Задания 34 (C4) (2016). Расчет массовой доли химического соединения в смеси Задание №1 Смесь карбоната магния и карбоната натрия нагрели, в результате чего выделилось 4,48 л газа (в расчете на н.у.). Остаток может прореагировать с 73 г 25%-ной соляной кислоты. Определите массовую долю карбоната натрия в смеси. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 23,98% Пояснение: Разложению подвергается только нерастворимый карбонат магния: MgCO3 → MgO + CO2↑ (нагревание) С соляной кислотой реагируют образовавшийся оксид магния и карбонат натрия: MgO + 2HCl → MgCl2 + H2O Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2↑ + H2O Вычислим количество углекислого газа, выделяющегося при разложении карбоната магния, и соляной кислоты, реагирующей с оксидом магния и карбонатом натрия: ν(CO2) = V(CO2)/Vm = 4,48 л/22,4 л/моль = 0,2 моль, следовательно, ν(MgO) = 0,2 моль; m(HCl) = m(р-ра HCl) · ω(HCl) = 73 г · 0,25 = 18,25 г; ν(HCl) = m(HCl)/M(HCl) = 18,25 г/36,5 г/моль = 0,5 моль. На реакцию с MgO расходуется 0,4 моль HCl, следовательно, на реакцию с Na2CO3 остается 0,1 моль. ν(Na2CO3)=1/2ν(HCl), ν(Na2CO3) = 0,1 моль/2 = 0,05 моль; m(MgCO3) = 84 г/моль · 0,2 моль = 16,8 г; m(Na2CO3) = 106 г/моль · 0,05 моль = 5,3 г; ω(Na2CO3) = m(Na2CO3)/m(смеси) = 5,3 г/22,1 г ≈ 0,2398 (23,98%). Задание №2 При нагревании карбоната кальция часть вещества разложилась, при этом выделился газ объемом 4,48 л (в пересчете на н.у.). К твердому остатку массой 41,2 г добавили 465,5 г избытка раствора соляной кислоты. Определите массовую долю соли в образовавшемся растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 11,25% Пояснение: При прокаливании карбоната кальция образуется оксид кальция и выделяется углекислый газ: CaCO3 → CaO + CO2↑ (нагревание) Вычислим количество вещества углекислого газа: ν(CO2) = V(CO2)/Vm = 4,48 л/22,4 л/моль = 0,2 моль, следовательно, ν(CaO) = 0,2 моль и m(CaO) = 56 г/моль · 0,2 моль = 11,2 г. Масса и количество вещества непрокаленного карбоната кальция равна: mост.(CaCO3) = 41,2 г – 11,2 = 30 г; νост.(CaCO3) = 30 г/100 г/моль = 0,3 моль. С соляной кислотой реагируют и оксид кальция, и карбонат кальция: CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O Поскольку в реакции карбоната кальция с соляной кислотой выделяется углекислый газ, необходимо учитывать его массу: νост.(CaCO3) = ν(CO2) = 0,3 моль, m(CO2) = 0,3 моль · 44 г/моль = 13,2 г. Общие количество вещества и масса хлорида кальция равны: ν(CaCl2) = νост.(CaCO3) + ν(CaO) = 0,3 моль + 0,2 моль = 0,5 моль; m(CaCl2) = M(CaCl2) · ν(CaCl2) = 111 г/моль · 0,5 моль = 55,5 г. Массовая доля соли рассчитывается по формуле: ω(CaCl2) = m(CaCl2)/m(р-ра) = 55,5 г/(465,5 г + 41,2 г − 13,2 г) = 0,1125 (11,25%) Задание №3 При нагревании образца нитрата магния часть вещества разложилась. Масса твердого остатка составила 15,4 г. Этот остаток может прореагировать с 20 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массу исходного образца и объем выделившихся газов (в пересчете на н.у.). В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 37 г; 11,2 л Пояснение: При разложении нитрата магния образуются оксид магния, диоксид азота и кислород: 2Mg(NO3)2 → 2MgO + 4NO2↑ + O2↑ (нагревание) Оксид магния реагирует с водой только при кипячении, поэтому с водным раствором щелочи взаимодействует оставшийся нитрат магния: Mg(NO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2NaNO3 Вычислим массу и количество вещества щелочи, взаимодействующей с нитратом магния: m(NaOH) = 20 г · 0,2 = 4 г; ν(NaOH) = 4 г/40 г/моль = 0,1 моль, следовательно, количество вещества нитрата магния, реагирующего с щелочью, равно: νост.(Mg(NO3)2) = 1/2ν(NaOH) = 0,1 моль/2 = 0,05 моль, при этом mост.(Mg(NO3)2 ) = 148 г/моль · 0,05 моль = 7,4 г. Вычислим массу оксида магния: m(MgO) = 15,4 г – 7,4 г = 8 г; ν(MgO) = 8 г/40 г/моль = 0,2 моль; ν(MgO) = ν(Mg(NO3)2); m(Mg(NO3)2 ) = 148 г/моль · 0,2 моль = 29,6 г; mобщ.(Mg(NO3)2 ) = 7,4 г + 29,6 г = 37 г. По уравнению реакции разложения нитрата магния: ν(MgO) = 2/5ν(NO2 + O2), отсюда ν(NO2 + O2) = 5 · 0,2 моль/2 = 0,5 моль, V(NO2 + O2) = 0,5 моль · 22,4 л/моль = 11,2 л. Задание №4 При нагревании образца нитрата магния часть вещества разложилась. При этом образовалось 53,6 г твердого остатка. Этот остаток прореагировал с раствором гидроксида натрия массой 200 г с массовой долей щелочи 24%. В результате этой реакции образовался раствор массой 206,4 г с массовой долей щелочи 15,5%. Определите объем выделившихся при разложении нитрата магния газов (в пересчете на н.