Химия_Задачи и упражнения

ЗАДАЧИ

Расставить коэффициенты в уравнениях реакций методом элект- ронногоилиионно-электронногобаланса. Составитьэлектронныеуравнения. Для каждой реакции указать, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое веществоокисляется, какое восстанавливается.

13.1.а) K2Cr2O7 + KNO2 + H2SO4οCr2(SO4)3 + KNO3 + K2SO4 + H2O б) Cu + HNO3 (разб) ο Cu(NO3)2 + NO + H2O

в) KMnO4 ο K2MnO4 + MnO2 + O2

13.2.а) C + K2Cr2O7 + H2SO4 ο CO2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O б) CuS + HNO3 (конц) ο CuSO4 + NO2 + H2O

в) Br2 + Cl2 + H2O ο HBrO3 + HCl

13.3.а) KI + K2Cr2O7 + H2SO4 ο Cr2(SO4)3 + K2SO4+ I2 + H2O б) Mg + HNO3 (разб) ο Mg(NO3)2 + N2O + H2O

в) Cl2 + C + H2O ο CO2 + HCl

13.4.а) KMnO4 + KI + H2SO4 ο MnSO4 + K2SO4 + I2 + H2O б) Ca + HNO3 (очень разб) ο Сa(NO3)2 + NH4NO3 + H2O в) H2O2 + Cl2 ο O2 + HCl

13.5.а) KMnO4 + K2SO3 + H2O ο MnO2 + K2SO4 + KOH б) HNO3 (конц) + HI ο HIO3 + NO2 + H2O

в) KClO3 + HCl ο KCl + Cl2 + H2O

13.6.а) KMnO4 + KOH + KI ο K2MnO4 + KIO4 + H2O б) HNO3 (конц) + P ο H3PO4 + NO2 + H2O

в) HCl + CrO3 ο Cl2 + CrCl3 + H2O

13.7.а) KMnO4 + H2S ο MnO2 + S + KOH + H2O б) H2SO4 (конц) + Zn ο ZnSO4 + H2S + H2O в) AsH3 + HNO3 ο H3AsO4 + NO2 + H2O

13.8.а) KClO3 + H2SO4 ο KHSO4 + ClO2 + KClO4 + H2O б) H2SO4 (конц) + Ag ο AgSO4 + SO2 + H2O

в) NaCrO2 + PbO2 + NaOH ο Na2CrO4 + NaPbO2 + H2O

13.9.а) H2O2 + KMnO4 + H2SO4 ο MnSO4 + O2 + K2SO4 + H2O б) Cu2S + HNO3 ο Cu(NO3)2 + H2SO4 + NO + H2O

в) Au + HNO3 + HCl ο H[AuCl4] + NO + H2O

13.10.а) H2O2 + Na3[Cr(OH)6] ο Na2CrO4 + H2O + NaOH б) FeS2 + HNO3 ο Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O

в) Na2SO3 + KMnO4 + H2O ο Na2SO4 + MnO2 + KOH

13.11. а) KI + H2O2 + H2SO4 ο I2 + K2SO4 + H2O б) Na2SO3 ο Na2SO4 + Na2S

в) NaCrO2 + Br2 + NaOH ο Na2CrO4 + NaBr + H2O

13.12. а) KMnO4 + H3PO3 + H2SO4ο MnSO4 + H3PO4 + K2SO4 + H2O б) P + HIO3 + H2O ο H3PO4 + HI

в) KNO3 + C + S ο N2 + CO2 + K2S 13.13. а) HNO3 + Zn ο Zn(NO3)2 + N2O + H2O

б) FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 ο Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + + K2SO4 + H2O

в) S + NaOH ο Na2S + Na2SO3 + H2O

13.14. а) K2Cr2O7 + H3PO3 + H2SO4 ο Cr2(SO4)3 + H3PO4 + K2SO4 + H2O б) C7H8 + KMnO4 ο C7H6O2 + MnO2 + KOH

в) Cl2 + NaOH ο NaCl + NaClO3 + H2O

13.15. а) KBr + KBrO3 + H2SO4 ο Br2 + K2SO4 + H2O б) H2SO3 + H2SeO4 ο H2Se + H2SO4

в) Cu2O + HNO3 ο Cu(NO3)2 + NO + H2O 13.16. а) H2S + Cl2 + H2O ο H2SO4 + HCl

б) C8H10 + KMnO4 ο C7H6O2 + CO2 + MnO2 + KOH в) HNO3 + Ca ο Ca(NO3)2 + H2O + NH4NO3

