Чалова Химия

-ответить, в какой среде восстановительные свойства металлических Al, Zn и Sn более выражены;

Опыт 5. Взаимодействие металлов - Mg и Fe - с концентрированной серной кислотой

а) В пробирку поместить 1-2 стружки магния и прилить ~1 мл конц. серной кислоты. Подержать над отверстием пробирки фильтровальную бумагу, смоченную раствором соли свинца (II). Наблюдать за изменениями в пробирке в течение 2-3 минут, пробирку осторожно нагреть на спиртовке;

-отметить, какие изменения происходят в пробирке; на фильтровальной бумаге;

-ответить, какой элемент является окислителем в концентрированной серной кислоте;

-до каких продуктов может восстанавливаться концентрированная серная кислота;

-ответить, что образуется при окислении металлического магния;

-составить уравнение первой реакции, учитывая, что первоначально выделяющийся газ – SO2:

Mg + H2SO4(конц.) SO2 + … + …;

- составить уравнение второй реакции, учитывая, что образующийся белый осадок - S :

Mg + H2SO4(конц.) S + … + …;

-составить уравнение третьей реакции, учитывая, что выделяющийся газ с характерным запахом – H2S:

Mg + H2SO4(конц.) H2S + … + …;

-составить уравнение реакции, протекающей на фильтровальной бумаге и доказывающей образование сероводорода:

H2S + Pb(NO3)2 …;

-ответить, реакция магния с концентрированной серной кислотой является селективной или нет.

б) В пробирку поместить 1-2 стружки железа и прилить 1 мл концентрированной серной кислоты. Наблюдать за изменениями в пробирке в течение 2-3 минут; пробирку нагреть на спиртовке. После охлаждения 2-3 капли полученного раствора внести в пробирку с 1 мл дистиллированной воды и добавить 2 капли тиоцианата калия (KSCN)

отметить, какие изменения происходят в пробирке при комнатной температуре; при нагревании;

ответить, в каких условиях железо «пассивируется» концентрированной серной кислотой;

72

отметить, какие изменения происходят в пробирке с тиоцианатом калия

(KSCN);

составить уравнение реакции, объясняющей появление кроваво-красного окрашивания в результате образования гексатиоцианатоферрата (III) калия

Fe2(SO4)3 + KSCN

составить уравнение реакции железа с концентрированной серной кислотой при нагревании, учитывая, что образуется сульфат железа (III), вода и оксид

серы (IV):

t0 Fe + H2SO4(конц.)

Опыт 6. Взаимодействие металлов – Mg, Fe, Cu – с разбавленной азотной кислотой (показательный)

В три пробирки налить по 2-3 мл разбавленной азотной кислоты. Осторожно опустить в первую пробирку пластинку меди, во вторую – железа, в третью – магния. Если реакция идет слабо, слегка нагреть пробирки, после охлаждения в пробирку с Fe добавить 1 каплю тиоцианата калия (KSCN)

отметить, какие изменения происходят в каждой из пробирок, с каким металлом реакция идет наиболее энергично;

составить уравнения возможных реакций Mg с разбавленной азотной кислотой, учитывая, что образуется нитрат магния, вода и продукт восстановления азота (V)

Mg + HNO3(разб.) → NO + … + …

Mg + HNO3(разб.) → NH4NO3 + … + …;

составить уравнения реакции Fe с разбавленной азотной кислотой, учитывая, что образуются нитрат железа (III), вода и оксид азота (II):

Fe + HNO3(разб.) → …;

ответить, действием какого реактива можно доказать образование соли же-

леза (III);

составить уравнение реакции меди с разбавленной азотной кислотой, учитывая, что образуются нитрат меди (II), вода и оксид азота (II).

Cu + HNO3(разб.) → NO + … + …

Опыт 7. Взаимодействие металлов – Al, Fe, Cu – с концентрированной азотной кислотой (показательный)

В три пробирки налить по ~1 мл концентрированной азотной кислоты. Осторожно опустить в первую пробирку пластинку меди, во вторую – железа, в третью – алюминия. Наблюдать за изменениями в пробирках в течение ~2 минут. Пробирки с железом и алюминием нагреть.

Отметить, какие изменения происходят в каждой из пробирок при комнатной температуре; при нагревании;

ответить, с каким металлом при комнатной температуре реакция идет наиболее энергично, какие металлы "пассивируются" концентрированной азотной кислотой;

73

составить уравнение реакции меди с концентрированной азотной кислотой, протекающей при комнатной температуре с образованием нитрата меди (II), оксида азота (IV) и воды:

Cu + HNO3 → NO2↑ + … + …;

(конц.) бурый

составить уравнение реакции железа с концентрированной азотной кислотой, протекающей при нагревании с образованием соли – нитрата железа (III), оксида азота (IV) и воды:

Fe + HNO3(конц.) → NO2↑ + … + …;

составить уравнение реакции алюминия с концентрированной азотной кислотой, протекающей при нагревании с образованием соли – нитрата алюминия, оксида азота (IV) и воды:

Al + HNO3(конц.) → NO2↑ + … + …

Контрольные тестовые задания по теме «Химические свойства металлов»

Задание 5.1.1 Среди приведенных металлов наиболее активный:

Ответы: 1) Na; 2) Fe; 3) Mg; 4) Cu; 5) Ag.

