Задания 34 (2019). Расчет массовой доли химического соединения в смеси.

Источник текстов условий задач — паблик Вконтакте И.С. Ермолаева «ЕГЭ по химии на максимум».

Авторы решений: Широкопояс С.И, Борисов И.С.

Задание №1

Растворимость безводного карбоната натрия при некоторой температуре составляет 31,8 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество карбоната натрия к 400 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора сульфата железа (III). К раствору во второй колбе добавили 300 г раствора азотной кислоты, также взятой в избытке. При этом объем газа, выделившегося из второй колбы, оказался в 2 раза больше объема газа, выделившегося из первой колбы. (Объемы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю нитрата натрия в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 22,07%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и во второй (II) колбах:
Fe2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2      (I)
Na2CO3 + 2HNO3 = 2NaNO3 + CO2 + H2O                                     (II)

Вычислим массу карбоната натрия (y г) в исходном растворе, составив пропорцию:
31,8 г соли – 100 г воды;
y г соли – 400 г воды (плотность воды равна 1 г/мл);
y = 127,2 г.

Вычислим общее количество карбоната натрия:
ν(Na2CO3) = m/M = 127,2/106 = 1,2 моль.

Далее обратим внимание на то, что в обеих реакциях соотношение по молям карбоната натрия и углекислого газа одно и то же, равное 1:1. По условию задачи соотношение объемов газов, которые выделились в реакциях (I) и (II), равно 1:2. Тогда пусть в первой реакции выделилось х моль газа, тогда во второй реакции выделилось 2х моль. Составим уравнение:
х + 2x = 1,2 г;
х = 0,4 моль газа выделилось в первой колбе,
2x = 0,8 моль газа выделилось во второй колбе.

Количество нитрата натрия, образовавшегося по второй реакции, находим по стехиометрическому соотношению из второго уравнения:
ν(NaNO3) = 2νII(CO2) = 0,8 · 2 = 1,6 моль.

Вычислим массу нитрата натрия, образовавшегося по реакции (II):
m(NaNO3) = ν · M = 1,6 · 85 = 136 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов азотной кислоты и карбоната натрия за вычетом углекислого газа. Обратим внимание на то, что масса раствора карбоната натрия во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массы части раствора карбоната магния, которую ввели в реакцию с азотной кислотой, и углекислого газа, выделившегося по второй реакции:
mII(р-ра Na2CO3) = (m(H2O) + m(Na2CO3))/1,2 · 0,8 = (400 + 127,2)/1,2 · 0,8 = 351,47 г,
mII(CO2) = ν · M = 0,8 · 44 = 35,2 г.

Масса конечного раствора во второй колбе рассчитывается из масс растворов карбоната натрия и азотной кислоты с учетом вычета массы выделившегося CO2:
mII(конечного р-ра) = m(р-ра HNO3) + mII(р-ра Na2CO3) − mII(CO2) = 300 + 351,47 − 35,2 = 616,27 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю нитрата натрия:
ω(NaNO3) = 100% · m(NaNO3)/mII(конечного р-ра) · 100% = 136/616,27 · 100% = 22,07%.

Задание №2

Растворимость безводного сульфида натрия при некоторой температуре составляет 15,6 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 289 г насыщенного раствора сульфида натрия. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора хлорида алюминия. К раствору во второй колбе добавили 100 г раствора соляной кислоты, также взятой в избытке. При этом объем газа, выделившийся из второй колбы, оказался в 1,5 раза больше объема газа, выделившегося из первой колбы. (Объемы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю хлорида натрия в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 13,34%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:

2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O = 2Al(OH)3 + 6NaCl + 3H2S              (I)
Na2S + 2HCl = 2NaCl + H2S                            (II)

Из условия мы видим, что смешав 100 г воды и 15,6 г сульфида натрия мы получаем насыщенный раствор, масса которого, очевидно, будет равна 115,6 г  (100 г + 15,6 г)

Вычислим массу сульфида натрия (mисх.(Na2S)) в исходном растворе:
15,6 г Na2S – 115,6 г раствора (из данных о растворимости);
mисх.(Na2S)  – 289 г раствора.

Тогда, mисх.(Na2S) = 289 · 15,6/115,6 = 39 г.

Вычислим общее количество сульфида натрия:
ν(Na2S) = m/M = 39/78 = 0,5 моль.

Пусть количество сульфида натрия, содержавшегося в первой колбе равно x моль, тогда, в соответствии с первым уравнением реакции, количество сероводорода, выделившегося из первой колбы, также будет равно х моль. В условии сказано, что объем газа, выделившегося из второй колбы в 1,5 раза больше объема газа, выделившегося из первой. Это означает, что и количество моль выделившегося газа тоже будет в полтора раза больше, то есть 1,5 х моль. В соответствии с уравнением реакции (II), количество сульфида натрия во второй колбе равно количеству вещества сероводорода, то есть тоже 1,5х моль.
Мы знаем, что общее количество сульфида натрия равно 0,5 моль. Тогда, мы можем записать уравнение:
х + 1,5х = 0,5;
2,5x = 0,5;
х = 0,2.

То есть, в первой колбе содержалось количество вещества сульфида натрия равное:
νI(Na2S) = x моль = 0,2 моль, 
в свою очередь, во второй колбе содержалось количество вещества сульфида натрия равное:
νII(Na2S) = 1,5x моль = 1,5 · 0,2 моль = 0,3 моль.

В соответствии с уравнением реакции (II) количество вещества хлорида натрия во второй колбе будет равно:
νII(NaCl) = 2νII(Na2S) = 0,3 · 2 = 0,6 моль.

Тогда: mII(NaCl) = ν · M = 0,6 · 58,5 = 35,1 г.

Для расчета массы конечного раствора во второй колбе нужно сложить массы растворов добавленной соляной кислоты и массы раствора сульфида натрия во второй колбе, а также вычесть массу выделившегося из второй колбы сероводорода. 
Вычислим массу раствора сульфида натрия во второй колбе, зная, что весь исходный раствор сульфида натрия до разделения имел массу 289 г и содержал 0,5 моль сульфида натрия, а во второй колбе до прибавления соляной кислоты содержалось 0,3 моль сульфида натрия. Запишем пропорцию:
0,5 моль Na2S − 289 г раствора;
0,3 моль Na2S − mII(р-ра Na2S);
mII(р-ра Na2S) = 289/0,5 · 0,3 = 173,4 г.

