
обнаружения ионов меди в растворе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНОЙ
РАБОТЫ

1. Через какой промежуточный продукт, легко
   разлагающийся при нагревании, можно получить
   оксид металла из его соли? Покажите на
   примерах:    FeCl3 → Fe2O3;

                    
CuSO4 → CuO;      
Al(CH3COO)3  → Al2O3.

2. Возможно ли взаимодействие между оксидами:    Li2O и SO3;     
   Na2O и BeO; 

      Al2O3
и K2O;     BaO и MgO;    
N2O5 и ZnO?

3. Анализом установлено, что в образце оксида бария массовая доля примеси   сульфата бария составляет 10%.  Как был проведен анализ и какой объем раствора нужного реагента концентрации 2 моль/л был затрачен на обработку
   навески массой 5 г?

                      
Ответ: 30 мл реагента.

4. С какими из перечисленных веществ взаимодействует соляная кислота:

                       
MgO;   AgNO3;   SO3;   
CuSO4;   Ca(OH)2;   Cu;  
Fe;   KOH?

5. Какие свойства гидроксидов   NaOH,   Al(OH)3,  
   Ni(OH)2 могут быть использованы для
   их разделения из твердой смеси?
6. Найдите массовую долю гидроксида натрия, превратившегося в карбонат за счет поглощения углекислого газа из воздуха, если масса гидроксида  возросла с 200г до 232,5 г. Чему
   равен объем поглощенного при этом CO2
   (условия нормальные).

               
Ответ: 50%, 28 л.

7. Какими способами можно получить из данной соли другую с тем же катионом

      или тем же анионом:       
NaCl  → AgCl;       Ba(NO3)2 
→ BaSO4; 

                                         
Fe2(SO4)3  → FeCl3;       
Na2CrO4  → BaCrO4 ?

8. При помощи каких реакций можно осуществить следующие переходы:
1. Fe  → FeCl2  → FeCl3 
   → FeOHSO4  → Fe2O3  →
   Fe;
2. Zn  → ZnS → ZnO → (ZnOH)2SO4
   → ZnCl2 → ZnO →Zn.
9. Какой объем  CO2 (условия нормальные)
   потребуется для растворения 1,0 г

свежеосажденного CaCO3? 
Какие процессы произойдут в растворе
при:

а) кипячении, б) добавлении щелочи, в)
добавлении соляной кислоты?

              
Ответ: 0,224 л.

10. К какому классу относится каждое из следующих соединений:   Cs2O;   Na[Al(OH)4];

   H4SiO4;   NO2;   
[Fe(OH)2]2SO4;   Ca(HCO3)2?

ЛИТЕРАТУРА

1. Практикум по общей и неорганической химии./ Под ред. Н.Н.Павлова, В.И.Фролова. – 2-е изд. – М.: Дрофа, 2002. – 304 с.
2. Н.Б. Любимова. Вопросы и задачи по общей и неорганической химии. – М.: Высш. шк., 1990. – 351 с.
3. Г.Н. Фадеев, Н.Н. Двуличанская. Решение задач по курсу «Химия» для нехимических вузов. Ч.1. – М.: Дом педагогики, 2000. – 72 с.
4. А.А. Гуров, Ф.З. Бадаев, Л.П. Овчаренко, В.Н. Шаповал. Химия.
   –М.: Изд. МГТУ, 2004. – 748 с.