Задание 5.1.2 Используя ряд электродных потенциалов металлов, расположите ме-

таллы в порядке увеличения их химической активности:

а) Zn, б) Ca, в) Ag.

Ответы: 1) Zn, Ca, Ag; 2) Ca, Ag, Zn; 3) Ag, Zn, Ca; 4) Ca, Zn, Ag; 5) Zn, Ag, Ca.

Задание 5.1.3 Используя ряд электродных потенциалов металлов, расположите ме-

таллы в порядке увеличения их химической активности:

а) Fe, б) Cu, в) Al.

Ответы: 1) Fe, Cu, Al; 2) Cu, Al, Fe; 3) Al, Fe, Cu; 4) Cu, Fe, Al; 5) Fe, Al, Cu.

Задание 5.1.4 Используя ряд электродных потенциалов металлов, расположите ме-

таллы в порядке увеличения их химической активности:

а) Mg, б) Hg, в) Sn.

Ответы: 1) Mg, Hg, Sn; 2) Hg, Sn, Mg; 3) Sn, Mg, Hg; 4) Hg, Mg, Sn; 5) Mg, Sn, Hg.

Задание 5.1.5 Используя ряд электродных потенциалов металлов, расположите ме-

таллы в порядке уменьшения их химической активности:

а) Na, б) Al, в) Au.

Ответы: 1) Na, Al, Au; 2) Al, Au, Na; 3) Au, Na, Al; 4) Al, Na, Au; 5) Na, Au, Al.

Задание 5.1.6 Используя ряд электродных потенциалов металлов, расположите ме-

таллы в порядке увеличения их химической активности:

а) Ba, б) Pb, в) Zn.

Ответы: 1) Ba, Pb, Zn; 2) Pb, Zn, Ba; 3) Zn, Ba, Pb; 4) Pb, Ba, Zn; 5) Ba, Zn, Pb.

74

Задание 5.1.7

Железо из раствора соли FeCl2 вытесняет: Ответы: 1) магний; 2) олово; 3) свинец; 4) медь; 5) серебро. Задание 5.1.8

Цинк из раствора соли ZnSO4 вытесняет:

Ответы: 1) железо; 2) свинец; 3) медь; 4) никель; 5) алюминий. Задание 5.1.9

Металл, который не вытесняет олова из соли SnCl2:

Ответы: 1) Ca; 2) Mg; 3) Cu; 4) Fe; 5) Ni.

Задание 5.1.10 Железо вытесняет металл из раствора соли:

Ответы: 1) NaCl; 2) Pb(NO3)2; 3) MgSO4; 4) ZnSO4; 5) Al2(SO4)3.

Задание 5.1.11 Химическая реакция произойдет между веществами:

Ответы: 1) Cu и HCl; 2) Ag и CuSO4; 3) Zn и FeSO4; 4) Zn и MgCl2; 5) Au и AgNO3.

Задание 5.1.12 Раствор железного купороса можно хранить в посуде из металла:

Ответы: 1) Mg; 2) Zn; 3) Al; 4) Cr; 5) Cu.

Задание 5.1.13 Раствор медного купороса можно хранить в посуде из металла:

Ответы: 1) Cr; 2) Ag; 3) Fe; 4) Zn; 5) Al.

Задание 5.1.14 Раствор медного купороса нельзя хранить в посуде из металла:

Ответы: 1) Au; 2) Ag; 3) Fe; 4) Pt; 5) Pd.

Задание 5.1.15 Никель из сульфата никеля вытесняет металл:

Ответы: 1) Sn; 2) Mg; 3) Cu; 4) Pb; 5) Ag.

Задание 5.2.1 Водород из разбавленной соляной кислоты вытесняет:

Ответы: 1) медь; 2) золото; 3) платина; 4) серебро; 5) магний. Задание 5.2.2:

Водород из разбавленной серной кислоты вытесняет: Ответы: 1) цинк; 2) медь; 3) серебро; 4) золото; 5) платина. Задание 5.2.3

Металл, который не вытесняет водород из раствора соляной кислоты:

Ответы: 1) Ca; 2) Fe; 3) Zn; 4) Hg; 5) Sn.

