Главная / Решение заданий ЕГЭ из банка ФИПИ / Задания 33 (C4). Расчет массовой доли химического соединения в смеси

Задания 33 (C4). Расчет массовой доли химического соединения в смеси

Условие
1

5F9C38

При растворении смеси меди и оксида меди (II) в концентрированной азотной кислоте выделилось 18,4 г бурого газа и было получено 470 г раствора с массовой долей соли 20%. Определите массовую долю оксида меди в исходной смеси.

Решение

Ответ: 65,22%

Пояснение:

При растворении меди и оксида меди (II) протекают следующие реакции:

Cu + 4HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O (I)

CuO + 2HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + H2O (II)

Бурый газ NO2 выделяется только при взаимодействии меди с концентрированной азотной кислотой. Найдем его количество по формуле:

ν = m/M,

где m – масса вещества [г], M – молярная масса вещества [г/моль].

M(NO2) = 46 г/моль

ν (NO2) = m(NO2)/M(NO2) = 18,4 г/46 г/моль = 0,4 моль.

По условию реакции (I):

νI(Cu(NO3)2) = ν(Cu) = 1/2ν(NO2),

следовательно,

νI(Cu(NO3)2) = ν(Cu) = 0,4 моль/2 = 0,2 моль.

Масса нитрата меди, образовавшегося за счет взаимодействия меди с концентрированной азотной кислотой:

mI(Cu(NO3)2) = M(Cu(NO3)2) . ν(Cu(NO3)2) = 188 г/моль . 0,2 моль = 37,6 г.

Масса вступившей в реакцию меди равна:

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

Общая масса содержащегося в растворе нитрата меди равна:

mобщ.(Cu(NO3)2) = w(Cu(NO3)2) . m(р−ра)/100% = 20% . 470г / 100% = 94 г.

Масса нитрата меди, образовавшегося при взаимодействии оксида меди с концентрированной азотной кислотой (II):

mII(Cu(NO3)2) = m(смесь) – mI(Cu(NO3)2) = 94 г – 37,6 г = 56,4 г.

Количество нитрата меди, образовавшегося при взаимодействии оксида меди с концентрированной азотной кислотой (II):

νII(Cu(NO3)2) = mII(Cu(NO3)2) /MII(Cu(NO3)2) = 56,4 г/188 г/моль = 0,3 моль

По условию реакции:

(II) νII(Cu(NO3)2) = ν(CuO) = 0,3 моль.

m(CuO) = M(CuO) . ν(CuO) = 80 г/моль . 0,3 моль = 24 г

m(смеси) = m(CuO) + m(Cu) = 24 г + 12,8 г = 36,8 г

Массовая доля оксида меди в смеси равна:

w(CuO)% = m(CuO)/m(смеси).100% = 24 г / 36,8 г . 100% = 65,22%

2

A82185

Определите массовую долю карбоната натрия в растворе, полученном кипячением 150 г 8,4%-ного раствора гидрокарбоната натрия. Какой объем 15,6%-ого раствора хлорида бария (плотностью 1,11 г/мл) прореагирует с полученным карбонатом натрия? Испарением воды можно пренебречь.

Решение

Ответ: 5,42 %, 90 мл

Пояснение:

Разложение гидрокарбоната натрия в растворе описывается реакцией:

2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2↑ + H2O

Массовая доля растворенного вещества рассчитывается по формуле:

w(в-во)% = m(в-ва)/m(р−ра).100%,

где m(в-ва) – масса растворенного вещества, m(р−ра) – масса раствора).

Вычислим массу растворенного гидрокарбоната натрия (NaHCO3):

M(NaHCO3) = m(р−ра).w(NaHCO3)/100% = 150 г . 8,4%/100% = 12,6 г

ν(NaHCO3) = m(NaHCO3)/M(NaHCO3) = 12,6 г/84 г/моль = 0,15 моль

По уравнению реакции:

ν(Na2CO3) = ν(CO2)= 1/2ν(NaHCO3) = 0,15 моль/2 = 0,075 моль

m(Na2CO3) = M(Na2CO3) . ν(Na2CO3) = 106 г/моль . 0,075 моль = 7,95 г.

m(CO2) = M(CO2) . ν(CO2) = 44 г/моль . 0,075 моль = 3,3 г.