у.). В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 33,6 л Пояснение: При разложении нитрата магния образуются оксид магния, диоксид азота и кислород: 2Mg(NO3)2 → 2MgO + 4NO2↑ + O2↑ (нагревание) Неразложившийся нитрат магния реагирует с водным раствором щелочи по реакции: Mg(NO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2NaNO3 Вычислим исходные массу и количество вещества щелочи, взаимодействующей с нитратом магния: mисх.(NaOH) = m(р-ра NaOH) · ω(NaOH) = 200 г · 0,24 = 48 г; νисх.(NaOH) = 48 г/40 г/моль = 1,2 моль. Вычислим массу и количество вещества гидроксида натрия в полученном растворе: mконеч.(NaOH) = m(р-ра NaOH) · ω(NaOH) = 206,4 г · 0,155 = 32 г; νконеч.(NaOH) = 32 г/40 г/моль = 0,8 моль, следовательно, прореагировало ν(NaOH) = 1,2 моль − 0,8 моль = 0,4 моль. По уравнению реакции нитрата магния со щелочью νост.(Mg(NO3)2) = 1/2ν(NaOH) = 0,2 моль; mост.(Mg(NO3)2) = 148 г/моль · 0,2 моль = 29,6 г Масса MgO в твердом остатке равна: m(MgO) = 53,6 г – 29,6 г = 24 г; ν(MgO) = 24 г/40 г/моль = 0,6 моль. По уравнению реакции разложения ν(MgO) = 2/5ν(NO2 + O2), следовательно, ν(NO2 + O2) = 5/2 · 0,6 моль = 1,5 моль; V(NO2 + O2) = 1,5 моль · 22,4 л/моль = 33,6 л. Задание №5 При нагревании образца нитрата меди (II) часть вещества разложилась, при этом образовалось 26,8 г твердого остатка. Объем выделившихся газов составил 5,6 л (в пересчете на н.у.). Остаток растворили в 50 мл воды и добавили 10%-ный раствор гидроксида натрия, способный полностью осадить ионы меди. Определите массовую долю нитрата натрия в полученном растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 12,23% Пояснение: При разложении нитрата меди образуются оксид меди, диоксид азота и кислород: 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2↑ + O2↑ (нагревание) С водным раствором щелочи взаимодействует нитрат меди: Cu(NO3)2 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + 2NaNO3 Вычислим количество газов, образующихся при разложении нитрата меди: ν(NO2 + O2) = 5,6 л/22,4 л/моль = 0,25 моль. По уравнению реакции ν(CuO) = ν(Cu(NO3)2) = 2/5 · 0,25 моль = 0,1 моль, следовательно, m(CuO) = 8 г. Масса и количество вещества оставшегося нитрата меди (II): mост.(Cu(NO3)2) = 26,8 г – 8 г = 18,8 г; νост.(Cu(NO3)2) = 18,8 г/188 г /моль = 0,1 моль; νост.(Cu(NO3)2) = ν(Cu(OH)2) = 0,1 моль; νост.(Cu(NO3)2) = 1/2ν(NaOH); ν(NaOH) = ν(NaNO3) = 0,2 моль; m(NaOH) = 8 г; m(р-ра NaOH) = 8 г/0,1 = 80 г; m(Cu(OH)2) = 0,1 моль · 98 г/моль = 9,8 г; m(NaNO3) = 0,2 моль · 85 г/моль = 17 г. Вычислим массу получившегося раствора с учетом того, что CuO не растворяется в воде: m(р-ра) = 18,8 г + 50 г + 80 г – 9,8 г = 139 г; ω(NaNO3) = 17 г/139 г = 0,1223 (12,23%). [adsp-pro-3] Задание №6 При разложении нитрата меди (II) выделилась смесь газов объемом 11,2 л (в пересчете на н.у.). Масса остатка составила 94 г. К остатку добавили 292 г 10%-ного раствора соляной кислоты. Определите массовую долю соляной кислоты в полученном растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 3,78% Пояснение: При разложении нитрата меди (II) образуется смесь газов – диоксида азота (IV) и кислорода: 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2↑ + O2↑ (нагревание) С водным раствором соляной кислоты реагирует оксид меди, образовавшийся при прокаливании нитрата меди (II): CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O Вычислим количество газов, образующихся при разложении нитрата меди: ν(NO2 + O2) = 11,2 л/22,4 л/моль = 0,5 моль. По уравнению реакции ν(CuO) = 2/5 · ν(NO2 + O2) = 0,2 моль; m(CuO) = 0,2 моль · 80 г/моль = 16 г. Вычисли массу и количество вещества хлороводорода в исходном растворе: mисх.(HCl) = 292 г · 0,1 = 29,2 г; νисх.(HCl) = 29,2 г/36,5 г/моль = 0,8 моль. По уравнению реакции взаимодействия оксида меди (II) с соляной кислотой νреаг.(HCl) = 2ν(CuO), следовательно, с CuO прореагировало νреаг.(HCl) = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль. В растворе осталось νост.(HCl) = 0,8 моль – 0,4 моль = 0,4 моль; mост.(HCl) = 36,5 г/моль · 0,4 моль = 14,6 г. Вычислим массу образовавшегося раствора: m(р-ра) = 94 г + 292 г = 386 г. Массовая доля соляной кислоты в образовавшемся растворе равна: ω = mост.(HCl)/m(р-ра) · 100% = 14,6/386 г · 100% = 3,78%. Задание №7 При разложении нитрата серебра выделилась смесь газов объемом 6,72 л (в пересчете на н.