Неорганическая химия. Раздел : химия металлов

АННОТАЦИЯ 

В пособии приводятся варианты типичных экзаменационных 
заданий, предлагаемых студентам 1-го курса разных факультетов 
МИСиС на экзамене по неорганической химии в весеннюю сессию. 
Для студентов каждого факультета рассмотрены два варианта 
заданий: первый – с решениями, и второй – с ответами. Цель авторов 
пособия – помочь студентам лучше подготовиться к экзамену. 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический 
университет) (МИСиС) 2000 

КУРДЮМОВ Георгий Михайлович 
ТЕР-АКОПЯН Марина Норайровна  
ЮЩЕНКО Анатолий Сергеевич  
СОКОЛОВА Юлия Васильевна 
ПОПОВИЧ Анатолий Сергеевич 
ТИТОВ Лев Георгиевич 
БОЛОТИНА Ольга Алексеевна 

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 

Раздел: Химия металлов 

Сборник экзаменационных задач 
для студентов 1 курса всех специальностей 

Рецензент проф. Москвитин В.И.  

Объем   50  стр.  
Тираж  1051  экз. 

Заказ 
Цена “С” 
Регистрационный   № 370 

Московский государственный институт стали и сплавов, 
117936 Москва, Ленинский пр-т, 4 
Типография МИСиС, ул. Орджоникидзе, 8/9 

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение…………………………………………...… 4 
1. Группы М1 – М6, К4….......................................... 6 
2. Группы Ц1 – Ц5, С1 – С4, К5 ……...................... 13 
3. Группы Т1 – Т3 ………………............................. 20 
4. Группы Ф1 – Ф5.................................................... 27 
5. Группы П1 – П4, К13 – К15…..……………….... 34 
6. Группы Э1 – Э3, К6….......................................... 42 

3 

ВВЕДЕНИЕ 

Верхов нахватаетесь и думаете, что можете быть студентами; нет, господа, надо основательно изучать предмет. 

         Л.Н. Толстой. Юность 

Студентам  – правда, не всем, но большинству – палец в рот не клади. 

         Дж. Бокаччо. Декамерон 

Уважаемые студенты! 

В настоящем пособии приведены примеры заданий для экзамена по химии, проводимого во втором семестре. Все экзаменационные задания полностью адекватны прочитанному курсу лекций. Для 
каждого факультета представлен один вариант экзаменационного задания, содержащий решения и ответы, и второй – только ответы. 

Экзамен по химии проводится либо в письменной форме, либо 
в форме компьютерного экзамена. Во время экзамена разрешается 
пользоваться конспектом лекций, включающим раздаточный материал. Необходимые справочные данные – периодическая система элементов, таблица стандартных электродных потенциалов окислительно-восстановительных систем, константы нестойкости комплексов – 
будут предоставлены в ваше распоряжение экзаменатором. 

Основным условием допуска к экзамену является выполнение 
и защита семестровых лабораторных работ. Студенты, имеющие задолженность по выделенным контрольным работам (ВКР), допускаются к экзамену, но для получения положительной оценки на экзамене они должны показать более высокий результат по сравнению со 
студентами, не имеющими такой задолженности. 

Автоматически экзаменационную оценку "отлично" получают 
студенты, имеющие все три модульные оценки "5", а также студенты, 
принимавшие участие в олимпиаде по химии и занявшие на ней призовое место. 

Право на досрочную сдачу экзамена получают студенты, 
имеющие модульные оценки не ниже "4", а также студенты, успешно 
справившееся с заданиями компьютерных занятий по разделу "Химия 
металлов" (при наличии у них допуска к экзамену). 

Для подготовки к экзамену в весеннюю сессию рекомендуют
4 

Введение 

ся задачи из предлагаемого пособия, а также уже известная вам литература: 
– Коржуков Н.Г., Стаханова С.В. Неорганическая химия. Сборник 
задач для самостоятельного решения. /Под ред. Курдюмова Г.М.. – 
М.: МИСиС, 1998; 

– Коржуков Н.Г., Лобанова В.Г., Чернова О.П. Неорганическая химия. Р. Химия металлов. Учебное пособие для практических занятий. /Под ред. Курдюмова Г.М, – М.: МИСиС, 1997. 

Желаем успешной сдачи экзамена!  

Авторы пособия 

 
5

1. ГРУППЫ М1 – М6, К4 

Вариант 1 

Задача 1. Какой концентрации должен быть раствор сульфата кадмия, чтобы потенциал кадмиевого электрода, опущенного в 
этот раствор, стал равным стандартному электродному потенциалу железа? 

