- Типові помилки і помилки при вирішенні задач на суміші.
- Необхідні теоретичні відомості.
- Електрохімічний ряд напруг металів.
- Реакції металів з кислотами.
- Рішення прикладу 1.
- Рішення прикладу 2.
- Рішення прикладу 4.
- Рішення прикладу 5.
- Завдання для самостійного рішення.
Автор статті - професійний репетитор О. В. Овчинникова.
Завдання на суміші і сплави - дуже частий вид завдань на ЄДІ з хімії. Вони вимагають чіткого уявлення про те, які з речовин вступають в пропоновану в завданні реакцію, а які ні.
Про суміші ми говоримо тоді, коли у нас є не одне, а кілька речовин (компонентів), «зсипають» в одну ємність. Речовини ці не повинні взаємодіяти один з одним.
Типові помилки і помилки при вирішенні задач на суміші.
- Спроба записати обидві речовини в одну реакцію. Ось одна з поширених помилок:
«Суміш оксидів кальцію і барію розчинили в соляній кислоті ...» Багато випускників пишуть рівняння реакції так:Це помилка. Адже в цій суміші можуть бути будь-які кількості кожного оксиду!
А в наведеному рівнянні передбачається, що їх рівну кількість. - Припущення, що їх мольное співвідношення відповідає коефіцієнтам в рівняннях реакцій. наприклад:
Кількість цинку приймається за , А кількість алюмінію - за (Відповідно до коефіцієнта в рівнянні реакції). Це теж невірно. Ці кількості можуть бути будь-якими і вони ніяк між собою не пов'язані.
- Спроби знайти «кількість речовини суміші», поділивши її масу на суму молярних мас компонентів. Ця дія взагалі ніякого сенсу не має. Кожна молярна маса може ставитися тільки до окремого речовини.
Часто в таких завданнях використовується реакція металів з кислотами. Для вирішення таких завдань треба точно знати, які метали з якими кислотами взаємодіють, а які - ні.
Необхідні теоретичні відомості.
Способи вираження складу сумішей.
- Масова частка компонента в суміші - відношення маси компонента до маси всієї суміші. Зазвичай масову частку виражають в%, але не обов'язково.
- Молярна частка компонента в суміші - відношення числа моль (кількості речовини) компонента до сумарному числу моль всіх речовин в суміші. Наприклад, якщо в суміш входять речовини , і , То:
- Мольне співвідношення компонентів. Іноді в задачах для суміші вказується мольное співвідношення її складових. наприклад:
- Об'ємна частка компонента в суміші (тільки для газів) - відношення обсягу речовини А до загального обсягу всієї газової суміші.
Електрохімічний ряд напруг металів.
Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pd Pt Au
Реакції металів з кислотами.
- З мінеральними кислотами, до яких відносяться всі розчинні кислоти (крім азотної і концентрованої сірчаної, взаємодія яких з металами відбувається по-особливому), реагують тільки метали, в електрохімічному ряді напруг знаходяться до (лівіше) водню.
- При цьому метали, що мають кілька ступенів окислення (залізо, хром, марганець, кобальт), проявляють мінімальну з можливих ступінь окислення - зазвичай це .
- Взаємодія металів з азотною кислотою призводить до утворення, замість водню, продуктів відновлення азоту, а з сірчаної концентрованої кислотою - до виділення продуктів відновлення сірки. Так як реально утворюється суміш продуктів відновлення, часто в завданні є пряма вказівка на конкретну речовину.
Продукти відновлення азотної кислоти.
Продукти відновлення сірчаної кислоти.
Реакції металів з водою і з лугами.
- У воді при кімнатній температурі розчиняються тільки метали, яким відповідають розчинні підстави (луги). Це лужні метали ( ), А також метали IIA групи: . При цьому утворюється луг і водень. При кип'ятінні у воді також можна розчинити магній.
- В лугу можуть розчинитися тільки амфотерні метали: алюміній, цинк і олово. При цьому утворюються гідроксокомплекси і виділяється водень.
