Kimya, Qeyri-üzvi kimya

Metallar və onların reaksiyaları: hidrogen, reduksiya, codluq

Metalın tənliyindən mol nisbətini götürüb hidrogenin, karbon qazının və çöküntünün miqdarını hesablamağı öyrənəcəksən.

Oxumaq 4 dəqiqə çəkir

Süni intellektlə hazırlanmış şəkil: içində ağ ərp təbəqəsi olan köhnə metal çaydan mətbəx masasının üstündə.

Bəzi evlərdə çaydanın dibində bir müddət sonra ağ, bərk bir təbəqə yığılır. Suyun tərkibində kalsium hidrokarbonat varsa, qaynayanda o parçalanır və kalsium karbonat çökür: həmin ağ ərp budur. Yəni belə su ilə çay qoyanda mətbəxində kiçik bir kimya reaksiyası gedir.

Həyətdəki dəmir darvaza başqa bir reaksiyanı göstərir. Boyası qopan yerlərdə pas çıxır, boyalı hissələr isə uzun müddət sağlam qalır. Natrium ilə su arasındakı reaksiya isə elə sürətlidir ki, bu metalı kerosin altında saxlayırlar.

Bütün bunların arxasında bir neçə sadə qayda və bir az mol hesabı dayanır. Onları bilsən, imtahandakı metal məsələləri sənə tanış gələcək.

Niyə lazımdır

Bu mövzu kimyada tənlik yazmaqla hesablamanı bir yerə gətirir. Tənliyi düz yazsan, əmsallar sənə mol nisbətini hazır verir: neçə mol metala neçə mol hidrogen düşür. Bundan sonra $n=m/M$ və $n=V/V_m$ ilə cavaba bir-iki addım qalır.

Həyatda da işinə yarayır. Suyun niyə codlaşdığını, dəmiri niyə boyadıqlarını, poladın çuqundan nə ilə fərqləndiyini artıq izah edə bilərsən.

İmtahan bu mövzuda nə soruşur?

Metalın reaksiyasından ayrılan hidrogenə görə onun kütləsini və ya nisbi atom kütləsini hesablayırsan. Oksidlərin reduksiyasında mol nisbətlərini, qarışığın tərkibini, çöküntünün kütləsini müəyyənləşdirirsən. Qrafikdən sərf olunan metalı və ya uzaqlaşan qazı tapmaq, bərk qalığın həllinə lazım olan turşu məhlulunu hesablamaq da tələb olunur.