Решение 

В соответствии с таблицей, 
= –0,40 В, 
= 

= –0,44 В. Чтобы значение 
 приняло величину –0,44 В, 

кадмиевый электрод должен быть опущен в раствор с концентрацией 
ионов кадмия, отличной от 1 моль/л. Определим эту концентрацию, 
используя уравнение Нернста: 

ϕCd
Cd
2+/
o
ϕFe
Fe
2+/
o

ϕCd
Cd
2+/

[
]
ϕ
ϕ
Cd
Cd
Cd
/Cd
2
Cd
2
0 06
2
+
+
=
+
+
/
,
lg
o
z

 –0,44 = –0,40 + 
[
]
0 06
2
2
,
lg Cd +     и    
 моль/л. 
[
]
Cd2
10 1
+ =
− ,33

Приняв степень диссоциации сульфата кадмия, равной 1, получим, 
что молярная концентрация этой соли так же, как и концентрация ионов кадмия, равна 10–1,33 моль/л (0,048 моль/л). 

Задача 2. Какое значение имеет угол связи в анионе тетрахлороаурата (III)? 

Решение 
Зная особенности химии золота, отметим, что для золота (III) характерно образование квадратных комплексов с dsp2-типом гибридизации орбиталей комплексообразователя. Электронная формула золота 
[Xe]4f145d106s1, энергетическая диаграмма Au (III) в роли комплексообразователя: 

6 

1. ГРУППЫ М1 – М6, К4 

5d 
6s 
6p 

7

Геометрическая конфигурация: 

Проведем линии связи. Угол составит 90°. 

Задача 3. Вычислите концентрацию ионов серебра в 0,1 М растворе 
хлорида диамминсеребра (I), если Kнест = 4 ⋅ 10–8. 

Решение 
Хлорид диамминсеребра (I) диссоциирует  

 
[Ag(NH3)2]Cl = [Ag(NH3)2]+ + Cl

–

по типу сильного электролита, α = 1. Следовательно, молярную концентрацию комплексных ионов [Ag(NH3)2]+ можно принять равной 
0,1 моль/л. 

Вторичная диссоциация идет в соответствии с уравнением:  

 
[Ag(NH3)2]+         Ag+ + 2NH3,  

и характеризуется 

[
] [
]

[
]

Kнест
3
Ag
NH

Ag NH
=
⋅

⎡
⎣⎢
⎤
⎦⎥

+

+

2

3 2
(
)

 = 4 ⋅ 10–8. 

Поскольку [Ag+] – неизвестна, примем [Ag+] = х, тогда [NH3] = 
2х. 
Уравнение для константы нестойкости принимает вид:  

Cl–
Cl–

90° 

Au(III) 

Cl–
Cl–

Неорганическая химия. Р: Химия металлов 

 
4⋅10–8 = x
x
⋅ 4
0 1

2

,

или х3 = 10–9, отсюда х = 10–3. 

Итак, концентрация ионов серебра 0,001 моль/л. 

Задача 4. Рассчитайте значение ЭДС гальванического элемента 
Fe⏐Fe2+⏐Sn2+⏐Sn при стандартных условиях. Какой 
электрохимический процесс происходит на электродах 
элемента? Каково значение эквивалента восстановителя?  

Решение 
Электродные потенциалы металлов: 

 
. 
ϕ
ϕ
Fe
Fe
Sn
Sn
В
В
2
2
0 44
0 14
+
+
= −
= −
/
/
,
,
,
o
o

Вычислим ЭДС: 

 
. 
ε
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
o
o
o
o
o
=
−
=
−
= −
+
+
ок
вос
Sn
Sn
Fe
Fe
2
2
/
/
0,30  B

Таким образом, ион Sn2+ будет играть роль окислителя, а железо восстановителя, и электрохимический процесс описывается уравнением: 

 
Sn+2 + Fe = Sn + Fe+2. 

Эквивалент восстановителя рассчитаем по формуле: 

Э
Mr
вос
нисло  отданных  электронов
вос)
=
=
(
56
2

 = 28. 

Задача 5. При анализе образца стали, 125 мл 0,02 М раствора перманганата калия взаимодействуют с 50 мл раствора сульфата железа (II) в присутствии серной кислоты. Какая масса сульфата железа (II) содержится в 1 л анализируемого 
раствора?  

8 

1. ГРУППЫ М1 – М6, К4 

Решение 
Перманганат калия взаимодействует с сульфатом железа (II) и серной 
кислотой с образованием сульфатов марганца (II) и железа (III). Полуреакции, соответствующие этим превращениям: 

 
 
MnO4

– + 8H+ + 5e  = Mn2+ + 4H2O, 

 
 
Fe2– – e  = Fe3+. 