Так как испарением воды можно пренебречь, массу образовавшегося после разложения гидрокарбоната натрия находим, вычитая из массы исходного раствора массу углекислого газа:

m(р−ра) = m(исх.р−ра) — m(CO2) = 150 г – 3,3 г = 146,7 г

Массовая доля карбоната натрия равна:

w(Na2CO3)% = m(Na2CO3)/m(р−ра).100% = 7,95 г/146,7 г.100% = 5,42%

Реакция взаимодействия растворов хлорида бария и карбоната натрия описывается уравнением:

BaCl2 + Na2CO3 → BaCO3↓ + 2NaCl

По уравнению реакции:

ν(BaCl2) = ν(Na2CO3)= 0,075 моль, следовательно

m(BaCl2) = M(BaCl2) . ν(BaCl2) = 208 г/моль . 0,075 моль = 15,6 г

Масса раствора хлорида бария равна:

m(р−ра BaCl2) = m(BaCl2)/w(BaCl2).100% = 15,6 г/15,6%. 100% = 100 г

Объем раствора рассчитывается по формуле:

V(р−ра) = m(р−ра)/ρ(р−ра), где ρ(р−ра) – плотность раствора.

V(р−ра BaCl2) = m(р−ра BaCl2)/ρ(р−ра)

V(р−ра BaCl2) = 100 г/1,11 г/мл = 90 мл

3

6F3E09

В каких массовых соотношениях следует смешать 10%-ные растворы гидроксида натрия и серной кислоты для получения нейтрального раствора сульфата натрия? Чему равна массовая доля соли в таком растворе?

Решение

Ответ: m(р−ра H2SO4)/m(р−ра NaOH) = 1,225; w(Na2SO4) = 8%Пояснение:

Взаимодействие растворов гидроксида натрия и серной кислоты с образованием средней соли (нейтрального раствора) протекает по схеме:

2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + H2O

Массы гидроксида натрия и серной кислоты равны:

m(NaOH) = 0,1m(р−ра NaOH); m(H2SO4) = 0,1m(H2SO4)

Соответственно, количества гидроксида натрия и серной кислоты равны:

ν(NaOH) = m(NaOH)/M(NaOH) = 0,1m(р−ра NaOH)/40 г/моль

ν(H2SO4) = m(H2SO4)/M(H2SO4) = 0,1m(р−ра H2SO4)/98 г/моль

По уравнению реакции ν(H2SO4) = 1/2ν(NaOH), поэтому

0,1m(р-ра H2SO4)/98 = ½ . 0,1m(р-ра NaOH)/40

m(р-ра H2SO4)/m(р-ра NaOH) = 98/2/40 = 1,225

По уравнению реакции

ν(H2SO4) = ν(Na2SO4), поэтому

ν(Na2SO4) = 0,1m(р-ра H2SO4)/98 г/моль

m(Na2SO4) = 0,1m(р-ра H2SO4)/98 г/моль . 142 г/моль = 0,145 m(р-ра H2SO4)

m(р-ра H2SO4) = 1,225 . m(р-ра NaOH)

Масса получившегося раствора сульфата натрия равна:

m(р-ра Na2SO4) = m(р-ра H2SO4) + m(р-ра NaOH) = 2,225 m(р-ра NaOH) = 2,225(р-ра H2SO4)/1,225

w(Na2SO4)% = 0,145 m(р-ра H2SO4) . 1,225/2,225 m(р-ра H2SO4).100% = 8,0%

4

CD3E12

Сколько литров хлора (н.у.) выделится, если к 200 мл 35%-ной соляной кислоты (плотностью 1,17 г/мл) добавить при нагревании 26,1 г оксида марганца (IV)? Сколько граммов гидроксида натрия в холодном растворе прореагирует с этим количеством хлора?

Решение

Ответ: V(Cl2) = 6,72 л; m(NaOH) = 24 г

Пояснение:

При добавлении соляной кислоты к оксиду марганца (IV) протекает реакция:

MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O

Вычислим массы хлороводорода и массу соляной кислоты в растворе:

m(р−ра 35%-ной HCl) = V(р−ра HCl) . ρ(р−ра HCl) = 200 мл . 1,17 г/мл = 234 г

m(HCl) = M(HCl) . w(HCl)%/100% = 234 г . 35%/100% = 81,9 г

Отсюда количество HCl:

ν(HCl) = m(HCl)/M(HCl) = 81,9 г/36,5 г/моль = 2,244 моль

Количество оксида марганца (IV):

ν(MnO2) = m(MnO2)/M(MnO2) = 26,1 г/87 г/моль = 0,3 моль

По уравнению реакции ν(MnO2) = ¼ ν(HCl), а по условию ν(MnO2) < ¼ν(HCl), следовательно, MnO2 – вещество в недостатке, полностью прореагирует с соляной кислотой.

