В последние годы наблюдается тенденция стабильного спроса на сдачу экзамена по химии у выпускников 9-х и 11-х классов. Причина в возрастающей популярности медицинских и инженерных высших учебных заведений, в которых в качестве профильного экзамена выступает химия.
Актуальность
Для того чтобы быть конкурентоспособными при подаче документов, школьники должны продемонстрировать высокий уровень знаний на ЕГЭ.
Вам будет интересно:Чистые культуры: понятие, определение, выделение, среда, получение и использование
Особую сложность вызывают у будущих медиков и инженеров задачи, в которых порошок серы смешали с избытком порошка алюминия, затем добавили кислоту, потом воду. Необходимо произвести расчеты, определить одно из веществ, а также составить уравнения происходящих реакций.
Как правильно решать задачи на порошок алюминия, смешиваемый с другими неорганическими соединениями? Остановимся на данном вопросе подробнее.
Первый пример
Порошок серы смешали с порошком алюминия, затем смесь нагрели, вещество, полученное в результате этой реакции, поместили в воду. Образующийся газ поделили на две части. Одну смешали с соляной кислотой, во вторую добавили раствор гидроксида натрия до растворения осадка. Какие превращения при этом происходили? Составьте уравнения всех реакций, соответствующих превращениям, описанным в задании.
Вам будет интересно:Методика "Рукавички": описание, особенности, цели и задачи
Ответом на поставленный вопрос должны стать четыре уравнения со стереохимическими коэффициентами.
Порошок серы смешали с избытком порошка алюминия, что произойдет? Вещества реагируют по схеме, где конечным продуктом является соль.
Образующийся сульфид алюминия в водной среде подвергается гидролизу. Так как эта соль образована слабым основанием (гидроксидом алюминия) и слабой сероводородной кислотой, протекает полный гидролиз. В результате процесса образуется нерастворимое основание и летучая кислота.
При взаимодействии одного из продуктов, а именно гидроксида алюминия с соляной кислотой, протекает реакция ионного обмена.
Учитывая, что гидроксид алюминия обладает амфотерными (двойственными) химическими свойствами, он образует комплексную соль (тетрагидроксоалюминат натрия) с раствором гидроксида натрия.
Второй пример
Рассмотрим еще один пример задания, предполагающего написание процессов, упоминаемых в условии. Порошок алюминия смешивают с йодом. Добавляют небольшое количество воды. Полученное в процессе соединение растворяют в воде, добавляют к нему избыток аммиачной воды. Осадок отфильтровывают, прокаливают. К остатку от прокаливания добавляют карбонат натрия, смесь сплавляют. Запишите четыре уравнения реакций со стереохимическими коэффициентами, соответствующих описанным процессам.
Так как порошок алюминия смешивают по условию задачи с йодом, первое уравнение взаимодействия простых веществ имеет вид:
2Al + 3I2 = 2AlI3
Для протекания данной реакции необходимо незначительное количество воды, о котором есть упоминание в условии.
Следующая химическая реакция отражает взаимодействие полученного на первом этапе йодида алюминия с гидроксидом натрия:
AlI3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaI
Так как продукт данного процесса (гидроксид алюминия) проявляет свойства, типичные для оснований, он вступает в реакцию ионного обмена с кислотой, в качестве продуктов реакции выступают соль и вода:
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O
Наибольшую сложность у школьников при решении задачи, в которой фигурирует порошок алюминия, вызывает последняя реакция. При взаимодействии хлорида алюминия с водным раствором карбоната натрия в реакционной смеси протекает процесс гидролиза солей, приводящий к получению хлорида натрия, углекислого газа, гидроксида алюминия. Реакция имеет следующий вид:
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 3CO2 + 6NaCL
Какие сложности возникают у школьников
В некоторых заданиях предполагается, что фосфор смешали с избытком порошка алюминия. Алгоритм решения аналогичен двум предыдущим примерам. Среди тех проблем, которые испытывают в подобных заданиях выпускники, отметим невнимательное прочтение условия. Упуская из поля зрения, например, присутствие в реакционной смеси воды, выпускники забывают о возможности протекания гидролиза в смеси, неправильно пишут химическое уравнение процесса. Не все могут описывать действия с веществами: выпаривание, фильтрование, прокаливание, обжиг, сплавление, спекание. Не владея представлениями об отличиях между физическими и химическими взаимодействиями, невозможно рассчитывать на успешное выполнение заданий подобного вида.
Третий пример
Прокаливают нитрат марганца (II). Добавляют к полученному твердому веществу бурого цвета концентрированную хлороводородную кислоту. Газ, выделяющийся при этом, пропускают через сероводородную кислоту. При добавлении к получившемуся раствору хлорида бария наблюдается выпадение осадка. Напишите четыре химических уравнения, соответствующие описанным превращениям.
При прокаливании из одного вещества должно образовываться сразу несколько продуктов. В предлагаемой задаче из исходного нитрата получается бурый газ и оксид марганца (IV):
Mn(NO3)2 → MnO2 + 2NO2
После добавления к продуктам хлороводородной концентрированной кислоты, помимо газообразного хлора, получается вода, а также хлорид марганца (II):
MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + 2H2O + Cl2
Именно хлор вступает во взаимодействие с сероводородной кислотой, в качестве осадка образуется сера. Уравнение процесса имеет следующий вид:
Cl2 +Н2S → 2HCl + S
Поскольку сера не способна образовывать осадка с хлоридом бария, необходимо учесть, что смесь хлора и сероводорода при наличии молекул воды, может взаимодействовать по следующей схеме:
4Cl2 + Н2S + 4Н2О → 8HCl + Н2SO4
Поэтому с хлоридом бария в реакцию вступает серная кислота:
Н2SO4 + BaCl2 → BaSO4 + 2HCl
Важные моменты
Далеко не все старшеклассники знают, как в промышленности порошки алюминия получают, куда их используют. Минимальное количество практических и лабораторных работ, оставленных в школьном курсе химии, негативно отражается на практических умениях и навыках школьников. Именно поэтому задания, которые связаны с агрегатным состоянием вещества, его цветом, характерными признаками, вызывают сложности у выпускников, сдающих единый государственный экзамен по химии.
Часто составители тестовых заданий используют оксид алюминия, порошок которого вступает во взаимодействие с серой или галогеном, образуя, соответственно, сульфид либо галогенид. Старшеклассники упускают тот факт, что получаемая соль подвергается в водном растворе гидролизу, поэтому неправильно выполняют вторую часть задания, теряя при этом баллы.
Подводим итоги
Для того чтобы без ошибок справляться с вопросами, касающимися нескольких превращений неорганических веществ, необходимо иметь представление о качественных реакциях на катионы и анионы, знать условия протекания гидролиза, записывать молекулярные и ионные уравнения. При отсутствии практических навыков сложность вызывают вопросы, касающиеся внешних признаков взаимодействия веществ.