МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН «Естественных дисциплин»

advertisement
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
ЗАРАФШАНСКИЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ
КОЛЛЕДЖ
НАВОИЙСКОГО ГОРНО - МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО
КОМБИНАТА
Кафедра «Естественных дисциплин»
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
Зарафшан – 2008
Рациональный
метод решения расчетных задач по химии.
Методическое пособие. Г.В. Еремеева. Зарафшан 2008 год.
АННОТАЦИЯ
Настоящее методическое пособие составлено с целью ускорения и
упрощения решения расчетных задач по химии. Уравнения химических
реакций выражает как количественное соотношение молекул веществ,
участвующих и полученных в данной реакции, так и соотношение числа
молей этих веществ. Следовательно, количества веществ
прямо
пропорциональны коэффициентам уравнения реакции.
В пособии приведены примеры решения задач с использованием
моль в качестве единицы количества вещества при решении задач любых
типов, а также предложение задачи для самостоятельной работы.
Рецензент:
Каримов З.Т. – доцент, заведующий кафедры «Естественных и
общетехнических дисциплин» Зарафшанского ОТФ НГГИ.
Рассмотрено на заседании. Протокол № 9 от 16.12.08 года кафедры
«Естественных дисциплин»
Настоящее
методическое
пособие
рекомендовано
к
использованию научно - педагогическим советом ЗППК. Протокол
№ 26 от 31.12.08 г.
и рекомендовано для применения в учебном
процессе.
© Зарафшанский промышленный
профессиональный колледж, 2008
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.
Рациональный метод решения расчетных задач по химии…..…
4
2.
Задачи………………………………………………………………… 6
3.
Задачи для самостоятельной работы……………………………….. 21
4.
Ответы на задачи…………………………………………………….. 24
5.
Список литературы………………………………………………….. 25
3
Рациональный метод решения
расчетных задач по химии
При изучении темы «Количественные отношения в химии» и при
решении расчетных задач рекомендуют в обязательном порядке
использовать понятие «количество вещества» и его единицу – моль.
Последовательное применение этой единицы требует следовать примеру
физиков, которые не начинают решение расчетных задач, пока все
величины из условия этих задач не выражены в единицах
Международный системы единиц (СИ). Так должны, по нашему мнению,
поступать и учителя химии, выражая данные задачи в единицах
количества вещества, т. е. в молях, пользуясь соответствующими
соотношениями.
Теоретической основой для решения задач по химическим
превращениям служит тот факт, что уравнение химической реакции
выражает как количественное соотношение молекул веществ,
участвующих и полученных в данной реакции, так и соотношение числа
молей этих веществ. Это вытекает из постоянства числа Авогадро NA для
моля любого вещества.
Отсюда очевидно, что количества веществ, участвующих (или
полученных) в реакции, прямо пропорциональны коэффициентам
уравнения реакции. Так, если выразить уравнение химической реакции в
общем виде следующим образом:
K1A+K2B=K3C
а через ν1, ν2, ν3 соответствущие количества веществ А, В и С, тогда
очевидно, что можно записать следующее соотношение:
v 1: v 2: v 3:= K1: K2: K3.
В частном виде это соотношение можно выразить так:
v1
K
 1.
v2
K2
Это соотношение выполняется в том случае, когда вещества полностью
вступают реакцию.
Из этого соотношения вытекает, что, если по условию задачи
v1
K
v1
K
 1 , значит вещество А взято избытке, а если
 1 , тогда
v2
K2
v2
K2
вещество В взято избытке.
4
Таким образом, применяя этот алгоритм, можно установить, взято ли
какое-либо вещество в избытке и какое именно. Однако практически не
всегда надо будет применять этот алгоритм, если все данные условия
задачи будет выражены в молях.
Решая задачу предложенным нами способом, мы получаем результат
также в молях. Применяя соотношение m= v •M или V= v •Vm, можем
получить этот результат в единицах массы или объема, (если речь идет о
газообразных веществах).
При решении задач, в которых все участвующие вещества являются
газообразными и выражениы в единицах объема, можно пользоваться
другим соотношением, равноценным соотношению
V1 V 2
v1
K
и
 1 . Так замещая в этом соотношении v 1 и v 2: через
Vm Vm
v2
K2
V1
K
 1 . т.е. отношение объемов веществ, участвующих в
получаем
V2
K2
реакции, равно отношению коэффициентов уравнения данной реакции.
Этот алгоритм также дает возможность решить вопрос о наличии
V1
K1

. то это
избытка какого-либо газа и какого именно. Так, если
V2
K2
V1
K
 1 . то
значит, что вещество В прореагировало полностью, а если
V2
K2
вещество В в избытке.
Для выражения количества вещества, если известна его масса,
пользуемся отношением
v
m
,
М
а если известен объем газообразного
V
v

.
вещества – соотношением
V m . Отсюда можно вывести и такое
m
V

соотношение:
M V m . Это дает возможность вычислять массу
вещества, зная его объем (н.у.), и наоборот.
Выражение всех величин задачи в молях упрощает решение любых
задач.
При решении задач на концентрацию раствора вместо понятия
процента вводится понятие массовой доли. Понятие «массовая доля» надо
применять при решении любых задач, в которых нужно найти долю
какой-либо системы (раствора, смеси, сплава, химического соединения и
т. д.). Здесь надо исходить из соответствующего алгоритма:
a - масса компонента, b-масса всей системы, а
5
=
a
,
b
где
 - это массовая доля
компонента, взятого от единицы. Применяя это соотношение к массовой
доле растворенного вещества, мы имеем:

m(вещество)
m( раствор)
Отсюда m (вещество) =   m (раствор), а m (раствор) =
m(вещество)
.