13.17. а) K2MnO4 + KNO2 + H2O ο MnO2 + KNO3 + KOH

б) Ca3(PO4)2 + C + SiO2 ο CO + CaSiO3 + P

в) NH3 + Br2 ο N2 + NH4Br

13.18. а) KMnO4 + SnCl2 + HCl ο KCl + МnCl2 + SnCl4 + H2O

б) P + H2O ο H3PO3 + PH3

в) PbS + HNO3 ο S + Pb(NO3)2 + NO + H2O

13.19. а) CrCl3 + NaClO + NaOH ο Na2CrO4 + NaCl + H2O

б) 2Na2O2 + C ο Na2CO3 + Na2O

в) Al + Fe3O4 ο Al2O3 + Fe

13.20. а) FeSO4 + Cl2 + Na2SO4 ο NaCl + Fe2(SO4)3

б) NH3 + O2 ο NO + H2O

в) P + KOH + H2O ο KH2PO2 + PH3

13.21. а) Mn(OH)2 + Cl2 + KOH ο MnO2 + KCl + H2O

б) HIO3 + H2O2 ο O2 + I2 + H2O в) ZnS + O2 ο ZnO + SO2

13.22. а) K2Cr2O7 + HCl ο CrCl3 + Cl2 + KCl + H2O б) Na2SO3 ο Na2SO4 + Na2S

в) I2 + H2O2 ο HIO3 + H2O

158

159

13.23.а) KMnO4 + K2SO3 + H2SO4 ο MnSO4 + K2SO4 + H2O б) Fe(CrO2)2 + O2 + K2CO3 ο Fe2O3 + K2CrO4 + CO2 в) Al + H2O + KNO3 + KOH ο K[Al(OH)4] + 3NH3

13.24.а) H3PO3 + AgNO3 + H2O ο Ag + HNO3 + H3PO4 б) KMnO4 + HCl ο KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O

в) NH4NO2 ο N2 + H2O

13.25.а) KMnO4 + Cd + H2SO4 ο CdSO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O б) I2 + KOH ο КIO3 + KI + H2O

в) Hg + FeCl3 + ο HgCl2+ FeCl2

13.26.а) КClO3 + FeSO4 + H2SO4 ο КCl + Fe2(SO4)3 + H2O б) HI + Cl2 + H2O ο HIO3 + HCl

в) (NH4)2Cr2O7 ο N2 + Cr2O3 + H2O

13.27.а) H3AsO3 + KMnO4 + H2SO4 οH3AsO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O б) Н2S + Cl2 + H2O ο H2SO4 + НCl

в) Na2SO4 + C ο Na2S + CO

13.28.а) КBr + KBrO3 + H2SO4 ο Br2 + K2SO4 + H2O б) NO2 + H2O ο HNO2 + HNO3

в) Sb + HNO3 ο HSbO3 + H2O + NO2

13.29.а) Na2SO3 + KMnO4 + H2O ο Na2SO4 + MnO2 + KOH б) H3PO3 + I2 + H2O ο H3PO4 + НI

в) Pb(NO3)2 ο PbO + NO2 + O2

13.30.а) Cr2O3 + KClO3 + KOH ο K2CrO4 + KCl + H2O б) H2O2 + NaI + H2SO4 ο Na2SO4 + I2 + H2O

в) Al + HNO3 ο Al(NO3)3 + N2 + H2O

Раздел 14. ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Металлы – самая представительная группа элементов: 87 из 110 элементов– металлы. Этоs-элементыI иII групппериодическойсистемы, р-элементы III группы (кроме бора), все d-элементы и все f-элементы. ЕслипровестивтаблицеД. И. МенделеевадиагональотBe кAt , тослева от нее окажутся металлы, а справа – неметаллы (исключая элементы побочных подгрупп – переходные металлы). Элементы, расположенные вблизи диагонали, обладают двойственной природой (это Al, Be и др.). Общностьсвойствметалловобъясняетсясходствомстроенияихатомов:

1.Как правило, атомы металлов имеют небольшое число электронов на внешнем уровне электронной оболочки.

2.Практически для всех металлов характерна слабая связь валентных электроновс ядрами атомов, что подтверждается низкими значениями энергии ионизации.

Эти особенности строения обусловливают металлическую связь. Дело в том, что на внешнем электронном уровне атомов металлов сравнительно мало электронов при довольно большом числе свободных орбиталейвалентногоуровня. Например, наодинэлектронвалентногослоя Li (1s22s1) приходитсятрисовершенносвободныхр-орбиталей. Наединственный валентный электрон атома Na приходится восемь свободных энергетически близких орбиталей (три 3р- и пять 3d-орбиталей) и не заполненная полностью 3s-орбиталь.

