Страница 154 — Глава IV. Металлы и их соединения. § 29. Химические…

а)
1) CuO + H₂ = Cu + H₂O (при нагревании; чёрный порошок становится красным);
2) Cu + 4HNO₃(конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O (бурый газ, раствор синеет);
3) Cu(NO₃)₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + 2NaNO₃ (голубой осадок);
4) Cu(OH)₂ = CuO + H₂O (при нагревании, осадок чернеет);
5) CuO + 2HCl = CuCl₂ + H₂O.
б)
1) 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑;
2) NaOH + H₂SO₄ = NaHSO₄ + H₂O (кислота в избытке);
3) NaHSO₄ + NaOH = Na₂SO₄ + H₂O;
4) Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2NaCl (белый осадок).
в)
1) 2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂↑ (обжиг, t);
2) ZnO + C = Zn + CO↑ (при нагревании; можно также ZnO + H₂ = Zn + H₂O);
3) Zn + H₂SO₄(разб.) = ZnSO₄ + H₂↑;
4) ZnSO₄ + BaCl₂ = ZnCl₂ + BaSO₄↓;
5) ZnCl₂ + Na₂CO₃ = ZnCO₃↓ + 2NaCl;
6) ZnCO₃ = ZnO + CO₂↑ (при нагревании).
г)
1) MgCl₂(расплав) = Mg + Cl₂↑ (электролиз);
2) 2Mg + O₂ = 2MgO (горение);
3) MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O;
4) MgSO₄ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + Na₂SO₄ (белый осадок);
5) Mg(OH)₂ + 2HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + 2H₂O.

Для решения используем электрохимический ряд напряжений металлов: Mg, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Au.
а) Co + ZnCl₂ → реакция не идёт: кобальт стоит правее цинка, менее активен и не вытесняет его из раствора соли.
б) Ni + CuSO₄ = NiSO₄ + Cu↓ (никель левее меди, вытесняет её).
в) Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑ (магний левее водорода).
г) Ag + HCl → реакция не идёт: серебро правее водорода и не вытесняет его из кислоты.
д) Au + CuO → реакция не идёт: золото — наименее активный металл, не может восстановить медь из её оксида.
е) Zn + Hg(NO₃)₂ = Zn(NO₃)₂ + Hg (цинк левее ртути, вытесняет её из раствора соли).
Возможны реакции б, в, е.

Дано: m(H₂O) = 50 г; m(Ba) = 2,74 г.
Найти: w(Ba(OH)₂) — ?
Решение: Ba + 2H₂O = Ba(OH)₂ + H₂↑.
M(Ba) = 137 г/моль; n(Ba) = 2,74 г : 137 г/моль = 0,02 моль.
По уравнению n(Ba(OH)₂) = n(H₂) = n(Ba) = 0,02 моль.
M(Ba(OH)₂) = 137 + 2 · (16 + 1) = 171 г/моль; m(Ba(OH)₂) = 0,02 моль · 171 г/моль = 3,42 г.
m(H₂) = 0,02 моль · 2 г/моль = 0,04 г (водород улетучился).
m(р-ра) = m(H₂O) + m(Ba) − m(H₂) = 50 + 2,74 − 0,04 = 52,7 г.
w(Ba(OH)₂) = 3,42 г : 52,7 г · 100 % ≈ 6,49 %.
Ответ: w(Ba(OH)₂) ≈ 6,49 %.

Дано: m(Cr₂O₃) = 60,8 г.
Найти: m(Al) — ?; m(Cr) — ?
Решение: 2Al + Cr₂O₃ = Al₂O₃ + 2Cr (алюминотермия).
M(Cr₂O₃) = 2 · 52 + 3 · 16 = 152 г/моль; n(Cr₂O₃) = 60,8 г : 152 г/моль = 0,4 моль.
По уравнению n(Al) = 2n(Cr₂O₃) = 0,8 моль; n(Cr) = 2n(Cr₂O₃) = 0,8 моль.
m(Al) = 0,8 моль · 27 г/моль = 21,6 г.
m(Cr) = 0,8 моль · 52 г/моль = 41,6 г.
Ответ: m(Al) = 21,6 г; m(Cr) = 41,6 г.

