Задачи с решениями на обзор химических свойств d-металлов

Обзор химических свойств d-металлов

Пример 113

Решение:

Так как большинство d-металлов склонно к образованию защитных оксидных пленок, то под действием концентрированной азотной кислоты, являющейся активным окислителем, поверхность титана (как и ) покрывается плотным оксидным слоем:

Происходит пассивация металла, реакция прекращается.

Разбавленная азотная кислота при нагревании довольно активно разрушает металл:

Пример 114

Решение:

Co щелочами реагируют металлы, оксиды и гидроксиды которых амфотерны. Данные металлы могут реагировать с расплавами щелочей в присутствии окислителя:

Задача № 2. По степени окисления определить характер оксидов и гидроксидов d-металлов. Показать с помощью уравнений реакций химические свойства данных соединений.

Пример 115

Определить характер оксидов:

Решение:

является основным оксидом. В нем титан проявляет минимальную степень окисления. Для основных оксидов характерны реакции с кислотами:

Оксид кислотный, так как ванадий в нем проявляет максимальную степень окисления. можно растворить в щелочи:

Оксиды — амфотерные соединения с промежуточной степенью окисления элементов. Они взаимодействуют как с кислотами, так и со щелочами. Рассмотрим на примере диоксида марганца:

Пример 116

Составить формулы гидроксидов d-металлов: , — и дать им названия.

Решение:

Гидроксиды — это и основания, и кислоты, т.е. продукты прямого или косвенного взаимодействия оксидов с водой. Их характер зависит, прежде всего, от проявляемой элементом степени окисления. Поэтому, если образуемый d-металлом оксид основной, ему соответствует основание, если кислотный — кислота, для амфотерного оксида присущи две формы существования гидроксидов.

В данных примерах образуют основания и соответствуют кислоты:

Последняя кислота гипотетическая, обнаружены только ее соли -ферраты. Для оксидов характерна амфотерность. Поэтому гидроксиды их пишем в двух формах:

— гидроксид — гидроксид и — хромистая кислота; — марганцеватистая кислота.

В названиях кислот, где элемент проявляет минимальную степень окисления, появляется суффикс “ист”.

Пример 117

Решение:

Определяем степень окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ: . Серная кислота выполняет роль среды. В кислой среде перманганат калия, в котором марганец проявляет максимальную степень окисления, выступает в роли окислителя, восстанавливаясь до . А ионы железа , в которых проявляется одна из минимальных степеней окисления элемента, выступают в роли восстановителя, окисляясь до более устойчивого состояния — . Составляем схему всей реакции, используя в качестве противоионов ионы :

Уравниваем одним из методов, например электронно-ионным:

Пример 118

Вычислить процентное содержание титана в рутиле .

Решение:

Определим молярную массу :

На долю титана в нем приходится 47,9 г, что составляет:

где i — число атомов металла в молекуле.

Пример 119

Какую массу железа можно получить из 1 т руды, содержащей 20 % пустой породы и минерал магнетит ?

Решение:

1) От одной тонны руды 20 % пустой породы составляют 200 кг. Следовательно, на долю магнетита приходится 800 кг.

2) Используя молярную массу и зная, что на долю железа в ней приходится 168 кг, определим массу железа в 1 т руды:

Задача № 5. Вывести формулу минерала.

Пример 120

Вывести простейшую формулу минерала, имеющего следующий состав: 36,8 % железа, 31,6 % титана, 31,6 % кислорода.

Решение:

Обозначим формулу соединения через .

Простейшая формула минерала — это ильменит.

Пример 121

Восстановлением 1,8186 г одного из оксидов ванадия металлическим кальцием и последующим растворением образовавшегося СаО в соляной кислоте получили 1,0188 г чистого ванадия. Вывести простейшую формулу оксида.

Решение:

Обозначим формулу оксида через . Найдем массу кислорода в навеске оксида:

Зная молярные массы кислорода (16 г/моль) и ванадия (50,94 г/моль),

найдем количество атомов каждого элемента в молекуле:

Следовательно, простейшая формула оксида — .

Пример 122

Определить объем воздуха (содержит 21 объемный процент кислорода) в нормальных условиях, необходимый для окислительного обжига 1250 кг , содержащего 20 % примесей.

Решение:

Определяем массу чистого :

Рассчитываем число молей , содержащихся в 1000 кг :

Уравнение реакции окислительного обжига —

Определяем объем кислорода, необходимый для реакции:

Определяем объем воздуха:

Пример 123

Вычислить массу ванадия, которая получится из 23,4 г метаванадата аммония, и массу алюминия, необходимую для восстановления ванадия из .

Решение:

Запишем химические процессы, протекающие при производстве ванадия:

Вначале по уравнению реакции (1) рассчитаем количество , образующегося из 23,4 г , если 181,8 г/моль:

Затем определим количество ванадия, которое может быть получено из 19 г его оксида:

По уравнению (2) рассчитаем массу алюминия, необходимого для получения 10,63 г ванадия:

Пример 124

Рассчитать энергию Гиббса и возможность восстановления оксида никеля NiO водородом двумя способами: а) используя стандартные значения соединений; б) используя стандартные значения в уравнении Гиббса.

Решение:

а) Из таблицы находим значения для NiO и .

Из следствия закона Гесса имеем:

Так как < 0, процесс восстановления NiO водородом возможен.

б) Из таблицы находим значения для , а также для всех компонентов системы и рассчитаем изменение энтропии реакции и тепловой эффект реакции:

, т.е. реакция экзотермическая;

, т.е. реакция сопровождается возрастанием энтропии.

По уравнению Гиббса определим знак :

Вывод тот же, что и в первом случае, — процесс восстановления никеля водородом возможен в стандартных условиях.

Пример 125

При растворении 36 г сплава цинка с медью в азотной кислоте выделилось 6,58 л газообразных продуктов при 24 °C и 792 мм рт.ст. Вычислить процентный состав сплава, если это взаимодействие выражается уравнением:

Решение:

Обозначим массу цинка, содержащегося в сплаве, через X г, а массу меди — (36-Х) г. Выразим объем азота при н.у. в соответствии с уравнением (1):

Выразим объем двуокиси азота при н.у. в соответствии с уравнением (2):

Приводим к н.у. объем газовой смеси:

Приравниваем сумму объемов и к объему полученной смеси газов:

отсюда

Эти задачи взяты со страницы решения задач по неорганической химии:

Задачи с решением по неорганической химии

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Задачи с решениями на коррозию металлов

Задачи с решениями на химические свойства металлов

Задачи с решениями на обзор свойств р-элементов

Задачи с решениями на закономерности изменения свойств бинарных соединений