§ 62. Способи одержання солей
Цей клас неорганічних сполук має найбільшу кількість способів добування, бо ґрунтуються вони, перш за все, на хімічних властивостях речовин усіх чотирьох класів сполук.
Приклади розв’язування задач
Приклад 1. Якими рівняннями реакцій можна подати такі перетворення:
1. Нумеруємо послідовність реакцій:
2. СuО отримують прямим шляхом, тобто внаслідок безпосередньої взаємодії металу з киснем за температури 500 °С. На підставі цього запишемо рівняння реакції 1:
3. З оксиду металічного елемента сіль (відповідно до схеми, наведеної в умові) можна одержати взаємодією його з кислотою. Рівняння реакції 2:
4. З розчинної солі отримати нерозчинний гідроксид (див. таблицю розчинності, наведену на форзаці 2) можна в результаті взаємодії солі з лугом за реакцією 3:
Продуктом цієї реакції є також і добре відома вам кухонна сіль.
5. Відомо, що нерозчинні у воді гідроксиди в результаті нагрівання розкладаються на відповідний оксид і воду, отже:
Приклад 2. Наявні такі сполуки: кальцій оксид, алюміній нітрат, хлоридна кислота, ферум(IIІ) оксид і вода. Як за допомогою цих речовин отримати: а) кальцій гідроксид; б) алюміній гідроксид; в) ферум(IIІ) гідроксид?
1. Отримуємо кальцій гідроксид — розчинну у воді основу:
2. Отримуємо алюміній гідроксид:
3. Через те що ферум(ІІІ) оксид Fe2O3 нерозчинний у воді, безпосередньо одержати з нього Fe(OH)3неможливо. Тому спочатку добуваємо сіль феруму(ІІІ):
Потім отримуємо ферум(ІІІ) гідроксид за допомогою одержаного в реакції (1) кальцій гідроксиду:
У більшості цих перетворень одним із продуктів реакції є сіль.
Приклад 3. Як за наявності силіцію та магнію добути магній силікат? Яка ще речовина необхідна для цього?
Відповідь: потрібний кисень.
Запитання та завдання
°1. Який клас неорганічних сполук має найбільше число способів одержання?
2. Деякі солі одержують витискуванням менш активного металу з його солі більш активним. А чи є приклади одержання солей витискуванням менш активного неметалу з його солі більш активним неметалом?
3. Чи існують способи добування солей тільки за участі оксидів?
4. Складіть рівняння реакцій, які характеризують щонайменше п’ять способів добування солей взаємодією оксидів (основних, амфотерних, кислотних) із кислотами та основами.
5. За допомогою рівнянь яких реакцій можна передати такі перетворення?
6. Які речовини не можуть одночасно перебувати в одному розчині: а) КОН і H2S; б) Са(ОН)2 і СuСl2; в) ВаСl2 і NaOH? Якими рівняннями реакцій це можна підтвердити?
7. З якими з наведених нижче речовин взаємодіятиме розведена сульфатна кислота з утворенням середніх солей: аргентум, магній, купрум(ІІ) оксид, цинк гідроксид, калій карбонат, карбон(ІV) оксид, плюмбум(ІІ) нітрат? Якими рівняннями реакцій це можна підтвердити?
8. З якими з наведених нижче речовин взаємодіятиме розчин калій гідроксиду з утворенням середніх солей: барій оксид, сульфур(VІ) оксид, хлоридна кислота, магній хлорид? Якими рівняннями реакцій це можна підтвердити?
9. Як за наявності таких речовин, як магній гідроксид, натрій гідроксид, фосфор, сірка, кисень і вода, добути: натрій сульфат, магній ортофосфат, натрій ортофосфат, магній оксид? Якими рівняннями реакцій це можна підтвердити?
10. Складіть усі можливі рівняння реакцій отримання солей: купрум(ІІ) хлориду, барій сульфату, калій карбонату.
11. Складіть рівняння можливих реакцій утворення середніх солей:
12. Складіть рівняння реакцій, у результаті яких можна отримати середні солі складу:
§ 30. Добування солей. Застосування. Солі в природі
Цей спосіб уже неодноразово було згадано в попередніх темах. Розчини кислоти й основи змішують (обережно!) у потрібному мольному співвідношенні. Після випарювання води одержують кристалічну сіль.