По уравнению реакции ν(MnO2) = ν(Cl2) = 0,3 моль, поэтому объем выделившегося при н.у. хлора равен:

V(Cl2) = Vm . ν(Cl2) = 22,4 л/моль . 0,3 моль = 6,72 л

В холодном растворе щелочь взаимодействует с хлором с образованием гипохлорита (NaClO) и хлорида (NaCl) натрия (реакция диспропорционирования):

Cl2 + 2NaOH → NaClO + NaCl + H2O

По уравнению реакции ν(Cl2) = ½ ν(NaOH), поэтому ν(NaOH) = 0,3 моль . 2 = 0,6 моль

Масса гидроксида натрия, прореагировавшего с хлором в холодном растворе, равна:

m(NaOH) = M(NaOH) . ν(NaOH) = 40 г/моль . 0,6 моль = 24 г

5

EC4353

Смесь меди и оксида меди (II) может прореагировать с 219 г 10%-ного раствора соляной кислоты или 61,25 г 80%-ного раствора серной кислоты. Определите массовую долю меди в смеси.

Решение

Ответ: 21%

Пояснение:

Поскольку медь стоит в ряду активностей металлов правее водорода, соляная кислота с ней не взаимодействует. HCl реагирует только с оксидом меди (II) с образованием соли и воды:

CuO plus 2HCl

C 80%-ным раствором серной кислоты взаимодействует и медь, и оксид меди (II):

CuO plus 2H2SO4 conc.
CuO plus 2H2SO4 conc. 2

Вычислим массу и количество вещества HCl, которая реагирует с CuO:

m(HCl) ravno m(r-ra) umnojit na omega 2
v(HCl) ravno m(HCl) razdelit na M(HCl)следовательно, количество CuO, реагирующее с HCl:
v(CuO ravno 05v(HCl) 3

Вычислим массу и количество вещества H2SO4:

mH2SO4-ravno-mp-pa 2
v(H2SO4) ravno m(H2SO4)

Поскольку в реакции оксида меди с серной кислотой

ν(H2SO4) ravno ν(CuO) ravno 0,3 моль,

следовательно, на реакцию с Cu уходит 0,2 моль H2SO4 и количество вещества меди будет равно:

ν(CuO) ravno 05ν(H2SO4)

Массы веществ равны:

m(CuO) ravno M(CuO) umnojit na n(CuO)
mCu ravnoMCunCu

Следовательно, массовая доля меди в исходной смеси

omegaCu ravno mCun razdelit na mSmesi

6

BA397C

При взаимодействии 5,6 г гидроксида калия с 5,0 г хлорида аммония получили аммиак. Его растворили в 50 г воды. Определите массовую долю аммиака в полученном растворе. Определите объем 10%-ного раствора азотной кислоты с плотностью 1,06 г/мл, который потребуется для нейтрализации аммиака.

Решение

Ответ: ω(NH3)% = 3,1%; V(р−ра HNO3) = 55,5 мл

Пояснение:

В результате обменной реакции гидроксида калия с хлоридом аммония выделяется аммиак и образуются хлорида калия и вода:

KOH + NH4Cl → KCl + NH3↑ + H2O

Вычислим количества реагирующих KOH и NH4Cl:

nKOH i nNH4Cl

По уравнению реакции KOH и NH4Cl реагируют в равных количествах, а по условию задачи ν(KOH) > ν(NH4Cl). Следовательно, хлорид аммония реагирует полностью, и образуется 0,09346 моль аммиака.

Массовая доля аммиака в полученном растворе рассчитывается по формуле:

omega NH3 BA397C

Аммиак реагирует с азотной кислотой по реакции:

HNO3 + NH3 → NH4NO3

Следовательно, с аммиаком реагирует равное количество азотной кислоты, т.е.

n NH3 ravno n HNO3 ravno,

следовательно, масса прореагировавшей азотной кислоты равна:

m HNO3 ravno M HNO3 umnozhit na n HNO3

Масса раствора азотной кислоты равна:

m rastvora HNO3

Объем 10%-ного раствора азотной кислоты равен:

V rastvora HNO3

7

88BC7D

Хлорид фосфора (V) массой 4,17 г полностью прореагировал с водой. Какой объем раствора гидроксида калия с массовой долей 10% (плотностью 1,07 г/мл) необходим для полной нейтрализации полученного раствора?