Из-за небольшой энергии ионизации валентные электроны слабо удерживаются ядром. В результате при образовании кристаллической решетки (все металлы, за исключением Hg) валентные орбитали соседних атомов перекрываются и электроны свободно перемещаются с однойорбиталина другуювпределах всейкристаллическойрешетки. Тем самымосуществляетсясвязьмеждувсемиатомамикристалла. Такойтип химической связи называется металлической связью.

Самакристаллическаярешеткаметалловпредставляетсобойлокализованные положительные ионы, окруженные свободно перемещающимся по всему в целом электронейтральному куску металла обобществленными электронами.

160

161

Следует отметить, что металлическая связь характерна для металлов только в жидком и твердом состояниях.

В газообразном состоянии металл существует в виде пара, состоящего из отдельных молекул (одно- и двухатомных), связь в молекулах – ковалентная.

Наличие металлической связи объясняет многие свойства металлов: ихвысокую электропроводность, теплопроводность, пластичность, т. е. возможные смещенияионови атомовбез нарушениясвязи. Отличаетметаллическуюсвязьотковалентнойотсутствие направленностисвязи и меньшая прочность. Энергия металлической связи в 3–4 раза меньше энергии ковалентной связи.

Мерой энергии связи в металлах является величина энергии атомизацииметалла. Энергияатомизации(Еатом) – этотаэнергия, которую необходимозатратитьдляраспада1 молявеществанасвободныеатомы:

Ме(тв) ο Ме(г).

Температураплавления – мера прочностисвязи вкристаллической

решетке металла. Например, Тпл.Hg 61,2 θС; Еатом.Hg = 61,1 кДж/моль;

Тпл.W = 3420 °С; Еатом.W = 836 кДж/моль.

14.1.Получение металлов

Всвободном состоянии в природе встречаются только металлы

снизкойхимическойактивностью: золото – Au, серебро– Ag, платина – Pt, ртуть – Hg, медь – Cu. Остальные металлы находятся в природе в виде соединений.

Получениесвободныхметалловсводитсякпроцессуихвосстанов-

ления: Me+n + n e ο Me0.

Восстановлениеметалловизрудыосуществляютхимическимили

электрохимическимпутем. ВкачествевосстановителейиспользуютH2, C, CO, CH4, Si и активные металлы. Металлы получают пирометаллургическим, гидрометаллургическимиэлектрометаллургическимметодом.

1. Пирометаллургическийспособ. Вначалеметаллврудепереводят в оксиды (обжиг):

2ZnS 3O		tθ ο 2ZnO ν2SO
	2	2
2MoS 7O		tθ ο 2MoO ν4SO	2
2	2	3

затем восстанавливают:

ZnO CO ο Zn νCO2

MoO3 3H2 ο Mo 3H2O

В качестве восстановителей используют активные металлы:

магниотермия:	TiCl + 2Mg	tθ ο Ti + 2MgCl
натриотермия:	4	2
	TiCl + 4Na	tθ ο Ti + 4NaCl
	4
алюмотермия:	Fe2O3 + 2Al	ο 2Fe + Al2O3

2. Гидрометаллургическийспособ. Этотспособвключаетдвестадии:

входящий в руду металл переводят в растворимую соль, затем металл извлекают химическим или электрохимическим путем. Например,

CuO + H2SO4(разб) ο CuSO4 H2O

CuSO4 Fe ο Cu FeSO4

3. Электрометаллургическийспособ. Электролизрасплавовоксидов или солей металлов – одна из основных стадий данного способа.

14.2. Химические свойства металлов

Химическиесвойстваметалловтесносвязанысэлектроннойструктурой атома и особенностями взаимодействия атомов в кристалле металла. Атомыметаллическихэлементовхарактеризуютсяспособностью образовывать элементарные положительно заряженные ионы и не способныобразовыватьэлементарныеотрицательнозаряженныеионы. Все металлы обладают восстановительными свойствами. Получение, химическиесвойстваиприменениенекоторыхметалловпредставленыдалее.

Щелочные металлы (на примере натрия – Na). Получение – электролизрасплавовхлоридовигидроксидовщелочныхметаллов(натрий выделяется на катоде):

4NaOH ο 4Na νO2 ν2H2 2NaCl ο 2Na νCl2

Химические свойства. Реакции с простыми веществами:

2Na H2	tθ ο 2NaH	гидрид натрия
2Na O2	tθ ο Na2O2	пероксид натрия
2Na S	tθο Na2S	сульфид натрия
6Na N2	tθ ο 2Na3N	нитрид натрия
2Na Cl2	tθ ο 2NaCl	хлорид натрия

162

163

tθ ο ZnCl2

tθ ο ZnS

Реакции со сложными веществами:

2Na + 2Н2О ο 2NaOH νH2 2Na 2HClο2NaCl νH2

2Na 2C2H5OH ο 2C2H5ONa νH2 этилат натрия

2Na 2RCl tθο R-R 2NaCl (R – органический радикал)

Применение. Натрийприменяетсявкачестветеплоносителяватомныхреакторах, органическихсинтезах, дляполучениянекоторыхтугоплавких сплавов, пероксида натрия и др.

