УРОВЕНЬ В. 1. На 2 г смеси, состоящей из Fe, FeO, Fe2O3 подействовали хлороводородной кислотой

1. На 2 г смеси, состоящей из Fe, FeO, Fe₂O₃ подействовали хлороводородной кислотой. При этом выделилось 224 см³ (при н.у.) водорода, а при восстановлении 2 г исходной смеси до металла водородом получено 0, 45 г воды. Определить состав исходной смеси (% масс.).

Дано: Mсмеси = 2 г	РЕШЕНИЕ: При взаимодействии смеси с хлороводородной кислотой протекают реакции: FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O (12.4) Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O (12.5) Водород выделяется лишь за счет реакции: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑ (12.6)
ω -? ω -? ω -?

Cоставляем пропорцию для реакции (12.6):

вытесняет 22, 4 л H₂ 56 г Fe вытесняет 22, 4 л Н₂

- 0, 224 л H₂ - 0, 224 л Н₂

= 0, 56 г

где

= 56 г/моль масса оксидов равна: + = 2 – 0, 56 = 1, 44 г

При восстановлении смеси FeO и Fe₂O₃ водородом протекают реакции

FeO + H₂ = Fe + H₂O (12.7)

Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O (12.8)

Составляем пропорцию для уравнения (12.7)

- 72 г/моль - 18 г/моль

- -

Откуда = = 0, 25

Составляем пропорцию для уравнения (12.8)

- 160 г/моль - 3·18 г/моль

- -

Откуда = = 0, 337

По условию задачи

+ = 0, 25 + 0, 337 = 0, 45 г

Составляем систему уравнений

+ = 1, 44 г

0, 25 + 0, 337 = 0, 45 г

Выражаем из первого уравнения

= 1, 44 - и подставляем во второе уравнение

0, 25·(1, 44 - ) + 0, 337 = 0, 45 г

0, 09 = 0, 087

Откуда = 1, 03 г, а = 1, 44 – 1, 03 = 0, 41 г

Определяем состав исходной смеси:

=

=

=

 

Ответ: состав смеси: 28% - Fe, 20, 5% - FeO, 51, 5% - Fe₂O₃

 

2. Составить схему получения металлического кадмия из 10 г смеси оксидов CdO и ZnO. В качестве растворителя оксидов использовать разбавленную серную кислоту. Определить состав смеси (% мас.) и массу полученного кадмия, если в качестве восстановителя CdO использовали СО, а объем образовавшегося СО₂ составляет 300 см³ (н.у.)

Дано: M = 10 г V = 300 см3	РЕШЕНИЕ: Составляем схему разделения оксидов и записываем уравнения реакций по стадиям: 1. Растворение оксидов кадмия и цинка в H2SO4: CdO + H2SO4 = CdSO4 + H2O (12.9) ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O (12.10)
ω -? ω -? m -?

 

2. Осаждение гидроксидов кадмия и цинка гидроксидом натрия при стехиометрическом соотношении солей и гидроксида натрия:

CdSO₄ + 2NaOH = Cd(OH)₂↓ + Na₂SO₄ (12.11)

ZnSO₄ + 2NaOH = Zn(OH)₂↓ + Na₂SO₄ (12.12)

3. Растворение амфотерного гидроксида цинка в избытке щелочи:

Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄] (12.13)

избыток растворимая соль

Так как Na₂[Zn(OH)₄] - растворимая соль, то в осадке остается только гидроксид кадмия.

4. Отделение осадка Cd(OH)₂ от раствора фильтрацией, промывка, сушка.

5. Разложение осадка Cd(OH)₂ при нагревании:

Cd(OH)₂ СdO + H₂O↑ (12.14)

6. Восстановление CdO оксидом углерода (II) при нагревании:

CdO + CO Cd + CO₂ (12.15)

М - 22, 4 л

m - V₀(СО₂)

откуда m = = 1, 5 г

где М = 112, 4 г/моль

Определяем содержание СdO в смеси по уравнению (12.16)

M ― M

m ― m

128, 4г ― 112, 4 г

m ― 1, 5 г

где M = 128, 4 г/моль,

откуда m = = 1, 71 г

Определяем ω = = ·100 = 17, 1%

ω = 100 – 17, 1 = 82, 9%

Ответ: состав смеси ZnO - 82, 9%, CdO - 17, 1%, m = 1, 5 г.

3. При растворении 0, 5 г алюминиевой бронзы, состоящей из меди и алюминия, в хлороводородной кислоте выделилось 43, 56 см³ водорода, собранного над водой и измеренного при 300К и 740 мм рт. ст. Давление паров воды при 300К равно 26, 74 мм рт. ст. Определить состав сплава (% мас.)

Дано: = 0, 5 г HCl - растворитель V = 43, 56 см3 Т = 300 К Р = 740 мм рт.ст. Р = 26, 74 мм рт.ст.

РЕШЕНИЕ:

В соответствии со следствием из ряда стандартных электродных потенциалов металлов в хлороводородной кислоте могут растворяться только те металлы, у которых

< 0.

Определяем стандартные электродные потенциалы:

= + 0, 34В,

= -1, 67В

Следовательно, в хлороводородной кислоте из сплава будет растворяться только алюминий.

Уравнение реакции имеет вид:

Al^o + HCl = Al⁺³Cl₃ + H ↑ (12.17)

НОК ДМ ДМ

Al^o - 3e = Al⁺³ 1 2 ДМ удваиваем, т.к.

3 после реакции образуется

H⁺ + e = H ^о 3 6 четное число атомов

водорода

2Al + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 6H^о

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑ (12.18)

Массу алюминия в сплаве можно рассчитываем по уравнению реакции (12.18):

2 - 3·22400 см³ Н₂

-

Откуда

(12.19)

где =27 г/моль

Объем водорода при н.у. () рассчитываем по объединенному уравнению газового состояния:

Откуда: = =

=

где

Подставляя величину в формулу (12.19), получаем:

Рассчитываем содержание металлов в сплаве:

Ответ: состав сплава Al – 6%, Cu – 94%.