Задачи на смеси — очень частый вид задач в химии. Они требуют чёткого представления о том, какие из веществ вступают в предлагаемую в задаче реакцию, а какие нет.
О смеси мы говорим тогда, когда у нас есть не одно, а несколько веществ (компонентов), «ссыпанных» в одну емкость. Вещества эти не должны взаимодействовать друг с другом.
Типичные заблуждения и ошибки, возникающие при решении задач на смеси.
- Попытка записать оба вещества в одну реакцию.
Получается примерно так:
«Смесь оксидов кальция и бария растворили в соляной кислоте…»
Уравнение реакции составляется так:
СаО + ВаО + 4HCl = СаCl2 + BaCl2 + 2H2O.
Это ошибка, ведь в этой смеси могут быть любые количества каждого оксида.
А в приведенном уравнении предполагается, что их равное количество. - Предположение, что их мольное соотношение соответствует коэффициентам в уравнениях реакций.
Например:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
Количество цинка принимается за х, а количество алюминия — за 2х (в соответствии с коэффициентом в уравнении реакции). Это тоже неверно. Эти количества могут быть любыми и они никак между собой не связаны. - Попытки найти «количество вещества смеси», поделив её массу на сумму молярных масс компонентов.
Это действие вообще никакого смысла не имеет. Каждая молярная масса может относиться только к отдельному веществу.
Часто в таких задачах используется реакция металлов с кислотами. Для решения таких задач надо точно знать, какие металлы с какими кислотами взаимодействуют, а какие — нет.
Необходимые теоретические сведения.
Способы выражения состава смесей.
- Массовая доля компонента в смеси — отношение массы компонента к массе всей смеси. Обычно массовую долю выражают в %, но не обязательно.
Электрохимический ряд напряжений металлов.
Реакции металлов с кислотами.
- С минеральными кислотами, к которым относятся все растворимые кислоты (кроме азотной и концентрированной серной, взаимодействие которых с металлами происходит по-особому), реагируют только металлы, в электрохимическом ряду напряжений находящиеся до (левее) водорода.
- При этом металлы, имеющие несколько степеней окисления (железо, хром, марганец, кобальт), проявляют минимальную из возможных степень окисления — обычно это +2.
- Взаимодействие металлов с азотной кислотой приводит к образованию, вместо водорода, продуктов восстановления азота, а с серной концентрированной кислотой — к выделению продуктов восстановления серы. Так как реально образуется смесь продуктов восстановления, часто в задаче есть прямое указание на конкретное вещество.
Читайте также: Застеклить лоджию алюминий пластик что лучше
Продукты восстановления азотной кислоты.
| Чем активнее металл и чем меньше концентрация кислоты, тем дальше восстанавливается азот | ||||
| NO2 | NO | N2O | N2 | NH4NO3 |
| Неактивные металлы (правее железа) + конц. кислота Неметаллы + конц. кислота |
Неактивные металлы (правее железа) + разб. кислота | Активные металлы (щелочные, щелочноземельные, цинк) + конц. кислота | Активные металлы (щелочные, щелочноземельные, цинк) + кислота среднего разбавления | Активные металлы (щелочные, щелочноземельные, цинк) + очень разб. кислота |
| Пассивация: с холодной концентрированной азотной кислотой не реагируют: Al, Cr, Fe, Be, Co. |
||||
| Не реагируют с азотной кислотой ни при какой концентрации: Au, Pt, Pd. |
||||
Продукты восстановления серной кислоты.
| SO2 | S | H2S | H2 | |
| Неактивные металлы (правее железа) + конц. кислота Неметаллы + конц. кислота |
Щелочноземельные металлы + конц. кислота | Щелочные металлы и цинк + концентрированная кислота. | Разбавленная серная кислота ведет себя как обычная минеральная кислота (например, соляная) | |
| Пассивация: с холодной концентрированной серной кислотой не реагируют: Al, Cr, Fe, Be, Co. |
||||
| Не реагируют с серной кислотой ни при какой концентрации: Au, Pt, Pd. |
||||
Реакции металлов с водой и со щелочами.
- В воде при комнатной температуре растворяются только металлы, которым соответствуют растворимые основания (щелочи). Это щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs), а также металлы IIA группы: Са, Sr, Ba. При этом образуется щелочь и водород. При кипячении в воде также можно растворить магний.
- В щелочи могут раствориться только амфотерные металлы: алюминий, цинк и олово. При этом образуются гидроксокомплексы и выделяется водород.
Примеры решения задач.
Рассмотрим три примера задач, в которых смеси металлов реагируют с соляной кислотой:
В первом примере медь не реагирует с соляной кислотой, то есть водород выделяется при реакции кислоты с железом. Таким образом, зная объём водорода, мы сразу сможем найти количество и массу железа. И, соответственно, массовые доли веществ в смеси.
Решение примера 1.
