" В РАСТВОР ПОГРУЖЕНА ПЛАСТИНКА..."

Пучки расчетных задач

Продолжение. См. № 44, 46, 48/2003;
9, 14, 21, 39, 44/2004;
3, 16, 20/2005;
1, 13/2006

Чтобы решить задачи пучка О, надо знать или иметь под рукой электрохимический ряд напряжений металлов. В этом ряду, начиная с магния, металл, расположенный левее, вытесняет другой металл из раствора его соли. В предложенных задачах это такие металлы и соли: О-1 – Fe и Cu(NO₃)₂, О-2 и О-5 – Zn и CuSO₄, О-3, О-4 и О-7 – Fe и CuSO₄, О-6 и О-8 – Al и ZnSO₄, О-10 – Cu и Hg(NO₃)₂, О-13 – Cu и AgNO₃. Практически во всех задачах требуется установить мольные и массовые соотношения веществ, участвующих в реакции. Задачи О-12 и О-13 связаны с определением концентрации солей в растворах, а задачи О-2 – О-4, О-6 и О-9 – с использованием этой характеристики. В задачах О-9, О-11, О-12 необходимо распознать неизвестный металл, находящийся в виде соли в растворе.

Пучок задач О

О-1. Может ли железо реагировать с одномолярными (1M) растворами следующих электролитов:
а) хлорид калия; б) сульфат марганца; в) соляная кислота; г) нитрат меди(II); д) сульфат цинка [1]?

О-2. Имеется 50 г 4%-го раствора сульфата меди(II). Сколько порошка цинка надо добавить в этот раствор, чтобы он сменил голубой цвет на бесцветный [2]?

О-3. Железный гвоздь массой 10 г погрузили в 200 г 8%-го раствора сульфата меди(II). Какой станет масса гвоздя после окончания реакции [3]?

О-4. Железную сетку массой 10 г погрузили в 200 г 20%-го раствора сульфата меди(II). Когда степень превращения веществ в реакции достигла 10%, сетку вынули, промыли и просушили. Определите массу сетки после реакции и концентрацию оставшегося в растворе сульфата меди [4].

О-5. Медную и цинковую пластинки равной массы поместили в раствор сульфата меди(II). Через некоторое время пластинки вынули из раствора, промыли, просушили и взвесили. Сохранится ли равенство масс этих пластинок после опыта [см. 2]?

О-6. Алюминиевую проволоку погрузили в 10%-й раствор сульфата цинка массой 402,5 г. Через некоторое время проволоку извлекли из раствора, ее масса после этого изменилась на 7,05 г. После извлечения проволоки к раствору прибавили избыток раствора дихлорида бария. Найдите массу выпавшего осадка [5].

О-7. В раствор сульфата меди(II) поместили железную пластинку, масса которой увеличилась в результате реакции на 2,0 г. Вычислите массу железа, которая перешла в раствор [6, 7].

О-8. В 250 мл раствора, содержащего в 1 л по 0,2 моль сульфатов цинка, магния и никеля, был помещен кусок алюминия массой 0,8 г. Какие металлы и какой массы были вытеснены [8]?

О-9. В 50 г раствора сульфата некоторого металла поместили цинковую пластинку. Металл в сульфате находится в степени окисления +2. Через некоторое время масса пластинки увеличилась на 1,08 г. Массовая доля образовавшегося при этом сульфата цинка равна 6,58%. Определите, какой металл выделился на пластинке [9].

О-10. Медную пластинку массой 20 г погрузили в раствор нитрата ртути(II). В тот момент, когда масса пластинки увеличилась на 2,73 г, ее прокалили, и она приобрела первоначальный внешний вид. Как изменилась при этом масса пластинки [10]?

О-11. Кусочек железа погрузили в раствор нитрата неизвестного металла, который проявляет в соединениях степень окисления +1. Масса образца металла увеличилась на 16 г. Через полученный раствор нитрата железа(II) пропустили избыток сероводорода, получив при этом сульфид железа(II) массой 8,8 г*. Какой металл был выделен из раствора на образце железа [см. 1]?

О-12. 200 г водного раствора дихлорида неизвестного металла разделили на две равные части. В первую часть раствора погрузили железную пластинку, а во вторую – кадмиевую. Весь металл осел на пластинках, при этом масса железной увеличилась на 0,1 г, а кадмиевой – уменьшилась на 0,6 г. Определите исходную концентрацию дихлорида металла в массовых процентах [см. 3, 11].

О-13. Чтобы посеребрить медную пластинку массой 10 г, ее поместили в стакан, содержащий 250 г 20%-го раствора нитрата серебра. Когда пластинку вынули, оказалось, что количество вещества серебра в растворе уменьшилось на 20%. Определите, какая часть меди прореагировала и какова концентрация оставшегося в растворе нитрата серебра [см. 4, 12].

Решения и ответы

О-1. а, б, д – нет; в, г – да.

О-2. 0,8125 г.

О-3. Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu.

Определим, какое из веществ израсходуется полностью:

(Fe) = 10/56 = 0,18 моль,

(CuSO₄) = 16/160 = 0,1 моль.

