Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №12/2006

РАБОЧИЕ ТЕТРАДИ

Продолжение. Начало см. в № 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23/2005;
1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11/2006

Ответы на упражнения
и контрольные вопросы к теме 9

Урок 49

1. Ве, Al, Ge, Sb, Po.

2. Один-два электрона.

3. б.

4. В узлах кристаллической решетки находятся атомы или ионы металлов, а в межузельном пространстве перемещаются валентные электроны. Эти электроны не принадлежат каким-то конкретным атомам, а образуют общее электронное облако.

5. Металлы главных подгрупп – натрий Na, магний Mg, алюминий Al; металлы побочных подгрупп – медь Cu, цинк Zn, железо Fe.

6. Энергетически предпочтительней, когда на каждой из пяти d-орбиталей находится по одному электрону. Поэтому при переходе от ванадия 23V ...3d34s2 к хрому его валентные электроны расположены по орбиталям так: 24Cr ... 3d54s1 (a не 24Cr ...3d44s2). Такое перераспределение электронов получило название «провал электрона». Электронная оболочка у следующего элемента марганца – 25Mn ...3d54s2.

Распределение электронов у предшествующего меди элемента никеля 28Ni ...3d84s2, у самой меди 29Cu ...3d104s1 и у цинка 30Zn ...3d104s2. Атому меди энергетически выгодно иметь завершенный третий электронный слой. Поэтому один из двух 4s2-электронов «перескакивает» на 3d-подуровень.

7. а) Ia – Li, Na, K, Rb, Cs; б) IIa – Ca, Sr, Ba;

в) IIIa – Al, Ga, In, Tl; г) IVa – Ge, Sn, Pb.

8. Iб – Cu, Ag, Au; IIб – Zn, Cd, Hg; IIIб – Sc, Y, La; IVб – Ti, Zr, Hf.

9. Элементы триад: Fe, Co, Ni; Ru, Ro, Pd; Os, Ir, Pt.

Урок 50

1. Приводим ответы на кроссворд.

По вертикали: 1. Медь. 2. Железо. 3. Натрий. 4. Калий. 5. Кальций. 6. Золото. 7. Ртуть. 8. Серебро. 9. Магний. 10. Свинец. 11. Мышьяк.

2. а) Hg; б) Al; в) Fe; г) Na; д) W.

3. Фиолетовое – в, желтое – б, красное – а, оранжево-красное – г, желто-зеленое – д.

4. Ковкость – способность металлов к пластической деформации под действием ударов – используется для приготовления различных изделий ковкой и штамповкой.

5. а) SnO2 + C Sn + CO2;         б) Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2;

в) 3MnO2 + 4Al 3Mn + 2Al2O3;     г) WO3 + 3H2 W + 3H2O.

6.

7.

8. 240 г Mg.

Урок 51

1. 2Na + О2 = Na2O2, Ca + Cl2 = CaCl2,

Mg + S = MgS, 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2,

Sn + 2HCl = SnCl2 + H2.

2. a) 2Li + H2 2LiH; б) Ca + H2 CaH2;

в) 4Li + O2 = 2Li2O; г) 2Na + O2 = Na2O2.

3. a) Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2;

б) Mg + H2SO4 (разб.) = MgSO4 + H2;

в) 3Mg + N2 Mg3N2; г) 3Mg + 2P Mg3P2;

д) 2Mg + TiO2 2MgO + Ti.

4. 10% NaOH.

5. a) 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3Н2;

б) 2Al + 3CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3Cu;

в) 2Al + 3HgCl2 = 2AlCl3 + 3Hg;

г) Al + 4HNO3 (разб.) = Al(NO3)3 + NO + 2H2O.

При погружении Al-пластинки в голубой раствор CuSO4 (а) протекает реакция замещения. Ионы Al3+ переходят в раствор, а медь покрывает пластинку, раствор обесцвечивается (б)

При погружении Al-пластинки в голубой раствор CuSO4 (а)
протекает реакция замещения. Ионы Al3+ переходят в раствор,
а медь покрывает пластинку, раствор обесцвечивается (б)

6.