Чтобы перейти к выражению массовой доли в процентах, надо
помножить соотношение
m(вещество)
m(вещество)

 100%
на 100%, т.е.  % 
m( раствор)
m( раствор)
Приведем примеры расчетных задач по курсу химии.
З а д а ч а 1. Определите степень разложения оксида ртути (II)
массой 54 г, если при
нагревании выделилось 2,24 л О2 (н.у.).Каков
состав остатка после разложения?
Дано
m (HgO)=54 г
M (HgO)= 217 г/моль
V (O2)=2,24 л
V m=22,4 л/моль
___________________
% разложения (HgO)=?
Состав остатка =?
Р е ш е н и е:
1. Находим количество вещества оксида ртути (Н) до разложения:
v (HgO)=
54г
 0,25 моль :
217 г / моль
2. Находим количество вещества кислорода, выделившегося в
процессе реакции:
v
v
(O2) =
(O2) =
V
Vm
:
2.24 л
=0.1
22.4 л / моль
моль:
3. Рассчитаем количество вещества оксида ртути (II), который
подвергаем разложению.
Записываем уравнение реакции:
t
2HgO = 2Hg +O2
2 моль
2 Моль 1 моль
6
Отсюда 0,1 моль О2 и 0,2 моль Hg образуются при разложении 0,2 моль
HgO.
Всего было 0,25 моль HgO, а разложилось, только 0,20 моль, значит,
0,05 моль HgO ( 0,25-0,20=0,05) не разложилось.
4. Рассчитываем степень разложения оксида ртути (II):
0,20 моль

 0,80, или80% .
0,25 моль
5. Находим состав остатка:
m (HgO)=0,05 моль·217 г/моль = 10,85 г
m (Hg)=0,20 моль·201 г/моль = 40,2 г.
З а д а ч а 2. Оксид свинца массой 18,47 г нагрели в токе водорода.
После того как нагревание было прекращено, масса оставшегося оксида
и образовавшегося свинца составляла 18,07 г Какова масса воды,
образующейся при этом опыте?
Дано
m (PbО) 18.47 г
m (смесь) = 18,07 г
__________________________
m (H2O) = ?
Р е ш е н и е:
Согласно уравнению реакции:
PbО+H2 = Pb+H2O
Атомарный кислород количеством вещества 1 моль образует один
моль воды:
О
H2O
1 моль
1 моль
За счет этого происходит уменьшение веса оксида свинца,
восстанавливающегося в свободный свинец.
1. Находим массу кислорода, прореагировавшего с водородом:
m (O) =18,47—18,07 г = 0,40 г
2. Находим, какому количеству вещества атомарного кислорода
соответствует его масса, равная 0,40 г.
v (O) =
0,40
 0,025 моль .
16 г / моль
3. Определяем количество вещества Н2О и ее массу, образовавшуюся в
результате реакции:
О
H2O
1 моль
1 моль
0,025 моль
0,025 моль
m (H2O) = 0,025 моль ∙18 г/моль = 0,45 г
7
З а д а ч а 3. Газовая смесь объемов 100 мл для синтеза хлорводорода
была пропущена через раствор иодида калия. При этом выделился йод
массой 0,508 г. Найдите состав смеси ( в процентах по объему).
Дано:
V (смесь) = 100мл
m (I2) = 0,508 г
________________
 (смесь) % = ?
Р е ш е н и е:
1. Находим количество вещества йода, соответствующее 0,508 г:
M (I2) = 254 г/моль:
v (I2) =
0,508
 0,002 моль.
254 г / моль
2. Находим количество вещества хлора и его объем в смеси. Согласно
уравнению реакции:
Cl2 + 2KJ = I2 + 2KCl
1 моль
0,002 моль
1 моль
0,002 моль
Таким образом, в реакцию вступило 0,002 моль Cl2, или по объему
V= v ∙Vm
V (Cl2) = 0.002 моль∙22,4 л/моль = 0,0448 л = 44,8 мл.
Следовательно, массовая доля (%) хлора в смеси равна 44,8 %.
З а д а ч а 4. Слили два раствора вместе, один, содержащий CaCl2
массой 37 г, и другой, содержащий Na3PO4 массой 123 г. Определите,
какое вещество полностью прореагировало.
Дано:
m (CaCl2) = 37 г
M (CaCl2) = 111 г/моль
m (Na3PO4) = 123 г
M (Na3PO4) = 164 г/моль
_______________________
Какое вещество прореагировало полностью?
Решение:
3CaCl2+2Na3PO4=Ca3(PO4)2+6NaCl
1.Находим количество вещества СаСl2:
v (CaCl2) =
37 г
 0,33 моль.
111г / моль
2. Находим количество вещества Na3PO4:
v (Na3PO4) =
123г
 0,75 моль
164 г / моль
8
3. Согласно уравнению реакции, 3 моль СаСl2 реагируют с 2 моль
Na3PO4 следовательно, 0,33 моль СаСl2 прореагируют с
v (Na3PO4) =
0,33 моль  2 моль
 0,22 моль. По
3 моль
условию задачи дано 0,75 моль
Na3PO4. Следовательно СаСl2 прореагирует полностью, а Na3PO4
останется в растворе в количестве вещества v (Na3PO4) = 0,75 моль – 0,22
моль = 0,53 моль.
З а д а ч а 5. К некоторому объему кислорода в закрытом сосуде
добавили 10, 0 л водорода. Смесь взрывали, в результате чего воды
образовалось 8,04 г. После охлаждения объем непрореагировавшего газа
оказался равным 3,00 л. (при н.у. ). Вычислить первоначальный объем
кислорода?