В соответствии с уравнением реакции (II) количество выделившегося сероводорода из второй колбы равно количеству вещества Na2S во второй колбе.
νII(H2S) = νII(Na2S) = 0,3 моль,
тогда масса выделившегося из второй колбы сероводорода будет равна: 
mII(H2S) = ν · M = 0,3 · 34 = 10,2 г.

Масса конечного раствора во второй колбе рассчитывается из масс растворов сульфида натрия и соляной кислоты с учетом вычета массы выделившегося H2S:
mII(конечного р-ра) = m(р-ра HCl) + mII(р-ра Na2S) − mII(H2S) = 100 + 173,4 − 10,2 = 263,2 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю хлорида натрия:
ω(NaCl) = 100% · mII(NaCl)/mII(конечного р-ра) = 100% · 35,1/263,2 = 13,34%.

Задание №3

Растворимость безводного хлорида алюминия при некоторой температуре составляет 53,4 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 306,8 г насыщенного раствора хлорида алюминия. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора карбоната калия. К раствору во второй колбе добавили 300 г раствора аммиака, также взятого в избытке. При этом масса осадка, выпавшего во второй колбе, оказалась в 3 раза больше массы осадка, выпавшего в первой колбе. Определите массовую долю хлорида аммония в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 19,93%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:
2AlCl3 + 3K2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 6KCl + 3CO2        (I)
AlCl3 + 3NH3 + 3H2O = Al(OH)3 + 3NH4Cl               (II)

Вычислим массу хлорида алюминия (y г) в исходном растворе:
53,4 г соли – 153,4 г раствора (по условию растворимости)
y г соли – 306,8 г раствора
y = 106,8 г.

Вычислим общее количество хлорида алюминия:
ν(AlCl3) = m/M = 106,8/133,5 = 0,8 моль.

Далее обратим внимание на то, что в обеих реакциях соотношение по молям хлорида алюминия и гидроксида алюминия одно и то же, равное 1:1. По условию задачи соотношение масс осадков, которые выделились в реакциях (I и II), равно 1:3. Тогда пусть в первой реакции образовалось х моль осадка, во второй колбе образовалось 3х моль. Составим уравнение:
х + 3x = 0,8
х = 0,2 моль Al(OH)3 образовалось в первой колбе,
3x = 0,6 моль Al(OH)3 образовалось во второй колбе.

Количество хлорида аммония находим по стехиометрическому соотношению из второго уравнения:
ν(NH4Cl) = 3νII(Al(OH)3) = 0,6 · 3 = 1,8 моль.

Масса хлорида аммония, образовавшегося во второй колбе:
m(NH4Cl) = ν · M = 1,8 · 53,5 = 96,3 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов аммиака и хлорида алюминия за вычетом осадка гидроксида алюминия. Обратим внимание на то, что масса раствора хлорида алюминия во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массы части раствора хлорида алюминия, которую ввели в реакцию с раствором аммиака (реакция (II)) и образовавшегося гидроксида алюминия:

mII(р-ра AlCl3) = 306,8/0,8 · 0,6 = 230,1 г,
mII(Al(OH)3) = ν · M = 0,6 · 78 = 46,8 г.

Масса раствора во второй колбе рассчитывается из масс растворов хлорида алюминия и аммиака с учетом вычета образовавшегося осадка Al(OH)3:
mII(конечного р-ра) = m(р-ра NH3) + mII(р-ра AlCl3) − mII(Al(OH)3) = 300 + 230,1 − 46,8 = 483,3 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю хлорида аммония во второй колбе:
ω(NH4Cl) = m(NH4Cl)/mII(конечного р-ра) · 100% = 96,3/483,3 · 100% = 19,93%.

Видеоразбор решения данной задачи на моем ютуб-канале:
Задание №4

Растворимость безводного карбоната аммония при некоторой температуре составляет 96 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество карбоната аммония к 250 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток твердого гидроксида натрия и нагрели до прекращения выделения газа. К раствору во второй колбе добавили 250 г раствора соляной кислоты, также взятой в избытке. При этом объем газа, выделившегося из первой колбы, оказался в 3 раза больше объема газа, выделившегося из второй колбы. (Объемы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю хлорида аммония в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 26,62%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:

(NH4)2CO3 + 2NaOH = Na2CO3 + 2NH3 + 2H2O                     (I)
(NH4)2CO3 + 2HCl = 2NH4Cl + CO2 + H2O                             (II)

Вычислим массу карбоната аммония (y г) в исходном растворе:
96 г соли – 100 г воды (по условию растворимости);
y г соли – 250 г воды (плотность воды равна 1 г/мл);
y = 240 г.

Вычислим общее количество карбоната аммония:
ν((NH4)2CO3) = m/M = 240/96 = 2,5 моль.

Далее обратим внимание на то, что в первой реакции соотношение по молям исходной соли и газа (NH3) равно 1:2, а во второй реакции соотношение соли и газа (CO2) равно 1:1. По условию задачи соотношение объемов газов, которые выделились в реакциях (I) и (II), равно 3:1. Тогда, если в первой реакции выделилось 3х моль газа, то во второй − х моль. Соответственно, карбоната аммония в первой реакции затрачено 1,5х моль, а во второй реакции − х моль. Составим уравнение:
х + 1,5x = 2,5
х = 1 моль (NH4)2CO3 затратилось по второй реакции,
1,5x = 1,5 моль (NH4)2CO3 затратилось по первой реакции.

Количество хлорида аммония находим по стехиометрическому соотношению из второго уравнения:
ν(NH4Cl) = 2νII((NH4)2CO3) = 1 · 2 = 2 моль.

