Для ответа на первый вопрос рассматриваем возможность получения металлов электролизом водных растворов их солей. Важно учитывать стандартные электродные потенциалы металлов и их способность восстанавливаться из водных растворов.
Электролиз водных растворов солей металлов приводит к восстановлению ионов металлов до металлов на катоде. Однако, если стандартный электродный потенциал металла значительно более отрицательный, чем стандартный электродный потенциал воды (E°(H₂O/H₂) = -0,83 В), то на катоде будет восстанавливаться вода, а не металл.
Рассмотрим металлы, указанные в вопросе:
- Fe: стандартный электродный потенциал E(Fe²⁺/Fe) = -0,44 В. Водород восстанавливается легче, чем железо, поэтому железо не получаем.
- Na: стандартный электродный потенциал E(Na⁺/Na) = -2,71 В. Водород восстанавливается легче, чем натрий, поэтому натрий не получаем.
- Au: стандартный электродный потенциал E(Au³⁺/Au) = 1,50 В. Золото восстанавливается легче, чем водород, поэтому золото можно получить.
- Pb: стандартный электродный потенциал E(Pb²⁺/Pb) = -0,13 В. Свинец восстанавливается легче, чем водород, поэтому свинец можно получить.
- Mg: стандартный электродный потенциал E(Mg²⁺/Mg) = -2,37 В. Водород восстанавливается легче, чем магний, поэтому магний не получаем.
Из анализа следует, что металлы, которые нельзя получить электролизом водных растворов их солей, это Na и Mg, так как их стандартные электродные потенциалы значительно более отрицательные, чем у воды. Таким образом, правильный ответ:
2) б, д
Для второго вопроса необходимо определить, какой металл будет восстанавливаться на катоде в первую очередь. Это будет металл с наибольшим стандартным электродным потенциалом из предложенных, так как он легче всего восстанавливается.
- Cu: E(Cu²⁺/Cu) = 0,337 В
- Ag: E(Ag⁺/Ag) = 0,799 В
- Au: E(Au³⁺/Au) = 1,500 В
Из предложенных металлов золото (Au) имеет наибольший стандартный электродный потенциал, следовательно, оно будет восстанавливаться на катоде в первую очередь. Таким образом, правильный ответ:
3) Au
Для третьего вопроса рассмотрим возможность протекания предложенных химических реакций. Реакции протекают, если происходит окисление и восстановление, и стандартные электродные потенциалы указывают на возможность спонтанного протекания реакции.
а) Zn(NO3)2 + Cu → ?
- E(Zn²⁺/Zn) = -0,76 В
- E(Cu²⁺/Cu) = 0,337 В
Медь не может вытеснить цинк из раствора его соли, так как потенциал меди выше.
б) ZnCl2 + Mg → ?
- E(Zn²⁺/Zn) = -0,76 В
- E(Mg²⁺/Mg) = -2,37 В
Магний может вытеснить цинк, так как потенциал магния ниже.
в) CuSO4 + Ag → ?
- E(Cu²⁺/Cu) = 0,337 В
- E(Ag⁺/Ag) = 0,799 В
Серебро не может вытеснить медь из раствора ее соли, так как потенциал серебра выше.
г) AgNO3 + Cr → ?
- E(Ag⁺/Ag) = 0,799 В
- E(Cr³⁺/Cr) = -0,74 В
Хром может вытеснить серебро, так как потенциал хрома ниже.
д) Al(NO3)3 + Ag → ?
- E(Al³⁺/Al) = -1,66 В
- E(Ag⁺/Ag) = 0,799 В
Серебро не может вытеснить алюминий, так как потенциал алюминия ниже.
Таким образом, возможны реакции:
1) б); г)