Оцинкованное ведро — железное ведро, покрытое слоем цинка. Цинк и железо стоят в ряду напряжений левее меди, то есть активнее её, поэтому вытесняют медь из раствора соли: Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu↓. Цинковое покрытие постепенно растворяется. Когда защитный слой разрушен, раствор соприкасается с железом, и идёт реакция Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu↓. Выделяющаяся медь оседает на стенках, а пара «железо — медь» образует гальванический элемент, ускоряющий разрушение ведра. В итоге ведро портится (появляются дыры), а раствор загрязняется солями цинка и железа и теряет свой состав. Поэтому растворы солей меди хранят в стеклянной или пластмассовой посуде.

Дано: Δm(пластинки) = +1,52 г.
Найти: m(Ag) — ?
Решение: Cu + 2AgNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2Ag↓.
Пусть прореагировало x моль меди; тогда выделилось 2x моль серебра.
Убыль массы пластинки за счёт растворения меди: m(Cu) = 64x; прибыль за счёт осевшего серебра: m(Ag) = 2x · 108 = 216x.
Изменение массы: 216x − 64x = 152x = 1,52 г, откуда x = 0,01 моль.
n(Ag) = 2x = 0,02 моль; m(Ag) = 0,02 моль · 108 г/моль = 2,16 г.
Ответ: на пластинке выделилось 2,16 г серебра.

Сообщение «Металлы в пиротехнике». Пиротехнические составы — это смеси горючего вещества (чаще порошкообразного металла), окислителя и связующего. Металлы нужны для получения высокой температуры и ярких цветов огней. Порошки алюминия и магния при горении дают ослепительно белый свет и множество искр, поэтому их вводят в бенгальские огни, осветительные ракеты и фейерверки. Железные и титановые опилки дают золотистые искры. Цвет пламени определяют соли металлов: соединения натрия окрашивают огонь в жёлтый цвет, стронция и лития — в красный, бария — в зелёный, меди — в синий и сине-зелёный, калия — в фиолетовый. Окислителями служат нитраты и перхлораты калия, бария, стронция, поэтому одна смесь даёт и цвет, и интенсивное горение. В военном деле используют термитную смесь из алюминия и оксида железа(III) для снаряжения зажигательных снарядов и боеприпасов: температура горения около 2700 °C, она плавит сталь. Магний и его сплавы применяют в трассирующих и осветительных боеприпасах. Из сплавов железа, титана, алюминия делают броню, корпуса техники и стволы; вольфрам, уран и другие плотные металлы — сердечники снарядов. Работать с пиротехническими составами самостоятельно нельзя: они пожаро- и взрывоопасны, и безопасно обращаться с ними могут только специалисты.

Общие свойства щелочных металлов (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr):
1) Атомы: на внешнем энергетическом уровне один электрон (ns¹), который легко отдаётся; большой радиус атомов, самые низкие энергии ионизации в периоде, степень окисления в соединениях только +1.
2) Простые вещества: серебристо-белые мягкие, лёгкие, легкоплавкие металлы с металлической кристаллической решёткой и металлическим блеском; очень сильные восстановители, на воздухе окисляются, поэтому хранятся под слоем керосина (литий — под слоем вазелинового масла). Реагируют с неметаллами и бурно с водой с образованием щёлочи и водорода: 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑ — отсюда название «щелочные».
3) Соединения: оксиды (Na₂O, K₂O) — основные оксиды, реагирующие с водой с образованием щелочей; гидроксиды (NaOH, KOH) — щёлочи, сильные электролиты; соли — белые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Ионы щелочных металлов окрашивают пламя: Li⁺ — в красный, Na⁺ — в жёлтый, K⁺ — в фиолетовый цвет.