Определить, образуется ли осадок хлорида свинца (II), если к 0,05 М раствору нитрата свинца (II) добавить равный объем 0,02 М раствора хлороводородной кислоты.

 

Дано: с = 0,02 M с = 0,05 M V = V

Образуется ли осадок-?

РЕШЕНИЕ:

При сливании растворов протекает следующая реакция:

Pb(NO₃)₂ + 2HCl= PbCl₂ + 2HNO₃

Осадок PbCl₂ образуется только в случае, если

 

с ·с > ПР = 2·10 (табл.)

С учетом увеличения объема раствора при сливании в 2 раза:

с = с · ·n = = 2,5·10^-2 моль/л

с = с · ·n = = 1·10^-2 моль/л

с ·с = 2,5·10 ·(1·10 )² = 2,5·10

Так как 2,5·10 < 2·10^-5 (ПР ), то осадок PbCl₂ не образуется.

Ответ: осадок PbCl₂ не образуется.

3. Составить схему коррозионного ГЭ, возникающего при контакте оловянной пластинки, площадью 35 см² с медной в растворе хлороводородной кислоты. Написать уравнения электродных процессов и суммарной реакции процесса коррозии.

а) Вычислить объемный и весовой показатели коррозии, если за 70 минут в процессе коррозии выделилось 1,5 см³ газа (н.у.).

б) Вычислить весовой и глубинный показатели коррозии, если за 80 минут потеря массы корродируемого металла составила 5,6 ∙10^{-3 г. Плотность металла 7,3 г/см3}.

 

РЕШЕНИЕ:

По таблице находим значения стандартных электродных потенциалов олова (II) и меди (II):

= - 0,14 В, = 0,34 В.

Так как < , то анодом в коррозионном ГЭ будет олово, катодом – медь.

Составим схему коррозионного ГЭ:

 

А(-)Sn │ HCl │ Cu(+)K

или

А(-)Sn │ H⁺ │ Cu(+)K

 

Cоставляем уравнения электродных процессов и суммарной реакции процесса коррозии:

На A(-)Sn – 2ē = Sn²⁺

На К(+)2Н⁺ + 2ē = Н₂

Sn + 2H⁺ = Sn²⁺ + H₂

Sn + 2HCl = SnCl₂ + H₂ – суммарная реакция процесса коррозии.

а)

Дано: τ = 70 мин Vгаза=1,5см3 S = 35 см 2   KV -? Km -?

Рассчитываем объемный показатель коррозии (KV) по формуле: KV = , см3/м2∙час. При расчете KV принимаем: S – площадь поверхности анода, м2; τ – время процесса коррозии, час; Vгаза – объем выделившегося газа, см3.

Из уравнения суммарной реакции процесса коррозии следует, что при коррозии выделяется водород. Следовательно, V_газа = .

Тогда, K_V = = 367,3 см³/м²∙час.

Рассчитываем весовой показатель коррозии K_m по формуле:

K_m = , г/м²∙час.

В процессе коррозии разрушению подвергается олово и выделяется водород.

Следовательно:

М_эк(Ме) = М_эк(Sn) = =59,5 г/моль,

= 11200 см³/моль.

K_m = = 1,95 г/м²∙час.

Ответ: K_V = 367,3 см³/м²∙час.

K_m = 1,95 г/м²∙час.

б)

Дано: τ = 80 мин 5,6∙10-3 г S = 35 см 2 ρMe = 7,3 г/см3   Km -? П -?

Рассчитываем весовой показатель коррозии Km по формуле: Km = , г/м2∙час. Коррозии подвергается олово. Тогда потеря массы металла

При расчете K_m принимаем: - [г]; S – [м²], τ - [час].

Тогда: K_m = = = 1,2 г/м²∙час.

Рассчитываем глубинный показатель коррозии по формуле:

П = = мм/год.

Ответ: K_m = 1,2 г/м²∙час, П = 1,44 мм/год.

