Обчислення Маси Срібла При Взаємодії Цинку З Аргентум(1+) Нітратом

by ADMIN 67 views

Вступ

У цій статті ми розглянемо детальний розв'язок задачі з хімії, яка стосується взаємодії металів з розчинами солей. Зокрема, ми обчислимо масу срібла, що утвориться в результаті реакції між цинковою пластинкою та розчином аргентум(1+) нітрату. Ця тема є важливою для розуміння окисно-відновних реакцій і їх застосування в хімії та промисловості.

Умова задачі

У розчин аргентум(1+) нітрату масою 85 г з масовою часткою солі 2% занурили цинкову пластинку. Обчисліть масу срібла, яка утворилась в результаті реакції.

Теоретичні основи

Перш ніж приступити до розв'язання, розглянемо теоретичні основи процесу. Взаємодія металу з розчином солі іншого металу є типовою окисно-відновною реакцією. У цій реакції більш активний метал (у нашому випадку, цинк) відновлює менш активний метал (срібло) з його солі, окиснюючись сам. Активність металів визначається їх положенням у ряду активності металів.

Ряд активності металів (або електрохімічний ряд напруг металів) – це послідовність металів, розташованих у порядку зменшення їх відновлювальної активності. У цьому ряду метали, розташовані лівіше, є більш активними відновниками, ніж метали, розташовані правіше. Цинк (Zn) знаходиться лівіше від срібла (Ag) в ряду активності металів, що означає, що цинк є більш активним і здатний відновлювати срібло з його сполук.

Реакція між цинком і аргентум(1+) нітратом відбувається за наступним рівнянням:

Zn + 2AgNO₃ → Zn(NO₃)₂ + 2Ag

У цій реакції цинк (Zn) віддає два електрони і окиснюється до іона цинку (Zn²⁺), тоді як іони срібла (Ag⁺) приймають ці електрони і відновлюються до металічного срібла (Ag). Нітрат-іони (NO₃⁻) залишаються в розчині як іони-глядачі.

Для розв'язання задачі нам знадобляться наступні поняття та формули:

  • Масова частка речовини в розчині (ω) – це відношення маси розчиненої речовини до маси розчину, виражене у відсотках:

    ω = (m(речовини) / m(розчину)) * 100%

  • Кількість речовини (n) – це фізична величина, яка визначає кількість структурних одиниць речовини (атомів, молекул, іонів) у певній масі або об'ємі. Одиницею кількості речовини є моль.

  • Молярна маса (M) – це маса одного моля речовини, виражена в грамах на моль (г/моль). Молярна маса чисельно дорівнює відносній атомній або молекулярній масі речовини.

  • Зв'язок між масою (m), кількістю речовини (n) і молярною масою (M):

    n = m / M

Розв'язання задачі

  1. Обчислення маси аргентум(1+) нітрату (AgNO₃) в розчині:

    За умовою, маса розчину становить 85 г, а масова частка AgNO₃ – 2%. Використовуємо формулу для масової частки, щоб знайти масу AgNO₃:

    m(AgNO₃) = (ω(AgNO₃) * m(розчину)) / 100% = (2% * 85 г) / 100% = 1.7 г

    Отже, маса аргентум(1+) нітрату в розчині становить 1.7 г.

  2. Обчислення кількості речовини аргентум(1+) нітрату (AgNO₃):

    Для цього нам знадобиться молярна маса AgNO₃. Молярна маса AgNO₃ дорівнює сумі атомних мас Ag, N і O, помноженої на їх кількість у молекулі:

    M(AgNO₃) = M(Ag) + M(N) + 3 * M(O) = 107.87 г/моль + 14.01 г/моль + 3 * 16.00 г/моль = 169.88 г/моль

    Тепер обчислимо кількість речовини AgNO₃:

    n(AgNO₃) = m(AgNO₃) / M(AgNO₃) = 1.7 г / 169.88 г/моль ≈ 0.01 моль

    Таким чином, кількість речовини аргентум(1+) нітрату становить приблизно 0.01 моль.

