Возможность улучшения качества учебно-воспитательной работы на уроках химии путем экологизации содержания темы "S-элементы"

В свободном виде эти металлы получают главным образом электролизом их расплавленных солей. Радий выделяют обработкой урановых руд. В воде катионы s-элементов гидратированы и образуют аквакомплексы ([Ca(H₂O)₆]²⁺) за счёт электростатического притяжения дипольных молекул воды. Поскольку электронная оболочка ионов s-элементов имеет устойчивую конфигурацию инетрного газа и лиганды (молекулы воды) мало влияют на состояние электронов, все они в водных растворах бесцветны. Ионы s-элементов в водных растворах могут образовывать комплексные соединения с органическими и неорганическими лигандами, но устойчивость этих комплексов мала, так как s-элементы образуют с лигандами связь, приближающуюся к ионной. Наименьшая устойчивость комплексных соединений наблюдается у ионов с большим радиусом и малым зарядом. У катионов IIА группы с повышением заряда и уменьшением радиуса устойчивость комплексов увеличивается.

Соли элементов IIА группы подвергаются гидролизу в том случае, когда соль образована сильным основанием и слабой кислотой. При растворении такой соли в воде она полностью диссоциирует. Образуется слабая кислота и гидроксид-ионы:

А- +НОН = НА + ОН-

Р-ры таких солей имеют елочную реакцию среды. Гидролиз идёт по аниону.

Щелочноземельные металлы могут соединяться с водородом, образуя гидриды, аналогичные гидридам щелочных металлов. Замечательна склонность щелочноземельных металлов соединяться с азотом, возрастающая по мере увеличения их атомной массы. Уже при комнатной температуре щелочноземельные металлы медленно соединяются с азотом, образуя нитриды.

Говоря о том, сколь часто встречаются природе атомы того, или иного элемента, обычно указывают его распространенность в земной коре. Под земной корой понимают атмосферу, гидросферу и литосферу нашей планеты. Так, в земной коре наиболее распространены четыре из этих тринадцати элементов:

Na (w =2,63%), K (w = 2,41%), Mg (w = 1,95%) и Ca (w = 3,38%).

Остальные встречаются значительно реже, а франций вообще не встречается.

Берилий открыт в 1798 г. французским химиком Луи Никола Вокленом. Большую работу по установлению состава соединений бериллия и его минералов провёл русский химик И.В. Авдеев. Именно он доказал, что оксид бериллия имеет состав BeO.

Магний. В 1695 году из минеральной воды Эпсомского источника в Англии выделили соль, обладавшую горьким вкусом и слабительным действием. Аптекари называли её горькой солью. Минерал эпсомит имеет состав MgSO₄·7H₂O. Латинское название элемента происходит от названия древнего города Магнезия в Малой Азии, в окрестностях которого имеются залежи минерала магнезита. Впервые магний был выделен в чистом виде сэром Хемфри Дэви в 1808 году. Большие количества магния находятся в морской воде. Магнезиальные соли встречаются в больших количествах в солевых отложениях самосадочных озёр. Месторождения ископаемых солей карналлита осадочного происхождения известны во многих странах.

Из-за высокой химической активности кальций в свободном виде в природе не встречается. На долю кальция приходится 3,38% массы земной коры. Новый элемент обнаружили в минерале стронцианите, найденном в 1764 году в свинцовом руднике близ шотландской деревни Строншиан, давшей впоследствии название новому элементу. В свободном виде стронций не встречается. Он входит в состав около 40 минералов. Из них наиболее важный - целестин. Чаще всего стронций присутствует как примесь в различных кальциевых минералах.

Барий был открыт в виде оксида BaO в 1774 г. Карлом Шееле. Своё название получил от древнегреческого "тяжёлый", так как его оксид (BaO) был охарактеризован, как имеющий необычно высокую для таких веществ плотность. В Российской Федерации радий впервые был получен в экспериментах известного советского радиохимика В.Г. Хлопина. Название "радий" связано с излучением ядер атомовради.