— Зараз нам знадобляться всі отримані вами знання, тому що солі утворюються в дуже багатьох реакціях.
2. Взаємодія кислот з основними й амфотерними оксидами
Знайома реакція. Можна узагальнити: взаємодія кислот з оксидами, утвореними металічними елементами (крім кислотних оксидів):
3. Взаємодія кислот із солями
Умови перебігу реакції ми вже розглядали. У цій реакції утворюється нерозчинний у кислоті осад:
4. Взаємодія металів із кислотами
Ми пам’ятаємо, що тут нам допоможе ряд активності металів:
Реакції за участі основ
1. Взаємодія лугів із кислотними оксидами
Із нерозчинними основами ця реакція майже не відбувається.
2. Взаємодія основ із солями
Для таких реакцій підходять тільки луги (розчинні основи). Важливо, щоб нова основа не була лугом і не могла реагувати із сіллю, що утворилася. Наприклад:
Реакції за участі солей
1. Взаємодія металів із солями
Для складання рівнянь таких реакцій слід скористатися рядом активності металів.
2. Взаємодія розчинів двох різних солей
Реакцію вдається провести тільки в тому випадку, якщо хоча б одна із солей, що утворюються, нерозчинна й випадає в осад:
Сіль, що випала в осад, відфільтровують, а розчин, що залишився, випарюють і одержують іншу сіль.
Реакції за участі простих речовин і оксидів
1. Взаємодія металів із неметалами
Часто ці реакції відбуваються під час нагрівання, але ця реакція не має потреби в нагріванні: 2K + Cl2 = 2KCl
Зовні вона нагадує горіння. Метал K «згоряє» у струмі неметалу Cl2, а дрібні кристали солі КСl виглядають як білий «дим».
2. Взаємодія основних і кислотних оксидів між собою
Ці реакції можуть відбуватися між речовинами в різних агрегатних станах: CaO + SO3 = CaSO4
Є й інші способи одержання різних солей.
ЗАСТОСУВАННЯ СОЛЕЙ
Застосування солей настільки велике й різноманітне, що перелічити все просто не вдасться. Тому стисло ознайомимося з тими солями, які вам можуть трапитися в житті.
Натрій хлорид (кухонна сіль) (рис. 76). Використовують для надання солоного смаку їжі, консервування продуктів харчування, деревини, шкіри, як адсорбент (речовина, яка поглинає рідкі й газоподібні речовини). Найважливіша смакова добавка.
Рис. 76. Натрій хлорид
Натрій карбонат, сода кальцинована. Використовують для зм’якшення жорсткої води. Має дуже сильну знежирювальну дію, тому її використовують для прання сильно забруднених виробів (рис. 77).
Рис. 77. Натрій карбонат
Натрій гідрогенкарбонат (питна сода, двовуглекислий натрій NaHCO3). Застосовують у хлібопеченні, для виготовлення напоїв, як засіб для полоскання рота в разі інфекційних уражень, для зняття сверблячки в разі опіків кропивою й укусів мурах (кропива й мурахи виробляють мурашину кислоту, а сода нейтралізує кислоту) (рис. 78).
Рис. 78. Натрій гідрогенкарбонат
Натрій гідрогенкарбонат технічний використовують для наповнення пінних вогнегасників і систем пожежогасіння, а також для зм’якшення води.
Калій карбонат (поташ, K2CO3). Застосовують для прання білизни, зм’якшення води, як калійне добриво.
Ферум(ІІ) сульфат (FeSO4 · 7H2O, залізний купорос). Застосовують для боротьби з грибковими захворюваннями, ураженнями грибками й мохами культурних рослин, для протравлення тканин, виготовлення фарб і чорнил.
Купрум(ІІ) сульфат (сірчанокисла мідь, мідний купорос, CuSO4 · 5H2O) — кристалічна речовина блакитного кольору. Отруйна сіль. Часто використовують для боротьби з грибковими захворюваннями рослин, під час малярських робіт для знезаражування стін, стель (рис. 79).