Вычислим массу хлорида аммония, образовавшегося по второй реакции:
m(NH4Cl) = ν · M = 2 · 53,5 = 107 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов соляной кислоты и карбоната аммония за вычетом углекислого газа. Обратим внимание на то, что масса раствора карбоната аммония во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массы углекислого газа и части раствора карбоната аммония, которую ввели в реакцию с соляной кислотой:

mII(р-ра (NH4)2CO3) = (mII((NH4)2CO3 + m(H2O))/2,5 · 1 = (240 + 250)/2,5 · 1 = 196 г,
m(CO2) = ν · M = 1 · 44 = 44 г.

Масса конечного раствора во второй колбе рассчитывается из масс растворов карбоната натрия и соляной кислоты с учетом вычета массы углекислого газа:
mII(конечного р-ра) = m(HCl) + mII(р-ра (NH4)2CO3) − m(CO2) = 250 + 196 − 44 = 402 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю хлорида аммония:
ω(NH4Cl) = m(NH4Cl)/mII(конечного р-ра) · 100% = 107/402 · 100% = 26,62%.

Задание №5

Растворимость безводного карбоната натрия при некоторой температуре составляет 31,8 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество карбоната натрия к 200 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора соляной кислоты. При этом выделилось 4,48 л газа (н.у.). К раствору во второй колбе добавили 222 г 25% раствора хлорида кальция. (Объемы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю хлорида кальция в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 3,1%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O                        (I)
Na2CO3 + CaCl2 = 2NaCl + CaCO3                             (II)

Вычислим массу карбоната натрия (y г) в исходном растворе:
31,8 г соли – 100 г воды;
y г соли – 200 г воды (плотность воды равна 1 г/мл);
y = 63,6 г.

Вычислим количества исходного карбоната натрия и углекислого газа, выделившегося в первой реакции:
ν(Na2CO3) = m/M = 63,6/106 = 0,6 моль,
ν(CO2) = V/Vm = 4,48/22,4 = 0,2 моль.

Далее вычислим количество карбоната натрия, которое ввели во вторую реакцию:
νII(Na2CO3) = 0,6 − 0,2 = 0,4 моль.

Вычислим исходное количество хлорида кальция:

m(CaCl2) = ν · M = 222 · 0,25 = 55,5 г,
ν(CaCl2) = m/M = 55,5/111 = 0,5 моль.

Вычислим массу избытка хлорида кальция, который остался во второй колбе после прохождения реакции:

ν(CaCl2) = 0,5 − 0,4 = 0,1 моль,
m(CaCl2) = ν · M = 0,1 · 111 = 11,1 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов хлорида кальция и карбоната натрия за вычетом осадка карбоната кальция. Обратим внимание на то, что масса раствора карбоната натрия во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массы карбоната кальция и части раствора карбоната натрия, которую ввели в реакцию с хлоридом кальция:

mII(р-ра Na2CO3) = (m(H2O) + m(Na2CO3))/ 0,6 · 0,4 = (200 + 63,6)/0,6 · 0,4 = 175,73 г,
m(CaCO3) = ν · M = 0,4 · 100 = 40 г,
mII(конечного р-ра) = m(CaCl2) + mII(р-ра Na2CO3) - m(CaCO3) = 222 + 175,73 − 40 = 357,73 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю хлорида кальция:
ω(CaCl2) = m(CaCl2)/m(конечного р-ра) · 100% = 11,1/357,73 · 100% = 3,1%.

Задание №6

Растворимость безводного сульфата железа (II) при некоторой температуре составляет 30,4 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 326 г насыщенного раствора сульфата железа (II). Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора хлорида бария. При этом образовалось 46,6 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 50 г 34%-ного раствора аммиака. Определите массовую долю аммиака в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 3,11%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:

FeSO4 + BaCl2 = FeCl2 + BaSO4                                   (I)
FeSO4 + 2NH3 + 2H2O = Fe(OH)2 + 2NH4Cl                 (II)

Вычислим массу сульфата железа (II) (y г) в исходном растворе:
30,4 г соли – 130,4 г раствора;
y г соли – 326 г раствора;
y = 76 г.

Вычислим общее количество сульфата железа (II):
ν(FeSO4) = m/M = 76/152 = 0,5 моль.

Поскольку ν(BaSO4) = νI(FeSO4), тогда количество осадка сульфата бария в первой колбе:
ν(BaSO4) = νI(FeSO4) = m/M = 46,6/233 = 0,2 моль.

Вычислим количества сульфата железа (II) и аммиака, которые ввели во вторую реакцию:
νII(FeSO4) = ν(FeSO4) − νI(FeSO4) = 0,5 − 0,2 = 0,3 моль,
m(NH3) = w(NH3) · m(р-ра)/100 = 50 · 34/100 = 17 г,
ν(NH3) = m/M = 17/17 = 1 моль.

Поскольку ν(NH3) = 2νII(FeSO4), тогда вычислим количество и массу аммиака, оставшегося после реакции с сульфатом железа (II):
νост.(NH3) = ν(NH3) − 2νII(NH3) = 1 − 0,3 · 2 = 0,4 моль,
mост.(NH3) = ν · M = 0,4 · 17 = 6,8 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов сульфата железа (II) и аммиака за вычетом осадка гидроксида железа (II). Обратим внимание на то, что масса раствора сульфата железа (II) во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массы гидроксида железа (II) и части раствора сульфата железа (II), которую ввели в реакцию с раствором аммиака:

mII(р-ра FeSO4) = 326/0,5 · 0,3 = 195,6 г,
mII(Fe(OH)2) = ν · M = 0,3 · 90 = 27 г,
mII(конечного р-ра) = mII(р-ра FeSO4) + m(NH3) − mII(Fe(OH)2) = 195,6 + 50 − 27 = 218,6 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю аммиака:

ω(NH3) = mост.(NH3)/ m(конечного р-ра) · 100% = 6,8/218,6 · 100% = 3,11%.

Задание №7

Растворимость безводного сульфата алюминия при некоторой температуре составляет 34,2 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество сульфата алюминия к 300 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора аммиака. При этом образовалось 15,6 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 320 г 25%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю сульфата натрия в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 14,48%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:
Al2(SO4)3 + 6NH3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3(NH4)2SO4            (I)
Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3 + 3Na2SO4                          (II)

Вычислим массу сульфата алюминия (y г) в исходном растворе:
34,2 г соли – 100 г воды (по условию растворимости);
y г соли – 300 г воды (плотность воды равна 1 г/мл);
y = 102,6 г.

