Страница 137 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Подготовьте таблицу, характеризующую свойства и применение меди, подобную ранее рассмотренным таблицам для металлов А-групп.

Ответ: Таблица, характеризующая свойства и применение меди, представлена выше.

2. Напишите уравнения химических реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

$\text{Cu} \rightarrow \text{CuO} \rightarrow \text{CuCl}_2 \rightarrow \text{Cu}(\text{OH})_2 \rightarrow \text{CuO}$

$\downarrow$

$\text{CuSO}_4 \rightarrow \text{Cu}$

Решение

Для осуществления данных превращений необходимо провести следующие химические реакции:

$Cu \rightarrow CuO$

Чтобы получить оксид меди(II) ($CuO$) из металлической меди ($Cu$), необходимо провести реакцию окисления. Это достигается путем нагревания меди на воздухе, где она реагирует с кислородом ($O_2$) и образует оксид меди(II) черного цвета.

Ответ: $2Cu + O_2 \xrightarrow{t} 2CuO$

$CuO \rightarrow CuCl_2$

Оксид меди(II) ($CuO$) является основным оксидом и вступает в реакцию с кислотами, образуя соль и воду. Для получения хлорида меди(II) ($CuCl_2$) необходимо добавить к оксиду меди(II) соляную кислоту ($HCl$).

Ответ: $CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$

$CuCl_2 \rightarrow Cu(OH)_2$

Гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) — это нерастворимое основание, которое можно получить по реакции ионного обмена. При добавлении к раствору хлорида меди(II) ($CuCl_2$) раствора щёлочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$), выпадает характерный голубой осадок гидроксида меди(II).

Ответ: $CuCl_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2NaCl$

$Cu(OH)_2 \rightarrow CuO$

При нагревании нерастворимые основания, включая гидроксид меди(II), разлагаются. В результате термического разложения голубого осадка $Cu(OH)_2$ образуется черный оксид меди(II) ($CuO$) и вода ($H_2O$).

Ответ: $Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO + H_2O$

$Cu \rightarrow CuSO_4$

Медь является металлом, стоящим в электрохимическом ряду напряжений после водорода, поэтому она не реагирует с разбавленными кислотами (кроме азотной). Для получения сульфата меди(II) ($CuSO_4$) из меди необходимо использовать концентрированную серную кислоту ($H_2SO_4$), которая является сильным окислителем. Реакция обычно требует нагревания.

Ответ: $Cu + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \xrightarrow{t} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

$CuSO_4 \rightarrow Cu$

Восстановить металлическую медь из раствора её соли ($CuSO_4$) можно с помощью реакции замещения. Для этого необходимо добавить в раствор более активный металл, который стоит в ряду напряжений левее меди, например, железо ($Fe$) или цинк ($Zn$). Более активный металл вытеснит медь из раствора соли.

Ответ: $CuSO_4 + Fe \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$

3. Образец бронзы, состоящей из алюминия и меди, масса которого 49,1 г, обработали соляной кислотой до прекращения выделения водорода (н. у.). Объем образовавшегося газа оказался равным 6,72 л. Вычислите массовую долю каждого компонента в этом образце бронзы.

Дано:

Масса образца бронзы ($m_{сплава}$) = 49,1 г
Объем выделившегося водорода ($V(\text{H}_2)$) = 6,72 л (н. у.)

Перевод в систему СИ (для справки, в расчетах используются более удобные единицы г и л):

$m_{сплава}$ = 0,0491 кг
$V(\text{H}_2)$ = 0,00672 м³

Найти:

Массовую долю алюминия ($\omega(\text{Al})$) - ?
Массовую долю меди ($\omega(\text{Cu})$) - ?

Решение:

Бронза в данном случае является сплавом алюминия (Al) и меди (Cu). При обработке сплава соляной кислотой (HCl) в реакцию вступает только алюминий, так как он стоит в ряду активности металлов левее водорода, в то время как медь стоит правее и с соляной кислотой не реагирует.

Уравнение реакции алюминия с соляной кислотой:

$2\text{Al} + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2\uparrow$

1. Вычислим количество вещества (моль) выделившегося водорода. При нормальных условиях (н. у.) молярный объем любого газа ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

$n(\text{H}_2) = \frac{V(\text{H}_2)}{V_m} = \frac{6,72 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,3 \text{ моль}$

2. По уравнению реакции определим количество вещества алюминия, вступившего в реакцию. Из уравнения видно, что соотношение количеств вещества алюминия и водорода составляет $2:3$.

$\frac{n(\text{Al})}{2} = \frac{n(\text{H}_2)}{3}$

$n(\text{Al}) = \frac{2}{3} \times n(\text{H}_2) = \frac{2}{3} \times 0,3 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

3. Найдем массу алюминия в сплаве. Молярная масса алюминия ($M(\text{Al})$) равна 27 г/моль.

$m(\text{Al}) = n(\text{Al}) \times M(\text{Al}) = 0,2 \text{ моль} \times 27 \text{ г/моль} = 5,4 \text{ г}$

4. Теперь можно найти массу меди в сплаве, зная общую массу образца.