Задание 5.2.4 Не вытесняет водород из раствора соляной кислоты:

Ответы: 1) K; 2) Ag; 3) Mn; 4) Zn; 5) Li.

Задание 5.2.5 Металл, который вытесняет водород из раствора соляной кислоты:

Ответы: 1) Cu; 2) Ag; 3) Hg; 4) Mg; 5) Au.

75

Задание 5.2.6 Не вытесняет водород из соляной кислоты металл:

Ответы: 1) Mg; 2) Pt; 3) Zn; 4) Fe; 5) Al.

Задание 5.2.7 Не вытесняет водород из соляной кислоты металл:

Ответы: 1) Ca; 2) Fe; 3) Cu; 4) Mn; 5) Al.

Задание 5.2.8 Водород из разбавленной серной кислоты вытесняет:

Ответы: 1) Bi; 2) Co; 3) Cu; 4) Ag; 5) Au.

Задание 5.2.9 Водород из разбавленной серной кислоты вытесняет:

Ответы: 1) Ni; 2) As; 3) Hg; 4) Pt; 5) Bi.

Задание 5.2.10 Водород из разбавленной серной кислоты вытесняет:

Ответы: 1) Hg; 2) Ag; 3) Pt; 4) Au; 5) Cr.

Задание 5.2.11 Водород из разбавленной серной кислоты вытесняет:

Ответы: 1) Hg; 2) Cd; 3) Ag; 4) Au; 5) Bi.

Задание 5.2.12 Водород из разбавленной соляной кислоты не вытесняет:

Ответы: 1) Fe; 2) Zn; 3) Al; 4) Ag; 5) Mg.

Задание 5.2.13 Водород из разбавленной соляной кислоты не вытесняет:

Ответы: 1) Mg; 2) Al; 3) Be; 4) Cr; 5) Au.

Задание 5.2.14 Водород из разбавленной соляной кислоты не вытесняет:

Ответы: 1) Pt; 2) Fe; 3) Ca; 4) Mn; 5) Ba.

Задание 5.2.15 Водород из разбавленной соляной кислоты не вытесняет:

Ответы: 1) Sr; 2) Ag; 3) Al; 4) Be; 5) Fe.

Задание 5.2.16 Водород из разбавленной соляной кислоты не вытесняет:

Ответы: 1) Ca; 2) Zn; 3) Hg; 4) Mg; 5) Mn.

Задание 5.3.1

Сводой взаимодействует металл:

Ответы: 1) Sn; 2) Pb; 3) Cu; 4) Ag; 5) K.

Задание 5.3.2 Водород из воды вытесняет металл:

Ответы: 1) Na; 2) Au; 3) Cu; 4) Ag; 5) Sn.

Задание 5.3.3

Сводой взаимодействует металл:

Ответы: 1) Co; 2) Sn; 3) K; 4) Pb; 5) Bi.

Задание 5.3.4

Сводой взаимодействует металл:

Ответы: 1) Co; 2) Fe; 3) Ag; 4) Fr; 5) Bi.

76

Задание 5.3.5

Сводой взаимодействует металл:

Ответы: 1) Mn; 2) Ti; 3) Pb; 4) Cu; 5) Sr.

Задание 5.3.6

Сводой взаимодействует металл:

Ответы: 1) Co; 2) Zn; 3) Ba; 4) Be; 5) Al.

Задание 5.3.7

Сводой взаимодействует металл:

Ответы: 1) Rb; 2) Co; 3) Ni; 4) Bi; 5) Cu.

Задание 5.3.8

Сводой взаимодействует металл:

Ответы: 1) Fe; 2) Cs; 3) Sn; 4) Pb; 5) Ag.

Задание 5.3.9

Сводным раствором гидроксида натрия взаимодействует металл:

Ответы: 1) Al; 2) Mg; 3) Mn; 4) Cu; 5) Ag.

Задание 5.3.10

Сводным раствором гидроксида натрия взаимодействует металл:

Ответы: 1) Fe; 2) Co; 3) Cd; 4) Bi; 5) Zn.

Задание 5.3.11

Сводным раствором гидроксида натрия взаимодействует металл:

Ответы: 1) Cu; 2) Sn; 3) Mn; 4) Ag; 5) Co.

Задание 5.3.12

Сводным раствором гидроксида натрия взаимодействует металл:

Ответы: 1) Ni; 2) Bi; 3) Fe; 4) Pb; 5) Mg.

Задание 5.3.13

Сводным раствором гидроксида натрия взаимодействует металл:

Ответы: 1) Be; 2) Cd; 3) Fe; 4) Hg; 5) Au.

Задание 5.3.14

Сводным раствором гидроксида натрия взаимодействует металл:

Ответы: 1) Co; 2) Ag; 3) Al; 4) Au; 5) Pt.

