1. Сравните химические свойства серной и азотной кислот. 2. При взаимодействии концентрированной серной кислоты с железом степень окисления серы изменяется от +6 до +4.

На фото 4 задания. Ниже — ответы и ход рассуждений.

1. Сравнение серной и азотной кислот

Сходство. Обе — сильные кислоты: реагируют с основаниями, основными оксидами, амфотерными гидроксидами и солями более слабых кислот, окрашивают лакмус в красный цвет.

Различия:

• \( \mathrm{H_2SO_4} \) — двухосновная кислота, образует сульфаты и гидросульфаты; \( \mathrm{HNO_3} \) — одноосновная, образует нитраты.
• Разбавленная \( \mathrm{H_2SO_4} \) с активными металлами выделяет водород: \[ \mathrm{Zn}+\mathrm{H_2SO_4}\rightarrow \mathrm{ZnSO_4}+\mathrm{H_2}\uparrow \]
• \( \mathrm{HNO_3} \) — сильный окислитель за счёт \( \mathrm{N^{+5}} \); с металлами водород не выделяется, а нитрат-ион восстанавливается до \( \mathrm{NO} \), \( \mathrm{NO_2} \), \( \mathrm{N_2O} \), \( \mathrm{NH_4NO_3} \) и др.
• Концентрированная \( \mathrm{H_2SO_4} \) тоже окислитель за счёт \( \mathrm{S^{+6}} \), например: \[ \mathrm{Cu}+2\mathrm{H_2SO_4}\rightarrow \mathrm{CuSO_4}+\mathrm{SO_2}\uparrow+2\mathrm{H_2O} \] При этом на холоде она пассивирует Fe, Al, Cr.
• \( \mathrm{H_2SO_4} \) нелетуча и обладает водоотнимающим действием; \( \mathrm{HNO_3} \) летуча и разлагается на свету.

2. Железо и концентрированная серная кислота

При нагревании: \[ 2\mathrm{Fe}+6\mathrm{H_2SO_4}\rightarrow \mathrm{Fe_2(SO_4)_3}+3\mathrm{SO_2}\uparrow+6\mathrm{H_2O} \] Электронный баланс: \[ \mathrm{Fe^0}-3e^-\rightarrow \mathrm{Fe^{+3}}\quad |2, \qquad \mathrm{S^{+6}}+2e^-\rightarrow \mathrm{S^{+4}}\quad |3 \] На холоде железо пассивируется концентрированной серной кислотой.

3. Цепочки превращений

а) \(\mathrm{FeS_2}\rightarrow \mathrm{S}\rightarrow \mathrm{SO_2}\rightarrow \mathrm{SO_3}\rightarrow \mathrm{H_2SO_4}\rightarrow \mathrm{Fe_2(SO_4)_3}\rightarrow \mathrm{BaSO_4}\)

1. При сильном нагревании без доступа воздуха: \[ \mathrm{FeS_2}\rightarrow \mathrm{FeS}+\mathrm{S} \]
2. \[ \mathrm{S}+\mathrm{O_2}\rightarrow \mathrm{SO_2} \]
3. \[ 2\mathrm{SO_2}+\mathrm{O_2}\rightleftharpoons 2\mathrm{SO_3} \]
4. \[ \mathrm{SO_3}+\mathrm{H_2O}\rightarrow \mathrm{H_2SO_4} \]
5. \[ \mathrm{Fe_2O_3}+3\mathrm{H_2SO_4}\rightarrow \mathrm{Fe_2(SO_4)_3}+3\mathrm{H_2O} \]
6. \[ \mathrm{Fe_2(SO_4)_3}+3\mathrm{BaCl_2}\rightarrow 3\mathrm{BaSO_4}\downarrow+2\mathrm{FeCl_3} \]

б) \(\mathrm{N_2}\rightarrow \mathrm{NO}\rightarrow \mathrm{NO_2}\rightarrow \mathrm{HNO_3}\rightarrow \mathrm{NH_4NO_3}\rightarrow \mathrm{NH_3}\)

1. \[ \mathrm{N_2}+\mathrm{O_2}\rightarrow 2\mathrm{NO} \] 2. \[ 2\mathrm{NO}+\mathrm{O_2}\rightarrow 2\mathrm{NO_2} \] 3. \[ 4\mathrm{NO_2}+\mathrm{O_2}+2\mathrm{H_2O}\rightarrow 4\mathrm{HNO_3} \] 4. \[ \mathrm{HNO_3}+\mathrm{NH_3}\rightarrow \mathrm{NH_4NO_3} \] 5. При нагревании: \[ \mathrm{NH_4NO_3}+\mathrm{NaOH}\rightarrow \mathrm{NaNO_3}+\mathrm{NH_3}\uparrow+\mathrm{H_2O} \]