Щелочноземельные металлы (на примере кальция – Ca).

Получение: 1)электролизрасплавовхлоридовщелочноземельныхметаллов:

	электролизο			Ca νCl2
СаС12
2) алюмотермия: 3СаО + 2А1			tθ ο 3Са + А1 О		3
				2
Химические свойства. Реакции с простыми веществами:
Cа + H	tθ ο CаH гидрид кальция
2		2
	2Са + О	tθ ο 2СаО
	2	tθ ο СаС1
Cа + С1
	2			2
3Са + N	tθ ο Ca N нитрид кальция
2		3	2
Cа + 2С	tθ ο СаС		карбид кальция
		2
Ca + S	tθ ο CaS	сульфид кальция
Реакции со сложными веществами:

Cа + 2Н2О ο Cа(ОН)2 + νH2

Cа + 2НС1 ο СаС12 + νН2

Применение. Кальцийприменяютдлявосстановлениятитана, цир-

кония и других тугоплавких металлов из ихоксидов, в производстве чугуна, стали и некоторых сплавов.

Цинк (Zn). Получение – обжиг сульфидных руд с последующим

восстановлениемиз оксида:
2ZnS + 3О	tθ ο 2ZnO + ν2SO
2	2
ZnO + C	tθ ο Zn + νCO
Химические свойства. Реакции с простыми веществами:
Zn + О	tθ ο 2ZnO

2

Zn С12

Zn S

Реакции со сложными веществами:

Zn 2HC1ο ZnCl2 νH2

Zn 2NaOH	tθ ο Na ZnO νH	2	цинкат натрия
(тв)	2 2
Zn 2NaOH 2H2O ο Na2[Zn(OH)4] νH2			тетрагидроксо-
			цинкат натрия

Zn 2H2SO4(конц) ο ZnSO4 νSO2 2H2O Zn 4HNO3(конц) ο Zn(NO3)2 ν2NO2 2H2O 4Zn 10HNO3(разб) ο 4Zn(NO3)2 νN2O 5H2O

4Zn 10HNO3(сильно разб) ο 4Zn(NO3)2 NH4NO3 3H2O

Применение. Цинк используется в качестве защитных покрытий железных и стальных изделий, входит в состав многих сплавов.

Титан (Ti). Получение – обогащение титанового концентрата:

TiO	+ 2С1 + 2С			tθ ο TiCl ν2CO
	2		2	4
TiCl		4	2Mg	tθ ο Ti 2MgCl
				2

Химические свойства. Реакции с простыми веществами:

Ti + O	tθ ο ТiO
2	2
Ti + 2C1	tθ ο TiCl
2	4

Реакции со сложными веществами:

2Ti + 6H2SO4(конц) ο Ti2(SO4)3 ν3SO2 6H2O

Ti H2SO4(50 % р-р) ο TiSO4 νH2

2Ti 3H2SO4(50 % р-р) ο Ti2(SO4)3 ν3Н2

Две последние реакции с 50 %-ной серной кислотой протекают одновременно. С азотной кислотой титан не взаимодействует.

Применение. Титан используется в самолетостроении, ракетной технике, в изготовлении трубопроводов, аппаратов химической промышленности, для обшивки корпусов судов и т. д.

Алюминий(Аl). Получение–электролизраствораоксидаалюминия в расплавленном криолите Na3AlF6 с добавкой фторида кальция CaF2:

2А12О3 ο 4А1 + ν3О2

164

165

Химические свойства. Реакции с простыми веществами:

		4Аl + 3О		tθ	o	2А1 О
			2				2 3
	2А1 + 3Сl			tθ o 2А1С1
			2					3
2A1 + 3S		tθ o A1 S			сульфид алюминия
		2	3
2А1 + N		tθ o 2A1N			нитрид алюминия
	2
4А1 + 3С		tθ o Аl С			карбид алюминия
		4	3
Реакции со сложными веществами:
	2А1 + 6НС1 o 2А1С13+ n3H2
2А1 + 2NaOH	+ 2Н О tθ o 2NaA1O +n3H							2	алюминат натрия
(тв.)	2					2			тетрагидроксоалю-
2Al + 2NaOH + 6H O o 2Na[Al(OH) ] + n3H
	2			4			2		минат натрия
2A1+ 6H SO		tθ o A1 (SO ) + n3SO + 6H O
	2	4(конц)			2	4 3			2	2
Al + 6HNO		tθ o A1(NO ) + n3NO + 3Н О
	3(конц)					3 3			2	2
На холоде концентрированная H2SO4 и концентрированная HNO3

на алюминий не действуют из-за пассивирования – образования устойчивой оксидной пленки.