 

17. МЕТАЛЛЫ V – VI ГРУППЫ

УРОВЕНЬ А

1. Можно ли восстановить оксид хрома (III) до металла при стандартных условиях:

А) цинком;

Б) кремнием.

Ответ подтвердить расчетом по .

Дано: Cr2O3; Zn; Si	РЕШЕНИЕ: а) Составляем уравнение реакции и рассчитываем стандартное изменение энергии Гиббса вреакции, используя I следствие из закона Гесса. Значения стандартных энергий Гиббса образования веществ берем из таблицы cтандартных термодинамических величин.
Cr -?

Cr₂O_3(к) + 3Zn_(к) = 2Сr_(к) + 3ZnO_(к) (15.1)

-1058,97 0 0 3(-320,7)

кДж/моль

(15.1) = [ (ZnO_(к)) + 2 (Сr_(к))] –

- [ (Cr₂O_3(к)) + 3 (Zn_(к))] = 3(-320,7) -

-(-1058,97) = 96,87 кДж

Так как (15.1) > 0, то при стандартных условиях реакция невозможна.

б) Аналогично:

2Cr₂O_3(к) + 3Si_(к) = 4Сr_(к) + 3SiО_2(к) (15.2)

2(-1058,97) 0 0 3(-856,7)

кДж/моль

(15.2) = [3 (SiO_2(к)) + 4 (Cr_(к))] -

-[2 (Cr₂O_3(к)) + 3 (Si_(к))] = 3(-856,7) –

-2(-1058,97) = -452,16 кДж

Так как (15.2) < 0, то самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях возможно.

Ответ: При стандартных условиях возможно восстановление хрома из оксида хрома (III) кремнием.

 

2. Определить рН раствора, при котором установилось равновесие: 2CrO + 2H⁺ <=> Cr₂O + H₂O Равновесные концентрации ионов Cr₂O и CrO соответственно равны 4,5 моль/л и 0,001 моль/л. Константа равновесия К_с = 1,1·10¹⁸.

Дано: [Cr2O ]=4,5 моль/л [CrO ]=0,001 моль/л Кс = 1,1·1018

рН -?

РЕШЕНИЕ:

2CrO + 2H⁺ <=> Cr₂O + H₂O

рН = -lg[H⁺]

K_c =

[H⁺] = = = моль/л

рН = -lg2,02·10^-6 = 5,7

Ответ: рН = 5,7

 

3. Шестивалентный элемент взаимодействуя с кислородом при н.у., образует оксид, содержащий 20,71% масс. кислорода. Вычислить молярную массу эквивалента элемента и назвать элемент.

Дано: 20,71% масс. В = 6 Мэк(Э) -?   Э -?

РЕШЕНИЕ: По закону эквивалентов: nэк(О2) = nэк(Э) Мэк(О) = 8 г/моль

М_эк(Э) =

m_окс = m_э +

m_э = 100 - = 100 – 20,71 = 79,29 г.

М_эк(Э) = = 30,63 г/моль

М_эк(Э) = , где В – валентность элемента.

М_э = М_эк(Э)∙В = 30,63∙6 = 183,77 г/моль, что соответствует молекулярной массе атома вольфрама.

Ответ: М_эк(Э) = 30,63 г/моль; элемент – W.

УРОВЕНЬ В

1. Уравнять реакцию, указать окислитель и восстановитель:

Cr(NO₃)₃ + Br₂ + KOH → K₂CrO₄ + KBr + KNO₃ + H₂O Определить, какой объем 2 н раствора нитрата хрома (III) расходуется на взаимодействие с бромом массой 4,3 г.

Дано: m = 4,3 г сэк(Cr(NO3)3)= 2 моль/л

Vр-ра(Сr(NO3)3 -?

РЕШЕНИЕ:

Cr⁺³(NO₃)₃ + Br₂⁰ + KOH → → K₂Cr⁺⁶O₄ + KBr^-1 + KNO₃ + H₂O

 

НОК ДМ

восст-ль Cr⁺³ - 3e = Cr⁺⁶ 2

окисл-ль Br₂⁰ + 2e = 2Br^- 3

3Br₂ + 2Cr⁺³ = 6Br^- + 2Cr⁺⁶

Переносим найденные коэффициенты в молекулярное уравнение. Уравниваем число ионов →6 . Считаем число ионов К⁺ в продуктах реакции и определяем коэффициент перед КОН → 16КОН. Уравниваем число атомов Н и О → 8Н₂О.