Вычислим общее количество сульфата алюминия:
ν(Al2(SO4)3) = m/M = 102,6/342 = 0,3 моль.

Вычислим количество осадка гидроксида алюминия в первой колбе:
νI(Al(OH)3) = m/M = 15,6/78 = 0,2 моль.

Поскольку νI(Al(OH)3) = 2νI(Al2(SO4)3),
то νI(Al2(SO4)3) = 0,1 моль.

Вычислим количества сульфата алюминия и гидроксида натрия, которые ввели во вторую реакцию:
νII(Al2(SO4)3) = ν(Al2(SO4)3) − νI(Al2(SO4)3) = 0,3 − 0,1 = 0,2 моль,
mII(NaOH) = m(р-ра NaOH) · w(NaOH)/100% = 320 · 0,25 = 80 г,
νII(NaOH) = m/M = 80/40 = 2 моль.

Обратим внимание на то, что гидроксид натрия находится в большом избытке относительно сульфата алюминия, поэтому следует учитывать растворение гидроксида алюминия в растворе щелочи с образованием комплексного соединения:
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]    (III)

Рассчитаем количество щелочи, которое необходимо для превращения сульфата алюминия в комплекс (исходя из коэффициентов реакции (II)):
νIII(NaOH) = 0,2 · 6 + 0,4 = 1,6 моль.

Количество щелочи, необходимое для реакции меньше, чем у нас имеется по задаче, гипотеза про образование комплексного соединения верна. Далее вычислим массу сульфата натрия:
m(Na2SO4) = ν · M = 0,6 · 142 = 85,2 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов сульфата алюминия и гидроксида натрия. Осадков и газов в итоге не получилось, из массы раствора ничего не вычитаем. Обратим внимание на то, что масса раствора сульфата алюминия во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массу части раствора сульфата алюминия, которую ввели в реакцию с раствором щелочи:
mII(р-ра Al2(SO4)3) = (m(H2O) + m(Na2CO3)/0,3 · 0,2 = (300 + 102,6)/0,3 · 0,2 = 268,4 г,
mII(конечного р-ра) = m(р-ра NaOH) + mII(р-ра Al2(SO4)3) = 320 + 268,4 = 588,4 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю сульфата натрия:
ω(Na2SO4) = m(Na2SO4)/mII(конечного р-ра) · 100% = 85,2/588,4 · 100% = 14,48%.

Задание №8

Растворимость безводного карбоната натрия при некоторой температуре составляет 31,8 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 395,4 г насыщенного раствора карбоната натрия. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора нитрата кальция. При этом образовалось 50 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 252 г 30%-ного раствора азотной кислоты. (Объемы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю азотной кислоты в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 6,14%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:
Na2CO3 + Ca(NO3)2 = CaCO3 + 2NaNO3                    (I)
Na2CO3 + 2HNO3 = 2NaNO3 + CO2 + H2O                (II)

Вычислим массу карбоната натрия (y г) в исходном растворе:
31,8 г соли – 131,8 г раствора (по условию растворимости);
y г соли – 395,4 г раствора;
y = 95,4 г.

Вычислим общее количество карбоната натрия:
ν(Na2CO3) = m/M = 95,4/106 = 0,9 моль.

Вычислим общее количество карбоната кальция:
ν(CaCO3) = m/M = 50/100 = 0,5 моль.

Вычислим массу и количество вещество исходного количества азотной кислоты:
m(HNO3) = m(р-ра HNO3) · w(HNO3)/100% = 252 · 0,3 = 75,6 г,
ν(HNO3) = m/M = 75,6/63 = 1,2 моль.

По уравнению реакции (I) νI(Na2CO3) = ν(CaCO3), следовательно,
νII(Na2CO3) = ν(Na2CO3) − νI(Na2CO3) = 0,9 – 0,5 = 0,4 моль.

По уравнению реакции (II) 2νII(Na2CO3) = νII(HNO3), следовательно,
νII(HNO3) = 2 · 0,4 = 0,8 моль.

Вычислим массу оставшейся азотной кислоты:
mост.(HNO3) = (1,2 − 0,8) · 63 = 25,2 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов карбоната натрия и азотной кислоты за вычетом углекислого газа. Обратим внимание на то, что масса раствора карбоната натрия во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массу части раствора карбоната натрия, которую ввели в реакцию с раствором азотной кислоты:
mII(р-ра Na2CO3) = 395,4/0,9 · 0,4 = 175,73 г,
m(CO2) = ν · M = 0,4 · 44 = 17,6 г,
mII(конечного р-ра) = m(р-ра HNO3) + mII(р-ра Na2CO3) − m(CO2) = 252 + 175,73 − 17,6 = 410,13 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю азотной кислоты:
ω(HNO3) = mост.(HNO3)/mII(конечного р-ра) · 100% = 25,2/410,13 · 100% = 6,14%.

Задание №9

Растворимость безводного сульфата железа (II) при некоторой температуре составляет 30,4 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество сульфата железа (II) к 250 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора гидроксида натрия. При этом образовалось 18 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 870 г 15%-ного раствора нитрата бария. Определите массовую долю нитрата бария в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 5,24%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4          (I)
FeSO4 + Ba(NO3)2 = Fe(NO3)2 + BaSO4       (II)

Вычислим массу сульфата железа (II) (y г) в исходном растворе:
30,4 г соли – 100 г воды;
y г соли – 250 г воды (плотность воды равна 1 г/мл);
y = 76 г.

Вычислим общее количество сульфата железа (II):
ν(FeSO4) = m/M = 76/152 = 0,5 моль.

Вычислим количество гидроксида железа (II):
ν(Fe(OH)2) = m/M = 18/90 = 0,2 моль.

Вычислим исходные массу и количество вещества нитрата бария:
m(Ba(NO3)2) = m(р-ра Ba(NO3)2) · w(р-ра Ba(NO3)2)/100% = 870 · 0,15 = 130,5 г,
ν(Ba(NO3)2) = m/M = 130,5/261 = 0,5 моль.

