" В РАСТВОР ПОГРУЖЕНА ПЛАСТИНКА..."

Пучки расчетных задач

Продолжение. См. № 44, 46, 48/2003;
9, 14, 21/2004

Настоящий пучок задач включает операции с цинковыми, медными и железными пластинками, погружаемыми в растворы солей CuSO₄, AgNO₃, Fe(NO₃)₃.
«Изюминки» представляют задания на определение неизвестного металла (Ж-7), составление уравнений реакций магния с растворами AlCl₃ и AgNO₃ (Ж-10), серебрение стальных колец (Ж-11).

Пучок задач Ж

Ж-1. Цинковая пластинка при погружении в раствор сульфата меди(II) покрывается слоем меди. Как изменяется при этом масса пластинки [1]?

Ж-2. Установлено, что масса медной пластинки, погруженной в раствор нитрата серебра, сначала увеличивается, а потом довольно быстро становится неизменной, несмотря на то, что раствор по-прежнему дает осадок при добавлении раствора поваренной соли. Объясните происходящее явление [2].

Ж-3. В раствор нитрата серебра погрузили медную пластинку. Через некоторое время пластинку вынули из раствора, промыли, высушили. Масса пластинки увеличилась на 0,440 г. Определите, сколько серебра отложилось на пластинке [1].

Ж-4. В раствор сульфата меди(II) была погружена железная пластинка. Через некоторое время масса пластинки увеличилась на 0,16 г. Сколько меди выделилось на пластинке [1]?

Ж-5. Железную пластинку погрузили в раствор сульфата меди(II). Через некоторое время ее вынули, промыли, высушили и взвесили. Масса пластинки увеличилась на 1,30 г. Найдите массу меди, которая выделилась на пластинке [3].

Ж-6. Цинковую пластинку поместили в раствор нитрата серебра. Какая масса цинка перешла в раствор, если масса раствора уменьшилась на 3,02 г [3]?

Ж-7. Раствор сульфата двухвалентного металла содержит 1,120 г металла в виде ионов. После полного выделения металла на цинковой пластинке ее масса увеличилась на 0,470 г. Установите неизвестный металл [3].

Ж-8. На железной пластинке, погруженной в раствор сульфата меди(II), выделилось 40 г меди. На сколько граммов изменилась масса железной пластинки [4, 5]?

Ж-9. Масса медной пластинки, находившейся некоторое время в растворе нитрата серебра, увеличилась на 2,18 г. Сколько граммов серебра выделилось на медной пластинке [4, 5]?

Ж-10. Смешали растворы трихлорида алюминия и нитрата серебра и поместили туда кусочек магния. Составьте молекулярные и ионные уравнения происходящих процессов [4].

Ж-11. При производстве серебряных колец, идущих на изготовление хрустальных ваз, стальное (железное) кольцо покрывают тонким слоем серебра. Пользуясь этой технологией, в раствор нитрата серебра погрузили стальное кольцо массой 40 г. Через некоторое время его вынули, промыли и высушили. Масса кольца стала 42 г. Сколько серебра отложилось на таком кольце [6]?

Ж-12. Медную пластинку массой 20 г погрузили в 300 мл раствора нитрата железа(III) с плотностью 1,3 г/см³ и массовой долей соли 0,15. После некоторого выдерживания пластинки в растворе ее вынули, при этом оказалось, что массовая доля нитрата железа(III) стала равна массовой доле образовавшейся соли меди(II). Определите массу пластинки после того, как ее вынули из раствора [7].

Ж-13. Медную пластинку массой 20 г выдержали в растворе нитрата серебра до полного окончания реакции, после чего масса пластинки увеличилась на 19%. Вычислите массу нитрата серебра в исходном растворе.

Решения и ответы

Ж-1. Масса пластинки уменьшается. В реакции замещения со взятыми по 1 моль реагентами

Ж-2. Учтите, что серебро, выделяющееся на пластинке, покрывает ее равномерным слоем, плотно прилегающим к поверхности меди. Это делает невозможным дальнейшее осуществление реакции, хотя в растворе имеется еще достаточное количество нитрата серебра.

Ж-3. 0,625 г серебра.

