Химические свойства металлов

Примеры решения задач

Пример 1. Как изменяется полярность ковалентных связей в двуатомных молекулах различных галогенидов лития и цезия? Как количественно определить степени ионности соответствующих связей, а также их энергии диссоциации и тепловые эффекты отвечающих им реакций, исходя из значений электроотрицательностей элементов и энергий диссоциации гомоатомных связей (см. табл. 6 Приложения)?

Решение. Полярность (p) ковалентной σ-связи – это количественная мера смещения области перекрывания электронных облаков двух атомов по направлению к более электроотрицательному из них вдоль линии, соединяющей ядра. Грубая оценка полярности может быть осуществлена путём деления опытных величин дипольных моментов связей на плечо диполя, т.е. расстояние между центрами положительного и отрицательного связанных зарядов. Качественный вывод о величинах p может быть сформулирован на основе учёта электроотрицательностей (ЭО, χ) по шкале Лайнуса Полинга: наибольшей абсолютной разностью ЭО Δ χ и, следовательно, полярностью характеризуется связь между наиболее типичным металлом, расположенном в левом нижнем углу Периодической системы - цезием ( ) и наиболее типичным неметаллом, находящимся в правом верхнем углу той же таблицы – фтором ( ). Поэтому все другие парные комбинации химических связей (ХС) атомов щелочных металлов (ЩМ) и галогенов (Г) характеризуются меньшими величинами Δ χ и p, хотя они также относятся к разряду ХС условно ионного типа (p > 0,5). При этом количественно полярность ХС может быть аппроксимилирована относительной разностью ЭО:

Степень ионности ХС (i), т.е. относительный эффективный заряд на атоме ( ), возникший вследствие установления ХС, - это объёмная характеристика, которая однозначно связана с ковалентностью (с) и полярностью:

.

Энергия диссоциации ХС может быть вычислена по модифицированной формуле Полинга:

(эВ)

( и - энергии диссоциации соответствующих ковалентных связей в гомоатомных соединениях).

Ниже указаны результаты вычислений значений i и химических связей в рассматриваемых соединениях между двумя атомами, которые соответствуют изложенным выше представлениям о роли полярности ХС, а также тепловые эффекты ( ) (или энергии смешения) отвечающих им реакций между щелочными металлами и галогенами:

.

Степени ионности (%) связей в двухатомных галогенидах лития и цезия

Г M	F	Cl	Br	I	At
Li Cs

Вычисленные энергии диссоциации (эВ) связей в двуатомных галогенидах лития и цезия

Г M	F	Cl	Br	I	At
Li Cs	5.97 (5.98) 5.57 (5.39)	4.92 (4.91) 4.47 (4.54)	4.41 (4.41) 4.05 (4.04)	3.70 (3.70) 3.43 (3.47)	2.87   2.70

В круглых скобках указаны соответствующие опытные данные.

Тепловые эффекты химических реакций (-ΔH, эВ) лития и цезия с галогенами

Г M	F	Cl	Br	I	At
Li Cs	4.59 (4.58) 4.52 (4.34)	3.09 (3.08) 2.98 (3.05)	2.84 (2.84) 2.82 (2.81)	2.35 (2.35) 2.42 (2.46)	1.69   1.86

Для перевода указанной энергии в кДж/моль следует умножить приведённое значение на переводный коэффициент 96,487.

В скобках указаны соответствующие экспериментальные данные.

Из приведённых выражений и указанных данных следует, что энергии химических связей металлов с неметаллами зависят не только от разности электроотрицательностей, но и от величин ЭО неметаллического атома. Как видно, последние существенным образом влияют и на тепловые эффекты реакций с участием металлов, в которых всё же превалирует вклад ковалентной связи и, более очевидным образом, выявляется природа неметалла.

Пример 2. Будут ли происходить изменения в водном растворе гидроксида калия, если опустить в них кусочки двухвалентных s-металлов: а) бериллия, б) кальция? Составьте уравнения возможных реакций в молекулярной и электронной формах.

Решение. Оба металла являются элементами IIА – подгруппы, однако лишь кальций проявляет типично металлические свойства.

а) Поскольку бериллий – это амфотерный металл, то он растворим в водно-щелочной среде:

2 1; восстановитель, окисляется

2 1; окислитель, восстанавливается

В итоге образуется водорастворимое комплексное соединение – тетрагидроксобериллат калия. Координационное число катиона бериллия, являющегося комплексообразователем, равно четырём. Акцепторные свойства обусловлены наличием четырёх вакантных атомных орбиталей на его внешнем уровне: одной 2s-АОи трёх 2p-АО.

