Главная / Решение реальных заданий ЕГЭ в формате 2018 года / Задания 34 (C4) (2017). Расчет массовой доли химического соединения в смеси.

Задания 34 (C4) (2017). Расчет массовой доли химического соединения в смеси.

Условие
1

Водород объемом 3,36 л пропустили при нагревании через порошок оксида меди (II), при этом водород прореагировал полностью. В результате реакции получили 10,4 г твердого остатка. Этот остаток растворили в концентрированной серной кислоте массой 100 г. Определите массовую долю соли в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 25,4%

Пояснение:

При пропускании водорода над оксидом меди (II) восстанавливается медь:

CuO + H2 → Cu + H2O (нагревание)                       (I)

Твердый остаток, состоящий из металлической меди и непрореагировавшего оксида меди (II), реагирует с концентрированной серной кислотой согласно уравнениям:

Cu + 2H2SO4(конц.) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O      (II)

CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O                                   (III)

Вычислим количество вещества водорода, участвовавшего в восстановлении оксида меди (II):

ν(H2) = V(H2)/Vm = 3,36 л/22,4 л/моль = 0,15 моль,

ν(H2) = ν(Cu) = 0,15 моль, следовательно, m(Cu) = 0,15 моль · 64 г/моль = 9,6 г

Вычислим массу непрореагировавшего CuO, зная массу твердого остатка:

m(CuO) = m(тв. ост.) – m(Cu) = 10,4 г – 9,6 г = 0,8 г

Вычислим количество вещества оксида меди (II):

ν(CuO) = m(CuO)/M(CuO) = 0,8 г/80 г/моль = 0,01 моль

Согласно уравнению (I) ν(Cu) = νI(CuSO4), согласно уравнению (II) ν(CuO) = νII(CuSO4), следовательно, νобщ.(CuSO4) = νI(CuSO4) + νII(CuSO4) = 0,01 моль + 0,15 моль = 0,16 моль.

Вычислим общую массу сульфата меди (II):

mобщ.(CuSO4) = νобщ.(CuSO4) · M(CuSO4) = 0,16 моль · 160 г/моль = 25,6 г

Для того чтобы вычислить массу образовавшегося раствора, необходимо учесть массу диоксида серы, выделяющегося в реакции (II):

ν(Cu) = ν(SO2), следовательно, ν(SO2) = 0,15 моль и m(SO2) = ν(SO2) · M(SO2) = 0,15 моль · 64 г/моль = 9,6 г

Вычислим массу образовавшегося раствора:

m(р-ра) = m(тв. ост.) + m(р-ра H2SO4) – m(SO2) = 10,4 г + 100 г – 9,6 г = 100,8 г

Массовая доля сульфата меди (II) в образовавшемся растворе равна:

ω(CuSO4) = m(CuSO4)/m(р-ра) · 100% = 25,6 г/100,8 г · 100% = 25,4%

2

Водород объемом 3,36 л (н.у.) пропустили при нагревании над порошком оксида меди (II) массой 16 г. Образовавшийся в результате этой реакции остаток растворили в 535,5 г 20%-ной азотной кислоты, в результате чего выделился бесцветный газ, буреющий на воздухе. Определите массовую долю азотной кислоты в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 13,84%

Пояснение:

При пропускании водорода над оксидом меди (II) восстанавливается медь:

CuO + H2 → Cu + H2O (нагревание)                                                (I)

Твердый остаток, состоящий из металлической меди и оксида меди (II), реагирует с раствором азотной кислоты согласно уравнениям:

3Cu + 8HNO3(20%-ный р-р) → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O           (II)

CuO + 2HNO3(20%-ный р-р) → Cu(NO3)2 + H2O                              (III)

Вычислим количество вещества водорода и оксида меди (II), участвовавших в реакции (I):

ν(H2) = V(H2)/Vm = 3,36 л/22,4 л/моль = 0,15 моль, ν(CuO) = 16 г/80 г/моль = 0,2 моль

По уравнению реакции (I) ν(H2) = ν(CuO), а по условию задачи количество вещества водорода в недостатке (0,15 моль H2 и 0,1 моль CuO), поэтому оксид меди (II) прореагировал не полностью.

Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, ν(Cu) = ν(H2) = 0,15 моль и νост.(CuO) = 0,2 моль – 0,15 моль = 0,05 моль.

Для расчета в дальнейшем массы раствора необходимо знать массы образовавшейся меди и непрореагировавшего оксида меди (II):

m(Cu) = ν(Cu) · M(Cu) = 0,15 моль · 64 г/моль = 9,6 г

mост.(CuO) = ν(CuO) ·  M(CuO) = 0,05 моль · 80 г/моль = 4 г

Общая масса твердого остатка равна: m(тв. ост.) = m(Cu) + mост.(CuO) = 9,6 г + 4 г = 13,6 г

Вычисли исходные массу и количества вещества азотной кислоты:

mисх.(HNO3) = m(р-ра HNO3) · ω(HNO3) = 535,5 г · 0,2 = 107,1 г

νисх.(HNO3) = mисх.(HNO3)/M(HNO3) = 107,1 г/63 г/моль = 1,7 моль

По уравнению реакции (II) νII(HNO3) = 8/3ν(Cu), по уравнению реакции (III) νIII(HNO3) = 2ν(CuO), следовательно, νобщ.(HNO3) = νII(HNO3)  + νIII(HNO3) = 8/3 · 0,15 моль + 2 · 0,05 мольмо = 0,5 ль.

Общая масса прореагировавшей в результате реакций (II) и (III) равна:

mобщ.(HNO3) = νобщ.(HNO3) · M(HNO3) = 0,5 моль · 63 г/моль = 31,5 г

Вычислим массу непрореагировавшей азотной кислоты:

mост.(HNO3) = mисх.(HNO3) – mобщ.(HNO3) = 107,1 г – 31,5 г = 75,6 г

Для того чтобы вычислить массу образовавшегося раствора, необходимо учесть массу оксида азота (II), выделяющегося в реакции (II):

ν(NO) = 2/3ν(Cu), следовательно, ν(NO) = 2/3 · 0,15 моль = 0,1 моль и m(NO) = ν(NO) · M(NO) = 0,1 моль · 30 г/моль = 3 г

Вычислим массу образовавшегося раствора:

m(р-ра) = m(тв. ост.) + m(р-ра HNO3) – m(NO) = 13,6 г + 535,5 г – 3 г = 546,1 г

Массовая доля азотной кислоты в образовавшемся растворе равна:

ω(HNO3) = mост.(HNO3)/m(р-ра) · 100% = 75,6 г/546,1 г · 100% = 13,84%

3

К 20%-ному раствору соли, полученному при растворении в воде 12,5 г медного купороса (CuSO4 · 5H2O), добавили 5,6 г железа. После окончания реакции в раствор прилили 117 г 10%-ного раствора сульфида натрия. Определите массовую долю сульфида натрия в конечном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 5,12%

Пояснение:

При взаимодействии сульфата меди (II) с железом протекает реакция замещения:

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu                                           (I)

Вычислим количество вещества медного купороса и железа, вступающих в реакцию (I):

ν(CuSO4 · 5H2O) = m(CuSO4 · 5H2O)/M(CuSO4 · 5H2O) = 12,5 г/250 г/моль = 0,05 моль

νисх.(Fe) = mисх.(Fe)/M(Fe) = 5,6 г/56 г/моль = 0,1 моль

По уравнению реакции (I) ν(Fe) = ν(CuSO4), а по условию задачи количество вещества медного купороса в недостатке (0,05 моль CuSO4 · 5H2O и 0,1 моль Fe), поэтому железо прореагировало не полностью.

С сульфидом натрия взаимодействует только сульфат железа (II):

FeSO4 + Na2S → FeS↓ + Na2SO4                                (II)

Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, ν(CuSO4 · 5H2O) = ν(Cu) = ν(FeSO4) = 0,05 моль и νост.(Fe) = 0,1 моль – 0,05 моль = 0,05 моль.

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массы образовавшейся меди, непрореагировавшего железа (реакция (I)) и исходного раствора медного купороса:

m(Cu) = ν(Cu) · M(Cu) = 0,05 моль · 64 г/моль = 3,2 г

mост.(Fe) = νост.(Fe) · M(Fe) = 0,05 моль · 56 г/моль = 2,8 г

ν(CuSO4 · 5H2O) = ν(CuSO4) = 0,05 моль, следовательно, m(CuSO4) = ν(CuSO4) · M(CuSO4) = 0,05 моль · 160 г/моль = 8 г

mисх.(р-ра CuSO4) = m(CuSO4)/ω(CuSO4) · 100% = 8 г/20% · 100% = 40 г

С сульфидом натрия взаимодействует только сульфат железа (II) (сульфат меди (II) полностью прореагировал по реакции (I)).

Вычислим массу и количество вещества сульфида натрия:

mисх.(Na2S) = mисх.(р-ра Na2S) · ω(Na2S) = 117 г · 0,1 = 11,7 г

νисх.(Na2S) = mисх.(Na2S)/M(Na2S) = 11,7 г/78 г/моль = 0,15 моль

По уравнению реакции (II) ν(Na2S) = ν(FeSO4), а по условию реакции сульфид натрия в избытке (0,15 моль Na2S и 0,05 моль FeSO4). Расчет ведем по недостатку, т.е. по количеству вещества сульфата железа (II)).