Задание 5.3.15

Сводным раствором гидроксида натрия взаимодействует металл:

Ответы: 1) Pt; 2) Ca; 3) Mg; 4) Mn; 5) Bi.

Задание 5.4.1 Сумма коэффициентов в уравнении реакции

Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O равна:

конц.

Ответы: 1) 3; 2) 6; 3) 5; 4) 8; 5) 10.

Задание 5.4.2 Сумма коэффициентов в уравнении реакции

Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O равна:

разб.

Ответы: 1) 5; 2) 12; 3) 14; 4) 20; 5) 10.

77

Задание 5.4.3

Сумма коэффициентов в уравнении реакции

to

Fe + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O равна:

конц.

Ответы: 1) 8; 2) 14; 3) 10; 4) 12; 5) 5.

Задание 5.4.4 Сумма коэффициентов в уравнении реакции

Fe + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + H2O равна:

разб.

Ответы: 1) 8; 2) 14; 3) 10; 4) 12; 5) 9.

Задание 5.4.5 Сумма коэффициентов в уравнении реакции

Sn + HNO3 → H2SnO3 + NO2 + H2O равна:

конц.

Ответы: 1) 7; 2) 11; 3) 9; 4) 13; 5) 5.

Задание 5.4.6 Сумма коэффициентов в уравнении реакции

H2O + Sn + HNO3 → H2SnO3 + NO равна:

разб.

Ответы: 1) 8; 2) 14; 3) 20; 4) 10; 5) 15.

Задание 5.4.7 Сумма коэффициентов в уравнении реакции

Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NO2 + H2O равна:

конц.

Ответы: 1) 10; 2) 12; 3) 8; 4) 6; 5) 14.

Задание 5.4.8 Сумма коэффициентов в уравнении реакции

Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NO + H2O равна:

разб.

Ответы: 1) 14; 2) 12; 3) 8; 4) 18; 5) 20.

Задание 5.4.9 Сумма коэффициентов в уравнении реакции

Al + NaOH + H2O → Na[Al(OH)4] + H2 равна:

Ответы: 1) 16; 2) 14; 3) 15; 4) 10; 5) 8.

Задание 5.4.10 Сумма коэффициентов в уравнении реакции

Ca + H2SO4 → CaSO4 + H2S + H2O равна:

конц.

Ответы: 1) 10; 2) 12; 3) 18; 4) 16; 5) 14.

Задание 5.4.11 Сумма коэффициентов в уравнении реакции

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + SO2 + H2O равна:

конц.

Ответы: 1) 5; 2) 7; 3) 9; 4) 10; 5) 12.

79

б) процессы, протекающие в элетролизерах под действием электрической энергии от внешнего источника тока, вызывающей химические реакции на электродах.

Сравнение процессов в гальванических элементах и электролиза

10.2. Гальванический элемент

Гальванический элемент – устройство, в котором химическая энергия самопроизвольно протекающей окислительно-восстановительной реакции превращается в электрическую энергию. Гальванический элемент содержит два полуэлемента, между электродами которых возникает разность потенциалов.

Принцип работы гальванического элемента иллюстрирует гальванический элемент Даниэля-Якоби, состоящий из цинкового и медного полуэлементов (рис. 7).

В цинковом полуэлементе металлическая цинковая пластина погружена в водный раствор соли цинка, с концентрацией [Zn2+]=1 моль/л. В медном полуэлементе – металлическая медная пластина погружена в водный раствор соли меди (II) с концентрацией [Cu2+]=1 моль/л. Цинковая и медная пластины соединены металлическим проводником, растворы солей – «солевым мостиком» («электролитический ключ»).

80

Вольтметр

Cu-катод

Рис. 7. Гальванический элемент Даниэля-Якоби

До замыкания цепи на каждой из металлических пластин на границе с раствором устанавливаются равновесия:

Цинковая пластина заряжена более отрицательно, чем медная. Между ними возникает разность потенциалов. При замыкании системы в цепь равновесия на границе металл–раствор нарушаются. По внешней цепи – металлическому проводнику – избыток электронов с Zn–пластины переходит на Cu–пластину, где их концентрация меньше, так как Zn2 / Zno 0,76B < Cu2 / Cuo 0,34B .

В результате, равновесие на Zn-пластине смещается вправо, идет окисление металлического цинка.

На Cu-пластине равновесие смещается влево, протекает восстановление ионов меди (II).

уравнение суммарной реакции

Между растворами электролитов также возникает разность потенциалов. В цинковом полуэлементе в результате растворения цинка увеличивается концентрация ионов Zn2+, в растворе создается избыток положительно заряженных ионов. В медном полуэлементе в результате осаждения меди концентрация ионов Cu2+ уменьшается и в растворе создается избыток отрицательно заряжен-