б) Кальций не реагирует с гидроксидом калия, являющимся типичным основанием. Однако этот металл взаимодействует с растворителем – водой:

2 1; восстановитель, окисляется

2 1; окислитель, восстанавливается

В ходе реакции образуется другая щёлочь – гидроксид калия (или гашёная известь).

Пример 3. Сравните между собой электронное строение атомов металлов цезия, бария и лантана, а также их поведение по отношению к кислороду и воде.

Решение. Рассматриваемые элементы соседствуют в шестом периоде таблицы Менделеева; они расположены соответственно в IA, IIA и IIIB – подгруппах. В той же последовательности ослабляются металлические свойства. Цезий (Cs,… ) – щелочной s-

металл с минимальной электроотрицательностью 0,65 (см. табл. 5 Приложений). Поэтому он наиболее «металличен» и очень энергично взаимодействует как с кислородом (до ), так и с водой (до ). Барий ( ) – щелочноземельный s-металл с ЭО, равной 0.9 . Он также энергично взаимодействует с (до BaO) и с (до ), но более слабо, чем Cs. Лантан (La,… ) – редкоземельный d-металл с ЭО, равной 1,1 . Он также взаимодействует как с (до ), так и с (до ), но ещё слабее, чем Cs и Ba.

Контрольные задания

322. Какая связь существует между восстановительной способностью металлов и их положением в периодической системе? Объясните, почему в водных растворах восстановительную способность можно оценить, используя ряд напряжений металлов, по величине стандартного электродного потенциала. Укажите примеры любых четырёх металлов, вытесняющих кобальт из растворов его солей. Назовите причину этого явления и приведите уравнение электронного баланса одной из соответствующих реакций.

323.Какие периодические характеристики химических элементов могут служить в качестве меры проявления их металлических свойств? У каких элементов из сравниваемых ниже пар металлические свойства выражены более заметно : а) Be и Mg , б) Mg и Al? Из указанных трех металлов выберите те, которые растворимы не только в кислотах, но и в сильных основаниях (щёлочах). Ответ аргументируйте, а также проиллюстрируйте его уравнениями соответствующих реакций в молекулярной и ионной формах.

324. Как зависит сила оснований от «металличности» образующих их элементов? Приведите примеры сильных и слабых оснований, а также оснований средней силы; выделите среди них амфотерные основания и назовите причину проявлений амфотерности. Составьте уравнения реакций между произвольно выбранным амфотерным гидроксидом металла и сильным основанием (щёлочью) в молекулярной и ионной формах.

325.В каком из растворов – NaOH или NH₄OH – можно растворить осадок AgCl? Напишите уравнение соответствующей реакции в молекулярной и ионной формах.

326. Объясните различия восстановительной способности атомов в ряду металлов IA-подгруппы, исходя из значений энергии ионизации и электроотрицательности . Какой из щелочных металлов наиболее энергично взаимодействует с водой, галогенами, амфотерными металлами? Составьте уравнения реакций этого металла и H₂O в молекулярной и электронной формах.

327. Опишите наблюдаемые особенности поведения металлов при взаимодействии их с разбавленной и концентрированной серной кислотой. Какие металлы и почему окисляются концентрированной H₂SO₄? Как различаются продукты окисления в зависимости от активности реагирующего металла? Приведите молекулярные и электронные уравнения реакций магния с разбавленной и концентрированной серной кислотой. Назовите также металлы, которые с ней не реагируют.

328. Сплав серебра с медью (биллон) подвергали последовательному воздействию азотной и соляной кислот. В каком из растворов – едкого натра или нашатырного спирта - можно растворить выпавший осадок? Составьте уравнения осуществимых реакций в молекулярной и ионной формах.

329. Как ведут себя различные металлы в отношении разбавленной и концентрированной азотной кислоты? В каких случаях, как и почему результат этого воздействия зависит от активности металла? Приведите примеры реакций одного из металлов с разбавленной и концентрированной HNO₃; составьте соответствующие уравнения электронного баланса. Назовите те металлы, которые не реагируют с этой кислотой.

330. Осуществите следующие превращения: Hg HgSO₄ HgO HgCl₂ HgO. Для окислительно-восстановительных реакций приведите уравнения электронного баланса, реакции ионного обмена запишите в молекулярной и ионной формах.