Вычислим массу непрореагировавшего сульфида натрия:

νост.(Na2S) = νисх.(Na2S) – νреаг.(Na2S) = 0,15 моль – 0,05 моль = 0,1 моль

mост.(Na2S) = ν(Na2S) · M(Na2S) = 0,1 моль · 78 г/моль = 7,8 г

Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выпавшего в осадок по реакции (II) сульфида железа (II):

ν(FeSO4) = ν(FeS) и m(FeS) = ν(FeS) · M(FeS) = 0,05 моль · 88 г/моль = 4,4 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле:

m(р-ра) = mисх.(р-ра CuSO4) + mисх.(Fe) — mост.(Fe) – m(Cu) + mисх.(р-ра Na2S) – m(FeS) = 40 г + 5,6 г – 3,2 г — 2,8 г + 117 г – 4,4 г = 152,2 г

Массовая доля сульфида натрия в образовавшемся растворе равна:

ω(Na2S) = m(Na2S)/m(р-ра) · 100% = 7,8 г/152,2 г · 100% = 5,12%

4

К 20%-ному раствору соли, полученному при растворении в воде 37,5 г медного купороса (CuSO4 · 5H2O), добавили 11,2 г железа. После завершения реакции к полученной смеси добавили 100 г 20%-ного раствора серной кислоты. Определите массовую долю соли в образовавшемся растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 13,72 %

Пояснение:

При взаимодействии сульфата меди (II) с железом протекает реакция замещения:

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu                                           (I)

20%-ная серная кислота реагирует с железом по уравнению:

Fe + H2SO4(разб.) → FeSO4 + H2                                (II)

Вычислим количество вещества медного купороса и железа, вступающих в реакцию (I):

ν(CuSO4 · 5H2O) = m(CuSO4 · 5H2O)/M(CuSO4 · 5H2O) = 37,5 г/250 г/моль = 0,15 моль

νисх.(Fe) = mисх.(Fe)/M(Fe) = 11,2 г/56 г/моль = 0,2 моль

По уравнению реакции (I) ν(Fe) = ν(CuSO4), а по условию задачи количество вещества медного купороса в недостатке (0,15 моль CuSO4 · 5H2O и 0,2 моль Fe), поэтому железо прореагировало не полностью.

Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, ν(CuSO4 · 5H2O) = ν(Cu) = ν(FeSO4) = 0,15 моль и νост.(Fe) = 0,2 моль – 0,15 моль = 0,05 моль.

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массу образовавшейся меди (реакция (I)) и исходного раствора медного купороса:

m(Cu) = ν(Cu) · M(Cu) = 0,15 моль · 64 г/моль = 9,6 г

ν(CuSO4 · 5H2O) = ν(CuSO4) = 0,15 моль, следовательно, m(CuSO4) = ν(CuSO4) · M(CuSO4) = 0,15 моль · 160 г/моль = 24 г

mисх.(р-ра CuSO4) = m(CuSO4)/ω(CuSO4) · 100% = 24 г/20% · 100% = 120 г

Разбавленная серная кислота не реагирует с медью, а с железом взаимодействует по реакции (II).

Вычислим массу и количество вещества серной кислоты:

mисх.(H2SO4) = mисх.(р-ра H2SO4) · ω(H2SO4) = 100 г · 0,2 = 20 г

νисх.(H2SO4) = mисх.(H2SO4)/M(H2SO4) = 20 г/98 г/моль ≈ 0,204 моль

Поскольку νост.(Fe) = 0,05 моль, а νисх.(H2SO4) ≈ 0,204 моль, следовательно, в недостатке находится железо и полностью растворяется серной кислотой.

По уравнению реакции (II) ν(Fe) = ν(FeSO4), то общее количество вещества сульфата железа (II) складывается из количеств, образующих по реакциям (I) и (II), и равны:

ν(FeSO4) = 0,05 моль + 0,15 моль = 0,2 моль;

m(FeSO4) = ν(FeSO4) · M(FeSO4) = 0,2 моль · 152 г/моль = 30,4 г

Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выделяющегося в результате реакции (II) водорода:

νост.(Fe) = ν(H2) = 0,05 моль и m(H2) = ν(H2) · M(H2) = 0,05 моль · 2 г/моль = 0,1 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле (массу непрореагировавшего по реакции (I) железа не учитываем, поскольку в реакции (II) оно переходит в раствор):

m(р-ра) = mисх.(р-ра CuSO4) + mисх.(Fe) — m(Cu) + mисх.(р-ра H2SO4) – m(H2) = 120 г + 11,2 г – 9,6 г + 100 г – 0,1 г = 221,5 г

Массовая доля сульфата железа (II) в образовавшемся растворе равна:

ω(FeSO4) = m(FeSO4)/m(р-ра) · 100% = 30,4 г/221,5 г · 100% = 13,72%

5

К 20%-ному раствору соли, полученному при растворении в воде 50 г медного купороса (CuSO4 · 5H2O), добавили 14,4 г магния. После завершения реакции к полученной смеси прибавили 146 г 25%-ного раствора соляной кислоты. Рассчитайте массовую долю хлороводорода в образовавшемся растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 2,38%

Пояснение:

При взаимодействии сульфата меди (II) с магнием протекает реакция замещения:

Mg + CuSO4 → MgSO4 + Cu                                        (I)

25%-ная соляная кислота реагирует с магнием по уравнению:

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2                                              (II)

Вычислим количество вещества медного купороса и магния, вступающих в реакцию (I):

ν(CuSO4 · 5H2O) = m(CuSO4 · 5H2O)/M(CuSO4 · 5H2O) = 50 г /250 г/моль = 0,2 моль

νисх.(Mg) = mисх.(Mg)/M(Mg) = 14,4 г/24 г/моль = 0,6 моль

По уравнению реакции (I) ν(Mg) = ν(CuSO4), а по условию задачи количество вещества медного купороса в недостатке (0,2 моль CuSO4 · 5H2O и 0,6 моль Mg), поэтому магний прореагировал не полностью.

Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, ν(CuSO4 · 5H2O) = ν(Cu) = νреаг.(Mg) = 0,2 моль и νост.(Mg) = 0,6 моль – 0,2 моль = 0,4 моль.

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массу образовавшейся меди (реакция (I)) и исходного раствора медного купороса:

m(Cu) = ν(Cu) · M(Cu) = 0,2 моль · 64 г/моль = 12,8 г

ν(CuSO4 · 5H2O) = ν(CuSO4) = 0,2 моль, следовательно, m(CuSO4) = ν(CuSO4) · M(CuSO4) = 0,2 моль · 160 г/моль = 32 г

mисх.(р-ра CuSO4) = m(CuSO4)/ω(CuSO4) · 100% = 32 г/20% · 100% = 160 г

Соляная кислота не реагирует с медью, а взаимодействует с магнием по реакции (II).

Вычислим массу и количество вещества соляной кислоты:

mисх.(HCl) = mисх.(р-ра HCl) · ω(HCl) = 146 г · 0,25 = 36,5 г

νисх.(HCl) = mисх.(HCl)/M(HCl) = 36,5 г/36,5 г/моль = 1 моль

Поскольку νост.(Mg) = 0,4 моль, νисх.(HCl) = 1 моль и νисх.(HCl) > 2νост.(Mg), то в недостатке находится магний и полностью растворяется соляной кислоте.

Вычислим количество вещества непрореагировавшей с магнием соляной кислоты:

νост.(HCl) = νисх.(HCl) – νреаг.(HCl) = 1 моль – 2 · 0,4 моль = 0,2 моль

mост.(HCl) = νост.(HCl) · M(HCl) = 0,2 моль · 36,5 г/моль = 7,3 г

Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выделяющегося в результате реакции (II) водорода:

νост.(Mg) = ν(H2) = 0,4 моль и m(H2) = ν(H2) · M(H2) = 0,4 моль · 2 г/моль = 0,8 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле (массу непрореагировавшего по реакции (I) и магния не учитываем, поскольку в реакции (II) он переходит в раствор):

m(р-ра) = mисх(р-ра CuSO4) + mисх.(Mg) — m(Cu) + mисх.(р-ра HCl) – m(H2) = 160 г + 14,4 г – 12,8 г + 146 г – 0,8 г = 306,8 г

Массовая доля соляной кислоты в образовавшемся растворе равна:

ω(HCl) = mост.(HCl)/m(р-ра) · 100% = 7,3 г/306,8 г · 100% = 2,38%

6

К 10%-ному раствору соли, полученному при растворении в воде 25 г медного купороса (CuSO4 · 5H2O), добавили 19,5 г цинка. После завершения реакции к полученной смеси добавили 240 г 30%-ного раствора едкого натра. Определите массовую долю гидроксида натрия в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 9,69%

Пояснение:

При взаимодействии сульфата меди (II) с цинком протекает реакция замещения:

Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu                                           (I)

Вычислим количество вещества медного купороса и цинка, вступающих в реакцию (I):

ν(CuSO4 · 5H2O) = m(CuSO4 · 5H2O)/M(CuSO4 · 5H2O) = 25 г /250 г/моль = 0,1 моль

ν(Zn) = m(Zn)/M(Zn) = 19,5 г/65 г/моль = 0,3 моль

По уравнению реакции (I) ν(Zn) = ν(CuSO4), а по условию задачи количество вещества медного купороса в недостатке (0,2 моль CuSO4 · 5H2O и 0,3 моль Zn), поэтому цинк прореагировал не полностью.

Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, ν(CuSO4 · 5H2O) = ν(ZnSO4) = ν(Cu) = νреаг.(Zn) = 0,1 моль и νост.(Zn) = 0,3 моль – 0,1 моль = 0,2 моль.

