Упражнения и задачи для самостоятельной работы

9.3.1. Перечислите «семейства» элементов, которые полностью со- ставляют металлы, частично включают металлы. Сделайте вывод о том, какую часть всех элементов Периодической си- стемы занимают металлы.

9.3.2. С чем связана общность свойств металлов? Приведите приме- ры влияния структуры металла на его свойства.

9.3.3. Какие металлы называются щелочными? Перечислите их. Ка- кой металл в водных растворах является самым сильным вос- становителем? Какой металл является наиболее активным?

9.3.4. Нахождение щелочных металлов в природе? Способы их по- лучения. Какие процессы происходят на электродах при полу- чении натрия и гидроксида натрия из расплава и раствора хло- рида натрия?

9.3.5. Что общего у атомов элементов IIA группы элементов Перио- дической системы? Почему стандартные электродные потен-

циалы элементов закономерно изменяются от -1.85 В для бе- риллия до -2.92 В для бария? Возможно ли их взаимодействие с кислотами не окислителями и водой? Как меняется метал- личность и восстановительная способность металлов IIA группы в водных растворах?

9.3.6. На основании электронных формул атомов IIIA группы пред- скажите возможные валентности элементов. Как меняется устойчивость соединений в высшей степени окисления в ряду Al – Tl? Какие степени окисления более характерны для тал- лия и почему? О каких свойствах таллия свидетельствуют следующие стандартные электродные потенциалы: E ^о(Tl³⁺/Tl)

= +0.71 В; E ^о(Tl⁺/Tl) = -0.34 В; E ^о(Tl³⁺/Tl⁺) = +1.28 В?

9.3.7. Как меняются основные свойства в ряду Al₂O₃-Ga₂O₃-In₂O₃- Tl₂O₃? Как меняются кислотно-основные свойства в ряду со- ответствующих гидроксидов? Ответ подтвердите уравнениями реакций.

9.3.8. Какие степени окисления проявляет олово (…5s²5p²), свинец (…6s²6p²). Почему для свинца степень окисления (+4) не- устойчива и соединения Pb(+4) – сильные окислители? Как меняются окислительно-восстановительные свойства оксидов свинца с увеличением степени окисления?

9.3.9. Как изменяются кислотно-основные свойства в ряду гид- рокcидов мышьяка(III), сурьмы(III) и висмута(III)? Как можно отделить друг от друга малорастворимые Sb(OH)₃ и Bi(OH)₃? Напишите уравнения реакций.

9.3.10. Запишите уравнения реакций гидролиза AsCl₃, SbCl₃, BiCl₃. Укажите реакцию среды.

9.3.11. Запишите электронные формулы элементов IB группы. На ка- ком основании эти элементов помещены в одну группу Пери- одической системы? Предскажите валентные состояния эле- ментов, отметьте устойчивые степени окисления их.

9.3.12. Как изменяется химическая активность элементов в подгруппе меди? Где в ряду напряжений находятся медь, серебро и золо- то?

9.3.13. Перечислите ряд физических и химических свойств, отлича- ющих металлы IB группы от металлов IA группы.

9.3.14. Почему радиус иона меди(I) (0.128 нм) меньше радиуса иона калия(I) (0.236 нм)? Какой из этих ионов обладает большей поляризующей способностью и как это сказывается на свой- ствах однотипных соединений (рассмотрите растворимость галогенидов).

9.3.15. Назовите важнейшие сплавы меди, указав их примерный со- став.

9.3.16. Какие металлы встречаются в природе в свободном состоя- нии? Как получают медь? В чем заключается процесс рафини- рования меди?

9.3.17. Цианидный метод извлечения золота из руд заключается в об- работке руды в присутствии кислорода воздуха раствором ци- анида натрия. Золото переходит в раствор в виде цианидного комплекса золота(I). Запишите уравнение происходящей при этом реакции.

9.3.18. В каждой группе d -элементов свойства первых элементов за- метно отличаются от свойств остальных элементов. С чем свя- зано сходство свойств элементов 5-го и 6-го периодов?

9.3.19. Почему для химии титана, циркония и гафния, как и для дру- гих высоковалентных ионов, мало характерны ионы типа Э⁴⁺? В каком состоянии находятся ионы в водных растворах?

9.3.20. Отметьте наиболее важные руды элементов подгруппы вана- дия. Почему ниобий и тантал находятся в природе совместно в одних и тех же минералах? Какие химические реакции лежат в основе промышленного получения ванадия, ниобия и тантала? Почему для получения чистого ванадия углетермический ме- тод не применяется?

9.3.21. Чем обусловлена близость атомных и ионных радиусов мо- либдена и вольфрама? Как она сказывается на характере изме- нений свойств в ряду хром - молибден - вольфрам?

9.3.22. Какая форма, катионная или анионная, характерна для d - элементов VI группы в низших и высших степенях их окисле- ния?

9.3.23. Чем объяснить различие в составе продуктов, образующихся при взаимодействии хрома, молибдена и вольфрама с хлором при повышенной температуре: СrCl₃, MoCl₅, WCl₆?

9.3.24. Как относятся хром, молибден и вольфрам к щелочам? Одним из основных способов получения соединений в высоких сте- пенях окисления является сплавление этих металлов или их соединений в более низких степенях окисления с окислитель- но-щелочными смесями (KNO₃+KOH, KClO₃+KOH, NaNO₃+Na₂СO₃). Напишите уравнения реакций взаимодей- ствия хрома, молибдена, вольфрама с этими смесями.

9.3.25. Почему степень окисления d -элементов в галогенидах меньше, чем в оксидах? Действительно, стабильны оксиды V₂O₅, CrO₃, MnO₂, но не образуются VCl₅, СrCl₆, MnCl₄.

