Решение задач (Шиманович)
Подождите немного. Документ загружается.
№279. При электролизе раствора соли кадмия израсходовано 3434 Кл электричества.
Выделилось 2 г кадмия. Чему равна молярная масса эквивалента кадмия?
Решение
Согласно закону Фарадея масса кислорода выделившегося на электроде
m = m
Э
I t /96500
Учитывая что, I · t = Q – количество электричества получаем
m = m
Э
· Q / 96500.
Откуда находим эквивалентную массу кадмия
m
Э
= 96500 · m / Q = 96500 · 2 / 3434 = 56,2 г/моль.
№282. Медь не вытесняет водород из разбавленных кислот. Почему? Однако, если к
медной пластинке, опущенной в кислоту, прикоснуться цинковой, то на меди начинается
бурное выделение водорода. Дайте этому объяснение, составив электронные уравнения
анодного и катодного процессов. Напишите уравнение протекающей химической реакции.
Решение.
Медь не вытесняет водород из разбавленных кислот, так как ее электродный
потенциал больше потенциала водородного электрода.
Если прикоснутся к ней цинковой пластиной то образуется гальваническая пара в
которой медь является катодом, а цинк анодом. Поэтому на медной пластине начинается
бурное выделение водорода.
Электронные уравнения.
Анодный процесс
Zn
0
– 2e
–
= Zn
2+
Катодный процесс:
2H
+
+ 2e
–
= H
2
;
Ионно-молекулярное уравнение
Zn + 2H
+
= H
2
+ Zn
2+
.
№285. В чем сущность протекторной защиты металлов от коррозии? Приведите пример
протекторной защиты железа в электролите, содержащем растворенный кислород.
Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
Решение.
Сущность протекторной защиты заключается в том, что защищаемое изделие
подключается к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, поэтому
оно становится катодом, а анодом служит вспомогательный, обычно стальной электрод.
Вспомогательный электрод (анод) растворяется, на защищаемом сооружении (катоде)
выделяется водород. Если вспомогательный анод изготовлен из металла, имеющего более
отрицательный потенциал, чем защищаемый металл, то возникает гальванический
элемент. При этом отпадает необходимость в наложении тока от внешнего источника.
Анод растворяется со скоростью, достаточной для создания в системе необходимого
электрического тока.
Подобные вспомогательные электроды называют протекторами. Для их
изготовления большей частью используют магний и его сплавы, цинк, алюминий.
Катодная поляризация используется для защиты от коррозии подземных
трубопроводов, кабелей. Катодную защиту применяют также к шлюзовым воротам,
подводным лодкам, водным резервуарам, морским трубопроводам и оборудованию
химических заводов.
Анодный процесс
Zn
0
– 2e
–
= Zn
2+
Катодный процесс:
2H
+
+ 2e
–
= H
2
;
№288. В раствор хлороводородной (соляной) кислоты поместили цинковую пластинку и
цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка
происходит интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив электронные уравнения
соответствующих процессов.
Решение.
У цинковой пластинки, частично покрытой медью коррозия (растворение цинка) будет
происходить интенсивнее, так как в этом случае образуется гальваническая пара. Водород
выделяясь на участке покрытом медью не будет препятствовать растворению цинка.
Электронные уравнения
Анод: Zn
0
– 2e
–
= Zn
2+
Катод: 2Н
+
+ 2e
–
= Н
2
№291. Железное изделие покрыли кадмием. Какое это покрытие — анодное или
катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов
коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в
хлороводородной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во
втором случаях?
Решение.
Стандартный электродный потенциал железа –0,44 В.
Стандартный электродный потенциал кадмия –0,403 В.
Так как кадмий имеет больший электродный потенциал, следовательно он является
катодом, т.е. покрытие катодное.
Анодный процесс в обоих случаях – окисление металла
Fe
0
– 2e
–
= Fe
2+
Катодный процесс:
во влажном воздухе
O
2
+ 2 H
2
O + 4e
–
= 4(OH)
–
;
в соляной кислоте
2 H
+
+ 2e
–
= H
2
.
Во влажном воздухе продуктом коррозии будет являться гидроскид железа.
В соляной кислоте продуктом коррозии будет являться хлорид железа.
