Головна ⇒ 📌Довідник з хімії ⇒ Розв’язування типових задач Метали та сплави – МЕТАЛИ ПОБІЧНИХ ПІДГРУП

Розв’язування типових задач Метали та сплави – МЕТАЛИ ПОБІЧНИХ ПІДГРУП

ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 14. МЕТАЛИ ПОБІЧНИХ ПІДГРУП

§14.10. Розв’язування типових задач Метали та сплави

Задача 1. Відновлюючи вугіллям сполуку Fe(CrO2)2 (хромистий залізняк), добувають сплав ферохром, який використовують у металургії. Визначте масову частку хрому в цьому сплаві, вважаючи, що інших компонентів, крім феруму та хрому, він не містить.

Розв’язання. Вибираємо для розрахунків зразок хромистого залізняку кількістю речовини 1 моль, тобто n7 = 1 моль.

З формули сполуки випливає:

N( Fe) = n ; n(Fe) = 1 моль;

N(Cr) = 2n ; n(Cr) = 2 моль,

Де n(Fe) і n(Сr) – кількості речовин заліза та хрому, які містяться у вибраному зразку сполуки.

Визначаємо маси заліза та хрому, які будуть добуті з 1 моль Fe(CrO2)2:

M(Fe) = (Fe) M (Fe); m(Fe) = 1 ∙ 56 = 56 (г);

M(Cr) = n(Сr) M (Сr); n(Сr) = 2 ∙ 52 = 104 (г).

Маса добутого сплаву ферохрому складається з мас двох металів: m (сплаву) = m (Fe) + m (Сr); m (сплаву) = 56 + 104 = 160 (г). Обчислимо масову частку хрому в добутому ферохромі:

Задача 2. Молярна маса іодиду металу Меl3 у 4 рази більша за молярну масу оксиду цього металу Мe2О3. Визначте цей метал.

Розв’язання.

Молярна маса іодиду металу становить:

M (Меl3) = М (Me) + ЗM(l);

M(Меl3) = х + 3 ∙ 127 = х + 381 (г/моль),

Де х – молярна маса металу.

Представимо в такому самому вигляді молярну масу оксиду металу:

М (Ме2О3) = 2М (Me) + 3M(О);

М(Ме2О3) = 2х + 3 ∙ 16 = (2х + 48) (г/моль).

З умови задачі виходить:

Розв’язуючи дане рівняння, одержуємо, що х = 27, тобто М (Me) = 27 г/моль. Цей метал – алюміній.

Задача 3. Сплав дюралюмін містить алюміній, магній і мідь. Для аналізу взято шматок сплаву масою 6,8 г. Цей шматок занурили в хлоридну кислоту і одержали водень об’ємом 8,176 л (н. у.) та нерозчинний осад масою 0,2 г. Обчисліть масові частки металів у сплаві.

Розв’язання. З трьох. компонентів сплаву з хлоридною кислотою реагують лише алюміній і магній:

2Аl + 6НСl = 2АlСl3 + ЗН2; (а)

Mg + 2НСl = МgСl2 + Н2. (б)

Нерозчинний осад – це мідь, отже, m(Сu) = 0,2 г.

Обчислюємо масу алюмінію і магнію в сплаві:

M(Аl + Mg) = m(сплаву) – m(Cu);

M(Аl + Mg) = 6,8 – 0,2 = 6,6 (г).

Визначаємо кількість речовини водню, добутого під час розчинення сплаву:

Введемо позначення: х – маса алюмінію в сплаві, тобто m(Аl) = х г; у – кількість речовини водню, добутого за реакцією (а), тобто nа(Н2) = у моль. Тоді маса магнію дорівнюватиме:

M(Мg) = m(Аl + Мg) – m(Аl);

M(Мg) = (6,6 – х) (г).

Кількість речовини водню, добутого за реакцією (б), дорівнюватиме:

Nб(Н2) = n(Н2) – nа(Н2);

Nб(Н2) = (0,365 – у) (моль).

Обчислюємо кількість речовини магнію і алюмінію:

Із рівняння реакції (а) випливає:

Aбо (в)

Із рівняння реакції (б) випливає:

N(Мg) = nб(Н2)

Або

(г)

Розв’язуючи систему рівнянь (в) і (г), одержуємо, що х = 6,48, тобто m(Аl) = 6,48 г. Тоді

M(Al) = m(Al + Mg) – m(Аl);

M(Mg) = 6,6 – 6,48 = 0,12 (г).

Обчислюємо масові частки металів у сплаві:

Ряд стандартних електродних потенціалів

Задача 1. Які речовини і в якій послідовності виділяються на катоді при електролізі водного розчину суміші солей: KNO3, Zn(NO3)2 та AgNO3?

Розв’язання. Найлегше відновлюються на катоді іони металу з найбільш позитивним електродним потенціалом. За табл. 12.1 визначаємо:

Е°К+/К = -2,92В; Е°Zn2+/Zn = -0,76 В; E°Ag+/Ag = +0,80 В.

Отже, у першу чергу на катоді будуть відновлюватися іони аргентуму і виділиться металічне срібло:

Аg+ + е – = Аg;

Слідом за ними відновляться іони цинку, утворивши металічний цинк:

Zn2+ + 2е – = Zn.

Іони калію належать до таких катіонів, відновлення яких неможливо здійснити у водному розчині. Тому після відновлення іонів аргентуму та цинку на катоді відновлюватимуться молекули води з утворенням гідроксид-іонів та молекулярного водню:

2Н2О + 2е – = 2OН – + Н2.

Задача 2. Чи буде взаємодіяти залізо з водними розчинами: 1 М нітрату плюмбуму(ІІ), сульфатної кислоти, 1М хлориду калію (див. § 5.1)?

Розв’язання. Стандартний електродний потенціал залізного електрода E°Fe2+/Fe = -0,44 В (див. табл. 12.1), що більше, ніж стандартний електродний потенціал калієвого електрода (Е°K+/K = -2,92 В), і менше від електродних потенціалів свинцевого (E°Рb2+/Рb = -0,13 В) та водневого (Е°2Н+/Н2-0,13 В) електродів. Отже, залізо не буде взаємодіяти з розчином хлориду калію, але взаємодіятиме з розчинами нітрату плюмбуму(ІІ) та сульфатної кислоти:

Fe + Рb(NО3)2 = Fe(NO3)2 + Pb;

Fe + H2SO4 = FeSO4 + Н2.

Задача 3. Цинкову пластинку масою 12 г помістили у розчин ацетату плюмбуму(II. Через деякий час маса пластинки збільшилася на 3,55 г. Обчисліть масу свинцю, який виділився, і масу цинку, що розчинився.

Розв’язання. Стандартні електродні потенціали цинкового та свинцевого електродів становлять:

E°Zn2+/Zn = -0,76 В; E°рb2+/рb = -0,13 В.

Отже, у розчині відбувається заміщення плюмбуму на цинк:

Zn + Рb(СН3СОО)2 = Zn(CH3COO)2 + Pb.

Позначаємо зміну маси пластинки символом ∆m, тобто ∆m = 3,55 г. Зміна маси відбулася внаслідок того, що цинк частково розчинився, а свинець (більш важкий метал) осів на пластинці, тобто∆m = m (Рb)- m(Zn);

M(Рb) – m(Zn) = 3,55 (г), (a)

Де m (Pb) – маса свинцю, який утворився, а m (Zn) – маса цинку, що розчинився.

Виражаємо кількості речовин цинку та свинцю, які брали участь у реакції, через їх маси: