химия
.pdfэлектродных процессов. Какое вещество и в каком количестве выделилось на катоде? Анод инертный.
11.20. Составить схемы электролиза и написать уравнения электродных процессов водных растворов (анод инертный): a) ZnCl2, б) NaOH.
11.21. Составить схемы электролиза и написать уравнения электродных процессов водного раствора Ni(N03)2, если а) анод инертный, б) анод никелевый. Какие продукты выделяются на катоде и аноде?
11.22. При электролизе раствора K2SO4 на аноде выделилось 5,6 л газа (н.у.). Составить схему электролиза и написать уравнения электродных процессов. Какое вещество и в каком количестве вы-
делилось на катоде? Анод инертный. |
У |
11.23. Составить схемы электролиза и написать уравнения электрод- |
|
ных процессов водных растворов (анод инертный): a) LiOH,Тб) Fel2. |
|
11.24. Составить схемы электролиза и написатьНуравнения электродных процессов водного раствора СиС12, если а) анод инертный,
б) анод медный. Какие продукты выделяются на катоде и аноде? |
|
11.25. При электролизе раствора Mg(N0 |
Б |
3)2 на аноде выделилось |
|
280 мл газа (н.у.). Составить схему электролиза и написать уравне- |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
ния электродных процессов. Какое вещество и в каком количестве |
|||||||||
выделилось на катоде? Анод |
|
и. |
|||||||
11.26. Составить схемы |
|
|
|
а и написать уравнения электрод- |
|||||
ных процессов водных |
|
|
|
|
инертный |
||||
|
|
|
|
|
в (анод инертный): a) FeS04, б) CsOH. |
||||
11.27. Составить схемы |
|
|
|
а и написать уравнения элек- |
|||||
|
|
|
|
|
электролиз |
|
|||
тродных процессов водног |
|
раствора ZnS04, если а) анод инертный, |
|||||||
б) анод цинковый. |
|
растворо |
|
|
|||||
|
|
е продукты выделяются на катоде и аноде? |
|||||||
|
|
Каки |
раствора AgN03 на аноде выделилось |
||||||
11.28. При электролизе |
|||||||||
|
з |
|
|
|
|
|
|
||
260 мл газа (н.у.). Составить схему электролиза и написать уравне- |
|||||||||
о |
|
|
|
|
|
|
|
||
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния электродных процессов. Какое вещество и в каком количестве выделилось на катоде? Анод инертный.
11.29.еСоставить схемы электролиза и написать уравнения электродных процессов водного раствора C0SO4, если а) анод инертный,
б)Ранод цинковый. Какие продукты выделяются на катоде и аноде? 11.30. П р и электролизе раствора PdCl2 на аноде в ы д е л и л о с ь
560 мл газа (н.у.). Составить схему электролиза и написать уравнения электродных процессов. Какое вещество и в каком количестве выделилось на катоде? Анод инертный.
190
11.31.Составить схемы электролиза и написать уравнение элек-
тродных процессов водных растворов (анод инертный): а) Си(К'Оз)2, б) RbOH.
11.32.Составить схемы электролиза и написать уравнения элек-
тродных процессов водного раствора CdS04, если а) анод инертный; б) анод кадмиевый. Какие продукты выделяются на катоде и аноде?
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
Более 80% химических элементов являются металлами. Металлы в соединениях проявляют только положительную степень окисления и в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями. С водой при стандартных условиях взаимодейству-
ют только щелочные и щелочно-земельные металлы: |
У |
|
Са + 2НгО = Са(ОН)2 |
+ Н2 |. |
|
|
|
|
Металлы, оксиды которых обладают амфотерными свойствами |
||
(Zn, Al, Sn, Pb) взаимодействуют с водными растворамиТщелочей |
||
при стандартных условиях: |
Н |
|
|
|
|
Zn + 2КОН + 2Н20 = К2 [Zn(OH)4] + Н2 |
|
|
|
Б |
|
Металлы, у которых меньшее значениейстандартных электродных потенциалов вытесняют металлы с большим значением стан-
дартных электродных потенциалов з водных растворов их солей: |
||||||
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
р |
+Cu. |
|
|
Fe + CuS04 = FeS04 |
|||||
|
|
|
о |
|
|
|
Металлы, электродный потенциал которых меньше электродного |
||||||
|
|
т |
|
|
|
|
потенциала водорода, восстанавливают ион водорода из разбавлен- |
||||||
|
и |
|
|
|
|
|
ных кислот неокислителей. |
|
|
|
|||
з |
|
|
|
|
|
|
Mn + H2S04(pa36) = MnS0 |
4 + Н,Т. |
|||||
о |
|
|
|
|
|
|
пе металлы встречаются в природе в свободном состоя- |
||||||
Некоторы нииР(ртуть, серебро, золото, платина). Такие металлы называют са-
мородными. Золото и платина добываются путем механического отделения от той породы, в которой они содержатся, или путем растворения и последующего извлечения из растворов.
