Перелік питань до модульної контрольної роботи № 3

Зразок відповідей на запитання контрольної модульної роботи

1. Гідроген належить до найпоширеніших елементів у природі. У вільному стані він зустрічається в незначних кількостях, головним чином, у верхніх шарах атмосфери, тому що густина вільного водню у 14,5 разів менша, ніж густина повітря. Вільний водень виділяється при виверженні вулканів, з бурових свердловин та при розкладанні бактеріями органічних речовин в умовах нестачі повітря.

Лабораторні способи одержання водню полягають у витісненні його із води або розведених кислот, що не виявляють окисних властивостей.

1. Дією розведених кислот на метали:

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑

2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑

З кислот можуть витісняти водень лише ті метали, які в ряду активності займають місця ліворуч від Гідрогену. Причому чим лівіше знаходиться метал в ряду, тим він більш активний. Так лужні і лужноземельні метали дуже активні, при їх взаємодії з кислотами спостерігається вибух. Тому при одержанні водню в лабораторних умовах користуються металами середньої активності – цинком або залізом.

2. Взаємодією лужних і лужноземельних металів з водою:

2K + 2H₂O → 2KOH + H₂↑

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

3. У промисловості для добування водню використовують природні та нафтозаводські гази, складовою частиною яких є метан. Природний газ змішують з киснем у кількості, яка недостатня для повного окиснення метану, і проводять реакцію при 850 - 900°С у присутності каталізатора (Ni + Al₂O₃):

2CH₄ + O₂ → 2CO↑ + 4H₂↑ + 71,4 кДж.

Молекулярний Гідроген може виявляти відновні властивості по відношенню до окисників неметалічного походження, а також по відношенню до окиснених форм металів.

При звичайних умовах Гідроген малоактивний завдяки стійкості молекул Н₂ і безпосередньо взаємодіє лише з фтором: H₂ + F₂ ® 2HF, а під дією світла відбувається ланцюгова реакція з хлором: H₂ + Cl₂ ® 2HCl.

У суміші з киснем водень горить голубим полум’ям з виділенням великої кількості тепла:

2H₂ + O₂ → 2H₂O + 575.4 кДж.

Відновна здатність водню використовується у металургії для одержання деяких високочистих металів з їх оксидів:

Ag₂O + H₂ → 2Ag + H₂O;

CuO + H₂ → Cu + H₂O;

MoO₃ + 3H₂ → Mo + 3H₂O.

У реакціях з активними металами (лужні, лужно-земельні) водень утворює гідриди. У цих реакціях атом водню приєднує електрон, перетворюючись у негативно заряджений іон з оболонкою інертного газу гелію:

2Na + H₂ → 2NaH

Гідриди – солеподібні, тверді, кристалічні речовини з іонним зв’язком. Вони виявляють дуже сильні відновні властивості і легко розкладаються водою, кислотами та взаємодіють з іншими різними окисниками:

CaH₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + 2H₂

До найважливіших оксидів Гідрогену відноситься вода. Організми тварин і рослин містять від 50 до 90 % (макс.) води. Вода потрібна рослинам протягом усього їх життя. Починаючи з проростання насіння вода обумовлює важливі біохімічні процеси. Встановлено, що хлібні злаки витрачають до

300 кг води на 1 кг сухої рослинної маси. Для отримання високого урожаю необхідно в достатку забезпечити культурну рослину вологою. Частково це досягнення агротехнічними прийомами; після прибирання хлібів лущать стерню, прагнучи “закрити” вологу, тобто припинити сильний випар води з грунту. У областях, що відрізняються недостатнім зволоженням, багато уваги приділяється зрошуванню, що дозволяє істотно підвищити урожай сільськогосподарських культур. Взагалі гідромеліоративні роботи завжди пов’язані з підвищенням врожайності сільськогосподарських культур і освоєнням нових земель.

Окрім води Гідроген утворює з Оксигеном ще одну сполуку – гідроген пероксид Н₂О₂. Він застосовується головним чином завдяки його сильній окисній дії. У агрономічних і грунтових лабораторіях гідроген пероксид використовують для озолення (спалювання) зразків грунту або рослинного матеріалу.