№294
Какой металл целесообразней выбрать для протекторной защиты от коррозии свинцовой
оболочки кабеля: цинк магний или хром? Почему? Составьте электронные уравнения
анодного и катодного процессов атмосферной коррозии, какой состав продуктов
коррозии?
Решение.
Для протекторной защиты от атмосферной коррозии свинцовой оболочки кабеля
целесообразней применять цинк. Хром для этой цели не подходит так как это металл
хрупкий и при изгибе кабеля он будет покрытие из хрома будет растрескиваться, а магний
на воздухе вообще горит белым пламенем.
Электронные уравнения процессов коррозии
Анодный процесс: Zn
0
– 2e
–
= Zn
2+
Катодный процесс:
при кислородной деполяризации ½O
2
+ H
2
O + 2e
–
= 2OH
–
Так как ионы Zn
2+
с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то
продуктом коррозии буде Zn(OH)
2
.
№297. Как влияет рН среды на скорость коррозии железа и цинка? Почему? Составьте
уравнения анодного и катодного процессов атмосферной коррозии этих металлов.
Решение
В кислой среде коррозия обоих металлов ускоряется.
В щелочной среде железо устойчиво, а коррозия цинка ускорится, так как цинк
амфотерный металл.
Электронные уравнения процессов коррозии.
Для цинка
Анодный процесс: Zn
0
– 2e
–
= Zn
2+
Катодный процесс:
при кислородной деполяризации ½O
2
+ H
2
O + 2e
–
= 2OH
–
Так как ионы Zn
2+
с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то
продуктом коррозии буде Zn(OH)
2
.
Для железа.
Анодный процесс
Fe
0
– 2e
–
= Fe
2+
Катодный процесс во влажном воздухе
O
2
+ 2 H
2
O + 4e
–
= 4(OH)
–
.
В результате коррозии образуется гидроксид железа Fe(OH)
2
.
№300. Как протекает атмосферная коррозия железа, покрытого слоем никеля, если
покрытие нарушено? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
Какой состав продуктов коррозии.
Решение.
Стандартный электродный потенциал железа –0,44 В.
Стандартный электродный потенциал никеля –0,25 В.
Так как никель имеет больший электродный потенциал, следовательно он является
катодом, т.е. покрытие катодное.
Поэтому при нарушении покрытия в результате коррозии слой никеля сохраняется,
а под ним активно коррозирует железо.
Анодный процесс – окисление металла
Fe
0
– 2e
–
= Fe
2+
Катодный процесс:
во влажном воздухе
O
2
+ 2 H
2
O + 4e
–
= 4(OH)
–
;
Во влажном воздухе продуктом коррозии будет являться гидроскид железа.
№306. Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и
координационное число комплексообразователя в соединениях K
4
[Fe(CN)
6
], K
4
[TiCl
8
],
K
2
[HgI
4
]. Как диссоциируют эти соединения в водных растворах?
Решение.
В соединении K
4
[Fe(CN)
6
] заряд комплексного иона –4 [Fe(CN)
6
]
4–
, степень окисления
комплексообразователя +2, координационное число 6.
В соединении K
4
[TiCl
8
] заряд комплексного иона –4 [TiCl
8
]
4–
, степень окисления
комплексообразователя +4, координационное число 8.
В соединении K
2
[HgI
4
] заряд комплексного иона –2 [HgI
4
]
2–
, степень окисления
комплексообразователя +2, координационное число 4.
Уравнения диссоциации этих веществ в водных растворах
K
4
[Fe(CN)
6
] = 4K
+
+ [Fe(CN)
6
]
4–
K
4
[TiCl
8
] = 4K
+
+ [TiCl
8
]
4–
K
2
[HgI
4
] = 2K
+
+ [HgI
4
]
2–
№309. Определите, чему равен заряд следующих комплексных ионов: [Cr(NH
3
)
5
NO
3
],
[Pt(NH
3
)Cl
3
], [Ni(CN)
4
], если комплексообразователями являются Cr
3+
, Pt
2+
, Ni
2+
.
Напишите формулы соединений, содержащих эти комплексные ионы.
Решение.
Заряды комплексных ионов.
