Задачи на определение количественного состава смеси. Химические свойства металлов. материал для подготовки к егэ (гиа) по химии (11 класс) на тему. Задачи на смеси и сплавы металлов Несложные задачи с двумя компонентами смеси
Задачи на определение количественного состава смеси. Химические свойства металлов.
1. Смесь алюминиевых и железных опилок обработали избытком разбавленной соляной кислоты, при этом выделилось 8,96 л (н.у.) водорода. Если такую же массу смеси обработать избытком раствора гидроксида натрия, то выделится 6,72 л (н.у.) водорода. Рассчитайте массовую долю железа в исходной смеси.
2. Смесь магниевых и цинковых опилок обработали избытком разбавленной серной кислоты, при этом выделилось 22,4 л (н.у.) водорода. Если такую же массу смеси обработать избытком раствора гидроксида натрия, то выделится 13,44 л (н.у.) водорода. Рассчитайте массовую долю магния в исходной смеси.
3. При растворении смеси меди и оксида меди(II) в концентрированной азотной кислоте выделилось 18,4 г бурого газа и было получено 470 г раствора с массовой долей соли 20%. Определите массовую долю оксида меди в исходной смеси.
4. Смесь сульфида алюминия и алюминия обработали водой, при этом выделилось 6,72 л (н.у.) газа. Если эту же смесь растворить в избытке раствора гидроксида натрия, то выделится 3,36 л (н.у.) газа. Определите массовую долю алюминия в исходной смеси.
5.Если смесь хлоридов калия и кальция добавить к раствору карбоната натрия, то образуется 10 г осадка. Если ту же смесь добавить к раствору нитрата серебра, то образуется 57,4 г осадка. Определите массовую долю хлорида калия в исходной смеси.
6.Смесь меди и алюминия массой 10 г обработали 96-процентной азотной кислоты, при этом выделилось 4,48л газа (н.у.).Определите количественный состав исходной смеси и массовую долю алюминия в ней.
7. Смесь магния и оксида магния массой 6,4 г обработали достаточном количеством разбавленной серной кислоты, при этом выделилось 2,24л газа (н.у.).Определите количественный состав исходной смеси и массовую долю оксида магния в ней.
8.Смесь меди ицинка массой 40г обработали концентрированным раствором щелочи.При этом выделился газ объемом 8,96л (н.у.).Вычислите массовую долю меди в исходной смеси.
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Разработка урока содержит подробный конспект урока, слайды к проведению урока, рабочую тетрадь по изучаемой теме, инструктивные карты для проведения эксперимента и другой дидактический материал....
Задачи на смеси (ЕГЭ- 2017, №33)
Задания со свободным ответом, оцениваются максимально на 4 балла
Смесь магния и оксида магния массой 6,4г обработали достаточным количеством разбавленной серной кислоты. При этом выделилось 2,24 л газа (н.у.). Найти массовую долю магния в смеси.
При растворении в разбавленной азотной кислоте 3,04 г смеси железа и меди выделяется оксид азота (II) объемом 0,986 л (н.у.). Определите состав исходной смеси.
При взаимодействии железа массой 28 г с хлором образовалась смесь хлоридов железа (II) и (III) массой 77,7 г. Вычислите массу хлорида железа (III) в полученной смеси.
При обработке 8,2 г смеси меди, железа и алюминия избытком концентрированной азотной кислоты выделилось 2,24 л газа. Такой же объем газа выделяется и при обработке этой же смеси такой же массы избытком разбавленной серной кислоты (н.у.). Определите состав исходной смеси в массовых процентах.
При растворении смеси меди и оксида меди 2 в концентрированной азотной кислоте выделилось 18,4 г бурого газа и было получено 470 р-ра с массовой долей соли 20%.
Определите массовую долю оксида меди в исходной смеси.
Задания с выбором ответов, оцениваются максимально на 2 балла (ЕГЭ 2017)
1. (ЕГЭ №5) Установите соответствие между формулой вещества и классом/группой, к которому(-ой) это вещество принадлежит
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА КЛАСС/ГРУППА
А) СаН 2 1) оксид солеобразующий
Б) NaH 2 PO 4 2) оксид несолеобразующий
В) H 3 N 3) соль средняя
Г) SeO 3 4) кислота
5) соль кислая
6) Бинарное соединение
2. (ЕГЭ № 7)Какие свойства могут проявлять следующие вещества?
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА СВОЙСТВА
А) HNO 3 1) свойства оснований
Б) NaOH 2) свойства солей
В) Fe(OH) 2 3) свойства кислот
Г) Zn(NO 3) 2 4) свойства кислот и солей
5) свойства солей и оснований
3. (ЕГЭ № 7) Установите соответствие между твердым веществом и продуктами его взаимодействия с водой:
А) BaBr 2 1) Ba(OH) 2 + HBr
Б) Al 2 S 3 2) Ba(OH) 2 + NH 3
В) KH 2 3) Ba 2+ + 2Br -
Г) Ba 3 N 2 4) H 2 + KOH
5) Al(OH) 3 + H 2 S
6) не взаимодействует
4. (ЕГЭ №5)Установите соответствие между оксидом и соответствующим ему гидроксидом
А) N 2 O 3 1) HPO 3
Б) SeO 2 2) CuOH
В) Cu 2 O 3) H 2 SeO 3
Г) P 2 O 3 4) H 2 SeO 4
5. (ЕГЭ №9, №17) Задана следующая схема превращений веществ:
Sr === X ==== NH 3 === Y
Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y.
Запишите в таблицу номера выбранных веществ под соответствующими буквами.
6. (ЕГЭ №22) Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза водного раствора этой соли, которые выделились на инертных электродах: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
ФОРМУЛА СОЛИ ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
А) Na 3 PO4 1) O 2 , H 2
Б) KF 2) O 2 , Mg
В) MgBr 2 3) H 2 , Mg
Г) Mg(NO 3) 2 4) Na, O 2
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими
7. (ЕГЭ №27) Вычислите массу медного купороса (CuSO 4 *5H 2 O), которую необходимо растворить в воде, чтобы получить 240 г 10% раствора сульфата меди.
8. (ЕГЭ №27) Смешали два раствора, масса первого раствора равна 80 г, с массовой долей сульфата натрия 5%, масса второго раствора массой 40г, с массовой долей сульфата натрия 16%. Определите массовую долю сульфата натрия во вновь полученном растворе.
Ответ: ___________________ г. (Запишите число с точностью до десятых.)
9. (ЕГЭ 35 (5)) Используя метод электронного баланса составьте уравнение реакции:
СН 3 -СН = СН-СН 3 + KMnO 4 + H 2 O == CH3-СН(OH)-CH(OH)-CH 3 + MnO 2 + KOH
Задание №1
При растворении смеси меди и оксида меди (II) в концентрированной азотной кислоте выделилось 18,4 г бурого газа и было получено 470 г раствора с массовой долей соли 20%. Определите массовую долю оксида меди в исходной смеси.
Ответ: 65,22%
Пояснение:
При растворении меди и оксида меди (II) протекают следующие реакции:
Cu + 4HNO 3(конц.) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O (I)
CuO + 2HNO 3(конц.) = Cu(NO 3) 2 + H 2 O (II)
Бурый газ NO 2 выделяется только при взаимодействии меди с концентрированной азотной кислотой. Найдем его количество по формуле:
где m – масса вещества [г], M – молярная масса вещества [г/моль].