Рис. 79. Мідний купорос
Калій перманганат (народна назва «марганцівка», KMnO4) — кристалічна речовина з гарним темно-фіолетовим кольором. Калій перманганат має чудову дезінфікуючу дію. Застосовують для дезінфекції дрібних ран, поверхонь, як мікроелемент для підгодівлі рослин і дезінфекції ґрунту (рис. 80).
Рис. 80. Калій перманганат
Кальцій карбонат у вигляді мармуру широко використовують у будівництві, для виготовлення декоративних виробів.
У вигляді крейди застосовують у будівництві (побілка), у сільському господарстві для видалення зайвої кислотності ґрунтів, у школах (писати на дошці) (рис. 81).
Рис. 81. Кальцій карбонат
Купрум(ІІ) гідроксокарбонат (Cu2(OH)2CO3, малахіт або CuCO3 · Cu(OH)2) використовують в основному для красивих саморобок (рис. 82).
Рис. 82. Малахіт
Сульфати Натрію й Магнію (Na2SO4 і MgSO4) використовують у медицині як м’які проносні засоби, а MgSO4 — іще й для зниження тиску, як розсмоктувальний засіб.
Калій хлорат (бертолетова сіль) KClO3 — входить до складу намазок на голівках сірників і піротехнічних сумішей.
ПОШИРЕННЯ У ПРИРОДІ
У природі досить багато солей. Вони є й у живій, і в неживій природі. Розглянемо тільки деякі.
У нашому організмі карбонати й ортофосфати Кальцію входять до складу кісток, зубів. В основному, з кальцій карбонату (+ домішки) складаються раковини молюсків, шкаралупа яєць, перли. За мільйони років раковини відмерлих молюсків утворюють багатокілометрові поклади, і, залежно від геологічних умов, із них формуються поклади крейди, мармуру або вапняку. Значить, склад цих мінералів переважно теж CaCO3(рис. 83).
Рис. 83. Карбонати у природі
У літосфері Землі значну частку займають карбонати, ортофосфати, сульфати, хлориди, сульфіди й багато інших солей. Кухонна сіль, наприклад, існує у вигляді мінералу галіту (рис. 84).
Рис. 84. Галіти у природі
Сульфіди Плюмбуму, Феруму, Купруму, Цинку дуже красиві й схожі на дорогоцінні камені (рис. 85).
Рис. 85. Сульфіди
Ферум дисульфід (пірит) зовні схожий на золото. Його так і називають — «золото дурнів».
ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ
- 1. З якими речовинами реагують кислоти з утворенням солей?
- 2. З якими речовинами реагують луги з утворенням солей?
- 3. Назвіть регенти, з якими реагують солі з добуванням нових солей.
- 4. Які ще реакції добування солей ви знаєте?
- 5. Що ви знаєте про поширення солей у природі?
- 6. Розкажіть про застосування солей.
ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ
1. У пробірку з розчином ферум(ІІ) сульфату внесли гранулу цинку й у пробірку з розчином цинк(ІІ) сульфату опустили залізну пластинку. В якому випадку відбувається реакція? Напишіть рівняння.
2. Згідно з розташуванням металів у ряді активності металів укажіть, що спостерігатиметься в разі додавання цинку до розчину, який містить два сульфати — Алюмінію й Купруму. Напишіть рівняння реакції.
Відповідь підтвердьте рівняннями реакцій.
4. Дано опис перетворення, напишіть відповідне рівняння реакції. Які фізичні явища будуть супроводжувати ці хімічні перетворення?
- а) Натрій взаємодіє з водою, утворюючи натрій гідроксид;
- б) під час пропускання карбон(IV) оксиду крізь розчин кальцій гідроксиду утворився кальцій карбонат;
- в) натрій сульфіт реагує з нітратною кислотою;
- г) дією сульфатної кислоти на натрій карбонат одержують натрій сульфат;
- д) доливаючи розчин барій хлориду до розчину натрій сульфату, можна одержати розчин натрій хлориду.
5. Кальцій нітрат можна добути внаслідок узаємодії:
- а) кальцій оксиду й барій нітрату;
- б) кальцій карбонату й калій нітрату;
- в) кальцій гідроксиду й нітратної кислоти;
- г) кальцій ортофосфату й натрій нітрату. Напишіть рівняння реакції.
