Свойства элементов. D-металлы, часть 1.
В задачах 1 - 5 покажите различие в распределении электронов в атомах d- и p- элементов нижеприведенных групп. Совпадают ли у них: а) число валентных электронов (приведите электронные формулы); б) число валентных АО; в) максимальная степень окисления.
| №№ п/п | |||||
| № группы | III | IV | V | VI | VII |
| Элементы | Sc и Ga | Ti и Ge | V и As | Cr и Se | Mn и Br |
В задачах 6 - 9 рассчитайте теплоту образования оксида металла в реакции его восстановления, протекающей по схеме: МеО(т) + С(кокс) ® СО(газ) + Ме(т), если известны DrН0298 и DfН0298(СО) = -110,53 кДж/моль. Расчет проведите для стандартных условий, температурную зависимость DrН0298 не учитывайте. DfН0298(С(кокс)) примите равным DfН0298(С(графит)).
| №№ п/п | ||||
| Ме | Zn | Cu | Cd | Mn |
| МеО | ZnO | CuO | CdO | MnO2 |
| DrН0298, кДж | 240,47 | 45,47 | 149,47 | 300,44 |
В задачах 10 – 12установите, начиная с какой температуры становится термодинамически возможным процесс получения металла из оксида путем восстановления его водородом по реакции МеО + Н2 ® Ме + Н2О(газ), если S0298 (Н2) = 130,52 Дж/моль.К. Температурную зависимость DrH0 и DrS0 не учитывайте.
| №№ п/п | Металл Ме | Оксид МеО | DfH0298 (оксида) кДж/моль | So298 (Ме) Дж/моль.К | S0298 (оксида) Дж/моль.К |
| Cu | CuO | -162,0 | 33,15 | 42,63 | |
| Cd | CdO | -260,0 | 51,76 | 54,8 | |
| Mn | MnO | -385,1 | 32,0 | 61,5 |
В задачах 13 – 20определите число фаз, число компонентов и число степеней свободы для нижеприведенных систем. Составьте уравнения реакций и приведите выражения кинетических констант равновесия для данных систем.
| №№ п/п | Система |
| ZnO(к), C(к) ® Zn(газ), CO(газ) | |
| ZnO(к), C(к) ® Zn(к), CO(газ) | |
| ZnO(к), CO(газ) ® Zn(газ), CO2(газ) | |
| ZnO(к), CO(газ) ® Zn(к), CO2(газ) | |
| CuO(к), C(к) ® Cu(к), CO2(газ) | |
| MnO(к), H2(газ) ® Mn(к), H2O(газ) | |
| CdO(к), H2(газ) ® Cd(к), H2O(газ) | |
| CuSO4.5 H2O(к) ® CuSO4(к), H2O(газ) |
В задачах 21 – 32,воспользовавшись значениями стандартных электродных потенциалов, сделайте вывод о возможности вытеснения одного металла другим из раствора его соли. Составьте уравнения реакций. Вывод подтвердите расчетом DrG0298 реакции при стандартных условиях.
| №№ п/п | Металл | Раствор | №№ п/п | Металл | Раствор |
| Zn | Cd(NO3)2 | Mn | CuSO4 | ||
| Zn | CuSO4 | Mn | AgNO3 | ||
| Zn | AgNO3 | Mn | Zn(NO3)2 | ||
| Cd | CuSO4 | Cr | CuSO4 | ||
| Cd | AgNO3 | Cr | Cd(NO3)2 | ||
| Mn | Cd(NO3)2 | Cr | AgNO3 |
В задачах 33 – 40определите,возможно ли взаимодействие нижеприведенных металлов с раствором соляной кислоты с выделением водорода в стандартных условиях. Воспользуйтесь значениями стандартных электродных потенциалов металлов, приведенными в таблице приложения. Стандартный электродный потенциал водорода примите равным j0H+/H2 =0 В. Вывод подтвердите расчетом DrG0298 реакции.
| №№ п/п | ||||||||
| Металл | Zn | Cd | Cu | Ag | Mn | Ti | Cr | Au |
В задачах 41 - 43 рассчитайте стандартную энергию Гиббса образования твердых монохлоридов элементов подгруппы IВ. По результатам расчета сделайте выводы: а) об изменении восстановительных свойств металлов в свободном виде; б) о химической активности металлов; в) о сравнительной устойчивости степени окисления (+1) для меди, серебра и золота. Примите S0298 (Cl2) = 222,98 Дж/моль.К.
