Viimastel aastatel on 9. ja 11. klassi lõpetajate seas suundumus stabiilne nõudlus keemiaeksami sooritamise järele. Põhjuseks on meditsiini- ja tehnikaülikoolide kasvav populaarsus, kus keemia toimib profiilieksamina.
Asjakohasus
Selleks et olla kandideerimisel konkurentsivõimeline, peavad õpilased eksamil demonstreerima kõrget teadmiste taset.
Tulevastele arstidele ja inseneridele olid eriti keerulised probleemid, mille puhul väävlipulber segati liigse alumiiniumipulbriga, seejärel lisati hapet, seejärel vett. Tuleb teha arvutused, määrata üks ainetest ja koostada ka võrrandid käimasolevate reaktsioonide jaoks.
Kuidas lahendada probleeme muude anorgaaniliste ühenditega segatud alumiiniumipulbriga? Peatume sellel teemal üksikasjalikum alt.
Esimene näide
Väävlipulber segati alumiiniumipulbriga, seejärel segu kuumutati, aine saadiselle reaktsiooni tulemus, asetatakse vette. Saadud gaas jagati kaheks osaks. Üks segati vesinikkloriidhappega ja teisele lisati naatriumhüdroksiidi lahust, kuni sade oli lahustunud. Millised muutused toimusid? Kirjutage kõigi reaktsioonide võrrandid, mis vastavad ülesandes kirjeldatud teisendustele.
Küsimuse vastuseks peaks olema neli stereokeemiliste koefitsientidega võrrandit.
Väävlipulber segatuna liigse alumiiniumipulbriga, mis juhtub? Ained reageerivad vastav alt skeemile, kus lõpptooteks on sool.
Veekeskkonnas tekkiv alumiiniumsulfiid hüdrolüüsib. Kuna selle soola moodustavad nõrk alus (alumiiniumhüdroksiid) ja nõrk vesiniksulfiidhape, toimub täielik hüdrolüüs. Protsess tekitab lahustumatu aluse ja lenduva happe.
Ühe toote, nimelt alumiiniumhüdroksiidi ja vesinikkloriidhappe koosmõjul toimub ioonivahetusreaktsioon.
Arvestades, et alumiiniumhüdroksiidil on amfoteersed (kahekordsed) keemilised omadused, moodustab see naatriumhüdroksiidi lahusega komplekssoola (naatriumtetrahüdroksoaluminaadi).
Teine näide
Võtleme veel ühe näite ülesandest, mis hõlmab tingimuses mainitud protsesside kirjutamist. Alumiiniumipulber segatakse joodiga. Lisa väike kogus vett. Protsessi käigus saadud ühend lahustatakse vees, sellele lisatakse liig ammoniaagivett. Sade filtritakse välja, k altsineeritakse. K altsineerimise jäägilelisatakse naatriumkarbonaat, segu sulatatakse. Kirjutage üles neli reaktsioonivõrrandit, mille stereokeemilised koefitsiendid vastavad kirjeldatud protsessidele.
Kuna alumiiniumipulber segatakse vastav alt probleemi seisukorrale joodiga, on lihtainete koostoime esimene võrrand järgmine:
2Al + 3I2=2AlI3
Selleks reaktsiooniks on vaja väikest kogust vett, mida on tingimuses mainitud.