Например:
4Au + 8NaCN + 2Н20 + 02 = 4Na [Au(CN)2] + 4NaOH;
192
2Na [AU(CN)2] + Zn = Na2 [Zn(CN)4] + 2Au.
Остальные металлы получают химическими или электрохимическими способами. Химическое восстановление заключается во взаимодействии соединений металлов с углеродом, водородом или металлами.
Например: |
|
|
|
У |
W0 |
3 + ЗН2 = W + ЗН20; |
|
Т |
|
Н |
|
|||
ZnO + С = Zn + СО; |
|
|||
|
|
|
||
|
Б |
|
|
|
BeF2 + Mg = Be + MgF2. |
|
|
|
|
Электролизом из растворов осаждаются металлы, стоящие в ряду |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
стандартных электродных потенциалов после титана (ф^еп+/Ме > -МВ). |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
Электролизом из растворов невозможнойполучить щелочные метал- |
|||||||||
лы, а также, |
Mg, Са, Sr, Ва, А1 и Ti. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
Примеры решения задач |
|||
|
|
|
|
|
|
и |
Уровень А |
||
|
|
|
|
з |
|
||||
|
|
получит |
|
|
|
|
|||
1. Из приведенных металлов указать ряд металлов, которые не- |
|||||||||
|
п |
|
ь электролизом из водных растворов их солей. |
||||||
возможно |
|
|
|
||||||
а) Со, Си, А1. |
|
|
|
|
|
||||
е |
|
|
|
|
|
|
|
||
б) Са, Ni, Ag. |
|
|
|
|
|
||||
в) Rb, Cd, Ni, |
|
|
|
|
|
||||
г) Na, Al, Mg. |
|
|
|
|
|
||||
Р |
|
|
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е |
|
Согласно схемы протекания катодных процессов при электролизе ионы металлов, у которых значения электродных потенциалов < -1,4 В (Li, Rb, К, Ва, Sr, Са, Na, Mg, Al, Ti) не восстанавливаются на
193
катоде из водных растворов их солей, а восстанавливаются молекулы воды (2Н20 + 2е = Н2 | + 20Н"). Следовательно, при электролизе раствора не возможно получить металлы, стоящие в ряду (г).
Ответ: г) Na; Al; Mg.
2. Из приведенных металлов указать ряд металлов, ионы которых можно восстановить из водных растворов их солей железом.
а) А1; Со; Си . |
|
|
|
б) Ni; Ag; Аи, |
|
|
У |
в) Mg; Zn; Ag , |
|
|
|
|
Т |
||
г) Со; Pb; Mg. |
|
||
|
Н |
|
|
|
Р е ш е н и е |
|
|
|
|
|
|
дартных электродных потенциалов вытесняютБметаллы с большим значением стандартных электродных потенциалов из водных рас-
В соответствии со следствием из ряда стандартных электродных
потенциалов металлов, металлы у которых меньшее значение стан-
творов их солей, т.е. железо может восстановить из водных раство- |
|||||
ров металлы стоящие за ним в |
у стандартныхй |
электродных по- |
|||
тенциалов (табл.10.1). После железо стоят металлы ряда (б). |
|||||
Ответ: б) Ni; Ag; Au: |
|
и |
|
||
ряд |
|
|
|||
3. Из приведенных |
|
в указать ряд металлов, которые |
|||
взаимодействуют с разбавленнымио |
кислотами неокислителями |
||||
с выделением водорода. |
|
|
|
|
|
а) Ni; Sn; Си , |
металло |
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
б) Mg; Fe; Ni: |
|
|
|
|
|
в) Al; Со; Hg з: |
|
|
|
|
|
г) Zn; Pb, Ag . |
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
п |
|
Р е ш е н и е |
|
||
РТакекак восстанавливать ионы водорода из разбавленных кислот неокислителей способны металлы, стандартный электродный потенциал у которых меньше стандартного электродного потенциала
водорода (ф° п+ <0,0В), то с разбавленными кислотами неокис-
/ ме
лителями с выделением водорода взаимодействуют металлы, стоящие в ряду (б) (табл.10.1).
Ответ: б) Mg; Fe;Ni.
