Авдеенко А.П. Сборник задач по химии для студентов нехимических специальностей

Подождите немного. Документ загружается.

Продолжение таблицы

К а т и о н

Анион

1 12 13 14 15 16 17 18 19 20

OH¯ Н Н - - - - Н Н Н

Cl¯ Р Р Н Н Р Р Р - Р

Н Н Н Н Н Н Н Н Н

Н Н Н Н Н Н Н Н -

Р Р М М Р Р Р Р Р

Н Н Н Н Н Н Н Н Н

Н Н Н Н Н Н Н Н -

Sio

Н Н Н - - - Н - Н

¯ Р Р Р Р Р Р Р Р -

COO Р Р Р М Р Р Р Р Р

Примечание. Использованы следующие условные обозначения:

Р – растворим;

М – малорастворим;

Н – нерастворим;

– - не существует или разлагается водой.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ.

РАСЧЕТЫ ПО ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЕ,

ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ, ГАЗОВЫМ ЗАКОНАМ

1. Задачи по атомно-молекулярному учению

1.1. Типовые задачи с решениями

Задача № 1. Определение формул химических соединений элементов с

использованием правила взаимной насыщаемости валентностей.

Пример. Найти эмпирическую формулу оксида железа, зная, что кислород

двухвалентен, а железо трехвалентное.

Решение. Записываем символы химических элементов и обозначаем римскими

цифрами валентности элементов:

III

OFe

Для определения индексов воспользуемся правилом взаимной

насыщаемости валентностей:

= B

где В – валентность; i – индекс.

Находим самое простое отношение между индексами железа и

кислорода:

· 3 = i

· 2;

Эмпирическая формула искомого оксида железа

Задача № 2. Определение валентности химических элементов в соединениях.

Пример. Найти валентность азота в оксиде азота

. Известно, что

валентность кислорода постоянна и равна 2.

Решение. Применим правило взаимной насыщаемости валентностей:

= B

откуда

B =

⋅

Валентность азота в

равна 5.

Задача № 3. Определение относительной молекулярной массы в химических

соединениях.

Пусть

– химическое соединение,

где B, C, D – химические элементы; i, j, k – их индексы.

Тогда

= i A

Br,

r,B

+ j A

r,C

+ k A

r,D

где

– относительная атомная масса.

Пример. Определить относительную молекулярную массу сульфата натрия

Решение.

= 2·A

Nar,

r,Na

+ 1·A

r,S

+ 4·A

r,O

= 2·23 + 1·32 + 4·16 = 142

Задача № 4. Определение молярной массы химических соединений по

эмпирической формуле.

Для соединения B

мы имеем:

= i M

+ j M

+ k M

Пример. Определить молярную массу нитрата кальция Ca(NO

)

Решение.

= 1·M

)

Ca(NO

+2·M

+6·M

= 1

·40 + 2·14 + 6·16 = 164 г/моль.

Задача № 5. Определение числа молей n

, содержащихся в определенной массе

простых и сложных веществ:

n =

где n

- число моль;

m – масса вещества, г;

М – молярная масса, г/моль.

Пример 1. Определить число моль атомов в 60 г углерода.

Решение. М

= 12 г/моль;

M,С

моль/г12

г60

= 5 моль атомов углерода.

Пример 2. Определить число молей молекул в 300 г углекислого кальция

СаСО

Решение.

= 100 г/моль;

CaCO

моль/г100

г300

n ==

CaCO

CaCOM,

= 3 моль молекул СаСО

Задача № 6. Определение числа атомов и молекул, содержащихся в

определенной массе вещества:

n = n

· N

где n – число атомов в простом веществе или число молекул в

сложном веществе;

– число Авогадро, N

= 6,02 · 10

моль

-1

;

m – масса вещества, г;

М – его молярная масса, г/моль.

Пример 1. Найти число атомов в 3,2 г серы.

Решение. n

атомов

моль/г32

г2,3

·6,02·10

моль

-1

= 6,02·10

атомов

Пример 2. Найти число молекул Na

O в 6,2 г оксида натрия.

Решение.

