Химия металлов : типовые экзаменационные билеты по неорганической химии

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

№ 611 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ 

Технологический университет 

МИСиС 

Кафедра общей и неорганической химии 

Химия металлов 

Типовые экзаменационные билеты 
по неорганической химии 

Под редакцией профессора В.И. 
Деляна 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом института 

Москва Издательство ´УЧЕБАª 2006 

УДК 546.3 
Х46 

Рецензент 
д-р техн. наук, проф. И.В. Николаев 

А в т о р ы : 
М.Н. Тер-Акопян, Ю.В. Соколова, С.Ю. Богословский, 
О.А. Болотина, А.С. Попович, Л.Г. Титов, Г.М. Курдюмов 

Химия металлов: Типовые экзаменационные билеты по 
Х46 неорганической химии / Под ред. проф. В.И. Деляна. – М.: 
МИСиС, 2006. – 54 с. 

Сборник задач предназначен для подготовки к экзамену после завершения второго семестра по курсу «Неорганическая химия». Представлены типовые экзаменационные билеты для студентов 1-го курса разных факультетов. В первом билете для каждого из факультетов приводятся задачи с решениями, во втором – только с ответами. 

Цель авторов – помочь студентам лучше подготовиться к сдаче экзамена. 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов (технологический 
университет) (МИСиС), 2006 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие 
4 

1. Факультет металлургических технологий, ресурсосбережения 
и экологии 
5 

2. Физико-химический факультет 
13 

3. Энерго-экологический факультет 
21 

4. Технологический факультет 
28 

5. Вечерний факультет 
36 

6. Факультет цветных и драгоценных металлов и факультет 
полупроводниковых материалов и приборов 
44 

Библиографический список 
53 

3 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

В сборнике задач приведены типовые билеты экзамена по химии, 
проводимого после завершения второго семестра. Для студентов каждого факультета представлено два билета: первый – содержащий 
решения и ответы, второй – содержащий только ответы. 

В разделах 1–5 приводятся задачи для письменного экзамена, в 
разделе 6 – для компьютерного. 

Рекомендуется проработать весь представленный материал, а не только билеты для вашего факультета. Отметим, что необходимые значения 
стандартных электродных потенциалов приведены в приложении [1]. 

При подготовке к экзамену целесообразно обратить особое внимание на учебную литературу, содержащую задачи с решениями. 
Такие задачи включены и в ваш основной учебник [2], и в задачник 
[3]. Учебное пособие [4] посвящено разбору задач компьютерного 
курса «Химия металлов». Сборник задач [5] содержит решения ранее 
предлагавшихся экзаменационных билетов. Хорошо подготовленные 
студенты, претендующие на отличную оценку, могут обратиться к 
решению олимпиадных задач [6]. 

Экзамен по химии проводится либо в письменной форме, либо в 
форме компьютерного экзамена. Во время экзамена разрешается пользоваться конспектом лекций, включающим раздаточный материал, при 
этом полезно иметь с собой лекции не только второго, но и первого 
семестра. 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 таких студентов устанавливается более высокий уровень, отделяющий оценку «три» от 
неудовлетворительной оценки. 

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

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

4 

1. ФАКУЛЬТЕТ 
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ 

ТЕХНОЛОГИЙ, 
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ 

И ЭКОЛОГИИ 

Билет 1 

Задача 1 
Используя табличные данные, в ряду металлов: серебро, кадмий, 
марганец, свинец - выберите такие, которые невозможно растворить 
в 1М растворе нитрата никеля (II). 

Решение 
Окисление металла ионами никеля по реакции M + Ni2+ -^ MZ+ + Ni 
возможно, если выполняется условие, что потенциал восстановителя, 
т. е. потенциал перехода металла в окисленную форму, ниже потенциала окислителя, в данном случае потенциала ф° Ni 2.Ni . Выпишем из 

приложения [1] значения потенциалов 9° M Z.M для всех указанных 

металлов и расположим их в ряд в порядке возрастания: 

Mn2^Mn 
Cd2^/Cd 
Ni2^/Ni 
Pb2^/Pb 
Ag^/Ag 
ф , B 
-1,18 
-0,4 
-0,25 
-0,13 
0,8 

Условие 9° M Z.M <9° Ni.Ni выполняется для марганца и кадмия, 

соответственно, эти металлы будут растворяться в растворе нитрата 
никеля, а свинец и серебро - нет. 

Задача 2 

Определите предельное значение изотонического коэффициента 
Вант-Гоффа в растворе железоаммонийных квасцов. 

Решение 
Квасцами называют твердые растворимые в воде вещества состава 
MIMIII(SO4)2-12H2O, где MI - K, Na, NH4+ и др., а MIII - Al, Cr, Fe и др. 
Квасцы - сильные электролиты, диссоциируют по типу двойных солей. Так, железоаммонийные квасцы диссоциируют по уравнению 

NH4 Fe (SO4)2-12H2O -^ NH4 + Fe3 + 2SO42 + 12H2O. 