Ж-4. 1,28 г меди.

Ж-5. На пластинке выделилось 10,4 г меди.

Ж-6. В раствор перешло 1,3 г цинка.

Ж-7. МSO₄ + Zn = ZnSO₄ + M,
где М – искомый металл.
Изменение массы пластинки равно:

m = –m(Zn) + m(М) = 0,47 г,

–m(Zn) = 0,47 – 1,12 г, m(Zn) = 0,65 г.

Отсюда можно предположить, что искомый металл – кадмий (М = 112 г/моль), т.к.
М(Zn) = 65 г/моль. Причем всех веществ, участвующих в реакции, было взято по 0,01 моль.

Ж-8. Масса пластинки изменилась на 5 г.

Ж-9. На пластинке выделилось 3,1 г серебра.

Ж-10. В водном растворе соль AlCl₃ постепенно гидролизуется:

AlCl₃ + H₂O = AlOHCl₂ + HCl,

AlOHCl₂ + H₂O = Al(OH)₂Cl + HCl,

Al(OH)₂Cl + H₂O = Al(OH)₃ + HCl.

Поэтому с нитратом серебра могут реагировать три разные соли алюминия, например:

AlOHCl₂ + 2AgNO₃ = AlOH(NO₃)₂ + 2AgCl.

Магний, добавленный к такой смеси, реагирует с имеющейся в растворе соляной кислотой (если AlCl₃ в избытке):

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂.

В результате кислота HCl выводится из раствора и гидролиз AlCl₃, не прореагировавшего с AgNO₃, может пройти полностью до Al(OH)₃. Если в растворе избыток AgNO₃, то идет другая реакция:

Mg + 2AgNO₃ = Mg(NO₃)₂ + 2Ag.

Еще одна реакция – вытеснение магнием алюминия из его соли:

3Mg + 2AlCl₃ = 3MgCl₂ + 2Al.

Ж-11. Химизм серебрения железных колец может быть представлен следующим образом:

2AgNO₃ + Fe = Fe(NO₃)₂ + 2Ag.

Пусть х г – масса серебра, отложившегося на кольце. Если бы растворилось 56 г железа, то образовалось бы 216 г серебра, при растворении же (х•56/216) г железа образуется х г серебра.
Уравнение баланса массы: х – х•56/216 = 2 (реальный прирост массы кольца составил 2 г).
Из этого уравнения х = 2,7 г, т.е. на кольце отложилось 2,7 г серебра.

Ж-12. Медь растворяется в растворе Fe(NO₃)₃ и восстанавливает ионы Fe³⁺ до Fe²⁺:

Найдем массу нитрата железа(III) в исходном растворе:

m₀(Fe(NO₃)₃) = •V• = 1,3•300•0,15 = 58,5 г.

Обозначим через х моль – количество вещества меди. Тогда масса образовавшегося
нитрата меди(II):

m(Cu(NO₃)₂) = 188х (г),

а масса оставшегося нитрата железа(III):

m₁(Fe(NO₃)₃) = 58,5 – 484х (г).

По условию задачи:

58,5 – 484х = 188х.

Отсюда х = 0,09 моль.

Масса пластинки после реакции равна:

20 – 64•0,09 = 14,24 г.

Ж-13. m(AgNO₃) = 8,5 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Абкин Г.Л. Задачи и упражнения по химии. М., 1967, 88 с.
2. Чуранов С.С. Химические олимпиады в школе. М., 1982, 191 с.
3. Чмиленко Ф.В., Виниченко И.Г., Чмиленко Т.С. Подготовка к экзамену по химии с контролем на ЭВМ. М., 1994, 144 с.
4. Гуськова Л.Г. Задачи и упражнения по химии. М., 1976, 190 с.
5. Журин А.А. Сборник задач по химии. М., 1997, 254 с.
6. Решетова М.Д. Сборник задач по химии (с решениями). М., 1992, 58 с.
7. Янклович А.И. Химия. В помощь выпускнику школы и абитуриенту. СПб., 1999, 255 с.

С.В.ТЕЛЕШОВ,
учитель химии,
И.КУТУМОВ,
(г. Нефтеюганск)