Uppgifter om blandningar och legeringar på Kemi-Examen (EGE)

Uppgifter om blandningar och legeringar i Kemi-EK-examen
Författare: Professionell privatlärare O. V. Ovtsjinnikova.
Uppgifter om blandningar och legeringar är en mycket vanlig uppgiftstyp i Kemi-EK-examen. De kräver en tydlig förståelse för vilka ämnen som deltar i den föreslagna reaktionen och vilka som inte gör det.
En blandning diskuteras när vi har mer än ett ämne (komponenter) som "hälls" i en behållare. Dessa ämnen ska inte reagera med varandra.

Typiska missförstånd och misstag vid lösning av uppgifter om blandningar.
Försök att skriva båda ämnena i en reaktion. Här är ett vanligt misstag: "Blandning av kalciumoxid och bariumsoxid löstes i saltsyra ..." Många studenter skriver reaktionsformeln så här:

Detta är ett misstag. I denna blandning kan det finnas vilken mängd som helst av varje oxid! Och i den givna reaktionen antas att de har lika mycket.
Antagandet att deras molära förhållande motsvarar koefficienterna i reaktionsformlerna. Till exempel:

Zinkets mängd tas som , medan aluminiumets mängd tas som (enligt koefficienten i reaktionsformeln). Detta är också fel. Dessa mängder kan vara vilka som helst och de är inte relaterade till varandra på något sätt.
Försök att hitta "mängden blandningens ämne" genom att dela dess massa med summan av de molära massorna för komponenterna. Denna åtgärd har egentligen inget syfte. Varje molär massa kan endast relatera till ett enskilt ämne.

I sådana uppgifter används ofta reaktionen mellan metaller och syror. För att lösa sådana uppgifter måste man noggrant veta vilka metaller som reagerar med vilka syror och vilka som inte gör det.

Nödvändiga teoretiska kunskaper.
Sätt att uttrycka blandningens sammansättning.
Viktfraktion av en komponent i blandningen - förhållandet mellan komponentens massa och den totala massan av blandningen. Viktfraktionen uttrycks vanligtvis i %, men det är inte nödvändigt.

där - "omega", viktfraktionen av komponenten i blandningen, - komponentens massa, - blandningens massa
Molfraktion av en komponent i blandningen - förhållandet mellan antalet mol (ämnets mängd) av komponenten och det totala antalet mol av alla ämnen i blandningen. Till exempel, om blandningen innehåller ämnena , och , så:

där - "chi", molfraktionen av komponenten i blandningen, - antal mol (ämnets mängd) av komponent A
Molärt förhållande för komponenter. Ibland anges molärt förhållande för komponenterna i blandningar i uppgifterna. Till exempel:

Volymfraktion av en komponent i blandningen (endast för gaser) - förhållandet mellan volymen av ämnet A och den totala volymen av hela gasblandningen.

där - "phi", volymfraktionen av komponenten i blandningen, - volymen av ämnet A, - total volym av hela gasblandningen

Elektrokemisk spänningsserie för metaller.
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

Metallers reaktioner med syror.
Med mineraliska syror, inklusive alla lösliga syror (utom salpetersyra och koncentrerad svavelsyra, som reagerar på ett särskilt sätt med metaller), reagerar endast de metaller som i den elektrokemiska spänningsserien finns till vänster om (före) väte.
Metaller med flera oxidationstillstånd (järn, krom, mangan, kobolt) uppvisar den lägsta möjliga oxidationstillståndet - vanligtvis .

Metallreaktioner med salpetersyra leder till bildandet av kväve reduktionsprodukter istället för väte, och med koncentrerad svavelsyra bildas reduktionsprodukter av svavel. Eftersom en blandning av reduktionsprodukter bildas, finns det ofta ett direkt omnämnande av ett specifikt ämne i uppgiften.

Reduceringsprodukter av salpetersyra.
Ju mer aktiv metallen är och ju lägre koncentration syran har, desto längre reduceras kvävet.

Icke-aktiva metaller (till höger om järn) + koncentrerad syra
Icke-metaller + koncentrerad syra
Icke-aktiva metaller (till höger om järn) + utspädd syra
Aktiva metaller (alkaliska, alkaliska jordmetaller, zink) + koncentrerad syra
Aktiva metaller (alkaliska, alkaliska jordmetaller, zink) + syra med måttlig utspädning
Aktiva metaller (alkaliska, alkaliska jordmetaller, zink) + mycket utspädd syra
Passivering: reagerar inte med kall koncentrerad salpetersyra:

Reagerar inte med salpetersyra vid någon koncentration:

Reduceringsprodukter av svavelsyra.

Icke-aktiva metaller (till höger om järn) + koncentrerad syra
Icke-metaller + koncentrerad syra
Alkaliska jordmetaller + koncentrerad syra
Alkaliska metaller och zink + koncentrerad syra.
Utspädd svavelsyra beter sig som en vanlig mineralisk syra (t.ex. saltsyra)
Passivering: reagerar inte med kall koncentrerad svavelsyra:

Reagerar inte med svavelsyra vid någon koncentration:

Metallers reaktioner med vatten och hydroxider.
I vatten vid rumstemperatur löses endast metaller som motsvarar lösliga baser (alkaliska hydroxider). Det är alkaliska metaller (), samt metaller i grupp IIA: . Detta leder till bildandet av en hydroxid och väte. Vid kokning i vatten kan också magnesium lösas.

I hydroxider kan endast amfotera metaller lösas: aluminium, zink och tenn. Detta leder till bildandet av hydroxokomplex och väte frigörs.

Varning! Många fel i lösningen av Kemi-EK-uppgifter beror på att elever inte behärskar matematiken. Speciellt för er - material om hur man löser uppgifter om procent, legeringar och blandningar.

Exempel på lösningar av uppgifter.
Vi överväger tre exempel på uppgifter där metallblandningar reagerar med saltsyra:
Exempel 1. Vid behandling av en blandning av koppar och järn med en massa av 20 g med ett överskott av saltsyra frigjordes 5,6 liter gas (STP). Bestäm viktfraktionerna av metallerna i blandningen.
I första exemplet reagerar inte koppar med saltsyra, det vill säga väte frigörs vid reaktionen mellan syra och järn. Därför, med kännedom om volymen av väte, kan vi omedelbart hitta mängden och massan av järn. Och därmed de viktfraktioner som metallerna har i blandningen.

Lösning av exempel 1.
Vi finner mängden väte: mol.
Enligt reaktionsformeln:

Mängden järn är också 0,25 mol. Man kan finna dess massa:
g.
Nu kan vi beräkna viktfraktionerna av metallerna i blandningen:
Svar: järn, koppar.

Exempel 2. Vid behandling av en blandning av aluminium och järn med en massa på 11 g och ett överskott av saltsyra frigjordes 8,96 liter gas (STP). Bestäm viktfraktionerna av metallerna i blandningen.

Lösning av exempel 2.
Vi finner mängden väte: mol.
Låt mängden aluminium vara mol och järn mol. Då kan vi uttrycka den frigjorda vätevolymen genom och:

– molärt förhållande

Vi vet att den totala mängden väte är: mol. Detta ger oss (detta är den första ekvationen i systemet).
För metallblandningen måste vi uttrycka massorna genom ämnenas mängder. Detta ger:
aluminiumets massa
järnets massa
och den totala blandningens massa
(detta är den andra ekvationen i systemet).

Så, vi har ett system av två ekvationer: Lösning av