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массу образовавшейся меди (реакция (I)) и исходного раствора медного купороса:

m(Cu) = ν(Cu) · M(Cu) = 0,1 моль · 64 г/моль = 6,4 г

ν(CuSO4 · 5H2O) = ν(CuSO4) = 0,1 моль, следовательно, m(CuSO4) = ν(CuSO4) · M(CuSO4) = 0,1 моль · 160 г/моль = 16 г

mисх.(р-ра CuSO4) = m(CuSO4)/ω(CuSO4) · 100% = 16 г/10% · 100% = 160 г

С раствором гидроксида натрия реагируют непрореагировавший полностью в реакции (I) цинк и сульфат цинка с образованием комплексной соли – тетрагидроксоцинката натрия:

Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2↑                        (II)

ZnSO4 + 4NaOH → Na2[Zn(OH)4] + Na2SO4                        (III)

Вычислим массу и количество вещества гидроксида натрия:

mисх.(NaOH) = mисх.(р-ра NaOH) · ω(NaOH) = 240 г · 0,3 = 72 г

νисх.(NaOH) = mисх.(NaOH)/M(NaOH) = 72 г/40 г/моль = 1,8 моль

Согласно уравнениям реакции (II) и (III) νII(NaOH) = 2νост.(Zn) и νIII(NaOH) = 4ν(ZnSO4), следовательно, общее количество и масса реагирующей щелочи равны:

νобщ.(NaOH) = νII(NaOH) + νIII(NaOH) = 2 · 0,2 моль + 4 · 0,1 моль = 0,8 моль

mреаг.(NaOH) = νреаг.(NaOH) · M(NaOH) = 0,8 моль · 40 г/моль = 32 г

Вычисли массу непрореагировавшей щелочи:

mост.(NaOH) = mисх.(NaOH) — mреаг.(NaOH) = 72 г – 32 г = 40 г

Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выделяющегося в результате реакции (II) водорода:

νост.(Zn) = ν(H2) = 0,2 моль и m(H2) = ν(H2) · M(H2) = 0,2 моль · 2 г/моль = 0,4 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле (массу непрореагировавшего по реакции (I) цинка не учитываем, поскольку в реакциях (II) и (III) переходит в раствор):

m(р-ра) = mисх.(р-ра CuSO4) + mисх.(Zn) — m(Cu) + mисх.(р-ра NaOH) – m(H2) = 160 г + 19,5 г – 6,4 г + 240 г – 0,4 г = 412,7 г

Массовая доля щелочи в образовавшемся растворе равна:

ω(NaOH) = mост.(NaOH)/m(р-ра) · 100% = 40 г/412,7 г · 100% = 9,69%

7

В 20%-ный раствор соли, полученный при растворении в воде 25 г пятиводного сульфата меди (II), внесли порошок, полученный при спекании 2,16 г алюминия и 6,4 г оксида железа (III).  Определите массовую долю сульфата меди (II) в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 4,03%

Пояснение:

При спекании алюминия с оксидом железа (III) более активный металл вытесняет менее активный из его оксида:

2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe                                          (I)

Вычислим количество вещества алюминия и оксида железа (III), вступающих в реакцию (I):

νисх.(Al) = mисх.(Al)/M(Al) = 2,16 г /27 г/моль = 0,08 моль

νисх.(Fe2O3) = mисх.(Fe2O3)/M(Fe2O3) = 6,4 г/160 г/моль = 0,04 моль

По уравнению реакции (I) ν(Al) = 2ν(Fe2O3) = 2ν(Al2O3) и по условию задачи количество вещества алюминия в два раза больше количества вещества оксида железа (III), следовательно, непрореагировавших веществ в реакции (I) не остается.

Количество вещества и масса образовавшего железа равны:

ν(Fe) = 2νисх.(Fe2O3) = 2 · 0,04 моль = 0,08 моль

m(Fe) = ν(Fe) · M(Fe) = 0,08 моль · 56 г/моль = 4,48 г

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массу исходного раствора медного купороса:

ν(CuSO4 · 5H2O) = m(CuSO4 · 5H2O)/M(CuSO4 · 5H2O) = 25 г /250 г/моль = 0,1 моль

ν(CuSO4 · 5H2O) = ν(CuSO4) = 0,1 моль, следовательно, m(CuSO4) = ν(CuSO4) · M(CuSO4) = 0,1 моль · 160 г/моль = 16 г

mисх.(р-ра CuSO4) = m(CuSO4)/ω(CuSO4) · 100% = 16 г/20% · 100% = 80 г

С раствором медного купороса реагирует образовавшееся по реакции (I) железо:

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu                                            (II)

По уравнению реакции (II) ν(Fe) = ν(CuSO4), а по условию задачи количество вещества железа (0,1 моль CuSO4 · 5H2O и 0,08 моль Fe), поэтому железо прореагировало полностью.

Вычислим количество вещества и массу непрореагировавшего сульфата меди (II):

νост.(CuSO4) = νисх.(CuSO4) — νреаг.(CuSO4) = 0,1 моль – 0,08 моль = 0,02 моль

mост.(CuSO4) = νост.(CuSO4) · M(CuSO4) = 0,02 моль  · 160 г/моль = 3,2 г

Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу образовавшейся меди:

ν(Fe) = ν(Cu) = 0,08 моль и m(Cu) = ν(Cu) · M(Cu) = 0,08 моль · 64 г/моль = 5,12 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле (образующееся по реакции (I) железо переходит в дальнейшем в раствор):

m(р-ра) = mисх.(р-ра CuSO4) + m(Fe) — m(Cu) = 80 г + 4,48 г – 5,12 г = 79,36 г

Массовая доля сульфата меди (II) в образовавшемся растворе:

ω(CuSO4) = mост.(CuSO4)/m(р-ра) · 100% = 3,2 г/79,36 г · 100% = 4,03%

8

В 182,5 г 20%-ный раствор соляной кислоты внесли 18,2 г фосфида кальция. Далее к полученному раствору добавили 200,2 г Na2CO3 · 10H2O. Определите массовую долю карбоната натрия в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 5,97%

Пояснение:

Соляная кислота и фосфид кальция реагируют с образования хлорида кальция и выделением фосфина:

Ca3P2 + 6HCl → 3CaCl2 + 2PH3↑                                     (I)

Вычислим количество вещества соляной кислоты и фосфида кальция, вступающих в реакцию (I):

mисх.(HCl) = m(р-ра HCl) · ω(HCl) = 182,5 г · 0,2 = 36,5 г, отсюда

νисх.(HCl) = mисх.(HCl)/M(HCl) = 36,5 г/36,5 г/моль = 1 моль

νисх.(Ca3P2) = mисх.(Ca3P2)/M(Ca3P2) = 18,2 г/182 г/моль = 0,1 моль

По уравнению реакции (I) ν(HCl) = 6ν(Ca3P2) = 2ν(CaCl2), а по условию задачи количество вещества соляной кислоты в 10 раз больше количества вещества фосфида кальция, следовательно, непрореагировавшей остается соляная кислота.

νост.(HCl) = νисх.(HCl) — 6ν(Ca3P2) = 1 моль — 6 · 0,1 моль = 0,4 моль

Количество вещества и масса образовавшего фосфина равны:

ν(PH3) = 2νисх.(Ca3P2) = 2 · 0,1 моль = 0,2 моль

m(PH3) = ν(PH3) · M(PH3) = 0,2 моль · 34 г/моль = 6,8 г

Вычислим количество гидрата карбоната натрия:

νисх.(Na2CO3 · 10H2O) = mисх.(Na2CO3 · 10H2O)/M(Na2CO3 · 10H2O) = 200,2 г/286 г/моль =  0,7 моль

В карбонатом натрия взаимодействуют и хлорид кальция, и соляная кислота:

Na2CO3 + CaCl2 → CaCO3↓ + 2NaCl                          (II)

Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2↑ + H2O                     (III)

Вычислим общее количество вещества карбоната натрия, взаимодействующих с соляной кислотой и хлоридом кальция:

νреаг.(Na2CO3) = ν(CaCl2) + 1/2νост.(HCl) = 3νисх.(Ca3P2) + 1/2νост.(HCl) = 3 · 0,1 моль + 1/2 · 0,4 моль = 0,3 моль + 0,2 моль = 0,5 моль

Общее количество вещества и масса непрореагировавшего карбоната натрия равны:

νост.(Na2CO3) = νисх.(Na2CO3) — νреаг.(Na2CO3) = 0,7 моль – 0,5 моль = 0,2 моль

mост.(Na2CO3) = νост.(Na2CO3) · M(Na2CO3) = 0,2 моль  · 106 г/моль = 21,2 г

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массы выпадающего в осадок по реакции (II) карбоната кальция и выделяющего по реакции (III) углекислого газа:

ν(CaCl2) = ν(CaCO3) = 3νисх.(Ca3P2) = 0,3 моль

m(CaCO3) = ν(CaCO3) · M(CaCO3) = 0,3 моль · 100 г/моль = 30 г

ν(CO2) = 1/2νост.(HCl) = ½ · 0,4 моль = 0,2 моль

m(CO2) = ν(CO2) · M(CO2) = 0,2 моль · 44 г/моль = 8,8 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле:

m(р-ра) = mисх.(р-ра HCl) + mисх.(Ca3P2) — m(PH3) + mисх.(Na2CO3 · 10H2O) —  m(CaCO3) — m(CO2)  = 182,5 г + 18,2 г – 6,8 г + 200,2 г – 30 г – 8,8 г = 355,3 г

Массовая доля карбоната натрия равна:

ω(Na2CO3) = mост.(Na2CO3)/m(р-ра) · 100% = 21,2 г/355,3 г · 100% = 5,97%

9

Нитрид натрия массой 8,3 г прореагировал с 490 г 20%-ной серной кислоты. После завершения реакции к полученному раствору добавили 57,2 г кристаллической соды (Na2CO3 · 10H2O). Определите массовую долю серной кислоты в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 10,76%

Пояснение:

Нитрид натрия и разбавленная серная кислота реагируют с образованием двух средних солей – сульфатом аммония и натрия:

2Na3N + 4H2SO4 → 3Na2SO4 + (NH4)2SO4                             (I)

Вычислим количество вещества серной кислоты и нитрида натрия, реагирующих между собой:

mисх.(H2SO4) = m(р-ра H2SO4) · ω(H2SO4) = 490 г · 0,2 = 98 г, отсюда

νисх.(H2SO4) = mисх.(H2SO4)/M(H2SO4) = 98 г/98 г/моль = 1 моль

νисх.(Na3N) = mисх.(Na3N)/M(Na3N) = 8,3 г/83 г/моль = 0,1 моль

Вычислим количество непрореагировавшей по реакции (I) серной кислоты:

νост.I(H2SO4) = νисх.(H2SO4) — 2νисх.(Na3N) = 1 моль — 2 · 0,1 моль = 0,8 моль

Вычислим количество вещества кристаллической соды:

νисх.(Na2CO3 · 10H2O) = mисх.(Na2CO3 · 10H2O)/M(Na2CO3 · 10H2O) = 57,2 г/286 г/моль =  0,2 моль

Поскольку по условию задачи νост.I(H2SO4) = 3νисх.(Na2CO3 · 10H2O), т.е разбавленная серная кислота в избытке, следовательно, между этими веществами протекает следующая реакция:

H2SO4 + Na2CO3 → Na2SO4 + CO2↑ + H2O                             (II)

