Решение химических задач на пластинку

МОУ «Серебряно-Прудская средняя общеобразовательная школа

имени маршала В.И.Чуйкова»

Решение задач

на пластинку

учитель химии

Фурсова Е.И.

Задачи на пластинку.

Данные задачи можно отнести к группе задач, связанных с положением металлов в электрохимическом ряду напряжений металлов.

Ряд стандартных потенциалов (или электрохимический напряжений) отражает восстановительную способность металлов, или активность металлов в реакциях, протекающих в растворах. Чем левее в этом ряду находится металл, тем более сильные восстановительные свойства он проявляет в окислительно-восстановительных реакциях. Поэтому каждый металл вытесняет (восстанавливает) из растворов солей все металлы, находящиеся левее него в ряду напряжений, а металлы, находящиеся в этом ряду правее водорода, вытесняют его из растворов кислот (кроме концентрированной серной или азотной кислоты любой концентрации).

Однако эти правила действуют только в тех случаях, если в результате реакции образуется растворимая соль, и не распространяется на щёлочноземельные и щелочные металлы, которые активно взаимодействуют с водой и поэтому не реагируют с солью, находящейся в растворе.

Решая задачи, связанные с этим типом реакций, важно понимать, что реакции металлов с солями являются окислительно-восстановительными и протекают на поверхности металла, погруженного в раствор соли, а выделяющийся в результате реакции металл осаждается на данной поверхности. При этом происходит изменение массы образца металла, однако нужно помнить, что оно является результатом действия двух процессов:

1) уменьшения массы вследствие перехода части металла в раствор в результате его окисления;

2) увеличения массы за счёт массы восстановленного металла, выделившегося на поверхности образца.

Например, если в раствор соли меди поместить железную пластинку:

Fe⁰ + Cu²⁺ = Cu⁰ + Fe²⁺ ,

то изменение её массы будет происходить следующим образом:

m(пластинки) после реакции = m(пластинки) до реакции - m(Fe) + m(Cu),

где m(Fe) -масса железа, вступившего в реакцию,

m(Cu) -масса меди, выделившейся в ходе реакции.

Решение задач на пластинку.

Задача 1.

В раствор хлорида меди(II) поместили железную пластинку массой 40г. Через некоторое время пластинки стала равна 41,6 г. Какая масса меди выделилась на пластинке?

Дано: Решение:

m₁(пласт.) = 40г 1. Запишем уравнение реакции:

m₂(пласт.) = 41,6г Fe + CuCl₂ = FeCl₂ + Cu

m(Cu) - ? 2. Пусть количество вещества прореагировавшей меди равно

х моль. Тогда масса выделившейся меди равна:

m(Cu) = ν(Cu)• M(Cu) = x моль• 64г/моль = 64х г

3. Согласно уравнению реакции:

ν (Сu) 1

ν (Fe) 1, или ν (Cu) = ν(Fe) = х моль.

Следовательно, масса железа, перешедшего в раствор, равна:

m(Fe) = ν (Fe) • M (Fe) = х моль• 56 г/моль = 56х г.

4. В результате происходящей реакции масса пластинки изменится следующим образом:

m₂(пласт.) = m₁(пласт.) - т(Fe) + m(Cu), или 41,6г = 40г - 56х г + 64х г.

5. Решая уравнение, находим, что х = 0,2моль. Определим массу выделившейся меди:

m(Cu) = ν (Cu) • M (Cu) = 0,2 моль• 64 г/моль = 12,8 г.

Ответ: m(Cu) = 12,8 г

Задача 2.

В 136г 25%-ного раствора нитрата серебра поместили медную пластинку массой 15г. Через некоторое время пластинку вынули из раствора, высушили и взвесили. Её масса оказалась равной 22,6г. Какова массовая доля нитрата серебра в растворе после реакции?

Дано: Решение:

m(AgNO₃) = 136г 1. Запишем уравнение реакции:

ω(AgNO₃) = 25%

m₁(пласт.) = 15г Cu + 2AgNO₃ = Cu(NO₃)₂ +2Ag

m₂(пласт.) = 22,6г

2. Найдём массу нитрата серебра, содержащегося в исходном

ω(AgNO₃) -? растворе: m(AgNO₃) • ω(AgNO₃) 136г•25%

m(AgNO₃) = 100% = 100% =34г

3. Пусть количество вещества меди, вступившей в реакцию с раствором АgNO₃, равно х моль.

