Смеси металлов и сплавы
Избирательное растворение
Что растворяет каждый реагент:
| Реагент | Растворяет | Не растворяет |
|---|---|---|
| NaOH (р-р) | Al, Zn, Be, Si | Mg, Fe, Cu, Ag |
| HCl, разб. \(\ce{H2SO4}\) | металлы до водорода (Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn) | Cu, Ag, Au, Pt |
| разб. \(\ce{HNO3}\) | большинство, включая Cu, Ag | Au, Pt; Sn → осадок |
| конц. \(\ce{HNO3}\) (холод) | Cu, Ag | Al, Fe, Cr (пассивация), Au, Pt |
| царская водка | Au, Pt | Ag (AgCl на поверхности) |
Внимание к степени окисления: железо в HCl даёт \(\ce{Fe^2+}\) (1 моль \(\ce{H2}\) на моль), алюминий — \(\ce{Al^3+}\) (1,5 моль \(\ce{H2}\)); цинк и алюминий в щёлочи — те же 1 и 1,5 моль.
edit_noteТри металла, три опыта
Смесь Al, Fe, Cu: NaOH растворяет алюминий (газ \(V_1\)), остаток с HCl — железо (газ \(V_2\)), остаётся медь (масса). Каждый опыт — одна неизвестная.
scienceРастворение металлов
- \(\ce{2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ^}\).
- \(\ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2 ^}\).
- \(\ce{3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 2NO ^ + 4H2O}\).
Система уравнений по газу и массе
Если оба металла растворяются одним реагентом, нужны два уравнения:
- по массе смеси: \(M_1x + M_2y = m\);
- по газу (электронам): \(\dfrac{n_1}{2}x + \dfrac{n_2}{2}y = n(\ce{H2})\), где \(n_1\), \(n_2\) — заряды ионов.
Система решается, если коэффициенты «не пропорциональны»: для Mg (24) и Zn (65) — хорошо; для Fe (56) и Ni (59), оба двухвалентные, — плохо: малейшая ошибка в данных даёт огромную ошибку в составе. Такие смеси анализируют другим способом (осаждение, титрование).
boltМасса по электронам
Удобно считать «сколько граммов металла даёт 1 моль электронов» (эквивалентная масса): Mg — 12,2; Al — 9,0; Zn — 32,7; Fe(II) — 27,9. Если средняя эквивалентная масса смеси лежит между двумя значениями, находят доли по правилу рычага.
edit_noteПлохо обусловленная система
Смесь Fe и Ni (обе → \(\ce{M^2+}\)): массы 55,8 и 58,7 почти равны. Если объём водорода измерен с ошибкой 0,5 %, найденная доля никеля может сдвинуться на 10 % и больше. Вывод: метод по водороду здесь не годится.
Прокаливание и окисление
Другой путь — масса продуктов: смесь металлов сжигают или прокаливают до оксидов, либо растворяют и осаждают гидроксиды, прокаливая их до оксидов. Прирост массы — кислород: \(m(\ce{O}) = m_\text{оксидов} - m_\text{металлов}\).
edit_noteМедь и магний
Смесь 10,0 г меди и магния прокалили на воздухе до постоянной массы — 14,4 г (CuO и MgO). Кислорода 4,4 г = 0,275 моль. Система: \(63{,}55x + 24{,}31y = 10{,}0\); \(x + y = 0{,}275\) ⇒ \(y = 0{,}190\), \(x = 0{,}0845\) моль.
boltПроверка
Найденный состав пересчитайте на все опыты задачи: объём водорода с кислотой, массу оксидов, массу осадка. Если хотя бы одно не сходится — ищите ошибку или неучтённый процесс (пассивацию, образование нитрида при горении магния на воздухе, частичное окисление).
push_pinГлавное
Избирательное растворение: NaOH — Al, Zn (Be, Si); HCl/разб. \(\ce{H2SO4}\) — металлы до водорода (Fe → \(\ce{Fe^2+}\), Cr → \(\ce{Cr^2+}\) без воздуха), Cu, Ag, Au — не растворяются; \(\ce{HNO3}\) — почти всё кроме Au, Pt (Al, Fe, Cr пассивируются в конц.), Sn → метаоловянная кислота. Балансы: по водороду (электроны, 1 моль \(\ce{H2}\) = 2 моль e), по массе смеси, по массе продуктов (оксиды после прокаливания, осадки). Две неизвестные — два независимых уравнения. Проверка: все массы и объёмы должны сходиться.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.