7. Mr(M) = 7, металл – литий Li.

Урок 52

1. У элементов побочных подгрупп заполняется электронами d-подуровень, в частности, у 29Cu и 30Zn 3d-подуровень полностью заполнен. У элементов главных подгрупп, например 19K и 20Ca,
d-подуровень свободный.

2.

Элемент В таблице Д.И.Менделеева Степени
окисления
Группа Период
Cu 4 +1, +2
Cr VIб 4 +2, +3, +6
Fe VIIIб 4 +2, +3, +6

3. 2Cu + O2 2CuO, 4CuО 2Cu2O + O2,

2Cu + S Cu2S, Cu + Cl2 = CuCl2.

4. Zn + 2KOH + 2H2O = K2[Zn(OH)4] + H2.

5. Zn + H2SO4 (разб.) = ZnSO4 + H2.

6. Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4,

Zn + CdSO4 = Cd + ZnSO4.

7. a) Fe2O3 + 3C 2Fe + 3CO; б) Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2;

в) Fe3O4 + CH4 3Fe + CO2 + 2H2O; г) Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H2O.

Восстановление железа из оксида Fe3O4 водородом
Восстановление железа
из оксида Fe3O4 водородом

8. 216 г FeC2O4.

9. в) 2,7 л Cl2. Уравнение реакции:

К2Сr2O7 + 14HCl = 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2O.

10. В реакции металлов с H2SO4 (разб.) образуются сульфаты и водород, а с H2SO4 (конц.) – сульфаты, сернистый газ SO2 и вода:

2Аl + 3H2SO4 (разб.) = Al2(SO4)3 + 3H2,

2Al + 6H2SO4 (конц.) Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.

Урок 53

1. 1 – е, 2 – д, 3 – а, 4 – б, 5 – г, 6 – в.

2. 1632 г меди.

3. 1) Железные конструкции – станки, машины, опоры и основа проводов линий электропередач, железобетон;

2) резцы станков, гаечные ключи, пилы, ножницы;

3) металлоконструкции, эксплуатируемые в агрессивных средах (кислоты, щелочи, хлор), нержавеющая посуда, трубы и решетки в печах.

Набор посуды из нержавеющей стали
Набор посуды
из нержавеющей стали

4. Из чугуна – а, б, в; из стали – г, д, е.

5. В 1 кг руды содержится 660 г Fe3O4.

Массовая доля железа в оксиде Fe3O4:

(Fe) = 3Ar(Fe)/Mr(Fe3O4) = 168/232 = 0,724.

Масса железа в 660 г Fe3O4:

m(Fe) = (Fe)•m(Fe3O4) = 0,724•660 = 478 г.

Масса чугуна:

m(чугуна) = m(Fe)/(Fe в чугуне) = 478/0,97 = 492 г.

Ответ. 492 г чугуна.

6. Уравнения реакций:

Al + HNO3 (конц.) ,

Cu + 4HNO3 (конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.

(Cu) = 1/2(NO2) = 1/2•2,24/22,4 = 0,05 моль,

m(Cu) = (Cu)•M(Cu) = 0,05•64 = 3,2 г;

(Cu) = m(Cu)/m(сплава) = 3,2/20 = 0,16, или 16%.

Ответ. 84% Al и 16% Cu.

7. 93,2% Al и 0,3% Fe.

Урок 54

1. а) 2Mg + O2 = 2MgO; б) Сu(ОН)2 СuО + H2O;

в) 2Са(NO3)2 2СаО + 4NO2 + O2; г) 4СrО3 = 2Сr2О3 + 3О2;

д) 2KMnO4 + 2NН3 = 2КОН + 2МnО2 + N2 + 2Н2O.

2.