331. Навески сплава двух металлов – алюминия и кальция – подвергали воздействию воды, соляной и азотной кислот, а также водного раствора AlCl₃. В каком из названных случаев и почему не наблюдалось полного перехода металлической массы в раствор? Составьте уравнения осуществимых реакций в молекулярной форме, дополните их, где необходимо, уравнениями электронного баланса.

332. Осуществите следующие превращения: Pb Pb²⁺ [Pb(OH₄)]^2-; составьте уравнения соответствующих реакций. Учтя электронную формулу иона Pb²⁺, покажите, какие его вакантные орбитали участвуют в образовании донорно-акцепторных связей в комплексном катионе. Какой геометрической структурой характеризуется этот ион?

333.Рассчитайте величины полярностей, степеней ионности и энергий диссоциации химических связей в двухатомных соединениях лития и цезия с благородными металлами (Cu, Ag, Au), а также вычислите соответствующие энтальпийные эффекты реакции (теплоты образования) их синтеза из двухатомных молекул исходных простых веществ. При вычислениях используйте данные об электроотрицательностях и энергиях диссоциации, приведенные в зад. № 324 и табл. 5 Приложений.

Ответ: вычисленные теплоты образования LiCu, LiAg, LiAu, CsCu, CsAg и CsAu равны соответственно -0,50; -0,665; - 1,585; -0,60; -0,82 и -1,60 (эВ).

334. Будет ли вытесняться водород из воды при контакте ее с медью? Составьте уравнения возможных реакций:

а) Cu + HCl; в) Cu + HCl (конц.);

б) Cu + HNO₃ (конц.); г) Cu + HCl + O₂.

Составьте для них уравнения электронного баланса. Объясните причину невозможности протекания остальных реакций.

335. Металлический кобальт обычно извлекают из руды, содержащей CoS₂. Укажите полные уравнения реакций, описывающие следующие технологические процессы: а) обжиг (для получения оксида металла); б) выплавку; в) электролитическое рафинирование.

336. Сравните отношение кадмия и висмута к разбавленным и концентрированным кислотам: а) HCl; б) H₂SO₄; в) HNO₃. Укажите схемы соответствующих превращений, дополните их уравнениями электронного баланса.

337. Серебро и золото, как известно, хорошо растворяются при определенных условиях в водных растворах цианида калия. Назовите эти условия и объясните причину растворимости указанных металлов. Используя метод электронно-ионного баланса, запишите соответствующие уравнения реакций, расставьте в них стехиометрические коэф-

фициенты.

338. Предложите способ очистки сточных вод, в которых присутствуют токсичные примеси ионов ртути, кадмия, цинка, свинца, олова. Укажите уравнения соответствующих реакций в молекулярной и ионно-электронной формах.

339. Осуществите следующие превращения:

Sn Sn(NO₃)₂ Sn(OH)₂ SnCl₂ SnCl₄ Sn.

Для окислительно-восстановительных реакций приведите уравнения электронного баланса; реакции ионного обмена запишите в молекулярной и ионной формах.

340. Ржавая окраска на поверхности водосливных раковин и других резервуаров обусловлена отложением нерастворимого в воде гидроксида железа (III). Предложите химический способ очистки от ржавчины; составьте соответствующие уравнения реакций.

341. Объясните, как будут реагировать с избытком NaOH растворы следующих солей: а) BeCl₂; б) MgCl₂; в) ZnCl₂; г) NaHCO₃; д) CuOHCl. Укажите уравнения протекающих реакций в молекулярной и ионной формах.

ПОЛИМЕРЫ

Введение

Полимеры получают реакциями: полимеризации и поликонденсации.

Полимеризация – процесс последовательного соединения одинаковых молекул (мономеров) в более крупные. Например, из этилена образуется высокомолекулярное вещество – полиэтилен. Соединение молекул этилена происходит по месту разрыва двойной связи:

CH₂ = CH₂ + CH₂ = CH₂ +… ® - CH₂ – CH₂ - + - CH₂ – CH₂ +… ® - CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ - …

или сокращенно:

n (СH₂ = CH₂) ® (- CH₂ – CH₂ -) n

Продукт реакции полимеризации называется полимером, а исходное вещество, вступающее в реакцию полимеризации, называется мономером.