Приклади розв'язання задач.
Розглянемо три приклади завдань, в яких суміші металів реагують з соляною кислотою:
Приклад 1. При дії на суміш міді і заліза масою 20 г надлишком соляної кислоти виділилося 5,6 л газу (н.у.). Визначити масові частки металів у суміші.
У першому прикладі мідь не реагує з соляною кислотою, тобто водень виділяється при реакції кислоти з залізом. Таким чином, знаючи обсяг водню, ми відразу зможемо знайти кількість і масу заліза. І, відповідно, масові частки речовин в суміші.
Рішення прикладу 1.
- Знаходимо кількість водню: моль.
- За рівняння реакції:
Кількість заліза теж 0,25 моль. Можна знайти його масу:
м
- Тепер можна розрахувати масові частки металів у суміші:
Приклад 2. При дії на суміш алюмінію і заліза масою 11 г надлишком соляної кислоти виділилося 8,96 л газу (н.у.). Визначити масові частки металів у суміші.
У другому прикладі в реакцію вступають обидва металу. Тут вже водень з кислоти виділяється в обох реакціях. Тому прямим розрахунком тут не можна скористатися. У таких випадках зручно вирішувати за допомогою дуже простої системи рівнянь, прийнявши за - число моль одного з металів, а за - кількість речовини другого.
Рішення прикладу 2.
- Знаходимо кількість водню: моль.
- Нехай кількість алюмінію - моль, а заліза моль. Тоді можна висловити через і кількість виділився водню:
- Нам відомо загальна кількість водню: моль. значить, (Це перше рівняння в системі).
- Для суміші металів потрібно висловити маси через кількості речовин. Значить, маса алюмінію
маса заліза
а маса всієї суміші
(Це друге рівняння в системі).
- Отже, ми маємо систему з двох рівнянь:
Вирішувати такі системи набагато зручніше шляхом вирахування, домножимо перше рівняння на 18: і віднімаючи перше рівняння з другого: - Далі знаходимо маси металів і їх масові частки в суміші:
відповідно,
Приклад 3. 16 г суміші цинку, алюмінію і міді обробили надлишком розчину соляної кислоти. При цьому виділилося 5,6 л газу (н.у.) і не розчинилося 5 г речовини. Визначити масові частки металів у суміші.
У третьому прикладі два металу реагують, а третій метал (мідь) не вступає в реакцію. Тому залишок 5 г - це маса міді. Кількості інших двох металів - цинку і алюмінію (врахуйте, що їх загальна маса 16 - 5 = 11 г) можна знайти за допомогою системи рівнянь, як в прикладі №2.
Відповідь до Прикладу 3: 56,25% цинку, 12,5% алюмінію, 31,25% міді.
Наступні три приклади завдань (№4, 5, 6) містять реакції металів з азотної та сірчаної кислотами. Головне в таких завданнях - правильно визначити, який метал буде розчинятися в ній, а який не буде.
Приклад 4. На суміш заліза, алюмінію і міді подіяли надлишком холодної концентрованої сірчаної кислоти. При цьому частина суміші розчинилася, і виділилося 5,6 л газу (н.у.). Частину, що залишилася суміш обробили надлишком розчину їдкого натру. Виділилося 3,36 л газу і залишилося 3 г не розчиниться залишку. Визначити масу і склад вихідної суміші металів.
У цьому прикладі треба пам'ятати, що холодна концентрована сірчана кислота не реагує з залізом і алюмінієм (пасивація), але реагує з міддю. При цьому виділяється оксид сірки (IV).
З лугом реагує тільки алюміній - амфотерний метал (крім алюмінію, в лугах розчиняються ще цинк і олово, в гарячій концентрованої лугу - ще можна розчинити берилій).
Рішення прикладу 4.
- З концентрованої сірчаної кислотою реагує тільки мідь, число моль газу: моль
Так як мольное співвідношення міді і сірчистого газу , То міді теж моль.