Проведём решение данной задачи на основе закона эквивалентов. Эквиваленты окислителя и восстановителя: 

Э
Э
KMnO
KMnO
FeSO
FeSO
4
4
4
=
=
M
M
/ ;
/
5
1
4
. 

Отсюда находим, что численные значения молярной и нормальной 
концентраций для растворов перманганата калия и сульфата железа 
(II) связаны формулами: 

N
c
N
c
KMnO
KMnO
FeSO
FeSO
4
4
4
4
5
1
=
⋅
=
⋅
;
. 

Нормальность раствора перманганата калия 5⋅0,02 = 0,1 г-экв/л. 
Нормальность раствора сульфата железа (II) найдём из формулы, вытекающей из закона эквивалентов: 

N
V
N
V
FeSO
FeSO
KMnO
KMnO
4
4
4
4
⋅
=
⋅
, 

 
. 
N
N
FeSO
мл
г экв/л
мл
FeSO
г экв
4
4
50
0,1
125
0,25
⋅
=
−
⋅
=
−
,

Молярная концентрация раствора FeSO4 равна 0,25 моль/л, тогда 
масса FeSO4 в одном литре раствора: 

m
M
FeSO
моль
FeSO
моль 152  г/моль
4
4
0,25
0,25
=
⋅
=
⋅
= 38  г . 

Задача 6. Составьте уравнение реакции между хлоридом хрома (III), 
хлором и раствором едкого натра, используя метод полуреакций. Укажите коэффициент перед формулой окислителя. 

Решение 
В щелочной среде при окислении хрома (III) образуются хроматионы, и, таким образом, уравнения полуреакций имеют вид: 

9

Неорганическая химия. Р: Химия металлов 

 
Cr3+ + 8OH– – 3e  = CrO4

2– + 4H2O    2 

 
Cl2 + 2e  = 2Cl–                                  3 

После суммирования полуреакций получаем уравнение в сокращённой ионной форме: 

 
2Cr3+ + 16OH– + 3Cl2 = 2CrO4

2– + 6Cl– + 8H2O. 

Уравнение реакции в молекулярной форме: 

 2CrCl3 + 16NaOH + 3Cl2 = 2Na2CrO4 + 6NaCl + 8H2O. 

Коэффициент перед формулой окислителя, которым здесь является 
хлор, равен 3. 

Задача 7. Укажите значение эквивалента в ионно-обменных процессах для декаванадиевой кислоты. 

Решение 
Эквивалент кислоты определим по формуле: 

Э
Mr
кислоты
кислоты)

основность кислоты
=
(
. 

Декаванадиевая кислота имеет формулу H6V10O28, откуда значение 
эквивалента ее равно 964/6 = 160,7. 

Задача 8. Напишите уравнение реакции диоксида титана с едким натром при спекании. Укажите массу диоксида титана, реагирующего с одним моль едкого натра. 

Решение 
Составляем уравнение реакции: 

 
TiO2 + 2NaOH = Na2TiO3 + H2O. 

Один моль едкого натра реагирует с 1

2

 моль TiO2. Отсюда масса 

TiO2 равна  

m
M
TiO
TiO
2
2
2
80
2
=
=
= 40  г. 

10 

1. ГРУППЫ М1 – М6, К4 

Вариант 2 

Задача 1. Определите направление протекания реакции: 

 
SnCl4 + FeCl2         SnCl2 + FeCl3

в стандартных условиях. Составьте уравнение протекающей реакции, 
укажите значение её ЭДС и вычислите эквивалент восстановителя. 

Ответ: SnCl2 + 2FeCl3 = SnCl4 + 2FeCl2; 0,62 В; 95. 

Задача 2. Рассчитайте сумму спиновых квантовых чисел 
электронов комплексообразователя в анионе гексагидроксохромата (III). 

Ответ:  1 1

2

. 

Задача 3. Каково значение эквивалента окислителя в реакции 
цинка с водным раствором аммиака в присутствии кислорода? 

Ответ: 8. 

Задача 4. Составьте сокращенное ионное уравнение реакции 
водных растворов нитрата железа (III) и карбоната натрия. Укажите 
коэффициент при газообразном продукте реакции. 

Ответ: 2Fe3+ + 3CO3

2– + H2O = 2FeOOH + 3CO2; 3. 

Задача 5. Определите минимальную массу хлората калия, необходимую для превращения 174 г диоксида марганца в манганат калия. 

Ответ: 81,7 г. 

Задача 6. Вычислите массу дихромата калия, содержащуюся в 
1 л его 0,01 н. раствора, приготовленного для проведения реакции с 
сульфатом железа (II) и серной кислотой. 

Ответ: 0,49 г. 

11