Взаимодействие металлов с кислотами

Разбавленные кислоты.Соляная и разбавленная серная кислоты реагируют с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода. При этом образуется соответствующая соль и выделяется водород:

Co + H₂SO₄ = CoSO₄ + H₂

Co⁰ - 2ē = Co²⁺

2H⁺ + 2ē = H₂⁰

Разбавленная азотная кислота окисляет практически все металлы, при этом образуются нитрат соответствующего металла, вода и продукт восстановления N⁺⁵(NO – бесцветный газ с резким запахом, N₂O – газ с наркотическим запахом, N₂ –газ без запаха, NH₄NO₃ – бесцветный раствор). Чем более активным является металл, тем сильнее восстанавливается азот в азотной кислоте:

3Co + 8HNO₃ = 3Co(NO₃)2 + 2NO + 4H₂O

Co⁰ - 2ē = Co²⁺ 3

NO₃^- + 4H⁺ + 3ē = NO + 2H₂O 2

5Mn + 12HNO₃ = 5Mn(NO₃)₂ + N₂ + 6H₂O

Mn⁰ - 2ē = Mn⁺² 5

2NO₃^- + 12H⁺ + 10ē = N₂ + 6H₂O 1

Концентрированные кислоты. Концентрированная серная кислота окисляет почти все металлы, восстанавливаясь при этом до SO₂ – бесцветный газ с резковатым запахом, свободной серы, выпадающей в виде белого осадка или сероводорода H₂S – газа с запахом тухлых яиц. Чем более активным является металл, тем сильнее восстанавливается сера:

Сo + 2H₂SO₄ = CoSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Co⁰ - 2ē= Co²⁺

SO₄^2- + 4H⁺ + 2ē= SO₂ + 2H₂O

4Mn + 5H₂SO₄ = 4MnSO₄ + H₂S + 4H₂O

Mn⁰ - 2ē = Mn⁺²

SO₄^2- + 10H⁺ + 8ē = H₂S + 4H₂O

Концентрированная азотная кислота окисляет все металлы, восстанавливаясь до NO₂:

Co + 4HNO₃ = Co(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Co⁰ - 2ē = Co²⁺ 1

NO₃^- + 4H⁺ + ē = NO₂ + 2H₂O 2

18. ПОЛИМЕРЫ

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

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? Какой из перечисленных электролитов будет обладать более сильным коагулирующим действием: хлорид калия, сульфат магния, нитрат алюминия или фосфат калия. Поясните выбор.

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 потенциалопределяющие 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. Поскольку коллоидная частица имеет положительный заряд, то наибольшим коагулирующим действием будет обладать электролит, содержащий анион, заряд которого наибольший, т.е. ион , входящий в фосфат калия.

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:

.

В этом случае коллоидная частица имеет отрицательный заряд, следовательно наибольшим коагулирующим действием будет обладать электролит, содержащий катион, заряд которого наибольший, т.е. ион , входящий в нитрат алюминия.

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

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

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 %.

Приложения

Таблица 1

Термодинамические константы веществ

Таблица 2

Константы диссоциации некоторых слабых электролитов

Таблица 3

• ⇐ Назад
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 89