2971_ Программа и контрольные задания по химии

электродных 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 элек-

тродных 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 выделилось на катоде? Анод инертный.

11.23.Составить схемы электролиза и написать уравнения электродных процессов водных растворов (анод инертный): a) LiOH, б) Fel2.

11.24.Составить схемы электролиза и написать уравнения элек-

тродных процессов водного раствора СиС12, если а) анод инертный, б) анод медный. Какие продукты выделяются на катоде и аноде?

11.25.При электролизе раствора Mg(N03)2 на аноде выделилось 280 мл газа (н.у.). Составить схему электролиза и написать уравнения электродных процессов. Какое вещество и в каком количестве выделилось на катоде? Анод инертный.

11.26.Составить схемы электролиза и написать уравнения электродных процессов водных растворов (анод инертный): a) FeS04, б) CsOH.

11.27.Составить схемы электролиза и написать уравнения электродных процессов водного раствора ZnS04, если а) анод инертный, б) анод цинковый. Какие продукты выделяются на катоде и аноде?

11.28.При электролизе раствора AgN03 на аноде выделилось 260 мл газа (н.у.). Составить схему электролиза и написать уравнения электродных процессов. Какое вещество и в каком количестве выделилось на катоде? Анод инертный.

11.29.Составить схемы электролиза и написать уравнения электродных процессов водного раствора C0SO4, если а) анод инертный, б) анод 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 уравне - ния электродных процессов. Какое вещество и в каком количестве выделилось на катоде? Анод инертный.

190

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 взаимодействуют только щелочные и щелочно-земельные металлы:

Са + 2НгО = Са(ОН)2 + Н2 |.

Металлы, оксиды которых обладают амфотерными свойствами (Zn, Al, Sn, Pb) взаимодействуют с водными растворами щелочей при стандартных условиях:

Zn + 2КОН + 2Н20 = К2 [Zn(OH)4] + Н2

Металлы, у которых меньшее значение стандартных электродных потенциалов вытесняют металлы с большим значением стандартных электродных потенциалов из водных растворов их солей:

Fe + CuS04 = FeS04 +Cu.

Металлы, электродный потенциал которых меньше электродного потенциала водорода, восстанавливают ион водорода из разбавленных кислот неокислителей.

Mn + H2S04(pa36) = MnS04 + Н,Т.

Некоторые металлы встречаются в природе в свободном состоянии (ртуть, серебро, золото, платина). Такие металлы называют самородными. 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:

W03 + ЗН2 = W + ЗН20;

ZnO + С = Zn + СО;

BeF2 + Mg = Be + MgF2.

Электролизом из растворов осаждаются металлы, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов после титана (ф^еп+/Ме > -МВ).

Электролизом из растворов невозможно получить щелочные металлы, а также, Mg, Са, Sr, Ва, А1 и Ti.

Примеры решения задач

Уровень А

1. Из приведенных металлов указать ряд металлов, которые невозможно получить электролизом из водных растворов их солей.

а) Со, Си, А1. б) Са, Ni, Ag. в) Rb, Cd, Ni, г) Na, Al, Mg.

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, в) Mg; Zn; Ag , г) Со; Pb; Mg.

Ре ш е н и е

Всоответствии со следствием из ряда стандартных электродных потенциалов металлов, металлы у которых меньшее значение стандартных электродных потенциалов вытесняют металлы с большим значением стандартных электродных потенциалов из водных растворов их солей, т.е. железо может восстановить из водных растворов металлы стоящие за ним в ряду стандартных электродных потенциалов (табл.10.1). После железо стоят металлы ряда (б).

Ответ: б) Ni; Ag; Au:

3. Из приведенных металлов указать ряд металлов, которые взаимодействуют с разбавленными кислотами неокислителями с выделением водорода.

а) Ni; Sn; Си , б) Mg; Fe; Ni: в) Al; Со; Hg : г) Zn; Pb, Ag .

Р е ш е н и е Так как 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:

Сг203(к), СиО(к), Н(2)

Сг - ? A g - ?

Р е ш е н и е

Составить уравнения реакций восстановления оксидов металлов водородом:

Рассчитать изменение стандартной энергии Гиббса ArG (298К) реакций (12.1) и (12.2) используя I следствие из закона Гесса. Значения стандартных энергий Гиббса образования веществ AfG°(298K,B) определить из табл. 4.1.

ArG°(298K, 1) = 3AfG°(298K, Н2Ож) - А(О0(298К, Сг203к) = = 3 • (-237,3) -(-1050) = 338,1 кДж;

ArG°(298K, 2) = AfG°(298K, Н2Ож) - AfG°(298K, Ag20K) =

= (-237,3) - (-11,3) = -226 кДж.

Так как ArG°(298K, 2) < 0, a ArG°(298K, 1) > 0, то возможно самопроизвольное 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

СО - восстановитель

C d - ?

Р е ш е н и е

Записать уравнения реакций по стадиям: Растворение оксидов кадмия и цинка в H2SO4:

CdO + H2S04 = CdS04 + Н2 0;

ZnO + H2S04 = ZnS04 + H2 0.

Осаждение гидроксидов кадмия и цинка гидроксидом натрия при стехиометрическом соотношении солей и гидроксида натрия:

CdS04 + 2NaOH = Cd(OH)2I + Na2S04;

ZnS04 + 2NaOH = Zn(OH)2| + Na2S04.

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.

Ответ: Общая схема получения металлического кадмия из смеси оксидов будет иметь вид:

—-

3. Написать уравнения реакций получения металлического никеля из смеси оксидов NiO и MgO гидрометаллургическим методом. В качестве растворителя использовать азотную кислоту. Никель из раствора выделить методом электролиза. Составить схему электролиза и схему получения металлического никеля из оксидов.

Дано: NiO, MgO

HNO3 - растворитель

N i - ?

Р е ш е н и е

Составить уравнения реакций растворения оксидов никеля и магния в 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;

На катоде выделяется Ni и H2. На аноде выделяется 02 .

Ответ: Общая схема получения металлического никеля из смеси

Mg(N03)2 (в растворе).

Задачи

Уровень А

12.1. Из приведенных металлов указать ряд металлов, которые невозможно получить электролизом из растворов их солей.

а) Mg; Ni; Ag. б) 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.

а) Mg; Ni; Pd . 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: б) Al; Ni; Ag. в) Са; Ni; Си . г) Ва; Sn; Pb.

12.5. Из приведенных металлов указать ряд металлов, ионы которых можно восстановить из водных растворов их солей никелем.

а) Са; Mg; Си , б) Pb; Си; Sn , в) Mg; Со; Ag . г) Со; А1; Си.

12.6. Из приведенных металлов указать ряд металлов, которые взаимодействуют с разбавленными кислотами неокислителями с выделением водорода.

а) Са; Zn,- Al, б) 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