Химия металлов
Пособие
для подготовки к экзамену по химии
(Второй семестр 1-го курса)
Авторы:
Тер-Акопян Марина Норайровна
Соколова Юлия Васильевна
Богословский Станислав Юрьевич
Болотина Ольга Алексеевна
Попович Анатолий Сергеевич
Титов Лев Георгиевич
Курдюмов Георгий Михайлович
В пособии рассмотрены шесть экзаменационных билетов с подробным решением – это билеты 1А – 6A и шесть билетов для самостоятельного решения: 1Б – 6Б, ответы к которым приведены в конце пособия. В приложении дана таблица стандартных электродных потенциалов.
СОДЕРЖАНИЕ
Билеты 1А и 1Б……………………………………3
Билеты 2А и 2Б…………………………………....10
Билеты 3А и 3Б…………………………………....18
Билеты 4А и 4Б……………………………………25
Билеты 5А и 5Б……………………………………32
Билеты 6А и 6Б
(для компьютерного экзамена)…………….………….40
Ответы……………………………………………..49
Приложение………………………………………..52
Билет 1А
Задача 1
Используя табличные данные, в ряду металлов: серебро, кадмий, марганец, свинец – выберите такие, которые невозможно растворить в 1М растворе нитрата никеля (II).
Решение
Окисление металла ионами никеля по реакции M + Ni2+ MZ+ + Ni возможно, если выполняется условие, что потенциал восстановителя, т. е. потенциал перехода металла в окисленную форму, ниже потенциала окислителя, в данном случае потенциала. Выпишем значения потенциаловдля всех указанных металлов и расположим их в ряд в порядке возрастания:
|
|
|
|
|
|
, B |
–1,18 |
–0,4 |
–0,25 |
–0,13 |
0,8 |
Условие выполняется для марганца и кадмия, соответственно, эти металлы будут растворяться в растворе нитрата никеля, а свинец и серебро – нет.
Задача 2
Определите предельное значение изотонического коэффициента Вант-Гоффа в растворе железоаммонийных квасцов.
Решение
Квасцами называют твердые растворимые в воде вещества состава MIMIII(SO4)212H2O, где MI – K, Na, NH4+ и др., а MIII – Al, Cr, Fe и др. Квасцы – сильные электролиты, диссоциируют по типу двойных солей. Так, железоаммонийные квасцы диссоциируют по уравнению
NH4 Fe (SO4)212H2O NH4+ + Fe3+ + 2SO42– + 12H2O.
Напомним, что изотонический коэффициент Вант-Гоффа i отражает увеличение числа частиц растворённого вещества по сравнению с исходным числом молекул. Максимальное значениеi достигается при степени диссоциации 100 % и равно числу ионов, образующихся при диссоциации одной молекулы вещества. В данном случае при диссоциации образуется один ион аммония, один ион железа и два сульфат-иона, т.е.i = 4.
Задача 3
Энтальпия образования оксида ртути (II) составляет –90,6 кДж/моль. Рассчитайте изменение энтальпии при термическом разложении 163 г оксида ртути (II).
Решение
Энтальпия образования HgO(DfH°HgO) является энтальпией следующей реакции:
Hg(ж)+O2 (г)=HgO(т),DH° = –90,6 кДж.
Нас интересует энтальпия процесса разложения этого оксида, т.е. реакции, обратной первой:
HgO(т)=Hg(ж)+O2 (г).
Согласно следствию из закона Гесса энтальпия обратной реакции равна по величине и противоположна по знаку энтальпии прямой реакции, т.е. энтальпия распада одного моля HgOравна 90,6 кДж. Определим количество веществаHgOв 163 г:
моль.
Энтальпия разложения 0,751 моль HgOпредставляет собой произведение:
68 кДж.
(Отметим, что 68 кДж – это энтальпия реакции:
0,751 HgO(т)= = 0,751Hg(ж)+ 0,376O2 (г).)
Задача 4
Составьте уравнение реакции оксида серебра (I) с раствором гидрата аммиака. Рассчитайте объём 3 н. раствора гидрата аммиака (мл), необходимого для растворения 58 г оксида серебра.
Решение
Взаимодействие оксида серебра (I) с раствором гидрата аммиака идёт по уравнению
Ag2O + 4NH3H2O = 2[Ag(NH3)2]OH + 3H2O.