Qayda

Metal rabitəsi metalların elektrik keçiriciliyini və plastikliyini izah edir. Metal atomu elektron verdikdə oksidləşir, reaksiyada reduksiyaedici olur.
Qələvi metallar birləşmələrində $+1$ oksidləşmə dərəcəsi göstərir; litiumdan kaliuma doğru aktivlik artır. Su ilə hidroksid, hidrogen-xloridlə xlorid alınır: $\ce{2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2}$ ; $\ce{2Na + 2HCl -> 2NaCl + H2}$ . Hər iki halda $n(\text{metal})=2n(\ce{H2})$ .
Kalsium üçün $\ce{Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2}$ . Sönməmiş əhəng $\ce{CaO}$ , sönmüş əhəng $\ce{Ca(OH)2}$ adlanır. $\ce{CaO + H2O -> Ca(OH)2}$ ; $\ce{CaCO3 ->[t] CaO + CO2}$ ; $\ce{CaO + 2HCl -> CaCl2 + H2O}$ .
Codluq suda kalsium və maqnezium ionları ilə bağlıdır. Hidrokarbonatlardan yaranan codluq qaynatmaqla azalır: $\ce{Ca(HCO3)2 ->[t] CaCO3 v + CO2 + H2O}$ . Karbonat ionları da kalsiumu çökdürür: $\ce{Ca^2+ + CO3^2- -> CaCO3 v}$ .
Reduksiya zamanı $\ce{FeO + CO ->[t] Fe + CO2}$ , $\ce{Fe2O3 + 3CO ->[t] 2Fe + 3CO2}$ . Bir mol oksidə uyğun CO sərfi müvafiq olaraq bir və üç moldur.
Dəmir duru xlorid turşusunda dəmir(II) xlorid əmələ gətirir: $\ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2}$ . Mis və gümüş həmin turşudan hidrogen ayırmır. Qarışıqda yalnız reaksiyaya girən hissəni qazla əlaqələndir.
Amfoterlik alüminium, sink və üçvalentli xromun oksid və hidroksidlərinə xasdır. Sink və alüminium qələvi məhlulunda hidrogen ayırır: $\ce{Zn + 2KOH + 2H2O -> K2[Zn(OH)4] + H2}$ ; $\ce{2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Al(OH)4] + 3H2}$ .
Çökdürmə üçün $\ce{FeCl3 + 3KOH -> Fe(OH)3 v + 3KCl}$ . Otaq temperaturunda artıq KOH bu çöküntünü həll etmir.
Korroziya metalın mühitlə qarşılıqlı təsirdən dağılmasıdır. Boya örtüyü dəmiri qoruyur. Çuqunla polad dəmir ərintiləridir; poladda karbonun payı daha azdır.
Hesablamalarda $n=m/M$ , $n=V/V_m$ , $m_{\text{məhlul}}=m_{\text{həll olan maddə}}/w$ işlət. Faizi onluq kəsrə çevir; normal şəraitdə $V_m=22{,}4\ \text{l/mol}$ .

Tapşırıqlarda işlənən düsturlar

Öyrənilməli düstur

\mathrm{Fe}_{a}\mathrm{O}_{b}+b\mathrm{CO}\xrightarrow{t}a\mathrm{Fe}+b\mathrm{CO_2}

Dəmir oksidi tam reduksiya olunarkən hər oksigen atomuna bir $\mathrm{CO}$ molekulu sərf edilir. Burada $a$ və $b$ oksiddəki atom saylarını göstərir; oksidin mol miqdarını sərf edilmiş $\mathrm{CO}$ miqdarını $b$ -yə bölməklə tap.

Öyrənilməli düstur

\begin{gathered}2\mathrm{X}+2\mathrm{HCl}\rightarrow2\mathrm{XCl}+\mathrm{H_2}\\[6pt]M=\frac{m_0-m_q}{2n(\mathrm{H_2})}\end{gathered}

$\mathrm{X}$ qələvi metalı, $M$ onun molyar kütləsini, $m_0$ başlanğıc, $m_q$ isə qalan metalın kütləsini bildirir. Qrafikdəki kütlə azalmasını reaksiyaya sərf olunan metal kimi götür və hidrogenin miqdarı ilə əlaqələndir.

Öyrənilməli düstur

n(\mathrm{H_2})=\frac{z}{2}n(\text{metal})

Sulu qələvidə natrium su ilə, sink və alüminium isə hidroksokompleks duzlar yaradaraq reaksiyaya girir; dəmir və mis verilən şəraitdə hidrogen ayırmır. $z$ metal atomunun verdiyi elektronların sayıdır: natrium üçün bir, sink üçün iki, alüminium üçün üç olduğundan hidrogen miqdarlarını bu əlaqə ilə müqayisə et.

Öyrənilməli düstur

\begin{gathered}\mathrm{Fe}+2\mathrm{HCl}\rightarrow\mathrm{FeCl_2}+\mathrm{H_2}\\[6pt]m(\mathrm{Ag})=n(\mathrm{H_2})M(\mathrm{Fe})\frac{1-w}{w}\end{gathered}

Duru xlorid turşusu ilə dəmir hidrogen ayırır, gümüş isə dəyişməz qalır; dəmirin və hidrogenin mol miqdarları eynidir. Burada $w$ dəmirin vahidin hissəsi ilə kütlə payıdır: qazın miqdarından dəmirin kütləsinə, sonra qarışığın qalan hissəsinə keç.

