Врублевский А. И. Тренажер по химии

Особенности химии кремния и его соединений поможет понять следующий пример.

ПРИМЕР 27-1. Осуществите химические превращения

Са° -2 е = Са+2 Si°+4e = Si-4

3. Силициды разлагаются водой или кислотами (обрати­ те внимание на схемы электронного баланса):

Ca2S i + 4Н2'0 = 2Са(ОН)2 -t-Si^H’11.

Si"4-8 e = Si+4

2H+1 +2e = 2H '1

4. Силан (SiH4) сгорает в кислороде (обратите внимание на схемы электронного баланса):

4Н"1-8 е = 4Н+|

02+ 4е = 20~2

5.Осуществить переход можно по-разному, например:

6. Кремниевая кислота очень слабая (слабее угольной) и легко образуется при обработке силикатов кислотами:

2 5 (—— = 1,25 > 1).

2

Следовательно, образовался кремний химическим коли­ чеством:

х=n(Si) = -’у - = 1,0 ( м о л ь ).

Вреакцию с Si02 вступил углерод химическим количе­ ством:

Следовательно, избыточное (непрореагировавшее) хими­ ческое количество углерода равно:

и(С)Не„р = «(С)исх ~ «(С)прор = 2,5 - 2,0 = 0,5 (моль).

Внимание:

Этот избыточный углерод вступает в реакцию с получен­ ным кремнием:

Легко видеть, что в этой реакции в избытке находится крем­ ний, причем в реакцию вступило 0,5 моль Si, а осталось

1,0 —0,5 = 0,5 (моль) кремния.

Вот этот кремний и реагирует со щелочью:

Si + 2NaOH + Н20 = Na2Si03 + 2Н2Т.

1 моль 2 моль

Находим:

z = n(NaOH) = ^ ^ = 1,0 (моль);

■~~ = 0,5 (дм3).

Ответ: F(p-pa NaOH) = 0,5 дм3 (500 см3).

2.При сгорании смеси силана и угарного газа образуются газ и 12 г твердого остатка. После пропускания газа через из­ быток раствора NaOH получено 5,3 г соли. Определите объе­ мы газов в исходной смеси.

3.Какая масса кремния может прореагировать с 200 см3 го­ рячего раствора NaOH с массовой долей его 35 % (р = 1,38 г/см3)

икакой объем газа при этом выделится?

4.Какой объем раствора с w(NaOH) = 32 % (р = 1,35 г/см3) нужен для растворения всего кремния, оставшегося после прокаливания 12 г Mg и 12 г кремния?

5.Определите массовые доли компонентов в смеси, полу­ ченной при сплавлении 6 г магния и 24 г песка.

6.Какой объем раствора с w(KOH) = 34 % (р = 1,37 г/см3) нужен для растворения кремния, полученного в результате прокаливания 19,8 г магния с 18,9 г оксида кремния (IV)?

7.Для получения стекла смесь поташа и известняка про­ калили с кремнеземом, а выделившийся газ поглощен 125 см3 раствора Ва(ОН)2 (р = 1,1 г/см3). При этом выпал осадок мас­ сой 4,925 г, причем газ и щелочь реагировали в мольном от­ ношении 1:1. Определите объем поглощенного газа и w(Ba(OH)2) в растворе.

8.Какую массу поташа (массовая доля карбоната калия равна 80 %), мела (массовая доля карбоната кальция равна 90 %) и песка (массовая доля оксида кремния (IV) равна 95 %) нужно взять для получения 300 кг стекла состава

1^0 • СаО • 6Si02?

9.При обработке соляной кислотой смеси веществ, по­ лученных при прокаливании 30 г оксида кремния (IV) и 30 г магния, выделилось 4,48 дм3 (н.у.) водорода. Определите хи­ мическое количество полученного кремния.

10.Смесь, состоящую из кремния, алюминия и железа, массой 13,8 г обработали при нагревании гидроксидом на­ трия. При этом выделилось 11,2 дм3 газа (н. у.). При действии на такую же массу смеси избытка соляной кислоты выделя­ ется 8,96 дм3 газа (н. у.). Определите массы и химическое ко­ личество каждого из компонентов смеси.

11.Смесь оксида кремния (IV), алюминия и железа мас­ сой 13,8 г обработали при нагревании раствором гидроксида калия. При этом выделилось 6,72 дм3 газа (н.у.). При дей­ ствии на такое же количество исходной смеси избытка ра­ створа хлороводородной кислоты выделилось 8,96 дм3 газа (н.у.). Определите массовые доли (%) веществ в исходной смеси.

12.Навеску смеси кремния, алюминия и карбоната кальция обработали щелочью и получили 17,92 дм3 (н.у.) газа. Эту же навеску обработали соляной кислотой и получили 17,92 дм3 (н.у.) смеси газов. Смесь газов, полученных при обработке навески хлороводородной кислотой, пропустили через из­ быток раствора гидроксида кальция и получили 20 г осадка. Определите массы веществ в смеси.

13.При обработке 40 г смеси меди, цинка, оксида крем­ ния и оксида цинка разбавленной серной кислотой выдели­ лось 4,48 дм3 газа (н.у.). Нерастворившийся осадок сплавили

скарбонатом натрия, получили 3,36 дм3 газа (н.у.). После

обработки сплава водой твердый остаток растворили в кон­ центрированной серной кислоте и получили 2,24 дм3 газа (н.у.). Рассчитайте массовую долю оксида цинка в смеси.

14.Смесь, содержащую'48 г Mg и 14 г Si, прокалили, а затем обработали избытком соляной кислоты. Определите объем (дм3, н.у.) выделившегося при этом газа.