Израсходуется полностью сульфат меди(II). Найдем массу выделившейся меди и массу растворившегося железа.

Согласно уравнению реакции:

(Fe) =(CuSO₄) = (Cu).

В реакцию вступило 0,1 моль железа и 0,1 моль соли, а образовалось 0,1 моль меди. Следовательно, m(Fe) = 5,6 г, m(Cu) = 6,4 г.

Масса гвоздя возрастет на:

m(Cu) – m(Fe) = 6,4 – 5,6 = 0,8 г,

и станет равной 10,8 г.

О-4. m(сетки) = 10,2 г,

(CuSO₄) = 18%.

О-5. Не сохранится.

О-6. 58,25 г.

О-7. Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu.

Обозначим массу железа, перешедшего в раствор, через m, а массу меди, выделившейся на пластинке, через (m + 2). Из уравнения реакции следует:

(Cu) = (Fe)

или

m(Fe)/М(Fe) = m(Cu)/М(Cu).

Преобразуем это соотношение:

m(Fe)/М(Fe) = (m(Fe) + 2)/М(Cu),

m/56 = (m + 2)/64.

Отсюда m = 14 г.

О-8. m(Zn) = 3,25 г,

m(Ni) = 2,95 г.

О-9. Выделилось олово.

О-10. Cu + Hg(NO₃)₂ = Cu(NO₃)₂ + Hg.

Изменение массы пластинки на каждый моль вступивших и выделившихся в реакции веществ:

M = 201 – 64 = 137 г/моль.

Количество вещества меди, вступившей во взаимодействие:

= m/M = 2,73/137 = 0,02 моль.

После испарения ртути масса пластинки уменьшится на:

m = •М(Cu) = 0,02•64 = 1,28 г.

О-11. Серебро.

О-12. Поскольку количества веществ металла М, выделившегося на пластинках, одинаковы, можно сделать вывод, что прореагировали равные количества веществ железа и кадмия. Уравнения упомянутых реакций:

MCl₂ + Fe = M + FeCl₂, (1)

MCl₂ + Cd = M + CdCl₂. (2)

Пусть М(М) – молярная масса неизвестного металла.

Тогда

(Fe) = m₁/M₁ = 0,1/(M(M) – 56),

(Cd) = m₂/M₂ = 0,6/(112 – M(M)).

Поскольку (Fe) = (Cd), запишем:

0,1/(M(M) – 56) = 0,6/(112 – M(M)).

Отсюда 0,7M(M) = 44,8,

M(M) = 64 г/моль,

т.е. искомый металл М – медь.

Найдем (CuCl₂):

(CuCl₂) = (Cu) = 0,1/(64 – 56) = 0,0125 моль.

Концентрация дихлорида меди:

(CuCl₂) = •M/m(р-ра) = 0,0125•135/100 = 0,0169,

или 1,69%.

О-13. Прореагировало 19% меди, (AgNO₃) = 16,6 %.

* Здесь автор, полагаясь на авторитет Г.П.Хомченко (см. [1]), ошибается. Мы знаем: сильная кислота вытесняет слабую из ее соли. Также в книге Ф.П.Тредвелла и В.Т.Голла «Курс аналитической химии. Качественный анализ» (М., Л.: Госхимиздат, 1946, т. 1, с. 232) можно найти следующее: «Сернистый водород не выделяет осадка из кислых растворов солей закиси железа; из разбавленных нейтральных растворов осаждается небольшое количество черного сернистого железа». Вместо сероводорода следовало бы воспользоваться сернистым аммонием (NH₄)₂S, который количественно осаждает железо в виде FeS. – Прим. ред.

Л и т е р а т у р а

1. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Задачи по химии для поступающих в вузы. М., 1994, 302 с.

2. Савицкий С.Н., Твердовский Н.П. Сборник задач и упражнений по неорганической химии. М., 1981, 112 с.

3. Малякин А.М. Решение задач по химии. СПб., 1995, 415 с.

4. Чуранов С.С. Химические олимпиады в школе. М., 1982, 191 с.

5. Воловик В.Б., Крутецкая Е.Б. Неорганическая химия. Упражнения и задачи. СПб., 1999, 136 с.

6. Лабий Ю.М. Решение задач по химии с помощью уравнений и неравенств. М., 1987, 80 с.

7. Химия. Пособие для подготовки к вступительному экзамену (химико-фармацевтический институт). Сост. Н.Н.Беляев, Н.Г.Тихомирова. Л., 1991, 47 с.

8. Абкин Г.Л. Задачи и упражнения по химии. М., 1972, 110 с.

9. Сидельникова В.И. Сборник задач повышенной трудности и упражнений по химии. Тюмень, 1994, 151 с.

10. Сорокин В.В., Загорский В.В., Свитанько И.В. Задачи химических олимпиад. М., 1989, 254 с.

11. Ефимов А.И., Карцова Л.А., Луцкая И.М. Задачи по химии. Л., 1986, 120 с.

12. Сидоров Е.П. Пособие для поступающих в вузы. Справочник по химии (для решения конкурсных задач). М., 1992, 139 с.

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