Применение. Алюминий используют для получения легких сплавов, применяемых в строительстве, самолето- и судостроении, для производства электрических проводов, получения других металлов алюминотермией, изготовления бытовых предметов.

Медь(Сu). Получение – изсульфидных руд:
Cu	S + О	tθ o 2Cu + nSO	2
2	2

из растворов солейдействием цинка, железа или алюминия:

		CuSO4		+ Zn o ZnSO4				+ Сu
Химические свойства. Реакции с простыми веществами:
			2Сu + О		tθ	o	2СuО
				2
			Cu + Cl		tθ o CuCl
				2				2
			Cu + S		tθ o CuS
Реакции со сложными веществами:
Сu + 2H	2	SO	4(конц)	tθ o CuSO + nSO					2	+ 2Н О
							4				2
Сu + 4HNO				tθ o Cu(NO ) + n2NO + 2H O
		3(конц)					3 2			2	2
3Сu + 8НNO				tθ o 3Cu(NO ) + n2NO + 4H O
		3(разб)					3	2			2

Применение. Медьиспользуетсявтеплообменниках, дляизготовления электрических проводов, кабелей, в производстве сплавов.

Хром(Сr). Получение:

1) из хромистого железняка:

FeO Cr	O + 4C				tθ o 2Cr + Fe + n4CO (сплавферрохром)
2	3
2) изоксида хрома:
			Сr		О + 2А1	tθ o А1 О + 2Сr
			2		3	2	3
Химические свойства. Реакции с простыми веществами:
					4Сr + 3О	tθ o 2Сr О
					2		2	3
Реакции со сложными веществами:
2Сr + 6H		2	SO		tθ o Cr (SO ) + n3SO + 6Н О
				4(конц)		2 4 3		2	2
Cr + 6HNO					tθ o Cr(NO ) + n3NO + 3Н О
				3(конц)		3 3		2	2

Хром пассивируется холодными концентрированными растворами кислот, реакции протекают только при сильном нагревании, после разрушения защитной оксидной пленки:

2Сr + 3H2SO4(разб)				o Cr2(SO4)3 + n3H2
Применение. Хром используется в различных сплавах. Нанесение
защитнойпленки из хрома защищает металл от коррозии.
Железо (Fe). Получение
алюминотермия:
Fe		О + 2Аl		tθ o 2Fe + Al O
	2	3			2	3
обжиг железного колчедана:
4FeS		+ 11O	tθ o 2Fe O + n8SO
	2	2		2	3	2
восстановление изоксидов:
Fe		O + 3Н	2	tθ o 2Fe + 3Н О
	2	3			2
Fe	O + 3СО			tθ o 2Fe + n3СО
2		3				2
	FeO + С			tθ o Fe + nCO
Химические свойства. Реакции с простыми веществами:
3Fe + 2O				tθ o Fe О FeO
		2		2	3
		3Fe + S		tθ o FeS
	2Fe + 3C1			tθ o 2FeCl
			2		3

166

167

Реакции со сложными веществами:					νH2
			Fe 2HCl ο FeCl2
		Fe CuSO4 ο FeSO4 Сu
Fe 4HNO				tθ ο Fe(NO ) νNO 2H O
			3(разб)		3	3		2
КонцентрированныеНNО3 иH2SO4 пассивируют железо на холоде,
реакция идет только при нагревании:
2Fe + 6H	2	SO	4(конц)	tθ ο Fe (SO ) ν3SO 6H O
				2	4	3	2	2
Fe + 6HNO				tθ ο Fe(NO ) ν3NO 3H O
		3(конц)		3	3		2	2

Применение. Железо используется в виде чугуна и стали в маши-

ностроении; другие области применения – производство трансформаторов и электромоторов, ограждающих строительных конструкций, железобетона, бытовых приборов и др.

ЗАДАЧИ*

14.1.Какие металлы называют щелочными и почему? Что общего

встроении внешних электронных оболочек имеют атомы щелочных металлов?

14.2.Составитьэлектронныесхемыстроенияатомовиионовлития, натрия и калия. Установить сходство и различие между ними.

14.3.Назвать важнейшие природные соединения натрия и калия, указать области их применения. Какова закономерность изменения физических свойств щелочных металлов в зависимости от возрастания заряда ядер их атомов?

14.4.Написать уравнения следующих реакций:

Li O2 ο … Rb Cl2 ο … Na S ο …

K Н2О ο … Na HCl ο … Rb H3PO4 ο …

14.5. Определить атомную массу галия, если в природной смеси

содержится 60,16 % мас. 6931Ga и 39,48 % мас. 7131Ga .

