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+4HNO3=3AgNO3+2NO+2H2O,
3М+8HNO3=3M(NO3)2+2NO+4H2O,
AgNO3+HCl=AgCl+HNO3,
Ag++Cl−=AgCl,
AgCl+2Na2S2O3=Na3[Ag(S2O3)2]+NaCl,
AgCl+2S2O2−3=[Ag(S2O3)2]3−+Cl−,
M2++2OH−=M(OH)2,
M(OH)2+H2SO4=MSO4+2H2O.
Масса металла, выделившегося при электролизе на катоде, равна 3,596 г, и его грамм-эквивалент
Э1=3,596⋅9650010920=31,77.
Поскольку металл двухвалентен, его грамм-эквивалент равен половине величины атомной массы, т. е. A=2⋅31,77=63,54. Неизвестным металлом была медь. Процентное содержание меди в сплаве
3,596⋅10010=36 %.
В 1000 мл 2 н. раствора Na2S2O3 растворяется 71,67 г AgCl [если принять, что 2н. раствор Na2S2O3 содержит 1 моль соли.].
в 22,8 мл 2 н. раствора Na2S2O3 - x г AgCl,
x=1,634 г AgCl.
Масса серебра (A=108) в сплаве составляет mAg=1,634⋅108:143,5=1,23 г, а его процентное содержание
5,17⋅10010=12,3 %.
Масса третьего металла, содержащегося в сплаве, mx=10−(NULL,6+1,23)=5,17 г, и его процентное содержание
5,17⋅10010=51,7 %.
Эквивалент неизвестного металла можно вычислить на основе реакции металлов с азотной кислотой: с 1,23 г Ag прореагировало
43⋅1,23108=0,1515 моля HNO3,
которые содержатся в 15,2 мл 1 М HNO3; с 3,6 г Cu прореагировало
83⋅3,663,54=0,1515 моля HNO3,
которые содержатся в 151,5 мл 1 М HNO3.
На реакцию с 5,17 г неизвестного металла затрачено 377,6−(NULL,2+151,5)=210,9 мл 1 М HNO3, содержащих 0,2109 моля HNO3.
В соответствии с уравнением реакции масса моля неизвестного металла равна
M=5,170,2109⋅83=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 HNO3 и температуры может восстанавливать азотную кислоту до различных соединений, однако в учебных руководствах чаще всего рассматривается реакция, приводящая не к NO2 или NO, а к солям аммония NH4NO3
4Zn+10HNO3=4Zn(NO3)2+NH4NO+3H2O.
К сожалению, в условии задачи не оговорено, каковы продукты восстановления HNO3, что затрудняет решение задачи и может привести к неверным или даже неправдоподобным ответам. Заметим, что в данном случае нельзя указывать нормальность раствора HNO3, 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 NH4NO это будет 8 н. раствор.)