Взаимодействие металлов с кислотами

Разбавленные кислоты. Соляная и разбавленная серная кислоты реагируют с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода. При этом образуется соответствующая соль и выделяется водород:

 

Co + H₂SO₄ = CoSO₄ + H₂

 

Co⁰ - 2ē = Co²⁺

 

2H⁺ + 2ē = H₂⁰

 

Разбавленная азотная кислота окисляет практически все металлы, при этом образуются нитрат соответствующего металла, вода и продукт восстановления N⁺⁵(NO – бесцветный газ с резким запахом, N₂O – газ с наркотическим запахом, N₂ –газ без запаха, NH₄NO₃ – бесцветный раствор). Чем более активным является металл, тем сильнее восстанавливается азот в азотной кислоте:

 

3Co + 8HNO₃ = 3Co(NO₃)2 + 2NO + 4H₂O

Co⁰ - 2ē = Co²⁺ 3

NO₃^- + 4H⁺ + 3ē = NO + 2H₂O 2

 

5Mn + 12HNO₃ = 5Mn(NO₃)₂ + N₂ + 6H₂O

Mn⁰ - 2ē = Mn⁺² 5

2NO₃^- + 12H⁺ + 10ē = N₂ + 6H₂O 1

 

Концентрированные кислоты. Концентрированная серная кислота окисляет почти все металлы, восстанавливаясь при этом до SO₂ – бесцветный газ с резковатым запахом, свободной серы, выпадающей в виде белого осадка или сероводорода H₂S – газа с запахом тухлых яиц. Чем более активным является металл, тем сильнее восстанавливается сера:

 

Сo + 2H₂SO₄ = CoSO₄ + SO₂ + 2H₂O

 

Co⁰ - 2ē = Co²⁺

 

SO₄^2- + 4H⁺ + 2ē = SO₂ + 2H₂O

 

4Mn + 5H₂SO₄ = 4MnSO₄ + H₂S + 4H₂O

 

Mn⁰ - 2ē = Mn⁺²

SO₄^2- + 10H⁺ + 8ē = H₂S + 4H₂O

 

Концентрированная азотная кислота окисляет все металлы, восстанавливаясь до NO₂:

 

Co + 4HNO₃ = Co(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Co⁰ - 2ē = Co²⁺ 1

NO₃^- + 4H⁺ + ē = NO₂ + 2H₂O 2

 

18. ПОЛИМЕРЫ

 

Полимеры получают реакциями: полимеризации и поликонденсации.

Полимеризация – процесс последовательного соединения одинаковых молекул (мономеров) в более крупные. Например, из этилена образуется высокомолекулярное вещество – полиэтилен. Соединение молекул этилена происходит по месту разрыва двойной связи:

CH₂ = CH₂ + CH₂ = CH₂ +… ® - CH₂ – CH₂ - + - CH₂ – CH₂ +… ® - CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ - …

или сокращенно:

n (СH₂ = CH₂) ® (- CH₂ – CH₂ -) n

 

Продукт реакции полимеризации называется полимером, а исходное вещество, вступающее в реакцию полимеризации, называется мономером.

Полимер – вещество с очень большой молярной массой. Число, показывающее количество мономеров, образующих данную макромолекулу, называется степенью полимеризации. Полимеризация происходит без образования побочных продуктов. Полимеризация характерна для соединений с кратными (двойными, тройными) связями.

В реакции полимеризации могут участвовать различные мономеры. Такая полимеризация называется сополимеризацией.

 

Примеры решения задач

 

Пример. Составим схему сополимеризации этилена и бутадиена:

Решение.

n (CH₂ = CH₂) + n (CH₂ = CH – CH = CH₂-) ® (-CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH = CH – CH₂-) n

полиэтиленбутадиеновый каучук

 

Поликонденсация – процесс образования полимеров из низкомолекулярных соединений, содержащих две или несколько функциональных групп (спиртовой, альдегидной, кетонной, карбоксильной и др.), сопровождающийся выделением низкомолекулярных веществ, таких как, вода, аммиак, галогеноводороды и др. Состав элементарного звена полимера отличается от состава исходного мономера.