у.). Масса остатка составила 25 г. После этого остаток поместили в 50 мл воды и добавили 18,25 г 20%-ного раствора соляной кислоты. Определите массовую долю соляной кислоты в полученном растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 4,25% Пояснение: При разложении нитрата серебра выделяется серебро и выделяются диоксид азота и кислород: 2AgNO3 → 2Ag + 2NO2↑ + O2↑ (нагревание) С водным раствором щелочи взаимодействует нитрат меди: AgNO3 + HCl → AgCl↓ + HNO3 Серебро не взаимодействует с соляной кислотой. Вычислим количество газов, образующихся при разложении нитрата серебра: ν(NO2 + O2) = 6,72 л/22,4 л/моль = 0,3 моль. По уравнению реакции разложения нитрата серебра: ν(Ag) = 3/2ν(NO2 + O2), следовательно, ν(Ag) = 0,2 моль, m(Ag) = 108 г/моль · 0,2 моль = 21,6 г. Масса остатка складывается из образовавшегося при разложении нитрата серебра металлического серебра и не прореагировавшей полностью соли, следовательно, mост.(AgNO3) = 25 г – 21,6 г = 3,4 г; νост.(AgNO3) = 3,4 г/170 г/моль = 0,02 моль. Вычислим массу и количество вещества соляной кислоты в ее исходном растворе: mисх.(HCl) = 18,25 г · 0,2 = 3,65 г; νост.(HCl) = 3,65 г/36,5 г/моль = 0,1 моль. По уравнению взаимодействия нитрата серебра с соляной кислотой νост.(AgNO3) = ν(AgCl) = ν(HCl), следовательно, количество вещества и масса непрореагировавшей соляной кислоты: νост.(HCl) = 0,1 моль – 0,02 моль = 0,08 моль; mост.(HCl) = 0,08 моль · 36,5 г/моль = 2,92 г. Вычислим массу выпавшего осадка AgCl: m(AgCl) = M(AgCl) · ν(AgCl) = 0,02 моль · 143,5 г/моль = 2,87 г. Масса получившегося раствора равна: m(р-ра) = 3,4 г + 18,25 г + 50 г – 2,87 г = 68,78 г. Массовая доля в получившемся растворе соляной кислоты равна: ω(HCl) = mост.(HCl)/m(р-ра) = 2,92 г/68,78 г = 0,0425 (4,25%). Задание №8 При нагревании образца нитрата железа (III) часть вещества разложилась. При этом образовалось 88,6 г твердого остатка. Этот остаток может прореагировать с 225 г 16%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массу исходного образца нитрата железа (III) и объем выделившейся смеси газов (в пересчете на н.у.). В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 121 г; 16,8 л Пояснение: При разложении нитрата железа (III) образуется смесь газов – диоксида азота (IV) и кислорода: 4Fe(NO3)3 → 2Fe2O3 + 12NO2↑ + 3O2↑ (нагревание) Оксид железа (III) со щелочами не взаимодействует. С гидроксидом натрия в реакцию вступает нитрат железа (III), при этом в осадок выпадает гидроксид железа (III): Fe(NO3)3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓ + 3NaNO3 Вычислим массу и количество вещества исходного гидроксида натрия: mисх.(NaOH) = 225 г · 0,16 = 36 г; νисх.(NaOH) = 36 г/40 г/моль = 0,9 моль. Та часть вещества нитрата железа, которая не разложилась, вступает в обменную реакцию с гидроксидом натрия с образованием осадка – гидроксида железа (III). По уравнению реакции нитрата железа (III) со щелочью: νост.(Fe(NO3)3) = 1/3ν(NaOH), следовательно, νост.(Fe(NO3)3) = 0,9 моль/3 = 0,3 моль, mост.(Fe(NO3)3) = 242 г/моль · 0,3 моль = 72,6 г. Отсюда находим массу и количество вещества образовавшегося оксида железа (III): m(Fe2O3) = 88,6 г – 72,6 г = 16 г; ν(Fe2O3) = 16 г/160 г/моль = 0,1 моль. Вычислим количество вещества и массу разложившегося нитрата железа (III): νразл.(Fe(NO3)3) = 0,1 моль · 2 = 0,2 моль, mразл.(Fe(NO3)3) = 242 г/моль · 0,2 моль = 48,4 г. Вычислим общую массу нитрата железа (III): mобщ.(Fe(NO3)3) = 48,4 г + 72,6 г = 121 г. Вычислим количество и объем выделившихся газов – диоксида азота и кислорода из уравнения разложения нитрата железа: ν(NO2 + O2) = 0,1 моль/2 · 15 = 0,75 моль; V(NO2 + O2) = 0,75 моль · 22,4 л/моль = 16,8 л. Задание №9 При нагревании гидрокарбоната натрия часть вещества разложилась, при этом выделилось 0,448 л углекислого газа (в пересчете на н.у.). Масса безводного остатка составила 4,64 г. Остаток добавили к 0,15%-ному раствору гидроксида кальция. При этом в растворе не осталось ионов кальция и карбонат-анионов. Определите массовую долю гидроксида натрия в образовавшемся растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 0,11% Пояснение: При нагревании гидрокарбоната натрия образуется средняя соль – карбонат натрия и выделяется углекислый газ: 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2↑ + H2O (нагревание) Поскольку в растворе не осталось ионов кальция и карбонат-анионов, следовательно, в осадок выпала средняя соль – карбонат кальция (гидрокарбонат кальция растворим в воде): Na2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + 2NaOH NaHCO3 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + NaOH + H2O Вычислим количество углекислого газа, выделившегося при прокаливании гидрокарбоната: ν(CO2) = 0,448 л/22,4 л/моль = 0,02 моль, следовательно, образовалось 0,02 моль карбоната натрия и прореагировало 0,04 моль гидрокарбоната натрия. Вычислим массу образовавшегося карбоната и оставшегося гидрокарбоната натрия: m(Na2CO3) = 106 г/моль · 0,02 моль = 2,12 г; m(NaHCO3) = 4,64 г – 2,12 г = 2,52 г; ν(NaHCO3) = 2,52 г/84 г/моль = 0,03 моль. С гидроксидом