Элементы побочной подгруппы первой группы
В IB-подгруппу периодической системы входят медь, серебро и золото. (В данном пособии мы ограничимся описанием только меди и серебра). Это элементы, у которых впервые в четвертом (Си) и пятом (Аg) периодах заполняется электронами d-подуровень предвнешнего электронного уровня.
29Си 1s12s2 2p63s2 3p6 | 4s1 3d104p0
валентные электроны
47Ag 1s12s2 2p63s2 3p6 4s2 3d10 4p6 |5 s1 4 d 10 5 p 0
Поэтому электроны (n-l) d-подуровня могут использоваться для образования химических связей и будут валентными, поэтому в соединениях медь и серебро проявляют степени окисления, большие номера группы.
| Плотность, г/см3 | t°пл.С° | t°кип.С° | Наличие в земной коре % | Степени окисления | φ°Ме n + / Ме, В | |
| Си | 8,96 | 10,83 | 2543 | 0,01 | 0, +1, +2, +3 | Си 2+ / Си, + 0,338 (Cи + / Си, + 0,518) |
| А g | 10,5 | 960,5 | 2176 | 1,0 ∙ 10-5 | 0, +1, +2, +3 | А g 1+ / А g, + 0,799 |
Наиболее устойчивые степени окисления для Си + 2, для Аg + 1.
Радиусы атомов элементов IB-подгруппы гораздо меньше, чем у металлов IA-подгруппы. Вследствие этого медь и серебро отличаются большей плотностью, высокими температурами плавления.
Свойства меди.
→ O 2 500◦ C CuO черный
→O2 1100 ◦C Cu2O красно-оранжевый
|
|
|
→Cl2 tº CuCl2
Cu → →S tº CuS, Cu2S
→HCl + O2 CuCl2 + H2O
→HNO3 разб . Cu(NO3)2 + NO + H2 О
→HNO3 конц . Cu(NO3)2 + NO2 + H2 О
→H2SO4 конц . CuSO4 + SO2 + H2 О
→ Fe2 (SO4)3 CuSO4 + FeSO4
Получение меди .
Обжиг при tº
1). 2Cu2S + 302 = 2Cu20 + 2S02;
tº
2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2 ;
2). Электролиз раствора CuSO4 ;
2CuSO4 + 2H2O = 2 Cu ↓ + O 2 ↑ + 2 H 2 SO 4 ;
катод анод
Катод (-): Cu2+ + 2е → Cu0↓
Анод (+): 2H2O - 4е → О2↑ + 4Н1+
Свойства CuO.
→ HCl CuCl 2 + H 2 O
|
|
|
CuO → 1100◦C. Cu2O + O2
→H2 300◦C Cu + H2 О
→NaOH (расплав) Na2 С uO2 + H2 О
→ К OH (к. р-р) К 2 [Cu(OH)4]
Задания для самопроверки.
1. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:
а) Си → СиС12 → Си2(ОН)2СО3 → СиО → Си2О → СиС1
б) Си → Cu(NO3)2 → СиО → CuSO4 → CuI → Cu(NO3)2
в) Си → CuSO4 → Cu(OH)2 → [Cu(NH3)4](OH)2 → СиС12 → Си
г) Си → СиО → Na2CuO2 → Cu(OH)2 → СиО → Си
2. Сплав серебра с медью массой 10,56 г растворили в концентрированной азотной кислоте, полученный раствор выпарили, а сухой остаток прокалили до постоянной массы, которая оказалась равной 11,04 г . Вычислите массовые доли металлов в исходном сплаве.
3. Через 200 г 5%-ного раствора сульфата меди (II) пропускали постоянный электрический ток до тех пор, пока на катоде не выделилось 4 г металла. Определите массовые доли веществ в полученном растворе.
|
|
|
4. При постепенном нагревании 3,2 г меди в токе кислорода до 1100°С было получено 3,68 г смеси оксидов. Какой объем 90%-ного раствора азотной кислоты (пл. 1,483) пойдет на растворение полученной смеси оксидов при нагревании?
5. Медную пластину массой 12 г опустили в 240 г 10%-ного раствора сульфата железа (III). Процесс прекратили, когда масса медной пластины стала равной 9,44 г. Определите массовые доли веществ в полученном растворе.