 

Пример. Составим схему поликонденсации аминокапроновой кислоты.

O O

|| ||

n ( NH₂ – (CH₂)₅ – C - OH ) ® [ - NH – (CH₂)₅ – C - ] _n + n H₂O

полиаминокапроновая

ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

Примеры решений задач

Пример 1. Рассмотрите строение частицы дисперсной фазы, образуемой в ходе реакции ионного обмена в водной среде при медленном приливании: а) раствора KI к раствору , б) раствора к раствору KI. Поясните, чем отличаются структурные формулы мицелл золей в указанных двух случаях? Какой из перечисленных электролитов будет обладать более сильным коагулирующим действием: хлорид калия, сульфат магния, нитрат алюминия или фосфат калия. Поясните выбор.

 

Решение. Медленное приливание одного раствора к другому всегда обусловливает избыточную концентрацию в системе ионов последнего. В обоих случаях первоначально образуется кристаллический агрегат , на основе которого впоследствии формируется гидрозоль йодида серебра. Согласно правилу Фаянса – Панета указанный микрокристалл адсорбирует своей поверхностью лишь те ионы, которые входят в состав агрегата и, при этом, в растворе находятся в избытке. В случае а), когда в избытке потенциалопределяющие катионы серебра, образуется частица , называемая ядром мицеллы. В этом случае к положительно заряженному ядру мицеллы кулоновскими силами притягиваются противоионы , которые дополняют адсорбционный слой (непосредственно примыкая к ядру), а также образуют диффузный (размытый) слой, находящийся за пределами положительно заряженной гранулы (в диффузном слое концентрация ионов снижается при увеличении расстояния от ядра).

Коллоидная частица (или гранула) совместно с противоионами адсорбционного слоя составляет электронейтральную мицеллу . При этом противоионы диффузного слоя ( ) под воздействием электростатического поля могут отрываться от мицеллы по так называемой плоскости скольжения; тогда положительно заряженная гранула передвигается к катоду. Поскольку коллоидная частица имеет положительный заряд, то наибольшим коагулирующим действием будет обладать электролит, содержащий анион, заряд которого наибольший, т.е. ион , входящий в фосфат калия.

В случае б), когда золь йодида серебра был получен путём приливания раствора к избытку раствора KI, ввиду избытка анионов , являющихся потенциалопределяющими, заряд гранулы отрицателен, и во внешнем электрическом поле она будет перемещаться к аноду. В этом случае иной будет и структурная формула мицеллы золя:

.

В этом случае коллоидная частица имеет отрицательный заряд, следовательно наибольшим коагулирующим действием будет обладать электролит, содержащий катион, заряд которого наибольший, т.е. ион , входящий в нитрат алюминия.

Следует иметь в виду, что в обоих случаях (а) и б)) в составе как диффузного, так и адсорбционного слоя находятся также молекулы растворителя - .

 

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

Раствор состоит из растворенного вещества и растворителя.

Концентрацией называется содержание растворенного вещества в единице массы или объема раствора.

Существует много способов выражения концентрации растворов: массовая доля, молярность, моляльность, нормальность и др.

Массовая доля вещества в растворе (w) – это отношение массы растворенного вещества к массе раствора.

w = m вещества / m раствора

Массовая доля вещества, выраженная в %, называется процентной концентрацией.

Молярность – число молей растворенного вещества в 1 л раствора. На практике ее выражают в моль/л.

 

С = n / V,

где n - количество вещества, моль;

V - общий объем раствора, л.

Моляльность – число молей растворенного вещества в 1000 г растворителя. Измеряется в молях на кг.

 

C_m = n / m,

где n - количество растворенного вещества, моль;

m – масса растворителя, кг.

Нормальность – число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора. Нормальность выражают в моль-экв./л.

 

С_н = n _{грамм-экв.} / V_р-ра,

где

n _{грамм - экв.} – число грамм – экв., г/ моль;

V _р-ра - объем раствора, мл.