Можна знайти масу міді:м
- У реакцію з розчином лугу вступає алюміній, при цьому утворюється гидроксокомплекс алюмінію і водень:
- Число моль водню: моль, мольное співвідношення алюмінію і водню і, отже,
моль.
Маса алюмінію:
г
- Залишок - це залізо, масою 3 г. Можна знайти масу суміші: м
- Масові частки металів:
Приклад 5. 21,1 г суміші цинку і алюмінію розчинили в 565 мл розчину азотної кислоти, що містить 20 мас. % НNО3 і має щільність 1,115 г / мл. Обсяг газу, що виділився, що є простим речовиною і єдиним продуктом відновлення азотної кислоти, склав 2,912 л (н.у.). Визначте склад отриманого розчину в масових відсотках. (РХТУ)
У тексті цього завдання чітко вказано продукт відновлення азоту - «проста речовина». Так як азотна кислота з металами не дає водню, то це - азот. Обидва металу розчинилися в кислоті.
У задачі питається не склад вихідної суміші металів, а склад отриманого після реакцій розчину. Це робить задачу складнішою.
Рішення прикладу 5.
- Визначаємо кількість речовини газу: моль.
- Визначаємо масу розчину азотної кислоти, масу і кількість речовини розчиненої :
Зверніть увагу, що так як метали повністю розчинилися, значить - кислоти точно вистачило (з водою ці метали не реагують). Відповідно, треба буде перевірити, чи не виявилася чи кислота в надлишку, і скільки її залишилося після реакції в отриманому розчині.
- Складаємо рівняння реакцій (не забудьте про електронний баланс) і, для зручності розрахунків, приймаємо за - кількість цинку, а за - кількість алюмінію. Тоді, відповідно до коефіцієнтів в рівняннях, азоту в першій реакції вийде моль, а в другій - моль:
- Тоді, враховуючи, що маса суміші металів г, їх молярні маси - г / моль у цинку і г / моль у алюмінію, отримаємо наступну систему рівнянь:
Вирішувати цю систему зручно, домножимо перше рівняння на 90 і віднімаючи перше рівняння їх другого.
Перевіримо масу суміші:
м
- Тепер переходимо до складу розчину. Зручно буде переписати реакції ще раз і записати над реакціями кількості всіх прореагировавших і утворилися речовин (крім води):
- Наступне питання: чи залишилася в розчині азотна кислота і скільки її залишилося? За рівняннями реакцій, кількість кислоти, яка набрала в реакцію: моль,
тобто кислота була в надлишку і можна обчислити її залишок у розчині:
моль.
- Отже, в підсумковому розчині містяться:
нітрат цинку в кількості моль:
г
нітрат алюмінію в кількості моль:
г
надлишок азотної кислоти в кількості моль:
г
- Яка маса підсумкового розчину? Згадаймо, що маса підсумкового розчину складається з тих компонентів, які ми змішували (розчини і речовини) мінус ті продукти реакції, які пішли з розчину (опади і гази):
маса
нового
розчину = Сума мас
змішуються
розчинів і / або речовин - Маса опадів - Маса газівТоді для нашої задачі:
= Маса розчину кислоти + маса сплаву металів - маса азоту
г
г
- Тепер можна розрахувати масові частки речовин в отриманому розчині:
При вирішенні цього завдання треба згадати, по-перше, що концентрована азотна кислота з неактивним металом (мідь) дає , А залізо і алюміній з нею не реагують. Соляна кислота, навпаки, не реагує з міддю.
Завдання для самостійного рішення.
1. Нескладні завдання з двома компонентами суміші.
2. Завдання більш складні.
2-8. Сплав алюмінію з сріблом обробили надлишком концентрованого розчину азотної кислоти, залишок розчинили в оцтової кислоти. Обсяги газів, що виділилися в обох реакціях виміряні при однакових умовах, виявилися рівними між собою. Обчисліть масові частки металів у сплаві.