6. Черный оксид меди массой 4,8 г подвергли частичному восстановлению водородом при нагревании. Полученная смесь потребовала для растворения 19,53 мл 14%-ного раствора соляной кислоты (пл. 1,068). Вычислите массовые доли веществ в смеси, полученной после восстановления оксида меди водородом.
Свойства цинка.
→ Cl 2 t º ZnCl 2
Zn → → S t º ZnS
→O2 tº ZnO;
→ H2O t º ZnO + H2 ↑
→HCl Zn Cl2 + H2 ↑
|
|
|
→ HNO 3 разб . Zn ( NO 3 )2 + NH 4 NO 3 + H 2 О
→ HNO 3 конц . Zn (NO3)2 + N2O↑ + H2 О
→H2SO4 конц . Zn SO4 + Н 2 S↑ + H2 О
→H2SO4 разб . Zn SO4 + H2↑
→ NaOH + H2O Na2[Zn(OH)4] + H2↑
→ CuSO 4 Zn SO 4 + Cu
Получение цинка.
Обжиг, tº
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 ↑ ;
tº
ZnO + С = Zn + CO ↑;
Соединения цинка
ZnO + 2HC1 = ZnCl2+ H2 ↑;
ZnO + 2KOH + H20 = K2[Zn(OH)4];
tº
ZnO + 2KOH = K2ZnO2 + H2O ↑ (при сплавлении);
Zn(OH)2 ↓ + 2HC1 = ZnCl2 + 2H2O;
Zn(OH)2 ↓ + 2KOH = K2[Zn(OH)4]
Задания для самопроверки.
1. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:
а) Zn → ZnO → Na2ZnO2 → Zn(OH)2 → Zn(NO3)2 → ZnO
б) ZnS → ZnCl2 → Zn(NO3)2 → Zn(OH)2 → K2[Zn(OH)4] → ZnSO4
2. При растворении частично окисленного на воздухе цинка в соляной кислоте было получено 272 г 2,5%-ного раствора соли и собрано 1,008 л (н.у.) газа. Вычислите массовую долю оксида цинка в исходном образце цинка.
3. Цинковую пыль смешали с порошком серы и нагрели без доступа воздуха. Полученную смесь веществ растворили в избытке раствора соляной кислоты. При этом 3,2 г вещества не растворилось, а собранный при растворении газ, пропущенный через раствор нитрата серебра, образовал 37,2 г черного осадка. Определите массовые доли цинка и серы в исходной смеси.
4. При растворении цинка в 400 г 12,6%-ного раствора азотной кислоты выделения газа не наблюдалось. Раствор, полученный после прекращения растворения цинка, слили, выпарили и прокалили до постоянной массы. Какое вещество содержится в сухом остатке и какова его масса?
5. Смесь опилок алюминия и цинка обработали избытком раствора гидроксида калия и получили 15,68 л (н.у.) газа. При обработке такой же массы исходной смеси избытком концентрированной азотной кислоты выделилось 2,24 л (н.у.) оксида азота (I). Вычислите массовые доли металлов в исходной смеси.
Свойства железа.
→Cl2 , Br2, I2 FeCl3, FeBr3, FeI2
Fe → → S t º близко к FeS
→O2 tº Fe3O4; (FeO • Fe2O3)
→ H2O t º Fe3O4 + H2
→HCl Fe Cl2 + H2
→HNO3 очень разб . Fe (NO3)2 + NH4NO3 + H2 О
→HNO3 разб . Fe (NO3)3 + NO + H2 О
→ HNO 3 конц. не реагирует
→ H 2 SO 4 конц. не реагирует
→H2SO4 разб . Fe SO4 + H2
→CuSO4 Fe SO4 + Cu
Ферритный способ получения щелочей
NaFeO 2 + 2 H 2 O = NaOH + Fe ( OH )3 ↓
Свойства Fe2O3 .