Тогда масса прореагировавшей меди составит:

m(Cu) = ν(Cu) • M(Cu) = х моль• 64 г/моль = 64х г.

4. Согласно уравнению реакции:

ν(Ag) 2 ν(Cu)•2

ν(Cu) = 1, или ν(Ag) = 1 = 2ν(Cu) = 2х моль.

Масса выделившегося серебра будет равна:

m(Ag) = ν(Ag) • M(Ag) = 2x моль• 108 г/моль = 216x г.

5. Масса пластинки изменится следующим образом:

m₂(пласт) = т₁(пласт) + т(Аg) - m(Cu), или

22,6г = 15г + 216 х г - 64 х г

Решая уравнение, находим, что х = ν(Cu) = 0,05моль.

6. Найдём массу прореагировавшего нитрата серебра. Согласно уравнению реакции:

ν(AgNO₃)_{прореаг} 2 ν(Cu)•2

ν (Cu) = 1, следовательно, ν(AgNO₃)_{прореаг} = 1 =0,05моль•2= 0,1моль;

m(AgNO₃)_{прореаг} = ν(AgNO₃)_{прореаг} • M(AgNO₃) = 0,1моль• 170 г/моль = 17 г.

7. Найдём массу нитрата серебра, оставшегося в растворе:

m(AgNO₃)_ост = ν(AgNO₃)_исх - m(AgNO₃)_{прореаг} = 34г - 17г =17г.

8. Вычислим массу раствора после реакции. Для этого найдём массу, на которую увеличилась

масса пластинки:

∆m = m₂(пласт.) - m₁(пласт.) = 22,6г - 15г = 7,6 г.

Если масса пластинки увеличилась на 7,6г, то, согласно закону сохранения массы веществ,

масса раствора уменьшилась на такую же величину. Следовательно:

m_р-ра2(AgNO₃) = m_р-ра1(AgNO₃) - 7,6г = 136г - 7,6г = 128,4г.

9. Находим массовую долю нитрата серебра в растворе после реакции:

m(AgNO₃)_ост 17г

ω(AgNO₃) = m_р-ра2(AgNO₃) •100% = 128,4г •100% =13,2 %.

Ответ: ω(AgNO₃) = 13,2 %.

Задача 3.

В раствор хлорида олова(II) массой 380г внесли кусочек цинка. После реакции масса кусочка металла увеличилась на 5,4г. Вычислите массовую долю хлорида цинка в растворе после реакции.

Дано: Решение:

m_{исх.р-ра}(SnCl₂) = 380г 1. Запишем уравнение реакции:

∆m =5,4г

Zn + SnCl₂ = ZnCl₂ + Sn

ω(SnCl₂) -?

2. Пусть количество вещества вступившего в реакцию цинка

будет x моль. Тогда его масса будет равна:

m(Zn) = ν (Zn) • M (Zn) = х моль• 65 г/моль = 65х г.

3. В соответствии с уравнением реакции:

ν (Sn) 1

ν (Zn) = 1, следовательно, ν(Sn) = ν (Zn) = х моль.

Масса выделившегося олова будет равна:

m(Sn) = ν(Sn) • M(Sn) = х моль• 119 г/моль = 119х г.

4. Обозначим исходную массу кусочка цинка m₀ . Тогда, согласно условию задачи, масса металла изменится следующим образом:

m₀ = m(Sn) - т(Zn) = m₀ + 5,4 г.

Подставив полученные выражения и известные величины в данное уравнение, получим:

m₀ + 119 x - 65 x = m₀ + 5,4 г, или 119 x - 65 x = 5,4 г.

Решая уравнение, найдём неизвестную величину: x =0,1моль.

5. По уравнению реакции определим количество вещества и массу образовавшегося хлорида

цинка:

ν (ZnCl₂) 1

ν (Zn) = 1, следовательно, ν(ZnCl₂) = ν (Zn) = 0,1 моль.

m(ZnCl₂) = ν(ZnCl₂) • M (ZnCl₂) = 0,1 моль• 136 г/моль = 13,6 х г.