Реакции комплексообразования соединений IIA группы

Be + 2NaOH +2H₂O = Na₂[Be(OH)₄] + H_2(газ) - тетрагидроксобериллат натрия.

BeF₂ + 2KF = K₂[BeF₄] - тетрафторбериллат калия.

Be(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Be(OH)₄]

Be²⁺ + 2CO₃^2- > [Be(CO₃)₂]^2-

5. Качественные реакции на ионы магния, кальция, стронция, бария

Катионы магния, кальция, бария и стронция относятся ко II аналитической группе, которая характеризуется наличием группового реагента (NH₄)₂CO₃, осаждающего любой из приведённых катионов из его раствора.

Реакции обнаружения катиона магния Mg²⁺

Групповой реагент. Карбонат аммония с раствором соли магния образует белый амфотерный осадок основной соли (MgOH)₂CO₃, растворимый в избытке NH₄Cl

2MgCl₂ + 2(NH₄)₂CO₃ + H₂O = (MgOH)₂CO_{3(осадок)} + CO_2(газ) + 4NH₄Cl,

2Mg²⁺ + 2CO₃^2- + H₂O = (MgOH)₂CO_{3(осадок)} + CO_2(газ)

Реакции обнаружения катиона бария Ba²⁺

Групповой реагент. Карбонат аммония осаждает катион бария из растворов его солей в виде белого аморфного постепенно кристаллизирующегося осадка BaСО₃

BaCl₂ + (NH₄)₂CO₃ = BaCO_{3(осадок)} + 2NH₄Cl,

Ba²⁺ + CO₃^2- = BaCO_{3(осадок).}



Осадок хорошо растворим в кислотах, в том числе и слабых.

Обнаружение.

Дихромат калия K₂Cr₂O₇ образует с раствором соли бария жёлтый осадок BaCrO₄, нерастворимый в уксусной кислоте, в отличие от хромата стронция:

2Ba²⁺ + Cr₂O₇^2- + H₂O = 2BaCrO_{4(осадок)} + 2H⁺.

Реакции обнаружения катиона кальция Ca²⁺

Групповой реагент.

Карбонат аммония осаждает из растворов солей кальция аморфный белый осадок CaCO₃, который при нагревании переходит в кристаллический:

CaCl₂ + (NH₄)₂CO₃ = CaCO_{3(осадок)} + 2NH₄Cl,

Ca²⁺ + CO₃^2- = CaCO_{3(осадок)}.

Осадок легко растворяется в минеральных и уксусной кислотах.

Обнаружение. Оксалат аммония образует с раствором соли кальция белый кристаллический осадок, растворимый в соляной, но не растворимый в уксусной кислоте.

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ = CaC₂O_{4(осадок)} + 2NH₄Cl,

Ca²⁺ + C₂O₄^2- = CaC₂O₄.

Аналогичный осадок дают ионы бария и стронция, поэтому этой реакцией можно обнаружить кальций только при отсутствии этих двух ионов.

Реакции обнаружения катиона стронция Sr²⁺

Групповой реагент. Карбонат аммония при взаимодействии с растворами солей стронция осаждает карбонат стронция белого цвета, растворимый в уксусной, соляной и азотной кислотах:

SrCl₂ + (NH₄)₂CO₃ = SrCO_{3(осадок)} + 2NH₄Cl.

Обнаружение. Насыщенный раствор гипса образует с ионами Sr²⁺ белый осадок сульфата стронция:

Sr²⁺ + SO₄^2- = SrSO_{4(осадок)}.

Однако при действии гипсовой воды ион стронция даёт не обильный осадок, а только помутнение, появляющееся не сразу из-за образования пересыщенного раствора. Появление осадка ускоряется нагреванием.