5 

Напомним, что изотонический коэффициент Вант-Гоффа z отражает увеличение числа частиц растворённого вещества по сравнению 
с исходным числом молекул. Максимальное значение / достигается 
при степени диссоциации 100 % и равно числу ионов, образующихся 
при диссоциации одной молекулы вещества. В данном случае при 
диссоциации образуется один ион аммония, один ион железа и два 
сульфат-иона, т.е. z = 4. 

Задача 3 

Энтальпия образования оксида ртути (II) составляет -90,6 кДж/моль. 
Рассчитайте изменение энтальпии при термическом разложении 
163 г оксида ртути (II). 

Решение 
Энтальпия образования HgO (A//°HgO) является энтальпией следующей реакции: 

Hg(ж) + — O2 (г) = HgO(т), Дл = -90,6 кДж. 

2 

Нас интересует энтальпия процесса разложения этого оксида, т.е. 
реакции, обратной первой: 

1 

HgO(т) = Hg(ж) + — O2 (г). 

2 

Согласно следствию из закона Гесса энтальпия обратной реакции 
равна по величине и противоположна по знаку энтальпии прямой 
реакции, т.е. энтальпия распада одного моля HgO равна 90,6 кДж. 
Определим количество вещества HgO в 163 г: 

т 
163 

п = — = 
= 0,751 моля. 

М 
217 

Энтальпия разложения 0,751 моля HgO представляет собой произведение: 

0,751 • 90,6 = 68 кДж. 

(Отметим, что 68 кДж - это энтальпия реакции: 0,751 HgO(т) = 
= 0,751 Hg(ж) + 0,376 O2 (г).) 

6 

Задача 4 

Составьте уравнение реакции оксида серебра (I) с раствором гидрата аммиака. Рассчитайте объём 3 н. раствора гидрата аммиака (мл), 
необходимого для растворения 58 г оксида серебра. 

Решение 
Взаимодействие оксида серебра (I) с раствором гидрата аммиака 
идёт по уравнению 

Ag2O + 4NH3 H2O = 2[Ag(NH3)2]OH + 3H2O. 
1 моль 
4 моля 

Определяем количество вещества Ag2O в 58 г: 

m 
58 
n= 
= 
=0,25 моля. 
M 
232 

Составим пропорцию: 

1 моль Ag2O 
реагирует с 
4 молями NH3 H2O (по уравнению реакции) 

0,25 моля Ag2O 
реагируют с 
х молями NH3 H2O 

Отсюда x = 1 молю NH3 H2O. 
Определим, в каком объёме 3 н. раствора содержится 1 моль гидрата аммиака. 

Молярная концентрация раствора гидрата аммиака совпадает с нормальностью (так как это однокислотное основание), т.е. c = 3 моль/л. 

Составим пропорцию: 

1000 мл раствора 
содержат 
3 моля N H 3 
H 2 O 

x мл раствора 
–––––––– 
1 моль NH3 
H2O 

Находим x = 333 мл. 

Задача 5 

При обработке 10 г смеси кадмия и цинка разбавленной серной 
кислотой образовалось 3 л (н. у.) газа. Определите процентный состав смеси. 

Решение 
В данном случае оба металла – и кадмий, и цинк, имея отрицательный электродный потенциал, реагируют с разбавленной серной 
кислотой с выделением водорода: 

7 

Cd + H2SO4 = Cd SO4 + H2 
1 моль 
1 моль 

Zn + H2SO4 = Zn SO4 + H2 

Пусть x - масса (г) кадмия в смеси, тогда масса цинка: 10 - x. 

Количество вещества металла равно mM , т.е. 

MM 

n 
= m Zn = (10-x) 

MZn 
65 

В соответствии с уравнениями реакций при взаимодействии 
1 моля металла образуется 1 моль водорода, поэтому количество вещества водорода, выделившегося в первой реакции: 

n(H2)1 
=nCd 
= 
, 

112 

а выделившегося во второй реакции: 

(10 - x) 

n(H2)2=n 
Z n = 
. 

65 
Суммарное количество вещества водорода n(H2) = n(H2)1 
+n(H2)2. 

n(H2) = 
= 0,134 

22,4 л/моль 

нение и решим его: 

Учитывая, что n(H2) = 
= 0,134 моля, составим урав
22,4 л/моль 

x 
1 0 - x 

= 0,134; 

112 
65 

65x + 1120-112x = 0,134 112 65; 

- 4 7 x = -145; 

x = 3,07 . 

Мы нашли, что в 10 г смеси содержится 3,07 г кадмия. 