Полимер – вещество с очень большой молярной массой. Число, показывающее количество мономеров, образующих данную макромолекулу, называется степенью полимеризации. Полимеризация происходит без образования побочных продуктов. Полимеризация характерна для соединений с кратными (двойными, тройными) связями.

В реакции полимеризации могут участвовать различные мономеры. Такая полимеризация называется сополимеризацией.

Примеры решения задач

Пример. Составим схему сополимеризации этилена и бутадиена:

Решение.

n (CH₂ = CH₂) + n (CH₂ = CH – CH = CH₂-) ® (-CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH = CH – CH₂-) n

полиэтиленбутадиеновый каучук

Поликонденсация – процесс образования полимеров из низкомолекулярных соединений, содержащих две или несколько функциональных групп (спиртовой, альдегидной, кетонной, карбоксильной и др.), сопровождающийся выделением низкомолекулярных веществ, таких как, вода, аммиак, галогеноводороды и др. Состав элементарного звена полимера отличается от состава исходного мономера.

Пример. Составим схему поликонденсации аминокапроновой кислоты.

O O

|| ||

n ( NH₂ – (CH₂)₅ – C - OH ) ® [ - NH – (CH₂)₅ – C - ] _n + n H₂O

полиаминокапроновая кислота

Контрольные задания

342. Составьте схему получения каучука из изопрена.

343. Назовите вещество, получающееся при полимеризации винилхлорида. Составьте схему полимеризации винилхлорида.

344. Составьте схему полимеризации: а) метилакрилата и б) метилметакрилата.

345. Что такое полимеризация, поликонденсация? Чем отличаются эти реакции друг от друга? Приведите примеры.

346. Какой полимер получается при полимеризации дивинила? Составьте схему полимеризации.

347. Составьте схему полимеризации пропилена.

348. Какое вещество можно получить при полимеризации стирола? Напишите схему реакции.

349. Составьте схему полимеризации винихлорида.

350. Органическое стекло представляет собой полимер сложного эфира, получаемого из метилового спирта и метакриловой кислоты (простейшей непредельной одноосновной кислоты). Напишите уравнение реакции получения оргстекла.

351. Как изменяются свойства каучука при вулканизации? Приведите пример вулканизации дивинилстирольного каучука.

352. Капролактам – продукт взаимодействия карбоксильной группы и аминогруппы внутри молекулы аминокапроновой кислоты. Напишите реакцию получения поликапролактама.

353. Составьте схему образования каучука из бутадиена и стирола. Как называется такая реакция?

354. Полимером какого непредельного углеводорода является натуральный каучук? Напишите структурную формулу этого углеводорода и его полимеризацию.

355. Составьте схеме сополимеризации этилена и стирола.

356. Водный 40% раствор формальдегида (HCOH) носит название «формалин». При упаривании или длительном хранении происходит полимеризация формальдегида. Напишите схему процесса полимеризации.

357. Как называется процесс превращения каучука в резину? Чем по строению и свойствам отличаются каучук и резина? Приведите структурную формулу вулканизированного каучука.

358. Составьте схему получения полихлорвинила.

359. Составьте схему поликонденсации фенола C₆H₅OH и формальдегида HCOH.

360. Составьте схему полимеризации стирола C₆H₅CHCH₂.

361. Составьте схему полимеризации тетрафторэтилена.

ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

Примеры решений задач

Пример 1.Рассмотрите строение частицы дисперсной фазы, образуемой в ходе реакции ионного обмена в водной среде при медленном приливании: а) раствора KI к раствору , б) раствора к раствору KI. Поясните, чем отличаются структурные формулы мицелл золей в указанных двух случаях?

Решение. Медленное приливание одного раствора к другому всегда обусловливает избыточную концентрацию в системе ионов последнего. В обоих случаях первоначально образуется кристаллический агрегат ( , на основе которого впоследствии формируется гидрозоль йодида серебра. Согласно правилу Фаянса – Панета указанный микрокристалл адсорбирует своей поверхностью лишь те ионы, которые входят в состав агрегата и, при этом, в растворе находятся в избытке. В случае а), когда в избытке потенциалоп-

ределяющие катионы серебра, образуется частица ( , , называемая ядром мицеллы. В этом случае к положительно заряженному ядру мицеллы кулоновскими силами притягиваются противоионы , которые дополняют адсорбционный слой (непосредственно примыкая к ядру), а также образуют диффузный (размытый) слой, находящийся за пределами положительно заряженной гранулы (в диффузном слое концентрация ионов снижается при увеличении расстояния от ядра).