кальция взаимодействуют образовавшийся карбонат и неразложившийся гидрокарбонат натрия. Поскольку с гидроксидом кальция вступают эквивалентные количества гидрокарбоната и карбоната натрия, то ν(Ca(OH)2) = 0,02 моль + 0,03 моль = 0,05 моль; m(Ca(OH)2) = 74 г/моль · 0,05 моль = 3,7 г Вычислим массу 0,15%-ного раствора гидроксида кальция: m(р-ра Ca(OH)2) = 3,7 г/0,0015 = 2466,67 г. Карбонат кальция выпадает в осадок, поэтому его массу необходимо вычесть из массы образовавшегося раствора. Вычислим массу карбоната кальция: ν(CaCO3) = 0,05 моль · 100 г/моль = 5 г. Вычислим количество вещества и массу гидроксида натрия: ν(NaOH) = 0,02 моль · 2 + 0,03 моль = 0,07 моль; m(NaOH) = 0,07 моль · 40 г/моль = 2,8 г. Определим массу раствора и массовую долю гидроксида натрия в образовавшемся растворе: m(р-ра) = 2466,67 г + 4,64 г – 5 г = 2466,31 г; ω(NaOH) = 2,8 г/2466,31 г · 100% = 0,11%. Задание №10 При нагревании нитрата меди (II) часть вещества разложилась, при этом образовался твердый остаток массой 50,8 г. Остаток прореагировал с раствором гидроксида натрия массой 150 г с массовой долей щелочи 20%. В результате этой реакции образовался раствор массой 159 г с массовой долей щелочи 13,84%. Определите объем выделившихся при разложении нитрата меди (II) газов (в пересчете на н.у.). В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 22,4 л Пояснение: При разложении нитрата меди (II) образуется смесь газов – диоксида азота (IV) и кислорода: 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2↑ + O2↑ (нагревание) Cu(NO3)2 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + 2NaNO3 Вычислим исходные и конечные массы и количества вещества гидроксида натрия: mисх.(NaOH) = 150 г · 0,2 = 30 г; νисх.(NaOH) = 30 г/40 г/моль = 0,75 моль; mконеч.(NaOH) = 159 г · 0,1384 ≈ 22 г; νисх.(NaOH) = 22 г/40 г/моль ≈ 0,55 моль; следовательно, с оставшимся нитратом меди (II) прореагировало: νреаг.(NaOH) = 0,75 моль – 0,55 моль = 0,2 моль. По уравнению обменной реакции нитрата меди (II) с гидроксидом натрия ν(Cu(NO3)2) = 1/2ν(NaOH), поэтому ν(Cu(NO3)2) = 0,2 моль/2 = 0,1 моль и m(Cu(NO3)2) = 188 г/моль · 0,1 моль = 18,8 г. Вычислим массу и количество вещества образовавшегося в результате разложения нитрата меди (II) оксида меди (II): m(CuO) = 50,8 г – 18,8 г = 32 г; ν(CuO) = 32 г/80 г/моль = 0,4 моль. По уравнению реакции разложения нитрата меди (II) ν(CuO) = 2/5ν(NO2 + O2), следовательно, ν(NO2 + O2) = 0,4 моль · 5/2 = 1 моль; V(NO2 + O2) = 1 моль · 22,4 л/моль = 22,4 л. [adsp-pro-3] Задание №11 Фосфид кальция массой 36,4 г подвергли гидролизу. Образовавшийся газ сожгли в избытке кислорода. Полученную кислоту смешали с 50 мл 25%-ного раствора натриевой щелочи (плотность ρ = 1,28 г/см3). Определите состав образовавшейся соли и ее массовую долю в растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: NaH2PO4; 46,51% Пояснение: Фосфид кальция гидролизуется с образованием щелочи и выделением фосфина: Ca3P2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2PH3↑ В присутствии кислорода фосфин самопроизвольно воспламеняется: PH3 + 2O2 → H3PO4 С гидроксидом натрия ортофосфорная кислота реагирует с образованием средней либо кислых солей ортофосфорной кислоты в зависимости от соотношений реагентов. Вычислим количество вещества фосфида кальция: ν(Ca3P2) = 36,4 г/182 г/моль = 0,2 моль. По уравнению гидролиза фосфида кальция ν(PH3) = 2ν(Ca3P2), следовательно, ν(PH3) = ν(H3PO4) = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль. Вычислим массу раствора натриевой щелочи, массу и количество вещества гидроксида натрия: m(р-ра NaOH) = V(р-ра NaOH) · ρ(р-ра NaOH) = 50 мл · 1,28 г/см3 = 64 г; m(NaOH) = 64 г · 0,25 = 16 г; ν(NaOH) = 16 г/40 г/моль = 0,4 моль. По условию задачи ν(H3PO4) = ν(NaOH) = 0,4 моль, следовательно, продуктом реакции эквимолярных количеств щелочи и ортофосфорной кислоты является дигидроортофосфат натрия − NaH2PO4. Уравнение реакции между эквимолярными количествами гидроксида натрия и ортофосфорной кислоты записывается в виде: H3PO4 + NaOH → H2O + NaH2PO4 (дигидроортофосфат натрия) Для нахождения массы раствора необходимо вычислить массы ортофосфорной кислоты и дигидроортофосфата натрия: m(H3PO4) = 0,4 моль · 98 г/моль = 39,2 г; m(NaH2PO4) = 0,4 моль · 120 г/моль = 48 г. Вычислим массу образовавшегося раствора: m(р-ра) = 64 г + 39,2 г = 103,2 г. Определим массовую долю дигидроортофосфата натрия в образовавшемся растворе: ω(NaH2PO4) = 48 г/103,2 г · 100% = 46,51%. Задание №12 При нагревании образца нитрата цинка часть вещества разложилась, при этом выделилось 5,6 л газов (в пересчете на н.