Решение

Ответ: V(р−ра KOH) = 84 мл

Пояснение:

Хлорид фосфора (V) полностью гидролизуется с образованием ортофосфорной кислоты и хлороводорода:

PCl5 plus H2O

Образовавшиеся ортофосфорную и соляную кислоты нейтрализуют раствором гидроксида калия, при этом образуются средние соли:

H3PO4 plus 3KOH
KOH plus HCl

Вычислим количество вещества хлорида фосфора (V), вступающего в реакцию с водой:

nju ravno mPCl5 razdelit na MPCl5, следовательно, (по уравнению реакции) образуются

nju H3PO4 ravno 002 mol и nju HCl ravno 01 mol(в 5 раз больше ν(PCl5)).

Для нейтрализации ортофосфорной кислоты необходимо 0,06 моль KOH, а для нейтрализации соляной кислоты 0,1 моль KOH.

Следовательно, общее количество щелочи, необходимое для нейтрализации раствора кислот, равно .
Масса щелочи равна:

mKOH ravno MKOH umnozhit Na njuKOH

Масса раствора щелочи равна:

mr-ra KOH ravno mKOH razdelit na MKOH

Объем 10%-ного раствора щелочи равен:

Vr-ra KOH ravno mKOH razdelit na MKOH

8

0CDE4B

При сливании 160 г 10%-ного раствора нитрата бария и 50 г 11%-ного раствора хромата калия выпал осадок. Рассчитайте массовую долю нитрата бария в образовавшемся растворе.

Решение

Ответ: ω(Ba(NO3)2) = 4,24%

Пояснение:

В обменной реакции при взаимодействии нитрата бария с хроматом калия образуется нитрат калия, и выпадает осадок – хромат бария:

Ba(NO3)2 + K2CrO4 → BaCrO4↓ + 2KNO3

Вычислим массы и количества реагирующих нитрата бария и хромата калия:

mBaNO3 2 ravno 160 g umnozhit na 10 razdelit na 100 ravno 16 g
njuBaNO3 2 ravno 16 g razdelit na 261 g na mol

По уравнению реакции соли Ba(NO3)2 и K2CrO4 реагируют 1 к 1, по условию задачи ν(Ba(NO3)2) > ν(K2CrO4), следовательно, хромат калия в недостатке и полностью реагирует.

Вычислим количество и массу нитрата бария, оставшегося после реакции:

njuBaNO3 2 i mBaNO3 3

Так как в осадок выпадает хромат бария, масса раствора, полученного сливанием растворов нитрата бария и хромата калия, равна:

mr-ra ravno mr-ra BaNO3 2 pljus mK2CrO4 minus mBaCrO4

Вычислим массу хромата бария, выпавшего в осадок:

mBaCrO4 ravno MBaCrO4 umnozhit na njuBaCrO4

Тогда масса раствора равна:

mr-ra ravno 160 g pljus 50 g minus 7 i 17

Находим массовую долю нитрата бария в полученном растворе:

omegaBaNO3 2 ravno mBaNO3 2 razdelit' na mr-ra

9

4867A7

Если смесь хлоридов калия и кальция добавить к раствору карбоната натрия, то образуется 10 г осадка. Если ту же смесь добавить к раствору нитрата серебра, то образуется 57,4 г осадка. Определите массовую долю хлорида калия в исходной смеси.

Решение

Ответ: ω(KCl) = 57,3%

Пояснение:

В обменную реакцию с карбонатом натрия вступает хлорид кальция, в результате чего выпадает осадок карбонат кальция:

CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl (I)

Хлорид калия с карбонатом натрия не реагирует.

Следовательно, масса выпавшего в осадок карбоната кальция равна 10 г. Вычислим его количество вещества:

njuCaCO3 ravno mCaCO3 razdelit' na mCaCO3 razdelit'

В обменную реакцию с нитратом серебра вступают оба хлорида:

CaCl2 + 2AgNO3 → 2AgCl↓ + Ca(NO3)2 (II)

KCl + AgNO3 → AgCl↓ + KNO3 (III)

Вычислим общее количество вещества хлорида серебра:

njuAgCl ravno mAgCl razdelit' na MCaCO3 ravno 57i4 razdelit' na 43i5 ravno 0i4 mol' 2

По реакции (II)njuAgCl ravno 2njuCaCl2, поэтому njuAgCl ravno 0i2 mol' и njuIIIAgCl ravno 0i2 mol'