 

2Cr(NO₃)₃ +3Br₂ +16KOH = 2K₂CrO₄ + 6KBr + 6KNO₃ + 8H₂O

 

По закону эквивалентов:

n_эк(Cr(NO₃)₃) = n_эк(Br₂)

V_р-ра(Сr(NO₃)₃ · с_эк(Cr(NO₃)₃) =

M_эк(Br) = г/моль

V_р-ра (Сr(NO₃)₃ · 2 = ; V_р-ра (Сr(NO₃)₃ = 0,0269 л = 26,9 см³

Ответ: V_р-ра (Сr(NO₃)₃ = 26,9 см³

2. Найти массы воды и кристаллогидрата CrCl₃∙6H₂O, необходимые для приготовления 1 литра раствора, содержащего 5% (мас.) безводной соли. Плотность 5% раствора CrCl₃ равна 1,05 г.

Дано: Vр-ра = 1 л ω = 5% ρр-ра= 1,05 г/см3	РЕШЕНИЕ По определению ω = , % откуда Масса раствора равна

m_р-ра = 1·10³·1,05 =1050 г, где 10³ коэффициент перевода л в см³. Тогда масса CrCl₃ в растворе составляет:

Масса CrCl₃·6H₂O, в которой содержится 52,5 г CrCl₃, может быть найдена по пропорции:

266 г/моль - 158 г/моль - 52,5 г

Тогда

Зная массу раствора и кристаллогидрата, определяем массу воды:

г

Ответ: г

 

3. Написать уравнения, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

K₂CrO₄ → CrO₃ → Cr₂O₃ → KCrO₂ → Cr₂(SO₄)₃

РЕШЕНИЕ:

1. K₂CrO₄ + 2H₂SO_4конц = СrO₃ + 2KHSO₄ + H₂O

_t

2. 4СrO₃ = 2Cr₂O₃ + 3O₂

_t

3. Cr₂O₃ + 2KOH = 2KCrO₂ + H₂O

4. 2KCrO₂ + 4H₂SO_4разб = K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + 4H₂O

 

МЕТАЛЛЫ VII ГРУППЫ

УРОВЕНЬ А

1. Уравнять реакцию методом электронного баланса. Указать окислитель и восстановитель:

FeCl₂ + KMnO₄ +HCl→FeCl₃ + MnCl₂+KCl + H₂O

 

Дано: Уравнение реакции

Уравнять реакцию, указать окислитель и восстано- витель

РЕШЕНИЕ:

 

Fe⁺²Cl₂ + KMn⁺⁷O₄ + HCl → Fe⁺³Cl₃ + +Mn⁺²Cl₂ + KCl + H₂O

 

 

НОК ДМ

восст-ль Fe⁺² - e = Fe⁺³ 5

окисл-ль Mn⁺⁷ + 5e = Mn⁺² 1

5Fe⁺² + Mn⁺⁷ = 5Fe⁺³ + Mn⁺²

Переносим полученные коэффициенты в молекулярное уравнение с учетом, что Cl^- cодержится, также в 5 молекулах FeCl₂ и определяем необходимое количество молекул HCl для получения продуктов реакции. Уравниваем Н и О → 4Н₂О.

5FeCl₂ + KMnO₄ + 8HCl = 5FeCl₃ + MnCl₂ + KCl + 4H₂O

УРОВЕНЬ В

1. Уравнять реакцию. Указать окислитель и восстановитель:

Na₂S + KMnO₄ + H₂O → MnO₂ + Na₂SO₄ + KOH

Определить С_эк(Na₂S), если на взаимодействие с 4 г KMnO₄ ушло 250 см³ раствора Na₂S.

