Контрольні завдання

1. У воді масою 200 г розчинили калій гідроксид масою 11,2 г. Густина одержаного розчину 1,04 г/см³. Обчисліть молярну концентрацію цього розчину.

2. Скільки грамів магній сульфату необхідно для приготування 200 см³ 0,2 М розчину?

3. Визначте молярну концентрацію розчину, 650 см³ якого містить 5,6 г калій гідроксиду.

4. Яка маса HNO₃ в 2 дм³ її 0,1М розчину?

5. Визначте молярну концентрацію розчину сульфатної кислоти з масовою часткою 44 %, густина якого 1,34 г/см³.

6. Обчисліть масу калій хлориду, необхідного для приготування розчину цієї солі об’ємом 300 см³, молярна концентрація якого становить 0,15 М.

7. Густина 26 %-го розчину KОН дорівнює 1,24 г/см³. Визначте молярну концентрацію розчину.

8. Скільки води треба додати до 500г 25 %-го розчину, щоб одержати 10 %-ий розчин?

9. Визначте рН 0,1 М розчину НCl, вважаючи його повністю дисоційованим.

10. Визначте рН 0,1 М розчину NaOH, вважаючи його повністю дисоційованим.

11. Які з цих солей гідролізують:

AlCl₃, (NH₄)₂CO₃ , K₂SO₃, NaClO₄ ?

Складіть для них молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реакцій гідролізу.

Для кожного випадку вкажіть реакцію середовища (кисле, лужне, приблизно нейтральне) та рН (більше, менше чи приблизно рівне 7).

9 Хімічні властивості металів. Основи електрохімії

Взаємодія металів з неметалами

Усі метали головних підгруп при нагріванні взаємодіють з активними неметалами, а з флуором та киснем деякі з них і за зви­чайної температури. Лужні (І-А) і лужноземельні (ІІ-А) метали безпосередньо взаємодіють з воднем, утворюючи гідриди:

2Li + H₂ = 2LiH

Ba + H₂ = BaH₂

З киснем усі метали головних підгруп взає­модіють і утворючи оксиди, а лужні метали та барій також і пероксиди:

4Li + O₂ = 2Li₂O

2Ba + O₂ = 2BaO

4Na + O₂ = 2Na₂O

2Na + O₂ = Na₂O₂

Усі метали реагують з галогенами й сіркою, більшість з азотом, фосфором, арсеном, селеном, телуром. Наприклад:

6Li + N₂ = 2Li₃N

літій нітрид

2Li + S = Li₂S

літій сульфід

2Li + Сl₂ = 2LiСl

літій хлорид

3Ba + N₂ = Ba₃N₂

барій нітрид

Більшість металів побічних підгруп на повітрі вкриті оксид­ною плівкою. При нагріванні в атмосфері кисню всі вони, за ви­нятком золота, утворюють оксиди у найбільш стійких ступенях окис­нення:

4Cr + 3O₂ = 2Cr₂O₃

2W + 3O₂ = 2WO₃

Ряд стандартних електродних потенціалів

При зануренні будь-якого металу у воду на межі розділу „метал-вода“ виникає різниця потенціалів, яка називається електродним потенціалом φ. Причини виникнення електродного потенціалу полягають у тому, що полярні молекули води, діючи своїми негативними полюсами на позитивні йони металу, переводять їх у розчин. При цьому електрони залишаються на поверхні металу, заряджаючи її негативно.

Ме + mH₂O ↔ Mе(H₂O)_mⁿ⁺ + n ē.

Для спрощення гідратовану воду не включають у рівняння реакції, і вона записується у вигляді:

Ме ↔ Mе ⁿ⁺ + n ē.

При додаванні до води солі металу негативний заряд на поверхні пластинки буде зменшуватись внаслідок зміщення рівноваги електродної реакції вліво.

При подальшому збільшенні концентрації солі у розчині може наступити момент, коли пластинка стане електронейтральною і навіть зарядиться позитивно. При цьому утворюється подвійний електричний шар з іншими знаками зарядів на пластинці і в розчині.

Виникає різниця потенціалів, яка залежить від концентрації йонів у розчині. За постійної температури та концентрації рівноважний потенціал є постійною величиною.

Абсолютні значення електродних потенціалів виміряти неможливо. Тоді вимірюють відносні значення, тобто вимірюють різницю потенціалів між двома різними електродами, зануреними в розчини відповідних солей.