Öyrənilməli düstur

V(\mathrm{H_2})=\frac{z}{2}\times n(\text{metal})\times V_m

Xlorid turşusundan hidrogen çıxaran metalın hər atomu $z$ elektron verdikdə bu əlaqə tətbiq olunur; $n$ metalın mol miqdarı, $V_m$ isə qazın molyar həcmidir. Litium, maqnezium və alüminiumun xloridlərində metalın yükünü nəzərə alaraq $z$ -ni seç və ayrılan qazın həcmini hesabla.

Öyrənilməli düstur

\begin{gathered}\mathrm{Zn}+2\mathrm{KOH}+2\mathrm{H_2O}\rightarrow\mathrm{K_2[Zn(OH)_4]}+\mathrm{H_2}\\[6pt]m(\mathrm{Zn})=\frac{V(\mathrm{H_2})}{V_m}\times M(\mathrm{Zn})\end{gathered}

Sink sulu kalium hidroksiddə həll olarkən bir mol metala bir mol hidrogen uyğun gəlir. $V$ ayrılan qazın həcmi, $V_m$ onun molyar həcmi, $M$ sinkin molyar kütləsidir; qazın həcmindən metalın kütləsinə keç.

Öyrənilməli düstur

\mathrm{Fe^{3+}}+3\mathrm{OH^-}\rightarrow\mathrm{Fe(OH)_3}\downarrow

Dəmir(III) ionları hidroksid ionları ilə birləşərək çökür; adi şəraitdə artıq qələvi bu çöküntünü həll etmir. Duzun hər formul vahidində bir dəmir ionu olduğundan çöküntünün mol miqdarını duzdan müəyyən et, sonra $m=nM$ əlaqəsi ilə kütləyə keç.

Öyrənilməli düstur

\begin{gathered}n=\frac{m}{M}\\[6pt]\frac{n_A}{\nu_A}=\frac{n_B}{\nu_B}\\[6pt]m_{\text{məhlul}}=\frac{m_{\text{həll olan maddə}}}{w}\end{gathered}

$n$ maddə miqdarı, $m$ kütlə, $M$ molyar kütlə, $\nu$ reaksiya əmsalı, $w$ isə vahidin hissəsi ilə kütlə payıdır. $\mathrm{CaCO_3\rightarrow CaO+CO_2}$ parçalanmasında bərk kütlənin azalması ayrılan $\mathrm{CO_2}$ kütləsinə bərabərdir və $n(\mathrm{CaCO_3})=n(\mathrm{CO_2})$ ; son qalıq yalnız $\mathrm{CaO}$ olduğundan turşu sərfini qalığın bütün kütləsinə və $\mathrm{CaO+2HCl\rightarrow CaCl_2+H_2O}$ tənliyinə əsasən hesabla.

Öyrənilməli düstur

\begin{gathered}n=\frac{m}{M}\\[6pt]\frac{n_A}{\nu_A}=\frac{n_B}{\nu_B}\\[6pt]w=\frac{m_{\text{komponent}}}{m_{\text{qarışıq}}}\times100\%\end{gathered}

$n$ maddə miqdarı, $m$ kütlə, $M$ molyar kütlə, $\nu$ reaksiya əmsalı, $w$ isə komponentin faizlə kütlə payıdır. $\mathrm{Fe_2O_3+3CO\rightarrow 2Fe+3CO_2}$ reaksiyasında bərk kütlənin azalması oksiddən çıxarılan oksigenin kütləsidir: hər mol oksid üçün azalma 48 q olduğundan $n(\mathrm{Fe_2O_3})=\frac{\Delta m}{3M(\mathrm{O})}$ , burada $\Delta m$ ilkin və son bərk kütlələrin fərqidir.