Ионные уравнения

1. \( \mathrm{Fe_2O_3}+3\mathrm{H_2SO_4} \): \[ \mathrm{Fe_2O_3}+6\mathrm{H^+}+3\mathrm{SO_4^{2-}}\rightarrow 2\mathrm{Fe^{3+}}+3\mathrm{SO_4^{2-}}+3\mathrm{H_2O} \] Сокращённое: \[ \mathrm{Fe_2O_3}+6\mathrm{H^+}\rightarrow 2\mathrm{Fe^{3+}}+3\mathrm{H_2O} \]

2. \( \mathrm{Fe_2(SO_4)_3}+3\mathrm{BaCl_2} \): \[ 2\mathrm{Fe^{3+}}+3\mathrm{SO_4^{2-}}+3\mathrm{Ba^{2+}}+6\mathrm{Cl^-}\rightarrow 2\mathrm{Fe^{3+}}+6\mathrm{Cl^-}+3\mathrm{BaSO_4}\downarrow \] Сокращённое: \[ \mathrm{Ba^{2+}}+\mathrm{SO_4^{2-}}\rightarrow \mathrm{BaSO_4}\downarrow \]

3. \( \mathrm{HNO_3}+\mathrm{NH_3} \): \[ \mathrm{H^+}+\mathrm{NO_3^-}+\mathrm{NH_3}\rightarrow \mathrm{NH_4^+}+\mathrm{NO_3^-} \] Сокращённое: \[ \mathrm{H^+}+\mathrm{NH_3}\rightarrow \mathrm{NH_4^+} \]

4. \( \mathrm{NH_4NO_3}+\mathrm{NaOH} \): \[ \mathrm{NH_4^+}+\mathrm{NO_3^-}+\mathrm{Na^+}+\mathrm{OH^-}\rightarrow \mathrm{Na^+}+\mathrm{NO_3^-}+\mathrm{NH_3}\uparrow+\mathrm{H_2O} \] Сокращённое: \[ \mathrm{NH_4^+}+\mathrm{OH^-}\rightarrow \mathrm{NH_3}\uparrow+\mathrm{H_2O} \]

Для газовых и твёрдофазных реакций (\( \mathrm{S}+\mathrm{O_2} \), \( \mathrm{N_2}+\mathrm{O_2} \), разложение \( \mathrm{FeS_2} \) и т. п.) ионные уравнения обычно не составляют.

Два уравнения ОВР с электронным балансом

1. \[ 2\mathrm{SO_2}+\mathrm{O_2}\rightarrow 2\mathrm{SO_3} \] \[ \mathrm{S^{+4}}-2e^-\rightarrow \mathrm{S^{+6}}\quad |2, \qquad \mathrm{O_2^0}+4e^-\rightarrow 2\mathrm{O^{-2}}\quad |1 \]

2. \[ 4\mathrm{NO_2}+\mathrm{O_2}+2\mathrm{H_2O}\rightarrow 4\mathrm{HNO_3} \] \[ \mathrm{N^{+4}}-1e^-\rightarrow \mathrm{N^{+5}}\quad |4, \qquad \mathrm{O_2^0}+4e^-\rightarrow 2\mathrm{O^{-2}}\quad |1 \]

4. Масса соли

Уравнение: \[ \mathrm{CaO}+2\mathrm{HNO_3}\rightarrow \mathrm{Ca(NO_3)_2}+\mathrm{H_2O} \]

Количества веществ: \[ n(\mathrm{CaO})=\frac{11{,}2}{56}=0{,}2\ \text{моль} \] \[ n(\mathrm{HNO_3})=\frac{25{,}6}{63}\approx 0{,}406\ \text{моль} \] Для \(0{,}2\) моль CaO нужно \(0{,}4\) моль \( \mathrm{HNO_3} \), значит CaO в недостатке.

Теоретически образуется \(0{,}2\) моль \( \mathrm{Ca(NO_3)_2} \): \[ M(\mathrm{Ca(NO_3)_2})=40+2\cdot14+6\cdot16=164\ \text{г/моль} \] \[ m_{\text{теор}}=0{,}2\cdot164=32{,}8\ \text{г} \] С учётом выхода 80 %: \[ m_{\text{практ}}=32{,}8\cdot0{,}8=26{,}24\ \text{г} \]

Ответ: примерно \(26{,}2\) г соли.