1.5. Взаимодействие металлов и неметаллов с кислотами, щелочами, водой

81. Почему с соляной кислотой взаимодействуют только такие металлы, которые расположены в ряду напряжений до водорода? Почему свинец и таллий с соляной кислотой не взаимодействуют? Определите массу железа, взаимодействующую с одним литром этой кислоты с массовой долей HCl 10,52 % и плотностью раствора r = 1,05.

82. Почему с разбавленной серной кислотой взаимодействуют только такие металлы, которые расположены в ряду напряжений до водорода? Почему среди этих металлов свинец является исключением? Определите массу цинка, взаимодействующую с одним литром 4,0%-й серной кислоты (r = 1,025).

83. Почему кремний, не взаимодействующий с сильными кислотами (HCl, H₂SO₄, HClO₄), взаимодействует со слабой фтороводородной кислотой? Вычислите объем водорода, образующийся при взаимодействии 280 г кремния с избытком этой кислоты при 20 ºC и 100 кПа.

84. Концентрированная серная кислота может восстанавливаться по следующим полуреакциям:

SO₄^2– + 4H⁺ + 2e = SO₂ + 2H₂O; jº = 0,17 В

SO₄^2– + 8H⁺ + 6e = S + 4H₂O; jº = 0,36 В

SO₄^2– + 10H⁺ + 8e = H₂S + 4H₂O; jº = 0,30 В

Напишите уравнения возможных реакций цинка с концентрированной серной кислотой и укажите термодинамически наиболее вероятную. Чему будет равна массовая доля H₂SO₄ в растворе после того, как 300 мл 80%-го раствора этой кислоты (r = 1,73) провзаимодействуют с 50 г цинка?

85. По уравнению Нернста вычислите значение окислительно-восстановительного потенциала 60 %-й серной кислоты (r = 1,50) при её восстановлении до SO₂. Напишите уравнение её взаимодействия с серебром. Вычислите массу провзаимодействовавшего серебра по этому уравнению, если объем выделившегося SO₂ (при н.у.) составил 2,80 л.

86. По уравнению Нернста вычислите значение окислительно-восстановительного потенциала 82 %-й серной кислоты (r = 1,75) при её восстановлении до SO₂. Напишите уравнение ее взаимодействия с медью. Вычислите объем сернистого газа (30 ºC, 100 кПа), образующегося при взаимодействии по этому уравнению 50 г меди.

87. Из сравнения значений окислительно-восстановительного потенциала полуреакций:

C + 2H₂O - 4e = CO₂ + 4H⁺; jº = 0,48 В

SO₄^2– + 4H⁺ + 2e = SO₂ + 2H₂O; jº = 0,17 В

SO₄^2– + 8H⁺ + 6e = S + 4H₂O; jº = 0,36 В

SO₄^2– + 10H⁺ + 8e = H₂S + 4H₂O; jº = 0,30 В

следует, что углерод не может быть окислен серной кислотой. В действительности углеродосодержащие вещества (сажа, кокс, активированный уголь и т.д.) взаимодействуют с концентрированной серной кислотой. Объясните это противоречие, напишите уравнения возможных реакций и укажите среди них наиболее вероятное.

88. Опишите термодинамические и кинетические закономерности взаимодействия металлов с азотной кислотой, покажите невозможность описания реакции любого металла с HNO₃ одним уравнением. В качестве примера напишите уравнения возможных реакций железа с азотной кислотой и укажите среди них наиболее вероятное.

89. Одни авторы считают, что молибден взаимодействует с азотной кислотой в одну стадию

Mo + HNO₃ + 2H₂O ® H₂MoO₄ + NO,

а другие отстаивают двухстадийный механизм:

1. Mo + HNO₃ ® MoO₂ + NO + H₂O;

2) MoO₂ + HNO₃ + H₂O ® H₂MoO₄ + NO

Сформулируйте свою точку зрения, исходя из потенциалов полуреакций:

Mo + 2H₂O - 4e = MoO₂ + 4H⁺; jº = -0,07 В

MoO₂ + 2H₂O - 2e = H₂MoO₄ + 2H⁺; jº = 0,39 В

Mo + 4H₂O - 6e = H₂MoO₄ + 6H⁺; jº = 0,15 В

90. Установлено, что при взаимодействии 48,4%-й HNO₃ (r = 1,30) с железом (при нагревании) выделяется оксид азота (II). Определите массу железных стружек, которая потребуется для получения 20 л NO по этой реакции при 80 ºC и 101325 Па.