M(NO 2) = 46 г/моль
ν (NO 2) = m(NO 2)/M(NO 2) = 18,4 г/46 г/моль = 0,4 моль.
По условию реакции (I):
ν I (Cu(NO 3) 2) = ν(Cu) = 1/2ν(NO 2),
следовательно,
ν I (Cu(NO 3) 2) = ν(Cu) = 0,4 моль/2 = 0,2 моль.
Масса нитрата меди, образовавшегося за счет взаимодействия меди с концентрированной азотной кислотой:
m I (Cu(NO 3) 2) = M(Cu(NO 3) 2) . ν(Cu(NO 3) 2) = 188 г/моль. 0,2 моль = 37,6 г.
Масса вступившей в реакцию меди равна:
m(Cu) = M(Cu) . ν(Cu) = 64 г/моль. 0,2 моль = 12,8 г.
Общая масса содержащегося в растворе нитрата меди равна:
m общ. (Cu(NO 3) 2) = w(Cu(NO 3) 2) . m(р−ра)/100% = 20% . 470г / 100% = 94 г.
Масса нитрата меди, образовавшегося при взаимодействии оксида меди с концентрированной азотной кислотой (II):
m II (Cu(NO 3) 2) = m(смесь) – m I (Cu(NO 3) 2) = 94 г – 37,6 г = 56,4 г.
Количество нитрата меди, образовавшегося при взаимодействии оксида меди с концентрированной азотной кислотой (II):
ν II (Cu(NO 3) 2) = m II (Cu(NO 3) 2) /M II (Cu(NO 3) 2) = 56,4 г/188 г/моль = 0,3 моль
По условию реакции:
(II) ν II (Cu(NO 3) 2) = ν(CuO) = 0,3 моль.
m(CuO) = M(CuO) . ν(CuO) = 80 г/моль. 0,3 моль = 24 г
m(смеси) = m(CuO) + m(Cu) = 24 г + 12,8 г = 36,8 г
Массовая доля оксида меди в смеси равна:
w(CuO)% = m(CuO)/m(смеси) . 100% = 24 г / 36,8 г. 100% = 65,22%
Задание №2
Определите массовую долю карбоната натрия в растворе, полученном кипячением 150 г 8,4%-ного раствора гидрокарбоната натрия. Какой объем 15,6%-ого раствора хлорида бария (плотностью 1,11 г/мл) прореагирует с полученным карбонатом натрия? Испарением воды можно пренебречь.
Ответ: 5,42 %, 90 мл
Пояснение:
Разложение гидрокарбоната натрия в растворе описывается реакцией:
2NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O
Массовая доля растворенного вещества рассчитывается по формуле:
w(в-во)% = m(в-ва)/m(р−ра) . 100%,
где m(в-ва) – масса растворенного вещества, m(р−ра) – масса раствора).
Вычислим массу растворенного гидрокарбоната натрия (NaHCO 3):
M(NaHCO 3) = m(р−ра) . w(NaHCO 3)/100% = 150 г. 8,4%/100% = 12,6 г
ν(NaHCO 3) = m(NaHCO 3)/M(NaHCO 3) = 12,6 г/84 г/моль = 0,15 моль
По уравнению реакции:
ν(Na 2 CO 3) = ν(CO 2)= 1/2ν(NaHCO 3) = 0,15 моль/2 = 0,075 моль
m(Na 2 CO 3) = M(Na 2 CO 3) . ν(Na 2 CO 3) = 106 г/моль. 0,075 моль = 7,95 г.
m(CO 2) = M(CO 2) . ν(CO 2) = 44 г/моль. 0,075 моль = 3,3 г.
Так как испарением воды можно пренебречь, массу образовавшегося после разложения гидрокарбоната натрия находим, вычитая из массы исходного раствора массу углекислого газа:
m(р−ра) = m(исх.р−ра) - m(CO 2) = 150 г – 3,3 г = 146,7 г
w(Na 2 CO 3)% = m(Na 2 CO 3)/m(р−ра) . 100% = 7,95 г/146,7 г. 100% = 5,42%
Реакция взаимодействия растворов хлорида бария и карбоната натрия описывается уравнением:
BaCl 2 + Na 2 CO 3 → BaCO 3 ↓ + 2NaCl
По уравнению реакции:
ν(BaCl 2) = ν(Na 2 CO 3)= 0,075 моль, следовательно
m(BaCl 2) = M(BaCl 2) . ν(BaCl 2) = 208 г/моль. 0,075 моль = 15,6 г
Масса раствора хлорида бария равна:
m(р−ра BaCl 2) = m(BaCl 2)/w(BaCl 2) . 100% = 15,6 г/15,6% . 100% = 100 г
Объем раствора рассчитывается по формуле:
V(р−ра) = m(р−ра)/ρ(р−ра), где ρ(р−ра) – плотность раствора.
V(р−ра BaCl 2) = m(р−ра BaCl 2)/ρ(р−ра)
V(р−ра BaCl 2) = 100 г/1,11 г/мл = 90 мл
Задание №3
В каких массовых соотношениях следует смешать 10%-ные растворы гидроксида натрия и серной кислоты для получения нейтрального раствора сульфата натрия? Чему равна массовая доля соли в таком растворе?
Ответ: m(р−ра H 2 SO 4)/m(р−ра NaOH) = 1,225; w(Na 2 SO 4) = 8% Пояснение:
Взаимодействие растворов гидроксида натрия и серной кислоты с образованием средней соли (нейтрального раствора) протекает по схеме:
2NaOH + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + H 2 O
Массы гидроксида натрия и серной кислоты равны:
m(NaOH) = 0,1m(р−ра NaOH); m(H 2 SO 4) = 0,1m(H 2 SO 4)
Соответственно, количества гидроксида натрия и серной кислоты равны:
ν(NaOH) = m(NaOH)/M(NaOH) = 0,1m(р−ра NaOH)/40 г/моль
ν(H 2 SO 4) = m(H 2 SO 4)/M(H 2 SO 4) = 0,1m(р−ра H 2 SO 4)/98 г/моль
По уравнению реакции ν(H 2 SO 4) = 1/2ν(NaOH), поэтому
0,1m(р-ра H 2 SO 4)/98 = ½ . 0,1m(р-ра NaOH)/40
m(р-ра H 2 SO 4)/m(р-ра NaOH) = 98/2/40 = 1,225
По уравнению реакции
ν(H 2 SO 4) = ν(Na 2 SO 4), поэтому
ν(Na 2 SO 4) = 0,1m(р-ра H 2 SO 4)/98 г/моль
m(Na 2 SO 4) = 0,1m(р-ра H 2 SO 4)/98 г/моль. 142 г/моль = 0,145 m(р-ра H 2 SO 4)
m(р-ра H 2 SO 4) = 1,225 . m(р-ра NaOH)
Масса получившегося раствора сульфата натрия равна:
m(р-ра Na 2 SO 4) = m(р-ра H 2 SO 4) + m(р-ра NaOH) = 2,225 m(р-ра NaOH) = 2,225(р-ра H 2 SO 4)/1,225
w(Na 2 SO 4)% = 0,145 m(р-ра H 2 SO 4) . 1,225/2,225 m(р-ра H 2 SO 4) . 100% = 8,0%
Задание №4
Сколько литров хлора (н.у.) выделится, если к 200 мл 35%-ной соляной кислоты (плотностью 1,17 г/мл) добавить при нагревании 26,1 г оксида марганца (IV)? Сколько граммов гидроксида натрия в холодном растворе прореагирует с этим количеством хлора?
Ответ: V(Cl 2) = 6,72 л; m(NaOH) = 24 г
Пояснение:
При добавлении соляной кислоты к оксиду марганца (IV) протекает реакция:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O
Вычислим массы хлороводорода и массу соляной кислоты в растворе:
m(р−ра 35%-ной HCl) = V(р−ра HCl) . ρ(р−ра HCl) = 200 мл. 1,17 г/мл = 234 г
m(HCl) = M(HCl) . w(HCl)%/100% = 234 г. 35%/100% = 81,9 г
Отсюда количество HCl:
ν(HCl) = m(HCl)/M(HCl) = 81,9 г/36,5 г/моль = 2,244 моль
Количество оксида марганца (IV):
ν(MnO 2) = m(MnO 2)/M(MnO 2) = 26,1 г/87 г/моль = 0,3 моль
По уравнению реакции ν(MnO 2) = ¼ ν(HCl), а по условию ν(MnO 2) < ¼ν(HCl), следовательно, MnO 2 – вещество в недостатке, полностью прореагирует с соляной кислотой.
По уравнению реакции ν(MnO 2) = ν(Cl 2) = 0,3 моль, поэтому объем выделившегося при н.у. хлора равен:
V(Cl 2) = V m . ν(Cl 2) = 22,4 л/моль. 0,3 моль = 6,72 л
В холодном растворе щелочь взаимодействует с хлором с образованием гипохлорита (NaClO) и хлорида (NaCl) натрия (реакция диспропорционирования):
Cl 2 + 2NaOH → NaClO + NaCl + H 2 O
По уравнению реакции ν(Cl 2) = ½ ν(NaOH), поэтому ν(NaOH) = 0,3 моль. 2 = 0,6 моль
Масса гидроксида натрия, прореагировавшего с хлором в холодном растворе, равна:
m(NaOH) = M(NaOH) . ν(NaOH) = 40 г/моль. 0,6 моль = 24 г
Задание №5
Смесь меди и оксида меди (II) может прореагировать с 219 г 10%-ного раствора соляной кислоты или 61,25 г 80%-ного раствора серной кислоты. Определите массовую долю меди в смеси.
Ответ: 21%
Пояснение:
Поскольку медь стоит в ряду активностей металлов правее водорода, соляная кислота с ней не взаимодействует. HCl реагирует только с оксидом меди (II) с образованием соли и воды:
C 80%-ным раствором серной кислоты взаимодействует и медь, и оксид меди (II):
Вычислим массу и количество вещества HCl, которая реагирует с CuO:
следовательно, количество CuO, реагирующее с HCl:
Вычислим массу и количество вещества H 2 SO 4:
Поскольку в реакции оксида меди с серной кислотой
следовательно, на реакцию с Cu уходит 0,2 моль H 2 SO 4 и количество вещества меди будет равно:
Массы веществ равны:
Следовательно, массовая доля меди в исходной смеси
Задание №6
При взаимодействии 5,6 г гидроксида калия с 5,0 г хлорида аммония получили аммиак. Его растворили в 50 г воды. Определите массовую долю аммиака в полученном растворе. Определите объем 10%-ного раствора азотной кислоты с плотностью 1,06 г/мл, который потребуется для нейтрализации аммиака.
Ответ: ω(NH 3)% = 3,1%; V(р−ра HNO 3) = 55,5 мл
Пояснение:
В результате обменной реакции гидроксида калия с хлоридом аммония выделяется аммиак и образуются хлорида калия и вода:
KOH + NH 4 Cl → KCl + NH 3 + H 2 O
Вычислим количества реагирующих KOH и NH 4 Cl:
По уравнению реакции KOH и NH 4 Cl реагируют в равных количествах, а по условию задачи ν(KOH) > ν(NH 4 Cl). Следовательно, хлорид аммония реагирует полностью, и образуется 0,09346 моль аммиака.
Массовая доля аммиака в полученном растворе рассчитывается по формуле:
Аммиак реагирует с азотной кислотой по реакции:
HNO 3 + NH 3 → NH 4 NO 3
Следовательно, с аммиаком реагирует равное количество азотной кислоты, т.е.
следовательно, масса прореагировавшей азотной кислоты равна:
Масса раствора азотной кислоты равна:
Объем 10%-ного раствора азотной кислоты равен:
Задание №7
Хлорид фосфора (V) массой 4,17 г полностью прореагировал с водой. Какой объем раствора гидроксида калия с массовой долей 10% (плотностью 1,07 г/мл) необходим для полной нейтрализации полученного раствора?
Ответ: V(р−ра KOH) = 84 мл
Пояснение:
Хлорид фосфора (V) полностью гидролизуется с образованием ортофосфорной кислоты и хлороводорода:
Образовавшиеся ортофосфорную и соляную кислоты нейтрализуют раствором гидроксида калия, при этом образуются средние соли:
Вычислим количество вещества хлорида фосфора (V), вступающего в реакцию с водой:
Следовательно, (по уравнению реакции) образуются
И (в 5 раз больше ν(PCl 5)).
Для нейтрализации ортофосфорной кислоты необходимо 0,06 моль KOH, а для нейтрализации соляной кислоты 0,1 моль KOH.
Следовательно, общее количество щелочи, необходимое для нейтрализации раствора кислот, равно.
Масса щелочи равна:
Масса раствора щелочи равна:
Объем 10%-ного раствора щелочи равен:
Задание №8
При сливании 160 г 10%-ного раствора нитрата бария и 50 г 11%-ного раствора хромата калия выпал осадок. Рассчитайте массовую долю нитрата бария в образовавшемся растворе.
Ответ: ω(Ba(NO 3) 2) = 4,24%
Пояснение:
В обменной реакции при взаимодействии нитрата бария с хроматом калия образуется нитрат калия, и выпадает осадок – хромат бария:
Ba(NO 3) 2 + K 2 CrO 4 → BaCrO 4 ↓ + 2KNO 3
Вычислим массы и количества реагирующих нитрата бария и хромата калия:
По уравнению реакции соли Ba(NO 3) 2 и K 2 CrO 4 реагируют 1 к 1, по условию задачи ν(Ba(NO 3) 2) > ν(K 2 CrO 4), следовательно, хромат калия в недостатке и полностью реагирует.
Вычислим количество и массу нитрата бария, оставшегося после реакции:
Так как в осадок выпадает хромат бария, масса раствора, полученного сливанием растворов нитрата бария и хромата калия, равна:
Вычислим массу хромата бария, выпавшего в осадок:
Тогда масса раствора равна:
Находим массовую долю нитрата бария в полученном растворе:
Задание №9
Если смесь хлоридов калия и кальция добавить к раствору карбоната натрия, то образуется 10 г осадка. Если ту же смесь добавить к раствору нитрата серебра, то образуется 57,4 г осадка. Определите массовую долю хлорида калия в исходной смеси.
Ответ: ω(KCl) = 57,3%
Пояснение:
В обменную реакцию с карбонатом натрия вступает хлорид кальция, в результате чего выпадает осадок карбонат кальция:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ + 2NaCl (I)
Хлорид калия с карбонатом натрия не реагирует.
Следовательно, масса выпавшего в осадок карбоната кальция равна 10 г. Вычислим его количество вещества:
В обменную реакцию с нитратом серебра вступают оба хлорида:
CaCl 2 + 2AgNO 3 → 2AgCl↓ + Ca(NO 3) 2 (II)
KCl + AgNO 3 → AgCl↓ + KNO 3 (III)
Вычислим общее количество вещества хлорида серебра:
По реакции (II), поэтому и
По реакции (III) , следовательно,
Масса хлорида калия в исходной смеси равна:
Вычислим массовую долю хлорида калия в смеси:
Задание №10
Смесь натрия и оксида натрия растворили в воде. При этом выделилось 4,48 л (н.у.) газа и образовалось 240 г раствора с массовой долей гидроксида натрия 10%. Определите массовую долю натрия в исходной смеси.
Ответ: ω(KCl) = 59,74%
Пояснение:
При взаимодействии оксида натрия с водой образуется щелочь, а при взаимодействии натрия с водой образуется щелочь, и выделяется водород:
2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 (I)
Na 2 O + H 2 O → 2NaOH (II)
Вычислим количество вещества водорода, выделяющегося при взаимодействии натрия с водой:
По уравнению реакции (I) ν(Na) = ν(NaOH) = 2ν(H 2) = 0,4 моль, следовательно, масса натрия, реагирующего с водой, и масса щелочи, образующейся в результате реакции (I), равны:
m(Na) = 23 г/моль · 0,4 моль = 9,2 г и m I (NaOH) = 40 г/моль · 0,4 моль = 16 г
Вычислим общую массу щелочи в растворе:
Масса и количество вещества щелочи, образующейся по реакции (II), равны:
m II (NaOH) = 24 г – 16 г = 8 г
По уравнению реакции (II) ν(Na 2 O) = 1/2ν II (NaOH), следовательно,
ν(Na 2 O) = 0,2 моль/2 = 0,1 моль
m(Na 2 O) = M(Na 2 O) · ν(Na 2 O) = 62 г/моль · 0,1 моль = 6,2 г
Вычислим массу исходной смеси, состоящую из натрия и оксида натрия:
m(смеси) = m(Na) + m(Na 2 O) = 9,2 г + 6,2 г = 15,4 г
Массовая доля натрия в смеси равна:
Задание №11
Смесь карбоната натрия и гидрокарбоната натрия может прореагировать с 73 г 20%-ного раствора соляной кислоты и 80 г 10%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю карбоната натрия в исходной смеси.
Ответ: ω(Na 2 CO 3) = 38,7%
Пояснение:
Взаимодействие карбоната и гидрокарбоната натрия с соляной кислотой протекает по реакциям:
Na 2 CO 3 + 2HCl → 2NaCl + CO 2 + H 2 O (I)
NaHCO 3 + HCl → NaCl + CO 2 + H 2 O (II)
С гидроксидом натрия реагирует гидрокарбонат натрия с образованием средней соли:
NaHCO 3 + NaOH → Na 2 CO 3 + H 2 O (III)
Вычислим массу и количество вещества NaOH, реагирующего по реакции (III):
m(NaOH)=80 г*0,1 = 8 г
Следовательно, по реакции (III) реагирует 0,2 моль NaHCO 3 , так как ν III (NaHCO 3) = ν(NaOH).
Вычислим общие массу и количество вещества HCl, реагирующей по реакциям (I) и (II):
v(HCl) = m(HCl)/M(HCl) = 14,6 г/36,5 г/моль = 0,4 моль
По уравнению реакции (II) ν II (NaHCO 3) = ν II (HCl), следовательно, с гидрокарбонатом натрия реагирует 0,2 моль HCl. Тогда с карбонатом натрия по реакции (I) взаимодействует
ν I (HCl) = 0,4 моль – 0,2 моль = 0,2 моль.
По уравнению реакции (I) ν(Na 2 CO 3) = 1/2ν(HCl) = 0,2 моль/2 = 0,1 моль.
Вычислим массы гидрокарбоната и карбоната натрия в исходной смеси:
m(NaHCO 3) = M(NaHCO 3) · ν(NaHCO 3) = 84 г/моль · 0,2 моль = 16,8 г
m(Na 2 CO 3) = M(Na 2 CO 3) · ν(Na 2 CO 3) = 106 г/моль · 0,1 моль = 10,6 г
Масса исходной смеси солей равна:
m(смеси) = m(NaHCO 3) + m(Na 2 CO 3) = 16,8 г + 10,6 г = 27,4 г
Массовая доля карбоната натрия равна:
Задание №12
Смесь сульфида алюминия и алюминия обработали водой, при этом выделилось 6,72 л (н.у.) газа. Если эту же смесь растворить в избытке раствора гидроксида натрия, то выделится 3,36 л (н.у.) газа. Определите массовую долю алюминия в исходной смеси.
Ответ: ω(Al) = 15,25 %
Пояснение:
При обработке смеси сульфида алюминия и алюминия с водой реагирует только сульфид алюминия:
Al 2 S 3 + 6H 2 O → 2Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 S (I)
В результате данного взаимодействия образуется сероводород, количество вещества которого составляет:
n(H 2 S) = V(H 2 S)/V m = 6,72/22,4 = 0,3 моль,
Количество выделившегося сероводорода зависит только от массы сульфида алюминия (от количества металлического алюминия не зависит). Поэтому, исходя из уравнения I можно сделать вывод о том, что:
n(Al 2 S 3) = n(H 2 S) ⋅ 1/3, где 1 - коэффициент перед Al 2 S 3 , а 3 - коэффициент перед H 2 S. Тогда:
n(Al 2 S 3) = 0,3 ⋅ 1/3 = 0,1 моль.
Следовательно:
m(Al 2 S 3) = n(Al 2 S 3) ⋅ M(Al 2 S 3) = 0,1 ⋅ 150 г = 15 г;
При взаимодействии этой же смеси в избытке раствора гидроксида натрия газ выделяется только при взаимодействии гидроксида натрия с алюминием:
Al 2 S 3 + 8NaOH → 2Na + 3Na 2 S (II)
Вычислим количество водорода, выделяющегося при взаимодействии алюминия с раствором NaOH:
n III (H 2) = V(H 2)/V m = 3,36/22,4 = 0,15 моль
По уравнению реакции (III) n(Al) = n III (H 2) ⋅ 2/3, следовательно, n(Al) = 0,1 моль
Масса алюминия равна:
m(Al) = M(Al) · n(Al) = 27 г/моль · 0,1 моль = 2,7 г
Следовательно масса исходной смеси:
m(смеси) = m(Al 2 S 3) + m(Al) = 15 г + 2,7 г = 17,7 г.
Массовая доля алюминия в исходной смеси равна:
ω(Al) = 100% ⋅ 2,7/17,7 = 15,25 %
Задание №13
На полное сжигание смеси углерода и диоксида кремния израсходовали кислород массой 22,4 г. Какой объем 20%-ного раствора гидроксида калия (ρ = 1,173 г/мл) может прореагировать с исходной смесью, если известно, что массовая доля углерода в ней составляет 70%?
Ответ: 28,6 мл
Пояснение:
Диоксид кремния не реагирует с кислородом. При сжигании углерода образуется углекислый газ:
C + O 2 → CO 2
Вычислим количество вещества углерода, участвующего в горении:
По уравнению реакции ν(O 2) = ν(C), следовательно, ν(C) = 0,7 моль
Вычислим массу сгоревшего углерода:
m(C) = M(C) · ν(C) = 12 г/моль · 0,7 моль = 8,4 г
Вычислим массу исходной смеси углерода и диоксида кремния:
Вычислим массу и количество вещества диоксида кремния:
m(SiO 2) = m(смеси) – m(C) = 12 г – 8,4 г = 3,6 г
С щелочью взаимодействуют только диоксид кремния:
2KOH + SiO 2 → K 2 SiO 3 + H 2 O
В результате этой реакции расходуется щелочь в количестве:
ν(KOH) = 2 · 0,06 моль = 0,12 моль
m(KOH) = M(KOH) · ν(KOH) = 56 г/моль · 0,12 моль = 6,72 г
Вычислим массу и объем раствора щелочи KOH:
Задание №14
Смесь гидрокарбоната и карбоната калия с массовой долей карбоната в ней 73,4% может прореагировать с 40 г 14%-ного раствора гидроксида калия. Исходную смесь обработали избытком раствора серной кислоты. Какой объем (н.у.) газа выделяется при этом?
Ответ: V(CO 2) = 6,72 л
Пояснение:
С щелочью может реагировать только кислая соль – гидрокарбонат калия:
KHCO 3 + KOH → K 2 CO 3 + H 2 O
Вычислим массу и количество вещества гидроксида калия:
По уравнению реакции ν(KOH) = ν(KHCO 3), следовательно, ν(KHCO 3) = 0,1 моль
Масса гидрокарбоната калия в смеси равна:
m(KHCO 3) = M(KHCO 3) · ν(KHCO 3) = 100 г/моль · 0,1 моль = 10 г
Массовая доля гидрокарбоната в смеси солей
ω(KHCO 3) = 100% − ω(K 2 CO 3) = 100% − 73,4% = 26,6%
Вычислим массу смеси солей:
Вычислим массу и количество вещества карбоната натрия:
При взаимодействии солей карбоната и гидрокарбоната калия с избытком серной кислоты образуется кислая соль – гидросульфат калия:
KHCO 3 + H 2 SO 4 → KHSO 4 + CO 2 + H 2 O
K 2 CO 3 + 2H 2 SO 4 → 2KHSO 4 + CO 2 + H 2 O
Общее количество и объем выделяющегося углекислого газа равны:
ν(CO 2) = 0,2 моль + 0,1 моль = 0,3 моль
V(CO 2) = V m · ν(CO 2) = 22,4 л/моль ·0,3 моль = 6,72 л
Задание №15
Смесь магниевых и цинковых опилок обработали избытком разбавленной серной кислоты, при этом выделилось 22,4 л (н.у.) водорода. Если такую же массу смеси обработать избытком раствора гидроксида натрия, то выделится 13,44 л (н.у.) водорода. Рассчитайте массовую долю магния в исходной смеси.
Ответ: 19,75%
Пояснение:
При обработке смеси магниевых и цинковых опилок разбавленной серной кислотой выделяется водород:
Zn + H 2 SO 4(разб.) → ZnSO 4 + H 2 (I)
Mg + H 2 SO 4(разб.) → MgSO 4 + H 2 (II)
С избытком раствора NaOH реагирует только Zn (амфотерный металл):
Zn + 2NaOH + 2H 2 O → Na 2 + H 2 (III)
Вычислим количество водорода, выделяющегося по реакции (III):
По уравнению реакции (III) ν III (H 2) = ν(Zn), следовательно, ν(Zn) = 0,6 моль
Масса цинка равна:
m(Zn) = M(Zn) · ν(Zn) = 65 г/моль · 0,6 моль = 39 г
По уравнениям реакции (I) и (II) ν I (H 2) = ν(Zn) и ν II (H 2) = ν(Mg), общее количество выделившегося водорода равно:
Следовательно, количество водорода, выделившегося по реакции (II):
ν II (H 2) = ν(Mg) = 1 моль – 0,6 моль = 0,4 моль
Масса магния равна:
m(Mg) = M(Mg) · ν(Mg) = 24 г/моль · 0,4 моль = 9,6 г
Вычислим массу магния и цинка:
m(смеси) = m(Mg) + m(Zn) = 9,6 г + 39 г = 48,6 г
Массовая доля магния в исходной смеси равна:
Задание №16
В избытке кислорода сожгли 8 г серы. Полученный газ пропустили через 200 г 8%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовые доли солей в полученном растворе.
Ответ: ω(NaHSO 3) ≈ 4,81%; ω(Na 2 SO 3) ≈ 8,75%
Пояснение:
При горении серы в избытке кислорода образуется диоксид серы:
S + O 2 → SO 2 (I)
Вычислим количество вещества сгоревшей серы:
По уравнению реакции ν(S) = ν(SO 2), следовательно, ν(SO 2) = 0,25 моль
Масса выделившегося диоксида серы равна:
m(SO 2) = M(SO 2) · ν(SO 2) = 64 г/моль · 0,25 моль = 16 г
Вычислим массу и количество вещества гидроксида натрия:
Реакция между щелочью и NaOH протекает ступенчато: сначала образуется кислая соль, затем она превращается в среднюю:
NaOH + SO 2 → NaHSO 3 (II)
NaHSO 3 + NaOH → Na 2 SO 3 + H 2 O (III)
Поскольку ν(NaOH) > ν(SO 2) и ν(NaOH) < 2ν(SO 2), следовательно, образуются средняя и кислая соли.
В результате реакции (II) образуется ν(NaHSO 3) = 0,25 моль, и остается ν(NaOH) = 0,4 моль – 0,25 моль = 0,15 моль.
При взаимодействии гидросульфата натрия и щелочи (реакция (III)) образуется сульфит натрия количеством вещества ν(Na 2 SO 3) = 0,15 моль, и остается ν(NaHSO 3) = 0,25 моль – 0,15 моль = 0,1 моль.
Вычислим массы гидросульфита и сульфита натрия:
m(NaHSO 3) = M(NaHSO 3) · ν(NaHSO 3) = 104 г/моль · 0,1 моль = 10,4 г
m(Na 2 SO 3) = M(Na 2 SO 3) · ν(Na 2 SO 3) = 126 г/моль · 0,15 моль = 18,9 г
Масса раствора, полученного пропусканием диоксида серы через раствор щелочи, равна:
m(р−ра) = m(р−ра NaOH) + m(SO 2) = 200 г + 16 г = 216 г
Массовые доли солей в полученном растворе равны:
Задание №17
Смесь алюминиевых и железных опилок обработали избытком разбавленной соляной кислоты, при этом выделилось 8,96 л (н.у.) водорода. Если такую же массу смеси обработать избытком раствора гидроксида натрия, то выделится 6,72 л (н.у.) водорода. Рассчитайте массовую долю железа в исходной смеси.
Ответ: ω(Fe) ≈ 50,91%
Пояснение:
Реакции алюминиевых и железных опилок в избытке разбавленной соляной кислоты протекают с выделением водорода и образованием солей:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (I)
2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2 (II)
С раствором щелочи реагируют только алюминиевые опилки, в результате чего образуются комплексная соль и водород:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2 (III)
Вычислим количество вещества водорода, выделяющегося по реакции (III):
Вычислим количество вещества водорода, выделяющегося по реакциям (I) + (II):
По уравнению реакции (III) ν III (Al) = 2/3ν III (H 2), следовательно, ν III (Al) = 2/3 · 0,3 моль = 0,2 моль.
Масса алюминиевых опилок равна:
m(Al) = M(Al) · ν(Al) = 27 г/моль · 0,2 моль = 5,4 г
По уравнению реакции (II) ν II (Al) = 2/3ν II (H 2), следовательно, ν II (H 2) = 3/2 · 0,2 моль = 0,3 моль
Количество вещества водорода, выделяющегося по реакции (I), равно:
ν I (H 2) = ν I + II (H 2) – ν II (H 2) = 0,4 моль – 0,3 моль = 0,1 моль.
По уравнению реакции (I) ν I (Fe) = ν I (H 2), следовательно, ν I (Fe) = 0,1 моль
Масса железных опилок равна:
m(Fe) = M(Fe) · ν(Fe) = 56 г/моль · 0,1 моль = 5,6 г
Масса железных и алюминиевых опилок равна:
m(опилок) = m(Al) + m(Fe) = 5,4 г + 5,6 г = 11 г
Массовая доля железа в исходной смеси равна.
Задачи на смеси — очень частый вид задач в химии. Они требуют чёткого представления о том, какие из веществ вступают в предлагаемую в задаче реакцию, а какие нет.
О смеси мы говорим тогда, когда у нас есть не одно, а несколько веществ (компонентов), «ссыпанных» в одну емкость. Вещества эти не должны взаимодействовать друг с другом.
Типичные заблуждения и ошибки, возникающие при решении задач на смеси.
- Попытка записать оба вещества в одну реакцию.
Получается примерно так:
«Смесь оксидов кальция и бария растворили в соляной кислоте…»
Уравнение реакции составляется так:
СаО + ВаО + 4HCl = СаCl 2 + BaCl 2 + 2H 2 O.
Это ошибка, ведь в этой смеси могут быть любые количества каждого оксида.
А в приведенном уравнении предполагается, что их равное количество . - Предположение, что их мольное соотношение соответствует коэффициентам в уравнениях реакций.
Например:
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2
Количество цинка принимается за х, а количество алюминия — за 2х (в соответствии с коэффициентом в уравнении реакции). Это тоже неверно. Эти количества могут быть любыми и они никак между собой не связаны. - Попытки найти «количество вещества смеси», поделив её массу на сумму молярных масс компонентов.
Это действие вообще никакого смысла не имеет. Каждая молярная масса может относиться только к отдельному веществу.
Часто в таких задачах используется реакция металлов с кислотами. Для решения таких задач надо точно знать, какие металлы с какими кислотами взаимодействуют, а какие — нет.
Необходимые теоретические сведения.
Способы выражения состава смесей.
- Массовая доля компонента в смеси
— отношение массы компонента к массе всей смеси. Обычно массовую долю выражают в %, но не обязательно.
ω [«омега»] = m компонента / m смеси
- Мольная доля компонента в смеси
— отношение числа моль (количества вещества) компонента к суммарному числу моль всех веществ в смеси. Например, если в смесь входят вещества А, В и С, то:
χ [«хи»] компонента А = n компонента А / (n(A) + n(B) + n(С))
- Мольное соотношение компонентов.
Иногда в задачах для смеси указывается мольное соотношение её составляющих. Например:
N компонента А: n компонента В = 2: 3
- Объёмная доля компонента в смеси
(только для газов)
— отношение объёма вещества А к общему объёму всей газовой смеси.
φ [«фи»] = V компонента / V смеси
Электрохимический ряд напряжений металлов.
| Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pd Pt Au |
Реакции металлов с кислотами.
- С минеральными кислотами, к которым относятся все растворимые кислоты (кроме азотной и концентрированной серной , взаимодействие которых с металлами происходит по-особому), реагируют только металлы , в электрохимическом ряду напряжений находящиеся до (левее) водорода .
- При этом металлы, имеющие несколько степеней окисления (железо, хром, марганец, кобальт), проявляют минимальную из возможных степень окисления — обычно это +2 .
- Взаимодействие металлов с азотной кислотой приводит к образованию, вместо водорода, продуктов восстановления азота, а с серной концентрированной кислотой — к выделению продуктов восстановления серы. Так как реально образуется смесь продуктов восстановления, часто в задаче есть прямое указание на конкретное вещество.
Продукты восстановления азотной кислоты.
| Чем активнее металл и чем меньше концентрация кислоты, тем дальше восстанавливается азот | ||||
| NO 2 | NO | N 2 O | N 2 | NH 4 NO 3 |
| Неактивные металлы (правее железа) + конц. кислота Неметаллы + конц. кислота |
Неактивные металлы (правее железа) + разб. кислота | Активные металлы (щелочные, щелочноземельные, цинк) + конц. кислота | Активные металлы (щелочные, щелочноземельные, цинк) + кислота среднего разбавления | Активные металлы (щелочные, щелочноземельные, цинк) + очень разб. кислота |
| Пассивация:
с холодной концентрированной азотной кислотой не реагируют: Al, Cr, Fe, Be, Co. |
||||
| Не реагируют
с азотной кислотой ни при какой концентрации
: Au, Pt, Pd. |
||||
Продукты восстановления серной кислоты.
Реакции металлов с водой и со щелочами.
- В воде при комнатной температуре растворяются только металлы, которым соответствуют растворимые основания (щелочи). Это щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs), а также металлы IIA группы: Са, Sr, Ba . При этом образуется щелочь и водород. При кипячении в воде также можно растворить магний.
- В щелочи могут раствориться только амфотерные металлы: алюминий, цинк и олово. При этом образуются гидроксокомплексы и выделяется водород.
Примеры решения задач.
Рассмотрим три примера задач, в которых смеси металлов реагируют с соляной кислотой:
Пример 1. При действии на смесь меди и железа массой 20 г избытком соляной кислоты выделилось 5,6 л газа (н.у.). Определить массовые доли металлов в смеси.
В первом примере медь не реагирует с соляной кислотой, то есть водород выделяется при реакции кислоты с железом. Таким образом, зная объём водорода, мы сразу сможем найти количество и массу железа. И, соответственно, массовые доли веществ в смеси.
Решение примера 1.
- Находим количество водорода:
n = V / V m = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль. - По уравнению реакции:
Количество железа тоже 0,25 моль. Можно найти его массу:
m Fe = 0,25 56 = 14 г. - Теперь можно рассчитать массовые доли металлов в смеси:
ω Fe = m Fe /m всей смеси = 14 / 20 = 0,7 = 70%
Ответ: 70% железа, 30% меди.
Пример 2. При действии на смесь алюминия и железа массой 11 г избытком соляной кислоты выделилось 8,96 л газа (н.у.). Определить массовые доли металлов в смеси.
Во втором примере в реакцию вступают оба металла. Здесь уже водород из кислоты выделяется в обеих реакциях. Поэтому прямым расчётом здесь нельзя воспользоваться. В таких случаях удобно решать с помощью очень простой системы уравнений, приняв за х — число моль одного из металлов, а за у — количество вещества второго.
Решение примера 2.
- Находим количество водорода:
n = V / V m = 8,96 / 22,4 = 0,4 моль. - Пусть количество алюминия — х моль, а железа у моль. Тогда можно выразить через х и у количество выделившегося водорода:
Решать такие системы гораздо удобнее методом вычитания, домножив первое уравнение на 18:
27х + 18у = 7,2
и вычитая первое уравнение из второго:(56 − 18)у = 11 − 7,2
у = 3,8 / 38 = 0,1 моль (Fe)
х = 0,2 моль (Al) - Дальше находим массы металлов и их массовые доли в смеси:
M Fe = n M = 0,1 56 = 5,6 г
m Al = 0,2 27 = 5,4 г
ω Fe = m Fe / m смеси = 5,6 / 11 = 0,50909 (50,91%),соответственно,
ω Al = 100% − 50,91% = 49,09%
Ответ: 50,91% железа, 49,09% алюминия.
