Номер 1319, страница 203 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1319. Укажите, в каком случае можно получить чистый металл из его соли гидрометаллургическим способом:

а) $Cu + Zn(NO_3)_2;$

б) $Na + CuSO_4;$

в) $Fe + AgNO_3;$

г) $Hg + Au(NO_3)_3;$

д) $Fe + MgCl_2;$

е) $Ba + Al_2(SO_4)_3.$

Гидрометаллургический способ получения чистого металла из его соли основан на реакции вытеснения одного металла другим из водного раствора соли. Чтобы такая реакция была возможна и приводила к получению чистого металла, необходимо соблюдение двух основных правил:

1. Металл, который используют для вытеснения, должен быть химически более активным (находиться левее в электрохимическом ряду напряжений), чем металл, который он вытесняет из соли.
2. Металл, используемый для вытеснения, не должен быть настолько активным, чтобы реагировать с водой, так как реакции проводятся в водных растворах. Щелочные (например, Na) и щелочноземельные (например, Ba) металлы слишком активны и в первую очередь будут реагировать с водой, а не с солью.

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов.

а) Cu + Zn(NO₃)₂

Медь ($Cu$) в ряду активности металлов стоит правее цинка ($Zn$). Это означает, что медь является менее активным металлом, чем цинк, и не может вытеснить его из раствора соли. Реакция не протекает.

Ответ: Нельзя получить чистый цинк этим способом.

б) Na + CuSO₄

Натрий ($Na$) — щелочной металл, он намного активнее меди ($Cu$) и стоит значительно левее в ряду активности. Однако из-за своей высокой активности натрий будет в первую очередь бурно реагировать с водой, которая является растворителем для сульфата меди: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$

Образовавшийся гидроксид натрия затем вступит в реакцию обмена с сульфатом меди, образуя осадок гидроксида меди(II), а не чистую медь: $2NaOH + CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

Ответ: Нельзя получить чистую медь этим способом.

в) Fe + AgNO₃

Железо ($Fe$) в ряду активности стоит левее серебра ($Ag$), то есть является более активным металлом. При этом железо не реагирует с водой в обычных условиях. Следовательно, железо будет вытеснять серебро из раствора нитрата серебра с образованием чистого металлического серебра, которое выпадет в осадок.

Уравнение реакции: $Fe + 2AgNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + 2Ag \downarrow$

Ответ: Можно получить чистое серебро этим способом.

г) Hg + Au(NO₃)₃

Ртуть ($Hg$) стоит в ряду активности левее золота ($Au$), то есть является более активным металлом и способна вытеснить золото из раствора его соли. Однако продуктом этой реакции будет не чистое золото, а его сплав с ртутью — амальгама золота. Для получения чистого золота потребуется дополнительная стадия — отгонка ртути при нагревании. Таким образом, непосредственно в ходе реакции чистый металл не образуется.

Ответ: Нельзя получить чистый металл (золото) непосредственно в ходе реакции.

д) Fe + MgCl₂

Железо ($Fe$) в ряду активности стоит правее магния ($Mg$). Это означает, что железо — менее активный металл, чем магний, и не может вытеснить его из раствора соли. Реакция не протекает.

Ответ: Нельзя получить чистый магний этим способом.

е) Ba + Al₂(SO₄)₃

Барий ($Ba$) — щелочноземельный металл, он гораздо активнее алюминия ($Al$). Однако, как и натрий, барий активно реагирует с водой: $Ba + 2H_2O \rightarrow Ba(OH)_2 + H_2 \uparrow$

Далее продукты реакции будут взаимодействовать между собой. Образовавшийся гидроксид бария будет реагировать с сульфатом алюминия, а также ионы бария ($Ba^{2+}$) будут реагировать с сульфат-ионами ($SO_4^{2-}$), образуя два нерастворимых вещества — гидроксид алюминия и сульфат бария: $3Ba(OH)_2 + Al_2(SO_4)_3 \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3BaSO_4 \downarrow$

Чистый алюминий в результате не образуется.

Ответ: Нельзя получить чистый алюминий этим способом.

Таким образом, единственным случаем из перечисленных, где можно получить чистый металл из его соли гидрометаллургическим способом в одну стадию, является реакция между железом и нитратом серебра.

Ответ: в.