6. По условию задачи масса кусочка цинка увеличилась на 5,4 г. Согласно закону сохранения

массы веществ, масса раствора уменьшилась на такую же величину. Следовательно:

m_{кон.р-ра}(SnCl₂) = m_{исх.р-ра}(SnCl₂) - 5,4 г = 380 г - 5,4 г = 374,6 г.

7. Найдём массовую долю хлорида цинка в растворе:

m(ZnCl₂)13,6 г

ω(ZnCl₂) = m_{кон.р-ра} •100% =374,6 г •100% = 3,6 %.

Ответ: ω(ZnCl₂) = 3,6 %.

Задача 4.

В раствор хлорида кобальта(II) массой 380 г с массовой долей соли 40 % поместили кусочек неизвестного металла (М). Через некоторое время вынули из раствора, высушили и взвесили, его масса увеличилась на 14 г. Массовая доля хлорида кобальта в растворе после реакции стала равной 8,75 %. Определите неизвестный металл, если известно, что в образовавшемся оксиде он имеет степень окисления +2.

Дано: Решение:

m_.р-ра1(CoCl₂) = 380г 1. Запишем уравнение реакции:

ω₁(СoCl₂) = 40%

ω₂(СoCl₂) = 8,75% M + CoCl₂ = MCl₂ + Co

∆m(M) = 14г 2. Вычислим массу и количество вещества хлорида кобальта в

исходном растворе:

M - ?

m_р-ра1(СоСl₂)_ост •ω(СoCl₂) 162,5 г • 40%

m(CoCl₂) = 100% = 100% = 65 г,

m₁(СоСl₂) 65 г

ν₁(CoCl₂) = M(СоСl₂) = 130 г/моль = 0,5моль.

3. Найдём массу раствора по окончании реакции. Масса металла увеличилась на 14г, поэтому

на столько же в соответствии с законом сохранения массы веществ уменьшилась масса

раствора:

m_р-ра2(CoCl₂) = m_р-ра1(CoCl₂) - 14г = 162,5г - 14г = 148,5г.

3. Вычислим массу и количество вещества хлорида кобальта(II) по окончании реакции:

m₂(СоСl₂) 13г

ν₂(CoCl₂) = M(СоСl₂) = 130 г/моль = 0,1моль.

3. Найдём массу и количество вещества хлорида кобальта(II), вступившего в реакцию с

неизвестным металлом:

ν(CoCl₂) = ν₁(CoCl₂) - ν₂(CoCl₂) =0,5моль - 0,1моль = 0,4моль.

6. Найдём массу кобальта, выделившегося в результате реакции:

m(Co) = ν(Co) • M(Co) = 0,4моль • 59г/моль = 23,6г.

3. По условию задачи масса образца металла увеличилась на 14г. Это является результатом

двух процессов: растворения неизвестного металла и осаждения кобальта на поверхности

образца. Таким образом получим выражение:

т_исх. - т(М) + т(Со) = т_исх. + 14г, или m(Со) - т(М) =14 г.

Зная массу выделившегося кобальта, найдём массу прореагировавшего металла:

т(М) = т(Со) - 14г = 23,6 г - 14 г = 9,6 г

8. Зная количество вещества прореагировавшего металла, вычислим его молярную массу:

т(М) 9,6г

М(М) = ν (М) = 0,4моль = 24г

9. По Периодической системе Д.И.Менделеева определим, что металл - магний.

Ответ: Mg.

Задача 5.

Кусочек марганца поместили в 257,4 г раствора хлорида неизвестного металла (М), проявляющего в соединении степень окисления +2. По окончании реакции масса образца увеличилась на 5,4г, а массовая доля хлорида марганца(II) в растворе составила 30%. Определите неизвестный металл.

Дано: Решение:

m_.р-ра(МCl₂) = 257,4г 1. Запишем уравнение реакции:

ω(MnCl₂) = 30%

∆m(MnCl₂) = 14г Mn + MCl₂ = MnCl₂ + M

2. Вычислим массу раствора по окончании реакции. Согласно

M - ? закону сохранения массы веществ, увеличение массы образца

металла на 5,4г приведёт к уменьшению массы раствора на

такую же величину. Следовательно:

m_р-ра(MnCl₂) = m_р-ра(MCl₂) - 5,4г = 257,4г - 5,4г = 252г

3. Зная массовую долю хлорида марганца(II) в растворе,

m_р-ра(MnСl₂)•ω(MnCl₂) 252г • 30%

m₁(MnCl₂) = 100% = 100% = 75,5 г,

m₁(MnСl₂) 75,6 г

ν(MnCl₂) = M(MnСl₂) = 126 г/моль = 0,6 моль.