По реакции (III) njuIIIAgCl ravno njuKCl, следовательно, njuKCl ravno 0i2 mol'

Масса хлорида калия в исходной смеси равна:

mKCl ravno MKCl umnozhit' na njuKCl ravno 74i5 umnozhit' na 0i2 ravno 14i9

Вычислим массовую долю хлорида калия в смеси:

omegaKCl ravno mKCl razdelit' na msmesi ravno 14i9 razd na 26 umn na 100proc ravno 57i3

10

B83729

Смесь натрия и оксида натрия растворили в воде. При этом выделилось 4,48 л (н.у.) газа и образовалось 240 г раствора с массовой долей гидроксида натрия 10%. Определите массовую долю натрия в исходной смеси.

Решение

Ответ: ω(KCl) = 59,74%

Пояснение:

При взаимодействии оксида  натрия с водой образуется щелочь, а при взаимодействии натрия с водой образуется щелочь, и выделяется водород:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑ (I)

Na2O + H2O → 2NaOH (II)

Вычислим количество вещества водорода, выделяющегося при взаимодействии натрия с водой:

njuH2 ravno VH2 razd naVm ravno 4i48 razd 22i4 ravno 0i2 mol'

По уравнению реакции (I) ν(Na) = ν(NaOH) = 2ν(H2) = 0,4 моль, следовательно, масса натрия, реагирующего с водой, и масса щелочи, образующейся в результате реакции (I), равны:

m(Na) = 23 г/моль · 0,4 моль = 9,2 г и mI(NaOH) = 40 г/моль · 0,4 моль = 16 г

Вычислим общую массу щелочи в растворе:

mNaOH ravno mr-raNaOH umn na omegaNaOH razd 100 proc ravno 240 umn 10 razd 100 ravno 24 g

Масса и количество вещества щелочи, образующейся по реакции (II), равны:

mII(NaOH) = 24 г – 16 г = 8 г

njuII NaOH ravno mII NaOH razd MNaOH ravno 8g razd na 40 g-mol' ravno 0i2 mol'

По уравнению реакции (II) ν(Na2O) = 1/2νII(NaOH), следовательно,

ν(Na2O) = 0,2 моль/2 = 0,1 моль

m(Na2O) = M(Na2O) · ν(Na2O) = 62 г/моль · 0,1 моль = 6,2 г

Вычислим массу исходной смеси, состоящую из натрия и оксида натрия:

m(смеси) = m(Na) + m(Na2O) = 9,2 г + 6,2 г = 15,4 г

Массовая доля натрия в смеси равна:

omegaNa ravno mNa razd msmesi umn 100 proc ravno 9i2 razd 15i4 umn 100 proc ravno 59i74

11

BC38F4

Смесь карбоната натрия и гидрокарбоната натрия может прореагировать с 73 г 20%-ного раствора соляной кислоты и 80 г 10%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю карбоната натрия в исходной смеси.

Решение

Ответ: ω(Na2CO3) = 38,7%

Пояснение:

Взаимодействие карбоната и гидрокарбоната натрия с соляной кислотой протекает по реакциям:

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

NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2↑ + H2O (II)

С гидроксидом натрия реагирует гидрокарбонат натрия с образованием средней соли:

NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O (III)

Вычислим массу и количество вещества NaOH, реагирующего по реакции (III):

m(NaOH)=80 г*0,1 = 8 г

njuNaOH ravno mNaOH razd MNaOH ravno 8 razd 40 ravno 0i2 mol', следовательно, по реакции (III) реагирует 0,2 моль NaHCO3, так как νIII(NaHCO3) = ν(NaOH).

Вычислим общие массу и количество вещества HCl, реагирующей по реакциям (I) и (II):

mHCl ravno omegaHCl umn mr-raHCl razd 100 proc ravno 20 umn 73 razd 100 ravno 14i6 g

v(HCl) = m(HCl)/M(HCl) = 14,6 г/36,5 г/моль = 0,4 моль

По уравнению реакции (II) νII(NaHCO3) = νII(HCl), следовательно, с гидрокарбонатом натрия реагирует 0,2 моль HCl. Тогда с карбонатом натрия по реакции (I) взаимодействует

νI(HCl) = 0,4 моль – 0,2 моль = 0,2 моль.

По уравнению реакции (I) ν(Na2CO3) = 1/2ν(HCl) = 0,2 моль/2 = 0,1 моль.