194
Уровень В
1. Можно ли восстановить водородом оксид хрома (III) и оксид серебра (I) до металлов при стандартных условиях? Ответ подтвердить расчетом ArG°(298К) по A,G0(298K,B).
|
|
|
|
|
|
Дано: |
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
||
|
|
|
|
|
|
Сг203(к), СиО(к), Н(2) |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Сг - ? |
|
|
|
|
|
|
Т |
||||
|
|
|
|
|
|
A g - ? |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е |
Б |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Составить уравнения реакций восстановленияНоксидов металлов |
|||||||||||||||||
водородом: |
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Сг203( |
к) + ЗН2(Г) |
= 2СГ(к) + ЗН20(ж); |
|
|
|
|
(12.1) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
использу |
|
|
|
0(ж) . |
|
|
|
|
(12.2) |
||
|
|
|
Ag20(K) + Н2(г) |
= и2Ag(K) + Н2 |
|
|
|
|
|||||||||
Рассчитать изменение стандартной энергии Гиббса |
ArG (298К) |
||||||||||||||||
|
|
|
|
и |
я I следствие из закона Гесса. Зна- |
||||||||||||
реакций (12.1) и (12.2) |
|
||||||||||||||||
чения стандартных |
тэнергий |
Гиббса |
образования |
|
|
веществ |
|||||||||||
AfG°(298K,B) определить из табл. 4.1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
п |
з |
|
|
2 |
О |
ж |
|
0 |
|
|
2 |
0 |
3к |
) = |
||
A |
G°(298K, 1) = 3AfG°(298K, Н |
|
) - А(О |
(298К, Сг |
|
||||||||||||
|
|
|
= 3 • (-237,3) -(-1050) = 338,1 кДж; |
|
|
|
|
|
|||||||||
ArG°(298K, 2) = |
AfG°(298K, Н2Ож) - AfG°(298K, Ag20K) = |
||||||||||||||||
е |
|
= (-237,3) - (-11,3) = -226 кДж. |
|
|
|
|
|
||||||||||
РТак как ArG°(298K, 2) < 0, a ArG°(298K, 1) > 0, то возможно само- |
|||||||||||||||||
произвольное протекание только реакции (2), т.е. возможно только восстановление серебра из оксида серебра (I).
Ответ: Водородом можно восстановить только серебро из оксида серебра (I).
195
2. Написать уравнения реакций получения металлического кадмия из смеси оксидов CdO и ZnO гидрометаллургическим методом. В качестве растворителя оксидов использовать серную кислоту, в качестве восстановителя - оксид углерода (П). Составить схему получения металлического кадмия из смеси оксидов.
|
|
|
|
Дано: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CdO, ZnO, H2S04 - |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
- растворитель |
|
|
|
|
Т |
||||
|
|
|
|
СО - восстановитель |
|
Н |
У |
||||||
|
|
|
|
C d - ? |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
||||
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
||
Записать уравнения реакций по стадиям: |
|
|
|
|
|||||||||
Растворение оксидов кадмия и |
цинк |
|
|
|
|
|
|||||||
|
а в H2SO4: |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
р |
|
+ Н2 |
0; |
|
|
||
|
|
|
CdO + H2S04 = CdS04 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
+ H2 |
0. |
|
|
||
|
|
|
ZnO + H2S04 = ZnS04 |
|
|
||||||||
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Осаждение гидроксидов кадмия и цинка гидроксидом натрия |
|||||||||||||
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при стехиометрическом соотношении солей и гидроксида натрия: |
|||||||||||||
|
|
CdS04 + 2NaOH = Cd(OH)2I + Na2S04; |
|
|
|||||||||
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
оZnS04 + 2NaOH = Zn(OH)2| + Na2S04. |
|
|
||||||||||
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Растворение амфотерного гидроксида цинка в избытке щелочи:
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4](pacTBop).
избыток
Так как Na2[Zn(OH)4] - растворимая соль, в осадке остается только гидроксид кадмия.
Отделение осадка Cd(OH)2 от раствора фильтрацией.
196
Разложение осадка Cd(OH)2 при нагревании:
Cd(OH)2 — C d O + H2Of.