| №№ п/п | Металл (Ме) | Монохлорид (MeCl) | DfH0298 (MeCl) кДж/моль | S0298 (Me) Дж/моль.К | S0298 (MeCl) Дж/моль.К |
| Cu | CuCl | -137,3 | 33,15 | 87,01 | |
| Ag | AgCl | -127,1 | 42,55 | 96,10 | |
| Au | AuCl | -36,7 | 47,40 | 85,17 |
В задачах 44 - 49 пластинка из металла погружена в раствор соли. Через некоторое время масса пластинки изменилась на Δm (г). Составьте уравнение соответствующей реакции. Рассчитайте массу, а также эквивалентное количество вещества (моль экв.), выделившегося на пластинке.
| №№ п/п | Металл | Раствор соли | Δm, г | №№ п/п | Металл | Раствор соли | Δm, г |
| Zn | CuSO4 | 2,14 | Cd | AgNO3 | 3,6 | ||
| Cu | AgNO3 | 4,5 | Cr | CuSO4 | 4,2 | ||
| Cd | CuSO4 | 2,3 | Mn | CuSO4 | 2,7 |
В задачах 50 - 56 определите, какие вещества и в какой последовательности будут выделяться на инертных электродах при электролизе раствора смеси солей. Приведите уравнения анодных и катодных полуреакций.
| №№ п/п | Состав раствора смеси солей |
| ZnSO4, MnSO4, CuSO4 | |
| MnCl2, AgNO3, Zn(NO3)2 | |
| Mn(NO3)2, Cr2(SO4)3, CuSO4 | |
| ZnSO4, MnSO4, AgNO3 | |
| CdSO4, ZnSO4, CuSO4 | |
| CuSO4, MnSO4, Cr2(SO4)3 | |
| AgNO3, ZnSO4, Mn(NO3)2 |
В задачах 57 - 62 из четырех нижеприведенных металлов подберите пары, дающие наибольшую и наименьшую ЭДС составленных из них гальванических элементов. Выбор подтвердите расчетом ЭДС и DrG0298 гальванического элемента.
| №№ п/п | ||||||
| Металлы | Ag, Cu, Al, Sn | Zn, Ag, Cu, Mn | Cd, Cu, Zn, Ag | Cu, Al, Zn, Sn | Ag, Mg, Cu, Zn | Zn, Cd, Al, Cu |
В задачах 63 – 67по величине стандартных электродных потенциалов и значению DrG0298 определите, в каком направлении будут самопроизвольно протекать реакции в нижеприведенных системах.
| №№ п/п | Схемы реакций |
| Ag0 + Zn2+ ↔ Ag+ + Zn0 | |
| Cu0 + Cd2+ ↔ Cu2+ + Cd0 | |
| Ag0 + Cr3+ ↔ Ag+ + Cr0 | |
| Cd0 + Zn2+ ↔ Cd2+ + Zn0 | |
| Cu0 + Zn2+ ↔ Cu2+ + Zn0 |
В задачах 68 – 74реакция взаимодействия металла с кислотой протекает по схеме: Ме + HNO3 → Ме(NO3)x + H2O + NO (или NO2). (HNO3 разбавленная или концентрированная). Составьте уравнение реакции, расставьте коэффициенты. Зная массу m (г) вступившего в реакцию металла, рассчитайте объем выделившегося газа (н.у.).
| №№ п/п | |||||||
| Металл | Cu | Ag | Zn | Cd | Mn | Cr | Hg |
| m, г | 2,24 | 4,62 | 2,63 | 4,24 | 2,46 | 2,72 | 5,88 |
В задачах 75 – 80 рассчитайте молярную массу эквивалента окислителя в окислительно-восстановительной реакции, если известен продукт его восстановления.
| №№ п/п | ||||||
| Окислитель | K2Cr2O7 | K2CrO4 | K2Cr2O7 | KMnO4 | KMnO4 | KMnO4 |
| Продукт восстановления | Cr2O3 | CrCl3 | Cr2(SO4)3 | MnSO4 | MnO(OH)2 | K2MnO4 |
В задачах 81 – 87 при обезвоживании кристаллогидрата соли с известной массой m1 (г) получена известная масса безводной соли m2 (г). Определите число молекул воды (n) в исходном кристаллогидрате.
| №№ п/п | Кристаллогидрат | Обезвоженный кристаллогидрат | Масса кристаллогидрата m1, г | Масса безводной соли m2, г |
| ZnCl2.nH2O | ZnCl2 | 3,590 | 3,0 | |
| ZnSO4.nH2O | ZnSO4 | 4,450 | 2,5 | |
| CdSO4.nH2O | CdSO4 | 4,676 | 3,8 | |
| CdCl2.nH2O | CdCl2 | 2,988 | 2,4 | |
| CuSO4.nH2O | CuSO4 | 5,005 | 3,2 | |
| CuCl2.nH2O | CuCl2 | 5,324 | 4,2 | |
| CrCl2.nH2O | CrCl2 | 4,439 | 2,8 |
В задачах 88 – 91 найдите массу нитрата серебра, которая потребуется для осаждения хлорид-ионов из раствора соли, если известны объем V и концентрация С раствора соли.