νост.II(H2SO4) = νост.I(H2SO4) — νисх.(Na2CO3) = 0,8 моль — 0,2 моль = 0,6 моль

mост.II(H2SO4) = νост.II(H2SO4) · M(H2SO4) = 0,6 моль · 98 г/моль = 58,8 г

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массы выделяющего по реакции (II) углекислого газа:

ν(CO2) = ν(Na2CO3) = 0,2 моль

m(CO2) = ν(CO2) · M(CO2) = 0,2 моль · 44 г/моль = 8,8 г

Масса полученного раствора вычисляем по формуле равна:

m(р-ра) = mисх.(р-ра H2SO4) + mисх.(Na3N) +  m(Na2CO3 · 10H2O) — m(CO2)  = 490 г + 8,3 г + 57,2 г – 8,8 г = 546,7 г

Массовая доля серной кислоты равна:

ω ост.II(H2SO4) = m ост.II(H2SO4)/m(р-ра) · 100% = 58,8 г/546,7 г · 100% = 10,76%

10

Нитрид лития массой 3,5 г растворили в 365 г 10%-ной соляной кислоты. К раствору добавили 20 г карбоната кальция. Определите массовую долю соляной кислоты в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 1,92%

Пояснение:

Нитрид лития и соляная кислота реагируют с образованием двух солей – хлоридов лития и аммония:

Li3N + 4HCl → 3LiCl + NH4Cl                                        (I)

Вычислим количество вещества соляной кислоты и нитрида лития, реагирующих между собой:

mисх.(HCl) = m(р-ра HCl) · ω(HCl) = 365 г · 0,1 = 36,5 г, отсюда

νисх.(HCl) = mисх.(HCl)/M(HCl) = 36,5 г/36,5 г/моль = 1 моль

νисх.(Li3N) = mисх.(Li3N)/M(Li3N) = 3,5 г/35 г/моль = 0,1 моль

Вычислим количество непрореагировавшей по реакции (I) соляной кислоты:

νост.I(HCl) = νисх.(HCl) — 4νисх.(Li3N) = 1 моль — 4 · 0,1 моль = 0,6 моль

Вычислим количество вещества карбоната кальция:

νисх.(CaCO3) = mисх.(CaCO3)/M(CaCO3) = 20 г/100 г/моль = 0,2 моль

Поскольку по условию задачи νост.I(HCl) = 3νисх.(CaCO3), с карбонатом кальция взаимодействует избыток соляной кислоты с выделением углекислого газа и образованием хлорида кальция:

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O                          (II)

νост.II(HCl) = νост.I(HCl) — νисх.(CaCO3) = 0,6 моль — 2 · 0,2 моль = 0,2 моль

mост.II(HCl) = νост.II(HCl) · M(HCl) = 0,2 моль · 36,5 г/моль = 7,3 г

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массы выделяющего по реакции (II) углекислого газа:

ν(CO2) = ν(CaCO3) = 0,2 моль

m(CO2) = ν(CO2) · M(CO2) = 0,2 моль · 44 г/моль = 8,8 г

Масса полученного раствора вычисляем по формуле равна:

m(р-ра) = mисх.(р-ра HCl) + mисх.(Li3N) +  m(CaCO3) — m(CO2)  = 365 г + 3,5 г + 20 г – 8,8 г = 379,7 г

Массовая доля соляной кислоты равна:

ω ост.II(HCl) = m ост.II(HCl)/m(р-ра) · 100% = 7,3 г/379,7 г · 100% = 1,92%

11

Твердый остаток, полученный при взаимодействии 2,24 л водорода с 12 г оксида меди (II), растворили в 126 г 85%-ного раствора азотной кислоты. Определите массовую долю азотной кислоты в образовавшемся растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 59,43%

Пояснение:

При пропускании водорода над оксидом меди (II) восстанавливается медь:

CuO + H2 → Cu + H2O (нагревание)                       (I)

Вычислим количество вещества водорода, участвовавшего в восстановлении оксида меди (II):

νисх.(H2) = V(H2)/Vm = 2,24 л/22,4 л/моль = 0,1 моль,

νисх.(CuO) = 12 г/80 г/моль = 0,15 моль

Согласно уравнению (I) ν(CuO) = ν(H2) = ν(Cu), следовательно, образуется 0,1 моль меди и остается νост.(CuO) = ν(тв. ост.) — νисх.(H2) = 0,15 моль – 0,1 моль = 0,05 моль

Вычислим массы образовавшейся меди и непрореагировавшего оксида меди (II):

mост.(CuO) = νост.(CuO) · M(CuO) = 0,05 моль · 80 г/моль = 4 г

m(Cu) = ν(Cu) · M(Cu) = 0,1 моль · 64 г/моль = 6,4 г

Твердый остаток, состоящий из металлической меди и непрореагировавшего оксида меди (II), реагирует с азотной кислотой согласно уравнениям:

Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O               (II)

CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O                               (III)

Вычислим количество вещества азотной кислоты:

mисх.(HNO3) = m(р-ра HNO3) · ω(HNO3) = 126 г · 0,85 = 107,1 г, отсюда

νисх.(HNO3) = mисх.(HNO3)/M(HNO3) = 107,1 г/63 г/моль = 1,7 моль

Согласно уравнению (II) νII(HNO3) = 4ν(Cu), согласно уравнению (III) νIII(HNO3) = 2νост.(CuO), следовательно, νобщ.(HNO3) = νII(HNO3) + νIII(HNO3) = 4 · 0,1 моль + 2 · 0,05 моль = 0,5 моль.

Вычислим общую массу азотной кислоты, реагирующей по реакциям (II) и (III):

mобщ.(HNO3) = νобщ.(HNO3) · M(HNO3) = 0,5 моль · 63 г/моль = 31,5 г

Вычислим массу непрореагировавшей азотной кислоты:

mост.(HNO3) = mисх.(HNO3) — mобщ.(HNO3) = 107,1 г – 31,5 г = 75,6

Для того чтобы вычислить массу образовавшегося раствора, необходимо учесть массу диоксида азота, выделяющегося в реакции (II):

ν(NO2) = 2m(Cu), следовательно, ν(NO2) = 0,2 моль и m(NO2) = ν(NO2) · M(NO2) = 0,2 моль · 46 г/моль = 9,2 г

Вычислим массу образовавшегося раствора:

m(р-ра) = m(р-ра HNO3) + m(Cu) + m(CuO) — m(NO2) = 126 г + 6,4 г + 4 г —  9,2 г = 127,2 г

Массовая доля азотной кислоты в образовавшемся растворе равна:

ω(HNO3) = mост.(HNO3)/m(р-ра) · 100% = 75,6 г/127,2 г · 100% = 59,43%

12

К 10%-ному раствору соли, полученному при растворении в воде 28,7 г цинкового купороса (ZnSO4 · 7H2O), добавили 7,2 г магния. После завершения реакции к полученной смеси добавили 120 г с 30%-ного раствора едкого натра. Определите массовую долю гидроксида натрия в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 7,21%

Пояснение:

При взаимодействии сульфата цинка с магнием протекает реакция замещения:

Mg + ZnSO4 → MgSO4 + Zn                                        (I)

Вычислим количество вещества сульфата цинка и магния, вступающих в реакцию (I):

νисх.(ZnSO4 · 7H2O) = ν(ZnSO4) = mисх.(ZnSO4 · 7H2O)/M(ZnSO4 · 7H2O) = 28,7 г /287 г/моль = 0,1 моль

νисх.(Mg) = mисх.(Mg)/M(Mg) = 7,2 г/24 г/моль = 0,3 моль

По уравнению реакции (I) νисх.(Mg) = ν(ZnSO4), а по условию задачи количество вещества сульфата цинка (0,1 моль ZnSO4 · 7H2O и 0,3 моль Mg), поэтому магний прореагировал не полностью.

Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, νисх.(ZnSO4 · 7H2O) = ν(MgSO4) = ν(Zn) = νреаг.(Mg) = 0,1 моль и νост.(Mg) = 0,3 моль – 0,1 моль = 0,2 моль.

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массу непрореагировавшего магния (реакция (I)) и исходного раствора сульфата цинка:

mост.(Mg) = νост.(Mg) · M(Mg) = 0,2 моль · 24 г/моль = 4,8 г

νисх.(ZnSO4 · 7H2O) = νисх.(ZnSO4) = 0,1 моль, следовательно, m(ZnSO4) = ν(ZnSO4) · M(ZnSO4) = 0,1 моль · 161 г/моль = 16,1 г

mисх.(р-ра ZnSO4) = m(ZnSO4)/ω(ZnSO4) · 100% = 16,1 г/10% · 100% = 161 г

С раствором гидроксида натрия реагируют сульфат магния и образовавшийся по реакции (I) магний:

Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2↑                        (II)

MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + Na2SO4                             (III)

Вычислим массу и количество вещества гидроксида натрия:

mисх.(NaOH) = mисх.(р-ра NaOH) · ω(NaOH) = 120 г · 0,3 = 36 г

νисх.(NaOH) = mисх.(NaOH)/M(NaOH) = 36 г/40 г/моль = 0,9 моль

Согласно уравнениям реакции (II) и (III) νII(NaOH) = 2ν(Zn) и νIII(NaOH) = 2ν(MgSO4), следовательно, общее количество и масса реагирующей щелочи равны:

νобщ.(NaOH) = νII(NaOH) + νIII(NaOH) = 2ν(Zn) + 2ν(MgSO4) = 2 · 0,1 моль + 2 · 0,1 моль = 0,4 моль

mреаг.(NaOH) = νреаг.(NaOH) · M(NaOH) = 0,4 моль · 40 г/моль = 16 г

Для расчета конечного раствора вычисляем массу гидроксида магния:

ν(MgSO4) = ν(Mg(OH)2) = 0,1 моль

m(Mg(OH)2) = ν(Mg(OH)2) · M(Mg(OH)2) = 0,1 моль · 58 г/моль = 5,8 г

Вычисли массу непрореагировавшей щелочи:

mост.(NaOH) = mисх.(NaOH) — mреаг.(NaOH) = 36 г – 16 г = 20 г

Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выделяющегося в результате реакции (II) водорода:

