Получение и химические свойства металлов

УРОВЕНЬ А

1. В приведенном ряду (Cd, Zn, Ni, Ca) расставить металлы в порядке увеличения их восстановительной способности в водном растворе.

Ответ: восстановительная способность металла тем выше, чем меньше величина его стандартного электродного потенциала (см. табл. 11.1). Поэтому восстановительная способность металлов будет возрастать в ряду

Металл	Ni	Cd	Zn	Ca
В	- 0,26	- 0,40	- 0,76	- 2,87

2. Из приведенного ряда (Cu, Ag, Mg, Ba) указать металлы, которые взаимодействуют с хлороводородной кислотой. Написать уравнения реакций.

Ответ: в соответствии с рядом стандартных электродных потенциалов разбавленные кислоты (кроме HNO₃) взаимодействуют только с металлами, у которых < 0. так как (см. табл. 11.1) = +0,34 В, = +0,8 В, = –2,34 В, = –2,90 В, то с хлороводородной кислотой взаимодействуют только Mg и Ba.

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂.

Ba + 2HCl = BaCl₂ + H₂.

3. Можно ли получить серебро и магний из водных растворов солей AgNO₃ и Mg(NO₃)₂ восстановлением цинком при стандартных условиях? Написать уравнение реакции.

Ответ: в соответствии с рядом стандартных электродных потенциалов металлы, у которых меньшее значение стандартных электродных потенциалов, вытесняют металлы с большим значением стандартных электродных потенциалов из водных растворов их солей. Находим стандартные электродные потенциалы (см. табл. 11.1):

, , .

Так как < < , то цинк восстанавливает серебро из раствора AgNO₃, а магний из раствора Mg(NO₃)₂ цинком не восстанавливается:

Zn + 2AgNO₃ = 2Ag + Zn(NO₃)₂.

УРОВЕНЬ В

Определить температуру, при которой возможен карботермический процесс

PbO_(к) + C_(к) < = > Pb_(к) + CO_(г).

Дано: Уравнение реакции	Решение   Приведенный процесс будет возможен, когда относительное давление оксида углерода (II) будет равно т.е. РСО = 1.
Т – ?

Поскольку К_р = Р_СО = 1, то температуру, при которой будет соблюдаться это условие, можно определить из уравнения

–2,303RT lgK_p = Δ_rHº(298 K) – Δ_rSº(298 K).

Так как lgK_P = lg1 = 0, то 0 = Δ_rНº(298 K)1000 – ТΔ_rSº(298 K)

Откуда ,

где 1000 – коэффициент перевода килоджоулей в джоули.

Δ_rHº(298 K) и Δ_rSº(298 K) определим по первому следствию из закона Гесса. Подставим табличные данные в уравнение:

PbO_(к) + C_(к) < = > Pb_(к) + CO_(г)

Δ_fHº(298 K) –219,3 0 0 -110,5

кДж/моль

Sº(298 K) 66,1 5,7 64,9 197,5

Дж/моль К ·

Δ_rHº(298 K) = –110,5 – (–219,3) = 108,8 кДж,

Δ_rSº(298 K) = 197,5 + 64,9 – 5,7 – 66,1 = 190,6 Дж/К.

.

Ответ: процесс возможен при нагревании с Т =571 К.

Вычислить массовую долю оксида цинка в смеси с цинком, если при взаимодействии 7,27 г смеси с водным раствором щелочи выделилось 1,12 л водорода (н.у.).

Дано: Смесь Zn и ZnO mсмеси = 7,27 г Vо( ) = 1,12 л	Решение   .   mZnO = mсмеси – mZn.
ωZnО – ?

Поскольку водород выделяется только при взаимодействии цинка с водным раствором щелочи, то массу цинка определяем из уравнения реакции:

Zn + 2H₂О + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

Zn – 2e = Zn²⁺ 1

H⁺ + e = H 2

Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + 2H

Составляем пропорцию:

65,4 г Zn 22,4 л Н₂

m_Zn 1,12 л Н₂,

где М_Zn = 65,4 г/моль.

m_Zn = .

m_ZnО = m_смеси – m_Zn = 7,27 – 3,27 = 4 г.

.

Ответ: .

Рассчитать константу равновесия в реакции цементации

CuSO_4(р-р) + Fe_(к) < = > FeSO_4(р-р) + Cu_(к),