КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №3

1. В воде содержатся катионы и анионы в следующих концентрациях (мэкв/л): Ca²⁺ — 2,5; Na⁺ — 1,8; Mg²⁺ — 0,7; HCO₃^─ — 2,9; Cl^─ — 1,5; SO₄^2─ — 0,6. Рассчитайте величины общей, временной и постоянной жесткости воды.

Решение: Ионы натрия не обуславливают жесткость воды, тогда по определению жесткости общая жесткость равна:

Ж_о = [Ca²⁺] + [Mg²⁺] = 2,5 + 0,7 = 3,2 ммоль-экв/л.

Карбонатная жесткость — часть общей жесткости, эквивалентная содержанию HCO₃^─, т.е. Ж_к = 2,9 ммоль-экв/л.

Постоянную жесткость можно вычислить, зная общую и карбонатную жесткость:

Ж_п = Ж_о – Ж_к = 3,2 – 2,9 = 0,3 ммоль-экв/л.

2. Для умягчения 300 л воды потребовалось 15 г гашеной извести. Чему была равна временная жесткость воды?

Решение: Формула для расчета жесткости воды:

Ж = (m(Ca(OH)₂), г ×1000)/(M_Э(Ca(OH)₂)×V_воды, л), где

М_э(Ca(OH)₂) = М(Ca(OH)₂)/2 = 74/2 = 37 г/экв, тогда

Ж = (15×1000)/(37×300) = 1,35 ммоль-экв/л.

3. Приведите формулы двух веществ, в одном из которых азот может быть только восстановителем, а в другом — только окислителем.

Решение: В соединении NH₃ азот имеет минимальную степень окисления (─3) и не может ее больше понижать. Он может только отдавать электроны, а значит, NH₃ может быть только восстановителем.

В соединении HNO₃ азот имеет максимальную степень окисления (+5) и не может ее больше повышать. Он может только принимать электроны, а значит, HNO₃ может быть только окислителем.

4. Уравняйте реакции, укажите окислитель и восстановитель:

а) H₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ → S + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂SO₄

Решение: Покажем изменение степеней окисления атомов до и после реакции:

-2 +7 0 +2

H₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ → S + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂SO₄

Изменяются степени окисления у атомов серы и марганца (H₂S — восстановитель, KMnO₄ — окислитель). Составляем электронные уравнения, т.е. изображаем процессы отдачи и присоединения электронов:

5× S^─2 ─ 2ē → S⁰ — окисление

восст.

2× Mn⁺⁷ + 5ē → Mn²⁺ — восстановление

ок.

Далее находим коэффициенты при окислителе и восстановителе, а затем при других реагирующих веществах. Окончательное уравнение реакции будет иметь вид:

5H₂S + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ → 5S + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂SO₄

Правильность написания уравнения подтверждается подсчетом атомов одного элемента, например кислорода; в левой части их 2×4 + 3×4 = 20 и в правой части 2×4 + 4 + 8 = 20.

б) K₂MnO₄ + H₂O → KMnO₄ + MnO₂ + KOH

Решение: Покажем изменение степеней окисления атомов до и после реакции:

+6 +7 +4

K₂MnO₄ + H₂O → KMnO₄ + MnO₂ + KOH

Изменяются степени окисления только атомов марганца (K₂MnO₄ — восстановитель и окислитель). Реакции, протекание которых сопровождается одновременным увеличением и уменьшением степени окисления атомов одного и того же элемента, называются реакциями диспропорционирования.

Составляем электронные уравнения, т.е. изображаем процессы отдачи и присоединения электронов:

2× Mn⁺⁶ ─ 1ē → Mn⁺⁷ — окисление

восст.

1× Mn⁺⁶ + 2ē → Mn⁺⁴ — восстановление

ок.

Окончательное уравнение реакции будет иметь вид:

3K₂MnO₄ + 2H₂O → 2KMnO₄ + MnO₂ + 4KOH

5. Закончить уравнения реакций:

а) Cr + HCl →

Решение: Металлы, расположенные в ряду стандартных электродных потенциалов леве водорода, вытесняют водород из кислот, за исключением азотной и концентрированной серной кислот.

Хром расположен в ряду стандартных электродных потенциалов до водорода, поэтому:

Cr + 2HCl → CrCl₂ + H₂↑

б) Cu + HNO₃ (конц.) →

Решение: При взаимодействии металлов с азотной кислотой в роли окислителя выступает анион NO₃^─. Состав продуктов восстановления зависит от активности металла, концентрации кислоты, температуры.

Металлы с положительным значением стандартного электродного потенциала (Cu, Ag и др.) растворяются в концентрированной азотной кислоте с выделением оксида азота (IV) — NO₂, поэтому получаем:

Cu + 4HNO₃ (конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

6. Технический цинк массой 1,32 г обработали избытком раствора разбавленной серной кислоты. Выделившийся водород занял при нормальных условиях объем 448 мл. Определите массовую долю цинка в техническом металле.

Решение: Запишем уравнение реакции:

Zn + H₂SO₄ (разб.) → ZnSO₄ + H₂↑

х г Zn расходуется на получение 0,448 л H₂

65 г/моль Zn расходуется на получение 22,4 л/моль H₂

m(Zn) = x = 65×0,448/22,4 = 1,30 г.

Определим массовую долю цинка:

ω(Zn) = (m(Zn)/m_{цинк техн.})×100% = 98,5%

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №4

1. Какой металл будет разрушаться при нарушении целостности покрытия оцинкованного железа? Дайте схему протекающих процессов в среде с pH=8.

Решение:

Оцинкованное железо:

Fe│Zn

Т.к. E⁰Fe²⁺/Fe= ─0,44 В; E⁰Zn²⁺/Zn= ─0,76 В и E⁰Fe²⁺/Fe > E⁰Zn²⁺/Zn, то

А: (Fe): Zn⁰ – 2ē → Zn²⁺

K: (Sn): O₂ + 4ē + 2H₂O → 4OH^─

2. Приведите схему протекторной защиты. Какие материалы используются в качестве протекторов?

Решение:

Рис. 1. Схема протекторной защиты:

1 – защищаемая конструкция; 2 – протектор; 3 – проводник

В качестве протекторов используют сплавы на основе магния, алюминия, цинка.

3. Какое количество строительного гипса можно получить при обжиге 15 кг природного гипса, содержащего 10 % примесей?

Решение:

Реакция получения строительного гипса:

120…170 °C

CaSO₄·2H₂O → CaSO₄·0,5H₂O + 1,5H₂O

Масса чистого CaSO₄·2H₂O:

m(CaSO₄·2H₂O) = (90 % × 15 кг)/100 % = 13,5 кг.

Из 13,5 кг CaSO₄·2H₂O образуется х кг CaSO₄·0,5H₂O

Из 172 кг/моль CaSO₄·2H₂O образуется 145 кг/моль CaSO₄·0,5H₂O

х = 13,5×145/172 = 11,38 кг.

m(CaSO₄·0,5H₂O) = 11,38 кг.

4. В грунтовых водах содержатся соли магния. Напишите химические реакции, протекающие при контакте бетона с такой водой. Почему при этом происходит разрушение бетона?

Решение:

При действии морской воды на бетон происходят следующие реакции:

Ca(OH)₂ + MgCl₂ = CaCl₂ + Mg(OH)₂↓

Ca(OH)₂ + MgSO₄ = CaSO₄·2H₂O + Mg(OH)₂↓

Mg(OH)₂↓ — (рыхлая объемная масса) выпадает в осадок в виде пленки, проницаемой для воды; CaCl₂ и CaSO₄·2H₂O вымываются.

Соли магния могут взаимодействовать с составными частями цементного камня:

2CaO·SiO₂·nH₂O + MgCl₂ + 2H₂O = 2CaCl₂ + 2Mg(OH)₂↓+ SiO₂·nH₂O

3CaO·Al₂O₃·6H₂O + 3MgCl₂ = 3CaCl₂ + 3Mg(OH)₂↓+ 2Al(OH)₃↓

В результате цементный камень превращается в рыхлую массу.