umk_2012_inorg_chem_chem (558614), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Поэтому припланировании синтеза приходится анализировать несколько «цепочексинтеза». Выбор оптимального пути синтеза соединения определяетсянесколькими факторами, наиболее важными из которых являются:– число стадий синтеза целевого соединения;– выход основных продуктов реакции на каждой стадии;– легкость разделения и выделения продуктов реакций;– доступность реагентов, применяемых в процессе полученияцелевого соединения.40Отметим наиболее важные аспекты, которые необходимоучитывать при решении заданий по планированию синтезанеорганических соединений.1. Протекание многих химических реакций существенно зависитот условий их проведения (нагревание или охлаждение, избыток илинедостаток одного из реагентов, наличие катализаторов и т.д.).
Принаписании уравнений химических реакций необходимо указывать этиусловия.Например, при получении хлорида хрома(II) взаимодействиемметаллического хрома с соляной кислотой важно отметить, чтореакцию проводят в инертной атмосфере (без доступа кислорода):в атм. ArCr + 2HCl CrCl2 + H2.Получить соединения Cr(II) на воздухе невозможно вследствие ихбыстрого окисления:4Cr + 12HCl + 3O2 4CrCl3 + 6H2O.2.
Для получения заданного вещества можно использовать толькоисходные и синтезированные Вами соединения.Например, требуется получить серную кислоту, используя S, H2,O2, необходимые катализаторы и электрооборудование.Сжиганием серы в кислороде получаем SO2:tS + O2 SO2.Полученный SO2 окисляем до SO3 кислородом в присутствиикатализатора (V2O5) при нагревании:V O , t2 5 2SO3.2SO2 + O2 Для получения серной кислоты образовавшийся SO3 поглощаем водой:SO3 + H2O H2SO4.Заметим, что воды нет ни среди исходных, ни средисинтезированных ранее соединений – ее тоже необходимо получить:t2H2 + O2 2H2O.413.
Среди огромного разнообразия химических реакций, в которыхобразуются те или иные продукты, далеко не все реакции можноиспользовать как способ получения целевых соединений.Например, при разложении хлорноватистой кислоты на светусреди прочих продуктов возможно образование кислорода:h2HClO 2HCl + O2.Однако использовать эту реакцию в качестве способа получениякислорода нельзя, поскольку она идет очень медленно и с небольшимвыходом, кроме того, есть другие реакции, параллельно протекающиев тех же условиях, (с образованием Cl2 или HClO3). Для получениякислорода в лабораторных условиях существуют специальныеметоды, например:t2KMnO4 (тв.) K2MnO4 (тв.) + MnO2 (тв.) + O2,MnO , t 2KClO3 (тв.) 2 2KCl (тв.) + 3O2.4. Нежелательно использовать реакции, в результате которыхобразуются несколько продуктов, содержащих один и тот же элементв разных степенях окисления (реакции диспропорционирования).Например, для получения азотной кислоты из оксида азота(IV)наиболее рационально использовать реакцию:4NO2 + 2H2O + O2 4HNO3(образуется лишь один продукт, содержащий азот),вместо реакций диспропорционирования, приводящих к образованиюазотной кислоты наряду с другими азотсодержащими продуктами и,как следствие, "потерям" азотсодержащего реагента:3NO2 + H2O (горячая) 2HNO3 + NO,2NO2 + H2O (холодная) HNO3 + HNO2.5.
Рекомендуется использовать реакции, приводящие кполучению заданного соединения с возможно большим выходом иисключающие протекание побочных процессов.Например, гидроксид алюминия можно получить действием нарастворы солей Al(III) как раствора аммиака, так и недостаткараствора щелочи:42Al3+ + 3NH3 + 3H2O Al(OH)3 + 3NH4+,Al3+ + 3OH (недостаток) Al(OH)3.Однако следует помнить, что в щелочной среде Al(III) образуетустойчивые гидроксокомплексы, поэтому при осаждении Al(OH)3раствором щелочи часть Al(III) неизбежно останется в растворе:Al(OH)3 + OH [Al(OH)4].Аммиачных комплексов, устойчивых в водном растворе, алюминий необразует, поэтому для более полного его осаждения из водныхрастворов предпочтительнее использовать аммиак.Подумайте, справедливы ли аналогичные рассуждения дляосаждения гидроксида цинка из водных растворов.6.
В случаях, когда протекание побочной реакции неизбежно,следует выбирать путь, в котором образующийся побочный продуктвозможно отделить от основного.Например, для получения фосфористой кислоты (H3PO3) изфосфора можно предложить две схемы:схема 1:t4P + 3O2 недостаток 2P2O3,P2O3 + 3H2O 2H3PO3.t2P + 3Cl2 недостаток 2PCl3,PCl3 + 3H2O H3PO3 + 3HCl.Отметим, что обе схемы не исключают протекание реакций, вкоторых образуются побочные продукты – соединения P(V):схема 2:t4P + 5O2 избыток 2P2O5,t2P + 5Cl2 избыток 2PCl5.Оба оксида фосфора (P2O3 и P2O5) представляют собой твердыегигроскопичные вещества, которые разделить довольно сложно.Значительно проще разделить хлориды фосфора.