Коллоидная частица (или гранула) совместно с противоионами адсорбционного слоя составляет электронейтральную мицеллу . При этом противоионы диффузного слоя ( ) под воздействием электростатического поля могут отрываться от мицеллы по так называемой плоскости скольжения; тогда положительно заряженная гранула передвигается к катоду.

В случае б), когда золь йодида серебра был получен путём приливания раствора к избытку раствора KI, ввиду избытка анионов , являющихся потенциалопределяющими, заряд гранулы отрицателен, и во внешнем электрическом поле она будет перемещаться к аноду. В этом случае иной будет и структурная формула мицеллы золя: .

Следует иметь в виду, что в обоих случаях (а) и б)) в составе как диффузного, так и адсорбционного слоя находятся также молекулы растворителя - .

Пример 2.Как получить золь гидроксида железа (III) при гидролизе хлорида железа (III)?

Решение. - это слабое основание; при гидролизе по катиону, который усиливается в результате кипячения раствора, образуется избыток растворимого в воде оксохлорида железа (III):

В ионно-молекулярной форме это уравнение имеет вид:

В результате кипячения исходного раствора в определённой мере реализуется также заключительная ступень гидролиза и выделяется незначительное количество гидроксида железа (III):

.

В итоге образуется золь гидроксида железа (III), стабилизатором в котором является хлорокись железа:

При этом, как видно, коллоидные частицы заряжены положительно.

Контрольные задания

362. Какой объем 0,002 н. раствора BaCl₂ надо добавить к 0,02 л 0,003 н. раствора K₂CrO₄, чтобы получить положительно заряженные частицы золя BaCrO₄? Составьте формулу мицеллы золя.

Ответ: 30 мл.

363. Золь Mg₃(РО₄)₂ получен при добавлении к 0,03 л 0,02 н. раствора Na₃PO₄ 0,01 л 0,04 н. раствора MgCl₂. Укажите формулу мицеллы золя.

364. Какой объем 0,0025 н. раствора KI надо добавить к 0,035 л 0,003 н. раствора Pb(NO₃)₂, чтобы получить золь PbI₂, противоионы которого двигались бы в электрическом поле к аноду? Напишите формулу мицеллы золя.

Ответ: 42 мл.

365. Какой объем 0,001 н. раствора Na₂SO₄ надо добавить к 0,015 л 0,0003 н. раствора BaCl₂, чтобы получить отрицательно заряженные частицы золя BaSO₄? Напишите формулу мицеллы золя.

Ответ: 4,5 мл.

366. Золь HgI₂ получен смешиванием равных объемов 0,01 M раствора KI и 0,003 М раствора Hg(NO₃)₂. Напишите формулу мицеллы золя.

367. Золь Al(OH)₃ получен при добавлении к 0,025 л 0,02 н. раствора AlCl₃ 0,03 л 0,01 н. раствора NaOH. Напишите формулу мицеллы золя.

368. Золь Zn(OH)₂ получен при взаимодействии растворов КОН и ZnCl₂. Составьте формулу мицеллы золя, если противоионы движутся в электрическом поле к катоду.

369. Золь Cu(OH)₂ получен при взаимодействии растворов КОН и CuCl₂. Напишите формулу мицеллы золя, если известно, что противоионы движутся в электрическом поле к аноду.

370. Золь Ag₂S получен при добавлении к 0,03 л 0,003 н. раствора Na₂S 0,035л 0,001 н. раствора AgNO₃. Напишите формулу мицеллы золя.

371. Золь Fe(OH)₃ получен смешиванием равных объемов 0,002 н. раствора KOH и 0,003 н. раствора FeCl₃. Укажите формулу мицеллы золя.

372. Золь СuS получен смешиванием равных объемов 0,002 н. раствора K₂S и 0,001 н. раствора CuSO₄. Напишите формулу мицеллы золя.

373. Золь СdS получен смешиванием равных объемов 0,0015 н. раствора Cd(NO₃)₂ и 0,0002 н. раствора K₂S. Напишите формулу мицеллы золя.

374. Золь ВаСО₃ получен при добавлении к 0,02 л 0,003 н. раствора BaCl₂ 0,01 л 0,005 н. раствора Na₂CO₃. Укажите формулу мицеллы золя..