4. В соответствии с уравнением реакции:

ν(MnCl₂) = ν(Mn) = ν(M) = 0,6 моль.

5. Учитывая, что изменение массы образца металла происходит за счёт растворения

части марганца и осаждения на образце неизвестного металла, получим:

m₀(Mn) - m(Mn) + т(M)= m₀(Mn) + 5,4 г, или m(M) - m(Mn) ) = 5,4 г.

6. Найдём массу прореагировавшего марганца и массу выделившегося неизвестного

металла:

m(Mn) = ν(Mn) • M(Mn) = 0,6 моль • 55 г/моль = 33 г.

m(M) = 5,5 г + m(Mn) = 5,4 моль + 33 г = 38,4 г.

7. Зная количество вещества прореагировавшего металла, найдём его молярную массу:

т(М) 38,4 г

М(М) = ν (М) = 0,6 моль = 64 г/моль.

По Периодической системе Д.И. Менделеева определим, что неизвестный металл - медь.

Ответ: Си.

Задача 6.

В 150 г 9,6% -ного раствора сульфата меди(II) поместили оловянную пластинку массой 13,1 г. Найдите массу пластинки по окончании реакции.

Дано: Решение:

m(Sn) = 13,1г 1. Запишем уравнение реакции:

m_.р-ра(CuSO₄) = 150 г

ω(CuSO₄) = 9,6% Sn + CuSO₄ = SnSO₄ + Cu

m(пласт.) - ? 2. Найдём массу CuSO₄, содержащегося в растворе:

m_р-ра(CuSO₄)•ω(CuSO₄) 150 г • 9,6%

m(CuSO₄) = 100% = 100% = 14,4 г.

3. Вычислим исходные количества веществ сульфата меди(II) и олова:

m(CuSO₄) 14,4г

ν(CuSO₄) = M(CuSO₄) = 160 г/моль = 0,09 моль.

m(Sn) 13,1г

ν(Sn) = M(Sn) = 119 г/моль = 0,11 моль.

3. Определим, какое из веществ находится в избытке.

По уравнению реакции: ν(Sn) = ν(CuSO₄), а по условию задачи ν(Sn) > ν(CuSO₄).

Делаем вывод, что олово - в избытке, CuSO₄ - в недостатке. Дальнейшие расчёты

ведём по количеству вещества сульфата меди(II).

3. Найдём массы растворившегося олова и выделившейся меди:

ν(CuSO₄) = ν(Cu) = ν(Sn)_{р-шегося} = 0,09 моль.

m(Cu) = ν(Cu) • M(Cu) = 0,09 моль • 64 г/моль = 5,76 г;

m(Sn)_{р-шегося} = ν(Sn)_{р-шегося} • M(Sn) = 0,09 моль• 119 г/моль = 10,71 г.

3. Вычислим массу пластинки по окончании реакции:

m(пласт.) = m(Sn) - m(Sn)_{р-шегося} + m(Cu) = 13,1 г - 10,71 г + 5,76 г =8,15 г.

Ответ: m(пласт.) = 8,15 г.

Задача 7.

В раствор нитрата серебра внесли никелевую пластинку массой 25 г. Через некоторое время пластинку вынули из раствора и высушили, её масса стала равна 48,55 г. Вычислите массовую долю Ni (в %) в пластинке по окончании реакции.

Дано: Решение:

m₁(пласт.) = 25 г 1. Запишем уравнение реакции:

m₂(пласт.) = 48,55 г

Ni + 2AgNO₃ = Ni(NO₃)₂ +2Ag

ω(Ni) - ?

2. Пусть количество вещества прореагировавшего никеля будет

x моль, тогда количество вещества выделившегося серебра

будет 2х моль. Массы никеля и серебра будут

соответственно равны:

m(Ni) = ν(Ni) • M(Ni) = x моль • 59 г/моль = 59x г;

m(Ag) = ν(Ag) • M(Ag) = 2 x моль • 108 г/моль = 216x г.

