Книга по химии для домашнего чтения - Борис Степин

Особенно быстро идет разложение в присутствии следов влаги и при нагревании (см. 5.4).

Соль, которую не удалось перекристаллизовать, — нитрит аммония NH4NO2. При нагревании раствора этого вещества в воде идет разложение:

NH4NO2 = N2↑ + 2Н2О↑.

Эту реакцию используют в лаборатории для получения чистого азота. Правда, для того чтобы избежать возможного перегрева и взрыва, к нитриту аммония добавляют хлорид аммония NH4Cl (см. 5.3).

Между прочим, в кипящей воде разложение нитрита аммония с выделением газообразного азота может пройти незамеченным.

6.5. КАРБОНАТ ИЛИ КАРБАМИНАТ?

На экзамене студенту задали вопрос: «Какое вещество образуется при взаимодействии аммиака NH3 с диоксидом углерода СO2?» Студент ответил, что продуктом реакции будет карбонат аммония (NH4)2CO3, однако экзаменатор признал ответ неудовлетворительным. Почему?

Карбонат аммония образуется только при взаимодействии аммиака и диоксида углерода в присутствии воды:

2NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3.

Сухие же газы реагируют между собой с образованием в обычных условиях карбамината аммония — соли карбаминовой кислоты NH2COOH:

2NH3 + CO2 = (NH2COO)NH4.

Если эту реакцию проводить при высокой температуре и большом давлении, то продуктом реакции будет уже карбамид (мочевина):

2NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O.

Карбаминат аммония при растворении в воде превращается в карбонат аммония:

(NH2COO)NH4 + H2O = (NH4)2CO3.

Порошок карбоната аммония при стоянии на воздухе в открытых сосудах постепенно выделяет аммиак NH3 и переходит в гидрокарбонат аммония (см. 6.4):

(NH4)2CO3 = NH4HCO3 + NH3↑.

6.6. БИТВА ЗА АЗОТ

Странное сражение: большинство уступает меньшинству в битве за овладение азотом!

Если действовать хлором Cl2 на концентрированный водный раствор хлорида аммония NH4Cl, то в кислой среде при pH < 4 образуется нитрид трихлора Cl3N, выделяющийся в виде желтых маслянистых, капель, взрывающихся при нагревании или ударе (см. 5.58). В среде, близкой к нейтральной, при pH 5–8, продуктом реакции является хлоримин NHCl2 — вещество, не выделенное в индивидуальном состоянии и существующее только в растворе в указанном интервале значений водородного показателя. В щелочной среде при pH > 8,5 получается хлорамин NH2Cl — бесцветная маслянистая жидкость с резким запахом.

6.7. НЕВЕРОЯТНО, НО ФАКТ

Может ли при добавлении кислоты к раствору соли выделиться гидроксид металла?

На первый взгляд подобное событие кажется совершенно невероятным. Однако вспомним, что гидроксиды некоторых металлов амфотерны и растворимы в избытке щелочи — скажем, гидроксида калия КОН. При этом образуются комплексные соли (гидроксокомплексы) — например, гидроксобериллаты:

Be(OH)2 + 2KOH = К2[Ве(ОН)4].

Это соединение устойчиво только в избытке КОН, а при осторожном подкислении раствора разрушается, образуя осадок гидроксида бериллия Be(OH)2:

К2[Ве(ОН)4] + 2HCl = 2КСl + Be(OH)2↓ + 2Н2O.

Правда, дальнейшее действие кислоты будет уже лишено «фантастических» особенностей и укладывается в обычную схему:

гидроксид металла + кислота = соль + вода или

Be(OH)2 + 2HCl = BeCl2 + 2Н2O.

6.8. ПАТРОНЫ СВЕЖЕГО ВОЗДУХА

Герои романа Жюля Верна «С Земли на Луну» Барбикен и его два спутника во время полета использовали для регенерации кислорода нагревание бертолетовой соли KClO3, а для поглощения углекислого газа (диоксида углерода CO2) — гидроксид натрия NaOH. Каким способом сейчас удаляют из воздуха замкнутых помещений (подводные лодки, космические корабли) образующийся при дыхании людей углекислый газ?

Разложение при нагревании триоксохлората калия KClO3 (бертолетовой соли) протекает с выделением кислорода O2:

2КСlO3 = 2КСl + 3O2↑,

а поглощение диоксида углерода CO2 (углекислого газа) гидроксидом натрия приводит к образованию карбоната натрия Na2CO3:

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O.