Биологическая роль магния и кальция: содержание в организме, суточная потребность, локализация в органах и тканях, значение для организма

Биороль магния: Всего в организме человека содержится около 40г магния, из них более половины находится в костной ткани. Основная масса магния, находящегося вне костей, сосредоточена внутри клеток. Ионы магний 2+ являются вторыми по содержанию внутриклеточными катионами после ионов калия. Поэтому ионы магния играют важную роль в поддержании осмотического давления внутри клеток. В организме человека и животных ионы магния являются одними из основных активаторов ферментативных процессов. Ионы магния, введённые подкожно или в кровь, вызывают угнетение центральной нервной системы и приводят к наркотическому состоянию, понижению кровяного давления и т.д. Топография магния в организме человека следующая: дентин и эмаль зубов, кости скелета, поджелудочная железа, скелетные мышцы, почки, мозг, печень и сердце. Суточная потребность в магнии взрослого человека - около 10 мг на 1кг массы тела. Ионы магния тормозят выделение ацетилхолина, способствуют выделению холестерина из организма, стимулируют перистальтику кишок и желчеотделение, влияют на углеводно-фосфорный обмен и синтез белка. Ионы магния являются антагонистами ионов кальция.

Кальция: Это один из пяти (O, C, H, N, Ca) наиболее распространённых элементов в организме человека (1,5%). Основная масса имеющегося в организме кальция находится в костях и зубах. В составе плотного матрикса кости входит термодинамически и кинетически устойчивая при pH 7,40 форма фосфата кальция - гидроксифосфат кальция Ca₅(PO₄)₃OH. Фракция внекостного кальция, хотя она составляет всего 1% его общего содержания в организме, очень важна из-за её воздействия на свёртываемость крови, нервно-мышечную возбудимость и сердечную мышцу. Суточная потребность организма в кальции 0,8-0,9 г. Ионы кальция принимают участие в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, регулировании работы сердца, свёртывании крови. Его уменьшение в организме сопровождается возбуждением нервной системы. Ионы кальция влияют на кислотно-основное равновесие, функцию эндокринных желёз. Находится в антагонизме с ионами калия, натрия и магния.

4. Закрепление материала

Задание по группам:

1-3 группа: На чем основано применение натрия тетрабората Na2B4O7 * 10H2O в качестве антисептического средства?

4-6 группа: Почему при отравлении солями бериллия добавляют избыток солей магния?

Два ученика работают у дополнительной доски с этим же заданием для образца к самопроверке.

Вывод по теме урока.

Оценки за урок.

Домашнее задание: §35-36, стр. 104-106, упр.7,8 ;задача 3



2.3 Конспект урока по теме: «S-элементы и их соединения с элементами экологизации»

Цель: изучить общую характеристику S-элементов ПСХЭ

Задачи:

Образовательные:

1. изучить общую характеристику S-элементов

2. раскрыть химизм действия важных лекарственных препаратов, биологической роли s-элементов

3. прогнозировать токсичность действия соединений s-элементов.

Развивающие:

1.закрепить знания учащихся о распределении электронов в атоме;

2.формировать умения написания электронных формул веществ;

3.формировать умения определять вид ковалентной связи.

Воспитательные: воспитывать умение работать в сотрудничестве, оказывать взаимовыручку и взаимопомощь.

Ход урока:

1. Организационный момент

Добрый день! Сегодня мы начинаем изучение новой темы «S-элементы и их соединения с элементами экологизации». Для лучшего понимания нового материала необходимо освежить изученный ранее материал.

2. Актуализация знаний

Задание учащимся у доски по карточкам. (индивидуальное задание)

№1. Изобразить схему строения атомов и электронную формулу атомов углерода и кремния.

№2. Изобразить схему строения атомов и электронную формулу атомов азота и аргона.

№3. Изобразить схему строения атомов и электронную формулу атомов неона и хлора.

Остальные учащиеся выполняют самостоятельную работу

ВАРИАНТ 1

1. Определите элемент со схемой распределения электронов в атоме 2, 8, 4:

а) Mg; б) Si; в) Cl; г) S.

2. Максимальное число электронов на третьем энергетическом уровне:

а) 14; б) 18; в) 8; г) 24.

3. Орбитали, имеющие сферическую форму, называют:

а) s-орбиталями;

б) p-орбиталями;

в) d-орбиталями;

г) f-орбиталями.