375. Золь Сr(OH)₃ получен смешиванием равных объемов 0,001 М раствора CrCl₃ и 0,002 н. раствора NaOH. Напишите формулу мицеллы золя.

376. Золь Са₃(РО₄)₂ получен смешиванием равных объемов 0,002 н. раствора CaCl₂ и 0,0015 н. раствора Na₃PO₄. Составьте формулу мицеллы золя.

377. Золь кремниевой кислоты H₂SiO₃ получен при взаимодействии растворов К₂SiO₃ и HCl. Укажите формулу мицеллы золя, если его противоионы движутся в электрическом поле к катоду.

378. Золь MnS получен при добавлении к 0,04 л 0,002 н. раствора Na₂S 0,02 л 0,003 н. раствора MnSO₄. Напишите формулу мицеллы золя.

379. Золь Ag₃PO₄ получен при взаимодействии растворов К₃PO₄ и AgNO₃. Напишите формулу мицеллы золя, если его противоионы движутся в электрическом поле к катоду.

380. Золь As₂S₃ получен смешиванием равных объемов 0,0004 н. раствора Na₂S и 0,0001 M раствора AsCl₃. Укажите формулу мицеллы золя.

381. Какой объем 0,002 н. раствора MgCl₂ надо добавить к 0,02 л 0,0025 н. раствора K₂S, чтобы получить положительно заряженные частицы золя MgS? Составьте формулу мицеллы золя.

Ответ: 25 мл.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

Введение

Раствор состоит из растворенного вещества и растворителя.

Концентрацией называется содержание растворенного вещества в единице массы или объема раствора.

Существует много способов выражения концентрации растворов: массовая доля, молярность, моляльность, нормальность и др.

Массовая доля вещества в растворе (w) – это отношение массы растворенного вещества к массе раствора.

w = m вещества / m раствора

Массовая доля вещества, выраженная в %, называется процентной концентрацией.

Молярность – число молей растворенного вещества в 1 л раствора. На практике ее выражают в моль/л.

С = n / V,

где n - количество вещества, моль;

V - общий объем раствора, л.

Моляльность – число молей растворенного вещества в 1000 г растворителя. Измеряется в молях на кг.

C_m = n / m,

где n - количество растворенного вещества, моль;

m – масса растворителя, кг.

Нормальность – число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора. Нормальность выражают в моль-экв./л.

С_н = n _{грамм-экв.} / V_р-ра ,

где

n _{грамм - экв.} – число грамм – экв., г/ моль;

V _р-ра - объем раствора, мл.

Примеры решения задач

Пример 1. В 150 г воды растворили 50 г KCl. Найти % концентрацию соли.

Решение. Масса раствора складывается из массы растворенного вещества (KCl) и растворителя (воды).

m _{раствора} = m _KCl + m _воды = 5 + 150 = 200 г

Находим массовую доля KCl в растворе

W = m _KCl / m р-ра

W =50 /200 = 0,25 или 25%-ый раствор.

Пример 2.При взаимодействии 16 г раствора H₂SO₄ с избытком раствора BaCl₂ выделяется осадок массой 5,7 г. Определить массовую долю H₂SO₄ , вступившую в реакцию.

Решение. Запишем уравнение реакции. Надпишем над формулами веществ, что дано и что неизвестно (с единицами измерения). Переведем количества веществ в те величины, которые указаны в условии задачи.

х г 5,7 г

H₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + 2HCl

1 моль/л 1 моль/л

молярная масса М: 98 г/моль 233 г/моль

По условию задачи BaCl₂ взят в избытке. Поэтому расчет ведем по H₂SO₄ (по недостатку вещества).

Найдем массу H₂SO₄ , необходимую для получения 5,7 г BaCl₂.

Составим пропорцию:

Из 98 г H₂SO₄ получаем 233 г BaSO₄ по уравнению реакции

Из х г H₂SO₄ - 5,7 г BaSO₄

Тогда х = 98 × 5,7 = 2,4 г

Найдем массовую долю H₂SO₄ в растворе

w = m вещества = 2.4 = 0,15 или 15%-ый раствор.

m раствора 16

Пример 3.Нанейтрализацию 50 мл раствора кислоты израсходовано 25 мл 0,5 н. раствора щелочи. Чему равна нормальная концентрация раствора кислоты?

Решение. Согласно закону эквивалентов вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных отношениях.