6. Напишіть рівняння реакцій, із допомогою яких можна здійснити перетворення:
7. Після згоряння сірки масою 16 г виділився газ, який пропустили крізь надлишок розчину натрій гідроксиду. Визначте кількість речовини, що утворилася.
8. Обчисліть масу міді, яка утворилася внаслідок взаємодії купрум(ІІ) хлориду масою 38 г із цинком.
9. Під час термічного розкладу кальцій карбонату утворюється негашене вапно — кальцій оксид, який потім «гасять» водою для одержання гашеного вапна. Його широко використовують у будівництві. Потрібно одержати 50 кг гашеного вапна. Скільки кг кальцій карбонату знадобиться для цього?
ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ
1. Є речовини, формули яких NaBr, K2SO3, H2SO4, AlCl3, Al2O3, ZnS, ZnCl2. Якими з них ви би скористалися, щоби, комбінуючи попарно, одержати чисті: а) цинк сульфат; б) натрій сульфат; в) алюміній сульфат? Відповідь поясніть, навівши рівняння реакцій.
Підказка: не забудьте, не всі речовини вам потрібні!
2. У лабораторії для роботи знадобився гідроген сульфід. Як можна його добути, якщо в наявності є сульфатна кислота, залізо й сірка? Складіть рівняння реакцій.
3. Сірку в залізних сплавах визначають так: 1) сплав розчиняють у хлоридній кислоті; 2) гази, які утворюються при цьому, пропускають крізь розчин кадмій хлориду, при цьому утворюється жовтий осад; 3) до розчину з осадом доливають розчин мідного купоросу — осад стає чорним; 4) чорний осад відфільтровують, промивають, потім його поміщають у заздалегідь зважений тигель і прожарюють за доступу повітря, після чого тигель разом із умістом знову зважують. Напишіть рівняння реакції.
Підказка: подумайте, у вигляді якої сполуки сірка міститься в залізних сплавах.
4. Існує декілька способів виготовлення «хімічних грілок». Їх основою є хімічні реакції, які відбуваються з виділенням теплоти. От «рецепт» однієї з грілок: у скляну банку вкладіть алюмінієвий дріт, згорнутий кільцями, засипте сумішшю деревної тирси, кухонної солі й мідного купоросу (купрум(ІІ) сульфату), залийте це все водою. Грілка готова. Вона буде виділяти тепло кілька годин. Які хімічні реакції відбуваються?
5. Чи можна зберігати розчин мідного купоросу: 1) в оцинкованих; 2) у луджених (покритих шаром олова) відрах? Відповідь обґрунтуйте.
6. Садівнику для обприскування кущів аґрусу потрібна спеціальна суміш. Це розчин суміші солей купрум(ІІ) сульфату й ферум(ІІ) сульфату. Але в магазині він зміг купити тільки сіль Купруму. Підкажіть йому, як легко в домашніх умовах розчин купрум(ІІ) сульфату перетворити на суміш сульфатів?
7. На початку ХІХ ст. під час виробництва натрій сульфату дією купоросної олії (концентрованою сульфатною кислотою) на кухонну сіль пішли скарги: залізні інструменти швидко вкривалися іржею, гинули рослини. Виробники намагалися випускати побічний отруйний газоподібний продукт реакції в атмосферу з допомогою труб до 300 м, але це не допомогло розв’язати проблему, бо згубна дія газу особливо відчувалася в сиру погоду. Поясніть ці явища.
- Проаналізуйте, у який спосіб можна розв’язати цю проблему.
- Запропонуйте ще чотири-п’ять способів добування натрій сульфату.
- Обчисліть маси вихідних речовин, потрібних для добування натрій сульфату масою 284 кг за будь-яким із запропонованих вами способів.
8. У трьох закодованих пробірках (№ 1, 2, 3) містяться розчини хлоридної кислоти, натрій гідроксиду й натрій хлориду. Як, маючи тільки порожні пробірки й розчин фенолфталеїну, розпізнати ці розчини? Запропонуйте спосіб, у який це можна зробити. Якщо перебігатимуть хімічні реакції, запишіть їх рівняння.