Пример 3. 16 г смеси цинка, алюминия и меди обработали избытком раствора соляной кислоты. При этом выделилось 5,6 л газа (н.у.) и не растворилось 5 г вещества. Определить массовые доли металлов в смеси.
В третьем примере два металла реагируют, а третий металл (медь) не вступает в реакцию. Поэтому остаток 5 г — это масса меди. Количества остальных двух металлов — цинка и алюминия (учтите, что их общая масса 16 − 5 = 11 г) можно найти с помощью системы уравнений, как в примере №2.
Ответ к Примеру 3: 56,25% цинка, 12,5% алюминия, 31,25% меди.
Следующие три примера задач (№4, 5, 6) содержат реакции металлов с азотной и серной кислотами. Главное в таких задачах — правильно определить, какой металл будет растворяться в ней, а какой не будет.
Пример 4. На смесь железа, алюминия и меди подействовали избытком холодной концентрированной серной кислоты. При этом часть смеси растворилась, и выделилось 5,6 л газа (н.у.). Оставшуюся смесь обработали избытком раствора едкого натра. Выделилось 3,36 л газа и осталось 3 г не растворившегося остатка. Определить массу и состав исходной смеси металлов.
В этом примере надо помнить, что холодная концентрированная
серная кислота не реагирует с железом и алюминием (пассивация), но реагирует с медью. При этом выделяется оксид серы (IV).
Со щелочью
реагирует только алюминий
— амфотерный металл (кроме алюминия, в щелочах растворяются ещё цинк и олово, в горячей концентрированной щелочи — ещё можно растворить бериллий).
Решение примера 4.
- С концентрированной серной кислотой реагирует только медь, число моль газа:
n SO 2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль - Число моль водорода:
n H 2 = 3,36 / 22,4 = 0,15 моль,
мольное соотношение алюминия и водорода 2:3 и, следовательно,
n Al = 0,15 / 1,5 = 0,1 моль.
Масса алюминия:
m Al = n M = 0,1 27= 2,7 г - Остаток — это железо, массой 3 г. Можно найти массу смеси:
m смеси = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 г. - Массовые доли металлов:
ω Cu = m Cu / m смеси = 16 / 21,7 = 0,7373 (73,73%)
ω Al = 2,7 / 21,7 = 0,1244 (12,44%)
ω Fe = 13,83%
Ответ: 73,73% меди, 12,44% алюминия, 13,83% железа.
Пример 5. 21,1 г смеси цинка и алюминия растворили в 565 мл раствора азотной кислоты, содержащего 20 мас. % НNО 3 и имеющего плотность 1,115 г/мл. Объем выделившегося газа, являющегося простым веществом и единственным продуктом восстановления азотной кислоты, составил 2,912 л (н.у.). Определите состав полученного раствора в массовых процентах. (РХТУ)
В тексте этой задачи чётко указан продукт восстановления азота — «простое вещество». Так как азотная кислота с металлами не даёт водорода, то это — азот. Оба металла растворились в кислоте.
В задаче спрашивается не состав исходной смеси металлов, а состав получившегося после реакций раствора. Это делает задачу более сложной.
Решение примера 5.
- Определяем количество вещества газа:
n N 2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 моль. - Определяем массу раствора азотной кислоты, массу и количество вещества растворенной HNO3:
M раствора = ρ V = 1,115 565 = 630,3 г
m HNO 3 = ω m раствора = 0,2 630,3 = 126,06 г
n HNO 3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 мольОбратите внимание, что так как металлы полностью растворились, значит — кислоты точно хватило (с водой эти металлы не реагируют). Соответственно, надо будет проверить, не оказалась ли кислота в избытке , и сколько ее осталось после реакции в полученном растворе.
- Составляем уравнения реакций (не забудьте про электронный баланс
) и, для удобства расчетов, принимаем за 5х — количество цинка, а за 10у — количество алюминия. Тогда, в соответствии с коэффициентами в уравнениях, азота в первой реакции получится х моль, а во второй — 3у моль:
5x x 5Zn + 12HNO 3 = 5Zn(NO 3) 2 + N 2 + 6H 2 O Zn 0 − 2e = Zn 2+ | 5 2N +5 + 10e = N 2 1 Решать эту систему удобно, домножив первое уравнение на 90 и вычитая первое уравнение их второго.
Х = 0,04, значит, n Zn = 0,04 5 = 0,2 моль
у = 0,03, значит, n Al = 0,03 10 = 0,3 мольПроверим массу смеси:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 г. - Теперь переходим к составу раствора. Удобно будет переписать реакции ещё раз и записать над реакциями количества всех прореагировавших и образовавшихся веществ (кроме воды):
0,2 0,48 0,2 0,03 5Zn + 12HNO 3 = 5Zn(NO 3) 2 + N 2 + 6H 2 O 0,3 1,08 0,3 0,09 10Al + 36HNO 3 = 10Al(NO 3) 3 + 3N 2 + 18H 2 O - Следующий вопрос: осталась ли в растворе азотная кислота и сколько её осталось?
По уравнениям реакций, количество кислоты, вступившей в реакцию:
n HNO 3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 моль,
т.е. кислота была в избытке и можно вычислить её остаток в растворе:
n HNO 3 ост. = 2 − 1,56 = 0,44 моль. - Итак, в итоговом растворе
содержатся:
Нитрат цинка в количестве 0,2 моль:
m Zn(NO 3) 2 = n M = 0,2 189 = 37,8 г
нитрат алюминия в количестве 0,3 моль:
m Al(NO 3) 3 = n M = 0,3 213 = 63,9 г
избыток азотной кислоты в количестве 0,44 моль:
m HNO 3 ост. = n M = 0,44 63 = 27,72 г - Какова масса итогового раствора?
Вспомним, что масса итогового раствора складывается из тех компонентов, которые мы смешивали (растворы и вещества) минус те продукты реакции, которые ушли из раствора (осадки и газы):Тогда для нашей задачи:
M нов. раствора = масса раствора кислоты + масса сплава металлов — масса азота
m N 2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 г
m нов. раствора = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 г - Теперь можно рассчитать массовые доли веществ в получившемся растворе:
ωZn(NO 3) 2 = m в-ва / m р-ра = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO 3) 3 = m в-ва / m р-ра = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ω HNO 3 ост. = m в-ва / m р-ра = 27,72 / 648,04 = 0,0428
Ответ: 5,83% нитрата цинка, 9,86% нитрата алюминия, 4,28% азотной кислоты.
Пример 6. При обработке 17,4 г смеси меди, железа и алюминия избытком концентрированной азотной кислоты выделилось 4,48 л газа (н.у.), а при действии на эту смесь такой же массы избытка хлороводородной кислоты — 8,96 л газа (н.у.). Определите состав исходной смеси. (РХТУ)
При решении этой задачи надо вспомнить, во-первых, что концентрированная азотная кислота с неактивным металлом (медь) даёт NO 2 , а железо и алюминий с ней не реагируют. Соляная кислота, напротив, не реагирует с медью.
Ответ к примеру 6: 36,8% меди, 32,2% железа, 31% алюминия.
Задачи для самостоятельного решения.
1. Несложные задачи с двумя компонентами смеси.