2. Цинк відноситься до II B групи періодичної системи елементів Д.І. Менделєєва. На зовнішньому енергетичному рівні його атома знаходиться 2s-електрони. Електронна конфігурація передзовнішнього енергетичного рівня s²p⁶d¹⁰ стабільна, і електрони цього рівня не беруть участі в утворенні хімічних зв'язків. У атома цього елемента у нормальному стані відсутні непарні електрони. Збудження атомів переводить один s-електрон на p-підрівень; при цьому електронна конфігурація зовнішнього енергетичного рівня переходить в s¹p¹ і стає здатним до утворення двох хімічних зв'язків. Цинк утворює сполуки виключно з ступенем окиснення +2.

Стійкість цинку на повітрі і у воді пояснюється захисною плівкою (ZnOH)₂CO₃ на його поверхні. У розчинах лугів плівка розчиняється, що дозволяє цинку вступати в реакцію з водою до повного розчинення металу.

Цинк доволі активний метал, він утворює сполуки майже з усіма неметалами. Так, наприклад, галогеніди цинку одержують шляхом прямої взаємодії елементів:

Zn + Cl₂ → ZnCl₂

або розчиненням металічного цинку, оксиду та сульфіду у відповідних кислотах:

Zn + 2НCl → ZnCl₂ + Н₂↑

ZnО + 2НCl → ZnCl₂ + Н₂О

ZnS + 2НCl → ZnCl₂ + Н₂S↑

З сіркою цинк утворює нерозчинний у воді сульфід ZnS:

Zn + S → ZnS

При нагріванні цинкового пилу (600°С) в атмосфері амоніаку утворюється нітрид цинку:

3Zn + 2NH₃ → Zn₃N₂ + 3H₂↑,

А з ацетиленом – карбід цинку:

Zn + С₂Н₂ → ZnС₂ + Н₂↑.

Цинк – сильний відновник, здатний заміщувати метали (Mn, Fe, Ni, Cu, Cd) у їх солях. Виділення кадмію із розчинів за допомогою цинкового пилу (цементація) є головним промисловим методом його добування:

CdSO₄ + Zn → ZnSO₄ + Cd

Цинк легко витісняє водень з розведених кислот-неокисників:

Zn + 2HBr → ZnBr₂ + H₂↑

При взаємодії з розведеною нітратною кислотою цинк утворює нітроген (І) оксид або амонійну сіль:

Zn + 10HNO₃ ® 4Zn(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O;

4Zn + 10HNO₃ ® 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O.

Солі оксигеновмісних кислот цинку – нітрати, сульфати, хлорати – розчинні у воді, а карбонати, фосфати, силікати – у воді малорозчинні.

При нагріванні з киснем цинк утворює амфотерний оксид ZnO – гексагональні кристали білого кольору, практично нерозчинні у воді. Виявляючи амфотерні властивості він реагує як з кислотами, так і з лугами:

ZnО + 2HCl ® ZnCl₂ + H₂O

ZnO + 2NaOH + H₂O ® Na₂[Zn(OH)₄].

Цинк гідроксид Zn(OH)₂ випадає у вигляді білого осаду при дії лугів на розчини солей цинку:

ZnSO₄ + 2NaOH ® Zn(OH)₂¯ + Na₂SO₄.

Цинк гідроксид – амфотерна сполука, він легко розчиняється в кислотах з утворенням солей цинку:

Zn(OH)₂ + 2HCl ® ZnCl₂ + 2H₂O

і в надлишку лугів з утворенням цинкатів:

Zn(OH)₂ + 2NaOH ® Na₂ZnO₂ + 2H₂O.

Цинк – один із сільськогосподарських мікроелементів: при нестачі його у ґрунті у рослин порушується обмін вуглеводів, може понизитись вміст хлорофілу. Як складова частина ферментів вуглеводного обміну Цинк активує їх і сприяє підвищенню інтенсивності фотосинтезу. Із солей цинку найбільше практичне застосування у сільському господарстві має цинковий купорос ZnSO₄ × 7H₂O, який використовують як мікродобриво.

3. Залізо ® ферум (ІІ) хлорид ® ферум (ІІ) гідроксид ® ферум (ІІІ) гідроксид

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑

FeCl₂ + 2KOH → Fe(OH)₂ + 2KCl

Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4 Fe(OH)₃.