Примеры решения задач

 

Пример 1. В 150 г воды растворили 50 г KCl. Найти % концентрацию соли.

Решение. Масса раствора складывается из массы растворенного вещества (KCl) и растворителя (воды).

 

m _{раствора} = m _KCl + m _воды = 5 + 150 = 200 г

 

Находим массовую доля KCl в растворе

 

W = m _KCl / m р-ра

W =50 /200 = 0, 25 или 25%-ый раствор.

 

Пример 2. При взаимодействии 16 г раствора H₂SO₄ с избытком раствора BaCl₂ выделяется осадок массой 5, 7 г. Определить массовую долю H₂SO₄, вступившую в реакцию.

Решение. Запишем уравнение реакции. Надпишем над формулами веществ, что дано и что неизвестно (с единицами измерения). Переведем количества веществ в те величины, которые указаны в условии задачи.

 

х г 5, 7 г

H₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + 2HCl

1 моль/л 1 моль/л

молярная масса М: 98 г/моль 233 г/моль

 

По условию задачи BaCl₂ взят в избытке. Поэтому расчет ведем по H₂SO₄ (по недостатку вещества).

Найдем массу H₂SO₄, необходимую для получения 5, 7 г BaCl₂.

Составим пропорцию:

Из 98 г H₂SO₄ получаем 233 г BaSO₄ по уравнению реакции

Из х г H₂SO₄ - 5, 7 г BaSO₄

Тогда х = 98 × 5, 7 = 2, 4 г

Найдем массовую долю H₂SO₄ в растворе

w = m вещества = 2.4 = 0, 15 или 15%-ый раствор.

m раствора 16

Пример 3. Нанейтрализацию 50 мл раствора кислоты израсходовано 25 мл 0, 5 н. раствора щелочи. Чему равна нормальная концентрация раствора кислоты?

Решение. Согласно закону эквивалентов вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных отношениях.

В реакции нейтрализации в точке эквивалентности действует равенство:

(С_н × V)_{кислоты} = (С_н × V)_щелочи

Отсюда С_{н. кислоты} = (С_н × V)_щелочи / V_{кислоты} = 25 × 0, 5/ 50 = 0, 25 н

Пример 4. При разложении 42 г карбоната магния MgCO₃ образовалось 19 г оксида магния MgO. Чему равен выход MgO?

Решение. Если химические реакции по каким-либо причинам проходят не до конца и часть вещества не вступает в химическое взаимодействие, например, при обратимых реакциях или при наличии примесей, то количество продуктов реакции будет меньше теоретического, то есть рассчитанного по химическому уравнению. Количество продукта реакции, выраженное в % к теоретически ожидаемому, называется выходом продукта.

1). Составляем химическое уравнение:

42 г х г

MgCO₃ ® MgO + CO₂

n 1 моль 1 моль

M 84 г/моль 40 г/моль

m 84 г 40 г

2). Теоретическое количество MgO, выделяющееся при разложении 42 г MgCO₃, вычисляем на основе химического уравнения из пропорции

84 г MgCO₃ - 40 г MgO

42 г MgCO₃ - х г MgO

 

Отсюда: х = 42 × 40 = 20 г

3). Принимая 20 г MgO за 100%, определяем выход MgO

Выход продукта = m(теор) × 100% = 19 × 100 = 95 %

m(практ) 20

 

Ответ: выход MgО cоставляет 95 %.

 

Приложения

 

Таблица 1

Термодинамические константы веществ

 