→HCl FeCl3 + H2O
Fe2O3 →HA n соли Fe3+ (FeAn3 + H2O)
→NaOH (расплав) NaFeO2
→ Na2CO3 t º NaFeO2 + CO2
Свойства FeCl 3
→ Cu FeCl 2 + CuCl 2
FeCl3 → KI FeCl2 + I2
→NaOH (расплав ) NaFeO2
→ H2S FeS + S
Качественная реакция на Fe2+ , Fe3+:
1. Реактивом на ионы Fe2+ , Fe3+ служат гидроксид-ионы — ОН─, с которыми образуется гидроксид железа (II и III), имеющие характерные окраски:
Fe2+ + 2 OH─ = Fe( OH)2 ↓ (осадок зеленоватого цвета)
Fe(OH)2 – быстро окисляется на воздухе в бурый гидроксид железа (III)
4Fe(OH)2 ↓ + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 ↓
Fe3+ + 3 OH─ = Fe( OH)3 ↓ (осадок бурого цвета)
Сильными окислителями в сильнощелочной среде соединения железа могут быть окислены до ферратов (степень окисления железа +6),
2Fe(OH)3 + ЗВг2 +10КОН = 2К2FеО4 + 6КВг + 8Н2О|
Ферраты — сильные окислители, существуют только в щелочной среде и при подкислении раствора окисляют собственный кислород.
4К2FеО4 + 10H2SO4 = 2Fe2(SO4)3 + 3О2 + 4K2SO4 + 10Н2О
2. В аналитической химии для определения ионов Fe2+ и Fe3+ используют следующие реакции:
| 3FеС12 | + 2K3[Fe(CN)6] гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) | → Fe3[Fe(CN)6]2 ↓ + 6КС1; гексацианоферрат (III) железа (II), cинего цвета (турнбулева синь) |
| 3Fe2+ | + 2[Fe(CN)6]3─ | → Fe3[Fe(CN)6 ]2 ↓ |
| 4FeCl3 | + 3K4[Fe(CN)6] гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) | → Fe4[Fe(CN)6]3 ↓ + 12КС1; гексацианоферрат (II) железа (III), цвета морской волны. (берлинская лазурь) |
| 4Fe3+ | + 3[Fe(CN)6 ]4─ | → Fe4[Fe(CN)6]3 ↓; |
3. Реактивом на ионы Fe3+ служат роданид-ионы — SСN─, с которыми образуется роданид железа (III), имеющий характерную кроваво-красную окраску.
Fe3+ + 3 SCN ─ = Fe( SCN)3
Fe( SCN)3 + 3 SCN─ = [ Fe( SCN)6] 3─ - кроваво-красный раствор
FeCl3 + 3KSCN = Fe(SCN)3 + 3KC1
FeCI3 + 6KSCN = K3[Fe(SCN)6] + 3KC1
Задания для самопроверки.
1. При хлорировании 42,2 г. смеси опилок меди, алюминия и железа было израсходовано 22,4 литра (н.у.) хлора. Вычислите массовые доли металлов в исходной смеси, если при обработке такой же массы этой смеси концентрированной азотной кислотой выделяется 17,92 л (н.у.) бурого газа.
2. Какую массу медной фольги можно растворить в 400 г 30%-ного раствора хлорида железа (III), если в полученном растворе массовые доли хлоридов железа (II) и железа (III) равны? Каковы массовые доли всех трех солей в полученном растворе?
3. Сульфид железа(II) массой 1,76 г обработали 200 г 63%-ной азотной кислоты. При этом выпадения осадка не наблюдали. Выделившийся газ смешали с избытком кислорода и пропустили через 100 мл воды. Оба раствора смешали.
Определите массу 5,6%-ного раствора гидроксида калия, необходимую для количественного взаимодействия с полученным раствором. Каковы массовые доли веществ в растворе после добавления раствора КОН?