Р е ш е н и е: Кислород и водород реагирует по уравнению:
Дано:
2Н2 + О2
2 Н2О
V(H2)=10.0 л
Рассчитаем количество вещества, взятого для
M (H2O)=8.04 г реакции водорода, и образовавшейся воды:
V (газа)=3,00л
ν (H2)=
V (H 2 )
Vm
ν (Н2)=
10
=0,4464моль
22,4
m ( H 2O )
8,04
 0,4467 моль
V(О2)=?
ν (H2O) =
ν (Н2О)=
M ( H 2O )
18
Поскольку количества вещества образовавшейся воды практические
равно количеству вещества взятого водорода, можно считать, что водород
прореагировал полностью, а оставшейся газ – кислород. По уравнению
реакции: V (О2) вступ. = 0,5·0,4464=0,2232 моль
V (О2) вступ. = 0,2232∙22,4=5,00л
Таким образам, первоначальный объем кислорода равен 5+3=8л
З а д а ч а: 6. К 150 мл раствора сер-ной кислоты с концентрацией 0,500
моль/л добавили 7,50 г гидрида калия. Определить реакцию среды.
Дано:
Р е ше н и е:
V (р-ра Н2SO4)=150мл=0,15л
Гидрид калия реагирует с серной кисW=0,500 моль/л
лотой:
M (KH)=7.50 г
H2SO4+2KH K2SO4+2H2
Рассчитаем количество вещества обоих
Среда в рре?
реагентов:
v (H2SO4)=c(H2SO4)·V(р-р H2SO4) v (H2SO4)=0,5·0,15=0,075 моль
v (KH)= m(кн )
v (KH)= 7,5  0,1875 моль
M ( кн )
40
9
Из приведенной выше реакции КН находится в избытке
следовательно оставшийся гидрид калия вступит в реакцию с водой с
образованием щелочи:
КН+H2O
KOH+H2
Реакция среды – щелочная.
З а д а ч а: 7. Оксид марганца (IV) массой 8,7г обработали избытком
раствора соляной кислоты. Выделившийся газ (выход продукта равен
90%) смешали с 2,24 л (н,у) водорода. Определить относительную
плотность полученной газовой смеси по кислороду.
Р е ш е н и е:
Дано
Реакция взаимодействия оксида марганца (IV) с
m (MnO2)=8.7u
соляной кислотой:
w (газ)=90%
MnO2+4HCl
MnCl2+2H2O+Cl2
V (H2)=2.24л
До2-?
Рассчитаем количество оксида марганца:
m( MnO )
v ( MnO2) = M ( MnO2 ) v ( MnO2)= 8,7  0,1моль
87
2
Определяем количество выделившегося газа (Cl2) при количественном
(100%) выходе, согласно уравнению реакции:
v теор (Cl2)= v (MnO2):
v теор(Cl2)=0,1 моль
Рассчитаем практически полученное количество газа (Cl2):
v практ(Cl2)= v теор(Cl2)· W (Cl )
2
v
практ
100%
0,1  90
 0,09 моль
(Cl2)=
100
Находим количество водорода:
v (H2)= V ( H )  2,24  0,1моль
2
22,4
22,4
Вычисляем массы водорода и хлора:
m(H2)= v (H2)·M(H2)=0,1·2=0,2г
m(Cl2)= v (Cl2)·M(Cl2)=0,09·71=6,39г
Следовательно, масса газовой смеси равна сумме масс водорода и хлора:
m (cмеси) =m(H2)+m(Cl2)=0,2+6,39=6,59 г
Количество газовой смеси равна сумме количесть водорода и хлора:
v = v (H2)+ v (Cl2) =0,1+0,09=0,19моль
Определяем молярную массу газовой смеси:
M 
m 6,59
=
=34,7
v 0,19
г
/моль
Находим относительную плотность газовой смеси по кислороду:
Д=
M ( газа ) 34,7

 1,08
M (O 2 )
32
10
З а д а ч а: 8. Какую массу дигидрата дигидрофосфата натрия
можно получить из 8,00 vомл 8,00% - го раствора дигидрофосфата
натрия
(пл. 1,06 г/мл) ?
Р е ш е н и е: Рассчитаем количество вещества NaH2PO4, находящегося
в растворе:
V (pp) ∙ p ∙ w
8,00 ∙ 1,06 ∙ 0,08
ν (NaH2PO4) = ——————— = ———————— = 0,005653моль
M (NaH2PO4)
120
Поскольку ν (NaH2PO4 ∙ 2H2O) = ν (NaH2PO4), можно рассчитать массу
кристаллогидрата:
m(NaH2PO4 ∙ 2H2O) = M(NaH2PO4 ∙ 2H2O) ∙ ν (NaH2PO4 ∙ 2H2O)
m(NaH2PO4 ∙ 2H2O) = 156 ∙ 0,005653 = 0,882г, т. е. можно
аолучить 0,882 г. Дигидрата дигидрофосфата натрия.
З а д а ч а 9. Сколько атомов водорода приходится на 1 атом фосфора
в 14,0% нм растворе дигидрофосфата калия?
Решение. Примем, что масса раствора равнат (г), тогда m(KH2PO4) =
0,14m ; m(Н2О) = 0,86m. Выразим через m количества вещества соли и
воды:
ν (KH2PO4) = 0,14m : 136 = 0,001029 m
ν (Н2О) = 0,86 m : 18 = 0,04778m
Количество вещества атомов фосфора равно количеству вещества
соли, m. е. ν (P) = 0,001029 m.
Количество вещества атомов водорода равно удвоенной сумме
количеств веществ воды и соли, так как в формульных единицах
обоих веществ содержится по два атома водорода:
ν (Н) = 2 (0,001029 m + 0,04778m) = 0,09762 m.
Соотношение количеств веществ будет равно соотношению чисел
атомов:
H
0,09762m

 95
P 0,001029m
Таким образом, в данном растворе на один атом фосфора приходится
95 атомов водорода.