3. ZnO + 2НСl = ZnСl2 + Н2O,

ZnO + 2NaOH + Н2O = Na2[Zn(OH)4],

Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O,

Al2O3 + 2NaOH + 3Н2O = 2Na[Al(OH)4].

4. Природные оксиды марганца: МnО2 – пиролюзит, Mn2O3•Н2О – манганит, mMO•nMnO2xH2O (где M = Mn, Ba и др.) – псиломелан, Mn3O4 – гаусманит, 3Mn2O3•MnSiO3 – браунит; гидрокcиды марганца: Мn(ОН)2 и Мn(ОH)4.

5. Это высокореакционноспособные вещества. Например, с углекислым газом воздуха они образуют карбонаты:

К2О + СО2 = К2СО3, 2NаОН + СО2 = Nа2СО3 + Н2O.

6. MgO + SO2 = MgSO3, FeO + SiO2 = FeSiO3,

CaO + H2O = Ca(OH)2, Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O.

7. Fe2S3 + 6H2O = 2Fe(OH)3 + 3H2S,

Mg + 2H2O Mg(OH)2 + H2,

Al2(SO4)3 + 6NH4OH = 2Al(OH)3 + 3(NH4)2SO4.

8. Fe2O3.

9.

10.

(Сr2О3) = m/M(Сr2О3) = 22,8/152 = 0,15 моль,

2CrO4) = 2(Сr2О3) = 0,3 моль, (КCl) = 0,15 моль;

m2СrО4) = 2CrO4)•М2CrO4) = 0,3•194 = 58,2 г,

m(КСl) = (КCl)•М(КCl) = 0,15•74,5 = 11,175 г,

2CrO4) = m2CrO4)/(m2CrO4 + KCl)) = 58,2/69,375 = 0,839,

или 83,9%.

Урок 55

1. FеS2, FeСО3, Fe2O3•Н2O, Fе2О3, Fе3О4.

2. 1 – в, 2 – д, 3 – г, 4 – б, 5 – а.

3. Для получения металлического кальция используют: а) разложение кальцита СаСО3 с последующим восстановлением из оксида СаО алюминием или магнием; б) электролиз расплава СаСl2. Уравнения реакций:

4. МgСO3 + 2НСl = МgСl2 + Н2O + СО2,

МgСО3•СаСО3 + 4НСl = МgCl2 + СаСl2 + 2Н2О + 2СО2,

МgО + 2НСl = МgСl2 + Н2O,

Мg3[Si4O10](OH)2 + 2НСl = 2МgSiО3 + МgСl2 + 2Н2SiO3.

5. Сначала необходимо избавиться от кристаллизационной воды. При 250 °С отщепляется пять из шести молекул воды:

Дальнейшее нагревание приводит к гидролизу хлорида магния:

МgСl2•H2O МgOHCl + НСl.

Чтобы получить безводный МgСl2, термолиз гидрата МgCl2•H2O ведут в присутствии NН4Сl или в токе безводного НСl.

Металлический магний получают электролизом расплава безводного МgCl2 в смеси с КСl при температуре 660 °C. При такой температуре смесь МgCl2 и КСl плавится, и образующийся магний находится в жидком состоянии. Напряжение на электролитической ванне должно быть в интервале от –2,92 В до –2,38 В (чтобы избирательно восстанавливался магний).

6. 1% от 1 т руды составляет 10 кг минералов никеля.

7.

M1 = 96 + 184 + 222 = 502 г/моль, M2 = 160 + 346 = 506 г/моль.

8. При расчетах воспользуемся массовыми долями металлов в их минералах:

(Fе) = 3Ar(Fе)/Mr(Fе3O4) = 3•56/232 = 0,72,

(Al) = 2Ar(Al)/Mr(Аl2О3) = 2•27/102 = 0,53,

(Cu) = Ar(Cu)/Mr(CuS) = 64/96 = 0,67,

(Zn) = Ar(Zn)/Mr(ZnS) = 65/97 = 0,67.

