Úlohy na směsi a slitiny na maturitní zkoušce z chemie

Úkoly na směsi a slitiny v chemii pro maturitu
Autor článku – profesionální lektorka O. V. Ovčinniková.
Úkoly na směsi a slitiny jsou velmi častým typem úkolů v chemii pro maturitu. Vyžadují jasné představy o tom, které látky se účastní navrhované reakce, a které ne.
O směsi mluvíme tehdy, když máme nikoli jednu, ale několik látek (komponent), „smíchaných“ v jedné nádobě. Tyto látky by neměly reagovat mezi sebou.

Typické omyly a chyby při řešení úkolů na směsi.
Pokud se pokusíte napsat obě látky do jedné reakce. Zde je jeden z běžných omylů: „Směs oxidů vápníku a bariu jsme rozpustili v kyselině chlorovodíkové...“ Mnozí maturanti píší rovnici reakce takto:

To je chyba. V této směsi mohou být libovolná množství každého oxidu! A v uvedené rovnici se předpokládá, že je jich stejné množství.
Předpoklad, že jejich molární poměr odpovídá koeficientům v rovnici reakce. Například:
Množství zinku se bere jako (v souladu s koeficientem v rovnici reakce), a množství hliníku jako (v souladu s koeficientem). To je také nesprávně. Tato množství mohou být libovolná a nejsou mezi sebou nijak propojena.
Pokusy zjistit „množství látky směsi“ dělením její hmotnosti součtem molárních hmot komponent. Tento postup vůbec nedává smysl. Každá molární hmotnost se vztahuje pouze na jednu látku.

V těchto úkolech se často používá reakce kovů s kyselinami. Pro jejich řešení musíte přesně vědět, které kovy s jakými kyselinami reagují, a které ne.

Nezbytné teoretické znalosti.
Způsoby vyjádření složení směsí.
Hmotnostní zlomek komponenty ve směsi – poměr hmotnosti komponenty k hmotnosti celé směsi. Obvykle je hmotnostní zlomek vyjádřen v %, ale není to nutné.

kde – „omega“, hmotnostní zlomek komponenty ve směsi, – hmotnost komponenty, – hmotnost směsi
Molární zlomek komponenty ve směsi – poměr počtu molů (množství látky) komponenty k celkovému počtu molů všech látek ve směsi. Například, pokud ve směsi jsou látky, a , pak:
kde – „chi“, molární zlomek komponenty ve směsi, – počet molů (množství látky) komponenty A
Molární poměr komponent. Někdy je ve úkolech pro směs uveden molární poměr jejích složek. Například:

Objemový zlomek komponenty ve směsi (pouze pro plyny) – poměr objemu látky A k celkovému objemu celé plynné směsi.
kde – „fi“, objemový zlomek komponenty ve směsi, – objem látky A, – celkový objem celé plynné směsi

Elektrochemický řád napětí kovů.
Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pd Pt Au

Reakce kovů s kyselinami.
S minerálními kyselinami, kam patří všechny rozpustné kyseliny (kromě kyseliny dusičné a koncentrované kyseliny sírové, jejichž reakce s kovy probíhá zvláštním způsobem), reagují pouze kovy, které se nacházejí v elektrochemickém řádu napětí vlevo od (před) vodíku.
Kovy, které mají několik oxidačních čísel (železo, chrom, mangan, kobalt), vykazují minimální možnou oxidační hodnotu – obvykle je to .
Reakce kovů s kyselinou dusičnou vede k tvorbě produktů redukce dusíku místo vodíku, a s koncentrovanou kyselinou sírovou – k uvolnění produktů redukce síry. Protože skutečně vzniká směs produktů redukce, často je v úkolu přímé uvedení konkrétní látky.

Produkty redukce kyseliny dusičné.
Čím aktivnější je kov a čím nižší je koncentrace kyseliny, tím dále je dusík redukován.

Neaktivní kovy (vpravo od železa) + konc. kyselina
Nemetaly + konc. kyselina
Neaktivní kovy (vpravo od železa) + zředěná kyselina
Aktivní kovy (alkalické, alkalicko-zemní, zinek) + konc. kyselina
Aktivní kovy (alkalické, alkalicko-zemní, zinek) + kyselina střední zředění
Aktivní kovy (alkalické, alkalicko-zemní, zinek) + velmi zředěná kyselina
Pasivace: s chladnou koncentrovanou kyselinou dusičnou nereagují:

Nereagují s kyselinou dusičnou při jakékoliv koncentraci:

Produkty redukce kyseliny sírové.

Neaktivní kovy (vpravo od železa) + konc. kyselina
Nemetaly + konc. kyselina
Alkalicko-zemní kovy + konc. kyselina
Alkalické kovy a zinek + koncentrovaná kyselina.
Zředěná kyselina sírová se chová jako běžná minerální kyselina (například kyselina chlorovodíková)

Pasivace: s chladnou koncentrovanou kyselinou sírovou nereagují:

Nereagují s kyselinou sírovou při jakékoliv koncentraci:

Reakce kovů s vodou a s louhy.
Ve vodě při pokojové teplotě se rozpouštějí pouze kovy, kterým odpovídají rozpustné hydroxidy (louhy). Jsou to alkalické kovy (), stejně tak kovy skupiny IIA: . V tomto případě vzniká louh a vodík. Při varu ve vodě lze také rozpustit hořčík.
V louzích se mohou rozpustit pouze amfoterní kovy: hliník, zinek a cín. V tomto případě vznikají hydroxykomplexy a uvolňuje se vodík.

Pozor! Mnohé chyby při řešení úkolů maturitní chemie souvisejí s tím, že studenti špatně ovládají matematiku. Specialně pro vás – materiál o tom, jak řešit úkoly na procenta, slitiny a směsi.

Příklady řešení úkolů.
Podívejme se na tři příklady úkolů, kde směsi kovů reagují s kyselinou chlorovodíkovou:

Příklad 1. Při působení na směs mědi a železa o hmotnosti 20 g s přebytkem kyseliny chlorovodíkové se uvolnilo 5,6 l plynu (standardní podmínky). Určete hmotnostní zlomky kovů ve směsi.
V prvním příkladu měď nereaguje s kyselinou chlorovodíkovou, takže vodík se uvolňuje pouze při reakci kyseliny s železem. Takže, známe-li objem vodíku, můžeme okamžitě zjistit množství a hmotnost železa. A tím pádem i hmotnostní zlomky látek ve směsi.

Řešení příkladu 1.
Zjistíme množství vodíku: mol.
Podle rovnice reakce:

Množství železa je také 0,25 mol. Můžeme zjistit jeho hmotnost:
g.
Nyní můžeme spočítat hmotnostní zlomky kovů ve směsi:
Odpověď: železa, mědi.