Поскольку по уравнению реакции II ν(Fe(OH)2) = νI(FeSO4) = 0,2 моль,
νII(FeSO4) = ν(FeSO4) − νI(FeSO4) = 0,5 – 0,2 = 0,3 моль,
νII(FeSO4) = νII(Ba(NO3)2) = 0,3 моль, тогда масса оставшегося нитрата бария:
νост.(Ba(NO3)2) = ν(Ba(NO3)2) − νII(Ba(NO3)2) = 0,5 – 0,3 = 0,2 моль,
mост.(Ba(NO3)2) = ν · M = 0,2 · 261 = 52,2 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов сульфата железа (II) и нитрата бария за вычетом осадка сульфата бария. Обратим внимание на то, что масса раствора сульфата железа (II) во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массу части раствора сульфата железа (II), которую ввели в реакцию с раствором нитрата бария:
mII(р-ра FeSO4) = (m(H2O) + m(FeSO4))/0,5 · 0,3 = (250 + 76)/0,5 · 0,3 = 195,6 г,
νII(Ba(NO3)2) = ν(BaSO4) = 0,3 моль, тогда масса образовавшегося сульфата бария:
m(BaSO4) = ν · M = 0,3 · 233 = 69,9 г,
mII(конечного р-ра) = m(р-ра Ba(NO3)2) + mII(р-ра FeSO4) − m(BaSO4) = 870 + 195,6 − 69,9 = 995,7 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю нитрата бария:
ω(Ba(NO3)2) = mост.(Ba(NO3)2)/mII(конечного р-ра) · 100% = 52,2/995,7 · 100% = 5,24%.

Задание №10

Растворимость безводного сульфида натрия при некоторой температуре составляет 15,6 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество сульфида натрия к 250 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора соляной кислоты. При этом выделилось 4,48 л (н.у.) газа. К раствору во второй колбе добавили 450 г 15%-ного раствора хлорида меди (II). (Объемы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю хлорида меди (II) в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 4,54%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:
Na2S + 2HCl = 2NaCl + H2S            (I)
Na2S + CuCl2 = 2NaCl + CuS          (II)

Вычислим массу сульфида натрия (y г) в исходном растворе:
15,6 г соли – 100 г воды;
y г соли – 250 г воды (плотность воды равна 1 г/мл);
y = 39 г.

Вычислим исходное количество сульфида натрия:
ν(Na2S) = m/M = 39/78 = 0,5 моль.

Вычислим количество сероводорода, выделившееся по реакции (I):
ν(H2S) = V/Vm = 4,48/22,4 = 0,2 моль.

Вычислим массу и исходное количество хлорида меди (II):
m(CuCl2) = m(р-ра CuCl2) · w(CuCl2)/100% = 450  · 15/100 = 67,5 г,
ν(CuCl2) = m/M = 67,5/135 = 0,5 моль.

По реакции (I) νI(Na2S) = ν(H2S) = 0,2 моль, следовательно, в реакции (II)
νII(Na2S) = ν(Na2S) − νI(Na2S) = 0,5 – 0,2 = 0,3 моль.

По реакции (II) с сульфидом натрия хлорид меди (II) взаимодействуют в соотношении 1:1, т.е. νII(Na2S) = νII(CuCl2) = 0,3 моль.

Вычислим массу оставшегося хлорида меди (II):
mост.(CuCl2) = (0,5 − 0,3) · 135 = 27 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов сульфида натрия и хлорида меди (II) за вычетом осадка сульфида меди (II). Обратим внимание на то, что масса раствора сульфида натрия во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массу части раствора сульфида натрия, которую ввели в реакцию с раствором хлорида меди (II):
mII(р-ра Na2S) = (m(H2O) + m(Na2S))/0,5 · 0,3 = (250 + 39)/0,5 · 0,3 = 173,4 г,
m(CuS) = ν · M = 0,3 · 96 = 28,8 г,
mII(конечного р-ра) = m(р-ра CuCl2) + mII(р-ра Na2S) − m(CuS) = 450 + 173,4 − 28,8 = 594,6 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю хлорида меди (II):
ω(CuCl2) = mост.(CuCl2)/mII(конечного р-ра) · 100% = 27/594,6 · 100% = 4,54%.

Задание №11

Растворимость безводного хлорида кальция при некоторой температуре составляет 55,5 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество хлорида кальция к 160 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора карбоната натрия. При этом образовалось 30 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 595 г 40%-ного раствора нитрата серебра. Определите массовую долю нитрата серебра в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 11,2%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:
CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl                (I)
CaCl2 + 2AgNO3 = Ca(NO3)2 + 2AgCl          (II)

Вычислим массу хлорида кальция (y г) в исходном растворе:
55,5 г соли – 100 г воды;
y г соли – 160 г воды (плотность воды равна 1 г/мл);
y = 88,8 г.

Вычислим исходное количество хлорида кальция:
ν(CaCl2) = m/M = 88,8/111 = 0,8 моль.

Вычислим количество карбоната кальция:
ν(CaCO3) = m/M = 30/100 = 0,3 моль.

Вычислим массу и исходное количество нитрата серебра:
m(AgNO3) = m(р-ра (AgNO3)) · w(AgNO3)/100% = 595 · 0,4 = 238 г,
ν(AgNO3) = m/M = 238/170 = 1,4 моль.

По уравнению реакции (I) ν(CaCO3) = νI(CaCl2) = 0,3 моль, следовательно,
νII(CaCl2) = ν(CaCl2) − νI(CaCl2) = 0,8 – 0,3 = 0,5 моль.

По уравнению реакции (II) 2νII(CaCl2) = ν(AgNO3) = 2 · 0,5 = 1 моль.

Вычислим массу оставшегося нитрата серебра:
mост.(AgNO3) = (1,4 − 1) · 170 = 68 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов хлорида кальция и нитрата серебра за вычетом осадка хлорида серебра. Обратим внимание на то, что масса раствора хлорида кальция во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массу части раствора хлорида кальция, которую ввели в реакцию с раствором нитрата серебра:
mII(р-ра CaCl2) = (m(H2O) + m(CaCl2))/0,8 · 0,5 = (160 + 88,8)/0,8 · 0,5 = 155,5 г.