Масса минерала больше массы металла и рассчитывается по формуле:

m(минерала) = m(металла)/.

Отсюда

m(Fe3O4) = 700/0,72 = 972 млн т, m(Al2O3) = 12,6/0,53 = 23,8 млн т,

m(СuS) = 7/0,67 = 10,4 млн т, m(ZnS) = 4,5/0,67 = 6,7 млн т.

9. Азурит – 2CuCO3•Cu(OH)2, боксит – Al2O3•2H2O, висмутовый блеск – Bi2S3, гематит – Fe2O3, доломит – MgCO3•CaCO3, железный колчедан – FeS2, индийская селитра – KNO3, купорос
(медный) – СuSO4•5H2O, ляпис – AgNO3, малахит – СuСO3•Сu(OH)2, никелин – NiAs, оловянный камень – SnO2, пиролюзит – MnO2, рутил – TiO2, сидерит – FeCO3, трона – Na2CO3•NaHCO3•2H2O, уранинит – UO2, фосфорит – Ca3(PO4)2, халькозин – Сu2S, цинковая обманка – ZnS, чилийская селитра – NaNO3, шпат цинковый – ZnCO3.

Урок 56

1. а) Fе; б) Сr; в) Pb; г) Мg ((Мg) = 1,74 г/см3, (Al) = 2,7 г/см3); д) Ве.

2. а) Щелочной – Nа; б) тугоплавкий – W (tпл = 3410 °С);

в) благородный – Ag; г) пластичный – Pb;

д) ферромагнетик – Fе; е) легкий – Al.

3. а.

4. а) Разложение (при электролизе расплава); б) замещение (в водном растворе соли СuSO4);
в) электролиз водного раствора соли NiSO4.

5. а) Металл Zn окисляется:

Zn + Н24 (разб.) = ZnSО4 + Н2;

б) ионы меди в СuО восстанавливаются до Сu:

СuО + H2 Сu + Н2O;

в) ионы Са2+ не изменяют степени окисления в реакции:

Са(ОН)2 СаО + Н2О.

6. О т в е т – в. При растворении 1 г Na в воде получится 1,7 г NаОН. Выделяющийся водород очень легкий, поэтому масса образующегося раствора практически равна 100 г.

7. а) Основный оксид – СаО; б) амфотерный – Al2О3;

в) кислотный СrO3.

8. МgСl2 + 2NаОН = Мg(ОН)2 + 2NaCl,

Мg(ОН)2 + 2НNО3 = Мg(NO3)2 + 2Н2О,

СаSО3 + 2НСl = СаСl2 + Н2О + SО2,

FеS + 2НСl = FeCl2 + Н2S.

9. а) Сплавы железа – чугун и сталь; б) сплав меди с оловом – бронза; в) сплав меди с цинком – латунь; г) сплав никеля с хромом – нихром.

10. Са + S = СаS, Мg + H2СО3 = МgСО3 + Н2,

4Zn + 10НNО3 (разб.) = 4Zn(NО3)2 + NН4NO3 + 3Н2О,

4Мg + 5Н24 (разб.) = 4МgSО4 + Н2S + 4Н2О,

Fе + СuSО4 = FеSО4 + Сu.

11. а) Ва + 2Н2О = Ва(ОН)2 + Н2;

б) ВаО + Н2О = Ва(ОН)2;

12.

Отсюда получаем, что х = 64 г/моль. Металл – медь.

13.

14. Рассчитаем массу серебра, содержащегося в 0,199 г осадка АgCl:

х = 108•0,199/143,5 = 0,15 г.

Отсюда (Аg) = 0,15/0,3 = 0,5, или 50%.

15. 2Сr2О7 + 14НСl = 2NaCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2О.

Из коэффициентов в уравнении реакции видно, что 1 моль дихромата Nа2Сr2O7 дает 3 моль хлора Сl2. Объем 3 моль газа Сl2 (н.у.) равен 67,2 л.