4. Максимальное число электронов на р-орбиталях:

а) 2; б) 6; в) 10; г) 14.

5. Укажите химический элемент, атомы которого имеют электронную формулу

1s²2s²2p⁶3s²3p¹:

а) Na; б) P; в) Al; г) Ar.

ВАРИАНТ 2

1. Определите элемент со схемой распределения электронов в атоме 2, 8, 8:

а) Na; б) P; в) Al; г) Ar.

2. Максимальное число электронов на четвертом энергетическом уровне:

а) 14; б) 32; в) 26; г) 18.

3. Орбитали, имеющие гантелеобразную форму, называют:

а) s-орбиталями;

б) p-орбиталями;

в) d-орбиталями;

г) f-орбиталями.

4. Максимальное число электронов на s-орбиталях:

а) 2; б) 6; в) 10; г) 14.

5. Укажите химический элемент, атомы которого имеют электронную формулу

1s²2s²2p⁶3s²3p⁵:

а) Mg; б) P; в) Cl; г) Si.

ОТВЕТЫ

Вариант 1

1 - б, 2 - б, 3 - а, 4 - б, 5 - в.

Вариант 2

1 - г, 2 - б, 3 - б, 4 - а, 5 - в.

Ответы к заданию учащиеся сдают учителю.

Проверка индивидуального задания у учащихся, работавших у доски.

Дополнительные вопросы:

Ш У каких элементов внешний электронный слой завершен? Незавершен?

Ш Сколько электронов не хватает до завершения внешнего электронного слоя?

3. Изучение нового материала

К s-элементам относятся две группы Периодической системы: IА и IIА.

В группу IА входят 8 элементов: литий, калий, натрий, рубидий, цезий, франций, водород, гелий. В группу IIА входят 6 элементов: бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий.

Общим является застраивание в их атомах электронами s-подуровня внешнего энергетического уровня. (Т.Е. говорим о "семействе элементов". ВСПОМИНАЕМ: "семейство элементов" определяется тем, какой подуровень заполняется электронами в последнюю очередь.)

Биологическая роль натрия, калия, кальция и магния

Вследствие очень легкой окисляемости щелочные металлы встречаются в природе исключительно в виде соединений.

По содержанию в организме человека натрий (0,08%) и калий (0,23%) относятся к макроэлементам, литий, рубидий и цезий - к микроэлементам.

Натрий и калий относятся к жизненно необходимым элементам, постоянно содержатся в организме, участвуют в обмене веществ.

Электронная формула внешней оболочки:

Натрий

Содержание натрия в организме человека массой 70 кг - около 60 г: 44% - во внеклеточной жидкости, 9% - во внутриклеточной. Остальное количество натрия находится в костной ткани - место депонирования иона Na⁺ в организме.

В организме человека натрий находится в виде его растворимых солей: хлорида, фосфата, гидрокарбоната.

Распределен по всему организму:

в сыворотке крови, в спинномозговой жидкости, в глазной жидкости, в пищеварительных соках, в желчи, в почках, в коже, в костной ткани, в легких, в мозге.

Натрий является основным внеклеточным ионом. Концентрация ионов Na⁺ внутри клетки примерно в 15 раз меньше, чем во внеклеточной жидкости.

Ионы натрия играют важную роль в обеспечении постоянства внутренней среды человеческого организма, участвуют в поддержании постоянного осмотического давления биожидкости (осмотического гомеостаза).

В виде противоионов в соединениях с фосфорной кислотой (Na₂HPO₄ + NaH₂PO₄) органическими кислотами натрий обеспечивает кислотно-основное равновесие организма.

Ионы натрия участвуют в регуляции водного обмена и влияют на работу ферментов.

Вместе с ионами калия, магния, кальция, хлора ионы натрия участвуют в передаче нервных импульсов. При изменении содержания натрия в организме происходят нарушения функций нервной, сердечно-сосудистой систем, гладких и скелетных мышц.

Натрия хлорид NaCl - основной источник соляной кислоты для желудочного сока.

