Образцы решения задач и упражнений

Пример 1. Что происходит : а) при прокаливании ортоборной кислоты? б) при ее нейтрализации раствором NaOH?

Решение.

a) Борная (точнее – ортоборная) кислота представляет собой бесцветные кристаллы, сравнительно малорастворимые в воде. При нагревании она теряет воду и переходит сначала в метаборную (НВО₃), затем в тетраборную (Н₂В₄О₇ или хВ₂О₃·уН₂О, при х=2, у=1) кислоту, и , наконец в оксид бора (III) (борный ангидрид):

Н₃ВО₃ HBO₃;

б) При нейтрализации борной кислоты щелочами всегда образуются соли тетраборной кислоты:

2NaOH + 4H₃BO₃ = Na₂B₄O₇ + 7H₂O

Избытком щелочи они могут быть переведены в соответствующие метабораты:

2NaOH + Na₂B₄O₇ =4NaBO₂ + H₂O

С другой стороны, при действии на тетрабораты (или метабораты) сильных кислот выделяется свободная ортоборная кислота:

Na₂B₄O₇ + H₂SO₄ + 5H₂O = Na₂SO₄ + 4H₃BO₃

Пример 2. Взаимодействует ли металлический алюминий с растворами: а) Nа₂СО₃; б) НgСl₂? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Решение.

а) При взаимодействии алюминия с содой образуется тетрагидроксоалюминат натрия:

2Al + Na₂CO₃ + 7H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + CO₂ + 3H₂↑

2Al + 4OH^– –3ē = [Al(OH)₄]^–

3 2HOH + 2ē = H₂↑ + 2OH^–

б) Алюминий, как более активный металл, вытесняет ртуть. Алюминий, покрытый амальгамой, не имеет возможности образовать защитную оксидную пленку и взаимодействует с водой с выделением водорода и образованием гидроксида алюминия:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂↑

Пример 3. Имеется смесь порошков железа, алюминия и меди массой 16 г. На половину смеси подействовали избытком концентрированного раствора гидроксида калия, получив газ объемом 3,36 л. К другой половине смеси добавили избыток раствора соляной кислоты. При этом выделился газ объемом 4,48 л. Определите массовые доли металлов в смеси. Объемы газов приведены к нормальным условиям.

Решение.

С раствором гидроксида калия взаимодействует только один компонент смеси – алюминий:

2Al + 2KOH + 6H₂O = 2K[Al(OH)₄] + 3H₂; (a)

Определяем количество вещества водорода, который выделится в данной реакции:

n(H₂) = моль;

Из уравнения реакции (а) следует: моль;

Масса алюминия в половине исходного образца массой 8 г составляет:

m(Al) = n(Al) ·M(Al) = 0,1·27 = 2,7 г.

С раствором соляной кислоты взаимодействуют алюминий и железо:

2Al + 6HCl = 2AlCl + 3H₂↑ (б)

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑ (в)

Из уравнения (б) следует:

(б)n(H₂) = моль.

Объем этого водорода равен:

(б) V(H₂) = n(H₂)· 22,4 = 0,15·22,4 = 3,36 л.

Объем водорода, выделившийся в реакции (в), составляет:

(в) V(H₂) = (4,48 – 3,36) = 1,12 л.

Рассчитываем количество вещества водорода. образовавшегося при взаимодействии железа с соляной кислотой:

(в)моль.

На основании уравнения (в) запишем: моль.

Масса железа в половине исходного образца составляет:

m(Fe) =0,05·56 = 2,8 г.

Определяем массу меди в половине исходного образца смеси металлов:

m(Cu) = m(смеси) – m(Al) – m(Fe) = (8 – 2,7 – 2,8) = 2,5 г.

Определяем массовые доли металлов в смеси:

;

Пример 4. Написать уравнения реакций перехода нитрата галлия (III) в гексагидроксогаллат калия и превращения последнего в сульфат галлия (III):

Ga(NO₃)₃ → K₂[Ga(OH)₆] → Ga₂(SO₄)₃

Решение.

Галлий обладает «идеальными» амфотерными свойствами (константы диссоциации по основному и кислотному типу одинаковы):

Ga³⁺ + 3OH^– Ga(OH)₃≡ H₃GaO₃ 3H⁺ + GaO₃^3–

Добавление щелочи или кислоты смещает это равновесие:

1) Ga(NO₃)₃ + 6KOH→ K₂[Ga(OH)₆] + 3KNO₃;

избыток

2) K₂[Ga(OH)₆] + H₂SO₄ → Ga₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

Пример 5. Какие продукты получатся при взаимодействии между:

1) галлием и серной кислотой; 2) таллием и горячей концентрированной азотной кислотой; 3) таллием и разбавленной холодной азотной кислотой; 4) таллием и соляной кислотой?

Решение.

1) 2Ga + 3H₂SO₄ = Ga₂(SO₄)₃ + H₂↑

2) Tl + 4HNO₃(горяч., конц) = Tl(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

3) 10Tl + 12HNO₃(холодн., разбавл.) = 10TlNO₃ + N₂↑ + 6H₂O

10 Tl – 1ē = Tl1⁺

1 2NO^3– + 12H⁺ + 10ē = N₂ + 6H₂O

4) Tl + HCl = TCl + H₂↑