ν(Zn) = ν(H2) = 0,1 моль и m(H2) = ν(H2) · M(H2) = 0,1 моль · 2 г/моль = 0,2 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле:

m(р-ра) = mисх.(р-ра ZnSO4) + mисх.(Mg) — mост.(Mg)+ mисх.(р-ра NaOH) – m(Mg(OH)2) — m(H2) = 161 г + 7,2 г — 4,8 г + 120 г – 5,8 г — 0,2 г = 277,4 г

Массовая доля щелочи в образовавшемся растворе равна:

ω(NaOH) = mост.(NaOH)/m(р-ра) · 100% = 20 г/277,4 г · 100% = 7,21%

13

К 20%-ному раствору соли, полученному при растворении в воде 57,4 г кристаллогидрата сульфата цинка (ZnSO4 · 7H2O), добавили 14,4 г магния. После завершения реакции к полученной смеси добавили 292 г 25%-ной соляной кислоты. Определите массовую долю хлороводорода в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 6,26%

Пояснение:

При взаимодействии сульфата цинка с магнием протекает реакция замещения:

Mg + ZnSO4 → MgSO4 + Zn                                        (I)

Вычислим количество вещества сульфата цинка и магния, вступающих в реакцию (I):

νисх.(ZnSO4 · 7H2O) = ν(ZnSO4) = mисх.(ZnSO4 · 7H2O)/M(ZnSO4 · 7H2O) = 57,4 г /287 г/моль = 0,2 моль

νисх.(Mg) = mисх.(Mg)/M(Mg) = 14,4 г/24 г/моль = 0,6 моль

По уравнению реакции (I) νисх.(Mg) = ν(ZnSO4), а по условию задачи количество вещества сульфата цинка (0,2 моль ZnSO4 · 7H2O и 0,6 моль Mg), поэтому магний прореагировал не полностью.

Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, νисх.(ZnSO4 · 7H2O) = ν(MgSO4) = ν(Zn) = νреаг.(Mg) = 0,2 моль и νост.(Mg) = 0,6 моль – 0,2 моль = 0,4 моль.

Для расчета в дальнейшем массы исходного раствора сульфата цинка:

νисх.(ZnSO4 · 7H2O) = νисх.(ZnSO4) = 0,2 моль, следовательно, m(ZnSO4) = ν(ZnSO4) · M(ZnSO4) = 0,2 моль · 161 г/моль = 32,2 г

mисх.(р-ра ZnSO4) = m(ZnSO4)/ω(ZnSO4) · 100% = 32,2 г/20% · 100% = 161 г

С раствором соляной кислоты могут реагировать магний и цинк:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑                             (II)

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑                          (III)

Вычислим массу и количество вещества хлороводорода:

mисх.(HCl) = mисх.(р-ра HCl) · ω(HCl) = 292 г · 0,25 = 73 г

νисх.(HCl) = mисх.(HCl)/M(HCl) = 73 г/36,5 г/моль = 2 моль

Согласно уравнениям реакции (II) и (III) νII(HCl) = 2ν(Zn) и νIII(HCl) = 2ν(Mg), следовательно, общее количество и масса реагирующего хлороводорода равны:

νобщ.(HCl) = νII(HCl) + νIII(HCl) = 2ν(Zn) + 2ν(Mg) = 2 · 0,2 моль + 2 · 0,4 моль = 1,2 моль

mреаг.(HCl) = νреаг.(HCl) · M(HCl) = 1,2 моль · 36,5 г/моль = 43,8 г

Вычислим массу непрореагировавшей соляной кислоты:

mост.(HCl) = mисх.(HCl) — mреаг.(HCl) = 73 г – 43,8 г = 29,2 г

Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выделяющегося в результате реакций (II) и (III) водорода:

ν(Zn) = νII(H2) = 0,2 моль и mII(H2) = νII(H2) · M(H2) = 0,2 моль · 2 г/моль = 0,4 г

νост.(Mg) = νIII(H2) = 0,4 моль и mIII(H2) = νIII(H2) · M(H2) = 0,4 моль · 2 г/моль = 0,8 г

mобщ.(H2) = mII(H2) + mIII(H2) = 0,4 г + 0,8 г = 1,2 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле:

m(р-ра) = mисх.(р-ра ZnSO4) + mисх.(Mg) + mисх.(р-ра HCl) – mобщ.(H2) = 161 г + 14,4 г + 292 г – 1,2 г = 466,2 г

Массовая доля хлороводорода в образовавшемся растворе равна:

ω(HCl) = mост.(HCl)/m(р-ра) · 100% = 29,2 г/466,2 г · 100% = 6,26%

14

Оксид цинка массой 16,2 г нагрели и пропустили через него угарный газ объемом 1,12 л. Угарный газ прореагировал полностью. Образовавшийся твердый остаток растворили в 60 г 40%-ного раствора едкого натра. Определите массовую долю гидроксида натрия в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 10,62%

Пояснение:

При взаимодействии оксида цинка с угарным газом протекает окислительно-восстановительная реакция:

ZnO + CO → Zn + CO2 (нагревание)                                      (I)

С раствором гидроксида натрия реагируют образовавшийся цинк и непрореагировавший оксид цинка:

Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2↑                        (II)

ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4]                                  (III)

Вычислим количество вещества оксида цинка и угарного газа, вступающих в реакцию (I):

νисх.(ZnO) = mисх.(ZnO)/M(ZnO) = 16,2 г /81 г/моль = 0,2 моль

νисх.(CO) = Vисх.(CO)/Vm = 1,12 л/22,4 л/моль = 0,05 моль

По уравнению реакции (I) ν.(ZnO) = ν(CO), а по условию задачи количество вещества угарного газа в 4 раза меньше количества вещества оксида цинка (0,05 моль CO и 0,2 моль ZnO), поэтому оксид цинка прореагировал не полностью.

Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, νисх.(ZnO) = 0,2 моль и νост.(ZnO) = 0,2 моль – 0,05 моль = 0,15 моль.

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массы образовавшегося цинка и непрореагировавшего оксида цинка:

mост.(ZnO) = νост.(ZnO) · M(ZnO) = 0,15 моль · 81 г/моль = 12,15 г

m(Zn) = ν(Zn) · M(Zn) = 0,05 моль · 65 г/моль = 3,25 г

Вычислим массу и количество вещества гидроксида натрия:

mисх.(NaOH) = mисх.(р-ра NaOH) · ω(NaOH) = 60 г · 0,4 = 24 г

νисх.(NaOH) = mисх.(NaOH)/M(NaOH) = 24 г/40 г/моль = 0,6 моль

Согласно уравнениям реакции (II) и (III) νII(NaOH) = 2ν(Zn) и νIII(NaOH) = 2νост.(ZnO), следовательно, общее количество и масса реагирующей щелочи равны:

νобщ.(NaOH) = νII(NaOH) + νIII(NaOH) = 2ν(Zn) + 2νост.(ZnO) = 2 · 0,05 моль + 2 · 0,15 моль = 0,4 моль

mреаг.(NaOH) = νреаг.(NaOH) · M(NaOH) = 0,4 моль · 40 г/моль = 16 г

Вычислим массу непрореагировавшей щелочи:

mост.(NaOH) = mисх.(NaOH) — mреаг.(NaOH) = 24 г – 16 г = 8 г

Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выделяющегося в результате реакции (II) водорода:

νост.(Zn) = ν(H2) = 0,05 моль и m(H2) = ν(H2) · M(H2) = 0,05 моль · 2 г/моль = 0,1 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле:

m(р-ра) = mисх.(р-ра NaOH) + m(Zn) + mост.(ZnO) – m(H2) = 60 г + 12,15 г + 3,25 г – 0,1 г = 75,3 г

Массовая доля щелочи в образовавшемся растворе равна:

ω(NaOH) = mост.(NaOH)/m(р-ра) · 100% = 8 г/75,3 г · 100% = 10,62%

15

К 10%-ному раствору соли, полученному при растворении в воде 37,9 г свинцового сахара ((CH3COO)2Pb · 3H2O), добавили 7,8 г цинка. После завершения реакции к полученной смеси добавили 156 г 10%-ного раствора сульфида натрия. Определите массовую долю сульфида натрия в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 1,71%

Пояснение:

При взаимодействии сульфата цинка с магнием протекает реакция замещения:

Zn + (CH3COO)2Pb → (CH3COO)2Zn + Pb↓                                         (I)

Вычислим количество вещества ацетата свинца и цинка, вступающих в реакцию (I):

νисх.((CH3COO)2Pb · 3H2O) = νисх.((CH3COO)2Pb) = mисх.((CH3COO)2Pb · 3H2O)/M((CH3COO)2Pb · 3H2O) = 37,9 г /379 г/моль = 0,1 моль

νисх.(Zn) = mисх.(Zn)/M(Zn) = 7,8 г/65 г/моль = 0,12 моль

По уравнению реакции (I) ν(Zn) = ν((CH3COO)2Pb), а по условию задачи количество вещества ацетата свинца меньше количества вещества цинка (0,1 моль (CH3COO)2Pb · 3H2O и 0,12 моль Zn), поэтому цинк прореагировал не полностью.

Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, νисх.((CH3COO)2Pb · 3H2O) = ν((CH3COO)2Zn) = ν(Pb) = νреаг.(Zn) = 0,1 моль и νост.(Zn) = 0,12 моль – 0,1 моль = 0,02 моль.