1 моль 4 моль
Определяем количество вещества Ag2Oв 58 г:
моль.
Составим пропорцию:
1 мольAg2O |
реагирует с |
4 мольNH3H2O |
(по уравнению реакции) |
0,25 моляAg2O |
реагируют с |
х мольNH3H2O |
|
Отсюда x= 1 моль (NH3H2O).
Определим, в каком объёме 3 н. раствора содержится 1 моль гидрата аммиака.
Молярная концентрация раствора гидрата аммиака совпадает с нормальностью (так как это однокислотное основание), т.е. c = 3 моль/л.
Составим пропорцию:
1000 мл раствора |
содержат |
3 моль |
xмл раствора |
–––––––– |
1 моль |
Находим x = 333 мл.
Задача 5
При обработке 10 г смеси кадмия и цинка разбавленной серной кислотой образовалось 3 л (н. у.) газа. Определите процентный состав смеси.
Решение
В данном случае оба металла – и кадмий, и цинк, имея отрицательный электродный потенциал, реагируют с разбавленной серной кислотой с выделением водорода:
Cd + H2SO4 = Cd SO4 + H2
1 моль 1 моль
Zn + H2SO4 = Zn SO4 + H2
Пусть x– масса (г) кадмия в смеси, тогда масса цинка: 10 – x.
Количество вещества металла равно , т.е.
;
.
В соответствии с уравнениями реакций при взаимодействии одного моля металла образуется один моль водорода, поэтому количество вещества водорода, выделившегося в первой реакции:
,
а выделившегося во второй реакции:
.
Суммарное количество вещества водорода .
Учитывая, что , составим уравнение и решим его:
;
;
;
.
Мы нашли, что в 10 г смеси содержится 3,07 г кадмия.
Процентное содержание кадмия Cd== 30,7 %,
а цинка: Zn= 100 % – 30,7 % = 69,3 %.
Задача 6
Найдите мольную долю перманганата калия в насыщенном при 30 Cрастворе, если растворимость при указанной температуре составляет 8,3 г соли в 100 г воды.
Решение
Растворимость – это концентрация насыщенного раствора. Растворимость большинства веществ резко меняется с температурой, поэтому в условии задачи указана конкретная температура. (Отметим, что не всякое число, указанное в условии, нужно задействовать в расчётах.)
Мольная доля перманганата калия:
,
моль;
моль;
0,00935 (0,94 %).
Задача 7
Составьте уравнение высокотемпературной реакции оксида хрома (III) с расплавом едкого натра и нитрата натрия. Укажите эквивалент восстановителя в этой реакции.
Решение
При окислительном щелочном плавлении хром переходит в высшую степень окисления, образуя хромат, а нитрат восстанавливается до нитрита. Запишем уравнение реакции и подберём коэффициенты методом электронного баланса.
Cr2O3+ 3NaNO3+ 4NaOH= 2Na2CrO4+ 3NaNO2+ 2H2O
Cr+III – 3e Cr+VI |
2 |
N+V+ 2eN+III |
3 |
Восстановителем является оксид хрома (III). В молекулеCr2O3 два атома хрома и каждый из них отдаёт три электрона, т.е. вся молекула отдаёт шесть электронов. В соответствии с этим вычислим эквивалент:
25,3.
Задача 8
Составьте сокращённое ионное уравнение реакции диоксида ванадия с водным раствором едкого натра. Укажите сумму коэффициентов уравнения.
Решение
Диоксид ванадия – амфотерный гидроксид, реагирующий и с кислотами, и со щелочами, при этом в реакции с водным раствором щелочи образуется, преимущественно, тетраванадит – соль тетраванадистой кислоты. Уравнение реакции в молекулярной форме:
4VO2+ 2NaOH=Na2V4O9 +H2O.
Напомним, что при переходе к ионной форме уравнения формулы всех растворимых веществ, являющихся сильными электролитами, записывают в виде ионов, а слабых электролитов и малорастворимых веществ – в виде молекул. Уравнение в полной ионной форме:
4VO2 + 2Na+ + 2OH– = 2Na+ + V4O92– + H2O.
В сокращённой ионной форме:
4VO2 + 2OH– = V4O92– + H2O.
Сумма коэффициентов этого уравнения равна 8.