Отделитьтвердый PCl5 от жидкого PCl3 можно декантацией, фильтрованиемили перегонкой (перегонка в данном случае более предпочтительна,поскольку tкипения(PCl3) ~ 75 С, а при повышении температуры до43300 С PCl5 разлагается на PCl3 и Cl2, следовательно, выход H3PO3 поотношению к исходно взятому фосфору будет выше).Таким образом, следует выбрать схему 2.7. Если в качестве исходного соединения используетсяприродный минерал, на первой стадии необходимо применятьспециальные методы переработки минерального сырья, которыеиспользуются в промышленности.Например, сульфидные минералы на первой стадии подвергаютобжигу в присутствии кислорода воздуха:t4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2.Оксидные минералы, содержащие переходные элементы вневысоких степенях окисления, обычно с помощью щелочнойокислительной плавки переводят в соединения этих элементов в болеевысоких степенях окисления:t4FeO Cr2O3 + 8Na2CO3 + 7O2 8Na2CrO4 + 2Fe2O3 + 8CO2.Карбонатные (гидроксокарбонатные) минералы подвергаюттермическому разложению или растворению в сильных минеральныхкислотах:tCaCO3 MgCO3 CaO + MgO + 2CO2,Cu3(ОН)2(СО3)2 + 3H2SO4 3CuSO4 + 4H2O + 2CO2.Природные галогениды активных металлов подвергаютэлектролизу (расплавов или водных растворов):эл.
ток2NaCl + 2H2O 2NaOH (катод) + H2 (катод) + Cl2 (анод).Теперьрассмотримрешениянесколькихпредлагавшихся ранее в контрольных работах.заданий,Пример 1.Напишите уравнения реакций (с указанием условий ихпроведения), с помощью которых можно получить CrCl2, K3[Cr(OH)6]и CrO3, используя в качестве единственного исходногохромсодержащего соединения Cr2O3. Можно использовать любыедругие соединения (не содержащие хром), а также нагревание.44Решение:Поскольку Cr2O3 – соединение химически инертное (не реагируетс концентрированными и разбавленными растворами кислот,растворами щелочей), для перевода его в растворимую формуиспользуем щелочную окислительную плавку:tCr2O3 + KClO3 + 2K2CO3 2K2CrO4 + KCl + 2CO2.Отделить образующийся хромат калия от хлорида калия можноперекристаллизацией из воды, поскольку растворимость этих веществв воде при разной температуре существенно отличается.Оксид хрома(VI) получим при взаимодействии насыщенногораствора хромата(VI) калия с концентрированной серной кислотой:K2CrO4 + 2H2SO4 конц.
2KHSO4 + CrO3 + H2O.Образующийся оксид хрома(VI) в условиях проведения этой реакциивыпадает в осадок, который легко отделить фильтрованием.Для получения гексагидроксохромата(III) калия получим сначалагидроксид хрома(III) восстановлением Cr(VI), а затем полученныйCr(OH)3 растворим в концентрированном растворе щелочи:CrO3 + H2O H2CrO4,2H2CrO4 + 3C2H5OH 2Cr(OH)3 + 3CH3COH + 2H2O,(2K2CrO4 + 3K2SO3 + 5H2O 2Cr(OH)3 + 3K2SO4 + 4KOH),Cr(OH)3 + 3KOH конц. K3[Cr(OH)6] .Хлорид хрома(II) можно получить восстановлением хлоридахрома(III) цинком в солянокислом растворе в инертной атмосфере:Cr(OH)3 + 3HCl CrCl3 + 3H2O,в атм. Ar2CrCl3 + Zn 2 CrCl2 + ZnCl2 (раствор в HCl).Пример 2.Из хлорида калия получите:хлорную известь, диоксид хлора и перхлорат калия,имея дополнительно только воду, серную кислоту, оксид кальция,медь и электрический ток. Приведите уравнения реакций и условия ихпроведения.45Решение:Хлорную известь (CaOCl2 или Ca(OCl)2 CaCl2) получаютпропусканием газообразного хлора через холодную взвесь гидроксидакальция в воде.
Следовательно, сначала необходимо получитьупомянутые реагенты из веществ, предложенных в условии задания:CaO + H2O Ca(OH)2,эл. ток2KCl + 2H2O 2KOH (катод) + H2 (катод) + Cl2 (анод).Затем получаем хлорную известь:CCa(OH)2 + Cl2 0 Ca(OCl)2 CaCl2 + H2O.Наиболее рациональным способом получения перхлората калия(KClO4) является электролиз раствора хлората калия, который можнополучить электролизом горячего раствора KCl*:эл. ток, 70 CKCl + 3H2O KClO3 + 3H2,эл. токKClO3 + H2O KClO4 (анод) + H2 (катод).Диоксид хлора (ClO2) получают осторожной обработкой хлоратакалия серной кислотой в присутствии восстановителей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
