Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №26/2004

В ПОМОЩЬ МОЛОДОМУ УЧИТЕЛЮ

Из опыта работы

" В РАСТВОР ПОГРУЖЕНА ПЛАСТИНКА..."

Пучки расчетных задач

Продолжение. См. № 44, 46, 48/2003;
9, 14, 21/2004

Задачи пучка Д подтверждают известный тезис о материальном балансе веществ пластинки и раствора: возрастание массы пластинки сопровождается уменьшением массы раствора. Кроме того, придется вспомнить о летучем металле (ртуть, tкип = 357 °С), о понятиях «ряд напряжений металлов», «эквивалент металла», «массовая доля» и др.

Пучок задач Д

Д-1. На каком свойстве металлов основано применение раствора медного купороса для разметки стальных деталей при их обработке? Напишите уравнение соответствующей реакции [1].

Д-2. Каплю раствора соли неизвестного металла поместили на медную пластинку. Через некоторое время пластинку тщательно промыли дистиллированной водой, при этом обнаружили, что на том месте, где была капля раствора, осталось ярко выраженное блестящее пятно, которое исчезло только после нагревания пластинки. Какой металл входил в состав соли? Какие соли, образованные ионами этого металла, могли содержаться в растворе [2–8]?

Д-3. Свинцовую пластинку погрузили на некоторое время в раствор медного купороса. Затем ее вынули из раствора, промыли, высушили и взвесили. Вес пластинки уменьшился на 1,43 г. Сколько граммов свинца перешло в раствор [9]?

Д-4. Что произойдет с железной пластинкой массой 5 г при выдерживании ее в растворе, содержащем сульфат меди(II) массой 1,6 г [7, 10, 12]?

Д-5. В раствор кислоты были погружены цинковая и кадмиевая пластинки. При соединении наружных концов пластинок металлическим проводником на поверхности кадмия началось выделение водорода. Какой из взятых металлов химически более активен и стоит в ряду напряжения левее? Выразите уравнениями происходящие на поверхности пластинок реакции [9].

Д-6. В раствор, содержащий 8,32 г сульфата кадмия, погрузили цинковую пластинку. После полного выделения кадмия масса пластинки увеличилась на 2,35%. Определите массу цинковой пластинки до начала реакции [12, 13].

Д-7. Цинковую пластинку погрузили в раствор нитрата некоторого двухвалентного металла. После того как прореагировало 0,03 моль нитрата металла, масса цинковой пластинки увеличилась на
1,41 г. Определите, нитрат какого металла был в растворе [14].

Д-8. В раствор сульфата меди(II) объемом 250 мл поместили железную пластинку массой 40 г. Определите массу выделившейся меди и молярную концентрацию сульфата железа(II) в образовавшемся растворе, если после реакции масса пластинки оказалось равной 42 г [7].

Д-9. В раствор, содержащий 3,2 г металла в виде хлорида, погрузили железную пластинку массой 50 г. После полного выделения металла масса пластинки увеличилась на 0,8%. Определите эквивалент металла [13].

Д-10. В раствор сульфата олова(II) массой 50 г с массовой долей вещества 21,5% поместили железные опилки массой 3,36 г. После окончания реакции металлический осадок собрали. Определите массу этого осадка [15].

Д-11. В раствор нитрата ртути(I) Hg2(NO3)2 массой 200 г поместили железные опилки. Массовая доля растворенного вещества первоначально составляла 20%. Через некоторое время массовая доля нитрата ртути(I) в растворе стала 10%. Какая масса ртути получена в результате реакции [15]?

Д-12. Железную пластинку массой 20 г поместили в раствор нитрата серебра массой 80 г с массовой долей вещества 12%. Через некоторое время массовая доля нитрата составила 8%. Определите, чему равна масса металлической пластинки, если все полученное серебро выделилось на ней [15].

Д-13. После погружения железной пластинки массой 8 г в 50 мл раствора нитрата свинца с массовой долей 15% (плотность – 1,32 г/см3) количество нитрата свинца в растворе уменьшилось втрое. Какой стала масса пластинки [16]?

Решения и ответы

Д-2. Это мог быть любой металл, расположенный в ряду стандартных электродных потенциалов правее меди, но с учетом того, что металл испарился при нагревании, ответ только один: металл – ртуть. В растворе могли быть ионы одно- и двухвалентной ртути или такие растворимые соли, как Hg2(NO3)2 и Hg(NO3)2, Hg2SO4 и HgSO4, Hg2Cl2 и HgCl2.

Д-3. В раствор перешло 2,07 г свинца.

Д-4. Масса пластинки станет 5,08 г.

Д-5. Используя знания о ряде стандартных электродных потенциалов, можно составить следующее уравнение реакции:

2H+ + Zn0 = Zn2+ + H2,

при этом водород будет выделяться на кадмиевой пластинке, цинковая же пластинка будет растворяться.

Д-6. Zn + CdSO4 = ZnSO4 + Cd;

n(CdSO4) = 8,32/208 = 0,04 моль,

m(Zn) = 65•0,04 = 2,6 г,

m(Cd) = 0,04•112 = 4,48 г,

m = 4,48 – 2,6 = 1,88 г – это 2,35%.

Отсюда m(пластинки) = 1,88/0,0235 = 80 г.

Д-7. Zn + M(NO3)2 = Zn(NO3)2 + M.

