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)
| 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, Vгаза = 
.
Тогда, KV = 
= 
367,3 см3/м2∙час.
Рассчитываем весовой показатель коррозии Km по формуле:
Km = 
, г/м2∙час.
В процессе коррозии разрушению подвергается олово и выделяется водород.
Следовательно:
Мэк(Ме) = Мэк(Sn) = 
=59,5 г/моль,
= 11200 см3/моль.
Km = 
= 1,95 г/м2∙час.
Ответ: KV = 367,3 см3/м2∙час.
Km = 1,95 г/м2∙час.
б)
| Рассчитываем весовой показатель коррозии Km по формуле:
Km =  , г/м2∙час.
Коррозии подвергается олово.
Тогда потеря массы металла
 
|
При расчете Km принимаем: 
- [г]; S – [м2], τ - [час].
Тогда: Km = 
= 
= 1,2 г/м2∙час.
Рассчитываем глубинный показатель коррозии по формуле:
П = 
= 
мм/год.
Ответ: Km = 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 - ? |
Cr2O3(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))] –
- [ (Cr2O3(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:
2Cr2O3(к) + 3Si(к) = 4Сr(к) + 3SiО2(к) (15.2)
2(-1058,97) 0 0 3(-856,7)
кДж/моль
(15.2) = [3 (SiO2(к)) + 4 (Cr(к))] -
-[2 (Cr2O3(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 Кс = 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+]
Kc = 
[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.
| РЕШЕНИЕ:
По закону эквивалентов:
nэк(О2) = nэк(Э)
Мэк(О) = 8 г/моль
|
20,71% масс.
В = 6
Мэк(Э) - ?
Э - ?
Мэк(Э) = 
mокс = mэ + 
mэ = 100 - = 100 – 20,71 = 79,29 г.
Мэк(Э) = 
= 30,63 г/моль
Мэк(Э) = 
, где В – валентность элемента.
Мэ = Мэк(Э)∙В = 30,63∙6 = 183,77 г/моль, что соответствует молекулярной массе атома вольфрама .
Ответ: Мэк(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:
nэк(Cr(NO3)3) = nэк(Br2)
Vр-ра(Сr(NO3)3 · сэк(Cr(NO3)3) = 
Mэк(Br) = 
г/моль
Vр-ра (Сr(NO3)3 · 2 = 
; Vр-ра (Сr(NO3)3 = 0,0269 л = 26,9 см3
Ответ: Vр-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
|
|
mр-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+2H2SO4конц = СrO3 + 2KHSO4 + H2O
t
2. 4СrO3 = 2Cr2O3 + 3O2
t
3. Cr2O3 + 2KOH = 2KCrO2 + H2O
4. 2KCrO2 + 4H2SO4разб = 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 Сэк(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: nэк(Na2S) = nэк(KMnO4)
;
= 
, г/моль
где ne - 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 - Vo 
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:
nэк(KClO3) = nэк(MnO2)
V 
·сэк(KClO3) = 
Mэк(MnO2) 
г/моль
m = V ·сэк(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:
OsО4(к) +4Н2(г) = Os(к) + 4Н2О(ж) при стандартных условиях. Ответ мотивировать расчетом ΔrG°(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))] –
– [(OsO4(к)) + 4(Н2(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.
| 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