Ответ: 69,62.

14.6. Написать уравнения следующих реакций:

а) Ti HNO3 H2O ο H2TiO3 …

б) Zr HNO3 HF ο H2[ZrF6] …

в) Hf H2SO4 ο H2[Hf(SO4)3] …

* При решении задач данного раздела в необходимых случаях следует пользоваться данными табл. 8 приложения.

168

14.7.Как исходя из оксида железа (III) получить: а) хлорид железа (III); б) нитрат железа(III); в) гидроксид железа (III)? Написать уравнения соответствующих реакций.

14.8.Для заливки щелочных аккумуляторов используют 34,0 %-ный раствор гидроксида калия. Сколько потребуется гидроксида калия для приготовления 10 кг такого раствора?

Ответ: 3,4 кг.

14.9.Длящелочения паровых котловс целью очистки их внутренних стенок от загрязнений и создания антикоррозионной пленки применяют 20 %-ный раствор гидроксида натрия и фосфата натрия. Сколько указанныхвеществпотребуетсядляприготовления20 ттакогораствора, если берутся равные их массы?

Ответ: по 2 тонны.

14.10.Написать уравнения реакций, при помощи которых можно

осуществить превращения:

а) Na NaOH Na2CO NaHCO3 NaNO3 б) KCl HCl NaCl Na NaOH

в) Na2CO3 Na2SiO3 NaCl Na2SO4

14.11.Написать уравнения окислительно-восстановительных

реакций:

а) Cu	HCl O		…
б) CuCl2		Cu	…
14.12.	Привести электронное строение атомов и ионов магния,

кальция, стронция. В чем сходство и различие между ними?

14.13. Написать уравнениятрех реакций, в которыхатомымагния и кальция превращаются в ионы, и указать условия этих превращений.

14.14. Написать уравнения реакций, при помощи которых можно

осуществить превращения:
а) Ca	CaO	2	CaCO3	CaO	CaCO3 CaCl2
б) Ca	Ca(OH)	CaCO3	Ca(HCO3)2
в) Mg	MgCl	MgSO4	Mg(NO3)2		MgSO4
г) Mg	MgO		MgCO3	MgO
14.15.	Сплав «электрон» марки МЛ-3, применяемый в авиапро-

мышленности как твердый и легкий материал, содержит (% мас.) 3 % алюминия, 1 % цинка, 0,3 % марганцаи95,7 % магния. Какиесолии

вкаком количестве образуются при растворении 10 г этого сплава

визбытке соляной кислоты?

Ответ: AlCl3 – 1,5 г; ZnCl2 – 0,21 г; MnCl2 – 0,07 г; MgCl2 – 37,9 г.

169

14.16.Негашеную известь СаО получают обжигом известняка

вспециальных печах. Сколько известняка, содержащего 90 % мас. карбонатакальция, потребуетсядляполучения100 тнегашенойизвести?

Ответ: 198,4 т.

14.17.Для гашения извести по техническим условиям требуется водыв3 разабольше, чемпостехиометрическомурасчету. Скольководы необходимо залить в гидротатор для гашения 5,6 т «кипелки»? Сколько при этом образуется гашеной извести («пушонки»)?

Ответ: H2O – 5,4 м3; Ca(OH)2 – 7,4 т.

14.18.Атомнаямассамеди63,546. Природнаясмесьсостоитиздвух

изотопов: 2963Cu и 2965Cu . Определитьмассовуюдолю(%) каждогоизотопа.

Ответ: 49,22 %, 50,78 %.

14.19.Оксид кальция и оксид цинка применяют в строительном деле. По внешнему виду они похожи. Какие реакции надо проделать, чтобы различить эти оксиды?

14.20.ПрисильномнагреваниигипсаCaSO42H2O сульфаткальция, которыйвходитв егосостав, разлагаетсяна оксид кальция и оксид серы (VI). Рассчитать, скольконадовзятьгипсадляполучения16 токсидасеры

(VI).

Ответ: 34,4 т.

14.21.Привести электронные формулы атома и иона алюминия.

14.22.Какие свойства алюминияиспользуютв строительнойиндустрии, электротехнике, авиационной промышленности, металлургии, пищевой промышленности?

14.23.Какую массу Zr можно получить при термическом восстановлении 0,35 моль гексафтороцирконата (IV) калияметаллическимнатрием?

Ответ: 31,9 г.

14.24.Приполномрастворении навески 1,8 г техническогоалюминия в избытке раствора гидроксида натрия выделилось 2,14 л газа (прин. у.). Какойпроцентпримесейсодержалсявэтомобразцеалюминия?