З а д а ч а 10. Вычислите обьем углекислого газа (Н.У.),
который образуется при добавлении избытка раствора гидросульфата
калия к 50,0г образца малахита, содержащего 15,0 % некарбонатных
примесей.
Р е ш е н и е. Между веществами протекает реакция
11
(CuOH)2 CO3 + 4KHSO4 → 2CuSO4 → 2K2SO4 + CO2 ↑ + 3H2O
В образце малахита содержится основного карбоната меди
100% - 15% = 85%.
Вычислим массу основного карбоната меди:
m((CuOH)2 CO3) = m(малахит) ∙ w((CuOH)2 CO3)=50∙0,85=42,5 г, а затем
количество вещества:
ν (Сu(OH)2СО3)=m((CuOH)2CO3):M((CuOH)2CO3)=42,5:222=0,1914 моль
По уравнению реакции:
ν (СО2) = ν ((CuOH)2 CO3) = 0,1914 моль
Теперь можем рассчитать обьем выделяющего газа:
V (СО2) = ν (СО2) ∙ Vm = 0,1914 ∙ 22,4 = 4,29л
З а д а ч а 11. Какой максимальный обьем сероводорода (Н.У.)
может поглотить раствор массой 50г, массовая доля в котором
гидроксида калия и гидроксида натрия составляет по 20% ?
Р е ш е н и е: Рассчитываем количества веществ щелочей в растворе:
m (рр) ∙ w(Х)
ν (Х) = ———————
M(Х)
50 ∙ 0,2
50 ∙ 0,2
ν (NaOH) = ——— = 0,25 моль
ν (КOH) = ———— = 0,1786 моль
40
56
Найдем суммарное количество вещества ионов ОН:
ν (OН)сумм.= ν (КOH) + ν (NaOH) = 0,1786 + 0,25 = 0,4286 моль
Сероводород реагирует со щелочью либо с образованием кислой
соли, либо средней. Запишем уравнения реакции в ионном виде:
Н2S + OH → HS + Н2O
(I)
2
Н2S + 2OH → S + Н2O
(II)
Из представленных уравнений видно, что в реакции (I) поглощается в
2 раза больше сероводорода, чем в реакции (II). Расчет, следовательно,
следует вести по уравнению (I):
ν (Н2S) = ν (OН-)сумм. = 0,4286 моль
V (Н2S) = Vm ∙ ν (Н2S) = 22,4 ∙ 0,4286 = 9,60л
т.е. данный раствор может максимально поглотить 9,60л
сероводорода.
З а д а ч а 12. Массовая доля кислорода в составе смеси СО и СО2
равна 64%. Определите массовую долю СО2 в смеси.
Дано:
Р е ш е н и е.
W (O2)=64%
Массу смеси принимаем за 100 г. Рассчитаем
12
W(CO) в смеси=?
Массу кислорода в смеси W(O)=
m (O) =
m(O )
 100%
m(смеси )
64
 100  64г
100
Масса углерода в составе смеси равна разнице масс образца кислорода:
m (c)=m(образца)-m(o) m(c)=100-64=36г
Определяем количество углерода в газовой смеси:
ν (C)=
m (c )
M (C )
ν (C)=
36
 3 моль
12
Количество вещества в образце равна количеству углерода и сумме
количеств СО u CO2:
ν (образца)= ν (С)
ν (образца)= ν (СО)+ ν (СО2)
из этого следует, что ν (СО)+ ν (СО2)=3 моль.
Если обозначить количество СО в смеси Х, тогда количество СО2 в
смеси равна (3-Х).
Выражаем массы оксидов углерода в смеси:
m (CO)= ν (СО)∙M (CO):
m (CO)= x∙28;
m (СО2)= ν (СО2)∙ M (CO2):
m (СО2)=(3-x)∙44;
Масса образца равна сумме масс оксидов углерода и составляет 100г:
m (CO)+ m(СО2)=100г
Подставляем в уравнение значение масс оксидов: х∙28+(3-х)∙44=100
Решаем уравнение: х= ν (СО)= 2 моль
Рассчитаем массу СО:
m (CO)= ν (СО)∙ M(СO); m (CO)=2∙28=56 г
Определите массовую долю СО:
W (CO)=
m(CO)
 100% :
m(смеси )
W (CO)=
56
 100  56%
100
З а д а ч а 13. Массовая доля углерода в составе газовой смеси СО
и СО2 равна 36%. Определить относительную плотность газовой
смеси го водороду.
Дано:
Для расчетов массу смеси принимаем за 100 г.
W(C)=36%
Определяем массу углерода в смеси:
W (C )  m(образца)
100%
36  100
36 г
M(C)=
100
Дн2=?
m (C)=
Вычисляем количество углерода в газовой смеси:
ν (С)=
m (c )
:
M (C )
ν (С)=
36
=3
12
моль
Количество вещества газовой смеси равна количеству углерода, т.е.
ν (смеси)=3моль Находим молярную массу газовой смеси:
13
M(смеси)=
m(смеси )
v (смеси )
:
M(смеси)=
100
 33,3 г
моль
3
Определяем относительную плотность газовой смеси по водороду:
Дн2= М (смеси ) :
Дн2=
М ( H 2)
33,3
 16,65
2
З а д а ч а 14. Цинк массой 13 г сплавили с серой массой 3,2г. Затем
к смеси добавили избыток соляной кислоты. Определите плотность
выделившегося газа по кислороду.
Дано:
Р е ш е н и е.
m(Zn)=13г
Сера и цинк реагирует по уравнению
m (S)=3.2г
S+Zn
ZnS
До2=?