$m(\text{Cu}) = m_{сплава} - m(\text{Al}) = 49,1 \text{ г} - 5,4 \text{ г} = 43,7 \text{ г}$

5. Вычислим массовые доли компонентов в сплаве по формуле:

$\omega(\text{компонента}) = \frac{m(\text{компонента})}{m_{сплава}} \times 100\%$

$\omega(\text{Al}) = \frac{m(\text{Al})}{m_{сплава}} \times 100\% = \frac{5,4 \text{ г}}{49,1 \text{ г}} \times 100\% \approx 11,0\%$

$\omega(\text{Cu}) = \frac{m(\text{Cu})}{m_{сплава}} \times 100\% = \frac{43,7 \text{ г}}{49,1 \text{ г}} \times 100\% \approx 89,0\%$

Ответ: массовая доля алюминия в образце бронзы составляет 11,0%, массовая доля меди - 89,0%.

4. Вещество, полученное при прокаливании $1.28 \text{ г}$ меди в струе кислорода, превратили в хлорид меди(II). Вычислите, какой объём (в миллилитрах) $4\%$-ной соляной кислоты (плотность $1.02 \text{ г/см}^3$) израсходовали и чему равна масса выделившегося хлорида меди(II).

Дано:

$m(\text{Cu}) = 1,28 \text{ г}$

$\omega(\text{HCl}) = 4\% = 0,04$

$\rho(\text{р-ра HCl}) = 1,02 \text{ г/см³} = 1,02 \text{ г/мл}$

Найти:

$m(\text{CuCl}_2) - ?$

$V(\text{р-ра HCl}) - ?$

Решение:

Сначала напишем уравнения реакций, которые происходят в задаче.

1. Прокаливание меди в струе кислорода приводит к образованию оксида меди(II):

$2\text{Cu} + \text{O}_2 \xrightarrow{t} 2\text{CuO}$

2. Полученный оксид меди(II) реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида меди(II) и воды:

$\text{CuO} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CuCl}_2 + \text{H}_2\text{O}$

Теперь проведем вычисления. Сначала найдем количество вещества (моль) меди. Молярная масса меди $M(\text{Cu}) \approx 64 \text{ г/моль}$.

$n(\text{Cu}) = \frac{m(\text{Cu})}{M(\text{Cu})} = \frac{1,28 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 0,02 \text{ моль}$

Исходя из стехиометрии уравнений реакций, мы можем найти количество вещества других соединений.

Из первого уравнения видно, что из 2 моль меди образуется 2 моль оксида меди(II), значит, их количества вещества равны:

$n(\text{CuO}) = n(\text{Cu}) = 0,02 \text{ моль}$

Из второго уравнения видно, что 1 моль оксида меди(II) реагирует с 2 молями соляной кислоты и образует 1 моль хлорида меди(II). Таким образом:

$n(\text{CuCl}_2) = n(\text{CuO}) = 0,02 \text{ моль}$

$n(\text{HCl}) = 2 \cdot n(\text{CuO}) = 2 \cdot 0,02 \text{ моль} = 0,04 \text{ моль}$

Теперь мы можем ответить на вопросы задачи.

чему равна масса выделившегося хлорида меди(II)

Для расчета массы хлорида меди(II) найдем его молярную массу: $M(\text{CuCl}_2) = M(\text{Cu}) + 2 \cdot M(\text{Cl}) = 64 + 2 \cdot 35,5 = 135 \text{ г/моль}$.

Масса хлорида меди(II) равна:

$m(\text{CuCl}_2) = n(\text{CuCl}_2) \cdot M(\text{CuCl}_2) = 0,02 \text{ моль} \cdot 135 \text{ г/моль} = 2,7 \text{ г}$

Ответ: масса выделившегося хлорида меди(II) равна 2,7 г.

какой объём (в миллилитрах) 4%-ной соляной кислоты (плотность 1,02 г/см³) израсходовали

Сначала найдем массу чистой соляной кислоты ($HCl$), которая необходима для реакции. Молярная масса $HCl$: $M(\text{HCl}) = M(\text{H}) + M(\text{Cl}) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$.

$m(\text{HCl}) = n(\text{HCl}) \cdot M(\text{HCl}) = 0,04 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} = 1,46 \text{ г}$

Теперь найдем массу 4%-го раствора соляной кислоты, содержащего 1,46 г $HCl$:

$m(\text{р-ра HCl}) = \frac{m(\text{HCl})}{\omega(\text{HCl})} = \frac{1,46 \text{ г}}{0,04} = 36,5 \text{ г}$

Наконец, вычислим объем этого раствора, используя его плотность:

$V(\text{р-ра HCl}) = \frac{m(\text{р-ра HCl})}{\rho(\text{р-ра HCl})} = \frac{36,5 \text{ г}}{1,02 \text{ г/мл}} \approx 35,8 \text{ мл}$

Ответ: израсходовали приблизительно 35,8 мл 4%-ной соляной кислоты.