1. Примеры участия металлов в реакциях
А) Реакции соединения
Реакция магния с кислородом:
[
2 \text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2 \text{MgO}
]
Реакция алюминия с серой:
[
2 \text{Al} + 3 \text{S} \rightarrow \text{Al}_2\text{S}_3
]
Реакция натрия с хлором:
[
2 \text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2 \text{NaCl}
]
Электронный баланс и роль металлов:
- В приведенных реакциях металлы отдают электроны (окисляются), превращаясь в катионы. Например, в реакции с магнием, магний отдает 2 электрона, образуя (\text{Mg}^{2+}), который затем соединяется с кислородом.
Б) Реакции замещения
Реакция алюминия с сульфатом меди (II):
[
2 \text{Al} + 3 \text{CuSO}_4 \rightarrow 3 \text{Cu} + \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3
]
Реакция цинка с хлоридом меди:
[
\text{Zn} + \text{CuCl}_2 \rightarrow \text{Cu} + \text{ZnCl}_2
]
Электронный баланс и роль металлов:
- В реакциях замещения более активный металл (например, алюминий или цинк) отдает электроны и окисляется, заменяя менее активный металл в соединении. В реакции с сульфатом меди алюминий окисляется до (\text{Al}^{3+}), принимая 3 электрона.
2. Расчет массы меди, образующейся в реакции
Дано:
- Объем раствора сульфата меди (II) = 400 г
- Концентрация раствора = 20%
- Масса алюминия = 2,7 г
Расчет массы сульфата меди (II):
20% раствор означает, что в 100 г раствора содержится 20 г сульфата меди (II).
[
\text{Масса CuSO}_4 = \frac{20}{100} \times 400 = 80 , \text{г}
]
Молярная масса сульфата меди (II) ((CuSO_4)):
[
\text{M}_{CuSO_4} = 63,55 (\text{Cu}) + 32,07 (\text{S}) + 4 \times 16,00 (\text{O}) = 159,62 , \text{г/моль}
]
Количество моль сульфата меди (II):
[
n_{CuSO_4} = \frac{80 , \text{г}}{159,62 , \text{г/моль}} \approx 0,501 , \text{моль}
]
Реакция замещения:
[
2 \text{Al} + 3 \text{CuSO}_4 \rightarrow 3 \text{Cu} + \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3
]
Из уравнения видно, что 2 моль алюминия реагируют с 3 моль сульфата меди, выделяя 3 моль меди.
Количество моль алюминия:
[
\text{M}{Al} = 26,98 , \text{г/моль} \quad \Rightarrow \quad n{Al} = \frac{2,7 , \text{г}}{26,98 , \text{г/моль}} \approx 0,100 , \text{моль}
]
Условия стехиометрии:
- На 2 моль Al требуется 3 моль CuSO₄.
- Следовательно, 0,100 моль Al нужно 0,150 моль CuSO₄.
Ограничивающий реагент:
- У нас 0,501 моль CuSO₄, что больше, чем 0,150 моль, и 0,100 моль Al.
Теперь рассчитываем массу меди:
- 2 моль Al обеспечивают 3 моль Cu.
- То есть 0,100 моль Al образует:
[
n_{Cu} = \frac{3}{2} \cdot n_{Al} = \frac{3}{2} \cdot 0,100 \approx 0,150 , \text{моль Cu}
]
Масса меди:
[
\text{M}{Cu} = 63,55 , \text{г/моль} \quad \Rightarrow \quad m{Cu} = n_{Cu} \cdot \text{M}_{Cu} = 0,150 , \text{моль} \times 63,55 , \text{г/моль} \approx 9,53 , \text{г}
]
Ответ:
Образуется примерно 9,53 г меди.