15.Определите массовые доли веществ в растворе, полу­ ченном при растворении в 57 см3 раствора с w(NaOH) = 40 % (р = 1404 кг/м3) всего кремния, образовавшегося в результате прокаливания 28,8 г Mg с 24 г Si02.

16.* Твердый остаток массой 9,2 г, образовавшийся после прокаливания смеси Si02 и С (при этом выделялся моноок­ сид углерода) сожгли в избытке 0 2 и получили газ (н.у.) объе­ мом 6,72 дм3. Найдите w(Si02) в исходной смеси.

Ответы

2.4,48 дм3 SiH4 и 1,12 дм3 СО. 3. 33,8 г; 54,1 дм3. 4. 33,3 см3. 5. 55 % Si02;

33.3% MgO и 11,7 % Si. 6. 52,42 см3. 7. 0,56 дм3; 3,1 %. 8. 101,5 кг поташа;

65.4кг мела и 222,9 кг песка. 9.0,475 моль. 10.2,8 г (0,1 моль) Si; 5,4 г (0,2 моль) А1; 5,6 г (0,1 моль) Fe. 11. 39,13 % Al; 40,58 % Fe; 20,29 % SiOr 12. 2,8 г Si; 10,8 г Al; 20 г CaCO,. 13. 29 %. 14. 33,6 дм3. 15. 28,77 % Na2Si03; 18,87 % NaOH. 16. 66,7 %.

§ 28. Ряд стандартных

- с о

электродных потенциалов

В этот раздел включены так называемые задачи «на плас­ тинку». Следующий пример поможет вам разобраться в под­ ходах к решению таких задач.

ПРИМЕР 28-1. Железную пластинку массой 20,4 г опус­ тили в раствор сульфата меди (II) массой 200 г с массовой долей соли 2 %. Какова будет масса пластинки после завер­ шения реакции? Найдите массовую долю соли в получен­ ном растворе.

Решение При погружении железной пластинки в водный раствор

сульфата меди (II) протекает реакция замещения; железо как более активный металл вытесняет медь из соли:

В результате этого процесса масса пластинки изменяется; она (масса) возрастает на массу меди, которая осаждается на пластинке, и уменьшается на массу растворившегося железа. Следовательно, изменение массы пластинки равно:

Аш(пл.) = т(Си) —т(Fe).

Найти искомые массы меди и железа легко по данным для раствора соли:

М(Си) = 64 г/моль;

М{Fe) = 56 г/моль; Af(CuS04) = 160 г/моль;

По уравнению химической реакции находим:

х= «(Fe) = 0,025 моль;

у= «(Си) = 0,025 моль.

Тогда имеем:

Д«?(пл.) = «z(Cu) —«/(Fe) = «(Cu)-М(Cu) —«(Fe) -M(Fe) =

= 0,025-64 - 0,025-56 = 0,2 (г).

Следовательно, после завершения реакции масса пластин­ ки будет равна:

Дт(пл.) = Д«!(пл.)исх + Дт = 20,4 + 0,2 = 20,6 (г).

Отвечаем на второй вопрос задачи. В растворе после реак­ ции будет находиться соль —сульфат железа (II). Находим массу этой соли по уравнению химической реакции:

Z = «(FeS04) = 0,025 моль;

«i(FeS04) = «(FeS04) -M(FeS04) = 0,025 • 152 = 3,8 (г).

Находим массу раствора соли. Внимание:

В результате протекания химической реакции масса ра­ створа изменяется, т. е. масса раствора FeS04 не будет равна исходной массе раствора CuS04, равной 200 г!

Запомним:

а) на какую массу возросла масса пластинки, на такую же массу уменьшилась масса раствора;

б) на какую массу уменьшилась масса пластинки, на та­ кую же массу увеличилась масса раствора.

В данном конкретном случае масса пластинки возросла на 0,2 г. Следовательно,

/и(р-ра FeS04) = /я(р-ра CuS04) —Д/и(пл.);

/я(р-ра FeS04) = 200 —0,2 = 199,8 (г).

Тогда имеем:

= 0,019 (19%).

Ответ: Д/я(пл.) = 20,6 г; w(FeS04) = 19 %.

1. Как изменится масса железной пластинки при выдер­ живании ее в растворе, содержащем 5 г медного купороса, если сульфат меди прореагирует полностью?

2.Железный стержень, выдержанный в растворе с w(CuS04) =

=1 % (р = 1,01 г/см3), прибавил в массе 8 мг. Чему равен объем использованного раствора сульфата меди?

3.В раствор сульфата меди (II) опустили железную плас­ тинку массой 40 г. Через некоторое время масса пластинки возросла на 5 %. Определите массу выделенной меди и хими­ ческое количество полученного сульфата железа (II).

4.Медный стержень массой 140,8 г выдержали в раство­ ре нитрата серебра (I), посЛе чего его масса составила 171,2 г. Какой объем раствора с w(HN03) = 32 % (р = 1,2 г/см3) ну­ жен для растворения стержня после реакции?

5.Медная пластинка на некоторое время была погруже­ на в 200 г раствора нитрата ртути (II) с массовой долей соли 20 %, при этом масса пластинки изменилась на 6,85 г. Най­ дите массу выделенной ртути и массовые доли солей в ра­ створе после реакции.

6.Масса железного стержня после выдерживания в вод­ ном растворе нитрата меди (II) увеличилась на 1,6 г и соста­ вила 23,2 г. Найдите состав стержня по массе после реакции.

7.Для извлечения серебра из раствора, содержащего его растворимые соли, раствор прокипятили с гранулированным