Практическое занятие № 2 Тема. Решение теоретических задач

Практическое занятие № 2
Тема. Решение теоретических задач по теме «Химия металлов».
Цель:
на примере упражнений по химии металлов познакомиться с
основными приемами решения расчетных задач,
 рассмотреть способы решения задач на определение состава
смеси.

Ход работы
Для проведения занятия учащимся предлагается несколько задач
по возрастанию сложности.
Прежде чем приступить к выполнению задания, необходимо
повторить следующие понятия: моль; молярный объем; массовая
доля растворенного вещества; взаимосвязь между массой вещества
и его количеством; взаимосвязь между объемом раствора, его
массой и плотностью; стехиометрические законы химии.
Задания для самостоятельной работы
1. Сплав меди и цинка массой 10,00 г обработали разбавленным
раствором серной кислоты. К полученному раствору прилили
раствор нитрата бария, полученный осадок отфильтровали,
высушили и взвесили, его масса равна 23,30 г. Вычислите
массовую долю меди в исходном сплаве. Ответ: ω (Cu) =
35,0%.
2. Сплав магния и алюминия массой 26,31 г растворили в соляной
кислоте. При этом выделилось 31,024 л бесцветного газа.
Определите массовые доли металлов в сплаве. Ответ:
ω (Mg) = 21,0%, ω (Al) = 79,0%.
3. Сильвинит массой 11,17 г обработали концентрированной
серной
кислотой.
Выделившийся
газ
подвергли
взаимодействию с 10%-ным раствором нитрата серебра
(плотность раствора 1,05 г/см3), при этом образовалось 25,83 г
белого творожистого осадка. Определите массовые доли
хлоридов натрия и калия в исходном сильвините и объем
раствора нитрата серебра. Ответ: ω (NaCl) = 73,3%, ω (KCl) =
26,7%, V (р-ра AgNO3) = 291,4 мл.
4. Смесь, состоящую из кремния, цинка и железа массой 53,10 г
обработали избытком соляной кислотой, при этом выделилось
17,92 л бесцветного газа. Такую же навеску смеси растворили
в избытке раствора гидроксида натрия, в результате реакции
образовалось 15,68 л газа. Определите массовые доли
веществ в исходной смеси. Объемы газов приведены в
пересчете на нормальные условия. Ответ: ω (Si) = 10,6%,
ω (Zn) = 36,7%, ω (Fe) = 52,7%.
5. Смесь металлических меди, серебра и мелкоизмельченной
серы общей массой 10,32 г прокалили без доступа воздуха при
температуре 550 °С. После охлаждения полученной массы,
состоящей только из сульфида меди (II) и сульфида
серебра (I), ее полностью растворили в разбавленной азотной
кислоте. В результате взаимодействия образовалось 0,896 л
оксида азота (II). Определите массы всех компонентов смеси.
Ответ: m (Cu) = 1,92 г, m (Ag) = 6,48 г, m (S) = 1,92 г.
Примеры решения расчетных задач на определение состава смеси
Результаты оформляются в форме письменного отчета,
написании которого необходимо придерживаться следующих требований:
при
– записать условие задачи в кратной форме (дано);
– записать вопрос задачи в краткой форме (найти);
– привести все необходимые для расчетов уравнения реакций;
– записать все необходимые рассуждения и расчеты;
– указать ответ.
Пример оформления решения приведен в практическом задании
№1.
Рекомендуемая литература
1. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Начала химии.
Современный курс для поступающий в вузы. – М.: Экзамен,
2004. – С. 383–438.
2. Кузьменко Н.Е.,
Еремин В.В.,
Попков В.А.
Химия.
Для
школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.:
ОНИКС 21 век: Мир и образование, 2002. – С. 237–273.
3. Фримантл М. Химия в действии. Т.2. – М.: Мир, 1991. – С. 72–
152.
Пример 1
2 г сплава меди с алюминием обработали раствором щелочи. Остаток
растворили в разбавленной азотной кислоте, образовавшуюся при этом смесь
выделили и прокалили. Масса остатка после прокаливания составила 0,8 г.
Определите объем израсходованного 40%-го раствора гидроксида натрия
(плотность 1,22 г/мл) и содержание металлов в сплаве.
См.: Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Химия. Для школьников
старших классов и поступающих в вузы. – М.: ОНИКС 21 век: Мир и
образование, 2002. – С. 271.
Дано:
m (Cu+Al) = 1,2 г
m (остатка) = 0,8 г
ω (NaOH) = 40%
r (p-pa NaOH) = 1,22 г/мл
М (NaOH) = 40 г/моль
М (Cu) = 64 г/моль
М (Al) = 27 г/моль
М (CuO) = 80 г/моль
Найти:
V (p-pa NaOH)
ω (Cu)
ω (Al)
Решение:
Для решения задачи необходимо знать химические свойства меди и алюминия.
Медь обладает металлическими свойствами и не реагирует со щелочами. С
раствором гидроксида натрия будет реагировать только алюминий, который
проявляет амфотерные свойства:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + H2
(1)
Остатком является медь, которую растворили в разбавленной азотной кислоте:
3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
(2)
После выделения и прокаливания смеси образуется оксид меди (II):
2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2
(3)
Определим массу меди в исходной смеси. Для этого найдем количество
вещества оксида меди (II), по условию задачи его масса равна 0,8 г:
(моль).
По уравнению (3) 2 моль оксида меди (II) образуется из 2 моль нитрата
меди (II), (соотношение n(CuO) : n(Cu(NO3)2) = 1 : 1), следовательно, 0,01 моль
оксида меди (II) образуется из 0,01 моль нитрата меди (II). По уравнению (2) из
3 моль меди дает 3 моль нитрата меди (II) (соотношение n(Cu) : n(Cu(NO3)2) = 1 :
1), тогда для образования 0,01 моль нитрата меди (II) необходимо 0,01 моль меди.
Количество вещества меди равно 0,01 моль. Рассчитаем массу меди в исходной
смеси:
m = n · M = 0,01 · 64 = 0,64 г.
По условию задача масса смеси равна 2 г, определим массу алюминия:
m(Al) = m(смеси) – m(Cu) = 2 – 0,64 = 1,36 (г).
Рассчитаем массовые доли металлов в смеси:
(%);
(%).
Для определения объема израсходованного раствора гидроксида натрия,
необходимо определить количество вещества NaOH вступившего во
взаимодействие с алюминием. По уравнению реакции (1) 2 моль Al реагирует с
2 моль NaOH (соотношение n(Al) : n(NaOH) = 1 : 1). Количество вещества
алюминий равно:
моль,
следовательно, количество вещества n (NaOH) = 0,05 моль.
Определим массу гидроксида натрия:
m (в-ва) = n · M = 0,05 · 40 = 2 (г).
Вычислим массу раствора гидроксида натрия, зная массовую долю NaOH в
растворе:
(г).
Определим объем раствора 40%-го раствора гидроксида натрия необходимый
для взаимодействия:
(мл).
Ответ: V (p-pa NaOH) = 4,1 мл; ω (Cu) = 32%, ω (Al) = 68%.