Химия
8 класс
Вопрос
Металл X находит широкое применение в технике. Основным сырьем для его производства является минерал, в состав которого входит также железо. Металл X получают из руды, используя электротермическое восстановление его коксом. При этом образуются сплавы металла X с железом, которые сами по себе частично используются в промышленности. Чистый металл X получают восстановлением оксида X2O3 кремнием или алюминием, а также путем электролиза растворов солей X. Элемент X образует оксиды XO, X2O3, XO2 и XO3, три из которых применяются в технике. Использование одного из этих оксидов основано на его мелкозернистой структуре и твердости, другого - на хорошей растворимости в воде, благодаря чему этот оксид применяется в процессе приготовления электролитов. Промышленное применение третьего оксида связано с наличием у него ферромагнитных свойств.
Оксид XO3 имеет кислотный характер. Он образует ряд кислот, содержащих один или несколько атомов X в молекуле (изополикислоты). Бариевые и свинцовые соли некоторых из этих кислот находят непосредственное практическое применение. Сильные окислительные свойства растворимых солей этих кислот в кислой среде широко используются в количественном анализе. Название элемента X связано с некоторым общим свойством его соединений.
а. Назовите металл X и объясните происхождение его названия.
б. Минерал, который служит важнейшей рудой для производства металла X, содержит 28,5% кислорода по массе. Остальное составляют железо и металл в мольном отношении 1:2. Выведите молекулярную формулу этого минерала.
в. Напишите уравнение электротермической реакций получения сплавов металла X с железом. Охарактеризуйте области применения этих сплавов и чистого металла X.
г. Какие из оксидов металла X имеют непосредственное тактическое применение и для чего применяется каждый из
д. Напишите формулы солей двух наиболее известных типов кислот, соответствующих оксиду XO3. Одну из этих солей (натриевую соль) можно получить путем сплавления указанного минерала с содой с последующим выщелачиванием плава водой. Другая соль получается при подкислении раствора первой соли. Напишите уравнения этих реакций.
е. Назовите области аналитической химии, в которых используются окислительные свойства указанных солей. Проиллюстрируйте применение последних уравнениями типичных реакций, протекающих при их участии.
ж. Металл X в степени окисления +3 образует несколько характерных двойных солей, которые хорошо кристаллизуются и находят широкое практическое применение. Дайте общее название и общую формулу такого типа соединений элемента X.
з. Какое применение в полиграфической промышленности находит калийная соль, образованная из оксида XO3? Объясните ее применение.
Ответ
а. Неизвестный металл - хром. Название этого элемента происходит от греческого слова «хромое» - цветной, что обусловлено многообразием окрасок его соединений.
б. Минерал, входящий в состав хромовых руд, - хромит Fe(CrO2)2 или хромистый железняк FeCr2O4.
в. Электротермическое восстановление хромита коксом, играющим роль восстановителя, приводит к получению сплава феррохрома
FeCr2O4+4C=Fe+2Cr+4CO.
Феррохром используется непосредственно как легирующая добавка при производстве высокопрочных и коррозионно, устойчивых сталей; конструкционные стали содержат 0,25-2% хрома; инструментальные стали - до 6 %; нержавеющие и кислотоупорные стали - до 10-20 %.
г. Cr2O3 используется в полировочных пастах и как зеленый пигмент в производстве красителей; CrO3 применяют для получения растворов, используемых для электрет литического получения хрома и хромирования; CrO2 входит в состав массы для покрытия ферромагнитных лент.
д. Хроматы - MI2CrO4, дихроматы (бихроматы) - MI2Cr2O7
2FeCr2O4+4Na2CO3+7/2O2→Fe2O3+4Na2CrO4+4CO2,
2CrO2−4+2H+⇌Cr2O2−7+H2O.
е. В основе хроматометрических методов анализа лежит реакция
Cr2O2−7+14H++6e=2Cr3++7H2O.
Метод хроматометрии используют, например, при определении содержания соединений Fe (II):
Cr2O2−7+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
или для установки титра тиосульфата в иодометрии:
Cr2O2−7+6I−+14H+=2Cr3++3I2+7H2O.
ж. Хромовые квасцы имеют формулу MI2SO4⋅Cr2(SO4)2×24H2O.
з. Желатин, содержащий дихромат калия, после освещения утрачивает способность растворяться в воде. При освещении K2Cr2O7 восстанавливается органическими веществами до соединений Cr (III), которые обусловливают ороговение или дубление (свертывание белков) желатина.
Если цинковую пластину, покрытую светочувствительным слоем, неравномерно (через фотонегатив) осветить, то при промывании водой желатин удаляется только с тех участков, которые не подвергались освещению, т. е. соответствующих темным участкам негатива. При последующем «травлении» - обработке пластины соляной кислотой - цинк удаляется с участков, не покрытых желатином, т. е. не подвергавшихся освещению. В результате на поверхности цинка появляется рельефное позитивное изображение. Такой процесс используется в полиграфии для изготовления клише.