И. А. Тюльков мгу им. М. В. Ломоносова Рассмотрим несколько задач, при решении которых необходимо знание различных свойств металлов. Задача

(H

2

SO ) =

V ( р− раH ₂ SO₄ ) ⋅ρ( р− раH ₂ SO₄ ) ⋅w%(H ₂ SO₄ )

=

35мл⋅1,14 г/ мл⋅19,6%

0

4

⋅M (H ₂ SO₄ )

100% ⋅98г/ моль

Разбавленный раствор серной кислоты реагирует с металлами следующим образом:

Mg + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂↑;

(1)

(2)

Следовательно, в реакцию с металлами вступило 0,060 моль (0,080 – 0,020) серной кисло-ты. Пусть в сплаве х моль магния и у моль алюминия, тогда согласно условию задачи

В соответствии с уравнениями реакций (1) и (2)

n(H₂SO₄) = x + 1,5y = 0,06.

Составим систему алгебраических уравнений, решим ее и получим: х = 0,030 моль, у = 0,020 моль. Определим массовые доли металлов в сплаве:

100% =

В ходе реакции (1) выделилось 0,030 моль водорода и столько же в реакции (2), т.е. всего выделилось 0,060 моль водорода.

Ответ: w(Mg) = 57,1 %, w(Al) = 42,9%; V(H₂) = 1,3 л.

Задача 8. Сплав меди с алюминием массой 2 г обработали 40 %-ным раствором гидроксида натрия (плотность 1,43) до прекращения выделения газа. Остаток растворили в разбавленной азотной кислоте, образовавшуюся при этом соль выделили и прокалили. Масса остатка после прокаливания составила 0,8 г. Определите массовые доли металлов в сплаве и объем израсходо-

ванного раствора щелочи. (МГУ, подготовительное отделение, 1993.) Решение

Со щелочью реагирует только алюминий: 2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑.

Оставшаяся после реакции медь взаимодействует с разбавленной азотной кислотой с выде-лением оксида азота(II) (медь — неактивный металл, азотная кислота разбавленная):

3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O.

После прокаливания нитрата меди(II) остается оксид меди(II): 2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂↑ + O₂↑.

n(CuO) =

m(CuO)

=

0,8 г

80 г/ моль

Согласно уравнениям реакций n(CuO) = n(Cu(NO₃)₂ = n(Cu), следовательно, n(Cu) = 0,01 моль;

m(Cu) = 0,01 моль ⋅ 64 г/моль = 0,64 г;

w%(Cu) = ^0,₂⁶⁴_г^г ⋅100% = 32% .

Масса алюминия в сплаве составляет: m(Al) = 2 – 0,64 = 1,36 (г);

1,36 г

= 0,05 моль.

27 г/ моль

При взаимодействии алюминия со щелочью на 1 моль алюминия приходится 1 моль гидро-ксида натрия, следовательно,

n(NaOH) = 0,05 моль;

m(NaOH) = 0,05 моль ⋅ 40 г/моль = 2 г.

Определим массу и объем 40 %-ного раствора щелочи: m_р(NaOH) = 2 г / 0,4 = 5 г;

5 г

= 3,50 мл.

1,43 г/ мл

Ответ: w(Al) = 68 %, w(Сu) = 32 %; V_р(NaOH) = 3,5 мл.

Задача 9. Навеску тонко измельченных хрома, цинка и серы нагрели до окончания реакции. Полученный твердый продукт полностью растворился в соляной кислоте с выделением 448 мл (н. у.) газа, пропускание которого через избыток раствора нитрата серебра дало 2,48 г осадка. На-пишите уравнения проведенных реакций и вычислите максимально возможное содержание каж-дого компонента в исходной смеси в процентах по массе. (МГУ, химический факультет, 1997.)

Решение При сплавлении с металлами сера дает сульфиды: 2Cr + 3S = Cr₂S₃;

Zn + S = ZnS.

Эти вещества растворяются в соляной кислоте: Cr₂S₃ + 6HCl = 2CrCl₃ + 3H₂S↑;

ZnS + 2HCl = ZnCl₂ + H₂S↑.

Если серы недостаточно для взаимодействия с металлами, то с соляной кислотой реагиру-ют оставшиеся цинк и хром:

Zn+ 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑;

Cr + 2HCl = CrCl₂ +H₂↑.

Найдем суммарное количество вещества газов, выделившихся при взаимодействии остатка с соляной кислотой:

С раствором нитрата серебра реагирует сероводород: H₂S + 2AgNO₃ = Ag₂S↓ + 2HNO₃.

Следовательно, выделяется 0,01 моль сероводорода и 0,01 моль водорода.

Для ответа на поставленный в задаче вопрос рассмотрим два предельных случая.

Сначала предположим, что в исходной смеси практически нет хрома. Так как в ходе реак-ции выделяется 0,01 моль сероводорода, то в смеси содержится 0,01 моль цинка и 0,01 моль, или 0,32 г, серы. Для получения 0,01 моль водорода требуется еще 0,01 моль цинка, следовательно, в начальной смеси содержится 0,02 моль, или 1,3 г, цинка. Масса исходной смеси в этом случае рав-на 1,62 г. Рассчитаем ее процентный состав:

Теперь рассмотрим вариант, когда в исходной смеси практически нет цинка. В этом случае в исходной смеси также содержится 0,01 моль, или 0,32 г, серы. На взаимодействие с серой идет