[Cr(NH
3
)
5
NO
3
]
2+
[Pt(NH
3
)Cl
3
]
–
[Ni(CN)
4
]
2–
Формулы соединений содержащих эти ионы
[Cr(NH
3
)
5
NO
3
]Сl
2
K[Pt(NH
3
)Cl
3
]
K
2
[Ni(CN)
4
]
№312. Напишите выражения для констант нестойкости комплексных ионов [Ag(NH
3
)
2
]
+
,
[Fe(CN)
6
]
4–
, [PtCl
6
]
2–
. Чему равны степень окисления и координационное число
комплексообразователей в этих ионах?
Решение.
Выражения для констант нестойкости комплексных ионов
2
3
3
[ ][ ]
[ ( ) ]
Ag NH
K
Ag NH
+
+
=
2 6
4
6
[ ][ ]
[ ( ) ]
Fe CH
K
Fe CH
+ −
−
=
4 6
2
6
[ ][ ]
[ ]
Pt Cl
K
PtCl
+ −
−
=
Степени окисления комплексообразователя в ионах:
[Ag(NH
3
)
2
]
+
– 1+;
[Fe(CN)
6
]
4–
– 2+;
[PtCl
6
]
2–
– 4+.
Координационные числа комплексообразователей в этих ионах:
[Ag(NH
3
)
2
]
+
– 2;
[Fe(CN)
6
]
4–
– 6;
[PtCl
6
]
2–
– 6.
№315
При прибавлении раствора KCN к раствору [Zn(NH
3
)
4
]SO
4
образуется растворимое
комплексное соединение Κ
2
[Zn(CN)
4
]. Напишите молекулярное и ионно-молекулярное
уравнение реакции. Константа нестойкости какого иона [Zn(NH
3
)
4
]
2+
или [Zn(CN)
4
]
2–
больше? Почему?
Решение.
Молекулярное уравнение
4KCN + [Zn(NH
3
)
4
]SO
4
= Κ
2
[Zn(CN)
4
] + K
2
SO
4
+ 4NH
3
Ионно-молекулярное уравнение
[Zn(NH
3
)
4
]
2+
+ 4CN
–
= [Zn(CN)
4
]
2–
+ 4NH
3
Константа нестойкости комплексного иона [Zn(NH
3
)
4
]
2+
больше по тому, что это менее
стойкий ион.
№318. Хлорид серебра растворяется в растворах аммиака и тиосульфата натрия. Дайте
этому объяснение и напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения
соответствующих реакций.
Решение.
Хлорид серебра в этих случаях растворяется из за образования комплексных солей
Уравнения реакций
AgCl + 2NH
3
= [Ag(NH
3
)
2
]Cl
AgCl + 2NH
3
= [Ag(NH
3
)
2
]
+
+ Cl
–
AgCl + 2Na
2
S
2
O
3
= Na
3
[Ag(S
2
O
3
)
2
] + NaCl
AgCl + 2S
2
O
3
2-
= [Ag(S
2
O
3
)
2
]
3-
+ Cl
№321. Какую степень окисления может проявлять водород в своих соединениях?
Приведите примеры реакций в которых газообразный водород играет роль окислителя и в
которых восстановителя.
Решение
Водород в соединениях проявляет степени окисления +1, –1.
Реакция в которой газообразный водород является окислителем
Н
2
+ 2Na = 2HNa
Реакции в которой газообразный водород является восстановителем
2Н
2
+ О
2
= 2Н
2
О
Н
2
+ Cl
2
= 2HCl.
№324. Как получают металлический натрий? Составьте электронные уравнения
процессов, происходящих на электродах при электролизе расплава NaOH.
Решение.
Металлический натрий получают электролизом расплава гидроксида натрия.
Электронные уравнения процессов
Катод: Na
+
+ e
–
= Na
0
Анод: 2(ОН)
–
– 2е
–
= О
2
+ Н
2
О.
№327. Как можно получить гидрид и нитрид кальция? Напишите уравнения реакций этих
соединений с водой. К окислительно-восстановительным реакциям составьте электронные
уравнения.
Решение.
Гидрид кальция образуется при нагревании кальция в токе сухого водорода.
Нитрид кальция образуется при нагревании кальция в атмосфере азота.
Уравнение реакции гидрида кальция с водой
CaH
2
+ 2H
2
O = Ca(OH)
2
+ 2H
2
Электронные уравнения
Н
+
+ е
–
= Н
0
H
–
– e
–
= H
0
Уравнение реакции нитрида кальция с водой
Ca
3
N
2
+ 6H
2
O = 3Ca(OH)
2
+ 2NH
3
№330 При пропускании диоксида углерода через известковую воду (раствор Са(ОН)
2
)
образуется осадок, который при дальнейшем пропускании СО
2
растворяется. Дайте
объяснение этому явлению. Составьте уравнения реакций.