Вычислим массы гидрокарбоната и карбоната натрия в исходной смеси:

m(NaHCO3) = M(NaHCO3) · ν(NaHCO3) = 84 г/моль · 0,2 моль = 16,8 г

m(Na2CO3) = M(Na2CO3) · ν(Na2CO3) = 106 г/моль · 0,1 моль = 10,6 г

Масса исходной смеси солей равна:

m(смеси) = m(NaHCO3) + m(Na2CO3) = 16,8 г + 10,6 г = 27,4 г

Массовая доля карбоната натрия равна:

omegaNa2CO3 ravno mNa2CO3 razd mSmesi ravno 10i6 razd 27i4 umn 100 proc ravno 38i7 proc

12

22D702

Смесь сульфида алюминия и алюминия обработали водой, при этом выделилось 6,72 л (н.у.) газа. Если эту же смесь растворить в избытке раствора гидроксида натрия, то выделится 3,36 л (н.у.) газа. Определите массовую долю алюминия в исходной смеси.

Решение

Ответ: ω(Al) = 15,25 % 

Пояснение:

При обработке смеси сульфида алюминия и алюминия с водой реагирует только сульфид алюминия:

Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ (I)

В результате данного взаимодействия образуется сероводород, количество вещества которого составляет:

n(H2S) = V(H2S)/Vm = 6,72/22,4 = 0,3 моль,

Количество выделившегося сероводорода зависит только от массы сульфида алюминия (от количества металлического алюминия не зависит). Поэтому, исходя из уравнения I можно сделать вывод о том, что:

n(Al2S3) = n(H2S) ⋅ 1/3, где 1 — коэффициент перед Al2S3 , а 3 — коэффициент перед H2S. Тогда:

n(Al2S3) = 0,3 ⋅ 1/3 = 0,1 моль.

Следовательно:

m(Al2S3) = n(Al2S3) ⋅ M(Al2S3) = 0,1 ⋅ 150 г = 15 г;

При взаимодействии этой же смеси в избытке раствора гидроксида натрия газ выделяется только при взаимодействии гидроксида натрия с алюминием:

Al2S3 + 8NaOH → 2Na[Al(OH)4] + 3Na2S (II)

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ (III)

Вычислим количество водорода, выделяющегося при взаимодействии алюминия с раствором NaOH:

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

По уравнению реакции (III) n(Al) = nIII(H2) ⋅ 2/3, следовательно, n(Al) = 0,1 моль

Масса алюминия равна:

m(Al) = M(Al) · n(Al) = 27 г/моль · 0,1 моль = 2,7 г

Следовательно масса исходной смеси:

m(смеси) = m(Al2S3) + m(Al) = 15 г + 2,7 г = 17,7 г.

Массовая доля алюминия в исходной смеси равна:

ω(Al) = 100% ⋅ 2,7/17,7 = 15,25 %

13

B360A6

На полное сжигание смеси углерода и диоксида кремния израсходовали кислород массой 22,4 г. Какой объем 20%-ного раствора гидроксида калия (ρ = 1,173 г/мл) может прореагировать с исходной смесью, если известно, что массовая доля углерода в ней составляет 70%?

Решение

Ответ: 28,6 мл

Пояснение:

Диоксид кремния не реагирует с кислородом. При сжигании углерода образуется углекислый газ:

C + O2 → CO2

Вычислим количество вещества углерода, участвующего в горении:

njuO2 ravno mO2 razd MO2

По уравнению реакции ν(O2) = ν(C), следовательно, ν(C) = 0,7 моль

Вычислим массу сгоревшего углерода:

m(C) = M(C) · ν(C) = 12 г/моль · 0,7 моль = 8,4 г

Вычислим массу исходной смеси углерода и диоксида кремния:

msmesi ravno mC razd wC umn 100 proc ravno 8i4 g razd 70 proc umn 100 proc ravno 12 г

Вычислим массу и количество вещества диоксида кремния:

m(SiO2) = m(смеси) – m(C) = 12 г – 8,4 г = 3,6 г

njuSiO2 ravno mSiO2 razd MSiO2 ravno 3i6 razd na 60 ravno 0i06 mol'

С щелочью взаимодействуют только диоксид кремния:

2KOH + SiO2 → K2SiO3 + H2O

В результате этой реакции расходуется щелочь в количестве:

ν(KOH) = 2 · 0,06 моль  = 0,12 моль

m(KOH) = M(KOH) · ν(KOH) = 56 г/моль · 0,12 моль = 6,72 г

Вычислим массу и объем раствора щелочи KOH:

mr-ra-KOH-ravno-mKOH-razd-wKOH-umn-100-proc-ravno-85i12-razd-20-umn-100-ravno-425i6-g 3
Vr-ra-KOH-ravno-mr-ra-KOH-razd-ro-r-ra-KOH-ravno-425i6-razd-1i173-ravno-363-ml 2

14

C2EB6F

Смесь гидрокарбоната и карбоната калия с массовой долей карбоната в ней 73,4% может прореагировать с 40 г 14%-ного раствора гидроксида калия. Исходную смесь обработали избытком раствора серной кислоты. Какой объем (н.у.) газа выделяется при этом?