Восстановление CdO оксидом углерода (И) при нагревании:
|
CdO + СО — C d + С02. |
|
У |
||
|
|
|
|
||
Ответ: Общая схема получения металлического кадмия из смеси |
|||||
оксидов будет иметь вид: |
|
Н |
|
|
|
|
|
|
t со |
|
|
CdO ^ |
CdS0 4 |
Cd(OH)2 j — C d OТ |
>Cd |
||
H2 S04 . |
NaOH {избыток) |
. ^ |
|
|
|
—-
Z n O " |
ZnS04 |
Na2 |
[Zn(OH)4](pacTBop) > |
3. Написать уравнения |
|
Б |
|
реакций получения металлического |
|||
никеля из смеси оксидов NiO ииMgOйгидрометаллургическим
методом. В качестве растворителя использовать азотную кислоту. Никель из раствора выделить методом электролиза. Со-
ставить схему электролиза и схему получения металлического |
||||||
никеля из оксидов. |
|
|
р |
|||
|
о |
|||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
т |
Дано: |
|
|
|
|
|
NiO, MgO |
||
|
|
|
и |
|
растворитель |
|
|
|
з |
HNO3 - |
|||
|
о |
|
N i - ? |
|
||
|
|
|
|
|
||
п |
|
|
|
Р е ш е н и е |
||
е |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Составить уравнения реакций растворения оксидов никеля и |
|
магнияРв азотной кислоте: |
|
NiO + 2HN03 |
= Ni(N03)2 + Н20; |
MgO + 2HN03 |
= Mg(N03)2 + Н20. |
197
Составить схему электролиза полученного раствора солей с инертным анодом. В соответствии с таблицами, в которых приведены схемы протекания катодных и анодных процессов (см. электролиз), схема электролиза будет иметь вид:
Ni(N03)2 = Ni2+ + 2NO 3; Mg(N03)2 = Mg2+ + 2NO 3;
К (-) ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A (+) (инертный) ; |
||||||
Mg2+; |
|
|
|
|
|
|
|
|
NO"; |
|
Т |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
J"Ni2+ + 2e = Ni° |
|
|
|
|
2H20 - 4e = 0 2 |
+ 4H+. |
||||||||
\ m 2 0 |
+ 2e = H2 + 2OH"; |
|
|
Б |
|
|
||||||||
На катоде выделяется Ni и H2. |
|
|
|
|
||||||||||
На аноде выделяется 02 . |
|
|
и |
|
|
|||||||||
Ответ: Общая схема получения металлического никеля из смеси |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
4 |
|
ч |
|
||
оксидов будет иметь вид: |
|
|
|
й |
|
|
|
|||||||
NiO |
|
|
|
|
|
Ni(N03) |
2 |
|
|
Ni и Н? (на катоде) |
||||
|
HNO-, |
|
|
|
т |
|
|
электролиз v |
|
|
|
|||
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
MgO ^ |
|
|
? |
^ M g (оN 0 3 ) 2 |
|
Т |
0 2 (на аноде) |
|||||||
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
Mg(N03)2 |
(в растворе). |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
п |
з |
|
|
Задачи |
|
|
|
|
|
|||||
е |
|
|
|
|
|
|
Уровень |
А |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
12.1. Из приведенных металлов указать |
ряд металлов, которые |
|||||||||||||
невозможно получить электролизом из растворов их солей. |
||||||||||||||
а) Mg; Ni; Ag. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рб) К, Zn, Си, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в) Ni; Со, Pb. г) Al, Са, Mg.
198
12.2. Из приведенных металлов указать ряд металлов, ионы которых можно восстановить из водных растворов их солей цинком.
а) Mg; Cd, Ag. б) Cd, Ni; Си . в) Са; Pb; Cr.
г) Со, Mg; Pb.
12.3. Из приведенных металлов указать ряд металлов, которые взаимодействуют с разбавленными кислотами неокислителями с
выделением водорода. |
Т |
||
а) Mg; Ni; Pd . |
Н |
У |
|
б) Al; Sn; Zn: |
|||
|
|||
в) Ni, Co, Cu. r) Mg; Cd; Hg.
12.4. Из приведенных металлов указать ряд металлов, которые
невозможно получить электролизом из растворов их солей. |
|
||||||
а) К; Mg; Са: |
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|
|
и |
Б |
|
|
б) Al; Ni; Ag. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в) Са; Ni; Си . |
|
|
|
|
|
|
|
г) Ва; Sn; Pb. |
|
|
|
металло |
|
|
|
12.5. Из приведенных |
в указать ряд металлов, |
ионы ко- |
|||||
|
|
|
т |
|
|
|
|
торых можно восстановить из водныхррастворов их солей никелем. |
|||||||
а) Са; Mg; Си , |
и |
|
|
|
|||
б) Pb; Си; Sn , |
|
|
|
|
|||
з |
|
|
|
|
|
||
в) Mg; Со; Ag . |
|
|
|
|
|
|
|
выделением водорода. |
|
|
|
|
|
||
г) Со; А1; Си. |
|
|
|
|
|
|
|
12.6. Из приведенных |
металлов указать ряд металлов, |
которые |
|||||
взаимодействуютп с разбавленными кислотами неокислителями с
а) Са;еZn,- Al, Рб) Mg; Pb; Си, в) Zn; Pb; Pd , г) Са, Pb," Ag.
12.7. Из приведенных металлов указать ряд металлов, которые невозможно получить электролизом из растворов их солей.
а) Mg; Со; Си . б) Al; Ni; Ag, в) Na; Са; Ва, г) Cd; Pb; Sr.
199