Смеси твёрдых веществ
Избирательное растворение и прокаливание
Чтобы определить состав смеси, удобно подобрать вещество, с которым реагирует только один из её компонентов. Его количество находят по результату реакции, а количество другого компонента — по исходной массе смеси. Если один компонент растворяется, а другой остаётся твёрдым, такой приём называют избирательным растворением.
| Смесь | Как обрабатывают смесь | Что происходит |
|---|---|---|
| Fe + Cu | Смесь обрабатывают соляной кислотой. | При реакции \(\ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2 ^}\) железо растворяется, а медь не реагирует. |
| Al + Mg | Смесь обрабатывают раствором щёлочи. | При реакции \(\ce{2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ^}\) алюминий растворяется, а магний не реагирует. |
| Zn + Cu (латунь) | Смесь обрабатывают соляной кислотой. | При реакции \(\ce{Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2 ^}\) цинк растворяется, а медь остаётся. |
| \(\ce{CaCO3}\) + \(\ce{SiO2}\) | Смесь обрабатывают соляной кислотой. | Карбонат кальция растворяется, а песок остаётся. |
| \(\ce{Na2CO3}\) + \(\ce{NaHCO3}\) | Смесь прокаливают. | При нагревании разлагается только гидрокарбонат натрия. |
| \(\ce{MgCO3}\) + \(\ce{CaCO3}\) | Смесь прокаливают. | При нагревании разлагаются оба карбоната, но каждый теряет свою долю массы. |
При прокаливании твёрдую смесь нагревают до температуры, при которой её компоненты могут разлагаться. Если разлагается лишь один компонент, состав смеси находят по убыли массы и исходной массе. Если разлагаются оба компонента, нужны два уравнения, как в задачах урока 5. Первое составляют по исходной массе смеси, второе — по общей убыли массы. Эти уравнения являются независимыми, поскольку одно нельзя получить из другого.
Например, при прокаливании \(\ce{MgCO3}\) теряет 52,2 % массы, а \(\ce{CaCO3}\) — 44,0 %. Различие в долях потери массы позволяет найти состав их смеси. Доломит, в отличие от механической смеси, представляет собой двойной карбонат магния и кальция \(\ce{CaMg(CO3)2}\).
scienceПродукты прокаливания
- \(\ce{MgCO3 ->[t] MgO + CO2 ^}\) и \(\ce{CaCO3 ->[t] CaO + CO2 ^}\) — при прокаливании карбонатов образуются оксиды и углекислый газ. Доломит \(\ce{CaMg(CO3)2}\) разлагается в две стадии: сначала образуется оксид магния (около 750 °C), затем образуется оксид кальция.
- \(\ce{2Cu(NO3)2 ->[t] 2CuO + 4NO2 ^ + O2 ^}\) — нитраты металлов, стоящих в ряду активности от магния до меди, при прокаливании разлагаются до оксидов, диоксида азота и кислорода.
- \(\ce{NH4Cl ->[t] NH3 ^ + HCl ^}\) — при нагревании хлорид аммония разлагается на газообразные аммиак и хлороводород. Это позволяет удалить его из смеси возгонкой с разложением.
- \(\ce{2Al(OH)3 ->[t] Al2O3 + 3H2O}\) — нерастворимые в воде гидроксиды при прокаливании разлагаются на оксид и воду.
Восстановление и сложные смеси
Состав смеси можно определить и по изменению её массы при восстановлении оксида водородом или угарным газом. Если восстановление прошло полностью, масса твёрдого вещества уменьшается на массу кислорода, который содержался в оксиде. Способ расчёта по этой убыли называют разностным методом.
edit_noteМедь и оксид меди
Смесь Cu и CuO массой 10,0 г нагрели в водороде. Масса остатка, состоящего только из меди, составила 8,40 г. Следовательно, убыль массы 1,60 г равна массе кислорода в оксиде. Получаем \(n(\ce{O}) = 0{,}100\) моль \(= n(\ce{CuO})\) и \(m(\ce{CuO}) = 7{,}95\) г. Оксид меди составляет 79,5 % массы исходной смеси.
scienceВосстановление оксидов
- \(\ce{CuO + H2 ->[t] Cu + H2O}\) — при восстановлении оксида меди чёрный порошок становится красным.
- \(\ce{Fe2O3 + 3CO ->[t] 2Fe + 3CO2}\) — уравнение описывает суммарный результат восстановления оксида железа(III) угарным газом в доменной печи.
- \(\ce{Fe3O4 + 4H2 ->[t] 3Fe + 4H2O}\) — магнетит восстанавливается ступенчато, через \(\ce{FeO}\).
- \(\ce{WO3 + 3H2 ->[t] W + 3H2O}\) — восстановлением оксида водородом получают порошок вольфрама для нитей ламп.
errorЧисло независимых уравнений
В смеси \(\ce{Fe}\), \(\ce{FeO}\) и \(\ce{Fe2O3}\) неизвестны количества трёх компонентов. Исходная масса смеси и убыль массы при восстановлении позволяют составить лишь два уравнения. Для третьего можно измерить объём водорода, выделившегося при растворении смеси в кислоте: в этой реакции водород выделяет только металлическое железо. Перед решением задачи проверьте, сколько неизвестных требуется найти и достаточно ли для этого независимых уравнений.
push_pinГлавное
Состав смеси находят по уравнениям, составленным из исходной массы и результатов обработки смеси: объёма выделившегося газа, массы осадка или массы твёрдого остатка. Если в реакцию вступает только один компонент, сначала находят его количество, а затем — количество другого компонента. При полном восстановлении оксида убыль массы равна массе удалённого из него кислорода; при прокаливании карбонатов она равна массе выделившегося \(\ce{CO2}\). При этом число измерений само по себе не гарантирует решения: составленные по ним уравнения должны быть независимыми.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.