Изобразите строение электронной оболочки атома олова. Какие электроны являются валентными?
Электронная конфигурация атома олова (Sn, порядковый номер 50): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p²
Валентными электронами являются 5s² 5p², так как они находятся на внешнем энергетическом уровне и определяют химические свойства элемента.
Подготовьте рассказ о применении олова, свинца и их сплавов. В каком направлении усиливаются металлические свойства химических элементов в главной подгруппе IV группы? Ответ мотивируйте.
Применение олова, свинца и их сплавов Олово используется для производства жести (олуженной стали), припоя, в электронике, а также для защиты металлических поверхностей от коррозии. Свинец применяется в аккумуляторах, защитных экранах от радиации, кабельных оболочках и припоях. Их сплавы, такие как бронза (медь + олово) и припои (олово + свинец), востребованы в машиностроении, электротехнике и строительстве.
Усиление металлических свойств в IV группе В главной подгруппе IV группы металлические свойства усиливаются сверху вниз (от углерода к свинцу и флеровию). Это объясняется увеличением радиуса атома, уменьшением энергии ионизации и ослаблением связи внешних электронов с ядром, что делает элементы более склонными к отдаче электронов и проявлению металлических свойств.
Рассчитайте массу олова, полученного из 604 кг оксида олова(IV), если выход продукта реакции составляет 95% от теоретически возможного.
Реакция восстановления оксида олова(IV) SnO₂ до олова: SnO₂ + 2H₂ → Sn + 2H₂O
Молярная масса SnO₂: 118.7 (Sn) + 16×2 (O) = 150.7 г/моль Молярная масса Sn: 118.7 г/моль
Теоретически возможная масса олова: (604 кг × 118.7) / 150.7 = 475.9 кг
С учётом выхода 95%: 475.9 × 0.95 = 452.1 кг
Масса полученного олова ≈ 452.1 кг.
Свинцовый аккумулятор состоит из пластин свинца, опущенных в раствор серной кислоты. В основе его действия лежит обратимая реакция
PbO2 + Pb + 2H2SO4 - 2PbSO4 + 2H2O
Разрядка аккумулятора происходит самопроизвольно, а зарядка — под действием внешнего источника тока. На основании свойств соединений свинца определите, на какой схеме представлен процесс зарядки аккумулятора, а на какой — процесс разрядки (рис. 95).
Процесс разрядки свинцового аккумулятора происходит самопроизвольно, в результате чего свинец (Pb) и диоксид свинца (PbO₂) превращаются в сульфат свинца (PbSO₄), а серная кислота (H₂SO₄) расходуется, образуя воду (H₂O). Это соответствует записи уравнения:
PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O
При зарядке аккумулятора внешний источник тока восстанавливает Pb²⁺ в Pb на отрицательной пластине и окисляет Pb²⁺ в PbO₂ на положительной пластине, в результате чего аккумулятор восстанавливает свои исходные вещества — свинец и диоксид свинца. В этом случае реакция идет в обратном направлении:
2PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄
Таким образом, схема, на которой серная кислота расходуется и образуется PbSO₄, соответствует разрядке, а та, где восстанавливаются Pb и PbO₂, — зарядке.
Объясните, почему свинец активно использовали в древности, а в настоящее время его производство год от года сокращается. Что называют жестью, белой жестью, припоем, баббитом, массикотом, свинцовым глетом, суриком, «свинцовым сахаром»?
В древности свинец широко применяли для изготовления водопроводных труб, посуды, оружия, пигментов и косметики, так как он легко плавится, мягкий, податлив в обработке и устойчив к коррозии. Однако его токсичность, способность накапливаться в организме и вызывать отравления привели к постепенному сокращению его производства. В настоящее время свинец заменяют менее вредными материалами, особенно в красках, трубах и топливе.
Жесть — тонкий стальной лист, покрытый слоем олова.
Белая жесть — жесть с покрытием из олова для защиты от коррозии.
Припой — сплав металлов (чаще всего олова и свинца), используемый для пайки.
Баббит — антифрикционный сплав на основе олова, свинца, сурьмы и меди.
Массикот — жёлтый оксид свинца (PbO).
Свинцовый глет — смесь оксидов PbO и Pb₃O₄.
Сурик (свинцовый) — красный оксид свинца (Pb₃O₄).
Свинцовый сахар — ацетат свинца (Pb(C₂H₃O₂)₂), использовавшийся в медицине и красках.
Почему этилированный бензин, т. е. бензин, содержащий тетраэтилсвинец. наносит вред здоровью человека?
Этилированный бензин содержит тетраэтилсвинец (Pb(C₂H₅)₄), который, сгорая, выделяет токсичные соединения свинца. Они накапливаются в организме, поражают нервную систему, почки, кости и снижают когнитивные способности, особенно у детей. Поэтому использование этилированного бензина практически прекращено.
Навеску нитрата свинца массой 66,2 г прокалили до постоянной массы. Твёрдый остаток восстановили оксидом углерода(II). Какой объём оксида углерода (при н. у.) потребовался для этого? Сколько образуется осадка, если полученный после восстановления газ пропустить через раствор, содержащий 11,1г гидроксида кальция?
Разложение Pb(NO₃)₂ 2Pb(NO₃)₂ → 2PbO + 4NO₂ + O₂ Молярная масса Pb(NO₃)₂ = (207 + 2×14 + 6×16) = 331 г/моль Выход PbO: (66,2 г × 223 г/моль) / 331 г/моль = 44.6 г
Восстановление PbO оксидом углерода (II): PbO + CO → Pb + CO₂ Молярные массы: PbO = 223 г/моль, CO = 28 г/моль Количество молей PbO: 44.6 / 223 = 0.2 моль Потребляемый CO: 0.2 моль × 22.4 л/моль = 4.48 л
Осаждение карбоната кальция Газ CO₂ пропускают через раствор гидроксида кальция: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O Молярная масса Ca(OH)₂ = 74 г/моль Количество молей Ca(OH)₂: 11.1 / 74 = 0.15 моль Образуется 0.15 моль CaCO₃, масса 15 г.
Серебристо-белое лёгкое вещество А бурно реагирует с тёмносерым простым веществом с образованием порошка В. При растворении его в избытке щёлочи и пропускании через образовавшийся раствор газа С выпадает белый осадок, растворимый как в кислотах, так и в щелочах. Назовите неизвестные вещества. Напишите уравнения реакций.
А — алюминий (Al) (лёгкий, серебристо-белый, активно реагирует).
B — алюминиевый нитрид (AlN) (серый порошок, образуется при реакции с азотом).
C — аммиак (NH₃) (выделяется при гидролизе AlN).
2Al + N₂ → 2AlN (бурная реакция с азотом)
AlN + 3H₂O → Al(OH)₃ + NH₃↑ (растворение в воде)
Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄] (растворение в щелочи)
Al(OH)₃ + HCl → AlCl₃ + 3H₂O (растворение в кислоте)