Примеры решения задач. 1. Из приведенных металлов указать ряд металлов, которые невозможно получить электролизом из водных растворов их солей.

1. Из приведенных металлов указать ряд металлов, которые невозможно получить электролизом из водных растворов их солей.

а) Co, Cu, Al

б) Ca, Ni, Ag

в) Rb, Cd, Ni

г) Na, Al, Mg

Решение:

Согласно схемы протекания катодных процессов, при электролизе ионы металлов, у которых значения электродных потенциалов < -1,4 В (Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Ti) не восстанавливаются на катоде из водных растворов их солей, а восстанавливаются молекулы воды (2Н₂О + 2е = Н₂↑ + 2ОН^-). Следовательно, при электролизе раствора не возможно получить металлы, стоящие в ряду (г).

Ответ: г) Na, Al, Mg

2. Из приведенных металлов указать ряд металлов, ионы которых можно восстановить из водных растворов их солей железом.

а) Al, Co, Cu

б) Ni, Ag, Au

в) Mg, Zn, Ag

г) Co, Pb, Mg

Решение:

Металлы у которых меньшее значение стандартных электродных потенциалов вытесняют металлы с большим значением стандартных электродных потенциалов из водных растворов их солей, т.е. железо может восстановить из водных растворов металлы стоящие за ним в ряду стандартных электродных потенциалов (табл.10.1). После железо стоят металлы ряда (б).

Ответ: б) Ni, Ag, Au.

 

3. Из приведенных металлов указать ряд металлов, которые взаимодействуют с разбавленными кислотами неокислителями с выделением водорода.

а) Ni, Sn, Cu

б) Mg, Fe, Ni

в) Al, Co, Hg

г) Zn, Pb, Ag

 

Решение:

Так как восстанавливать ионы водорода из разбавленных кислот неокислителей способны металлы, стандартный электродный потенциал у которых меньше электродного потенциала выделения водорода, то с разбавленными кислотами неокислителями с выделением водорода взаимодействуют металлы, стоящие в ряду (б) (табл.10.1).

Ответ: б) Mg, Fe, Ni.

 

4. Можно ли восстановить водородом оксид хрома (III) и оксид серебра (I) до металлов при стандартных условиях и температуре 298 К? Ответ подтвердить расчетом Δ_rG⁰(298K)

 

Решение:

Дано: Cr2O3к, CuOк, Н2г	Составляем уравнения реакций восстановления оксидов металлов водородом: Cr2O3к + 3Н2г = 2Сrк + 3H2Oж (1) Ag2Oк + H2г = 2Agк + Н2Ож (2)
Cr -? Ag -?

Рассчитываем изменение стандартной энергии Гиббса Δ_rG⁰(298K) реакций (1) и (2) используя I следствие из закона Гесса.

 

Δ_rG⁰(298K, 1) = 3Δ_fG⁰(298K, H₂O_ж) - Δ_fG⁰(298K, Cr₂O_3к) = 3 · (-237,3) - (-1050) = 338,1 кДж

Δ_rG⁰(298K, 2) = Δ_fG⁰(298K, H₂O_ж) - Δ_fG⁰(298K, Ag₂O_к) = (-237,3) - (-11,3) = -226 кДж

Так как Δ_rG⁰(298K, 2) < 0, а Δ_rG⁰(298K, 1) > 0, то возможно самопроизвольное протекание только реакции (2), т.е. возможно только восстановление серебра из оксида серебра (I).

Ответ: Водородом можно восстановить только серебро из оксида серебра (I).

 

5. Написать уравнения реакций получения металлического кадмия из смеси оксидов CdO и ZnO гидрометаллургическим методом. В качестве растворителя оксидов использовать серную кислоту, в качестве восстановителя - оксид углерода (II). Составить схему получения металлического кадмия из смеси оксидов.

Решение:

Дано: CdO, ZnO, Н2SO4 - - растворитель СО - восстановитель	а,1) растворение оксидов кадмия и цинка в H2SO4: CdO + H2SO4 = CdSO4 + H2O ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O
Cd -?

а,2) Осаждение гидроксидов кадмия и цинка гидроксидом натрия при стехиометрическом соотношении солей и гидроксида натрия:

CdSO₄ + 2NaOH = Cd(OH)₂↓ + Na₂SO₄

ZnSO₄ + 2NaOH = Zn(OH)₂↓ + Na₂SO₄

 

а,3) Растворение амфотерного гидроксида цинка в избытке щелочи:

Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄](раствор)

^{избыток}

Так как Na₂[Zn(OH)₄] - растворимая соль, в осадке остается только гидроксид кадмия.

 

а,4) Отделение осадка Cd(OH)₂ от раствора фильтрацией.

 

а,5) Разложение осадка Cd(OH)₂ при нагревании:

Cd(OH)₂ СdO + H₂O↑

 

а,6) Восстановление CdO оксидом углерода (II) при нагревании:

CdO + CO Cd + CO₂

 

Ответ: Общая схема получения металлического кадмия из смеси оксидов будет иметь вид:

CdO CdSO₄ Cd(OH)₂↓ CdO Cd

ZnO ZnSO₄ Na₂[Zn(OH)₄](раствор)

 

6.Написать уравнения реакций получения металлического никеля из смеси оксидов NiO и MgO гидрометаллургическим методом. В качестве растворителя использовать азотную кислоту. Никель из раствора выделить методом электролиза. Составить схему электролиза и схему получения металлического никеля из оксидов.

Решение:

Дано: NiO, MgO HNO3 - растворитель	а,1) Составить уравнения реакций растворения оксидов никеля и магния в азотной кислоте: NiO + 2HNO3 = Ni(NO3)2 + H2O MgO + 2HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O
Ni -?

а,2) Cоставить схему электролиза полученного раствора солей с инертным анодом.

 

Ni(NO₃)₂ = Ni²⁺ + 2NO ; Mg(NO₃)₂ = Mg²⁺ + 2NO ;

 

К (-): Ni²⁺ + 2e = Ni⁰

2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^-

А (+) (инертный): 2H₂O - 4e = O₂ + 4H⁺

 

На катоде выделяется Ni и Н₂.

На аноде выделяется О₂.

 

Ответ: Общая схема получения металлического никеля из смеси оксидов будет иметь вид:

NiO Ni(NO₃)₂ Ni и H₂ (на катоде)

MgO Mg(NO₃)₂ О₂ (на аноде)

Mg(NO₃)₂ (в растворе)