Неизвестный сплав или осадок

9 заданий

Сплавы: растворение и осаждение

Чтобы определить состав сплава, сначала выясняют, какие его компоненты растворяются в азотной кислоте, а какие остаются в осадке. Растворение в азотной кислоте позволяет разделить компоненты сплава по их химическому поведению:

Cu, Ag, Zn, Cd, Pb и Hg переходят в раствор.
Золото и платина остаются в виде металлов.
Олово превращается в белый осадок метаоловянной кислоты \(\ce{SnO2*nH2O}\). Такой осадок может указывать на бронзу или припой.
Сурьма превращается в белый осадок \(\ce{Sb2O5*nH2O}\).

После растворения определяют содержание металлов, перешедших в раствор. Серебро осаждают в виде AgCl: массовая доля серебра в этом осадке составляет 75,3 %. Медь можно определить электролизом с последующим взвешиванием выделившегося металла. Такой способ называют электрогравиметрией; другой способ определения меди — иодометрия. Цинк определяют титрованием ЭДТА или находят его массу по разности, если массы остальных компонентов уже известны.

scienceРастворение сплавов

\(\ce{3Ag + 4HNO3 -> 3AgNO3 + NO ^ + 2H2O}\) — при растворении серебра в азотной кислоте образуется нитрат серебра и выделяется оксид азота(II).
\(\ce{3Sn + 4HNO3 + H2O -> 3H2SnO3 v + 4NO ^}\) — при действии азотной кислоты на олово образуется осадок метаоловянной кислоты.
\(\ce{AgNO3 + NaCl -> AgCl v + NaNO3}\) — при добавлении хлорида натрия к раствору нитрата серебра выпадает осадок AgCl.
\(\ce{2Cu(NO3)2 + 2H2O ->[эл. ток] 2Cu + O2 ^ + 4HNO3}\) — при электролизе медь осаждается на катоде; её выделение проводят при контролируемом потенциале.

history_eduМонетная проба

Проба показывает содержание драгоценного металла в сплаве. Серебряные монеты почти никогда не чеканили из чистого серебра, поскольку оно слишком мягкое. Российский рубль XIX века чеканили в том числе из серебра 868-й пробы, британский стерлинг — из серебра 925-й пробы, а американский доллар до 1965 года — из серебра 900-й пробы. Для определения пробы монету растворяли, затем осаждали серебро хлоридом и взвешивали осадок. Применяли и титрование по Гей-Люссаку: хлорид добавляли до прекращения образования мути.

Смеси осадков

Если получен не один осадок, а смесь, её состав можно установить двумя способами. Компоненты разделяют, используя различия в растворимости, либо превращают один из них в другое вещество и измеряют изменение массы.

В смеси AgCl + AgBr нагревание в хлоре превращает AgBr в AgCl. Масса при этом уменьшается на 44,45 г в расчёте на моль AgBr.
В смеси AgCl + AgI аммиак растворяет только AgCl. Поэтому масса оставшегося осадка равна массе AgI.
В смеси CuS + ZnS соляная кислота растворяет только ZnS. При этой реакции выделяется \(\ce{H2S}\).
В смеси \(\ce{Hg2Cl2}\) + AgCl аммиак растворяет AgCl, а каломель, то есть \(\ce{Hg2Cl2}\), чернеет.

edit_noteХлорирование смеси галогенидов

После хлорирования 1,000 г смеси AgCl и AgBr её масса составляет 0,92898 г. Следовательно, масса уменьшилась на 0,07102 г. Поскольку на каждый моль AgBr она уменьшается на 44,45 г, \(n(\ce{AgBr}) = 1{,}598\cdot10^{-3}\) моль. Это соответствует 0,300 г AgBr, или 30,0 % исходной смеси.

boltМетод разности масс

Когда реакция заменяет одну часть осадка другой, изменение массы в расчёте на моль превращённого вещества известно заранее. Так происходит, например, при замене Br на Cl, при замене \(\ce{CO3}\) на O или при удалении \(\ce{H2O}\). Разделив измеренное изменение массы на изменение массы в расчёте на моль, находят количество вещества без решения системы уравнений.

Электролиз смесей

Разделить металлы, находящиеся в растворе, можно также электролизом. Более благородным называют металл с более высоким потенциалом восстановления. Если контролировать потенциал катода, более благородный металл можно выделить раньше менее благородного. Для \(\ce{Ag+}\) (+0,80 В), \(\ce{Cu^2+}\) (+0,34 В) и \(\ce{Zn^2+}\) (−0,76 В) порядок таков: сначала серебро, затем медь, затем цинк. При выделении цинка из кислого раствора на катоде вместе с ним может выделяться водород.

Количество электронов, прошедших через раствор, рассчитывают по формуле \(n(e) = It/F\). Сначала считают, что прошедшие электроны расходуются на выделение серебра; если после полного выделения серебра электроны ещё остаются, по ним рассчитывают массу выделившейся меди.

scienceЭлектролиз смеси

\(\ce{Ag+ + e- -> Ag}\) — эта реакция на катоде идёт первой, поскольку ионы серебра восстанавливаются легче ионов меди.
\(\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu}\) — после выделения серебра на катоде осаждается медь.
\(\ce{2H2O - 4e- -> O2 ^ + 4H+}\) — на инертном аноде при электролизе выделяется кислород.

boltПроверка по массе

Если на катоде осаждаются только серебро и медь и весь ток расходуется на их выделение, массу осадка можно проверить по количеству электронов. На моль электронов приходится 107,9 г серебра или 31,8 г меди. Поэтому масса осадка не может выйти за пределы, рассчитанные для выделения только серебра или только меди при том же количестве электронов. Если расчёт выходит за эти пределы, нужно проверить вычисления и учесть возможные побочные реакции.

push_pinГлавное

При анализе сплава сначала выясняют, какие компоненты переходят в раствор при действии \(\ce{HNO3}\): Au и Pt остаются металлами, а олово образует белый осадок метаоловянной кислоты. Серебро определяют осаждением в виде AgCl, содержащего 75,3 % Ag; медь — электролизом или иодометрией, цинк — титрованием ЭДТА или по разности. При электролизе смеси серебро можно выделить раньше меди, а медь — раньше цинка. Состав смеси осадков устанавливают по растворимости или по изменению массы: например, при хлорировании AgBr с помощью \(\ce{Cl2}\) образуется AgCl. В аммиаке растворяются AgCl, \(\ce{Cu(OH)2}\) и \(\ce{Zn(OH)2}\), в щёлочи — \(\ce{Zn(OH)2}\), а \(\ce{Hg2Cl2}\) при обработке аммиаком чернеет. Вывод о составе проверяют независимыми наблюдениями: цветом, растворимостью в кислотах, аммиаке и щёлочи, а также измеренными массами.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.