Як стандартний електрод, відносно якого порівнюють потенціали інших металів, використовують стандартний водневий електрод, потенціал якого умовно приймають рівним нулю.

Електродний потенціал, виміряний за стандартних умов (температура 298,15 К, тиск газуватих речовин 1 атм. (101325 Па), концентрація йонів 1 моль∙екв/дм³), називається стандартним електродним потенціалом φ^о.

Визначення стандартних електродних потенціалів дало можливість створити ряд стандартних електродних потенціалів.

Взаємодія металів з водними розчинами солей

Кожний метал витісняє з водних розчинів солей інші метали, розташовані в ряді стандартних електродних потенціалів (див. Додаток Е) правіше від нього і може бути сам витіснений металами, розташованими лівіше. Дане твердження справедливе для розчинів з концентраціями солей 1 моль∙екв/дм³.

Fe + CuCl₂ → FeCl₂ + Cu,

FeCl₂ + Cu ≠.

Взаємодія металів з водою

З водою за звичайної температури взаємодіють лужні та лужноземельні метали і талій. При цьому утворюються відповідні луги і виділяється водень. Наприклад:

Са + 2H₂О = Са(ОН)₂ + Н₂↑,

2Тl + 2H₂О = 2ТlОН + Н₂↑.

Берилій і магній взаємодіють з гарячою водою.

Метали середньої активності реагують з утворенням оксидів. Наприклад:

Рb + H₂О = РbО + Н₂↑.

Взаємодія металів з лугами

З лугами взаємодіють Be, Al, Ga, Sn, Pb, Zn з утворенням гідроксокомплексів.

Zn + 2NaОН + 2H₂O = Na₂[Zn(OН)₄] + H₂,

2Al + 2KОН + 6H₂O = 2K[Al(OН)₄] + 3H₂.

Взаємодія металів з кислотами

Майже всі метали окиснюються кислотами. Характер взаємодії з кислотою залежить від активності металу, а також від кислоти та її концентрації.

Хлоридна кислота HCl незалежно від концентрації взаємодіє з металами, розміщеними в ряді активності до водню. При цьому утворюються хлориди і виділяється водень:

Fe + 2HСl_(к,р) = FeCl₂ + Н_2,

Сu + HСl_(к,р) ≠.

Розбавлена сульфатна кислота H₂SO₄ взаємодіє тільки з тими металами, які стоять в ряду активності до водню.

2Al + 3H₂SO_4(р) = Al₂(SO₄)₃ + 3Н₂,

Ag + H₂SO_4(р) ≠.

Концентрована сульфатна кислота окиснює метали до срібла включно, причому окисником є S⁺⁶ . Пасивні метали, як правило, відновлюють H₂SO₄ до SO₂, активні – до S або H₂S, залежно від концентрації кислоти та температури.

2Ag + 2Н₂SO_4(к) Ag₂SO₄ + SO₂ + 2Н₂О

4Mg + 5H₂SO_4(к) = 4MgSO₄ + H₂S + 4H₂O

з активними металами

Mg, Ca, K, Zn

SO₂

S, H₂S

концентрована

Холодна концентрована H₂SO₄ пасивує Al, Сr, Fe внаслідок утворення на їх поверхнях захисних оксидних плівок.

При взаємодії розбавленої нітратної кислоти з малоактивними металами, які стоять в ряді активності після водню, а також з металами середньої активності відновлення проходить до NO. Розбавлена нітратна кислота може відновлюватися до NO, N₂O, N₂, NH₃ або NH₄NO₃. Як правило, амоніак виділяється, коли беруть сильно розбавлену кислоту і активний метал. Амоніак, що виділяється, взаємодіє з нітратною кислотою, утворюючи амонійну сіль.

3Be + 8HNO_3(p) 3Be(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

4Ca + 10HNO_3(p) = 4Ca(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

При дії концентрованої HNO₃, яка реагує практично з усіма металами (див. схему), звичайно виділяється NO₂, незалежно від активності металу.

Сu + 4HNО_3(к) = Cu(NО₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Zn + 4HNО_3(к) = Zn(NО₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Холодна концентрована нітратна кислота пасивує Al, Cr, Be, Pb, Sn, Mn, Fe внаслідок утворення на їх поверхнях захисних оксидних плівок.