3. Учитывая, что изменение массы пластинки происходит за счёт растворения никеля и

выделения на поверхности пластинки серебра, составим следующее уравнение:

m₁(пласт.) + m(Ag) - m(Ni) = m₂(пласт.), или 25г + 216х г - 59х г = 48,55г.

Решая уравнение, найдём: х = 0,15моль.

4. Вычислим массу растворившегося и оставшегося никеля:

m(Ni)_{р-шегося} = ν(Ni)_{р-шегося} • M(Ni) = 0,15 моль • 59 г/моль = 8,85 г;

m(Ni)_ост. = m(Ni)_исх. - m(Ni)_раст. =25 г - 8,85 г = 16,15 г.

5. Найдём массовую долю никеля в пластинке по окончании реакции:

m(Ni)_ост. 16,5 г

ω(Ni) = m(Ni)_исх. •100% = 48,55 г •100% =33,26 %.

Ответ: ω(Ni) = 33,26 %.

Задача 8.

В раствор нитрата свинца(II) массой 150 г с массовой долей растворённого вещества 20% поместили железную пластинку массой 20 г. Пластинку вынули из раствора, когда массовая доля нитрата свинца(II) в растворе стала равной 5%. Найдите массу пластинки после реакции.

Дано: Решение:

m₁(пласт.) = 25г 1. Запишем уравнение реакции:

m_1р-ра(Pb(NO₃) ₂)= 150г

ω₁(Pb(NO₃) ₂)= 20% Fe + Pb(NO₃) ₂ = Fe(NO₃) ₂ + Pb

ω₂(Pb(NO₃) ₂) = 5%

2. Найдём массу нитрата свинца(II) в исходном растворе:

m(пласт.) - ? m_1р-ра(Pb(NO₃) ₂)•ω(Pb(NO₃) ₂) 150 г • 20%

m₁(Pb(NO₃) ₂) = 100% = 100% = 30 г.

3.Примем количество вещества прореагировавшего железа равным

х моль, тогда в соответствии с уравнением реакции:

ν(Fe) = ν(Pb) = ν(Pb(NO₃) ₂)_{прореаг.} = х моль.

4. Выразим массы веществ, участвующих в реакции:

m(Fe) = ν(Fe) • M(Fe) = x моль • 56 г/моль = 56x г;

m(Pb) = ν(Pb) • M(Pb) = х моль • 207 г/моль = 207х г;

m(Pb(NO₃) ₂)_{прореаг} = ν(Pb(NO₃) ₂)_{прореаг} • M(Pb(NO₃) ₂) = х моль • 331 г/моль = 331х г.

5. По окончании реакции масса оставшегося нитрата свинца(II) будет равна:

m(Pb(NO₃) ₂) = m_исх.(Pb(NO₃) ₂) - m(Pb(NO₃) ₂)_{прореаг.} = 30 г - 331х г.

6. В результате реакции изменится масса раствора. Некоторое количество железа перейдёт

из пластинки в раствор, некоторое количество свинца перейдёт из раствора на пластинку:

m_р-ра2(Pb(NO₃) ₂) = m_р-ра1(Pb(NO₃) ₂) + m(Fe) - m(Pb) = 150 г + 56 х г -207 х г = 150 г - 151 х г.

7. Зная, что, согласно условию задачи, массовая доля Pb(NO₃) ₂ в растворе после окончания

реакции равна 5%, мы можем составить уравнение:

m_ост (Pb(NO₃) ₂) •100% 30г - 331 х г • 100% 30г - 331 х г

ω(Pb(NO₃) ₂) = m_р-ра2(Pb(NO₃) ₂) = 150г - 151 х г = 5 %, или 150г - 151 х г = 0,05 .

Решая уравнение, получим: х =0,07 моль.

8. Вычислим массу перешедшего в раствор железа и выделившегося на пластине свинца:

m(Fe) = ν(Fe) • M(Fe) = 0,07 моль • 56 г/моль = 3,92 г;

m(Pb) = ν(Pb) • M(Pb) = 0,07 моль • 207 г/моль = 14,49 г.