Ионы натрия принимают участие в формировании разности потенциалов на мембране.

Препараты натрия, применяемые в медицине

Изотонический раствор - NaCl (0,9%) - для инъекций вводят подкожно, внутривенно и в клизмах при обезвоживании организма и при интоксикацях. Также применяют для промывания ран, глаз, слизистой оболочки глаза, также для растворения различных ЛП.

Гипертонические растворы - NaCl (3-5-10%) - применяют наружно в виде компрессов и примочек при лечении гнойных ран. По закону осмоса применение таких компрессов способствует отделению гноя из ран и плазмолизу бактерий (антимикробное действие).

2-5% р-р NaCl назначают внутрь для промывания желудка при отравлении AgNO₃.

Ag⁺_(р) + ClЇ_(р) > AgCl_(т)

Натрия гидрокарбонат NaHCO₃ используют при заболеваниях, сопровождающихся ацидозом.

Механизм

NaHCO₃ + RCOOH > H₂O + CO₂ + RCOONa

RCOONa натриевые соли органических кислот в значительной мере выводятся с мочой, CO₂ - покидает организм с выдыхаемым воздухом.

NaHCO₃ также используют при повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки.

NaHCO₃ + HCl > H₂O + NaCl + CO₂

Имеет ряд побочных эффектов.

NaHCO₃ применяют в виде полосканий, промывания при воспалительных заболеваниях глаз, слизистых оболочек верхних дыхательных путей. В результате гидролиза NaHCO₃ водный раствор имеет слабощелочные свойства. При воздействии щелочи на микробные клетки происходит их гибель.

NaHCO₃ + H₂O > NaOH + CO₂ + H₂O

Натрия сульфат Na₂SO₄*10H₂O - применяют в качестве слабительного средства. Соль медленно всасывается из кишечника, что приводит к поддержанию повышенного осмотического давления в полости кишечника. В результате осмоса происходит накопление воды в кишечнике, содержимое его разжижается, сокращения кишечника усиливаются и каловые массы быстрее выводятся.

Натрия тетраборат Na₂B₄O₇*10H₂O - применяется наружно как антисептическое средство для полосканий, спринцеваний, смазываний. Антисептическое действие аналогично NaHCO₃, связано со щелочной реакцией среды в результате гидролиза.

Na₂B₄O₇ + 7H₂O > 2NaOH + 4H₃BO₃

Радиоактивный изотоп ²⁴Na в качестве метки применяют для определения скорости кровотока, используют для лечения некоторых форм лейкемии.

Калий

Содержание калия в организме человека массой 70 кг - около 160 г.: 2% - во внеклеточной жидкости, 98% - во внутриклеточной.

В организме человека калий находится: в крови, в почках, в сердце, в костной ткани, в сердце,в мозге.

Калий является основным внутриклеточным ионом. Концентрация ионов К⁺ внутри клетки примерно в 35 раз больше, чем во внеклеточной жидкости. Ионы калия играют важную роль в физиологических процессах - сокращении мышц, нормальном функционировании сердца, проведении нервных импульсов, обменных реакциях. Являются важными активаторами внутриклеточных ферментов.

Магний

Формально относится к макроэлементам. Общее содержание в организме 0,027% (около 20 г). В наибольшей степени магний концентрируется в дентине и эмали зубов, костной ткани. Накапливается в поджелудочной железе, скелетных мышцах, почках, мозге, печени и сердце.

Является внутриклеточным катионом. Концентрация ионов Mg²⁺ внутри клеток примерно в 2,5-3 раза выше, чем во внеклеточной жидкости.

Во внутриклеточной жидкости АТФ и АДФ присутствуют, в основном, в виде комплексов MgАТФ ^2- и MgАДФ ^2-.

Во многих ферментативных реакциях активной формой АТФ является комплекс MgАТФ ^2-.

Препараты магния, применяемые в медицине

MgO магния оксид - применяют в качестве антацидного средства при повышенной кислотности желудочного сока.