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массы образовавшегося свинца, непрореагировавшего цинка и исходного раствора свинцового сахара:

m(Pb) = ν(Pb) · M(Pb) = 0,1 моль · 207 г/моль = 20,7 г

mост.(Zn) = νост.(Zn) · M(Zn) = 0,02 моль · 65 г/моль = 1,3 г

νисх.((CH3COO)2Pb · 3H2O) = νисх.((CH3COO)2Pb) = 0,1 моль, следовательно,

m((CH3COO)2Pb) = ν((CH3COO)2Pb) · M((CH3COO)2Pb) = 0,1 моль · 325 г/моль = 32,5 г

mисх.(р-ра CH3COO)2Pb) = m((CH3COO)2Pb)/ω((CH3COO)2Pb) · 100% = 32,5 г/10% · 100% = 325 г

С раствором сульфида натрия реагирует образовавшийся по реакции (I) ацетат цинка:

(CH3COO)2Zn + Na2S → ZnS↓ + 2CH3COONa                       (II)

Вычислим массу и количество вещества сульфида натрия:

mисх.(Na2S) = mисх.(р-ра Na2S) · ω(Na2S) = 156 г · 0,1 = 15,6 г

νисх.(Na2S) = mисх.(Na2S)/M(Na2S) = 15,6 г/78 г/моль = 0,2 моль

Согласно уравнению реакции (II) ν((CH3COO)2Zn) = ν(Na2S), следовательно, количество вещества непрореагировавшего сульфида натрия равно:

νост.(Na2S) = νисх.(Na2S) – νреаг.(Na2S) = 0,2 моль – 0,1 моль = 0,1 моль

mост.(Na2S) = νреаг.(Na2S) · M(Na2S) = 0,1 моль · 78 г/моль = 7,8 г

Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу сульфида цинка:

ν((CH3COO)2Zn) = ν(ZnS) = 0,1 моль и m(ZnS) = ν(ZnS) · M(ZnS) = 0,1 моль · 97 г/моль = 9,7 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле:

m(р-ра) = mисх.(р-ра (CH3COO)2Pb) + mисх.(Zn) – mост.(Zn) – m(Pb) + mисх.(р-ра Na2S) – m(ZnS) = 325 г + 7,8 г – 1,3 г – 20,7 г + 156 г — 9,7 г = 457,1 г

Массовая доля сульфида натрия в образовавшемся растворе равна:

ω(Na2S) = mост.(Na2S)/m(р-ра) · 100% = 7,8 г/457,1 г · 100% = 1,71%

16

Оксид цинка массой 32,4 г нагрели и пропустили через него угарный газ объемом 2,24 л. Угарный газ прореагировал полностью. Образовавшийся твердый остаток растворили в 224 г 40%-ного раствора гидроксида калия. Определите массовую долю гидроксида калия в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 17,6%

Пояснение:

При взаимодействии оксида цинка с угарным газом протекает окислительно-восстановительная реакция:

ZnO + CO → Zn + CO2 (нагревание)                                      (I)

С раствором гидроксида натрия реагируют образовавшийся цинк и непрореагировавший оксид цинка:

Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn(OH)4] + H2↑                               (II)

ZnO + 2KOH + H2O → K2[Zn(OH)4]                                          (III)

Вычислим количество вещества оксида цинка и угарного газа, вступающих в реакцию (I):

νисх.(ZnO) = mисх.(ZnO)/M(ZnO) = 32,4 г /81 г/моль = 0,4 моль

νисх.(CO) = Vисх.(CO)/Vm = 2,24 л/22,4 л/моль = 0,1 моль

По уравнению реакции (I) ν.(ZnO) = ν(CO), а по условию задачи количество вещества угарного газа в 4 раза меньше количества вещества оксида цинка (0,1 моль CO и 0,4 моль ZnO), поэтому оксид цинка прореагировал не полностью.

Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, νисх.(ZnO) = 0,4 моль и νост.(ZnO) = 0,4 моль – 0,1 моль = 0,3 моль.

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массы образовавшегося цинка и непрореагировавшего оксида цинка:

mост.(ZnO) = νост.(ZnO) · M(ZnO) = 0,3 моль · 81 г/моль = 24,3 г

m(Zn) = ν(Zn) · M(Zn) = 0,1 моль · 65 г/моль = 6,5 г

Вычислим массу и количество вещества гидроксида натрия:

mисх.(KOH) = mисх.(р-ра KOH) · ω(KOH) = 224 г · 0,4 = 89,6 г

νисх.(KOH) = mисх.(KOH)/M(KOH) = 89,6 г/56 г/моль = 1,6 моль

Согласно уравнениям реакции (II) и (III) νII(KOH) = 2ν(Zn) и νIII(KOH) = 2νост.(ZnO), следовательно, общее количество и масса реагирующей щелочи равны:

νобщ.(KOH) = νII(KOH) + νIII(KOH) = 2ν(Zn) + 2νост.(ZnO) = 2 · 0,1 моль + 2 · 0,3 моль = 0,8 моль

mреаг.(KOH) = νреаг.(KOH) · M(KOH) = 0,8 моль · 56 г/моль = 44,8 г

Вычислим массу непрореагировавшей щелочи:

mост.(KOH) = mисх.(KOH) — mреаг.(KOH) = 89,6 г – 44,8 г = 44,8 г

Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выделяющегося в результате реакции (II) водорода:

νост.(Zn) = ν(H2) = 0,1 моль и m(H2) = ν(H2) · M(H2) = 0,1 моль · 2 г/моль = 0,2 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле:

m(р-ра) = mисх.(р-ра KOH) + m(Zn) + mост.(ZnO) – m(H2) = 224 г + 6,5 г + 24,3 г – 0,2 г = 254,6 г

Массовая доля щелочи в образовавшемся растворе равна:

ω(KOH) = mост.(KOH)/m(р-ра) · 100% = 44,8 г/254,6 г · 100% = 17,6%

17

К 10%-ному раствору соли, полученному при растворении в воде 75,8 г свинцового сахара ((CH3COO)2Pb · 3H2O), добавили 15,6 г цинка. После завершения реакции к полученной смеси добавили 312 г 10%-ного раствора сульфида натрия. Определите массовую долю сульфида натрия в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 1,71%

Пояснение:

При взаимодействии сульфата цинка с магнием протекает реакция замещения:

Zn + (CH3COO)2Pb → (CH3COO)2Zn + Pb↓                                         (I)

Вычислим количество вещества ацетата свинца и цинка, вступающих в реакцию (I):

νисх.((CH3COO)2Pb · 3H2O) = νисх.((CH3COO)2Pb) = mисх.((CH3COO)2Pb · 3H2O)/M((CH3COO)2Pb · 3H2O) = 75,8 г /379 г/моль = 0,2 моль

νисх.(Zn) = mисх.(Zn)/M(Zn) = 15,6 г/65 г/моль = 0,24 моль

По уравнению реакции (I) ν(Zn) = ν((CH3COO)2Pb), а по условию задачи количество вещества ацетата свинца меньше количества вещества цинка (0,2 моль (CH3COO)2Pb · 3H2O и 0,24 моль Zn), поэтому цинк прореагировал не полностью.

Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, νисх.((CH3COO)2Pb · 3H2O) = ν((CH3COO)2Zn) = ν(Pb) = νреаг.(Zn) = 0,2 моль и νост.(Zn) = 0,24 моль – 0,2 моль = 0,04 моль.

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массы образовавшегося свинца, непрореагировавшего цинка и исходного раствора свинцового сахара:

mост.(Pb) = νост.(Pb) · M(Pb) = 0,2 моль · 207 г/моль = 41,4 г

mост.(Zn) = νост.(Zn) · M(Zn) = 0,04 моль · 65 г/моль = 2,6 г

νисх.((CH3COO)2Pb · 3H2O) = νисх.((CH3COO)2Pb) = 0,2 моль, следовательно,

m((CH3COO)2Pb) = ν((CH3COO)2Pb) · M((CH3COO)2Pb) = 0,2 моль · 325 г/моль = 65 г

mисх.(р-ра CH3COO)2Pb) = m((CH3COO)2Pb)/ω((CH3COO)2Pb) · 100% = 65 г/10% · 100% = 650 г

С раствором сульфида натрия реагирует образовавшийся по реакции (I) ацетат цинка:

(CH3COO)2Zn + Na2S → ZnS↓ + 2CH3COONa                       (II)

Вычислим массу и количество вещества сульфида натрия:

mисх.(Na2S) = mисх.(р-ра Na2S) · ω(Na2S) = 312 г · 0,1 = 31,2 г

νисх.(Na2S) = mисх.(Na2S)/M(Na2S) = 31,2 г/78 г/моль = 0,4 моль

Согласно уравнению реакции (II) ν((CH3COO)2Zn) = ν(Na2S), следовательно, количество вещества непрореагировавшего сульфида натрия равно:

νост.(Na2S) = νисх.(Na2S) – νреаг.(Na2S) = 0,4 моль – 0,2 моль = 0,2 моль

mост.(Na2S) = νреаг.(Na2S) · M(Na2S) = 0,2 моль · 78 г/моль = 15,6 г

Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу сульфида цинка:

ν((CH3COO)2Zn) = ν(ZnS) = 0,2 моль и m(ZnS) = ν(ZnS) · M(ZnS) = 0,2 моль · 97 г/моль = 19,4 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле:

m(р-ра) = mисх.(р-ра (CH3COO)2Pb) + mисх.(Zn) – mост.(Zn) – m(Pb) + mисх.(р-ра Na2S) – m(ZnS) = 650 г + 15,6 г – 2,6 г – 41,4 г + 312 г — 19,4 г = 914,2 г

Массовая доля сульфида натрия в образовавшемся растворе равна:

ω(Na2S) = mост.(Na2S)/m(р-ра) · 100% = 15,6 г/914,2 г · 100% = 1,71%

18

К 10%-ному раствору соли, полученному при растворении в воде 50 г медного купороса (CuSO4 · 5H2O), добавили 19,5 г цинка. После завершения реакции к полученной смеси добавили 200 г 30%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю гидроксида натрия в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 3,8%

Пояснение:

При взаимодействии сульфата меди (II) с цинком протекает реакция замещения:

Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu                                           (I)

Вычислим количество вещества медного купороса и цинка, вступающих в реакцию (I):

ν(CuSO4 · 5H2O) = m(CuSO4 · 5H2O)/M(CuSO4 · 5H2O) = 50 г /250 г/моль = 0,2 моль

ν(Zn) = m(Zn)/M(Zn) = 19,5 г/65 г/моль = 0,3 моль

По уравнению реакции (I) ν(Zn) = ν(CuSO4), а по условию задачи количество вещества медного купороса в недостатке (0,2 моль CuSO4 · 5H2O и 0,3 моль Zn), поэтому цинк прореагировал не полностью.

Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, ν(CuSO4 · 5H2O) = ν(ZnSO4) = ν(Cu) = νреаг.(Zn) = 0,2 моль и νост.(Zn) = 0,3 моль – 0,2 моль = 0,1 моль.

Для расчета в дальнейшем массы конечного раствора необходимо знать массу образовавшейся меди (реакция (I)) и исходного раствора медного купороса:

m(Cu) = ν(Cu) · M(Cu) = 0,2 моль · 64 г/моль = 12,8 г

ν(CuSO4 · 5H2O) = ν(CuSO4) = 0,2 моль, следовательно, m(CuSO4) = ν(CuSO4) · M(CuSO4) = 0,2 моль · 160 г/моль = 32 г

mисх.(р-ра CuSO4) = m(CuSO4)/ω(CuSO4) · 100% = 32 г/10% · 100% = 320 г

С раствором гидроксида натрия реагируют непрореагировавший полностью в реакции (I) цинк и сульфат цинка с образованием комплексной соли – тетрагидроксоцинката натрия:

Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2↑                        (II)

ZnSO4 + 4NaOH → Na2[Zn(OH)4] + Na2SO4                         (III)

Вычислим массу и количество вещества гидроксида натрия:

mисх.(NaOH) = mисх.(р-ра NaOH) · ω(NaOH) = 200 г · 0,3 = 60 г

νисх.(NaOH) = mисх.(NaOH)/M(NaOH) = 60 г/40 г/моль = 1,5 моль

Согласно уравнениям реакции (II) и (III) νII(NaOH) = 2νост.(Zn) и νIII(NaOH) = 4ν(ZnSO4), следовательно, общее количество и масса реагирующей щелочи равны:

νобщ.(NaOH) = νII(NaOH) + νIII(NaOH) = 2 · 0,1 моль + 4 · 0,2 моль = 1 моль

mреаг.(NaOH) = νреаг.(NaOH) · M(NaOH) = 1 моль · 40 г/моль = 40 г

Вычисли массу непрореагировавшей щелочи:

mост.(NaOH) = mисх.(NaOH) — mреаг.(NaOH) = 60 г – 40 г = 20 г

Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выделяющегося в результате реакции (II) водорода:

νост.(Zn) = ν(H2) = 0,1 моль и m(H2) = ν(H2) · M(H2) = 0,1 моль · 2 г/моль = 0,2 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле (массу непрореагировавшего по реакции (I) цинка не учитываем, поскольку в реакциях (II) и (III) переходит в раствор):

m(р-ра) = mисх.(р-ра CuSO4) + mисх.(Zn) — m(Cu) + mисх.(р-ра NaOH) – m(H2) = 320 г + 19,5 г – 12,8 г + 200 г – 0,2 г = 526,5 г

Массовая доля щелочи в образовавшемся растворе равна:

ω(NaOH) = mост.(NaOH)/m(р-ра) · 100% = 20 г/526,5 г · 100% = 3,8%

19

В результате растворения смеси порошков меди и оксида меди (II) в концентрированной серной кислоте выделился сернистый газ объемом 8,96 л и образовался раствор массой 400 г с массовой долей сульфата меди (II) 20%.  Вычислите массовую долю оксида меди (II) в исходной смеси.

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 23,81%

Пояснение:

При взаимодействии меди и оксида меди (II) с концентрированной серной кислотой протекают следующие реакции:

Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O                                       (I)

CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O                                                    (II)

Вычислим массу и количество вещества сульфата меди (II):

m(CuSO4) = m(CuSO4) · ω(CuSO4) = 400 г · 0,2 = 80 г

ν(CuSO4) = m(CuSO4)/M(CuSO4) = 80 г /160 г/моль = 0,5 моль

Вычислим количество вещества сернистого газа:

ν(SO2) = V(SO2)/Vm = 8,96 л/22,4 л/моль = 0,4 моль

По уравнению реакции (I) ν(Cu) = ν(SO2) = νI(CuSO4), следовательно, ν(Cu) = νI(CuSO4) = 0,4 моль.

Поскольку νобщ.(CuSO4) = νI(CuSO4) + νII(CuSO4), то νII(CuSO4) = νобщ.(CuSO4) — νI(CuSO4) = 0,5 моль – 0,4 моль = 0,1 моль.

По уравнению реакции (II) νII(CuSO4) = ν(CuO), следовательно, ν(CuO) = 0,1 моль.

Вычислим массы меди и оксида меди (II):

m(Cu) = M(Cu) ∙ ν(Cu) = 64 г/моль  ∙ 0,4 моль = 25,6 г

m(CuO) = M(CuO) ∙ ν(CuO) = 80 г/моль  ∙ 0,1 моль = 8 г

Общая смеси, состоящая из меди и оксида меди (II), равна:

m(смеси) = m(CuO) + m(Cu) = 25,6 г + 8 г = 33,6 г

Вычислим массовую долю оксида меди (II):

ω(CuO) = m(CuO)/m(смеси) ∙ 100% = 8 г/33,6 г  ∙ 100% = 23,81%

20

В результате нагревания 28,4 г смеси порошков цинка и оксида цинка на воздухе ее масса увеличилась на 4 г. Вычислите объем раствора гидроксида калия с массовой долей 40% и плотностью 1,4 г/мл, который потребуется для растворения исходной смеси.

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 80 мл

Пояснение:

При нагревании цинка на воздухе цинк окисляется и превращается в оксид:

2Zn + O2 → 2ZnO                                                        (I)

Поскольку масса смеси увеличилась, то это увеличение произошло за счет массы кислорода:

ν(O2) = m(O2)/M(O2) = 4 г /32 г/моль = 0,125 моль, следовательно, количество цинка в два раза больше количества вещества и массу кислорода, поэтому

ν(Zn) = 2ν(O2) = 2 · 0,125 моль = 0,25 моль

m(Zn) = M(Zn) · ν(Zn) = 0,25 моль · 65 г/моль = 16,25 г

Вычислим массу и количество вещества оксида цинка равна:

m(ZnO) = m(смеси) – m(Zn) = 28,4 г – 16,25 г = 12,15 г

ν(ZnO) = m(ZnO)/M(ZnO) = 12,15 г/81 г/моль = 0,15 моль

С гидроксидом калия взаимодействуют и цинк, и оксид цинка:

Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn(OH)4] + H2↑                              (II)

ZnO + 2KOH + H2O → K2[Zn(OH)4]                                         (III)

По уравнениям реакций (II) и (III) νI(KOH) = 2ν(Zn) и νII(KOH) = 2ν(ZnO), следовательно, общее количество вещества и масса гидроксида калия равны:

ν(KOH) = 2ν(Zn) + 2ν(ZnO) = 2 ∙ 0,25 моль + 2 ∙ 0,15 моль = 0,8 моль

m(KOH) = M(KOH) ∙ ν(KOH) = 56 г/моль ∙ 0,8 моль = 44,8 г

Вычислим массу раствора гидроксида калия:

m(р-р KOH) = m(KOH)/ω(KOH) ∙ 100% = 44,8 г/40% ∙ 100% = 112 г

Объем раствора гидроксида калия равен:

V(р-р KOH) = m(KOH)/ρ(KOH) = 112 г/1,4 г/моль = 80 мл

21

Смесь оксида магия и карбоната магния массой 20,5 г нагрели до постоянной массы, при этом масса смеси уменьшилась на 5,5 г. После этого твердый остаток полностью прореагировал с раствором серной кислоты с массовой долей 28% и плотностью 1,2 г/мл. Вычислите объем раствора серной кислоты, необходимый для растворения этого остатка.

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 109,375 мл

Пояснение:

При нагревании карбонат магния разлагается до оксида магния и углекислого газа:

MgCO3 → MgO + CO2                                   (I)

Оксид магния реагирует с раствором серной кислоты по уравнению:

MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O                    (II)

Масса смеси оксида и карбоната магния уменьшилась за счет выделившегося углекислого газа.

Вычислим количество образовавшегося углекислого газа:

ν(CO2) = m(CO2)/M(CO2) = 5,5 г /44 г/моль = 0,125 моль

По уравнению реакции (I) ν(CO2) = νI(MgO), следовательно, νI(MgO) = 0,125 моль

Вычислим массу прореагировавшего карбоната магния:

m(MgCO3) = ν(MgCO3) ∙ M(MgCO3) = 84 г/моль ∙ 0,125 моль = 10,5 г

Вычислим массу и количество вещества оксида магния в исходной смеси:

m(MgO) = m(смеси) — m(MgCO3) = 20,5 г – 10,5 г = 10 г

ν(MgO) = m(MgO)/M(MgO) = 10 г/40 г/моль = 0,25 моль

Общее количество оксида магния равно:

νобщ.(MgO) = νI(MgO) + ν(MgO) = 0,25 моль + 0,125 моль = 0,375 моль

По уравнению реакции (II) νобщ.(MgO) = ν(H2SO4), следовательно, ν(H2SO4) = 0,375 моль.

Вычислим массу серной кислоты:

m(H2SO4) = ν(H2SO4) ∙ M(H2SO4) = 0,375 моль ∙ 98 г/моль = 36,75 г

Вычислим массу и объем раствора серной кислоты:

m(р-ра H2SO4) = m(H2SO4)/ω(H2SO4) ∙ 100% = 36,75 г/28% ∙ 100% = 131,25 г

V(р-ра H2SO4) = m(р-ра H2SO4)/ρ(р-ра H2SO4) = 131,25 г/1,2 г/мл = 109,375 мл

22

Водород объемом 6,72 л (н.у.) пропустили над нагретым порошком оксида меди (II), при этом водород прореагировал полностью. В результате получили 20,8 г твердого остатка. Этот остаток растворили в концентрированной серной кислоте массой 200 г. Определите массовую долю соли в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 25,4%

Пояснение:

При пропускании водорода над оксидом меди (II) восстанавливается медь:

CuO + H2 → Cu + H2O (нагревание)                       (I)

Твердый остаток, состоящий из металлической меди и непрореагировавшего оксида меди (II), реагирует с концентрированной серной кислотой согласно уравнениям:

Cu + 2H2SO4(конц.) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O       (II)

CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O                                     (III)

Вычислим количество вещества водорода, участвовавшего в восстановлении оксида меди (II):

ν(H2) = V(H2)/Vm = 6,72 л/22,4 л/моль = 0,3 моль,

ν(H2) = ν(Cu) = 0,3 моль, следовательно, m(Cu) = 0,3 моль · 64 г/моль = 19,2 г

Вычислим массу непрореагировавшего CuO, зная массу твердого остатка:

m(CuO) = m(тв. ост.) – m(Cu) = 20,8 г – 19,2 г = 1,6 г

Вычислим количество вещества оксида меди (II):

ν(CuO) = m(CuO)/M(CuO) = 1,6 г/80 г/моль = 0,02 моль

Согласно уравнению (I) ν(Cu) = νI(CuSO4), согласно уравнению (II) ν(CuO) = νII(CuSO4), следовательно, νобщ.(CuSO4) = νII(CuSO4) + νIII(CuSO4) = 0,3 моль + 0,02 моль = 0,32 моль.