8 

Процентное содержание кадмия ω Cd = — 
100% = 30,7 %, 

10 

а цинка: ω Zn = 100 % - 30,7 % = 69,3 %. 

Задача 6 

Найдите мольную долю перманганата калия в насыщенном при 
30 °C растворе, если растворимость при указанной температуре составляет 8,3 г соли в 100 г воды. 

Решение 
Растворимость - это концентрация насыщенного раствора. Растворимость большинства веществ резко меняется с температурой, 
поэтому в условии задачи указана конкретная температура. (Отметим, что не всякое число, указанное в условии, нужно задействовать 
в расчётах.) 

Мольная доля перманганата калия: 

"KMnO4 + " ] 
KMnO4 
H2O 

χ
K
M
n
O
4 

KMnO4 = 
, 

т 
8,3 
« 
O = — = 
= 0,0525 моля; 

KMn4 
М 
158 

т 
100 

«JJ 
= — = 
= 5,56 моля; 

2O 
М 
18 

0,0525 
χKMnO 
0,00935 (0,94 %). 
4 
0,0525 + 5,56 

Задача 7 

Составьте уравнение высокотемпературной реакции оксида хрома (III) с расплавом едкого натра и нитрата натрия. Укажите эквивалент восстановителя в этой реакции. 

Решение 
При окислительном щелочном плавлении хром переходит в высшую степень окисления, образуя хромат, а нитрат восстанавливается 

9 

до нитрита. Запишем уравнение реакции и подберём коэффициенты 
методом электронного баланса. 

Cr2O3 + 3NaNO3 + 4NaOH = 2Na2CrO4 + 3NaNO2 + 2H2O 

Cr+III – 3e 
Cr+VI 
2 

N+V + 2e 
N+III 
3 

Восстановителем является оксид хрома (III). В молекуле Cr2O3 два 
атома хрома и каждый из них отдаёт три электрона, т.е. вся молекула 
отдаёт шесть электронов. В соответствии с этим вычислим эквивалент: 

M(Cr2O3 ) 
152 
M(Cr2O3 ) 
152 

Э(Cr2O3 )= 
= 
=25,3. 

6
6 

Задача 8 

Составьте сокращённое ионное уравнение реакции диоксида ванадия с водным раствором едкого натра. Укажите сумму коэффициентов уравнения. 

Решение 
Диоксид ванадия – амфотерный гидроксид, реагирующий и с кислотами, и со щелочами, при этом в реакции с водным раствором 
щелочи образуется, преимущественно, тетраванадит – соль тетраванадистой кислоты. Уравнение реакции в молекулярной форме: 

4VO2 + 2NaOH = Na2V4O9 + H2O. 

Напомним, что при переходе к ионной форме уравнения формулы 
всех растворимых веществ, являющихся сильными электролитами, 
записывают в виде ионов, а слабых электролитов и малорастворимых 
веществ – в виде молекул. Уравнение в полной ионной форме: 

4VO2 + 2Na+ + 2OH– = 2Na+ + V4O9
2– + H2O. 

В сокращённой ионной форме: 

4VO2 + 2OH– = V4O9
2– + H2O. 

Сумма коэффициентов этого уравнения равна 8. 

10 

Билет 2 

Задача 1 

Для системы NiOOH + NaCl + H2O 
Ni(OH)2 + Cl2 + NaOH определите направление протекания реакции в стандартных условиях и 
укажите эквивалент восстановителя. 

Ответ: реакция идёт в обратном направлении, 

Э Ni(OH)2 = 93. 

Задача 2 

Составьте 
координационную 
формулу 
соединения 

CrCl3 2NH3 2H2O, напишите его название. Укажите, какое количество 
вещества (молей) осадка образуется при взаимодействии 2 л 1М раствора этого комплексного соединения с избытком раствора нитрата 
серебра. 

Ответ: [Cr(NH3)2(H2O)2 Cl2]Cl – хлорид дихлородиаквадиамминхрома (III); 
2 моля AgCl. 

Задача 3 

Смесь металлов цинка и железа массой 3 г обработали избытком 
раствора едкого натра. В результате реакции было собрано 0,28 л 
(н. у.) водорода. Определите процентный состав смеси. 

Ответ: 27 % цинка, 73 % железа. 

Задача 4 

На раствор, содержащий соли железа (II), кобальта (II), меди (II), 
подействовали избытком концентрированного раствора гидрата аммиака. Составьте уравнения протекающих реакций, укажите молярную массу вещества, выпавшего в осадок. 

Ответ: Fe2+ + 2NH3 H2O = Fe(OH)2 + 2NH4
+; 

Co2+ + 6NH3 H2O = [Co(NH3)6]2+ + 6H2O; 
Cu2+ + 4NH3 H2O = [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O; 
МFe(OH)2 = 90 г/моль. 

11