Решение.
При пропускании углекислого газа в известковую воду сначала образуется мел
который выпадает в осадок.
При дальнейшем пропускании углекислого газа образуется растворимый
гидрокарбонат кальция, осадок исчезает.
Уравнения реакций:
первой Са(ОН)
2
+ СО
2
= СаСО
3
+ Н
2
О
второй СаСО
3
+ Н
2
О + СО
2
= Са(НСО
3
)
2
№333. Какие соединения магния и кальция применяются в качестве вяжущих
строительных материалов? Чем обусловлены их вяжущие свойства?
Решение
В качестве строительных вяжущих материалов применянют оксиды кальция и магния.
Использование извести в качестве вяжущего вещества основано на том, что после выхода
из печи известь легко соединяется с водой. Реакция соединения окислов кальция и магния
с водой начинается при обычной температуре и сопровождается выделением большого
количества тепла. Выделяющееся тепло резко повышает температуру извести и воды,
которая может даже закипеть (поэтому негашеную известь называют кипелкой). Процесс
соединения извести с водой (реакция гидратации) протекает по следующей реакции:
СаО+Н
2
0 → Са(ОН)
2
+15,5 ккал.
Полученный после гашения гидрат окиси кальция Са(ОН)г на воздухе кристаллизуется,
превращаясь в твердое вещество. Для нормального течения этой реакции необходимо,
чтобы в известковом растворе было достаточно воды. При недостаточном количестве
воды реакция прекращается и получается пересушенная штукатурка, в результате
штукатурный слой осыпается. Чтобы избежать этого, штукатурку увлажняют.
Наряду с кристаллизацией в твердеющем известковом растворе происходит процесс
карбонизации. Он заключается в соединении гидрата окиси кальция с углекислым газом,
находящимся в воздухе:
Са(ОН)
2
+СО
2
= СаСО
3
+Н
2
0.
В результате этой реакции образуется углекислый кальций, т. е. то самое вещество, из
которого была получена известь. Углекислый кальций намного прочнее кристаллов
гидрата окиси кальция. Процесс карбонизации происходит очень медленно, так как на
поверхности штукатурного слоя образуется корка из углекислого кальция СаСОз,
затрудняющая проникание углекислого газа СО
2
внутрь. Этим объясняется
исключительно медленное, длящееся десятками лет нарастание прочности известковых
растворов.
Виды воздушной извести. По виду основного окисла воздушная известь подразделяется
на кальциевую, магнезиальную, доломитовую
Кальциевая известь содержит 70—90% CaO и в пределах 5% MgO; получают ее обжигом
чистых кальциевых известняков. Магнезиальная известь содержит до 20% MgO, а
доломитовая до 40% MgO. Эти виды извести получают обжигом доломитизированных
известняков и доломитов в печах, обеспечивающих получение MgO в активной форме, т.
е. способностью гаситься водой в обычные сроки.
№336
Чем можно объяснить большую восстановительную щелочных металлов. При сплавлении
гидроксида натрия с металлическим натрием последний восстанавливает водород щелочи
в гидрид-ион. Составьте электронные и молекулярные уравнения этой реакции.
Решение.
Большая восстановительная способность щелочных металлов связана с легкой отдачей
этими металлами единственного валентного электрона.
Электронные уравнения
Na
0
– e
–
= Na
+
H + e
–
= H
–
Молекулярное уравнение
2Na + NaOH = NaH + Na
2
O
№339. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) кальция с водой; б)
магния с азотной кислотой, учитывая, что окислитель приобретает низшую степень
окисления.
Решение
Реакция кальция с водой
1 Са
0
+ 2e
–
= Са
2+
2 H
+
– e
–
= H
0
Ca + 2H
2
O = Ca(OH)
2
+ H
2
Реакция магния с азотной кислотой
4 Мg
0
+ 2e
–
= Мп
2+
1 N
5+
– 8e
–
= N
3-
4Mg + 9HNO
3
= 4Mg(NO
3
)
2
+ NH
3
+ 3H
2
O