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⁺  M^Z+ + 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 M^IM^III(SO₄)₂12H₂O, где M^I – K, Na, NH₄⁺ и др., а M^III – Al, Cr, Fe и др. Квасцы – сильные электролиты, диссоциируют по типу двойных солей. Так, железоаммонийные квасцы диссоциируют по уравнению

NH₄ Fe (SO₄)₂12H₂O  NH₄⁺ + Fe³⁺ + 2SO₄^2– + 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(D_fH°_HgO) является энтальпией следующей реакции:

Hg_(ж)+O_{2 (г)}=HgO_(т),DH° = –90,6 кДж.

Нас интересует энтальпия процесса разложения этого оксида, т.е. реакции, обратной первой:

HgO_(т)=Hg_(ж)+O_{2 (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)+ 0,376O_{2 (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 + 4NH₃H₂O = 2[Ag(NH₃)₂]OH + 3H₂O.

1 моль 4 моль

Определяем количество вещества Ag₂Oв 58 г:

 моль.

Составим пропорцию:

1 мольAg2O	реагирует с	4 мольNH3H2O	(по уравнению реакции)
0,25 моляAg2O	реагируют с	х мольNH3H2O

Отсюда x= 1 моль (NH₃H₂O).

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+ 2eN^+^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⁺ + V₄O₉^2– + H₂O.

В сокращённой ионной форме:

4VO₂ + 2OH^– = V₄O₉^2– + H₂O.

Сумма коэффициентов этого уравнения равна 8.