MgO + HCl > H₂O + MgCl₂

MgCl₂ - обладает легким послябляющим эффектом.

MgO магния оксид (85%) и магния пероксид MgO₂ (15%) "магний перекись". Применяют при кишечных расстройствах.

MgSO₄*7H₂O магния сульфат (горькая соль) - в зависимости от дозы может обладать седативным, снотворным или наркотическим эффектом. Применяют и как слабительное.

В качестве адсорбирующего и обволакивающего средства применяют тальк силикатное производное

Mg²⁺ - 2 MgSiO₃* Mg(HSiO₃)₂.

Кальций

Относится к макроэлементам. Общее содержание в организме - 1,4%.

Содержится в каждой клетке человеческого организма. Основная масса - в костной и зубной тканях. В костях и зубах взрослого человека около 1 г кальция находится в виде нерастворимого кристаллического минерала ГИДРОКСИЛАПАТИТА - Ca₁₀(PO₄)₆(OH)_2. Ионы кальция принимают активное участие в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, регулировании работы сердечной мышцы, механизмах свертывания крови.

Препараты кальция, применяемые в медицине

Кальция хлорид CaCl₂ - при отравлении солями магния, также оксалат- и фторид- ионами. Применение препарата в первом случае основано на взаимозамещаемости ионов кальция и магния в организме, во втором - на образовании нетоксичных малорастворимых соединений.

Кальция карбонат CaCO₃ - обладает антацидным и адсорбирующим действием, назначают внутрь при повышенной кислотности желудочного сока.

Кальция сульфат CaSO₄*1/2H₂O - жженый гипс. Применяют для приготовления гипсовых повязок при переломах.

Токсичность бериллия и бария.

Водорастворимые соли бария очень ядовиты. При остром отравлении поражаются миокард, нервная система, сосуды. Обладает холинолитическим эффектом, вызывает гипокалиемию. При отравлении барийхлордва повышается проницаемость сосудов, приводя к кровоизлияниям и отёкам. Поражение нервной системы проявляется энцефалопатией, парезами, параличами. Барий вытесняет из костей кальций и фосфор, что ведёт к остеопорозу. Обладает слабым мутагенным действием.

Биологическая роль бериллия не выяснена. Все его соединения ядовиты. Особенно токсичны летучие соединения и пыль, содержащая бериллий и его соединения. Присутствие даже небольшого количества бериллия в окружающей среде приводит к заболеванию - бериллозу. Ионы бериллия вытесняют ионы кальция из костной ткани, вызывая её размягчение

Оценки за урок.

Домашнее задание: §5,6, стр.27-33.

Практическая работа №1

Задача 1. Марганец получают электролизом водного раствора сульфата марганца (II) с инертными электродами. Определите, какая масса марганца получена, если на аноде собран кислород объемом 16,8л (нормальные условия). Учтите, что выход кислорода количественный, а выход металла составляет 84% Решение. Составляем уравнение электролиза раствора сульфата марганца (II) с инертными электродами. В растворе соль диссоциирует на ионы:

MnSO4-MnІ+ + SO4ІЇ

Реакции на электродах:

катод (--) МnІ+ + 2еЇ = Мn 2

анод (+) 2Н2O--4еЇ = 4Н+ + О2 1

2MnІ+ + 2H2O ^{электролиз__}> 2Mn + 4H+ + O2

или

2MnSO4 + 2H2O ^{электролиз_} > 2Mn + 2H2SO4 + O2

Определяем количество вещества кислорода, полученного при электролизе:

n(O2)=V(O2)/Vm; n(O2)=16,8/22,4 моль=0,75 моль.

Из уравнения электролиза следует:

n(Мn)=n(O2)=2/1; n(Мn)=2n(О2) ; n(Mn)=2•0,75моль=1,5моль.

Масса марганца составляет:

m(Мn)=n(Мn) •М (Мn); m(Мn)=1,5•55 г=82,5 г.

Учитывая выход металла, находим массу реально полученного марганца:

mp(Mn)=m(Mn)•з(Mn)/100 ; mp(Mn)=82,5•84/100 г = 69,Зг.