;

1000mRT

⋅

;моль/г28M =

Т = 305 К; р = 283710 Па;

.л7,44

28283710

30510314,8140

V =

⋅

⋅⋅⋅

Задача 3. Определенное количество газа занимает объем 152 мл при давлении

745 мм рт.ст. и температуре 25

С. Найти объем того же количества

газа при нормальных условиях (Т

=273 К; р

=101325 Па).

Решение.

;

nили

nnRTpV

==⇒=

где р, V, T – начальные условия;

, V

, T

– конечные условия;

;

pVT

р = 99325 Па; Т = 298 К; V = 0,152 л;

.л1365,0

101325298

273152,099325

⋅

Пример 4. В закрытом металлическом сосуде находится газ при температуре

С. До какой температуры необходимо нагреть этот газ, чтобы

увеличить его давление в 3 раза?

Решение.

;

= 3 р; Т = 293 К; V

= V.

;

pV3

⋅

= 3Т = 3·293 = 879 К или t

= 606

С.

5. Расчеты по уравнениям химических реакций

5.1. Типовые задачи с решениями

Задача № 1. Пусть общая схема химической реакции

aA + bB cC + dD,

где А и В – исходные вещества;

С и D – продукты реакции;

а,b,c,d – коэффициенты.

Тогда можно записать уравнение

DM,CM,BM,AM,

===

где n

– число моль каждого вещества, участвующего в реакции.

Предположим, что количество данных веществ выражено

следующим образом:

а) для А – в моль;

б) для В – в объеме (то есть В – газообразное вещество);

в) для С – в граммах;

г) для D – количеством молекул,

так как известно, что

молекул

===

получаем формулу для расчетов по уравнению химической реакции

Dмолекул,

===

Пример 1. Определить число моль углекислого газа СО

, полученного в

результате сгорания 24 г углерода.

Решение. Уравнение реакции горения углерода

С + О

СО

.моль2

;

COM,

===

Пример 2. Определить объем кислорода, необходимый для сгорания 17 г

аммиака.

Решение. Уравнение реакции горения аммиака

4NH

+ 3O

+ 6H

.л8,16

174

4,22317

V3m

;

⋅

Пример 3. Определить число молекул воды, образующихся при сгорании 10 л

метана, н.у.

Решение. Уравнение реакции горения метана

4NH

+ 3O

+ 6H

;

Hмолекул,

⋅

.молекул104,5

4,22

1002,6210

N2V

Hмолекул,

⋅=

⋅⋅⋅

⋅

Задача № 2. Расчеты по уравнению химической реакции с реактивом,

содержащим примеси.

Перед обычным расчетом по уравнению химической реакции

определяется количество чистого реактива.

Пример. Какую массу оксида кальция и какой объем углекислого газа (н.у.)

можно получить при термическом разложении 20 г известняка,

содержащего 80 % карбоната кальция ?

Решение.

а)

;

%100

вавчистогосодержания%m

−

⋅

−

примесьюсвав

вавчистого

.г16

100

8020

%100

CaCO%m

m =

⋅

3известняка

CaCO

б)

;COCaOCaCO

+⎯→⎯

;

CaO

CaCO

⋅

;г96,8

100

5616

m =

⋅

CaCO

CaO

CaCO

CaO

.л58,3

100

4,2216

V =

⋅

CaCO

Задача № 3. Расчеты по уравнению химической реакции с избытком одного из

реактивов.

Предположим, что реактив

В взят в избытке, тогда формула для

расчетов по уравнению химических реакций примет вид

Dмолекул

AM,

⋅

Член уравнения, содержащий реактив в избытке, исключается из

расчетов. Расчеты ведут по реактиву, взятому в недостатке.

Возможен также расчет избытка реактива.

избытка реактива

= m

взятая в реакцию

– m

прореагировавшая

Пример. Определить массу нитрата натрия, образующегося в результате

взаимодействия 130 г азотной кислоты с двумя моль гидроксида

натрия. Какой реактив взят в избытке и какова масса избытка этого

реактива?

Решение. Определяем вещество в избытке:

NaOH + HNO

NaNO

+ H

.моль06,2

130

;моль2

HNO

NaOHM,

⋅

Таким образом, азотная кислота взята в избытке:

HNO

NaOHM,

⋅

Расчет производится по реактиву, взятому в недостатке, т.е по

гидроокиси натрия:

.г170852Mnm

;

=⋅=⋅=

⋅

NaNO

NaNOM,

NaNO

NaOHM,

Расчет массы кислоты, необходимой для реакции с двумя молями

гидроокиси натрия:

.г126632nm

;

=⋅==

⋅

NaOHM,

HNO

NaOHM,

Расчет массы избытка азотной кислоты:

реакциюввступившаяреакциидлявзятаяизбытка

mmm

−

= 130 – 126=4 г.