По уравнению реакции (II) ν(AgNO3) = ν(AgCl) = 1 моль, тогда
m(AgCl) = ν · M = 1 · 143,5 = 143,5 г;
mII(конечного р-ра) = m(р-ра AgNO3) + mII(р-ра CaCl2) − m(AgCl) = 595 + 155,5 − 143,5 = 607 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю нитрата серебра в конечном растворе:
ω(AgNO3) = mост.(AgNO3)/mII(конечного р-ра) · 100% = 68/607 · 100% = 11,2%.

Задание №12

Растворимость безводного гидрокарбоната натрия при некоторой температуре составляет 12,6 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 450,4 г насыщенного раствора гидрокарбоната натрия. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора гидроксида бария. При этом образовалось 39,4 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 245 г 20%-ного раствора серной кислоты. При этом образовалась средняя соль. Определите массовую долю серной кислоты в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 5,57%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:
NaHCO3 + Ba(OH)2 = BaCO3 + NaOH + H2O             (I)
2NaHCO3 + H2SO4 = Na2SO4 + 2CO2 + 2H2O         (II)

Вычислим массу гидрокарбоната натрия (y г) в исходном растворе:
12,6 г соли – 112,6 г раствора;
y г соли – 450,4 г раствора;
y = 50,4 г.

Вычислим общее количество гидрокарбоната натрия:
ν(NaHCO3) = m/M = 50,4/84 = 0,6 моль.

Вычислим количество карбоната бария:
ν(BaCO3) = m/M = 39,4/197 = 0,2 моль.

Вычислим массу и исходное количество серной кислоты:
m(H2SO4) = m(р-ра H2SO4) · w(H2SO4)/100% = 245 · 20%/100% = 49 г,
ν(H2SO4) = m/M = 49/98 = 0,5 моль.

По уравнению реакции (II) ν(BaCO3) = νI(NaHCO3) = 0,2 моль, следовательно,
νII(NaHCO3) = ν(NaHCO3) − νI(NaHCO3) = 0,6 – 0,2 = 0,4 моль.

По уравнению реакции (II) νII(NaHCO3) = 2νII(H2SO4), следовательно,
во второй колбе реагирует νII(H2SO4) = νII(NaHCO3)/2 = 0,4/2 = 0,2 моль.

Вычислим количество массу оставшейся серной кислоты:
νост.(H2SO4) = 0,5 – 0,2 = 0,3 моль,
mост.(H2SO4) = ν · M = 0,3 · 98 = 29,4 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов гидрокарбоната натрия и серной кислоты за вычетом углекислого газа. Обратим внимание на то, что масса раствора гидрокарбоната натрия во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массу части раствора гидрокарбоната натрия, которую ввели в реакцию с раствором серной кислоты:
mII(р-ра NaHCO3) = 450,4/0,6 · 0,4 = 300,27 г,
m(CO2) = ν · M = 0,4 · 44 = 17,6 г.
mII(конечного р-ра) = m(р-ра HCl) + mII(р-ра NaHCO3) − m(CO2) = 245 + 300,27 − 17,6 = 527,67 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю серной кислоты:
ω(H2SO4) = mост.(H2SO4)/mII(конечного р-ра) · 100% = 29,4/527,67 · 100% = 5,57%.

Задание №13

Растворимость безводного хлорида алюминия при некоторой температуре составляет 53,4 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 767 г насыщенного раствора хлорида алюминия. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора нитрата серебра. При этом образовалось 344,4 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 960 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю хлорида натрия в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 14,83%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:
AlCl3 + 3AgNO3 = Al(NO3)3 + 3AgCl           (I)
AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl               (II)

Вычислим массу сульфата алюминия (y г) в исходном растворе:
53,4 г соли – 153,4 г раствора;
y г соли – 767 г раствора;
y = 267 г.

Вычислим исходное количество хлорида алюминия:
ν(AlCl3) = m/M = 267/133,5 = 2 моль.

Вычислим количество хлорида серебра, образовавшегося в первой колбе:
ν(AgCl) = m/M = 344,4/143,5 = 2,4 моль.

Вычислим массу и количество гидроксида натрия:
m(NaOH) = m(р-ра NaOH) · w(NaOH)/100% = 960 · 40%/100% = 384 г,  
ν(NaOH) = m/M = 384/40 = 9,6 моль.

Обратим внимание на то, что гидроксид натрия находится в большом избытке относительно хлорида алюминия. Поэтому следует учитывать растворение гидроксида алюминия в растворе щелочи с образованием комплексного соединения:
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]                  (III)

Рассчитаем количество щелочи, которое необходимо для превращения хлорида алюминия в комплекс.

По уравнению реакции (I) ν(AgCl) = 3νI(AlCl3), следовательно,
νI(AlCl3) = m/M = 2,4/3 = 0,8 моль.

Количество хлорида алюминия, прореагировавшего по второй реакции, составляет:
νII(AlCl3) = ν(AlCl3) − νI(AlCl3) = 2 – 0,8 = 1,2 моль.

Для образования комплекса необходимо количество NaOH, равное 4νII(AlCl3). Отсюда
νIII(NaOH) = 1,2 · 3 + 1,2 = 4,8 моль.

Количество щелочи, необходимое для реакции меньше, чем у нас имеется по задаче, гипотеза про образование комплексного соединения верна. Далее вычислим массу хлорида натрия, если
ν(NaCl) = 3νII(AlCl3) = 1,2 · 3 = 3,6 моль,
m(NaCl) = ν · M = 3,6 · 58,5 = 210,6 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов хлорида алюминия и гидроксида натрия. Осадков и газов в итоге не образовалось, из массы раствора ничего не вычитаем. Обратим внимание на то, что масса раствора хлорида алюминия во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массу части раствора хлорида алюминия, которую ввели в реакцию с раствором гидроксида натрия:
mII(р-ра AlCl3) = m(р-ра AlCl3) /2 · 1,2 = 767/2 · 1,2 = 460,2 г,
m(конечного р-ра) = m(р-ра NaOH) + mII(р-ра AlCl3) = 960 + 460,2 = 1420,2 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю хлорида натрия:
ω(NaCl) = m(NaCl)/m(конечного р-ра) · 100% = 210,6/1420,2 · 100% = 14,83%.

