Графики массы осадка
Осадок растёт и растворяется
Самые изобретательные олимпиадные задачи строятся на графиках: масса осадка против количества добавленного реагента. Секрет — делить процесс на участки, на каждом из которых идёт одна реакция.
scienceТри классических графика
- \(\ce{AlCl3 + 3NaOH -> Al(OH)3 v + 3NaCl}\), затем \(\ce{Al(OH)3 + NaOH -> Na[Al(OH)4]}\) — максимум при 3 : 1, осадок исчезает при 4 : 1.
- \(\ce{ZnSO4 + 2NaOH -> Zn(OH)2 v + Na2SO4}\), затем \(\ce{Zn(OH)2 + 2NaOH -> Na2[Zn(OH)4]}\) — максимум при 2 : 1, исчезает при 4 : 1.
- \(\ce{Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 v + H2O}\), затем \(\ce{CaCO3 + CO2 + H2O -> Ca(HCO3)2}\) — максимум при 1 : 1, исчезает при 2 : 1.
errorПорядок сливания
Если по каплям добавлять соль алюминия в щёлочь, щёлочь в избытке: \(\ce{AlCl3 + 4NaOH -> Na[Al(OH)4] + 3NaCl}\) — осадка нет. Когда весь гидроксид превращён в алюминат (1 : 4), новая порция соли даёт осадок: \(\ce{3[Al(OH)4]- + Al^3+ -> 4Al(OH)3 v}\). График совсем другой — «ступенька» после четверти.
boltУчастки по эквивалентам
Выразите количество реагента в эквивалентах на моль металла. Точки излома — целые числа (3 и 4 для алюминия, 2 и 4 для цинка). Масса на любом участке — линейная функция.
Последовательные превращения
Тот же подход работает, когда реагенты меняются местами или в растворе несколько катионов.
Кислота в алюминат. \(\ce{Na[Al(OH)4] + HCl -> Al(OH)3 v + NaCl + H2O}\) (1 эквивалент — максимум), затем \(\ce{Al(OH)3 + 3HCl -> AlCl3 + 3H2O}\) (ещё 3 эквивалента — осадок исчез).
Углекислый газ в алюминат. Осадок выпадает и не растворяется в избытке: \(\ce{Na[Al(OH)4] + CO2 -> Al(OH)3 v + NaHCO3}\) — угольная кислота слишком слаба для гидроксида алюминия. График выходит на плато.
Смесь \(\ce{MgCl2}\) и \(\ce{AlCl3}\) + щёлочь. Сначала осаждаются оба гидроксида (масса растёт), затем растворяется только \(\ce{Al(OH)3}\) (масса падает), и остаётся плато \(\ce{Mg(OH)2}\).
scienceПревращения, дающие изломы графика
- \(\ce{Na2[Zn(OH)4] + 2HCl -> Zn(OH)2 v + 2NaCl + 2H2O}\), затем \(\ce{Zn(OH)2 + 2HCl -> ZnCl2 + 2H2O}\).
- \(\ce{Ba(OH)2 + CO2 -> BaCO3 v + H2O}\), затем \(\ce{BaCO3 + CO2 + H2O -> Ba(HCO3)2}\).
- \(\ce{AgNO3 + NH3 + H2O -> AgOH v + NH4NO3}\) (бурый \(\ce{Ag2O}\)), затем \(\ce{AgOH + 2NH3 -> [Ag(NH3)2]OH}\) — приготовление реактива Толленса.
Читаем график задачи
В обратной задаче даны точки графика, а найти нужно состав.
edit_noteСмесь хлоридов магния и алюминия
Наибольшая масса осадка 13,6 г, после избытка щёлочи осталось 5,83 г. Плато — \(\ce{Mg(OH)2}\): \(5{,}83/58{,}32 = 0{,}100\) моль \(\ce{Mg}\). Разница — растворившийся \(\ce{Al(OH)3}\): \((13{,}6 - 5{,}83)/78{,}00 = 0{,}100\) моль \(\ce{Al}\). Максимум массы — при \(2\cdot0{,}100 + 3\cdot0{,}100 = 0{,}500\) моль \(\ce{NaOH}\), плато начинается при \(0{,}500 + 0{,}100 = 0{,}600\) моль.
boltПроверка по изломам
Абсциссы изломов связаны простыми отношениями. Если даны и массы, и количества реагента в точках излома, используйте их для взаимной проверки: несовпадение означает, что вы ошиблись в участках.
history_eduГрафики вместо слов
Графические задачи на осаждение стали любимыми на Всероссийской олимпиаде школьников и в заданиях Менделеевской олимпиады: они проверяют не память, а умение разложить процесс на стадии. Лучшие задачи такого типа содержат «подвох» — порядок сливания, газ вместо осадка или растворение в избытке.
push_pinГлавное
Массу осадка считают по участкам: осаждение (растёт до эквивалентной точки), растворение избытком (падает), плато. \(\ce{AlCl3}\) + щёлочь: максимум при 3 эквивалентах, ноль — при 4. \(\ce{Zn^2+}\): максимум при 2, ноль при 4. \(\ce{Ca(OH)2 + CO2}\): максимум при 1, ноль при 2. Порядок сливания важен: при добавлении соли алюминия к щёлочи осадок сначала не образуется. Для смеси катионов максимум массы — когда осаждено всё, а остаток после избытка — неамфотерный гидроксид.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.