Вещество	DH0298, кДж/моль	S0298, Дж/(моль× К)	DG0298, кДж/моль
Ag(к)	0, 0	42, 7	0, 0
Al2O3(к)	-1676, 0	51, 0	-1582, 0
AgNO3 (к)	-124, 6	141, 0	-33, 6
Cграфит	0, 0	5, 7	0, 0
СН4(г)	-74, 9	186, 2	-50, 8
С2Н2(г)	226, 8	200, 8	209, 2
С6Н6(г)	82, 9	269, 2	129, 7
С6Н6(ж)	49, 0	124, 5	173, 2
С6Н12О6(к)	-1273, 0	-	-919, 5
С2Н4(г)	52, 3	219, 4	68, 1
СО(г)	-110, 5	197, 5	-137, 1
СО2(г)	-393, 5	213, 7	-394, 4
С2Н5ОН(ж)	-277, 6	160, 7	-174, 8
С2Н5ОН(г)	-235, 3	282, 1	-167, 9
Cграфит		5, 7
С7Н8(ж)	50, 0	122, 0	320, 6
СаСО3(к)	-1207	88, 7	-1127, 7
СаО(к)	-635, 5	39, 7	-604, 2
Са(ОН)2(к)	-986, 6	76, 1	-896, 8
СаSO4(к)	-1431, 2	106, 6	-1798, 7
Cl2(г)	0, 0	222, 9	0, 0
Fe(к)	0, 0	27, 2	0, 0
FeO(к)	-264, 8	60, 8	-244, 3
Fe2O3(к)	-822, 2	87, 4	-740, 3
Fe3O4(к)	-1117, 3	146, 2	-1014, 2
H2	0, 0	130, 5	0, 0
H2O(г)	-241, 8	188, 7	-228, 6
H2O(ж)	-285, 8	70, 1	-237, 3
H2SO4(ж)	-814, 0	157, 0	690, 7
KClO3(к)	-391, 2	143, 0	-289, 9
KCl(к)	-435, 9	82, 6	-408, 0
Mg(ОН)2	-924, 7	63, 1	-833, 7
MgSO4(к)	-1307, 4	91, 6	-1158, 7
MgO(к)	-601, 8	26, 9	-569, 6
NH3(г)	-46, 2	192, 6	-16, 7
NO(г)	90, 3	210, 6	86, 6
NO2(г)	33, 5	240, 2	51, 5
O2	0, 0	205, 0	0, 0
S(к)		31, 9
SO2(г)	-296, 9	248, 1	-300, 2
SO3(г)	-395, 8	256, 7	-371, 2
Ti(к)		30, 6
TiO2(к)	-943, 9	50, 3	-888, 6
WO3	-842, 7	75, 9	-763, 9
SiO2(к)	-859, 3	41, 8	-805, 0

 

Таблица 2

Константы диссоциации некоторых слабых электролитов

 

Название	Химическая формула	Константа диссоциации   К1 К2 К3
Азотистая кислота	HNO2	5, 1× 10-4
Борная	H3BO4	5, 6× 10-10
Кремниевая	H2SiO3	1, 3× 10-11
Муравьиная	HCOOH	1, 8× 10-4
Мышьяковая	H3AsO4	6, 0× 10-3	1× 10-7	3, 0× 10-12
Плавиковая	HF	6, 8× 10-4
Сероводородная	H2S	1× 10-7	1× 10-14
Синильная	HCN	6, 2× 10-10
Угольная	H2CO3	4, 5× 10-7	4, 8× 10-11
Уксусная	CH3COOH	1, 8× 10-5
Фосфорная	H3PO4	7, 6× 10-3	6, 2× 10-8	4, 2× 10-13
Хромовая	H2CrO4	1, 1× 10-1	3, 2× 10-7
Гидроксид аммония	NH4OH	1, 8× 10-5

 

Таблица 3

⇐ Предыдущая1234

Поделиться:

Популярное:

1. Атомно-молекулярное взаимодействие поверхностей. Оценка химического, молекулярного и электростатического взаимодействия и сопротивления движению.
2. Валентные моды в больших молекулах: карбонилы металлов
3. Введение. Цели и задачи курса защиты металлов от коррозии
4. Взаимодействие гражданского общества и государства
5. Взаимодействие детерминированных и тепловых сил
6. Взаимодействие детского сада и семьи
7. Взаимодействие заказчика базы данных с разработчиком
8. Взаимодействие зоотоксинов и организма.
9. Взаимодействие и адаптация к изменениям внешней среды.
10. Взаимодействие и общение в группе
11. Взаимодействие клина с почвой
12. Взаимодействие компонентов в сплавах