Задача 2. Ванадий получают восстановлением оксида ванадия (V) металлическим кальцием. Какую массу металла можно получить при восстановлении концентрата массой 400г, массовая доля V2O5 в котором равна 85%? Какую массу технического кальция надо взять для восстановления технического кальция надо взять для восстановления, если технический кальций содержит примесь оксида кальция? Массовая доля СаО в техническом металле составляет 5%. Решение. Записываем уравнение реакции получения ванадия методом металлотермии:

V2O5+5Ca=2V+5СаО

Определяем массу V2O5 в концентрате:

m(V2O5)=mw(V2O5) ; m(V2O5)=400·0,85 г =340 г.

Рассчитываем количество вещества оксида ванадия (V):

n (V2O5)=m(V2O5)/M(V2O5) ; n(V2O5)=340/182 моль=1,87 моль

На основании уравнения реакции записываем:

n(V2O5)/n(V) = 1/2 ; n(V)=2n(V2O5); n(V)=2·1,87 моль=3,74 моль.

Определяем массу металла, который можно получить:



m(V)=n(V)·M(V); m(V)=3,74·51 г=190,7 г.

Из уравнения реакции следует, что

n(V2O5)/ n(Са)=1/5; n(Ca)=5n(V2O5); n(Ca)=5·1,87 моль=9,35 моль.

Масса кальция, который надо взять для восстановления, составляет:

m(Са)=n(Са)·М(Са); m(Са)=9,35·40 г=З74 г.

Технический кальций содержит примесь - оксид кальция. Определяем массовую долю кальция в техническом металле:

w(Са)=1?w(СаО); w(Са)=1?0,05=0,95.

Находим массу технического металла, необходимого для осуществления процесса:

m(техн. мет.)=m(Ca)/w(Ca); m(техн. мет.)=474·0,95 г=393,7 г.

Задача 3. Барий получают алюминотермическим восстановлением оксида бария. Какая масса бария будет получен при взаимодействии оксидного концентрата массой 600 г (массовая доля ВаО 91,8%) с техническим алюминием массой 100г (массовая доля алюминия 98,55%)? Решение. Записываем уравнение реакции взаимодействия оксида бария с алюминием:

ЗВаО+2А1=ЗВа+А1203

Определяем массу и количество вещества оксида бария, взятого для реакции:

m(ВаО)=m(концентрата) w(ВаО);

m(ВаО)=600 0,918 г=550,8 г;

n(ВаО)=m(ВаО)/M(ВаО); n(BaO)=550,8/153 моль=3б6 моль.

Находим массу алюминия, который взят для реакции, а его количество вещества:

m(А1)=m(техн. мет.)·w(AI);

m(А1)=100·0,9855 г=98,55 г;

n(AI)=m(AI)/M(AI); n(AI)=98,55/27 моль=3,65 моль.

Вычисляем, какое количество вещества алюминия n'(AI) потребуется для реакции с оксидом бария количеством вещества 3,6 моль. Из уравнения реакции следует:

n(ВаО)/n'(AI)=3/2;

n'(AI)=2/3 n(BaO);

n'(AI)=2·3,6/3 моль=2,4 моль.

Следовательно, алюминий взят для реакции в избытке,, Определяем количество вещества и массу полученного, бария. На основании уравнения реакции записываем:

n(Ва)=n(ВаО);

n(Ва)=3,6 моль;

m(Ва)=n(Ва)·M(Ва);

m(Ва)=3,6·137 г=493,2 г.



Задача 4. Какую массу гексагидрата хлорида калыция СаС12 6Н2O и воды надо взять для приготовления раствора объемом 150 мл с массовой долей хлорида кальция 16%, и плотностью 1,14 г/мл?

Решение. Определяем массу раствора, который необходимо приготовить:

m=Vр; m=150·1,14 г=171 г.

Находим массу СаСI2, которая необходима для приготовления раствора:

m(СаСI2)=mw(СаСI2); m(СаС12)= 171·0,16 г=27,36 г.

