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 $X_2O_3$ кремнием или алюминием, а также путем электролиза растворов солей $X$. Элемент $X$ образует оксиды $XO$, $X_2O_3$, $XO_2$ и $XO_3$, 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 $XO_3$ 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 $XO_3$. 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 $XO_3$? 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 $Fe(CrO_2)_2$ или хромистый железняк $FeCr_2O_4$.
в. Электротермическое восстановление хромита коксом, играющим роль восстановителя, приводит к получению сплава феррохрома
$FeCr_2O_4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO$.
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. $Cr_2O_3$ используется в полировочных пастах и как зеленый пигмент в производстве красителей; $CrO_3$ применяют для получения растворов, используемых для электрет литического получения хрома и хромирования; $CrO_2$ входит в состав массы для покрытия ферромагнитных лент.
д. Хроматы - $M_2^{I}CrO_4$, дихроматы (бихроматы) - $M_2^ICr_2O_7$
$2FeCr_2O_4 + 4Na_2CO_3 + 7/2O_2 \rightarrow Fe_2O_3 + 4Na_2CrO_4 + 4CO_2$,
$2CrO_4^{2-} + 2H^{+} \rightleftharpoons Cr_2O_7^{2-} + H_2O$.
е. В основе хроматометрических методов анализа лежит реакция
$Cr_2O_7^{2-} + 14H^{+} + 6 e = 2Cr^{3+} + 7H_2O$.
Метод хроматометрии используют, например, при определении содержания соединений Fe (II):
$Cr_2O_7^{2-} + 6Fe^{2+} + 14H^{+} = 2Cr^{3+} + 6Fe^{3+} + 7H_2O$
или для установки титра тиосульфата в иодометрии:
$Cr_2O_7^{2-} + 6I^{-} + 14H^{+} = 2Cr^{3+} + 3I_2 + 7H_2O$.
ж. Хромовые квасцы имеют формулу $M_2^ISO_4 \cdot Cr_2(SO_4)_2 \times 24H_2O$.
з. Желатин, содержащий дихромат калия, после освещения утрачивает способность растворяться в воде. При освещении $K_2Cr_2O_7$ 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.