В реакции нейтрализации в точке эквивалентности действует равенство:

(С_н ×V)_{кислоты} = (С_н ×V)_щелочи

Отсюда С_{н. кислоты} = (С_н ×V)_щелочи / V_{кислоты} = 25 × 0,5/ 50 = 0,25 н

Пример 4.При разложении 42 г карбоната магния MgCO₃ образовалось 19 г оксида магния MgO. Чему равен выход MgO?

Решение. Если химические реакции по каким-либо причинам проходят не до конца и часть вещества не вступает в химическое взаимодействие, например, при обратимых реакциях или при наличии примесей, то количество продуктов реакции будет меньше теоретического, то есть рассчитанного по химическому уравнению. Количество продукта реакции, выраженное в % к теоретически ожидаемому, называется выходом продукта.

1). Составляем химическое уравнение:

42 г х г

MgCO₃ ® MgO + CO₂

n 1 моль 1 моль

M 84 г/моль 40 г/моль

m 84 г 40 г

2). Теоретическое количество MgO, выделяющееся при разложении 42 г MgCO₃, вычисляем на основе химического уравнения из пропорции

84 г MgCO₃ - 40 г MgO

42 г MgCO₃ - х г MgO

Отсюда: х = 42 × 40 = 20 г

3). Принимая 20 г MgO за 100% , определяем выход MgO

Выход продукта = m(теор) × 100% = 19 ×100 = 95 %

m(практ) 20

Ответ: выход MgО cоставляет 95 %

Контрольные задания

382.При добавлении хлорида бария к соляной кислоте выделяется осадок массой 5,7 г. Чему равна массовая доля и % концентрация HCl в этом растворе?

Ответы: 0,15 и 15 %

383. Смесь алюминия и меди массой 6 г залили соляной кислотой. Найдите массу прореагировавшего Al, если объем выделившегося газа составил 2,8 л. Рассчитайте % содержание Al в исходной смеси.

Ответ: 37,5 %

384. Какая масса кальция образуется при добавлении к 196 кг CaCl₂ алюминия, если выход продукта составляет 88%?

Ответ: 62,15 кг.

385. Какая масса NaOH получается в результате реакции 23 г. Na с избытком воды? Какая масса воды вступила в реакцию?

Ответы: 40 г и 18 г

386. Сколько граммов фосфата натрия получится при полной нейтрализации H₃PO₄ гидроксидом натрия NaOH, если известно, что массовая доля H₃PO₄ равна 20 %?

Ответ: 16,4 г

387. Какой объем водорода выделится при взаимодействии 196 г 40% раствора H₂SO₄ с цинком? Какое количество сульфата цинка при этом образуется?

Ответы: 17,92 л, 0,8 моль

388. Какой объем SO₂ образуется при сжигании серы в кислороде, если выход SO₂ составляет 80% от теоретически возможного?

Ответ: 896 л

389. При прокаливании медной проволоки массой 1г ее масса увеличивается (за счет массы кислорода из воздуха, который соединяется с медью). Найдите массу проволоки после прокаливания(образуется CuO).

Ответ: 1,25 г

390. Найдите объем водорода, выделившегося в ходе реакции:

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂

Известно, что масса Mg, взятого для реакции, была 60 г, содержание примесей в нем

20 %

Ответ: 44,8 л

391. Какое количество соли образуется при полном взаимодействии 40г 10 % раствора NaOH с H₂SO₄?

Ответ: 0,05 моль

392. Какой объем водорода получится в ходе реакции растворения 0,12 г кальция в воде, если выход газа составляет 80 % от теоретически возможного?

Ответ: 0,0538 л

393. Изделие из сплава меди и алюминия массой 0,27 г опустили в раствор соляной кислоты. Содержание меди в сплаве составляет 20 %. Найдите объем водорода, выделяющегося в ходе реакции, если выход газа составляет 85%.

Ответ: 0,2285 л

394. Неизвестный щелочной металл весом 23,4 г поместили в воду. В ходе реакции образовалось 6,72 л водорода. Определите, какой это металл.

395. Найдите массу H₂SO₄, необходимую для полной нейтрализации 40 г NaOH.

Ответ: 49 г

396. Для нейтрализации 30 мл 0,1 н. раствора щелочи потребовалось 12 мл раствора кислоты. Определите нормальность кислоты.

Ответ: 0,25 н.

397. При нагревании с избытком водорода 14 г металла, проявляющего в соединениях степень окисления +2, образуется 14,7 г гидрида металла. Назовите неизвестный металл.