10 класс
1. Задача 1. Юным химикам часто не хватает реактивов, и они используют то, что «под рукой». Например, источником солей никеля и хрома может стать нихромовая проволока, из которой делают спирали электрических плиток. Нихром - это сплав никеля (67,5%), хрома (15%), железа (16%) и марганца (1,5%). Опишите, как получить из проволоки индивидуальные соединения никеля, хрома, железа и марганца. По возможности применяйте вещества, доступные юному химику. Приведите уравнения реакций.
Комплексная, нестандартная задача требует знаний выше базового уровня.
Надо растворить нихром в хлороводородной кислоте (при нагревании), получается раствор, содержащий ионы никеля (П), хрома (Ш), железа (П) и марганца (П).
Ni + Cr + Mn + Fe + 9HCl = NiCl2 + CrCl3 + MnCl2 + FeCl2 + 4,5H2
При добавлении (без избытка) нашатырного спирта (продается в хозяйственном магазине) выделяется осадок гидроксидов железа (Ш) (железо окисляется под действием кислорода воздуха), никеля (П) и хрома (Ш), который следует отфильтровать; марганец остается в фильтрате, его можно осадить в более щелочной среде в виде гидроксида марганца (IV), добавив либо избыток аммиака, либо кальцинированную (стиральную) соду:
4NiCl2 + 4CrCl3 + 4FeCl2 + 28 NH3.H2O + O2 + 2 H2O = 4Ni(OH)2 + 4Cr(ОН)3 + 4Fe(OH)3 + 28 NH4Cl
MnCl2 + Na2CO3 + n H2O+ ½ O2 = MnO2.nH2O + CO2 + 2NaCl К осадку гидроксидов железа (Ш), никеля (П) и хрома (Ш) надо добавить избыток нашатырного спирта, при этом никель перейдет в раствор в виде аммиаката:
Ni(OH)2 + NH3.H2O = [Ni(NH3)6](OH)2 + H2O
После отделения осадка гидроксидов железа (Ш) и хрома (Ш) из фильтрата действием стиральной соды можно выделить основной карбонат никеля Ni(OH)2.NiCO3, предварительно подкислив его (раствор из фиолетового становится светло-зеленым):
[Ni(NH3)6](OH)2 + 8HCl = NiCl2 + 6NH4Cl + 2H2O
2NiCl2 + 2Na2CO3 + H2O = Ni(OH)2.NiCO3 + 4NaCl +CO2 Осадок гидроксидов растворяют в хлороводородной кислоте (можно взять серную). Железо отделяют от хрома с помощью желтой кровяной соли — в осадок выпадает берлинская лазурь. Из фильтрата действием соды получают гидроксид хрома:
Cr(ОН)3 + Fe(OH)3 + 6HCl = CrCl3 + FeCl3 + 6H2O 4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4([Fe(CN)6])3 + 12KCl
2CrCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Cr(OH)3 + 6NaCl +3CO2
Ученику 10 класса решить такую задачу практически невозможно без специальной подготовки.