Количество вещества хлорида кальция составляет:

n(СаСI2)=m(CaCI2)/M(CaCI2); n(CaCI2)=27,36/111 моль=0,2465 моль

Из формулы гексагидрата хлорида кальция СаС12 6Н2O следует:

n(СаСI2·6Н2О)=n(СаСI2); n(СаС12 6Н2О)=0,2465 моль.

Следовательно, масса гексагидрата хлорида кальция, требуемого для приготовления раствора, составляет:

m(СаСI2 6Н2O)=n(СаСI2 6Н2О) M(СаСI2 6H2O);

m(СаСI2 6Н2O)=0,2465·219 г= 54,0 г.

Определяем необходимую массу воды:

m(СаСI2 6Н2О)=m?m(CaCI2 6H2O); m(Н2О)=(171--54) г=117 г.

Задача 5. Имеется смесь порошков железа, алюминия и меди массой 16 г. На половину смеси подействовали избытком концентрированного раствора гидроксида калия, получив газ объемом 3,36 л. К другой половине смеси добавили избыток раствора соляной кислоты. При этом выделился газ объемом 4,48 л. Определите массовые доли металлов в смеси. Объемы газов приведены к нормальным условиям.

Решение. С раствором гидроксида калия взаимодействует только один компонент смеси -- алюминий:

2AI+ 2КОН + 10Н2O= 2К[А1(ОН)4(H2O)2] + 3Н2v (а)

Определяем количество вещества водорода, который выделился в данной реакции:

na(H2)/ Vm; na(H2)=3,36/22,4 моль=0,15 моль

Из уравнения реакции (а) следует:

n(AI)/na(H2)=2/3; n(AI)2/3 na(H2); n(AI)=2·0,15/3 моль = 0,1 моль.

Масса алюминия в половине исходного образца массой 8 г составляет:

m(AI) = n(А1)· М(АI); m(АI) = 0,1·27 г = 2,7 г.

С раствором соляной кислоты взаимодействуют алюминий и железо:

2А1 + 6НСI = 2AIС13 + 3Н2^ (б) Fе + 2HСI = FeCI2 + Н2^ (в)

Из уравнения (б) следует:

n(AI)/nб(H2)=2/3; nб(H2)=3/2 n(AI); nб(H2)=3/2 · 0,1 моль=0б15 моль.

Объем этого водорода равен:

Vб(Н2)=nб(Н2) Vm;

Vб(Н2)= 0,15·22,4 л= 3,36 л.

Объем водорода, выделившийся в реакции (в), составляет:

Vв(Н2) =V(H2)? Vб(Н2);

V(Н2) = (4,48 -- 3,36) л = 1,12 л,

где V(Н2) -- объем водорода, выделившийся при действии соляной кислоты на смесь металлов массой 8 г, т.е. объем водорода, выделившийся в реакциях (б) и (в). Рассчитываем количество вещества водорода, образовавшегося при взаимодействии железа с соляной кислотой:

nв(H2)=Vв(H2)/Vm; nв(H2)=1,12/22,4 моль=0,05 моль

На основании уравнения (в) запишем:

n(Fe)=nв(H2); n(Fe)=0,05 моль.

Масса железа в половине исходного образца смеси составляет:

m(Fe)=n(Fe) M(Fe); m(Fe)= 0,05•56 г = 2,8 г.

Определяем массу меди в половине исходного образца смеси металлов:

m(Сu) = m(смеси) -- m(АI) -- m(Fе);

m(Сu) = (8 -- 2,7 -- 2,8) г = 2,5 г.



Определяем массовые доли металлов в смеси:

w(АI) = m(AI)/m(смеси);

w(AI)=2,7/8=0,3375, или 33,75%;

w(Fe)=m(Fe)/m(смеси);

w(Fe)=2,8/8= 0,35, или 35%;

w(Сu) = m(Сu)/m(смеси); w(Сu) =2,5/8 = 0,3125, или 31,25%.

Размещено на Allbest.ru