Решение

Ответ: V(CO2) = 6,72 л

Пояснение:

С щелочью может реагировать только кислая соль – гидрокарбонат калия:

KHCO3 + KOH → K2CO3 + H2O

Вычислим массу и количество вещества гидроксида калия:

mKOH ravno mr-ra KOH umn wKOH razd 100 proc ravno 40 umn 14 razd 100 ravno 5i6 g
njuKOH ravno mKOH razd MKOH ravno 5i6 razd 56 ravno 0i1 mol img-responsive

По уравнению реакции ν(KOH) = ν(KHCO3), следовательно, ν(KHCO3) = 0,1 моль

Масса гидрокарбоната калия в смеси равна:

m(KHCO3) = M(KHCO3) · ν(KHCO3) = 100 г/моль · 0,1 моль = 10 г

Массовая доля гидрокарбоната в смеси солей

ω(KHCO3) = 100% − ω(K2CO3) = 100% − 73,4% = 26,6%

Вычислим массу смеси солей:

msmesi ravno mKHCO3 razd wKHCO3 umn 100 proc ravno 10 razd 26i6 umn 100 ravno 37i6 g

Вычислим массу и количество вещества карбоната натрия:

mK2CO3 msmesi umn wK2CO3 razd 100 ravno 37i6 umn 73i4 razd 100 ravno 27i6 g
njuK2CO3 razd MK2CO3 ravno 27i6 razd 138 ravno 0i2 mol'

При взаимодействии солей карбоната и гидрокарбоната калия с избытком серной кислоты образуется кислая соль – гидросульфат калия:

KHCO3 + H2SO4 → KHSO4 + CO2↑ + H2O

K2CO3 + 2H2SO4 → 2KHSO4 + CO2↑ + H2O

Общее количество и объем выделяющегося углекислого газа равны:

ν(CO2) = 0,2 моль + 0,1 моль = 0,3 моль

V(CO2) = Vm · ν(CO2) = 22,4 л/моль  ·0,3 моль = 6,72 л

15

D977E1

Смесь магниевых и цинковых опилок обработали избытком разбавленной серной кислоты, при этом выделилось 22,4 л (н.у.) водорода. Если такую же массу смеси обработать избытком раствора гидроксида натрия, то выделится 13,44 л (н.у.) водорода. Рассчитайте массовую долю магния в исходной смеси.

Решение

Ответ: 19,75%

Пояснение:

При обработке смеси магниевых и цинковых опилок разбавленной серной кислотой выделяется водород:

Zn + H2SO4(разб.) → ZnSO4 + H2↑ (I)

Mg + H2SO4(разб.) → MgSO4 + H2↑ (II)

С избытком раствора NaOH реагирует только Zn (амфотерный металл):

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

Вычислим количество водорода, выделяющегося по реакции (III):

njuIIIH2 ravno VH2 razd Vm ravno 13i44 razd 22i4 ravno 0i6 mol'

По уравнению реакции (III) νIII(H2) = ν(Zn), следовательно, ν(Zn) = 0,6 моль

Масса цинка равна:

m(Zn) = M(Zn) · ν(Zn) = 65 г/моль · 0,6 моль = 39 г

По уравнениям реакции (I) и (II) νI(H2) = ν(Zn) и νII(H2) = ν(Mg), общее количество выделившегося водорода равно:

njuIplusIIH2 ravno VH2 razd Vm ravno 22i4 razd 22i4 ravno 1 mol'

Следовательно, количество водорода, выделившегося по реакции (II):

νII(H2) = ν(Mg) = 1 моль – 0,6 моль = 0,4 моль

Масса магния равна:

m(Mg) = M(Mg) · ν(Mg) = 24 г/моль · 0,4 моль = 9,6 г

Вычислим массу магния и цинка:

m(смеси) = m(Mg) + m(Zn) = 9,6 г + 39 г = 48,6 г

Массовая доля магния в исходной смеси равна:

wMg ravno mMg razd msmesi umn 100 proc ravno 9i6 razd 48i6 umn 100 proc ravno 19i75 proc

16

927400

В избытке кислорода сожгли 8 г серы. Полученный газ пропустили через 200 г 8%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовые доли солей в полученном растворе.