Öyrənilməli düstur

\begin{gathered}m_{\mathrm{qaz}}=m_0-m_{\mathrm{qalıq}}\\[6pt]n=\frac{m}{M}\\[6pt]\omega=\frac{m_{\mathrm{komponent}}}{m_0}\times100\%\end{gathered}

$m_0$ ilkin nümunənin, $m_{\mathrm{qalıq}}$ qalıqdakı bərk maddələrin kütləsi, $n$ maddə miqdarı, $M$ molyar kütlə, $\omega$ faizlə kütlə payıdır. Kalsium karbonat parçalanarkən oksid və karbon dioksid yarandığından, itirilən kütləni qazın kütləsi götür və tənlikdəki mol nisbəti ilə karbonatın, sonra oksidin kütləsini hesabla.

Öyrənilməli düstur

\begin{gathered}\mathrm{CuO}+\mathrm{CO}\xrightarrow{t}\mathrm{Cu}+\mathrm{CO_2}\\[6pt]n(\mathrm{CuO})=\frac{\Delta m}{M(\mathrm{O})}\\[6pt]n(\mathrm{Cu})_{\mathrm{ümumi}}=\frac{m_{\mathrm{qalıq}}}{M(\mathrm{Cu})}\end{gathered}

$\Delta m$ bərk nümunənin itirdiyi kütləni, $M$ molyar kütləni, $n$ maddə miqdarını göstərir. Reduksiya zamanı oksigen qaz fazasına keçdiyindən kütlə azalması oksidin miqdarını müəyyənləşdirir; son qalıqda həm əvvəlcədən olan, həm də reaksiyada yaranan mis toplanır.

Öyrənilməli düstur

\begin{gathered}n_{\mathrm{parçalanan}}=n(\mathrm{CO_2})=\frac{m_0-m_t}{M(\mathrm{CO_2})}\\[6pt]m_{\mathrm{oksid}}=n_{\mathrm{parçalanan}}M_{\mathrm{oksid}}\\[6pt]m_{\mathrm{karbonat,qalıq}}=m_0-n_{\mathrm{parçalanan}}M_{\mathrm{karbonat}}\end{gathered}

$m_0$ saf karbonatın başlanğıc kütləsi, $m_t$ qızdırılma dayandırılanda bərk qalığın kütləsi, $M$ molyar kütlədir. Kalsium karbonatın bir molu parçalandıqda bir mol oksid və bir mol karbon dioksid yarandığı üçün qaz itkisi ilə çevrilən miqdarı tap, parçalanmamış karbonatı da qalıqda nəzərə al.

Öyrənilməli qayda

Oksid, peroksid və superoksiddə oksigen hissəcikləri müvafiq olaraq $\mathrm{O^{2-}}$ , $\mathrm{O_2^{2-}}$ və $\mathrm{O_2^-}$ şəklindədir; birləşmənin ümumi yükü sıfır olmalıdır. Oksigendə yanmada litiumdan natriuma, sonra kaliuma keçdikcə bu məhsul tipləri həmin ardıcıllıqla dəyişir, kalsium isə adi oksid yaradır.

Öyrənilməli qayda

Metal nitridlərində azotun oksidləşmə dərəcəsi $-3$ olur; metalın müsbət oksidləşmə dərəcəsi ilə yük tarazlığını quraraq indeksləri və atom saylarının nisbətini müəyyən et. Litium azotla otaq temperaturunda birləşə bilir, alüminium və kalsiumun nitridləşməsi isə qızdırılma tələb edir.

Öyrənilməli qayda

Termit prosesində alüminium metal oksidindən oksigeni götürür, əhəngdaşı qızdırıldıqda isə karbonat oksidə və qaza parçalanır. Əhəng suyu artıq olduqda karbon qazı həll olmayan karbonat yaradır; tənlikləri seçərkən reduksiya, parçalanma və çökmə əlamətlərinə bax.

Öyrənilməli qayda

Kalsium oksigendə yanarkən əsas xarakterli oksid əmələ gətirir, bu oksid su ilə birləşərək hidroksidə çevrilir. Əhəng suyuna az karbon qazı verildikdə həll olmayan normal karbonat çökür; qazın artığı isə sulu mühitdə çöküntünü həll olan hidrokarbonata çevirir.