В современных системах регенерации дыхательного воздуха и удаление CO2, и возмещение убыли O2 совмещены в одном процессе, протекающем без энергетических затрат:

2Na2O2 + 2СO2 = 2Na2CO3 + O2↑, 4NaO2 + 2СO2 = 2Na2CO3 + 3O2↑.

В первом случае используют пероксид натрия Na2O2, а во втором — надпероксид натрия NaO2.

6.9. МЕТАЛЛ МЕНЯЕТ АКТИВНОСТЬ

При взаимодействии активных металлов с разбавленными кислотами выделяется водород:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑.

Могут ли менее активные металлы, такие как ртуть или медь, вытеснять из кислот водород?

Общеизвестно, что и ртуть Hg, и медь Cu взаимодействуют с кислотами-окислителями, например с концентрированной серной H2SO4 и азотной HNO3. При этом выделяется не водород, а оксиды серы (SO2) или азота (NO2):

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2↑ + 2Н2O, Hg + 4HNO3 = Hg(NO3)2 + 2NO2↑ + 2Н2O.

Из кислот-неокислителей — разбавленной серной, хлороводородной и других — ртуть и медь не вытесняют водород, так как эти металлы в электрохимическом ряду напряжений стоят правее водорода и имеют положительный электродный потенциал. Однако выделение водорода все же будет наблюдаться, если взять для реакции бромистоводородную HBr или иодистоводородную HI кислоту:

2Cu + 4HBr = 2H[CuBr2] + H2↑, Hg + 4HI = H2[HgI4] + H2↑.

Обратите внимание на продукты реакции: в обоих случаях получаем достаточно устойчивые комплексные соединения — дибромокупрат водорода H[CuBr2] и тетраиодомеркурат водорода H2[HgI4]; катионы меди Cu+ и ртути Hg2+ в растворе оказываются в ничтожно малой концентрации, и электродный потенциал металла в таких условиях становится отрицательным.

А если комплексообразующий реагент приводит к образованию очень устойчивых комплексов, то выделение водорода может наступить и при взаимодействии с водой. Так, в присутствии цианид-ионов CN~ медь превращается в дицианокупратный комплекс KfCu(CN)2], восстанавливая водород из воды:

2Cu + 4KCN + 2Н2O = 2K[Cu(CN)2] + 2КОН + H2↑.

Учтем также, что электродный потенциал меди в неводной среде может сильно отличаться от обычного значения. Например, в ацетонитриле CH3CN он становится равным не +0,34 В (как в воде), а -0,28 В. Поэтому медь вытесняет водород из хлороводородной кислоты HCl в ацетонитрильном растворе, превращаясь в этих условиях в хлорид меди CuCl:

2Cu + 2HCl = 2CuCl + H2↑.

6.10. НЕОБРАТИМЫЙ ГИДРОЛИЗ ХЛОРИДА НАТРИЯ

Известно, что соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, не подвергаются гидролизу. Всегда ли это так?

Если вести процесс гидролиза хлорида натрия NaCl в жестких условиях — при температуре 500° C и давлении 1 МПа, с применением воды в виде перегретого пара, — то хлорид натрия все же гидролизуется. Хлороводород начинает удаляться с паром, и парадокс становится явью:

NaCl + H2O ↔ NaOH + HCl↑.

6.11. ПАРАДОКСЫ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ

Обменные реакции типа «соль + кислота = новая соль + новая кислота» идут до конца в том случае, если в результате реакции получается новая кислота, более слабая, чем исходная. Можно ли себе представить, чтобы слабая кислота вытесняла из соли… сильное основание?

На первый взгляд процесс такого рода кажется неправдоподобным. Однако борная кислота B(OH)3 (см. 3.14) с весьма слабыми кислотными свойствами реагирует с фторидами щелочных металлов так:

B(OH)3 + 4 KF = K[BF4] + 3КОН.

В результате взаимодействия действительно выделяется сильное основание — гидроксид калия КОН. А происходит это потому, что сначала образуется трифторид бора BF3:

B(OH)3 + 3KF = BF3 + 3КОН,

а затем получается чрезвычайно прочный комплекс — тетрафтороборат калия K[BF4]:

BF3 + KF = K[BF4].

6.12. НЕУГАСИМОЕ ПЛАМЯ

Есть целый ряд веществ, которые нельзя потушить струей CO2 (углекислым газом). В первую очередь это смеси, содержащие твердый окислитель: для их горения не требуется кислород воздуха. Например, черный порох (смесь нитрата калия KNO3 с серой и углем) горит за счет твердого окислителя — нитрата калия (см. 1.33 и 1.34):