Устанавливаем веществе, взятое в избытке. Для
этого рассчитаем количества серы и цинка:
v (S)=
m( s ) 3,2
= =0,1
M ( S ) 32
моль
v 1(Zn)=
mZn
13
= =0,2
M (Zn) 65
моль
С 0,1 моль серы прореагирует 0,1 моль цинка. Следовательно цинк
находится в избытке. Расчеты проводим по сере. Определяем количество
образовавшегося сульфида. Согласно уравнению реакции:
v (ZnS)= v (S):
v (ZnS)=0,1 моль
Нами определено, что в реакцию, вступило 0,1 моль цинка, т.е.
v 2(Zn)=0,1 моль Количество цинка не вступившего в реакцию,
равно разнице количества цинка, взятого для реакции и
прореагировавшего:
v (Zn)= v 1(Zn)- v 2(Zn):
v (Zn)=0,2-0,1=0,1 моль
Соляная кислота будет реагировать с сульфидом цинка с выделением газа
сероводорода:
ZnS+2HCl
H2S +ZnCl2
Определяем количество сероводорода: v (Н2S)= v (ZnS)=0,1моль
Соляная кислота взаимодействует с непрореагировавшим
цинком: Zn+2HCl
ZnCl2+H2
Определяем количество водорода.Из уравнения реакции следует, что
v (Н2)= v (Zn); v (Н2)=0,1моль
Рассчитаем массы сероводорода и водорода.
m (H2S)= ν (H2S)∙M (H2S):
m (H2S)=0,1∙34=3,4 г
m (H2)= ν (H2) ∙M(H2) :
m (H2)=0,1∙2=0,2 г
Следовательно, выделившийся газ состоит из водорода и сероводорода.
Вычисляем его молярную массу:
М(газ)=
(m( H 2S )  m( H 2))
:
(v( H 2S )  v( H 2)
М(газ)=
3,4  0,2
 18 г
моль
0,1  0,1
Находим относительную плотность газа по кислороду: До2=
14
18
 0,5625
32
З а д а ч а 15. Определите массовую долю ортофосфорный кислоты
в растворе, полученном при нагревании
раствора метафосфорный
кислоты с массовой долей
кислоты 8%. Считать, что НРО3
прореагировало с Н2О с образованием Н3РО4 полностью.
Дано:
Решение
W (HPO3)=8%
Выбираем образец раствора массой 100г
Рассчитаем массу НРО3 в растворе:
W(H3PO4)=?
W ( HPO 3 )  m( p  pa)
m(HPO3)=
:
100%
m(HPO3)=
8  100
 8г
100
Вычисляем количество метафосфорной кислоты:
m( HPO 2 )
ν (HPO3)= M ( HPO ) :
ν (HPO3)=
3
8
 0,1моль
80
При кипячении раствора метафосфорной кислоты протекает реакция:
НРО3+Н2О
Н3РО4
Определяем количество ортофосфорной кислоты , согласно уравнению
реакции
ν (Н2РО4)= ν (НРО3) : ν (H3PO4)=0,1моль
Находим массу Н3РО4:
m(Н3РО4)= ν (H3PO4)∙M(H3PO4); m(H3PO4)=0,1∙98=9,8 г
Рассчитаем массовую долю Н3РО4 в растворе:
m( H 3PO 4 )
 100%
m( р  ра)
9,8
W(H3PO4)=  100  9,8%
100
W(H3PO4)=
З а д а ч а 16. Смесь, содержавшую 48 г магния и 14 г кремния,
прокалили и затем обработали избытком соляной кислоты. Определите
объем выделившегося газа.
Дано
Решение
m (Mg)=48 г
Рассчитаем количества кремния и магния:
m ( Si )
M ( Si )
m( Mg )
(Mg)=
:
M ( Mg )
m (Si)=14 г
ν (Si)=
V(газа)=?
ν
14
 0,5 моль :
28
48
 2 моль :
(Mg)=
24
: ν (Si)=
ν
Записываем реакцию взаимодействия кремния и магния:
Si+2Mg
Mg2Si
Рассчитаем количество образовавшегося Mg2Si . Для этого определяем
вещество, взятого в избытке. С 0,5моль кремния прореагируют 1 моль
магния следовательно, в избытке находится магний. Расчеты проводим
по Si. Согласно уравнению реакции:
15
ν (Mg2Si)= ν (Si) :
ν ( Mg2Si)=0,5 моль
Количество магния, не вступившего в реакцию, равно разнице
количеств магния в исходной смеси и прореагировавшего:
ν (Mg)=2-1=1моль
Соляная кислота будет реагировать с силицидом магния и с
непрореагировавшим магнием.
Силицид магния с соляной кислотой реагирует с выделением газа
силана:
Mg2Si+4HСl
2MgCl2+SiH4
Определяем количество силана. В соответствии с уравнением реакции:
ν (SiH4)= ν (Mg2Si) : ν (SiH4)= 0,5 моль
В результате взаимодействия магния и соляной кислоты образуется
водород: Mg+2HСl
MgCl2+H2
Вычисляем количество водорода. Из уравнения реакции следует
ν (H2) = ν (Mg) :
ν (H2) =1 моль
Количество газа, образовавшего в результате реакции , равно сумме
количеств силана и водорода:
ν (газ)= ν (SiH4)+ ν (H2) :
ν (газ)=0,5+1=1,5 моль
Рассчитываем объем газа:
ν (газ)= ν (газ)∙22,4 г моль :
ν (газ)=1,5∙22,4=33,6 л
З а д а ч а 17. Оксид неизвестного метала (II) массой 14,4 г
восстановили смесью Н2,СО. В результате реакции образовалось 1,8г Н2О
и 4,4 г СО2 . Определите неизвестный металл.