у.). Остаток массой 64,8 г полностью растворили в минимальном объеме 28%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю нитрата натрия в конечном растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 19,26% Пояснение: При разложении нитрата цинка (соли амфотерного металла) образуются оксид цинка, бурый газ – диоксид азота (IV) и кислород: 2Zn(NO3)2 → 2ZnO + 4NO2↑ + O2↑ (нагревание) Поскольку в условии задачи речь идет о полном растворении остатка, состоящего из оксида и нитрата цинка, то в итоге образуется комплексная соль цинка – тетрагидроксоцинкат натрия: ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4] Zn(NO3)2 + 4NaOH → Na2[Zn(OH)4] + 2NaNO3 Вычислим количество смеси газов – NO2 и O2: ν(NO2 + O2) = 5,6 л/22,4 л/моль = 0,25 моль По уравнению реакции ν(ZnO) = 2/5ν(NO2 + O2) = 2/5 · 0,25 моль = 0,1 моль; m(ZnO) = 81 г/моль · 0,1 моль = 8,1 г. Вычисли массу и количество вещества оставшегося нитрата цинка: mост.(Zn(NO3)2) = 64,8 г – 8,1 г = 56,7 г; νост.(Zn(NO3)2) = 56,7 г/189 г/моль = 0,3 моль. По уравнениям реакции взаимодействия оксида цинка и нитрата цинка со щелочью, количество вещества и масса гидроксида натрия равно: ν(NaOH) = 0,1 моль · 2 + 0,3 моль · 4 = 1,4 моль; m(NaOH) = 1,4 моль · 40 г/моль = 56 г. Вычислим массу щелочного раствора: m(р-ра NaOH) = 56 г/0,28 = 200 г. Вычислим количество вещества и массу нитрата натрия: ν(NaNO3) = 2νост.(Zn(NO3)2) = 2 · 0,3 моль = 0,6 моль; m(NaNO3) = 0,6 моль · 85 г/моль = 51 г. Вычислим массу образовавшегося раствора и массовую долю нитрата натрия в нем: m(р-ра) = 64,8 г + 200 г = 264,8 г; ω(NaNO3) = 51 г/264,8 г · 100% = 19,26%. Задание №13 При нагревании образца нитрата алюминия часть вещества разложилась, при этом выделилось 6,72 л газов (в пересчете на н.у.). Остаток массой 25,38 г полностью растворили в минимальном объеме 24%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю нитрата натрия в конечном растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 24,20% Пояснение: При разложении нитрата алюминия (соли амфотерного металла) образуются оксид алюминия, бурый газ – диоксид азота (IV) и кислород: 4Al(NO3)3 → 2Al2O3 + 12NO2↑ + 3O2↑ (нагревание) Поскольку в условии задачи речь идет о полном растворении остатка, состоящего из оксида и нитрата алюминия, то в итоге образуется комплексная соль цинка – тетрагидроксоалюминат натрия: Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4] Al(NO3)3 + 4NaOH → Na[Al(OH)4] + 3NaNO3 Вычислим количество вещества газа, выделившегося при разложении нитрата алюминия: ν(NO2 + O2) = 6,72 л/22,4 л/моль = 0,3 моль. По уравнению реакции разложения нитрата алюминия ν(Al2O3) = 2/15ν(NO2 + O2), следовательно, ν(Al2O3) = 2/15ν(NO2 + O2) = 2/15 · 0,3 моль = 0,04 моль, m(Al2O3) = 0,04 моль · 102 г/моль = 4,08 г. Вычислим массу и количество вещества оставшегося нитрата алюминия: mост.(Al(NO3)3) = 25,38 г – 4,08 г = 21,3 г; νост.(Al(NO3)3) = 21,3 г/213 г/моль = 0,1 моль. Вычислим количество вещества и массу взаимодействующего с оксидом и нитратом алюминия гидроксида натрия: ν(NaOH) = 0,04 моль · 2 + 0,1 моль · 4 = 0,48 моль; m(NaOH) = 0,48 моль · 40 г/моль = 19,2 г. Масса 24%-ного раствора гидроксида натрия равна: m(р-ра NaOH) = 19,2 г/0,24 = 80 г. Вычислим количество вещества и масса образовавшегося в результате реакции нитрата алюминия со щелочью нитрата натрия: ν(NaNO3) = 3νост.(Al(NO3)3) = 0,1 моль · 3 = 0,3 моль; m(NaNO3) = 0,3 моль · 85 г/моль = 25,5 г. Вычислим массу образовавшегося раствора равна и массовую долю нитрата натрия: m(р-ра) = 80 г + 25,38 г = 105,38 г; ω(NaNO3) = 25,5 г/105,38 г · 100% = 24,20%. Задание №14 При нагревании образца гидрокарбоната натрия часть вещества разложилась, в результате чего выделилось 4,48 л углекислого газа (в пересчете на н.у.). Масса безводного остатка составила 63,2 г. Остаток добавили к 20%-ному раствору соляной кислоты, при этом в растворе не осталось карбонат-анионов. Определите массовую долю хлорида натрия в образовавшемся растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 26,77% Пояснение: При разложении гидрокарбоната натрия образовалась средняя соль – карбонат натрия и выделился углекислый газ: 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2↑ + H2O (нагревание) Поскольку в растворе не осталось карбонат-анионов, следовательно, реакция карбоната и гидрокарбоната натрия с соляной кислотой прошла полностью: Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2↑ + H2O NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2↑ + H2O Вычислим количество углекислого газа, выделившегося при прокаливании гидрокарбоната: ν(CO2) = 4,48 л/22,4 л/моль = 0,2 моль, следовательно, образовалось 0,2 моль карбоната натрия и прореагировало 0,4 моль гидрокарбоната натрия. Вычислим массы образовавшегося карбоната натрия и оставшегося после реакции разложения гидрокарбоната натрия: m(Na2CO3) = 106 г/моль · 0,2 моль = 21,2 г; mост.