Järgmine keemiline reaktsioon peegeldab esimeses etapis saadud alumiiniumjodiidi ja naatriumhüdroksiidi vastastikmõju:
AlI3 + 3NaOH=Al(OH)3 + 3NaI
Kuna selle protsessi tootel (alumiiniumhüdroksiidil) on alustele tüüpilised omadused, siis see ioonivahetusreaktsioon toimub happega, sool ja vesi toimivad reaktsiooniproduktidena:
Al(OH)3 + 3HCl=AlCl3 + 3H2O
Koolilaste jaoks on alumiiniumipulbri ilmnemise probleemi lahendamisel kõige suurem raskus viimane reaktsioon. Kui alumiiniumkloriid reageerib reaktsioonisegus naatriumkarbonaadi vesilahusega, toimub soolade hüdrolüüs, mille tulemuseks on naatriumkloriidi, süsinikdioksiidi ja alumiiniumhüdroksiidi tootmine. Reaktsioon näeb välja selline:
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2 O=2Al(OH)3 + 3CO2 + 6NaCL
Millised raskused on koolilastel
Mõnede ülesannete puhul eeldatakse, et fosforit segati liigseltalumiiniumi pulber. Lahendusalgoritm on sarnane kahe eelmise näitega. Probleemide hulgas, mida lõpetajad selliste ülesannete täitmisel kogevad, märgime tingimuste tähelepanematut lugemist. Jättes silma alt ära näiteks vee olemasolu reaktsioonisegus, unustavad koolilõpetajad segus esineva hüdrolüüsi võimaluse, kirjutavad valesti protsessi keemilise võrrandi. Mitte igaüks ei saa kirjeldada ainetega toiminguid: aurustamine, filtreerimine, k altsineerimine, röstimine, sulatamine, paagutamine. Teadmata füüsikaliste ja keemiliste vastasmõjude erinevusi, on võimatu loota sedalaadi ülesannete edukale täitmisele.
Kolmas näide
Süütage mangaan(II)nitraat. Lisage saadud pruunile tahkele ainele kontsentreeritud vesinikkloriidhape. Selles protsessis vabanev gaas juhitakse läbi vesiniksulfiidhappe. Kui saadud lahusele lisatakse baariumkloriid, täheldatakse sadenemist. Kirjutage neli keemilist võrrandit, mis vastavad kirjeldatud teisendustele.
K altsineerimisel peaks ühest ainest moodustuma mitu toodet korraga. Väljapakutud ülesandes saadakse pruun gaas ja mangaanoksiid (IV) algsest nitraadist:
Mn(EI3)2 → MnO2 + 2NO 2
Pärast kontsentreeritud vesinikkloriidhappe lisamist toodetele saadakse lisaks gaasilisele kloorile vett, aga ka mangaan(II)kloriidi:
MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + 2H2O + Cl 2
See on kloor, mis reageerib vesiniksulfiidhappega, väävel tekib sadena. Protsessi võrrand on järgmine:
Cl2 +H2S → 2HCl + S
Kuna väävel ei ole võimeline moodustama baariumkloriidiga sadet, tuleb arvestada, et kloori ja vesiniksulfiidi segu võib veemolekulide juuresolekul interakteeruda järgmiselt:
4Cl2 + H2S + 4H2O → 8HCl + H 2SO4
Seetõttu reageerib väävelhape baariumkloriidiga:
Н2SO4 + BaCl2 → BaSO4+ 2HCl
Olulised punktid
Kõik keskkooliõpilased ei tea, kuidas saadakse alumiiniumipulbreid tööstuses, kus neid kasutatakse. Kooli keemia kursusele jääv minimaalne praktiliste ja laboratoorsete tööde arv avaldab negatiivset mõju kooliõpilaste praktilistele oskustele. Seetõttu valmistavad keemia ühtset riigieksamit sooritavatele lõpetajatele raskusi aine koondoleku, selle värvi, iseloomulike tunnustega seotud ülesanded.
Tihti kasutavad testijad alumiiniumoksiidi, mille pulber reageerib väävli või halogeeniga, moodustades vastav alt sulfiidi või halogeniidi. Gümnaasiumiõpilased tunnevad puudust tõsiasjast, et saadud sool läbib vesilahuses hüdrolüüsi, mistõttu teevad nad ülesande teise osa valesti, kaotades punkte.
Kokkuvõtted
Kunianorgaaniliste ainete mitme muundumisega seotud küsimustega veatult toimetulemiseks on vaja ettekujutust kvalitatiivsetest reaktsioonidest katioonidele ja anioonidele, teada hüdrolüüsi kulgemise tingimusi, kirjutada üles molekulaar- ja ioonvõrrandid. Praktiliste oskuste puudumisel tekitavad raskusi küsimused ainete koosmõju väliste tunnuste kohta.