Дано
m (MeO)=14,4г
Решение
m (H2O)=1,8г
Рассчитаем количества воды и оксида углерода (IV) :
m(CO2)=4,4г
ν (H2)=
m( H 2O)
;
M ( H 2O)
ν (H2)=
1,8
 0,1моль ;
18
m(CO 2 )
4,4
Опр. Ме=?
ν (СО2)=
M (CO 2 ) ; ν (СО2)= 44  0,1моль
Оксид металла (II) реагирует с водородом по уравнению
МеО+Н2
Ме+Н2О=0,1 моль
Рассчитаем количество оксида металла, вступившего в реакцию с
водородам. Согласно уравнению реакции:
ν 1 (МеО)= ν (Н2О) :
Вычисляем количество оксида металла (II) вступившего в реакцию с
оксидом углерода (II) : МеО+СО
Ме +СО2. Из уравнения реакции
следует, что
ν 2 (МеО)= ν (СО2) :
ν 2(МеО)=0,1 моль
Рассчитаем общее количество оксида металла (II):
16
ν (МеО)= ν 1 (МеО)+ ν 2(МеО): ν (МеО)=0,1+0,1=0,2 моль
Находим молярную массу оксида металла (II)
М (МеО)=
m( MeO )
:
 ( MeO )
М (МеО)=
14,4
 72 г
моль
0,2
Вычисляем молярную массу неизвестного металла:
М(Ме)=М(МеО)- М(О) : М(Ме) = 72-16 =56 г/моль
Этот металл железо (Fe)
З а д а ч а 18. К 200 г 14,6%-ной соляной кислотой добавили 15,8 г
неорганического вещества в результате чего выделилось 4,48л
углекислого газа (н.у.). Установите состав раствора в массовых долях.
Известно, что сухой остаток, полученный при выпаривании раствора,
полностью улетучивается при прокаливании.
Дано
Решение
m(р-ра НСl)=200
При прокаливании полностью улетучивается
W=14.6%
соли аммония, поэтому добавленное неоргаM(неорг. в-ва)=15,8 г
ническое вещество (Х) может быть карбонатом
или гидрокарбонатом аммония. Пишем
V(CO2)=4.48 л
реакцию взаимодействие соляной кислоты с
Опр.% состав
карбонатом:
р-ра.
NH4HCO3+HCl
NH4Cl+CO2 + H2O (I)
(NH4)2CO3+2HCl 2 NH4Cl+CO2 + H2O (II)
Вычисляем количество вещества хлороводорода , находящегося в
растворе и оксида углерода (IV), выделившегося в реакции:
m( HCl , p  p )  W ( HCl )
;
M ( HCl )
200  0,146
(HCl)=
 0,8 моль
36,5
ν (HCl)=
ν
V (СО 2 )
4,48
;
 0,2 моль
ν (CO2)=
Vm
22,4
По уравнению реакции ν (Х)= ν (СО2),следовательно, ν (Х)=0,2моль
Найдем молярную массу вещества Х по формуле
m( X )
15,8
М(Х)=
М(Х)=
 79 г/моль
ν (CO2)=
 (X )
0,2
Таким образом установили, что исходное вещество – NH4HCO3
В соответствии со стехиометрическим соотношениями;
ν (NH4Сl)обр.= ν (HCl)вступ.= ν (СО2)=0,2 моль
ν (HCl)ост.= ν (HCl)исх.-- ν (HCl)вступ.=0,8-0,2=0,6 моль
Рассчитаем массы веществ, находящихся в растворе и выделяющегося
углекислого газа по формуле.
17
m=M∙ ν
m(HCl)=35,5∙0,6=21,9 г
m(NH4Cl)=53,5∙0,2=10,7 г
m (CO2)=44∙0,2=8,8 г
Для вычисления массовых долей необходимо предварительно рассчитать
массу раствора:
m (p-p) итог. =m(HCl,p-p)+m (NH4HCO3)- m (CO2)
m (p-p) итог.= 200+15,8-8,8=207 г
И, наконец, расчет массовых долей веществ по формуле ;
m(в  ва )
 100%;
m( р  ра )
21,9
 0,106  100%  10,6%
(HCl)=
207
W(в-ва)=
W
W(NH4Cl)=
10,7
 0,0517  100%  5,17%
207
З а д а ч а 19. Вычислите массу меди, которую можно получить при
прокаливании 4,00 г смеси оксида меди (I) й сульфида меди (I), в которой
на 2 атома кислорода проходится 13 атомов меди.
Дано
Решение
m (смеси)=4,00 г Между оксидам меди (I) и сульфидом меди (I)
соотношение
при прокаливании идет реакция :
О:CU=2:13
2 Cu2O+Cu2S 6Cu+SO2
m (Cu)=?
Пусть в исходной смеси ν (Cu2O)=X (моль) ;
ν ( Cu2S)= у (моль). Выразим количество веществ атомов кислорода и
серы;
ν (О)= ν ( Cu2О)=Х ; ν (Сu)=2 ν (Cu2О)+2 ν (Cu2S)=2x+2y ;
В соответствии с условнием задачи ν (О): ν (Cu)=2:13;
х:(2х+2у)=2:13; откуда у=2,25х
Выразим массы обоих веществ исходной смеси через х по формуле
m=M∙ ν;
m =(Cu2О)=144 х ;
m(Cu2S)=160∙2,25 х
Составляем уравнение;
144 х + 160 ∙ 2,25 х=4 ; откуда х=0,007937 моль.
Поскольку сульфид меди (I) был в избытке, расчет количества вещества
меди ведем по оксиду меди (I):
ν (Сu)=3 ν (Cu2O)=3∙0,007937=0,0238 моль
Теперь находим массу меди:
m (Cu)=64∙0,0238=1.52 г
З а д а ч а 19. Двухвалентный металл массой 2,4 г прореагировал с
хлором. Образовавшейся хлорид растворили в воде и к раствору добавили
избыток АgNO3.