Задание №14

Растворимость безводного сульфата железа (II) при некоторой температуре составляет 30,4 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество сульфата железа (II) к 400 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора аммиака. При этом образовалось 27 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 780 г 20%-ного раствора хлорида бария. Определите массовую долю хлорида бария в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 5,26%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:
FeSO4 + 2NH3 + 2H2O = Fe(OH)2 + 2NH4Cl            (I)
FeSO4 + BaCl2 = FeCl2 + BaSO4                                    (II)

Вычислим массу сульфата железа (II) (y г) в исходном растворе:
30,4 г соли – 100 г воды;
y г соли – 400 г воды (плотность воды равна 1 г/мл);
y = 121,6 г.

Вычислим количество сульфата железа (II):
ν(FeSO4) = m/M = 121,6/152 = 0,8 моль.

Вычислим количество гидроксида железа (II):
ν(Fe(OH)2) = m/M = 27/90 = 0,3 моль.

Вычислим массу и исходное количество хлорида бария:
m(BaCl2) = m(р-ра) · w(BaCl2)/100% = 780 · 20%/100% = 156 г,
ν(BaCl2) = m/M = 156/208 = 0,75 моль.

По уравнению реакции (I) ν(Fe(OH)2) = νI(FeSO4) = 0,3 моль, следовательно, во второй реакции
νII(FeSO4) = ν(FeSO4) − νI(FeSO4) = 0,8 – 0,3 = 0,5 моль.

По уравнению реакции (II) νII(FeSO4) = νII(BaCl2) = 0,5 моль.

Вычислим количество вещества и массу оставшегося хлорида бария:
νост.(BaCl2) = 0,75 – 0,5 = 0,25 моль,
mост.(BaCl2) = ν · M = 0,25 · 208 = 52 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов сульфата железа (II) и хлорида бария за вычетом осадка сульфата бария. Обратим внимание на то, что масса раствора сульфата железа (II) во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массу части раствора сульфата железа (II), которую ввели в реакцию с раствором хлорида бария:
mII(р-ра FeSO4) = (m(FeSO4)) + m(FeSO4))/0,8 · 0,5 = (400 + 121,6)/0,8 · 0,5 = 326 г,
m(BaSO4) = ν · M = 0,5 · 233 = 116,5 г.
mII(конечного р-ра) = m(р-ра BaCl2) + mII(р-ра FeSO4) − m(BaSO4) = 780 + 326 – 116,5 = 989,5 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю хлорида бария:
ω(BaCl2) = mост.(BaCl2)/mII(конечного р-ра) · 100% = 52/989,5 · 100% = 5,26%.

Задание №15

Растворимость безводного хлорида кальция при некоторой температуре составляет 55,5 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество хлорида кальция к 300 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора нитрата серебра. При этом образовалось 143,5 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 1272 г 10%-ного раствора карбоната натрия. Определите массовую долю карбоната натрия в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 1,43%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:
CaCl2 + 2AgNO3 = Ca(NO3)2 + 2AgCl               (I)
CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl                (II)

Вычислим массу хлорида кальция (y г) в исходном растворе:
55,5 г соли – 100 г воды;
y г соли – 300 г воды (плотность воды равна 1 г/мл);
y = 166,5 г.

Вычислим исходное количество хлорида кальция:
ν(CaCl2) = 166,5/111 = 1,5 моль.

Вычислим количество хлорида серебра:
ν(AgCl) = 143,5/143,5 = 1 моль.

Вычислим массу и исходное количество карбоната натрия:
m(Na2CO3) = m(р-ра Na2CO3) · m(Na2CO3)/100% = 1272 · 10%/100% = 127,2 г,
ν(Na2CO3) = m/M = 127,2/106 = 1,2 моль.

По уравнению реакции (I) ν(AgCl) = 2νI(CaCl2) = 1 моль, следовательно,
νI(CaCl2) = 1/2 = 0,5 моль,
νII(CaCl2) = ν(CaCl2) − νI(CaCl2) = 1,5 – 0,5 = 1 моль.

По уравнению реакции (II)
νII(CaCl2) = νII(Na2CO3) = 1 моль.

Зная νII(Na2CO3), вычислим массу оставшегося карбоната натрия:
mост.(Na2CO3) = ν · M = (1,2 − 1) · 106 = 21,2 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов хлорида кальция и карбоната натрия за вычетом осадка карбоната кальция. Обратим внимание на то, что масса раствора хлорида кальция во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массу части раствора хлорида кальция, которую ввели в реакцию с раствором карбоната натрия:
mII(р-ра CaCl2) = ((m(H2O) + m(CaCl2))/1,5 · 1 = (300 + 166,5)/1,5 · 1 = 311 г.

По уравнению реакции (II) νII(CaCl2) = ν(CaCO3) = 1 моль,
m(CaCO3) = ν · M = 1 · 100 = 100 г.
mII(конечного р-ра) = m(р-ра Na2CO3) + mII(р-ра CaCl2) − m(CaCO3) = 1272 + 311 − 100 = 1483 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю карбоната натрия:
ω(Na2CO3) = mост.(Na2CO3)/mII(конечного р-ра) · 100% = 21,2/1483 · 100% = 1,43%.

Задание №16

Растворимость безводного карбоната натрия при некоторой температуре составляет 31,8 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество карбоната натрия к 400 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора сульфата железа (III). К раствору во второй колбе добавили 300 г раствора азотной кислоты, также взятой в избытке. При этом объем газа, выделившегося из второй колбы, оказался в 2 раза больше объема газа, выделившегося из первой колбы. (Объемы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю нитрата натрия в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 22,07%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и второй (II) колбах:
Fe2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2                   (I)
Na2CO3 + 2HNO3 = 2NaNO3 + CO2 + H2O                                                (II)

Вычислим массу карбоната натрия (y г) в исходном растворе:
31,8 г соли – 100 г воды;
y г соли – 400 г воды (плотность воды равна 1 г/мл);
y = 127,2 г.