(NaHCO3) = 63,2 г – 21,2 г = 42 г; отсюда νост.(NaHCO3) = 42 г/84 г/моль = 0,5 моль. Вычислим количество вещества соляной кислоты, взаимодействующей с солями. Поскольку ν(HCl) = 2 · ν(Na2CO3) + νост.(NaHCO3), то ν(HCl) = 2 · 0,2 моль + 0,5 моль = 0,9 моль и m(HCl) = 36,5 г/моль · 0,9 моль = 32,85 г. Масса исходного раствора соляной кислоты равна: m(р-ра HCl) = 32,85 г/0,2 = 164,25 г. Образующийся в результате реакции гидрокарбоната и карбоната натрия с соляной кислотой углекислый газ выделяется из раствора, вычислим его массу: ν(CO2) = 0,2 моль + 0,5 моль = 0,7 моль; m(CO2) = 44 г/моль · 0,7 моль = 30,8 г. Вычислим количество и массу хлорида натрия в образовавшемся растворе: ν(NaCl) = 0,2 моль · 2 + 0,5 моль = 0,9 моль; m(NaCl) = 58,5 г/моль · 0,9 моль = 52,65 г. Вычислим массу образовавшегося раствора и массовую долю хлорида натрия в нем: m(р-ра) = 164,25 г + 63,2 – 30,8 = 196,65 г; ω(NaCl) = 52,65 г/196,65 г · 100% = 26,77%. Задание №15 При разложении образца карбоната бария выделился газ объемом 4,48 л (в пересчете на н.у.). Масса остатка составила 50 г. После этого остаток поместили в 100 мл воды и добавили 200 г 20%-ного раствора сульфата натрия. Определите массовую долю гидроксида натрия в образовавшемся растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 5,63% Пояснение: При разложении карбоната бария – соли слабой угольной кислоты образуется оксид бария и выделяется углекислый газ: BaCO3 → BaO + CO2↑ (нагревание) Карбонат бария в воде не растворяется. При взаимодействии оксида щелочно-земельного металла с водой образуется щелочь: BaO + H2O → Ba(OH)2 С сульфатом натрия взаимодействует только гидроксид бария: Ba(OH)2 + Na2SO4 → BaSO4↓+ 2NaOH Вычислим количество углекислого газа, выделившегося при прокаливании карбоната бария: ν(CO2) = 4,48 л/22,4 л/моль = 0,2 моль, следовательно, в результате реакции разложения карбоната бария образовалось 0,2 моль оксида бария и прореагировало также 0,2 моль карбоната бария. Вычислим массу образовавшегося оксида бария, взаимодействующего с водой: m(BaO) = 153 г/моль · 0,2 моль = 30,6 г; тогда масса оставшегося карбоната бария равна: mост.(BaCO3) = 50 г – 30,6 г = 19,4 г. Плотность воды при н.у. ρ(H2O) = 1г/см3, следовательно, ее масса в 100 мл равна 100 г. По уравнениям реакций ν(BaO) = ν(Ba(OH)2) = ν(BaSO4), следовательно, ν(Ba(OH)2) = ν(BaSO4) = 0,2 моль Вычислим массу и количество сульфата натрия, взаимодействующего с щелочью: m(Na2SO4) = 200 г · 0,2 = 40 г; ν(Na2SO4) = 40 г/142 г/моль ≈ 0,282 моль. Поскольку по уравнению реакции щелочь и сульфат натрия реагируют в эквимолярных количествах, то в избытке количество вещества сульфата бария. ν(NaOH) = 2ν(Ba(OH)2) = 0,2 моль · 2 = 0,4 моль, m(NaOH) = 40 г/моль · 0,4 моль = 16 г. В результате обменной реакции между гидроксидом бария и сульфатом натрия в осадок выпадает сульфат бария, поэтому необходимо учесть его массу при расчетах массы раствора: ν(BaSO4) = 0,2 моль; m(BaSO4) = 233 г/моль · 0,2 моль = 46,6 г. Вычислим массу образовавшегося раствора с учетом того, что карбонат бария в воде не растворим, поэтому не вносит вклад в массу этого раствора: m(р-ра) = 30,6 г + 100 г + 200 г – 46,6 г = 284 г. Определим массовую долю гидроксида натрия в образовавшемся растворе: ω(NaOH) = 16 г/284 г · 100% = 5,63%. [adsp-pro-3] Задание №16 При разложении образца карбоната бария выделился газ объемом 1,12 л (в пересчете на н.у.). Масса твердого остатка составила 27,35 г. После этого к остатку добавили 73 г 30%-ного раствора соляной кислоты. Определите массовую долю соляной кислоты в образовавшемся растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 11,41% Пояснение: При разложении карбоната бария – соли слабой угольной кислоты образуется оксид бария и выделяется углекислый газ: BaCO3 → BaO + CO2↑ (нагревание) Вычислим количество углекислого газа, выделившегося при прокаливании карбоната бария: ν(CO2) = 1,12 л/22,4 л/моль = 0,05 моль, следовательно, в результате реакции разложения карбоната бария образовалось 0,05 моль оксида бария и прореагировало также 0,05 моль карбоната бария. Вычислим массу образовавшегося оксида бария: m(BaO) = 153 г/моль · 0,05 моль = 7,65 г. Вычислим массу и количество вещества оставшегося карбоната бария: mост.(BaCO3) = 27,35 г – 7,65 г = 19,7 г; νост.(BaCO3) = 19,7 г/197 г/моль = 0,1 моль. С соляной кислотой взаимодействуют и оксид бария, и карбонат бария: BaO + 2HCl → BaCl2 + H2O BaCO3 + 2HCl → BaCl2 + CO2↑ + H2O Вычислим количество вещество и массу хлороводорода, взаимодействующего с оксидом и карбонатом бария: ν(HCl) = (0,05 моль + 0,1 моль) · 2 = 0,3 моль; m(HCl) = 36,5 г/моль · 0,3 моль = 10,95 г. Вычислим массу оставшегося хлороводорода: mост.(HCl) = 73 г · 0,3 – 10,95 г = 10,95 г. Поскольку углекислый газ не вносит вклад в массу раствора, его массу необходимо вычесть: m(CO2) = 44 г/моль · 0,1 моль = 4,4 г. Вычислим массу образовавшегося раствора: m(р-ра) = 73 г + 27,35 г – 4,4 г = 95,95 г. Массовая доля оставшейся соляной кислоты в растворе равна: ω(HCl) = mост.(HCl)/m(р-ра) · 100% = 10,95 г/95,95 г · 100% = 11,41%. Задание №17 При разложении образца нитрата магния выделилась смесь газов объемом 10,08 л (в пересчете на н.у.). Масса остатка составила 69,36 г. После этого остаток поместили в 100 мл воды и добавили к нему 240 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю гидроксида натрия в образовавшемся растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 3,81% Пояснение: При разложении нитрата магния образуются оксид магния, диоксид азота и кислород: 2Mg(NO3)2 → 2MgO + 4NO2↑ + O2↑(нагревание) Вычислим количество смеси газов, выделившихся при прокаливании нитрата магния: ν(газов) = 10,08 л/22,4 л/моль = 0,45 моль, следовательно, в результате реакции разложения нитрата магния образовалось 0,18 моль оксида магния и прореагировало также 0,18 моль нитрата магния. Вычислим массу образовавшегося оксида магния: m(MgO) = 40 г/моль · 0,18 моль = 7,2 г; тогда масса и количество вещества оставшегося нитрата магния равна: mост.(Mg(NO3)2) = 69,36 г – 7,2 г = 62,16 г, νост.(Mg(NO3)2) = 62,16 г/148 г/моль = 0,42 моль; Плотность воды при н.у. ρ(H2O) = 1г/см3, следовательно, ее масса в 100 мл равна 100 г. После того как остаток поместили в 100 мл воды, оставшийся нитрат магния растворился, оксид магния реагирует с водой только при кипячении, поэтому в раствор не переходит. С гидроксидом натрия реагирует нитрат магния с образованием осадка – не растворимого в воде гидроксида магния: Mg(NO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2NaNO3 По уравнению реакции ν(NaOH) = 2ν(Mg(NO3)2) = 2ν(Mg(OH)2), следовательно, ν(NaOH) = 0,84 моль, ν(Mg(OH)2) = 0,42 моль. Вычислим массу и количество вещества гидроксида натрия, оставшегося при взаимодействии с нитратом магния, и массу гидроксида магния: mост.(NaOH) = 240 г · 0,2 – 0,84 моль · 40 г/моль = 14,4 г; m(Mg(OH)2) =0,42 моль · 58 г/моль = 24,36 г. Вычислим массу образовавшегося раствора с учетом нерастворимости оксида и гидроксида магния: m(р-ра) = 62,16 г + 100 г + 240 г − 24,36 г = 377,8 г. Определим массовую долю гидроксида натрия в образовавшемся растворе: ω(NaOH) = 14,4 г/377,8 г · 100% = 3,81%. Задание №18 При разложении образца нитрата меди (II) выделилась смесь газов объемом 2,8 л (в пересчете на н.у.). Масса остатка составила 32,2 г. После этого остаток поместили в 50 мл воды и добавили 160 г 10%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю гидроксида натрия в образовавшемся растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 1,79% Пояснение: При разложении нитрата меди (II) образуются оксид меди (II), бурый газ – диоксид азота (IV) и кислород: 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2↑ + O2↑ (нагревание) Вычислим количество смеси газов – NO2 и O2: ν(NO2 + O2) = 2,8 л/22,4 л/моль = 0,125 моль. По уравнению реакции ν(CuO) = 2/5ν(NO2 + O2) = 2/5 · 0,25 моль = 0,05 моль, следовательно, m(CuO) = 80 г/моль · 0,05 моль = 4 г. Вычисли массу и количество вещества оставшегося нитрата меди (II): mост.(Cu(NO3)2) = 32,2 г – 4 г = 28,2 г; νост.(Cu(NO3)2) = 28,2 г/188 г/моль = 0,15 моль. Оксид меди (II) в воде не растворяется и не взаимодействует с щелочами, поэтому вклад в массу раствора вносить не будет. С гидроксидом натрия реагирует оставшийся нитрат меди (II): Cu(NO3)2 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + 2NaNO3 По уравнению реакции взаимодействия нитрата меди (II) с гидроксидом натрия ν(NaOH) = 2νост.(Cu(NO3)2) = 2ν(Cu(OH)2), следовательно, ν(Cu(OH)2) = 0,15 моль и ν(NaOH) = 0,3 моль. Вычислим массу оставшегося после реакции гидроксида натрия: mост.(NaOH) = 160 г · 0,1 − 0,3 моль · 40 г/моль = 4 г. Для подсчета массы раствора необходимо учесть массу выпавшегося в осадок гидроксида меди (II): m(Cu(OH)2) = 98 г/моль · 0,15 моль = 14,7 г. Плотность воды при н.у. ρ(H2O) = 1 г/см3, следовательно, ее масса в 50 мл равна 50 г. Вычислим массу образовавшегося раствора и массовую долю оставшегося гидроксида натрия в нем: m(р-ра) = 28,2 г + 50 г + 160 г – 14,7 г = 223,5 г; ω(NaOH) = mост.