Выпал осадок массой 28,7 г . Определить неизвестный металл.
18
Дано:
m (Me)=2,4 г
m (AgCl)=28,7 г
Решение
Записываем уравнение реакции. Ме+ Cl2
МеCl2+2AgNO3 2AgCl +Me(NO3)2.
МеCl2;
Опр. Me-?
При решении задачи можно использовать схему:
Ме 2 AgCl
Рассчитаем количество AgCl: ν (AgCl)=
m( AgCl )
28,7

 0,2 моль
M ( AgCl ) 143,5
Определяем количество неизвестного металла. Согласно схеме
ν (Ме)=0,5 ν (AgCl);
ν (Ме)=0,5∙0,2=0,1моль.
Находим молярную массу металла.
M(Me)=
m( Me)
;
(vMe)
M(Me)=
2,4
 24 г/моль
0,1
Следовательно, неизвестный металл – магний.
З а д а ч а 21. К раствору хлорида железа, содержащего 12,7г соли,
прибавили избыток гидроксида калия. Выпал осадок массой 9г.
Определить валентность железа в хлориде.
Дано:
m (FeClx)=12.7 г
Решение
m (Fe(OH)x)=9 г
Составляем схему реакции:
Опр. валентность
FeClх+X KOН
Fe(OH)x +X KCl
Fe в хлорида
Примем валентность железа, равную Х.
Выражаем количества хлорида и гидроксида железа :
v (FeClx)= m( FeClx) ;
M ( FeClx)
v (Fe(OH)x)= m( Fe(OH ) x) ;
M ( Fe(OH ) x))
12,7
(56  35,5 x);
9
v (Fe(OH)x)=
(56  17 x).
v (FeClx)=
Согласно уравнению реакции:
v ( FeClx) = v (Fe(OH)x)
Подставляем в уравнение числовые значение количества хлорида и
гидроксида железа:
12,7
9

(56  35,5 х) (56  17 х)
Решаем уравнение:
12,7(56+17х)=9(56+35,5х)
711,2+215,9х=504+319,5х
711,2-504=319,5х-215,9х
207,2=103,6х х=2
Получаем, что валентность железа=2
19
З а д а ч а 22. Установите формулу алкана (Х). Массовая доля
углерода в его составе равна 80%
Дано:
Решение
W(C)=80% Для расчетов принимаем массу алкана за 100 г.
Вывести
Рассчитаем массу углерода в составе алкана:
формулу
m(c)=
w(c)  m(алькана )
;
100%
m(c)=
80  100
 80 г
100
Вычисляем его количество:
v (С)=
v (С)= 80  6,667 моль
m (c )
;
M (C )
12
Выражаем количество алкана:
v (CnH2n+2) =
M (CnH 2 n 2)
M (CnH 2 n 2)
v (CnH2n+2)=
100
(12n  2n  2)
Из общей формулы алканов (CnH2n+2) следует, что
v (CnH2n+2)=(1/n)∙ v (C)
В уравнение подставляем значение количеств алкана и углерода:
100
 (1 / n)  6,667
(12n  2n  2)
Решив мы получаем что n=2 следовательно формула алкана –С2Н6
З а д а ч а 23. При покаливании 25 г Cu(No3)2 масса твердого остатка
составил 22,84 г . Определить объем (н.у) кислорода выделившегося при
разложении нитрата меди.
Дано:
m(Cu(NO3)2)=25 г
m (CuO)=22,84 г
V(O2)
Решение
Нитрат меди при прокаливании разлагается по
уравнению.
2Cu(NO3)2
2CuO+4NO2 +O2
Если обозначим количество кислорода выделившегося при разложении
за Х, то количество оксида азота, выделившегося при разложении,
равно 4 х. Выражаем массы кислорода и оксида азота:
m(O2)= v (O2)∙M(O2);
m(O2)=32 x
m(NO2)= v (NO2)∙M(NO2);
m (NO2)=4x∙46=184x
20
согласно уравнению реакции уменьшение массы связано с выделением
газов оксида азота и кислорода.
Суммарная масса оксида азота и кислорода равна разнице масс нитрата
меди и твердого остатка:
m(NO2)+m(O2)=25-22,84=2,16г.
Подставив значение масс кислорода и оксида азота в последнее
уравнение, получаем
32х+184х=2,16;
откуда х= v (О2)=0,01 моль. Определяем объем кислорода:
V(О2)= v (O2)∙22,4 г/моль ;
V(O2)=0,01∙22,4=0,224 л
Приведенные примеры убедительно показывают, что применяя моль
в качестве единицы количества вещества при решения задач любых
типов, мы облегчаем, упрощаем и ускоряем весь ход решения, причем,
самое главное, он становится для учащихся более осмысленным.
Ознакомив вас с методикой рационального решения расчетных задач
с использованием количества вещества, предлагаем задачи для
самостоятельной работы. Ответы этих задач даны в конце
методического пособия.
З а д а ч а 1. Вычислите массу воды, которая образуется при взрыве
смеси водорода с кислородом объемом 336мл.(н.у.) известна что оба
газа прореагировали полностью.
З а д а ч а 2. Газ, полученный при взаимодействии водорода и серы,
пропустили через избыток раствора СuSO4.В результате реакции выпал
осадок массой 4,8г. Определите объем (н.у.) водорода, вступившего в
реакцию.
З а д а ч а 3. Массовая доля кристаллизационный воды в составе
кристаллогидрата Na2SO4∙X H2O равна 0,5590. Определите формулу
кристаллогидрата.
З а д а ч а 4. Определите массовую долю (в процентах ) кислорода в
смеси, содержащей 23г этанола С2Н5ОН и 16г метанола СН3ОН.
З а д а ч а 5. Определите массу 2,24л газовой смеси (н.у.) состоящей из
оксида углерода (II) и оксида углерода (IV). Массовая доля оксида
углерода (IV) равна 0,6.
21
З а д а ч а 6. Известняк массой 11г обработали избытком соляной
кислоты. В результате реакции выделился газ объемом 2,24л.
Определите массовую долю (%) СаСо3 в составе известняка.
З а д а ч а 7. Определите массовую долю железа (в%) в составе лунного
минерала пироксфероита СаFe6(SiO3)7.
З а д а ч а 8. При частичном термическом разложении нитрата калия
массой 25г выделилось 3,2г кислорода. Определите массовую долю
нитрита калия в твердом остатке.
З а д а ч а 9. Из бензола массой 15,6г получили 16г анилина.
Определите выход (%) анилина.
З а д а ч а 10.Какая масса диэтилового эфира образуется при
взаимодействии 6,8 этилата натрия с 11г бромэтана? Выход эфира
равен 90%.
З а д а ч а 11. При прокаливании смеси карбоната и гидрокарбоната
натрия массой 40г образовалось 3,6г воды. Определите массовую долю
(%) карбоната натрия в исходной смеси.
З а д а ч а 12. Какая масса метана образуется при нагревании 6г
уксусной кислоты с избытком гидроксида натрия? Выход метана равен
85%
З а д а ч а 13. На нейтрализацию насыщенной одноосновной кислоты
была затрачено 4г NaOH. В результате реакции получили 9,6г соли.
Определите формулу кислоты.
З а д а ч а 14. Массовая доля кислорода в составе альдегида равна
0,3636. Определите формулу альдегида.
З а д а ч а 15. Хлороводород, полученный в результате взаимодействия
2,24л Н2(н.у.) с избытком Cl2, пропустили через раствор нитрата
серебра массой 50г с массовой долей соли 3,4% Определите массу
осадка.
З а д а ч а 16. Какую массу серной кислоты можно получить из 160г
оксида серы (VI), если выход продукта 90%?
22
З а д а ч а17. Какая масса этилацетата образуется при взаимодействии
12г уксусной кислоты с 10г этанола? Выход эфира равен 85%
З а д а ч а 18. Какая масса оксида марганца (IV) вступила в реакцию с
концентрированной соляной кислотой, если при этом образовалось
6,30г хлорида марганца (II)?
З а д а ч а 19. Установите формулу соединения, массовые доли H,Cl, O
в котором равны 1; 35,5; 64%.
З а д а ч а 20. Какую массу бромной воды (в граммах ) с массовой
долей брома 4% нужно взять для получения 2,4,6-триброманилина из
18,6г анилина?
З а д а ч а 21. Какой объем (н.у) ацетилена (м3) можно получить из
3000м3 природного газа, содержащего 95% метана? Выход ацетилена
достигает 90%
З а д а ч а 22. Какую массу бутадиена можно получить при
пропускании 50г этилового спирта над катализатором? Выход
алкадиена равен 80%
З а д а ч а 23. Какую максимальную массу воды может присоединить
10г бутена?
З а д а ч а 24. Какую массу циклобутана можно получить при
займадествий5г натрия и 21,6г 1,4-дибромбутана, если выход его равен
70%
З а д а ч а 25. Алкан массой 7,2г прореагировал с 14,2г хлора с
образованием дихлорпроизводного алкана. Определите формулу
алкана?
З а д а ч а 26. Установите формулу углеводорода (Х), содержащего
82,76% углерода (по массе).и 17,24% водорода (по массе).
Относительная плотность углеводорода по кислороду равна 1,8125.
З а д а ч а 27. На растворение оксида железа массой 16г было затрачено
21,9г соляной кислоты. Определите формулу оксида железа.
З а д а ч а 28. К раствору содержащему 26,7г хлорида алюминия,
прилили раствор, содержащий 23,4г сульфида натрия. Определите
массу образовавшегося осадка.
23
З а д а ч а 29.В растворе содержащем 9,8г Н3РО4, растворили 6г
NaOH.Определите количество образовавшегося гидрофосфата натрия.
З а д а ч а 30. Какую массу железа можно получить при восстановлении
464г Fe3O4оксидом углерода (II), если потери составляют 15%?.
24
Ответы на задачи
1. 0,18г
2. 1,12л
3. Na2SO4∙10 H2O
4. 41%
5. 3,58г
6.91%
7. 37%
8.78%
9. 86%
10. 6,66г
11.16%
12. 1,36г
13. C2H5COOH
14. CH3CHO
15. 1,435г
16. 176,4г
17. 15г
19. HClO4
20. 2400г
21. 12,83м3
22. 23,5
23. 3,2г
24. 3,92г
25. С5Н12
26. C4Н10
27. Fe2O3
28. 15,6г
29. 0,05моль
30. 286г.
25
18. 0,34г
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Я.Л. Гольдфарб, Ю.В. Ходаков, Ю.В. Додонов. Сборник задач
и упражнений по химии. М. Дрофа, 2002.
2. Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. Химия, 8-М. Просвещение,
2001.
3. Г.Е. Рудзитис. Ф.Г. Фельдман. Химия, 9-М. Просвещение 2002.
4. Г.Е. Рудзитис. Ф.Г. Фельдман. Химия, 10-М Просвещение,
2002.
5. Л.А. Цветков. Органическая химия для поступающих в вузы –
М. Просвещение, 2002.
6. Г.П. Хомченко. Химия для поступающих в вузы. М. Высшая
школа, 1993.
7. Г.П. Хомченко. И.Г. Хомченко. Задачи по химии для
поступающих в вузы. – М. Высшая школа, 1993.
8. Журналы «Химия в школе»
9. Узбекский химический журнал.
26
27
28
Скачать