Количество железа тоже 0,25 моль. Можно найти его массу:
mFe = 0,25 • 56 = 14 г.
Теперь можно рассчитать массовые доли металлов в смеси:
Читайте также: Литье алюминия в пеноплекс
Во втором примере в реакцию вступают оба металла. Здесь уже водород из кислоты выделяется в обеих реакциях. Поэтому прямым расчётом здесь нельзя воспользоваться. В таких случаях удобно решать с помощью очень простой системы уравнений, приняв за х — число моль одного из металлов, а за у — количество вещества второго.
Решение примера 2.
- Находим количество водорода:
n = V / Vm = 8,96 / 22,4 = 0,4 моль. - Пусть количество алюминия — х моль, а железа у моль. Тогда можно выразить через х и у количество выделившегося водорода:
Решать такие системы гораздо удобнее методом вычитания, домножив первое уравнение на 18:
27х + 18у = 7,2
и вычитая первое уравнение из второго:
В третьем примере два металла реагируют, а третий металл (медь) не вступает в реакцию. Поэтому остаток 5 г — это масса меди. Количества остальных двух металлов — цинка и алюминия (учтите, что их общая масса 16 − 5 = 11 г) можно найти с помощью системы уравнений, как в примере №2.
Следующие три примера задач (№4, 5, 6) содержат реакции металлов с азотной и серной кислотами. Главное в таких задачах — правильно определить, какой металл будет растворяться в ней, а какой не будет.
В этом примере надо помнить, что холодная концентрированная серная кислота не реагирует с железом и алюминием (пассивация), но реагирует с медью. При этом выделяется оксид серы (IV).
Со щелочью реагирует только алюминий — амфотерный металл (кроме алюминия, в щелочах растворяются ещё цинк и олово, в горячей концентрированной щелочи — ещё можно растворить бериллий).
Решение примера 4.
- С концентрированной серной кислотой реагирует только медь, число моль газа:
nSO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль
(не забудьте, что такие реакции надо обязательно уравнивать с помощью электронного баланса)
Так как мольное соотношение меди и сернистого газа 1:1, то меди тоже 0,25 моль.
Можно найти массу меди:
mCu = n • M = 0,25 • 64 = 16 г.
В реакцию с раствором щелочи вступает алюминий, при этом образуется гидроксокомплекс алюминия и водород:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2
Читайте также: Алюминий для производства зеркал
В тексте этой задачи чётко указан продукт восстановления азота — «простое вещество». Так как азотная кислота с металлами не даёт водорода, то это — азот. Оба металла растворились в кислоте.
В задаче спрашивается не состав исходной смеси металлов, а состав получившегося после реакций раствора. Это делает задачу более сложной.
Решение примера 5.
- Определяем количество вещества газа:
nN2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 моль. - Определяем массу раствора азотной кислоты, массу и количество вещества растворенной HNO3:
Обратите внимание, что так как металлы полностью растворились, значит — кислоты точно хватило (с водой эти металлы не реагируют). Соответственно, надо будет проверить, не оказалась ли кислота в избытке, и сколько ее осталось после реакции в полученном растворе.
Составляем уравнения реакций (не забудьте про электронный баланс) и, для удобства расчетов, принимаем за 5х — количество цинка, а за 10у — количество алюминия. Тогда, в соответствии с коэффициентами в уравнениях, азота в первой реакции получится х моль, а во второй — 3у моль:
Решать эту систему удобно, домножив первое уравнение на 90 и вычитая первое уравнение их второго.
Проверим массу смеси:
0,2 • 65 + 0,3 • 27 = 21,1 г.
Теперь переходим к составу раствора. Удобно будет переписать реакции ещё раз и записать над реакциями количества всех прореагировавших и образовавшихся веществ (кроме воды):
| Масса нового раствора |
= | Сумма масс смешиваемых растворов и/или веществ |
— | Масса осадков | — | Масса газов |
При решении этой задачи надо вспомнить, во-первых, что концентрированная азотная кислота с неактивным металлом (медь) даёт NO2, а железо и алюминий с ней не реагируют. Соляная кислота, напротив, не реагирует с медью.
Задачи для самостоятельного решения.
1. Несложные задачи с двумя компонентами смеси.
2. Задачи более сложные.
3. Три металла и сложные задачи.
Ответы и комментарии к задачам для самостоятельного решения.
Это полезно
В ЕГЭ-2022 по математике появится новая задача по теме «Комплексные числа». Но что же это такое? Давайте разбираться.
- Свежие записи
- Укладываем художественный паркет самостоятельно
- Как лучше всего защитить стены из газоблока от разрушения в первую зиму после строительства дома
- Арболит, он же — опилкобетон
- Особенности звукоизоляции помещений
- Глина с опилками – самый лучший и дешевый способ утепления бетонных стен дома
- Правообладателям
- Политика конфиденциальности
Все про металл © 2023
Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер