Периодический закон Д.И. Менделеева – свойства элементов находятся в периодической зависимости от их порядкового номера.

Задачи с расчетами по уравнениям реакций,
происходящих в растворах

При обучении школьников способам решения задач очень большое значение придаю применению алгоритмов. Я считаю, что вначале нужно уверенно овладеть небольшим числом стандартных приемов, получить представление о возможных типах задач. Это позволит ученику выйти на творческий уровень в своем дальнейшем химическом образовании и самообразовании.

Одно из заданий высокого уровня сложности (оно входит в третью часть экзаменационной работы – задание С4) проверяет умение производить расчеты по уравнениям реакций, происходящих в растворах.

В учебной литературе недостаточно подробно объясняются особенности решения таких задач. Поэтому мы с учениками вначале разбираем все моменты, на которые нужно обратить внимание, записываем алгоритмы в общем виде, рассматриваем решение задач каждого типа, затем отрабатываем умения на самостоятельном решении целого ряда подобных задач.

Прежде всего ученик должен усвоить понятие о массовой доле растворенного вещества, или, иначе, процентной концентрации раствора. Эта величина показывает отношение массы растворенного вещества к массе раствора:

_р.в-во = m_р.в-во / m_р-р.

Производные формулы:

m_р.в-во = m_р-р• _р.в-во,

m_р-р= m_р.в-во/ _р.в-во.

Если в условии задачи указан объем раствора с определенной плотностью, то прежде всего находят массу раствора:

m_р-р = V_р-р• _р-р,

затем – массу растворенного вещества:

m_р.в-во = m_р-р• _р.в-во.

Количество вещества находят по массе растворенного вещества:

= m_р.в-во / М.

Рассмотрим некоторые типы задач с расчетами по уравнениям реакций, происходящих в растворах.

•Нахождение массовых долей веществ в растворе после реакции.

При решении таких задач прежде всего нужно найти количества вещества реагентов. Если задача на избыток и недостаток, то количества вещества продуктов реакции находят по веществу, которое дано в недостатке.

Один из важных моментов – это нахождение массы раствора после реакции (массы полученного раствора, m_{р-р получ}). Если какое-либо вещество взаимодействует с веществом, находящимся в растворе, то складывают массу вещества и массу раствора; в случае, когда оба реагирующих вещества даны в виде растворов, складывают массы двух растворов. Если в результате реакции образуется осадок или газ, то из полученной суммы вычитают массу вещества, ушедшего из раствора в виде осадка или газа:

m_{р-р получ} = m_в-во + m_р-р – m_{осадок (газ)},

m_{р-р получ} = m_р-р1 + m_р-р2 – m_{осадок (газ)}.

При решении задач на избыток и недостаток нужно помнить о том, что в растворе после реакции будет находиться в растворенном виде не только продукт реакции, но и вещество, которое было дано в избытке.

Чтобы найти количество вещества, которое не прореагировало – избытка, нужно от исходного количества вещества отнять количество прореагировавшего вещества:

_изб = _исх – _прор.

Затем найти его массу и массовую долю в растворе, полученном после реакции.

Задача 1. 4,8 г магния растворили в 200 мл 12%-го раствора серной кислоты ( = 1,05 г/мл). Найти массовую долю соли в полученном растворе.

Дано: m(Mg) = 4,8 г, V_р-р(H₂SO₄) = 200 мл,

_р-р(H₂SO₄) = 1,05 г/мл,

_р.в-во(H₂SO₄) = 12 %.

Найти:

_р.в-во(MgSO₄).

Р е ш е н и е

(Мg) = m / M = 4,8 (г) / 24 (г/моль) = 0,2 моль.

m_р-р(H₂SO₄) = V_р-р• = 200 (мл)•1,05 (г/мл) = 210 г.

m_р.в-во(H₂SO₄) = m_р-р• _р.в-во = 210•0,12 = 25,2 г.

_р.в-во(H₂SO₄) = m/M = 25,2 (г) / 98 (г/моль) = 0,26 моль.

В недостатке – Mg. Следовательно:

(MgSO₄) = 0,2 моль,

(H₂) = 0,2 моль.

m_р.в-во(MgSO₄) = M• = 120 (г/моль)•0,2 (моль) = 24 г.

m(H₂) = M• = 2 (г/моль)•0,2 (моль) = 0,4 г.

m_{р-р получ} = m_р-р(H₂SO₄) + m(Mg) – m(H₂) = 210 (г) + 4,8 (г) – 0,4 (г) = 214,4 г.

_р.в-во(MgSO₄) = m_р.в-во(MgSO₄) / m_{р-р получ} = 24 (г) / 214,4 (г) = 0,112, или 11,2 %.

О т в е т. _р.в-во(MgSO₄) = 11,2 %.

Задача 3. Карбонат кальция массой 10 г растворили при нагревании в 150 мл хлороводородной кислоты ( = 1,04 г/мл) с массовой долей 9 %. Какова массовая доля хлороводорода в получившемся растворе?

О т в е т. _р.в-во(HCl) = 4,2 %.

Задача 4. 5,6 г железа растворили в 100 мл 10%-го раствора соляной кислоты ( = 1,05 г/мл). Вычислить массовую долю хлороводорода в полученном растворе.

О т в е т. _р.в-во(HCl) = 2,9 %.

Задача 5. 5,6 г железа растворили в 200 мл раствора соляной кислоты ( = 1,05 г/мл) с массовой долей 10 %. Найти массовую долю соли в полученном растворе.

О т в е т. _р.в-во(FeCl₂) = 5,9 %.

Задача 6. Смешали 110,4 г раствора карбоната калия с концентрацией 25 % и 111 г раствора хлорида кальция с концентрацией 20 %. Найти концентрацию вещества в полученном растворе.

О т в е т. _р.в-во(KCl) = 14,8 %.

Задача 7. Смешали 320 г раствора сульфата меди(II) с концентрацией 5 % и 120 г раствора гидроксида натрия с концентрацией 10 %. Найти концентрации веществ в полученном растворе.

О т в е т. _р.в-во(Na₂SO₄) = 3,3 %, _р.в-во(NaOH) = 0,9 %.

• Более сложными являются задачи на нахождение массы (или объема) вещества, которое нужно добавить к раствору другого вещества для того, чтобы его концентрация изменилась в результате произошедшей реакции.

В этом случае алгоритм решения следующий:

1)нужно обозначить за x количество добавленного вещества – реагента;

2) выразить через х количества прореагировавшего с реагентом вещества и полученного в результате реакции газа или осадка;

3) найти количество растворенного вещества в исходном растворе и его количество, оставшееся после реакции ( _оставш = ₁ – _прор);

4) выразить через х массу оставшегося в растворе вещества;

5) найти массу раствора, полученного после реакции:

m_{р-р получ} = m_реаг + m_р-р1 – m_{осадок (газ)};

m_{р-р получ} = m_р-р1 + m_р-р2 – m_{осадок (газ)}.

6) все данные подставить в формулу:

_р.в-во2 = m_оставш / m_{р-р получ}.

7) найти количество вещества реагента, его массу или объем.

Задача 8. Найти массу карбоната кальция, которую следует добавить к 600 г раствора азотной кислоты с массовой долей 31,5 %, чтобы массовая доля кислоты уменьшилась до 10,5 %.

Дано: m_р-р1(HNO₃) = 600 г,

_р.в-во1(HNO₃) = 31,5 %,

_р.в-во2 (HNO₃) = 10,5 %.

Найти: m(CaCO₃).

Р е ш е н и е

(СаСО₃) = х моль; (HNO₃)_прор = 2х моль;

(СО₂) = х моль, m(CO₂) = 44x г;

m(CaCO₃) = M• = 100 (г/моль)•х (моль) = 100х г;

m_р.в-во1(HNO₃) = m_р-р1• _р.в-во1 = 600 (г)•0,315 = 189 г;

₁(HNO₃) = m_р.в-во/М = 189 (г) / 63 (г/моль) = 3 моль,

_оставш(HNO₃) = ₁ – _прор = 3 – 2х моль,

m_оставш(HNO₃) = М• = 63 (г/моль)•(3 – 2х) = (189 – 126х) г;

m_р_-_рполуч = m(CaCO₃) + m_р_-_р₁(HNO₃) – m(CO₂) = 100x + 600 – 44x = 600 + 56x,

_р.в-во2(HNO₃) = m_оставш(HNO₃) / m_{р-р получ}.