9.3.26. Как изменяется химическая активность в ряду Mn – Tc - Re? Укажите положение металлов в ряду напряжений. Как взаи- модействуют металлы с кислотами (концентрированными и разбавленными)?

9.3.27. Рассмотрите электронные конфигурации атомов Э⁰, ионов Э²⁺, Э³⁺ железа, кобальта, никеля. Что общего в свойствах элемен- тов семейства железа? Отметьте характерные степени окисле- ния, сравните размеры атомов, ионов, положение в ряду напряжений, отношение к кислотам (разбавленным, концен- трированным), к растворам щелочей. Учитывая основный ха- рактер оксидов (ЭО), предскажите отношение их к растворам и расплавам щелочей.

9.3.28. О вертикальном (Fe, Ru, Os) или горизонтальном (Fe, Co, Ni) сходстве можно говорить, сравнивая энтальпии образования (D Н ^о_обр.) однотипных соединений ЭСl₂?

FeCl₂     CoCl₂ NiCl₂ RuCl₂ OsCl₂

-400       -310    -304     -230       -191 кДж/моль

9.3.29. Как меняется восстановительная активность элементов в ряду Fe – Co – Ni? Какие степени окисления наиболее характерны для железа, кобальта, никеля?

9.3.30. С чем связано и в чем проявляется отличие свойств элементов подгруппы цинка от свойств соседних d -элементов?

9.3.31. Для d -элементов характерны соединения с оксидом углерода (СО): Cr(CO)₆, Mn₂(CO)₁₀, Fe(CO)₅, Co₂(CO)₈, Ni(CO)₄. Как называют такие соединения? Какая степень окисления металла в них? К какому классу соединений они относятся, где приме- няются?

9.3.32. Приведите примеры диаграмм состояния для бинарных спла- вов, образующих механические смеси компонентов.

9.3.33. Представьте примеры диаграмм состояния для бинарных сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоя- нии.

9.3.34. Приведите пример диаграммы состояния для бинарных спла- вов с ограниченной взаимной растворимостью в твердом со- стоянии.

9.3.35. Дайте примеры диаграмм состояния для сплавов, образующих химические соединения.

9.3.36. Представьте примеры интерметаллических соединений и опишите их структуру и свойства.

9.3.37. Приведите примеры диаграмм состояния для сплавов в трой- ных системах.

9.3.38. Сопоставьте стандартные энтальпии следующих реакций по- лучения железа при 25^оС:

а) Fe₃O₄ (к.) + 4С (графит) = 3Fe (к.) + 4СО (г.),

б) Fe₃O₄ (к.) + 4СО (г.) = 3Fe (к.) + 4СО₂ (г.),

а) Fe₃O₄ (к.) + 4H₂ (г.) = 3Fe (к.) + 4Н₂О (г.),

если стандартные энтальпии  образования (Δ H ^о_обр.,298) для Fe₃O₄ (к.), СО (г.), СО₂ (г.) и Н₂О (г.) соответственно равны

-1117.1, -110.5, -393.5 и -241.8 кДж/моль. Какой из способов получения железа термодинамически наиболее благоприятен?

9.3.39. Какая из двух реакций может проходить самопроизвольно? 2Fe (к.) + Al₂O₃= 2Al (к.) + Fe₂O₃; 2Al (к.)+Fe₂O₃=2Fe (к.) + Al₂O₃

DG^o_обр. -1582             -740.3           -740.3               -1582

кДж/моль

Где используется данная реакция?

9.3.40. Определите массовую долю (%) натрия в амальгаме, если на нейтрализацию раствора, полученного после обработки 6 г амальгамы натрия водой, израсходовано 30 мл 2 н. раствора хлороводородной кислоты?

9.3.41. Определите массовую концентрацию (%) полученного раство- ра щелочи, если 80 г амальгамы натрия, содержащей 25% натрия, обработали 1 л воды.

9.3.42. Вычислите содержание свинца в сплаве с золотом, если сплав начинает кристаллизоваться на 60^o ниже температуры плавле- ния золота. Криоскопическая константа золота равна 226.

9.3.43. Сплав содержит 20% магния и 80% висмута. В 200 г сплава содержится 106 г висмута в виде кристаллов, вкрапленных в эвтектику. Найдите состав эвтектики.

9.3.44. Установите формулу интерметаллического соединения, обра- зующегося при сплавлении лантана и таллия и содержащего 14.8% лантана.

9.3.45. Какой металл будет выделяться при охлаждении жидкого сплава меди и алюминия, содержащего 20% масс. меди, если эвтектика включает 32.5% масс. меди? Какую массу этого ме- талла можно выделить из 100 г сплава?

9.3.46. Сколько и какого металла выделится из 50 г сплава меди (20% масс.) и серебра (80% масс.) в виде зерен, вкрапленных в эв- тектику, если в состав последней входит 28% масс. меди?

9.3.47. Магний со свинцом при сплавлении образует соединение Mg₂Pb. В системе имеются две эвтектики, Е₁ (с температурой плавления 460^оС) и Е₂ (с температурой плавления 250^оС). Ка- кие фазы будут выделяться при затвердевании расплавов с со-

держанием свинца 80, 81 и 82% масс., если температура плав- ления магния составляет 650 ^оС, а свинца – 327.4^оС?

9.3.48. Магний с сурьмой при сплавлении образуют интерметалличе- ское соединение состава Mg₃Sb₂. В каких соотношениях нуж- но взять эти металлы, чтобы полученный сплав содержал кро- ме Mg₃Sb₂ еще 10% масс. свободной сурьмы?

9.3.49. Представьте основные методы защиты от электрохимической коррозии.

9.3.50. Приведите примеры ингибиторов коррозии.