Дано: 4 г = 250 см3 = 0,25 л

Уравнять реакцию, указать окислитель и восстановитель

РЕШЕНИЕ:

Na₂S^-2 + KMn⁺⁷O₄ + H₂O→ Mn⁺⁴O₂ + Na₂S⁺⁶O₄ + KOH

 

НОК ДМ

восст-ль S^-2 - 8e = S⁺⁶ 3

окисл-ль Mn⁺⁷ + 3e = Mn⁺⁴ 8

3S^-2 + 8Mn⁺⁷ = 3S⁰ + 8Mn⁺⁴

Переносим полученные коэффициенты в молекулярное уравнение. Уравниваем число ионов К⁺ и определяем количество воды → 4Н₂О.

3Na₂S +8KMnO₄ + 4H₂O =8MnO₂ +3 Na₂SO₄ +8KOH

По закону эквивалентов: n_эк(Na₂S) = n_эк(KMnO₄)

;

= , г/моль

где n_e - число электронов, принятых одной молекулой KMnO₄.

г/моль

= моль/л

Ответ: моль/л.

2. Уравнять реакцию. Указать окислитель и восстановитель:

Mn(OH)₄ + HCl → MnCl₂ + H₂O + Cl₂ Определить объем газа (н.у.), выделяющийся при взаимодействии 8 г гидроксида марганца (IV) с хлороводородной кислотой.

Дано: m = 8 г

V -?

РЕШЕНИЕ:

Mn⁺⁴(OH)₄ + HCl^-1 →Mn⁺²Cl₂ + Cl₂⁰ +H₂O

 

НОК ДМ

восст-ль Cl^-1 - e = Cl⁰ 2

окисл-ль Mn⁺⁴ + 2e = Mn⁺² 1

2Cl^-1 + Mn⁺⁴ = Cl₂⁰ + Mn⁺²

Переносим полученные коэффициенты в молекулярное уравнение, окончательно уравниваем его, учитывая при этом количество ионов Cl^-1, необходимое для получения MnCl₂

Mn(OH)₄ + 4HCl = MnCl₂ + Cl₂ + 4H₂O

М - V_o

123 г - 22,4 л

8 г - х л

х = = 1,46 л

Ответ: V = 1,46 л

 

3. Уравнять реакцию. Указать окислитель и восстановитель:

MnO₂ + KClO₃ + KOH → K₂MnO₄ + KCl + H₂O. Определить массу оксида марганца (IV), необходимую для восстановления 150 см³ 1 н раствора KСlO₃.

Дано: V =150 см3= =0,15 л сэк(KClO3)= 1 моль/л

m -?

РЕШЕНИЕ:

Mn⁺⁴O₂ + KCl⁺⁵O₃ + KOH →

→ K₂Mn⁺⁶O₄ + KCl^- + H₂O

 

 

НОК ДМ

восст-ль Mn⁺⁴ - 2e = Mn⁺⁶ 3

окисл-ль Cl⁺⁵ + 6e = Cl^- 1

3Mn⁺⁴ + Cl⁺⁵ = 3Mn⁺⁶ + Cl^-

Переносим полученные коэффициенты в молекулярное уравнение, уравниваем число К⁺, а затем Н и О:

3MnO₂ + KClO₃ + 6KOH = 3K₂MnO₄ + KCl + 3H₂O

По закону эквивалентов:

n_эк(KClO₃) = n_эк(MnO₂)

V ·с_эк(KClO₃) =

M_эк(MnO₂) г/моль

m = V ·с_эк(KClO₃)∙

m = 0,15·1∙43,5 = 6,5 г

Ответ: m = 6,5 г

МЕТАЛЛЫ VIII ГРУППЫ

УРОВЕНЬ А

1. Используя справочные значения изменений стандартных энергий Гиббса образования веществ, определить возможность самопроизвольного протекания реакции:

OsО_4(к) +4Н_2(г) = Os_(к) + 4Н₂О_(ж) при стандартных условиях. Ответ мотивировать расчетом Δ_rG°(298K).

Дано: Уравнения химической реакции.