Пусть молярная масса металла М будет х, тогда мы можем составить и решить уравнение:

0,03х – 65•0,03 = 1,41.

Отсюда х = 112 г/моль, это – кадмий.

Д-8. Сначала запишем уравнение происходящей реакции:

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.

Из уравнения понятно, что при выделении на железной пластинке 1 моль меди 1 моль железа переходит в раствор и масса пластинки увеличивается на 8 г (64 – 56 = 8). Зная по условию задачи, что масса пластинки увеличивается на 2 г, можно составить следующую пропорцию: при увеличении массы пластинки на 8 г выделяется 64 г меди, при увеличении массы пластинки на 2 г выделяется х г меди.
Отсюда х = 2•64/8 = 16 г.
Следовательно, n(Cu) = 16/64 = 0,25 моль.
Исходное уравнение показывает, что при выделении 1 моль меди в растворе образуется 1 моль сульфата железа. Значит, при выделении 0,25 моль меди в раствор выделится 0,25 моль сульфата железа. Соответственно в 1 л такого раствора должно было бы содержаться 0,25•4 = 1 моль сульфата железа. Следовательно, раствор будет одномолярным.

Д-9. MCl2 + Fe = M + FeCl2.

1-й способ. Пусть в реакцию вступило у моль металла М и у моль железа (в соответствии с уравнением). Тогда, найдя изменение массы пластинки m = 0,008•50 = 0,4 г, можно составить и решить уравнение: 3,2 – 56у = 0,4. Отсюда у = 0,05 моль, М(М) = 3,2/0,05 = 64 г/моль, это – медь. Эквивалент меди равен 32.
2-й способ. По условию задачи при замещении 3,2 г металла масса железной пластинки увеличилась на 50•0,008 = 0,4 г. Следовательно, в раствор перешло 2,8 г железа (3,2 – 0,4 = 2,8). Составляем следующую пропорцию: 2,8 г железа замещают 3,2 г неизвестного металла, 28 г железа замещают Э неизвестного металла (эквивалент железа замещает эквивалент неизвестного металла). Находим Э = 28•3,2/2,8 = 32.

Д-10. Масса осадка 6,51 г.

Д-11. Hg2(NO3)2 + Fe = 2Hg + Fe(NO3)2.
Вычислим массу m[Hg2(NO3)2]исх = 200•0,2 = 40 г, затем массу m[Hg2(NO3)2]ост = 200•0,1 = 20 г. Масса израсходовавшегося вещества равна 40 – 20 = 20 г. Это соответствует количеству вещества Нg2(NO3)2 0,038 моль (20/526 = 0,038).
Из уравнения следует, что n(Hg) = 2•0,038 = 0,076 моль.
Масса ртути: 0,076•201 = 15,28 г.

Д-12. Fe + 2AgNO3 = Fe(NO3)2 + 2Ag.
Обозначим за х количество вещества железа, тогда количество вещества нитрата серебра и серебра будет равно по 2х. В растворе было 9,6 г нитрата серебра, за время реакции из раствора ушло 2х•108 г ионов серебра и прибавилось 56х г ионов железа Fe2+. Масса веществ в растворе после реакции составила 0,08•(80 + 56х – 216х) г.
Зная материальный баланс в системе, составим и решим уравнение:

9,6 – 216х + 56х = 6,4 + 4,48х – 17,28х.

Отсюда х = 0,022 моль.
Найдем массу пластинки после реакции:
20 – 1,23 + 4,75 = 23,5 г.

Д-13. Масса пластинки стала 11,02 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Савицкий С.Н., Твердовский Н.П. Сборник задач и упражнений по неорганической химии. М., 1981, 112 с.
2. Гольдфарб Я.Л., Сморгонский Л.М. Задачи и упражнения по химии. М., 1953, 168 с.
3. Гольдфарб Я.Л., Сморгонский Л.М. Задачи и упражнения по химии. М., 1957, 144 с.
4. Гольдфарб Я.Л., Сморгонский Л.М. Задачи и упражнения по химии. М., 1963, 144 с.
5. Гольдфарб Я.Л., Ходаков Ю.В. Задачи и упражнения по химии. М., 1979, 190 с.
6. Гольдфарб Я.Л., Ходаков Ю.В., Додонов Ю.Б. Задачи и упражнения по химии. М., 1999, 271 с.
7. Ерохин Ю.М., Фролов В.И. Сборник задач и упражнений по химии с дидактическим материалом. М., 1988, 240 с.
8. Польские химические олимпиады (сборник задач). Под ред. С.С.Чуранова. М., 1980, 532 с.
9. Власов Ю.Г, Корольков Д.В., Чарыков А.К., Артемьев В.И. Знания – молодежи. Химия. Л., 1969, 157 с.
10. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Химия. М., 1999, 542 с.
11. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В. Химия. 2400 задач для школьников и поступающих в вузы.
М., 1999, 560 с.
12. Лучинская М.Г., Михеева Н.Н. Методические указания по химии. М., 1991, 171 с.
13. Середа И.П. Конкурсные задачи по химии. Киев, 1978, 192 с.
14. Шамова М.О. Учимся решать расчетные задачи по химии: технология и алгоритмы решения.
М., 2001, 95 с.
15. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Задачи по химии для поступающих в вузы. М., 1994, 302 с.
16. Сидельникова В.И. Сборник задач повышенной трудности и упражнений по химии. Тюмень,
1994, 151 с.

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