Здравствуйте, уважаемые читатели!
Сегодня я начинаю разбор задач на пластинки. Их специфической особенностью является использование в химизме реакции замещения с участием металлов и их солей. Практическое значение этой реакции заключается в возможности нанесения металлических покрытий на изделия из других металлов. Главное условие - чтобы металл покрытия был менее активен, чем металл, из которого выполнено изделие. Данный способ не используется в промышленном масштабе в силу разных причин. Применение его в лабораторных и домашних условиях продемонстрировано на фото и видео, приведенных ниже.
Нанесение серебряного покрытия на это медное украшение произведено с помощью реакции: Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag
А на этом видео показано преображение медной монеты в "серебряную", основанное на уравнении:
Cu+Hg(NO3)2=Cu(NO3)2+Hg
При химическом меднении железных предметов в домашних условиях, показанном на приведенном ниже видео, использована реакция
Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
Количественные особенности реакции замещения реализованы в задачах на пластинки. Основа решения таких задач – материальный баланс. Но составляется он не только для раствора, но и для самой пластинки. Если мы помещаем в раствор соли металла А пластинку из металла В, и металл В вытесняет металл А из соли, то с пластинки уходит часть металла В. При этом на пластику осаждается вытесненный металл А. Примерная суть материального баланса для пластинки:
Начальная масса пластинки — масса прореагировавшего металла В + масса образовавшегося металла А = конечная масса пластинки.
Отсюда вытекает, что изменение массы пластинки равно разности масс металла А, осевшего на пластинку, и прореагировавшего металла В. На основании стехиометрии уравнения по этой разности масс находят количества веществ реагентов.
Ниже будет разобрана достаточно легкая задача, в которой показано, как по разности масс пластинок находить количество вещества прореагировавших металлов (этому посвящен пункт 2 решения).
Задача
Железную пластинку массой 100 г погрузили в 250 г 20%-ного раствора сульфата меди(II). После того, как пластинку вынули из раствора, ее масса оказалась равной 102 г. Определите массовую долю сульфата меди(II) в оставшемся растворе.
Решение
1. Железную пластинку массой 100 г погрузили в 250 г 20%-ного раствора сульфата меди(II)…
а)Fe+CuSO4=Cu↓+FeSO4 (1)
б) nисх CuSO4=250*0,2/160=0,3125моль
2. После того, как пластинку вынули из раствора, ее масса оказалась равной 102 г….
а) Δmпласт=102-100=2 г
б) Δmпласт=m Cu(обр)-m(Fe)раств.
Пусть n(Fe)раств=x моль, тогда n Cu(обр)=x (по ур-ю 1).
m(Fe)раств=56х, m Cu(обр)=64 х, 2=64х-56х=8х, откуда х=2/8=0,25 моль
3. Определите массовую долю сульфата меди(II) в оставшемся растворе…
а)по ур-ю 1 n CuSO4(прореаг)= n Cu(обр)=0,25 моль
nисх CuSO4= 0,3125моль
n ост CuSO4=0,3125-0,25=0,0625 моль
m ост CuSO4=0,0625*160=10 г
б) m ост р-ра=250 г+100-102=248 г
W(CuSO4)=10/248=0,04=4%
Усложнение задач на пластинку связано как с использованием помимо реакции замещения других последовательных или параллельных реакций, так и увеличением количества расчетов.
В следующих статьях будут разобраны более сложные задачи на пластинку, в том числе задача из сборника И.Ю. Белавина
Всего доброго!