Вычислим общую массу сульфата меди (II):

mобщ.(CuSO4) = νобщ.(CuSO4) · M(CuSO4) = 0,32 моль · 160 г/моль = 51,2 г

Для того чтобы вычислить массу образовавшегося раствора, необходимо учесть массу диоксида серы, выделяющегося в реакции (II):

ν(Cu) = ν(SO2), следовательно, ν(SO2) = 0,3 моль и m(SO2) = ν(SO2) · M(SO2) = 0,3 моль · 64 г/моль = 19,2 г

Вычислим массу образовавшегося раствора:

m(р-ра) = m(тв. ост.) + m(р-ра H2SO4) – m(SO2) = 20,8 г + 200 г – 19,2 г = 201,6 г

Массовая доля сульфата меди (II) в образовавшемся растворе равна:

ω(CuSO4) = m(CuSO4)/m(р-ра) · 100% = 51,2 г/201,6 г · 100% = 25,4%

23

К 10%-ному раствору соли, полученному при растворении в воде 114,8 г кристаллогидрата сульфата цинка (ZnSO4 · 7H2O), добавили 12 г магния. После завершения реакции к полученной смеси добавили 365 г 20%-ной хлороводородной кислоты. Определите массовую долю хлороводорода в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Ответ: 3,58%

Пояснение:

При взаимодействии сульфата цинка с магнием протекает реакция замещения:

Mg + ZnSO4 → MgSO4 + Zn                                        (I)

Вычислим количество вещества сульфата цинка и магния, вступающих в реакцию (I):

νисх.(ZnSO4 · 7H2O) = ν(ZnSO4) = mисх.(ZnSO4 · 7H2O)/M(ZnSO4 · 7H2O) = 114,8 г /287 г/моль = 0,4 моль

νисх.(Mg) = mисх.(Mg)/M(Mg) = 12 г/24 г/моль = 0,5 моль

По уравнению реакции (I) νисх.(Mg) = ν(ZnSO4), а по условию задачи количество вещества сульфата цинка (0,4 моль ZnSO4 · 7H2O и 0,5 моль Mg), поэтому магний прореагировал не полностью.

Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, νисх.(ZnSO4 · 7H2O) = ν(MgSO4) = ν(Zn) = νреаг.(Mg) = 0,4 моль и νост.(Mg) = 0,5 моль – 0,4 моль = 0,1 моль.

Для расчета в дальнейшем массы исходного раствора сульфата цинка:

νисх.(ZnSO4 · 7H2O) = νисх.(ZnSO4) = 0,4 моль, следовательно, m(ZnSO4) = ν(ZnSO4) · M(ZnSO4) = 0,4 моль · 161 г/моль = 64,4 г

mисх.(р-ра ZnSO4) = m(ZnSO4)/ω(ZnSO4) · 100% = 64,4 г/10% · 100% = 644 г

С раствором соляной кислоты могут реагировать магний и цинк:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑                             (II)

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑                          (III)

Вычислим массу хлороводорода в растворе:

mисх.(HCl) = mисх.(р-ра HCl) · ω(HCl) = 365 г · 0,2 = 73 г

Согласно уравнениям реакции (II) и (III) νII(HCl) = 2ν(Zn) и νIII(HCl) = 2ν(Mg), следовательно, общее количество и масса реагирующего хлороводорода равны:

νреаг.(HCl) = νII(HCl) + νIII(HCl) = 2ν(Zn) + 2ν(Mg) = 2 · 0,1 моль + 2 · 0,4 моль = 1 моль

mреаг.(HCl) = νреаг.(HCl) · M(HCl) = 1 моль · 36,5 г/моль = 36,5 г

Вычислим массу непрореагировавшей соляной кислоты:

mост.(HCl) = mисх.(HCl) — mреаг.(HCl) = 73 г – 36,5 г = 36,5 г

Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выделяющегося в результате реакций (II) и (III) водорода:

ν(Zn) = νII(H2) = 0,1 моль и mII(H2) = νII(H2) · M(H2) = 0,1 моль · 2 г/моль = 0,2 г

νост.(Mg) = νIII(H2) = 0,4 моль и mIII(H2) = νIII(H2) · M(H2) = 0,4 моль · 2 г/моль = 0,8 г

mобщ.(H2) = mII(H2) + mIII(H2) = 0,2 г + 0,8 г = 1 г

Массу полученного раствора вычисляем по формуле:

m(р-ра) = mисх.(р-ра ZnSO4) + mисх.(Mg) + mисх.(р-ра HCl) – mобщ.(H2) = 644 г + 12 г + 365 г – 1 г = 1020 г

Массовая доля хлороводородной кислоты в образовавшемся растворе равна:

ω(HCl) = mост.(HCl)/m(р-ра) · 100% = 36,5 г/1020 г · 100% = 3,58%

комментария 22
  1. Людмила Милая

    Сергей Иванович! В задачах 2017г.оч. не ясно: почему в з.8образуется газ фосфин, а в з.9 не аммиак, а соль сульфат аммония. Пожалуйста, помогите понять!

    • Сергей Широкопояс

      Аммиак обладает ярко выраженными основными свойствами и легко реагирует с избытком кислоты. Фосфин, не смотря на сходство его молекул с аммиаком, основные свойства почти не проявляет. Соли фосфония, аналогичные солям аммония, получить не так просто.

      • Людмила Милая

        Всё оч.понятно!!! Огромное преогромное спасибо!!!

        • Сергей Широкопояс

          не за что!

  2. Диана

    А почему в последней задачке мы ведём расчёт по «массе раствора» ZnSO4, а не по его массе в-ва? Ведь вначале задачи написано «к 10% раствору соли, полученному …». Почему массовую долю не учитывают? Или я где-то ошибаюсь? Объясните пожалуйста.

    • Сергей Широкопояс

      Массовую долю учитываем вот здесь:
      mисх.(р-ра ZnSO4) = m(ZnSO4)/ω(ZnSO4) · 100% = 64,4 г/10% · 100% = 644 г

  3. Диана

    m реаг.(HCl) = ν реаг.(HCl) · M(HCl) = 4,2 моль · 36,5 г/моль = 153,3 г и еще, 4,2 моль откуда мы нашли это значение? в последней задачке

    • Сергей Широкопояс

      Спасибо за внимательность! Там была опечатка

  4. Игорь

    Добрый день!
    Спасибо Вам за задания.
    Только я путаюсь как находить n в-ва по реакции вот например в №6, там мы находим n в-ва NaOH, ну а почему мы умножаем на массовую долю не понятно, там же добавили раствор NaOh а не в-во просто NaOH, куда иначе дело обстоит с CuSO4 тут понятно что добавили раствор 20%, а не m в-ва CuSO4, вот не могли бы вы мне объяснить..
    Спасибо

  5. Игорь

    Здравствуйте снова!
    В №6 образовалась комплексная соль!! Но вопрос, почему же..

  6. Синицына Наталья

    Здравствуйте! Почему в задаче № 20 Вы рассчитали только количество вещества оксида цинка в смеси и не учитывали количество вещества оксида цинка, получившегося в результате реакции цинка с кислородом.Он ведь тоже получился ( n =0,25 моль), он тоже в смеси и значит его (оксида цинка) количества надо сложить n = 0,25 + 0,15 = 0,4 моль???????? Надеюсь на ответ!

  7. Елена

    Добрый день. В задаче 4 сульфат железа(ll), из первой реакции, почему не идет во взаимодействие с 0,15 моль серной кислоты, оставшейся после реакции с железом. Там ведь можно получить кислую соль. Тогда в задаче образуется две соли. Спасибо.

  8. Александра

    здравствуйте! просматривала 1 задачу, и у меня возник вопрос: нужно ли еще, при нахождении массы раствора, добавлять массу водорода, ведь он вступил в реакцию?
    заранее спасибо 🙂

    • Сергей Широкопояс

      Здравствуйте. Нет, не нужно. Водород превратился в воду, которая твердым остатком не является. Кроме того, пары воды улетели еще на стадии пропускания водорода над нагретым оксидом меди.

  9. Илман

    Здравствуйте! Я начал решать ваши задания уже месяц назад, и у меня большущий результат благодаря ВАМ, огромное Вам спасибо, сайт действительно очень полезный и нужный!

    • Сергей Широкопояс

      Большое спасибо! Очень приятно!

  10. Даша

    Здравствуйте! В задаче №3, мне кажется, у вас ошибка в расчетах. Рассчитывая количество вещества Fe оставшегося, мы вычитаем 0,1 моль-0,05 моль и получаем 0,05 моль, хотя должно быть 0,95 моль. Из-за этого дальше ответ получается неверным.
    Возможно что-то путаю я. В этом случае прошу прощения)

    • Сергей Широкопояс

      посчитайте на калькуляторе)) 0,1 — 0,05 = 0,05

  11. Йа

    Здравствуйте, а в 9 задаче разве не кислая соль образуется при реакции na2co3 c h2so4 (кислота же в избытке)

    • Сергей Широкопояс

      гидросульфаты образуются только с концентрированной серной кислотой, т.е. в условиях недостатка воды

  12. Лена

    Здравствуйте! А в 9 задаче разве не кислая соль образуется?

    • Сергей Широкопояс

      гидросульфаты образуются только с концентрированной серной кислотой, т.е. в условиях недостатка воды

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.