Химия

8 класс
Вопрос
В состав сплава входят три металла, один из которых выступает в соединениях как одновалентный, а два остальных, чаще всего, как двухвалентные. Для растворения образца этого сплава массой 10 г израсходовали 377,6 мл 1 М раствора азотной кислоты. Полученный раствор обработали избытком соляной кислоты, при этом выпал осадок хлорида одного из находящихся в растворе металлов. Осадок отфильтровали и растворили в 22,8 мл 1 М раствора тиосульфата натрия. Фильтрат, содержащий соли двух оставшихся металлов, обработали разбавленным раствором гидроокиси натрия, взятым в небольшом избытке. Выпавший при этом студенистый осадок отфильтровали и растворили в 2 н. растворе серной кислоты. Раствор сульфатов подвергли электролизу. Сила тока во время электролиза равнялась 2 А, а разность потенциалов была подобрана так, чтобы на катоде выделился только один из металлов. Для выделения этого металла потребовался 1 ч 31 мин, а его масса оказалась равной 3,596 г. Напишите уравнения проведенных реакций. Определите, какие металлы и в каких количествах (в процентах по массе) входили в состав сплава.
Ответ


Из условий задачи следует, что одновалентным металлом может быть только серебро.
Проведенные реакции описываются следующими уравнениями:

$3Ag + 4HNO_3 = 3AgNO_3 + 2NO + 2H_2O$,
$3М + 8HNO_3 = 3M(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O$,
$AgNO_3 + HCl = AgCl + HNO_3$,
$Ag^{+} + Cl^{-} = AgCl$,
$AgCl + 2Na_2S_2O_3 = Na_3[Ag(S_2O_3)_2] + NaCl$,
$AgCl + 2S_2O_3^{2-} = [Ag(S_2O_3)_2]^{3-} + Cl^{-}$,
$M^{2+} + 2OH^{-} = M(OH)_2$,
$M(OH)_2 + H_2SO_4 = MSO_4 + 2H_2O$.

Масса металла, выделившегося при электролизе на катоде, равна 3,596 г, и его грамм-эквивалент

$Э_1 = \frac{3,596 \cdot 96500}{10920} = 31,77$.

Поскольку металл двухвалентен, его грамм-эквивалент равен половине величины атомной массы, т. е. $A = 2 \cdot 31,77 = 63,54$. Неизвестным металлом была медь. Процентное содержание меди в сплаве

$\frac{3,596 \cdot 100}{10} = 36$ %.

В 1000 мл 2 н. раствора $Na_2S_2O_3$ растворяется 71,67 г $AgCl$ [если принять, что 2н. раствор $Na_2S_2O_3$ содержит 1 моль соли.].

в 22,8 мл 2 н. раствора $Na_2S_2O_3$ - $x$ г $AgCl$,
$x = 1,634$ г $AgCl$.

Масса серебра ($A = 108$) в сплаве составляет $m_{Ag} = 1,634 \cdot 108 : 143,5 = 1,23$ г, а его процентное содержание

$\frac{5,17 \cdot 100}{10} = 12,3$ %.

Масса третьего металла, содержащегося в сплаве, $m_x = 10 - (NULL,6 + 1,23) = 5,17$ г, и его процентное содержание

$\frac{5,17 \cdot 100}{10} = 51,7$ %.

Эквивалент неизвестного металла можно вычислить на основе реакции металлов с азотной кислотой: с 1,23 г $Ag$ прореагировало

$\frac{4}{3} \cdot \frac{1,23}{108} = 0,1515$ моля $HNO_3$,

которые содержатся в 15,2 мл 1 М $HNO_3$; с 3,6 г $Cu$ прореагировало

$\frac{8}{3} \cdot \frac{3,6}{63,54} = 0,1515$ моля $HNO_3$,

которые содержатся в 151,5 мл 1 М $HNO_3$.
На реакцию с 5,17 г неизвестного металла затрачено $377,6 - (NULL,2 + 151,5) = 210,9$ мл 1 М $HNO_3$, содержащих 0,2109 моля $HNO_3$.

В соответствии с уравнением реакции масса моля неизвестного металла равна

$M = \frac{5,17}{0,2109} \cdot \frac{8}{3} = 65,38$ г.

Такую атомную массу имеет цинк.

Следовательно, в состав сплава входило 36 % $Cu$, 12,3 % $Ag$ и 51,7 % $Zn$.

(Цинк в зависимости от степени его измельчения, концентрации раствора $HNO_3$ и температуры может восстанавливать азотную кислоту до различных соединений, однако в учебных руководствах чаще всего рассматривается реакция, приводящая не к $NO_2$ или $NO$, а к солям аммония $NH_4NO_3$

$4Zn + 10HNO_3 = 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO + 3H_2O$.

К сожалению, в условии задачи не оговорено, каковы продукты восстановления $HNO_3$, что затрудняет решение задачи и может привести к неверным или даже неправдоподобным ответам. Заметим, что в данном случае нельзя указывать нормальность раствора $HNO_3$, поскольку при окислительно-восстановительном процессе она оказывается различной в зависимости от продуктов восстановления, т. е. 1 М раствор при образовании $NO$ соответствует 3 н. раствору, а при восстановлении до $NH_4NO$ это будет 8 н. раствор.)
8 класс Химия Средняя

Ещё по теме