1-1. Смесь меди и алюминия массой 20 г обработали 96 %-ным раствором азотной кислоты, при этом выделилось 8,96 л газа (н. у.). Определить массовую долю алюминия в смеси.
1-2. Смесь меди и цинка массой 10 г обработали концентрированным раствором щелочи. При этом выделилось 2,24 л газа (н.y.). Вычислите массовую долю цинка в исходной смеси.
1-3. Смесь магния и оксида магния массой 6,4 г обработали достаточным количеством разбавленной серной кислоты. При этом выделилось 2,24 л газа (н.у.). Найти массовую долю магния в смеси.
1-4. Смесь цинка и оксида цинка массой 3,08 г растворили в разбавленной серной кислоте. Получили сульфат цинка массой 6,44 г. Вычислите массовую долю цинка в исходной смеси.
1-5. При действии смеси порошков железа и цинка массой 9,3 г на избыток раствора хлорида меди (II) образовалось 9,6 г меди. Определите состав исходной смеси.
1-6. Какая масса 20%-ного раствора соляной кислоты потребуется для полного растворения 20 г смеси цинка с оксидом цинка, если при этом выделился водород объемом 4,48 л (н.у.)?
1-7. При растворении в разбавленной азотной кислоте 3,04 г смеси железа и меди выделяется оксид азота (II) объемом 0,896 л (н.у.). Определите состав исходной смеси.
1-8. При растворении 1,11 г смеси железных и алюминиевых опилок в 16%-ном растворе соляной кислоты (ρ = 1,09 г/мл) выделилось 0,672 л водорода (н.у.). Найдите массовые доли металлов в смеси и определите объем израсходованной соляной кислоты.
2. Задачи более сложные.
2-1. Смесь кальция и алюминия массой 18,8 г прокалили без доступа воздуха с избытком порошка графита. Продукт реакции обработали разбавленной соляной кислотой, при этом выделилось 11,2 л газа (н.у.). Определите массовые доли металлов в смеси.
2-2. Для растворения 1,26 г сплава магния с алюминием использовано 35 мл 19,6%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,1 г/мл). Избыток кислоты вступил в реакцию с 28,6 мл раствора гидрокарбоната калия с концентрацией 1,4 моль/л. Определите массовые доли металлов в сплаве и объем газа (н.у.), выделившегося при растворения сплава.
2-3. При растворении 27,2 г смеси железа и оксида железа (II) в серной кислоте и выпаривании раствора досуха образовалось 111,2 г железного купороса — гептагидрата сульфата железа (II). Определите количественный состав исходной смеси.
2-4. При взаимодействии железа массой 28 г с хлором образовалась смесь хлоридов железа (II) и (III) массой 77,7 г. Вычислите массу хлорида железа (III) в полученной смеси.
2-5. Чему была равна массовая доля калия в его смеси с литием, если в результате обработки этой смеси избытком хлора образовалась смесь, в которой массовая доля хлорида калия составила 80%?
2-6. После обработки избытком брома смеси калия и магния общей массой 10,2 г масса полученной смеси твердых веществ оказалась равной 42,2 г. Эту смесь обработали избытком раствора гидроксида натрия, после чего осадок отделили и прокалили до постоянной массы. Вычислите массу полученного при этом остатка.
2-7. Смесь лития и натрия общей массой 7,6 г окислили избытком кислорода, всего было израсходовано 3,92 л (н.у.). Полученную смесь растворили в 80 г 24,5%-го раствора серной кислоты. Вычислите массовые доли веществ в образовавшемся растворе.
2-8. Сплав алюминия с серебром обработали избытком концентрированного раствора азотной кислоты, остаток растворили в уксусной кислоте. Объемы газов, выделившихся в обеих реакциях измеренные при одинаковых условиях, оказались равными между собой. Вычислите массовые доли металлов в сплаве.
3. Три металла и сложные задачи.
3-1. При обработке 8,2 г смеси меди, железа и алюминия избытком концентрированной азотной кислоты выделилось 2,24 л газа. Такой же объем газа выделяется и при обработке этой же смеси такой же массы избытком разбавленной серной кислоты (н.у.). Определите состав исходной смеси в массовых процентах.
3-2. 14,7 г смеси железа, меди и алюминия, взаимодействуя с избытком разбавленной серной кислоты, выделяет 5,6 л водорода (н.у.). Определите состав смеси в массовых процентах, если для хлорирования такой же навески смеси требуется 8,96 л хлора (н.у.).
3-3. Железные, цинковые и алюминиевые опилки смешаны в мольном отношении 2:4:3 (в порядке перечисления). 4,53 г такой смеси обработали избытком хлора. Полученную смесь хлоридов растворили в 200 мл воды. Определить концентрации веществ в полученном растворе.
3-4. Сплав меди, железа и цинка массой 6 г (массы всех компонентов равны) поместили в 18,25 % раствор соляной кислоты массой 160 г. Рассчитайте массовые доли веществ в получившемся растворе.
3-5. 13,8 г смеси, состоящей из кремния, алюминия и железа, обработали при нагревании избытком гидроксида натрия, при этом выделилось 11,2 л газа (н.у.). При действии на такую массу смеси избытка соляной кислоты выделяется 8,96 л газа (н.у.). Определите массы веществ в исходной смеси.
3-6. При обработке смеси цинка, меди и железа избытком концентрированного раствора щелочи выделился газ, а масса нерастворившегося остатка оказалась в 2 раза меньше массы исходной смеси. Этот остаток обработали избытком соляной кислоты, объем выделившегося газа при этом оказался равным объему газа, выделившегося в первом случае (объемы измерялись при одинаковых условиях). Вычислите массовые доли металлов в исходной смеси.
3-7. Имеется смесь кальция, оксида кальция и карбида кальция с молярным соотношением компонентов 3:2:5 (в порядке перечисления). Какой минимальный объем воды может вступить в химическое взаимодействие с такой смесью массой 55,2 г?
3-8. Смесь хрома, цинка и серебра общей массой 7,1 г обработали разбавленной соляной кислотой, масса нерастворившегося остатка оказалась равной 3,2 г. Раствор после отделения осадка обработали бромом в щелочной среде, а по окончании реакции обработали избытком нитрата бария. Масса образовавшегося осадка оказалась равной 12,65 г. Вычислите массовые доли металлов в исходной смеси.
Ответы и комментарии к задачам для самостоятельного решения.
1-1. 36% (алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой);
1-2. 65% (в щелочи растворяется только амфотерный металл — цинк);
1-3. 37,5%;
3-1. 39% Cu, 3,4% Al;
3-2. 38,1% Fe, 43,5% Cu;
3-3. 1,53% FeCl 3 , 2,56% ZnCl 2 , 1,88% AlCl 3 (железо в реакции с хлором переходит в степень окисления +3);
3-4. 2,77% FeCl 2 , 2,565% ZnCl 2 , 14,86% HCl (не забудьте, что медь не реагирует с соляной кислотой, поэтому её масса не входит в массу нового раствора);
3-5. 2,8 г Si, 5,4 г Al, 5,6 г Fe (кремний — неметалл, он реагирует с раствором щелочи, образуя силикат натрия и водород; с соляной кислотой он не реагирует);
3-6. 6,9% Cu, 43,1% Fe, 50% Zn;
3-8. 45,1% Ag, 36,6% Cr, 18,3% Zn (хром при растворении в соляной кислоте переходит в хлорид хрома (II), который при действии брома в щелочной среде переходит в хромат; при добавлении соли бария образуется нерастворимый хромат бария)