0,105 = (189 – 126х) / (600 + 56х),

х = 0,955 моль, (СаСО₃) = 0,955 моль,

m(CaCO₃) = M• = 100 (г/моль)•0,955 (моль) = 95,5 г.

О т в е т. m(CaCO₃) = 95,5 г.

Задача 9. Найти массу кристаллогидрата CaCl₂•6H₂O, которую необходимо добавить к 47 мл 25%-го раствора карбоната натрия ( = 1,08 г/мл), чтобы получить раствор, в котором массовая доля карбоната натрия составила бы 10 %.

Дано: V_р_-_р₁(Na₂CO₃) = 47 мл,

_р_-_р₁(Na₂CO₃) = 1,08 г/мл,

_р_._в_-_во₁(Na₂CO₃) = 25 %,

_р_._в_-_во₂(Na₂CO₃) = 10 %.

Найти: m(CaCl₂•6H₂O).

Р е ш е н и е

(СaCl₂•6H₂O) = x моль, (CaCl₂) = x моль,

_прор(Na₂CO₃) = х моль, (СаСО₃) = х моль;

m(CaCl₂•6H₂O) = M• = 219 (г/моль)•х (моль) = 219х г;

m(CaCO₃) = M• = 100x г;

m_р-р1(Na₂CO₃) = V_р-р1• _р-р1 = 47 (мл)• 1,08 (г/мл) = 50,76 г,

m_р.в-во1(Na₂CO₃) = m_р-р1• _р.в-во1 = 50,76 (г)•0,25 = 12,69 г,

₁(Na₂CO₃) = m_р.в-во1 / M = 12,69 (г) / 106 (г/моль) = 0,12 моль,

_оставш(Na₂CO₃) = ₁ – _прор = 0,12 – х,

m_оставш(Na₂CO₃) = M• = 106(0,12 – x) = 12,69 – 106x;

m_{р-р получ} = m(CaCl₂•6H₂O) + m_р-р1(Na₂CO₃) – m(CaCO₃),

219x + 50,76 – 100x = 50,76 + 119x,

_р.в-во2= m_оставш(Na₂CO₃) / m_{р-р получ},

0,1 = 12,69 – 106х / 50,76 + 119х,

х = 0,0646 моль.

m(CaCl₂•6H₂O) = М• = 219 (г/моль)•0,0646 (моль) = 14,14 г.

О т в е т. m(CaCl₂•6H₂O) = 14,4 г.

Задача 10. Какой объем 30%-го раствора аммиака ( = 0,892 г/мл) необходимо добавить к 200 мл 40%-го раствора соляной кислоты ( = 1,198 г/мл), чтобы массовая доля кислоты уменьшилась вчетверо?

О т в е т. V_р-р(NH₃) = 108,2 мл.

Задача 11. Какой объем углекислого газа нужно добавить к 100 мл 20%-го раствора гидроксида натрия ( = 4,1 г/мл), чтобы массовая доля гидроксида натрия уменьшилась вдвое?

О т в е т. V(CO₂) = 10,9 л.

Задача 12. Найти объем раствора соляной кислоты ( = 1,05 г/мл) с массовой долей 10 %, который нужно добавить к 350 г раствора гидроксида калия с массовой долей 10,5 %, чтобы концентрация щелочи составила 3 %.

О т в е т. V_р-р(HCl) = 135,6 мл.

• Внимание:растворенное вещество – реагент!

При решении задач на растворы нужно помнить о том, что при обычных условиях с водой реагируют следующие вещества:

1) щелочные и щелочно-земельные металлы, например:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂ ;

2) оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов, например:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂;

3) оксиды неметаллов, например:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄;

4) многие бинарные соединения – гидриды, карбиды, нитриды и другие, например:

KН + Н₂О = KОН + Н₂ .

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 294; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!