Номер 1544, страница 243 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1544. *Сплав двух металлов А и Б не растворяется в разбавленной серной кислоте, но растворяется в концентрированной. Сплав легко растворяется в азотной кислоте. И в первом, и во втором случаях при растворении выделяются газообразные продукты реакции и образуется голубой раствор, содержащий вещества В, Г и Д, Е соответственно. При добавлении поваренной соли к полученным растворам в обоих случаях выпадает белый творожистый осадок Ж, быстро темнеющий на свету. Установите, какие вещества зашифрованы буквами А–Ж. Какого раствора азотной кислоты — разбавленного или концентрированного — потребуется меньше для растворения навески исходного сплава? Дайте необходимые пояснения. Существует ли у второго элемента сплава соединение, аналогичное Ж? Какова его формула и как его можно получить в лабораторных условиях?

Установите, какие вещества зашифрованы буквами А–Ж.

Исходя из условий задачи, проведем анализ:

1. Сплав металлов А и Б не растворяется в разбавленной серной кислоте ($H_2SO_4$). Это означает, что оба металла стоят в ряду электрохимических напряжений металлов правее водорода, то есть являются неактивными.
2. При растворении сплава в концентрированной серной и в азотной кислотах образуется голубой раствор. Голубая окраска раствора — характерный признак присутствия ионов меди(II) ($Cu^{2+}$). Следовательно, один из металлов (пусть это будет Б) — это медь (Cu).
3. При добавлении к обоим полученным растворам поваренной соли (NaCl) выпадает белый творожистый осадок Ж, который быстро темнеет на свету. Это качественная реакция на ион серебра(I) ($Ag^+$). Осадок Ж — это хлорид серебра(I) ($AgCl$). Следовательно, второй металл (А) — это серебро (Ag).

Таким образом, сплав состоит из серебра (А) и меди (Б). Теперь установим остальные вещества:

• При растворении в концентрированной $H_2SO_4$ образуются сульфаты металлов. Раствор содержит сульфат серебра(I) (В) и сульфат меди(II) (Г).
• При растворении в азотной кислоте ($HNO_3$) образуются нитраты металлов. Раствор содержит нитрат серебра(I) (Д) и нитрат меди(II) (Е).

Ответ: А — Серебро ($Ag$);

Б — Медь ($Cu$);

В — Сульфат серебра(I) ($Ag_2SO_4$);

Г — Сульфат меди(II) ($CuSO_4$);

Д — Нитрат серебра(I) ($AgNO_3$);

Е — Нитрат меди(II) ($Cu(NO_3)_2$);

Ж — Хлорид серебра(I) ($AgCl$).

2. Какого раствора азотной кислоты — разбавленного или концентрированного — потребуется меньше для растворения навески исходного сплава? Дайте необходимые пояснения.

Решение

Чтобы определить, какого раствора потребуется меньше, нужно сравнить стехиометрию реакций растворения металлов в концентрированной и разбавленной азотной кислоте. Количество требуемого раствора (по объему или по массе) зависит от количества вещества ($HNO_3$) и концентрации. В данной задаче под "меньше" обычно понимают меньшее количество вещества (в молях).

Запишем уравнения реакций для каждого металла:

Реакции с концентрированной $HNO_3$ (продукт восстановления — $NO_2$):

$Ag + 2HNO_3(конц.) \rightarrow AgNO_3 + NO_2\uparrow + H_2O$

$Cu + 4HNO_3(конц.) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

В этих реакциях атом азота меняет степень окисления с +5 на +4 (принимает 1 электрон).

Реакции с разбавленной $HNO_3$ (продукт восстановления — $NO$):

$3Ag + 4HNO_3(разб.) \rightarrow 3AgNO_3 + NO\uparrow + 2H_2O$

$3Cu + 8HNO_3(разб.) \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$

В этих реакциях атом азота меняет степень окисления с +5 на +2 (принимает 3 электрона).

Сравним мольные соотношения. На растворение 1 моля серебра требуется 2 моль концентрированной $HNO_3$ или $4/3 \approx 1.33$ моль разбавленной. На растворение 1 моля меди требуется 4 моль концентрированной $HNO_3$ или $8/3 \approx 2.67$ моль разбавленной.

В обоих случаях для окисления одного и того же количества металла требуется меньшее количество молей разбавленной азотной кислоты. Это связано с тем, что при реакции с разбавленной кислотой азот восстанавливается до более низкой степени окисления ($N^{+2}$), а значит, одна молекула $HNO_3$ может окислить большее количество металла.

Ответ: Для растворения навески исходного сплава потребуется меньшее количество (в молях) разбавленной азотной кислоты.

3. Существует ли у второго элемента сплава соединение, аналогичное Ж? Какова его формула и как его можно получить в лабораторных условиях?

Да, у второго элемента сплава, меди (Б), существует соединение, аналогичное хлориду серебра(I) (Ж, $AgCl$). Это хлорид меди(I).

Его формула — $CuCl$. Хлорид меди(I) — это белое кристаллическое вещество, практически нерастворимое в воде, как и $AgCl$.

В лабораторных условиях $CuCl$ можно получить путем восстановления солей меди(II) в присутствии хлорид-ионов. Один из самых распространенных методов — реакция между раствором хлорида меди(II) и металлический медью при нагревании в концентрированной соляной кислоте.

Уравнение реакции:

$CuCl_2 + Cu \xrightarrow{HCl, t} 2CuCl$

Процедура получения: к раствору хлорида меди(II) в концентрированной соляной кислоте добавляют избыток медных стружек и кипятят. Раствор постепенно обесцвечивается. Полученный горячий раствор выливают в большой объем холодной воды, при этом выпадает белый осадок хлорида меди(I).

Ответ: Да, существует. Это хлорид меди(I), формула — $CuCl$. Его можно получить нагреванием раствора $CuCl_2$ с металлической медью в среде концентрированной $HCl$ с последующим выливанием реакционной смеси в воду для осаждения продукта.