91. Фосфор теоретически может взаимодействовать с азотной кислотой в одну стадию (P® H₃PO₄) или в две (P® H₃PO₃® H₃PO₄). Исходя из значений потенциалов полуреакций

P + 3H₂O - 3e = H₃PO₃ + 3H⁺; jº = -0,50 В

P + 4H₂O - 5e = H₃PO₄ + 5H⁺; jº = -0,41 В

H₃PO₃ + H₂O - 2e = H₃PO₄ + 2H⁺; jº = 0,15 В

обоснуйте более вероятный вариант и напишите для него уравнения реакций, считая, что HNO₃ восстанавливается до NO. Вычислите массу H₃PO₄ и объем NO (при н.у.), образующихся при взаимодействии с азотной кислотой 155 г белого фосфора.

92. Для получения царской водки 100 мл 60%-й HNO₃ (r = 1,36) смешали с 300 мл 40%-й HCl (r = 1,20). Вычислите массу, объем и плотность полученной царской водки, молярное соотношение HNO₃:HCl в ней и массу золота, которую она может «растворить».

93. Смешали 75 мл 60%-й HNO₃ (r = 1,36) и 350 мл 20%-й фтороводородной кислоты (r = 1,07). Вычислите массу, объем и плотность полученной смеси, молярное соотношение HNO₃:HF в ней и массу вольфрама, которую она может «растворить».

94. Объясните, почему с растворами щелочей могут взаимодействовать только такие амфотерные металлы, окислительно-восстановительные потенциалы которых jº меньше величины –0,83 В Приведите примеры таких металлов и уравнения их взаимодействия с раствором NaOH.

95. Металлы подразделяются на амфотерные (взаимодействуют с растворами и расплавами щелочей), слабоамфотерные (взаимодействуют только с расплавами щелочей) и неамфотерные (со щелочами не взаимодействуют). Приведите примеры указанных групп металлов и уравнения их реакций с растворами и расплавами щелочей.

96. Напишите уравнения реакций алюминия с раствором гидроксида натрия с образованием тетрагидроксокомплексного и гексагидроксокомплексного соединений и уравнение реакции алюминия с расплавом NaOH с образованием ортоалюмината натрия. Какая масса щелочи (в чистом виде) расходуется на взаимодействие с 0,54 кг алюминия в каждом случае?

97. Напишите уравнения реакций хрома с раствором и с расплавом KOH при недостатке и при избытке щелочи. Какая масса KOH потребуется для взаимодействия с 260 г хрома в каждом случае?

98. Напишите уравнения реакций серы, фтора и хлора с гидроксидом калия и укажите их тип. Вычислите массу каждого реагента, взаимодействующую с одним литром 40%-го раствора KOH (плотность раствора r = 1,40).

99. Опишите закономерности взаимодействия металлов с водой, ответив в описании на следующие вопросы: 1) почему с чистой водой взаимодействуют только такие металлы, электродный потенциал которых jº меньше величины –0,41В?; 2) почему с технической водой и атмосферной влагой взаимодействуют и такие металлы, электродный потенциал которых jº больше величины –0,41В?; 3) у каких металлов естественная оксидная пленка на поверхности защищает их от действия воды, а у каких не обладает защитным действием?; 4) почему магний не взаимодействует с холодной водой, но взаимодействует с горячей?; 5) на какой металл и с какой целью в технике действуют водяным паром при 300–400 ºC?

100. Опишите взаимодействие неметаллов с водой, поделив их на четыре группы: 1) окисляют воду, 2) восстанавливают воду, 3) диспропорционируют в воде, 4) не взаимодействуют с водой. Для реакции хлора с водой по стандартным значениям окислительно-восстановительных потенциалов полуреакций вычислите энергию Гиббса и константу равновесия и сделайте вывод о полноте ее протекания.

Глава вторая.