Özün hesabla

Tənliyi yada sal, mol nisbətini götür və cavabı yaz. Molyar kütlələr: Na $23$ , Al $27$ , Zn $65$ , $\ce{CaCO3}$ $100$ , $\ce{CO2}$ $44$ q/mol; $V_m=22{,}4$ l/mol.

Nümunələr

0{,}15

mol

\ce{Fe2O3}

tam reduksiya edilərsə, neçə mol CO sərf olunar? Əmsallardan

n(\ce{CO})=3\times0{,}15=0{,}45

mol tapırsan.

Ayrı qablarda bərabər mol miqdarında sink və alüminium artıq qələvi məhlulunda tam həll olur. Hansı daha çox hidrogen ayırar? Tənliklərə görə bir mol sinkdən bir mol, bir mol alüminiumdan isə $1{,}5$ mol hidrogen alınır. Deməli, alüminiumun ayırdığı qazın miqdarı $1{,}5$ dəfə çoxdur.

Bir su nümunəsində $\ce{Ca(HCO3)2}$ , digərində $\ce{CaCl2}$ var. Qaynatma hansının codluğunu azaldar? Birincidə hidrokarbonat parçalanır və $\ce{CaCO3}$ çökür. İkincidə qaynatma codluğu aradan qaldırmır; natrium karbonat əlavə etməklə kalsium ionlarını çökdürə bilərsən: $\ce{CaCl2 + Na2CO3 -> CaCO3 v + 2NaCl}$ .

Tipik səhv

Qrafikdə natriumun kütləsi $10$ q-dan $5{,}4$ q-a enir. Şagird yazır: $n(\ce{Na})=5{,}4/23$ , çünki «son kütlə sərf olunan metaldır».

Əvvəl oxun nə göstərdiyini oxu: burada reaksiyaya girməmiş metal göstərilir. Deməli, sərf olunan kütlə $10-5{,}4=4{,}6$ q, $n(\ce{Na})=4{,}6/23=0{,}2$ mol, $n(\ce{H2})=0{,}1$ mol.

Qrafikdəki son kütləni sərf olunan kütlə sayma: oxda qalan metal göstərilirsə, başlanğıcla sonun fərqini götür.

Qızdırmada da eyni məntiq işləyir: yalnız qaz uzaqlaşırsa, bərk maddələrin kütlə azalması həmin qazın kütləsidir.

Özünü yoxla

$11{,}2$ q dəmir və $5{,}6$ q mis qarışığına artıq duru xlorid turşusu əlavə edilir. Neçə mol hidrogen ayrılar? $M(\ce{Fe})=56$ q/mol.

Sönməmiş əhəngə su əlavə etdikdə hansı maddə alınır və hidrogen ayrılırmı?

$0{,}05$ mol $\ce{FeCl3}$ olan məhlula otaq temperaturunda artıq KOH məhlulu əlavə edirsən. Sonda neçə mol $\ce{Fe(OH)3}$ çöküntüsü qalır?

Bu mövzunun tapşırıqlarını həll et

Bu mövzunun tapşırıqlarını həll et və hər birinin izahına bax.

Mövzu üzrə sınaq, I qrup (RK)Mövzu üzrə sınaq, IV qrup

Digər mövzular

Bütün Kimya mövzuları

Dərslikdə bu mövzu

Dərslik: Kimya, 9-cu sinif, «Metalların ümumi xarakteristikası», səh. 6
Dərslik: Kimya, 9-cu sinif, «Qələvi metallar», səh. 9
Dərslik: Kimya, 9-cu sinif, «Kalsium. Suyun codluğu», səh. 12
Dərslik: Kimya, 9-cu sinif, «Keçid elementləri. Çuqun və polad istehsalı», səh. 16
Dərslik: Kimya, 9-cu sinif, «Korroziya», səh. 19