9. Вычислим массу пластинки после реакции, учитывая, что она уменьшилась за счёт железа,

перешедшего в раствор, и увеличилась за счёт свинца, перешедшего из раствора на пластину:

m₂(пласт.) = m₁(пласт.) - m(Fe) + m(Pb) = 20г - 3,92 г + 14,49 г = 30,57г.

Ответ: m₂(пласт.) = 30,57г.

Задача 9.

В 300г раствора, содержащего нитрат железа(II) (массовая доля соли 6%) и хлорид меди(II) (массовая доля соли 9%), поместили опилки магния, масса которых равна 6 г. Определите массу металлического осадка по окончании реакции.

Дано: Решение:

m_р-ра = 300г 1. Запишем уравнение реакции:

ω(Fe(NO₃) ₂) = 6 %

ω(CuCl ₂) = 9 % 1). Mg + CuCl ₂ = Cu + MgCl ₂

m(Mg) = 6 г

2). Mg + Fe(NO₃) ₂ = Fe + Mg(NO₃) ₂

m(осадка) - ?

2. Вычислим массы и количества веществ солей, содержащихся в

растворе, а также количество вещества внесённого в раствор

магния:

m_р-ра •ω(CuCl ₂) 300 г • 9%

m(CuCl ₂) = 100% = 100% = 27 г.

m_р-ра • ω(Fe(NO₃) ₂) 300 г • 6%

m(Fe(NO₃) ₂) = 100% = 100% = 18 г.

m(CuCl₂) 27г

ν(CuCl₂) = M(CuCl₂) = 135 г/моль = 0,2 моль.

m(Fe(NO₃) ₂) 18 г

ν(Fe(NO₃) ₂) = M(Fe(NO₃) ₂) = 180 г/моль = 0,1 моль.

m(Mg) 6г

ν(Mg) = M(Mg) = 24 г/моль = 0,25 моль.

3. Сравнивая количество вещества магния с количеством вещества солей, находящихся в

растворе, увидим, что количество вещества магния меньше общего количества

растворённых солей. С учётом того, что, согласно уравнениям приведённых выше реакций,

количество вещества магния равно количеству вещества реагирующей с ним соли, можно

сделать вывод, что магний прореагирует полностью, а одна из солей окажется в избытке.

Так как медь в ряду стандартных электродных потенциалов располагается правее железа,

катионы меди Cu²⁺ восстанавливается легче, чем катионы железа Fe²⁺, таким образом,

прежде всего с магнием будет реагировать хлорид меди(II), он прореагирует полностью,

а нитрат железа(II) окажется в избытке.

4. Найдём количество вещества магния, прореагировавшего с хлоридом меди(II), а также

количество вещества и массу выделившейся при этом меди:

ν₁(Mg) 1

ν (MgCl₂) = 1, следовательно, ν₁(Mg) = ν(CuCl₂) = 0,2 моль.

ν₁(Cu) 1

ν (CuCl₂) = 1, следовательно, ν(Cu) = ν(CuCl₂) = 0,2 моль.

m(Cu) = ν(Cu) • M (Cu) = 0,2 моль • 64 г/моль = 12,8 г.

5. Найдём количество вещества магния, вступившего в реакцию с нитратом железа(II):

ν₂(Mg) = ν(Mg) - ν₁(Mg) = 0,25 моль - 0,2 моль = 0,05 моль.

6. Найдём количество вещества нитрата железа(II), прореагировавшего с магнием, и

количество вещества и массу образовавшегося при этом железа:

ν_{прореаг}(Pb(NO₃) ₂) 1

ν₂(Mg) = 1, следовательно, ν_{прореаг}(Pb(NO₃) ₂) = ν(Mg) = 0,05моль;

ν(Fe) 1

ν_{прореаг}(Fe(NO₃) ₂) = 1, следовательно, ν(Fe) = ν_{прореаг}(Fe(NO₃) ₂) = 0,05моль;

m(Fe) = ν(Fe) • M (Fe) = 0,05 моль • 56 г/моль = 2,8 г.

7. Найдём массу металлического осадка, который будет состоять из выделившегося в

результате реакции меди и железа:

m(осадка) = m(Cu) + m(Fe) = 12,8 г + 2,8 г =15,6 г.

Ответ: m(осадка) = 15,6 г.