Вычислим количество карбоната натрия:
ν(Na2CO3) = 127,2/106 = 1,2 моль.

Далее обратим внимание на то, что в обеих реакциях соотношение по молям карбоната натрия и углекислого газа одно и то же, равное 1:1. По условию задачи соотношение объемов газов, которые выделились в реакциях (I) и (II), равно 2:1. Тогда пусть в первой реакции выделилось х моль газа, во второй 2х моль. Составим уравнение:
х + 2x = 1,2;
х = 0,4 моль;
следовательно, в первой колбе выделилось 0,4 моль CO2, во второй колбе – 0,8 моль CO2.

Количество нитрата натрия находим по стехиометрическому соотношению из второго уравнения:
ν(NaNO3) = 2νII(CO2) = 0,8 · 2 = 1,6 моль.

Вычислим массу нитрата натрия:
m(NaNO3) = ν · M = 1,6 · 85 = 136 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов азотной кислоты и карбоната натрия за вычетом углекислого газа. Обратим внимание на то, что масса раствора карбоната натрия во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массы углекислого газа и части раствора карбоната натрия, которую ввели в реакцию с азотной кислотой:
mII(р-ра Na2CO3) = (m(H2O) + m(р-ра Na2CO3)/1,2 · 0,8 = (400+127,2)/1,2 · 0,8 = 351,47 г.
mII(CO2) = ν · M = 0,8 · 44 = 35,2 г.
mII(конечного р-ра) = m(р-ра NaNO3) + mII(р-ра Na2CO3) − mII(CO2) = 300 + 351,47 − 35,2 = 616,27 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю нитрата натрия:
ω(NaNO3) = m(NaNO3)/mII(конечного р-ра) · 100% = 136/616,27 · 100% = 22,07%.

Задание №17

Растворимость безводного сульфита аммония при некоторой температуре составляет 58 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество сульфита аммония к 120 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток концентрированной азотной кислоты. При этом выделился бурый газ. К раствору во второй колбе добавили 120 г раствора соляной кислоты, также взятой в избытке. При этом объем газа, выделившегося из второй колбы, оказался в 4 раза меньше объема газа, выделившегося из первой колбы. (Объемы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю хлорида аммония в конечном растворе во второй колбе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Решение

Ответ: 12,56%

Пояснение:

Запишем уравнения протекающих реакций в первой (I) и во второй (II) колбах:
(NH4)2SO3 + 2HNO3 = (NH4)2SO4 + 2NO2 + H2O                  (I)
(NH4)2SO3 + 2HCl = 2NH4Cl + SO2 + H2O                           (II)

Вычислим массу сульфита аммония (y г) в исходном растворе:
58 г соли – 100 г воды;
y г соли – 120 г воды (плотность воды равна 1 г/мл);
y = 69,6 г.

Вычислим количество сульфита аммония:
ν((NH4)2SO3) = m/M = 69,6/116 = 0,6 моль.

Далее обратим внимание на то, что в первой реакции соотношение по молям сульфита аммония и газа равно 1:2, а во второй реакции – 1:1. По условию задачи соотношение объемов газов, которые выделились в реакциях (I) и (II), равно 4:1. Тогда пусть в первой реакции выделилось 4х моль газа, во второй колбе − х моль. Тогда по реакции (I) прореагировало 2x моль сульфита аммония, по реакции (II) – x моль сульфита аммония. Составим уравнение:
х + 2x = 0,6;
х = 0,2 моль сульфита аммония прореагировало во второй колбе,  
2x = 0,4 моль сульфита аммония прореагировало в первой колбе.

Количество хлорида аммония находим по стехиометрическому соотношению из второго уравнения.
По уравнению реакции (II) ν(NH4Cl) = 2νII((NH4)2SO3), следовательно,
ν(NH4Cl) = 0,2 · 2 = 0,4 моль.

Вычислим массу хлорида аммония:
m(NH4Cl) = ν · M = 0,4 · 53,5 = 21,4 г.

Масса раствора во второй колбе складывается из масс растворов сульфита аммония и соляной кислоты за вычетом сернистого газа. Обратим внимание на то, что масса раствора сульфита аммония во второй колбе пропорциональна количеству чистого вещества. Вычислим массы сернистого газа и части раствора сульфита аммония, которую ввели в реакцию с соляной кислотой:
mII(р-ра (NH4)2SO3) = (m(H2O) + m((NH4)2SO3)/0,6 · 0,2 = (120 + 69,6)/0,6 · 0,2 = 63,2 г,
m(SO2) = ν · M = 0,2 · 64 = 12,8 г.
mII(конечного р-ра) = m(р-ра HCl) + mII(р-ра (NH4)2SO3) − m(SO2) = 120 + 63,2 − 12,8 = 170,4 г.

Ответим на вопрос задачи и найдем массовую долю хлорида аммония:
ω(NH4Cl) = m(NH4Cl)/mII(конечного р-ра) · 100% = 21,4/170,4 · 100% = 12,56%.

Комментариев 5
  1. вероничка

    А в 12 задании при взаимодействии кислой соли(NaHCO3) и щелочи(Ba(OH)2) не может образоваться две средних соли?? и почему именно NaOH в продуктах

    • Сергей Широкопояс

      поскольку сказано, что гидроксида бария добавили избыток. Карбонат натрия не смог бы «выжить» в избытке гидроксида бария

  2. Марина Логинова

    Здравствуйте , подскажите , пожалуйста , как вы нашли массу второго раствора Na2CO3 в первой задаче
    Я поняла , что вы сложили массу воды и соли первоначального раствора , а затем вы разделили на 1,2•0,8

    Исходя из чего вы разделили на эти числа ?
    И что они под собой подразумевают ?
    Помогите , пожалуйста

  3. Савва

    Здравствуйте! В решении к задаче пять в 4 строке снизу должно быть — m(CaCO3)? Просто, когда числа пошли, там знак «-«. Спасибо!

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Благодарю за бдительность, исправлено.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.