| №№ п/п | ||||
| Соль | [Cr(H2O)6]Cl3 | [Cr(H2O)5Cl]Cl2 | [Cr(H2O)4Cl2]Cl | CrCl3 |
| V, мл | ||||
| С, моль/л | 0,2 | 0,1 | 0,15 | 0,09 |
В задачах 92 – 97 cоставьте уравнения реакций, которые необходимо провести для осуществления следующих превращений:
Ме ® Ме(NO3)x ® Ме(OH)x ® МеClx ® [Ме(NH3)x]Clz
| №№ п/п | ||||||
| Mеталл | Cu | Zn | Cd | Mn | Cr | Ti |
В задачах 98 – 110 cоставьте уравнения реакций, протекающих по следующим схемам:
| №№ п/п | Схемы |
| Mn ® Mn2+ ® MnO4¯ ® MnO2 ® MnO42- ® MnO2 | |
| MnO4¯ ® Mn2+ ® MnO2 ® Mn2+ ® Mn ® Mn2O3 | |
| MnO2 ® MnO4¯ ® MnO42- ® MnO4¯ ® Mn2+ | |
| MnO4¯ ® MnO42- ® MnO2 ® Mn3+ ® Mn2+ | |
| Cr ® Cr3+ ® Cr2O72- ® CrO42- ® Cr2O72- ® Cr3+ | |
| Cr(VI) ® Cr3+ ® Cr2+ ® Cr0 | |
| Cu ® Cu(NO3)2 ® Cu(OH)2 ® CuSO4 ® [Cu(NH3)4]2+ | |
| Zn ® ZnCl2 ® Zn(OH)2 ® [Zn(OH)4]2-® Zn(OH)2 ® ZnSO4 | |
| Cr ® CrCl2 ® Cr(OH)2 ® Cr(OH)3 ® Cr2(SO4)3 | |
| Na2CrO4 ® Na2Cr2O7 ® Cr2(SO4)3 ® Cr(OH)3 ® Сr2(SO4)3 | |
| Cr(NO3)3 ® K2Cr2O7 ® K2CrO4 ® BaCrO4 | |
| CuCl2 ® Cu(OH)2 ® Cu(NO3)2 ® [Cu(NH3)4]2+ | |
| CrSO4 ® Cr(OH)2 ® Cr(OH)3 ® CrPO4 |
В задачах 111 – 115 pассчитайте массу KMnO4, содержащегося в 100 мл раствора с заданной концентрацией. Плотность раствора примите равной 1 г/см3.
| №№ п/п | ||||||
| Концентрация раствора | 0,1 моль/л | 0,2 моль экв/л | 10 % | 0,04 г/л | 0,2 моль/л | 0,05 г/л |
В задачах 116 - 119 определите, какое из соединений: Me(OH)x или (Me(OH))xSO4 является преимущественным продуктом гидролиза соли Mex(SO4)y. Вывод подтвердите уравнениями реакций в молекулярной и ионно-молекулярной формах.
| №№ п/п | ||||
| Соль Mex(SO4)y | CuSO4 | CdSO4 | ZnSO4 | Cr2(SO4)3 |
| Продукт гидролиза Me(OH)x | Cu(OH)2 | Cd(OH)2 | Zn(OH)2 | Cr(OH)3 |
| Продукт гидролиза (Me(OH))xSO4 | (Cu(OH))2SO4 | (Cd(OH))2SO4 | (Zn(OH))2SO4 | Cr(OH)SO4 |
В задачах 120 - 123 определите, почему при введении в растворы нижеприведенных солей d -металлов сульфид- и карбонат - ионов выпадает осадок одинакового состава. Вывод подтвердите уравнениями реакций в молекулярной и ионно-молекулярной формах.
| №№ п/п | ||||
| Соль | CuCl2 | CdCl2 | ZnCl2 | CrCl3 |
В задачах 124 – 129 составьте координационные формулы комплексных ионов. Приведите их названия.
| №№ п/п | Ион-комплексообразователь | Лиганды | Координационное число |
| Cr3+ | H2O или NH3 | 3 и 6 | |
| Cu2+ | CN¯ или H2O | ||
| Cu2+ | Cl¯ или OH¯ | ||
| Mn2+ | H2O или OH¯ | ||
| Zn2+ | CN¯ или OH- | ||
| Zn2+ | NH3 или H2O |