УРОВЕНЬ В

Используя значения стандартных электродных потенциалов, рассчитать константу равновесия в реакции цементации, протекающей при стандартных условиях.

CuSO_4(р) + Fe_(к) < = > FeSO_4(р) + Cu_(к)

Дано: Уравнение реакции Кс - ?

РЕШЕНИЕ Записываем реакцию в ионно- молекулярном виде:

Fe^o_(к) + Cu²⁺_(р) + SO<=> Fe²⁺_(р) + SO+ Cu^o_(к) – полное ионно-молекулярное уравнение

Cu²⁺_(р) + Fe^o_(к) < = > Fe²⁺_(р) + Cu^o_(к) – сокращенное ионно-молекулярное уравнение

НОК ДМ

окис-ль Сu²⁺ + 2ē = Cu 1 = 0,34В (табл. 11.1)

восст-ль Fe^o - 2ē = Fe²⁺ 1 = -0,44В (табл. 11.1)

Cu²⁺ + Fe^o = Cu^o + Fe²⁺ - стандартное напряжение этой реакции

ε^o = - ; ε^o = 0,34 - (-0,44) = 0,78В

Так как приведенная реакция является окислительно-восстановительной, то:

; = , где z - НОК

= = 10²⁶

Ответ: К_с = 10²⁶. Высокое значение К_с свидетельствует о практически полном смещении равновесия вправо.

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 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%.