Задача № 4. Расчеты с практическим выходом реакции.

Практический выход реакции R

пр

– это отношение реального

количества полученного вещества к его теоретически возможному

количеству согласно уравнению реакции:

%.100

R ⋅=

каятеоретичес

реальная

пр

Пример 1. Получено 620 г кислорода электролизом 40 моль воды. Определить

практический выход реакции.

Решение. а) Вначале рассчитывают теоретическую массу кислорода по

уравнению реакции

;H2OOH2

электролиз

⎯

→

⎯

.г640

3240

;

⋅

HM,

Oтеор

HM,

б) Определяем практический выход реакции

%.88,96%100

640

620

R =⋅=

пр

Пример 2. Практический выход реакции синтеза аммиака равен 30 %. Какова

масса аммиака, полученного из 90 л водорода, взятого для реакции

синтеза (н.у.)?

Решение. а) Находим теоретическую массу аммиака:

+ N

2NH

;

.г54,45

4,223

90192

VM2

⋅

⋅⋅

⋅

б) Находим по практическому выходу реакции реальную массу

аммиака:

.г66,13

100

54,4530

%100

m =

⋅

теорпр

NHреальная

5.2 Задачи для самостоятельного решения

10. Определить молярную массу газа, если 0,29 л его при температуре 29

С и

давлении 1,064

·10

Па (800 мм рт.ст.) имеют массу 0,32 г.

11. Сколько нужно взять карбоната кальция, чтобы полученным при его

разложении диоксидов углерода наполнить баллон емкостью 40 л при

температуре 15

С и давлении 1,013·10

Па?

12. Какой объем кислорода, взятого при 300

С и давлении 5,06·10

Па,

израсходовался на сгорание 10 кг каменного угля до образования СО

, если

в угле содержалось 94 % С ?

13. В электрической печи на 20 кг оксида кальция было получено 16 кг карбида

кальция. Реакция протекает по уравнению СаО + 3С = СаС

+ СО.

Определить выход карбида кальция и объем оксида углерода при

температуре 546

С и давлении 1,013·10

Па.

14. При пропускании над катализатором смеси, состоящей из 10 молей SO

и 15

молей O

, образовалось 8 молей SO

. Сколько молей CO

и O

не вступило в

реакцию ?

2. ЭКВИВАЛЕНТ, ЭКВИВАЛЕНТНАЯ МАССА.

ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ

2.1. Типовые задачи с решениями

Задача № 1. Определить эквивалентные массы металлов в следующих

соединениях: Na

; K

MnO

; MnO

; Mn

; PbO

; Cr

(SO

)

;

AlCl

Пример. Определить эквивалентную массу Mn

Решение. По химической формуле определяем валентность марганца: B

7. Затем по формуле для определения эквивалентных масс

химических элементов находим эквивалентную массу марганца:

.моль/г9,7

Э ===

Задача № 2. Определить эквивалентные массы следующих химических

соединений: PbO

; Mn

; Ni(OH)

; Fe(OH)

; HNO

; H

; CaCl

;

(SO

)

Пример. Определить эквивалентную массу H

Решение. Для кислот эквивалентная масса пределяется по формуле

.моль/г9,7

Э ===

кислоты

Так как число атомов водорода кислоты n

, участвующих в реакции,

не указывается, в расчетной формуле принимается максимальное

число атомов водорода в кислоте, способных участвовать в реакции:

=3.

.моль/г7,32

===

Задача № 3. Вычислить эквивалентную массу металла, зная, что его хлорид

содержит 65,57 % хлора. Эквивалентная масса хлора равна 35,45

г/моль.

Решение. Так как

;

Me%

Cl%

запишем,

Me%

Cl%

% Me = 100 % – % Cl = 100 – 65,57 = 34,43 %;

.моль/г62,18

57,65

45,3543,34

Cl%

ЭMe%

⋅