  3. Визначення кількості речовини срібла (Ag), що утворилась:

    З рівняння реакції Zn + 2AgNO₃ → Zn(NO₃)₂ + 2Ag видно, що на кожні 2 моль AgNO₃ утворюється 2 моль Ag. Отже, кількість речовини Ag дорівнює кількості речовини AgNO₃:

    n(Ag) = n(AgNO₃) = 0.01 моль

  4. Обчислення маси срібла (Ag), що утворилась:

    Для цього нам знадобиться молярна маса Ag:

    M(Ag) = 107.87 г/моль

    Тепер обчислимо масу срібла:

    m(Ag) = n(Ag) * M(Ag) = 0.01 моль * 107.87 г/моль ≈ 1.08 г

    Отже, в результаті реакції утворилось приблизно 1.08 г срібла.

Висновок

У результаті взаємодії цинкової пластинки з розчином аргентум(1+) нітрату масою 85 г з масовою часткою солі 2% утворилось приблизно 1.08 г срібла. Цей розв'язок демонструє застосування основних хімічних понять і формул для розрахунку маси продуктів реакції. Розуміння цих принципів є важливим для подальшого вивчення хімії та її практичних застосувань.

Ключові аспекти, які слід запам'ятати:

  • Активні метали відновлюють менш активні метали з їх солей.
  • Ряд активності металів допомагає визначити, які метали будуть реагувати з розчинами солей.
  • Для розв'язання задач з хімії необхідно використовувати стехіометричні розрахунки на основі рівнянь реакцій.

Додаткові завдання для самостійної роботи

  1. Обчисліть, яка маса цинку прореагувала з розчином аргентум(1+) нітрату.
  2. Яка масова частка цинк нітрату утворилася в розчині після реакції?
  3. Що відбудеться, якщо замість цинкової пластинки занурити мідну пластинку в розчин аргентум(1+) нітрату? Поясніть свою відповідь.

Важливість знань про окисно-відновні реакції

Окисно-відновні реакції є одними з найважливіших типів хімічних реакцій, що відбуваються в природі та техніці. Вони лежать в основі багатьох процесів, таких як:

  • Корозія металів: Руйнування металів під впливом навколишнього середовища є прикладом окисно-відновної реакції. Наприклад, іржавіння заліза – це процес окиснення заліза киснем повітря у присутності води.
  • Електрохімічні процеси: Електроліз і гальванічні елементи (батарейки, акумулятори) використовують окисно-відновні реакції для перетворення хімічної енергії в електричну та навпаки.
  • Металургія: Видобуток металів з руд часто включає відновлення металів з їх оксидів за допомогою відновників, таких як вуглець або водень.
  • Фотосинтез і дихання: Фотосинтез, процес, за допомогою якого рослини перетворюють вуглекислий газ і воду на глюкозу та кисень, є складною окисно-відновною реакцією. Дихання, процес, за допомогою якого живі організми отримують енергію з глюкози, також є окисно-відновною реакцією.
  • Хімічні джерела струму: Батарейки та акумулятори працюють на основі окисно-відновних реакцій, які генерують електричний струм.

Розуміння окисно-відновних реакцій є важливим для багатьох галузей науки і техніки, включаючи хімію, біологію, матеріалознавство та інженерію. Знання про ці реакції дозволяють розробляти нові матеріали, технології та пристрої, а також вирішувати важливі екологічні проблеми, такі як корозія металів і забруднення навколишнього середовища.

Висновок про важливість розв'язання хімічних задач

Розв'язування хімічних задач, подібних до тієї, яку ми розглянули в цій статті, є важливим етапом у вивченні хімії. Це дозволяє не тільки закріпити теоретичні знання, але й навчитися застосовувати їх на практиці. Хімічні задачі розвивають логічне мислення, аналітичні навички та вміння розв'язувати проблеми, що є корисним не тільки в хімії, але й в інших сферах життя. Тому, наполеглива практика і розв'язування різноманітних задач є ключем до успішного вивчення хімії.