Ответ: 4,46 %.

14.25.Смесь порошка алюминия с оксидом железа (II и III) Fe3O4 называется термитом. Написать уравнение реакции горения термита

ирассчитать, сколькообразуетсяжелеза, есливреакциювступило5,4 кг алюминия.

Ответ: 12,6 кг.

14.26.Сколько потребуется термита (см. задачу 14.25) для сварки стальнойдетали, еслиобъемвыбоины50 см3, аплотностьстали7,86 г/см3?

Ответ: 711 г.

14.27.Написать уравнения химических реакций взаимодействия железаскислородом, серой, хлором, водой, срастворамисернойисоляной кислот, сульфатом меди.

14.28.Написать уравнения реакций, при помощи которых можно

Al Al2O AlCl3 Al(OH)3 Al2O3 Al2(SO4)3 Al(OH)3 Na3[Al(OH)6] AlCl3

14.29. Алюминиевая бронза, используемая в машиностроении, содержит 11 % мас. алюминия и представляет собой твердый раствор алюминия в меди. Сколько 60 %-ной азотной кислоты потребуется для растворения 1 г этой бронзы?

Ответ: 11,2 г.

14.30. Хлорид железа (III), применяемый для травления медных форм глубокой печати и печатных радиосхем, получают окислением хлорида железа (II) хлором. Написать уравнение реакции и рассчитать, какойобъемхлора (прин. у.) потребуетсядляполучения3,25 кгхлорида железа (III), если выход продукта составляет 80 %.

Ответ: 0,28 м3.

170

171

Раздел 15. СПЛАВЫ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙАНАЛИЗ

Сплавыметаллов– этоматериалысметаллическимисвойствами, состоящиеиздвухилиболеекомпонентов, изкоторых, покрайнеймере, один – металл. Основным способом их получения является сплавление компонентов до жидкого однородного расплава с последующим охлаждением. Установлено, чтовпроцессекристаллизациижидкихрасплавов могут:

1)выделяться кристаллы исходных компонентов;

2)образовываться химические соединения;

3)образовываться твердые растворы, при этомдля однихметаллов ихвзаимнаярастворимостьвтвердомсостояниинеограниченна, другие же растворимыдругвдругелишь доопределеннойконцентрации(ограниченная растворимость в твердом состоянии).

При изучении свойств двухкомпонентных сплавов большое значение имеют диаграммы состояния, характеризующие состояние сплавовразличногосоставаприразличныхтемпературах. Диаграммысостоянияполучаютэкспериментальнымпутемметодомтермическогоанализа. Суть метода рассмотрим на простейшем случае, когда компоненты А

иВдвойнойсистемыне образуютмеждусобойхимическихсоединений

итвердыхрастворовивыделяютсявчистомвидеприохлаждении. Если расплавить чистый компонент А и наблюдать понижение температуры t жидкоговещества через определенныепромежуткивремени, тополучаем кривую охлаждения 1 (рис. 6), состоящую из двух понижающихся ветвей, соединенных горизонтальным участком.

Верхняя и нижняя ветви изображают охлаждение вещества в жидком и твердом состояниях. Характерная горизонтальная площадка отвечает остановке показаний термометра вследствие выделения скрытой теплоты плавления при переходе из жидкого состояния в твердое кристаллическое. При добавлении к компоненту А последовательно возрастающего количества второго компонента В температура плавления смесейбудетпонижаться, поэтомунасоответствующихкривыхохлаждения перегибы, указывающие начало выделения кристаллов А из расплава, будут происходить при постепенно понижающихся температурах

(см. рис. 6, линии2, 3). Наэтихкривыхнаблюдаютсяещевторыеперегибы, которые отвечают окончательной кристаллизации расплава с одновременным выделением кристаллов Аи Впри постоянной температуре, одинаковой для всех двойных смесей. Для одного расплава определенного состава кривая охлаждения (4) имеет одну ярко выраженную остановкуЕ, отвечающуюкристаллизациипри постояннойтемпературе. Такойлегкоплавкийсплавполучилназваниеэвтектическогоилиэвтектики (от греч. eutёktos – легко плавящийся). Аналогичные кривые охлаждения наблюдаются, если ко второму компоненту В прибавлять возрастающие количества А(см. рис. 6, линии 7, 6, 5). Окончательнаякристаллизациярасплавапроисходитпритойжепостояннойэвтектическойтемпературе.

Рис. 6. Построение диаграммы по кривым охлаждения

Геометрические места температур t начальной кристаллизации в зависимости от состава х дают диаграмму плавкости, которая состоит из двух ветвейАЕи ВЕ, пересекающихсявэвтектической точке Е. Горизонтальная линия, проходящая через эту точку, определяет температуру окончания кристаллизации расплавов различных составов.