(NaOH)/m(р-ра) · 100% = 4 г/223,5 г · 100% = 1,79%. Задание №19 Сульфид цинка массой 48,5 г подвергли обжигу в избытке кислорода. Образовавшийся твердый продукт прореагировал с 460 г 14%-ного раствора гидроксида калия. Определите массовую долю гидроксида калия в образовавшемся растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 1,67% Пояснение: Сульфид цинка вступает в окислительно-восстановительную реакцию с кислородом, в результате чего образуются оксиды – ZnO и SO2: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2↑ Вычисли количество вещества сульфида и оксида цинка: ν(ZnS) = 48,5 г/97 г/моль = 0,5 моль, ν(ZnS) = ν(ZnO) = 0,5 моль, отсюда m(ZnO) = 0,5 моль · 81 г/моль = 40,5 г. По условию задачи в щелочном растворе содержится 1,15 моль KOH, а ZnO образовалось 0,5 моль в результате горения сульфида цинка, следовательно, эти соединения взаимодействуют между собой с образованием тетрагидроксоцинката: ZnO + 2KOH + H2O → K2[Zn(OH)4] Количество вещества гидроксида калия, реагирующего с оксидом цинка, определяется как ν(KOH) = 2ν(ZnO) = 0,5 моль · 2 = 1 моль. Вычислим массу непрореагировавшего гидроксида калия: mост.(KOH) = 460 г · 0,14 – 1 моль · 56 г/моль = 8,4 г. Вычислим массу образовавшегося раствора и массовую долю оставшегося гидроксида калия в нем: m(р-ра) = 40,5 г + 460 г = 500,5 г; ω(KOH) = mост.(KOH)/m(р-ра) · 100% = 8,4 г/500,5 г · 100% = 1,67%. Задание №20 Хлорат калия разложили в присутствии катализатора – оксида марганца (IV), в результате чего выделился кислород объемом 6,72 л (в пересчете на н.у.). Масса сухого остатка составила 16 г. Этот остаток прореагировал с 170 г 30%-ного раствора нитрата серебра. Определите массовую долю нитрата серебра в образовавшемся растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 10,81% Пояснение: При разложении хлората калия в присутствии катализатора образуются хлорид калия и кислород: 2KClO3 → 2KCl + 3O2↑ (нагревание, кат. MnO2) Вычислим количество вещества выделяющегося кислорода: ν(O2) = 6,72 л/22,4 л/моль = 0,3 моль, следовательно, по уравнению реакции образуется ν(KCl) = 0,3 моль · 2/3 = 0,2 моль и расходуется 0,2 моль KClO3. Вычислим массы образующегося хлорида калия: m(KCl) = 0,2 моль · 74,5 г/моль = 14,9 г, отсюда mост.(KClO3) = 16 г – 14,9 г = 1,1 г. Таким образом, в результате прокаливания хлората калия образовалось 14,9 г хлорида калия и 1,1 г хлората калия не подверглась разложению. В воде растворяются и хлорат, и хлорид, однако с раствором нитрата серебра взаимодействует только хлорид калия, в результате чего выпадает белый творожистый осадок – хлорид серебра: KCl + AgNO3 → AgCl↓ + KNO3 По уравнению реакции ν(KCl) = ν(AgCl) = ν(KNO3) = 0,2 моль. Поскольку нитрата серебра дан в избытке, по завершении реакции он остается в растворе. Вычислим его оставшуюся после реакции массу: mост.(AgNO3) = 170 г · 0,3 моль – 170 г/моль · 0,2 моль = 17 г. При расчете массы образующегося раствора необходимо учесть массу выпадающего в осадок хлорида серебра: m(AgCl) = 143,5 г/моль · 0,2 моль = 28,7 г. Вычислим массу образовавшегося раствора: m(р-ра) = 16 г + 170 г – 28,7 г = 157,3 г. Массовая доля оставшегося нитрата серебра в растворе равна: ω(AgNO3) = 17 г/157,3 г · 100% = 10,81%. [adsp-pro-3] Задание №21 Цинк массой 78 г сожгли в присутствии серы массой 32 г. Образовавшийся твердый остаток добавили к 365 г 30%-ному раствору соляной кислоты. Определите массовую долю хлороводорода в образовавшемся растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления. Решение Ответ: 4,97% Пояснение: При взаимодействии цинка с серой образуется соль – сульфид цинка: Zn + S → ZnS (нагревание) Вычислим количества серы и цинка, вступающих между собой в реакцию: ν(Zn) = 78 г/65 г/моль = 1,2 моль, ν(S) = 32 г/32 г/моль = 1 моль, следовательно, в результате реакции соединения образуется 1 моль сульфида цинка и остается непрореагировавшим 0,2 моль Zn. С раствором соляной кислоты реагируют и сульфид цинка, и цинк (цинк расположен в ряду активностей металлов левее водорода). Признак реакции – растворение осадка: ZnS + 2HCl → ZnCl2 + H2S↑ Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑ Таким образом, на взаимодействии с сульфидом цинка и цинком расходуется ν(HCl) = 1 моль · 2 + 0,2 моль · 2 = 2,4 моль или m(HCl) = 2,4 моль · 36,5 г/моль = 87,6 г. Для подсчета массы раствора необходимо учесть массы образующихся сероводорода и водорода: m(H2S) = 1 моль · 34 г/моль = 34 г, m(H2) = 0,2 моль · 2 г/моль = 0,4 г. Масса образовавшегося раствора равна: m(р-ра) = 78 г + 32 г + 365 г – 34 г – 0,4 г = 440,6 г. Вычислим массу оставшегося в растворе хлороводорода и его массовую долю: mост.(HCl) = 365 г · 0,3 – 87,6 г = 21,9 г; ω(HCl) = mост.(HCl)/m(р-ра) · 100% = 21,9 г/440,6 г · 100% = 4,97%. [adsp-pro-10]