-?

РЕШЕНИЕ:

Возможность самопроизвольного протекания реакции при 298К определяется знаком величины стандартного изменения энергии Гиббса в реакции:

если < 0, самопроизвольное протекание реакции при заданных условиях возможно;

если > 0, то при заданной температуре реакция невозможна._.

Значение определяем по первому следствию из закона Гесса:

= [ (Os_(к)) + 4 (H₂O_(ж))] –

– [ (OsO_4(к)) + 4 (Н_2(г))]

 

	OsО4(к)	+ 4Н2 (г)	= Os(к)	+ 4 Н2О(ж)
кДж/моль	-302,5			4(-237,3)

Тогда:

= 4(-237,3) – (-302,5) = -646,7кДж.

Ответ: так как < 0, то самопроизвольное протекание реакции возможно.

 

2. Вычислить концентрацию ионов железа в 0,01М растворе K₃[Fe(CN)₆], содержащем, кроме того, 0,02 моль/л цианида калия. Константа нестойкости иона [Fe(CN)₆]^3- в водном растворе равна 1^.10^-31.

Дано: с =0,01 моль/л, сKCN=0,02 моль/л, = 1.10-31

[Fe3+] -?

РЕШЕНИЕ:

Первичная диссоциация комплексных солей протекает по типу диссоциации сильных электролитов:

 

K₃[Fe(CN)₆]=[Fe(CN)₆]^3-+3К⁺ (17.1)

Концентрация комплексного иона [Fe(CN)₆]^3- равна 0,01 моль/л, так как из одной молекулы комплексной соли образуется один комплексный ион.

Константа нестойкости комплексного иона [Fe(CN)₆]^3- характеризует следующий равновесный процесс:

[Fe(CN)₆]^3- <=>Fe³⁺ + 6CN^- (вторичная диссоциация) (17.2)

(17.3)

Присутствие цианида калия в растворе смещает равновесие диссо-циации комплексного иона (17.2) влево вследствие возрастания концентрации одноименного иона CN^-, образующегося при диссоциации KCN:

КCN = К⁺ + СN^-

После смещения равновесия устанавливается новое равновесие. Концентрацию Fe³⁺ в новом равновесии принимаем равной
х моль/л.

Общая равновесная концентрация [CN^-] равна сумме концентраций CN^-, образовавшихся при диссоциации КCN и [Fe(CN)₆]^3-:

[CN^-] = +

из [Fe(CN)₆]^3- из КCN

= 6х моль/л из [Fe(CN)₆]^3-

= ·α· = 0,02·1·1 = 0,02 моль/л,

из КCN

так как КCN сильный электролит, α=1, =1.

Тогда:

[CN^-] = (6х + 0,02) моль/л.

Вследствие малости х, принимаем: 6х + 0,02 ≈ 0,02 моль/л.

Таким образом, выражение (17.3) примет вид:

,

откуда х = [Fe³⁺] = 1,56·10^-23 моль/л

Ответ: [Fe³⁺] = 1,56·10^-23 моль/л.

 

3. Составить схемы электролиза и написать уравнения электродных процессов водных растворов солей: а) сульфата кобальта (II), б) хлорида палладия (II) (анод инертный). Какие продукты выделяются на аноде и катоде.

Дано: а)CoSO4, б) PdCl2. Анод инертный 1.Схема электролиза-? 2.Продукты электролиза-?

РЕШЕНИЕ   а) CoSO4= Co2+ + SO42-, K(-) A(+) инертный Co2+ + 2ē = Co SO42- 2H2O+2ē=H2+2OH- 2H2O-4ē=O2+4H+

 

На катоде выделяется Co и Н₂, на аноде выделяется О₂.

 

б) PdCl₂ = Pd²⁺ + 2Cl^-

K(-) A(+) инертный

Pd²⁺ + 2ē = Pd 2Cl ^- - 2ē = Cl₂

H₂O H₂O

На катоде выделяется Pd, на аноде выделяется Cl₂.

 

 

УРОВЕНЬ В