Аналогично получают диаграммы состояния других типов. Двухкомпонентные диаграммы состояния строятся в координатах:

температура (ось ординат) – концентрация (содержание) компонентов

172

173

(осьабсцисс). Цифрыпоосиабсциссуказываютсодержаниекакого-либо компонента, чаще всего в % мас. Содержание другого компонента находится по разности: % A 100 % B

Как уже отмечалось, при охлаждении расплава двух компонентов могут образовываться кристаллы исходных компонентов, химические соединения или твердые растворы с ограниченной или неограниченной растворимостьювтвердомсостоянии. Взависимостиотэтогосуществуют отдельные типы диаграмм состояния, каждый из которых определяется наиболее характерным набором элементов строения диаграммы и рассмотрендалее.

Вертикалью состава называется перпендикуляр, опущенный излюбойточкидиаграммынаоськонцентрацийиливосстановленныйк ней из какой-либо точки этой оси. Всем точкам этого перпендикуляра соответствует один и тот же состав с одинаковым содержанием компонентов.

Изотермаминадвухкомпонентныхдиаграммахсостоянияявляются прямые, проведенные параллельно оси концентраций.

Составыбинарныххимическихсоединенийобозначаютсяточками на осиконцентраций (например, А1В1, А2В2 и т. д.), отражающимисодержание компонентов в этих соединениях. Каждому химическому соединению соответствует своявертикаль состава. В зависимости от характерапроцесса, происходящегопринагреваниисоединенийивозникающих приэтомфазах, различаюттритипахимическихсоединений: плавящиеся без разложения (конгруэнтно), плавящиеся с разложением (инконгруэнтно) и разлагающиеся (или образующиеся) при изменении температуры в твердом состоянии. Плавление без разложения означает, что при плавлении кристаллического соединения определенного состава образуется только жидкость (расплав) того же состава; при плавлении с разложением образуется жидкость и выделяются кристаллыдругого соединения, при этом составы как жидкости, так и образующегося соединения отличаются от состава исходных кристаллов; к третьему типусоединений относятся соединения, которые еще до образования жидкой фазы разлагаются(или образуются) при изменении температуры в твердом состоянии.

Линияликвидуса(отлат. liquidus – жидкий) – графическоеизображение зависимости температур начала кристаллизации расплавов от их химического состава, представляет собой совокупностьточек, отвечающих температурам начала кристаллизации расплавов соответствующих

составов при их охлаждении или температурам конца плавления твердых материалов при нагревании. Эта линия является границей между областью существования системы в однофазном жидком состоянии и областью существования двух фаз: жидкой и твердой.

Линия солидуса (от лат. solidus – твердый) – графическое изображение зависимости температур конца равновесной кристаллизации расплавовотихсостава. Онапредставляетсобойсовокупностьточек, отвечающих температурам конца кристаллизации расплавов при их охлаждении или температурам начала плавления при нагревании, и является границей между областью присутствия в системе жидкой и твердойфаз и областью, в которой все фазы находятся в твердом состоянии.

Точка эвтектики – пересечение двух ветвей линии ликвидуса – отвечаетсамомулегкоплавкомусоставуопределеннойобластидиаграммысостояния, которыйназываетсяэвтектическим. Плавлениеиликристаллизация эвтектических составов происходит (начинает и заканчивается) при одной и той же строго постоянной и минимальной (по сравнению со всеми другими составами) температуре, называемой эвтектической. Расплавы эвтектических составов кристаллизуются с одновременным выделением кристаллов двух видов, так как точка эвтектики принадлежит сразу двум областям первичного выделения кристаллов разноговида. Эвтектоиднаяточкааналогичнаточкеэвтектики. Отличиезаключаетсявтом, чтоприкристаллизациирасплавовэвтектоидных составов одновременно выделяются кристаллы двух твердых растворов с максимально возможными концентрациями компонентов в твердом состоянии. Эвтектоидные точки присутствуют в системах с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.

Конноды – это отрезки, являющиеся частью изотерм, соединяющие своими концами точки составов равновесных фаз, т. е. это точки пересечения изотермы с линиями ликвидуса или солидуса.

Диаграммы состояния позволяют, прежде всего, определить для любого состава в данной системе путь кристаллизации и путь плавления. Подусловнымтермином«путькристаллизации» понимаетсяописываемаяна диаграммепоследовательностьфазовыхизменений иизмененийсоставовжидкойитвердойфазприохлаждениирасплаваданного состава; под «путем плавления» – та же последовательность, но для твердой смеси, подвергающейся нагреванию вплоть до ее полного расплавления. Следует отметить, что для одного и того же состава графи-

174

175