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(кокс)) примите равным DfН0298(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 2) = 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