Для успешного решения так называемых задач "на пластику" нужно понимать суть происходящего процесса, тогда решение задачи будет простым и незамысловатым.
Перед решением задач "на пластинку" предлагаю посмотреть видео иллюстрирующее этот процесс:
А теперь давайте обсудим увиденное.
Почему опущенная в раствор сульфата меди железная пластинка покрывается красным налетом металлической меди? Да потому, что железо, как более активный металл, вытесняет медь из его соли. И уравнение этой реакции, я уверена, Вы не раз писали в тетради, и на доске в школе, и оно не вызывало у Вас никаких сложностей. Давайте запишем его еще раз:
СuSO4+ Fe = Cu + FeSO4
Это обыкновенная реакция замещения, - скажите Вы и будете абсолютно правы. Кроме того, это еще и окислительно-восстановительная реакция, добавлю я.
Но в чем особенность этой реакции - в том, что железная пластинка растворяется, то есть катионы железа из пластинки переходят в раствор (на видео этот момент не виден, так как раствор сульфата железа бледно-зеленый и его цвет маскируется ярко-синим раствором сульфата меди (II)), при этом пластинка заряжается отрицательно. К ее поверхности притягиваются катионы меди из раствора, принимая свободные электроны, они восстанавливаются на поверхности пластинки в виде металлической меди.
Процессы растворения железной пластинки и оседания на ней меди проходят параллельно и масса пластинки при этом, очевидно, изменяется. Как изменится масса пластинки, какой она станет, через некоторое время, является вопросом большинства задач этого типа. Давайте это выясним, на примере опыта из видео. Пусть, через некоторое время после начала реакции растворится 1 моль железа, при этом масса пластинки уменьшится на 56 г ( масса 1 моля железа), но одновременно с этим, на пластинке осядет столько же моль меди (согласно уравнению реакции один моль железа реагирует с одним молем сульфата меди и образует один моль металлической меди). То есть на пластинке осядет 64 г металлической меди. Тогда, масса пластинки изменится на:
дельта m(пластинки) = -56+64 = 8 г.
Таким образом масса пластинки увеличится на 8 г.
Что при этом станет с массой раствора? Давайте проанализируем и этот момент. В раствор "приходит" один моль железа (56 г) и "уходит" из раствора - один моль меди (64 г), масса раствора тогда изменится на: дельта m (раствора) = +56-64 = -8 г.
Масса раствора уменьшится на 8 г. Этого и следовало ожидать, если масса пластинки увеличилась на 8 г то масса раствора должна уменьшится на те же 8 г.
Надеюсь, Вы разобрались с процессами которые проходят при опускании пластинки металла в раствор соли другого металла и мы можем приступить к решению задач.
Хочу отметить, что в тексте задач "на пластинку" Вы можете встретить и другие термины: проволока, гранула, стружка, но на ход решения задачи изменение формы металла (из пластинки в проволоку и т.п.) никак не повлияет.
Еще одно условие задач "на пластинку", материал пластинки должен быть из металла достаточно активного, но не взаимодействующего с водой при температуре 25 С,то есть материал пластинки не может быть из щелочных и щелочноземельных металлов.
Переходим к решению задач.
Первая задача, задача в которой указано изменение массы пластинки.
Железную пластинку массой 20,4 г поместили в раствор сульфата меди (II), масса раствора 100 г. Через некоторое время масса пластинки оказалась равной 22,0 г. Вычислите массу меди, выделившейся на пластинке, и массовую долю сульфата железа(II) в растворе после реакции.
Вторая задача, задача в которой реакция проходит до момента сравнивания массовых долей образовавшихся растворов солей.
Кадмиевую пластинку массой 20 г поместили в раствор сульфата меди (II) массой 200 г с массовой долей соли 20%. Пластинку вынули в момент, когда массовая доля образовавшейся соли стала равна массовой долей сульфата меди (II), который остался в растворе. Определите массу пластинки после реакции.
Третья задача, задача в которой указана концентрация раствора соли после прекращения реакции
Некоторые задачи для самостоятельного решения:
1. 25 г цинкового порошка поместили в 100 г раствора нитрата серебра. Через некоторое время порошок отфильтровали, высушили и взвесили; масса порошка составила 26,51 г. Определите массовую концентрацию нитрата цинка в растворе. [1,92%]
2. Алюминиевую пластинку поместили в 100 г раствора сульфата кадмия. После прекращения реакции масса пластинки увеличилась на 1,41 г. Рассчитайте массовую долю сульфата кадмия в исходном растворе? [3,12%]
3. Печатную медную плату некоторое время выдерживали в 230 мл 10%-ного раствора хлорида железа (III) (р = 1,2 г/мл). Анализ полученного раствора показал, что процентная концентрация хлорида железа (III) и хлорида меди (II) оказалась одинаковой. Сколько дигидрата хлорида меди (II) можно получить после упаривания раствора? [10,26 г]
4. Цинковую пластинку массой 20 г поместили в 400 г 11,34%-ного раствора нитрата железа (III). Через некоторое время пластинку вынули и установили, что массовая доля нитрата трехвалентного железа в растворе стала равной образовавшейся соли цинка. Определите массу пластинки после реакции [10,5 г].
5. Для того, чтобы посеребрить железную пластинку массой 20 г, ее опустили в стакан, содержащий 200 г 10%-ного раствора нитрата серебра. Через некоторое время пластинку вынули, а в растворе определили содержание нитрата серебра равное 8%. Определите массу посеребренной пластинки.[21,96]
6. В 250 г воды растворили 70 г медного купороса. В полученный раствор погрузили железную пластинку массой 10 г. Через некоторое время массовая доля сульфата меди в растворе стала 5%. Определите массу пластинки. [11,44 г]
В заключение еще одно красивое видео, которое может служить иллюстрацией реакций замещения, на примере взаимодействия меди с раствором нитрата серебра. Обратите внимание, на изменение цвета раствора. Почему это происходит?