Решение
Прежде всего надо разобраться в химизме процессов, описанных в условии задачи. При взаимодействии сульфида с азотной кислотой, скорее всего получили два газа — оксид азота (IV) и оксид серы (IV):
FeS +10HNO3 = Fe(NO3)3 + SO2 + 7NO2 + 5H2O (1)
После добавления к полученной газовой смеси кислорода и поглощения ее водой, получили раствор двух кислот — азотной и серной, так как в газовой фазе прошли реакции:
NO2 + SO2 = SO3 + NO (2)
2NO + O2 = 2NO2 (3)
При наличии избытка кислорода в газовой смеси растворение в воде дает сразу две кислоты: азотную и серную:
SO3 + Н2О = H2SO4 (4)
4NO2 + O2 + 2Н2О = 4HNO3 (5)
После смешивания растворов в итоге раствор содержит нитрат железа (III), серную кислоту и азотную кислоту. Будем считать, что избытка кислоты для растворения сульфида железа не добавляли. При приливании раствора гидроксида калия протекали следующие процессы:
HNO3 + КОН = KNO3 + Н2О (6)
H2SO4 + 2КОН = K2SO4 + 2Н2О (7)
Fe(NO3) 3+ ЗКОН = Fe(OH)3 ↓ + 3KNO3 (8)
Таким образом, в растворе содержатся только две соли: сульфат и нитрат калия. Обратите внимание, что гидроксид железа (III) выпал в осадок и его массу надо вычесть при определении окончательной массы раствора. Расчетная часть задачи затруднений не вызывает.
4. К 240 г разбавленного раствора, содержащего соляную и азотную кислоты, добавлено 70,4 г оксида железа (III). Часть оксида осталась нерастворенной, ее восстановили водородом при нагревании и получили 15,68 г металла. Образовавшийся при действии кислот раствор упарили досуха и прокалили. При этом получили 64,5 г сухого остатка. Вычислите массовые доли кислот в исходном растворе.
Свойства хрома.
Cr → →Cl2 , Br2, I2 tº CrCl3, CrBr3, CrI2
→O2 tº Cr2O3
→ H2O t º Cr2O3 + H2
→HCl Cr Cl2 + H2
→HNO3 очень разб . Cr (NO3)2 + NH4NO3 + H2 О
→HNO3 разб . Cr (NO3)3 + NO + H2 О
→HNO3 конц . не реагирует
→ H 2 SO 4 конц. не реагирует
→H2SO4 разб . Cr SO4 + H2
Свойства Cr2O3 , CrO, CrO3.
→HCl CrCl3 + H2O
Cr2O3 →HA n соли Cr3+ (CrAn3 + H2O)
→KOH (расплав) KCrO2 + H2O
→ Na2CO3 t º NaCrO2 + CO2
→ К 2 CO3 + O2 К 3 CrO4 + CO2
CrO → HCl CrCl2 + H2O
CrO3 → H2O (избыток) H2CrO4 (хромовая кислота)
→ H 2 O (недостаток) Н2С r 2 O 7 (дихромовая кислота)
→ KOH K 2 CrO 4 + H 2 O
Cr(OH)3 → HCl CrCl3 + H2O
→ 3 NaOH Na3 [Cr(OH6)]
Получение Cr2O3
tº
K2Cr2O7 + S = Cr2O3 + K2SO4 ;
tº
2 K2Cr2O7 + 3 C = 2 Cr2O3 + 2 K2CO3 + CO2;
tº
(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2↑ + 4 H2O;
Свойства хроматов и дихроматов:
2K2CrO4 + H2SO4 → K2Cr2O7 + K2SO4 + Н2О;
K2Cr2O7+2 KOH → 2 K2СrO4 + Н2О;
K2Cr2O7 + 3 H2S + 4 H2SO4 → 3 S↓ + K2SO4+Cr2(SO4)3 + 7 Н2О;
Задания для самопроверки.
1. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:
а) Cr → Cr2O3 → CrCl3 → Cr(OH)3 → Cr2(SO4)3
б) K2CrO4 → K2Cr2O7 → K2CrO4 → BaCrO4
2. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций, протекающих по следующим схемам, уравняйте их:
а) Сг2О3+К2СО3+О2 → К2СгО4+СО2;
б) K2Cr2O7 + Na2SO3+H2SO4 → K2SO4+Cr2(SO4)3 + Na2SO4+H2O;
в) K2Cr2O7+KI + H2SO4 → K2SO4+I2+Cr2(SO4)3 + Н2О;
г) KCrO2 + PbO2 + KOH → К2СгО4 + PbO + Н2О;
д) K2Cr2O7 + CH3OH+H2SO4 → HCOOH+Cr2(SO4)3 + K2SO4+H2O;
е) K2Cr2O7 + H2O2+H2SO4 → O2+Cr2(SO4)3 + K2SO4+H2O;
ж) CrСl3 + NaBiO3+NaOH + H2O; → NaCl + Bi(OH)3 + Na2CrO4;
Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 220; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!