Завдання з хімії на суміші і сплави - матеріали для підготовки до ЗНО з хімії

  1. Типові помилки і помилки при вирішенні задач на суміші.
  2. Необхідні теоретичні відомості.
  3. Електрохімічний ряд напруг металів.
  4. Реакції металів з кислотами.
  5. Рішення прикладу 1.
  6. Рішення прикладу 2.
  7. Рішення прикладу 4.
  8. Рішення прикладу 5.
  9. Завдання для самостійного рішення.

Автор статті - професійний репетитор   О 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.

  1. 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.

  2. Припущення, що їх мольное співвідношення відповідає коефіцієнтам в рівняннях реакцій. наприклад:

    Кількість цинку приймається за Кількість цинку приймається за   , А кількість алюмінію - за   (Відповідно до коефіцієнта в рівнянні реакції) , 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.

  3. 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.

  1. 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.
  2. При цьому метали, що мають кілька ступенів окислення (залізо, хром, марганець, кобальт), проявляють мінімальну з можливих ступінь окислення - зазвичай це .
  3. 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.

  1. 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.
  2. 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.

  1. Знаходимо кількість водню: моль.
  2. За рівняння реакції:

    Кількість заліза теж 0,25 моль. Можна знайти його масу:

    м м

  3. 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 У другому прикладі в реакцію вступають обидва металу - число моль одного з металів, а за - кількість речовини другого.

Рішення прикладу 2.

  1. Знаходимо кількість водню: моль.
  2. Нехай кількість алюмінію - моль, а заліза моль. Тоді можна висловити через і кількість виділився водню:
  3. Нам відомо загальна кількість водню: моль. значить, (Це перше рівняння в системі).
  4. Для суміші металів потрібно висловити маси через кількості речовин. Значить, маса алюмінію

    маса заліза

    маса заліза

    а маса всієї суміші

    (Це друге рівняння в системі) (Це друге рівняння в системі).

  5. 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:
  6. 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.

  1. З концентрованої сірчаної кислотою реагує тільки мідь, число моль газу: моль

    Так як мольное співвідношення міді і сірчистого газу Так як мольное співвідношення міді і сірчистого газу   , То міді теж   моль , То міді теж моль.
    Можна знайти масу міді:

    м м

  2. У реакцію з розчином лугу вступає алюміній, при цьому утворюється гидроксокомплекс алюмінію і водень:
  3. Число моль водню: моль, мольное співвідношення алюмінію і водню і, отже,

    моль моль.

    Маса алюмінію:

    г г

  4. Залишок - це залізо, масою 3 г. Можна знайти масу суміші: м
  5. 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.

  1. Визначаємо кількість речовини газу: моль.
  2. 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.

  3. 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:
  4. 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 м

  5. Тепер переходимо до складу розчину. Зручно буде переписати реакції ще раз і записати над реакціями кількості всіх прореагировавших і утворилися речовин (крім води):
  6. 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 моль.

  7. Отже, в підсумковому розчині містяться:

    нітрат цинку в кількості нітрат цинку в кількості   моль: моль:

    г г

    нітрат алюмінію в кількості нітрат алюмінію в кількості   моль: моль:

    г г

    надлишок азотної кислоти в кількості надлишок азотної кислоти в кількості   моль: моль:

    г г

  8. 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 газів

    Тоді для нашої задачі:

    = Маса розчину кислоти + маса сплаву металів - маса азоту = Маса розчину кислоти + маса сплаву металів - маса азоту

    г г

    г г

  9. 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 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 , 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.

3. Три металу і складні завдання.

Відповіді і коментарі до завдань для самостійного рішення.

Навигация сайта
Новости
Реклама
Панель управления
Информация