Решение

Ответ: ω(NaHSO3) ≈ 4,81%; ω(Na2SO3) ≈ 8,75%

Пояснение:

При горении серы в избытке кислорода образуется диоксид серы:

S + O2 → SO2 (I)

Вычислим количество вещества сгоревшей серы:

927400 1

По уравнению реакции ν(S) = ν(SO2), следовательно, ν(SO2) = 0,25 моль

Масса выделившегося диоксида серы равна:

m(SO2) = M(SO2) · ν(SO2) = 64 г/моль · 0,25 моль = 16 г

Вычислим массу и количество вещества гидроксида натрия:

927400 2
927400 3

Реакция между щелочью и NaOH протекает ступенчато: сначала образуется кислая соль, затем она превращается в среднюю:

NaOH + SO2 → NaHSO3 (II)

NaHSO3 + NaOH → Na2SO3 + H2O (III)

Поскольку ν(NaOH) > ν(SO2) и ν(NaOH) < 2ν(SO2), следовательно, образуются средняя и кислая соли.

В результате реакции (II) образуется ν(NaHSO3) = 0,25 моль, и остается ν(NaOH) = 0,4 моль – 0,25 моль = 0,15 моль.

При взаимодействии гидросульфата натрия и щелочи (реакция (III)) образуется сульфит натрия количеством вещества ν(Na2SO3) = 0,15 моль, и остается ν(NaHSO3) = 0,25 моль – 0,15 моль = 0,1 моль.

Вычислим массы гидросульфита и сульфита натрия:

m(NaHSO3) = M(NaHSO3) · ν(NaHSO3) = 104 г/моль · 0,1 моль = 10,4 г

m(Na2SO3) = M(Na2SO3) · ν(Na2SO3) = 126 г/моль · 0,15 моль = 18,9 г

Масса раствора, полученного пропусканием диоксида серы через раствор щелочи, равна:

m(р−ра) = m(р−ра NaOH) + m(SO2) = 200 г + 16 г = 216 г

Массовые доли солей в полученном растворе равны:

927400 4
927400 5

17

3115A3

Смесь алюминиевых и железных опилок обработали избытком разбавленной соляной кислоты, при этом выделилось 8,96 л (н.у.) водорода. Если такую же массу смеси обработать избытком раствора гидроксида натрия, то выделится 6,72 л (н.у.) водорода. Рассчитайте массовую долю железа в исходной смеси.

Решение

Ответ: ω(Fe) ≈ 50,91%

Пояснение:

Реакции алюминиевых и железных опилок в избытке разбавленной соляной кислоты протекают с выделением водорода и образованием солей:

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑ (I)

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑ (II)

С раствором щелочи реагируют только алюминиевые опилки, в результате чего образуются комплексная соль и водород:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ (III)

Вычислим количество вещества водорода, выделяющегося по реакции (III):

3115A3 1

Вычислим количество вещества водорода, выделяющегося по реакциям (I) + (II):

3115A3 2

По уравнению реакции (III) νIII(Al) = 2/3νIII(H2), следовательно, νIII(Al) = 2/3 · 0,3 моль = 0,2 моль.

Масса алюминиевых опилок равна:

m(Al) = M(Al) · ν(Al) = 27 г/моль · 0,2 моль = 5,4 г

По уравнению реакции (II) νII(Al) = 2/3νII(H2), следовательно, νII(H2) = 3/2 · 0,2 моль = 0,3 моль

Количество вещества водорода, выделяющегося по реакции (I), равно:

νI(H2) = νI+II(H2) – νII(H2) = 0,4 моль – 0,3 моль = 0,1 моль.

По уравнению реакции (I) νI(Fe) = νI(H2), следовательно, νI(Fe) = 0,1 моль

Масса железных опилок равна:

m(Fe) = M(Fe) · ν(Fe) = 56 г/моль · 0,1 моль = 5,6 г

Масса железных и алюминиевых опилок равна:

m(опилок) = m(Al) + m(Fe) = 5,4 г + 5,6 г = 11 г

Массовая доля железа в исходной смеси равна:

3115A3 3

комментариев 8
  1. Ирина

    Сергей Иванович, задачу 12
    22D702 из раздела «ЗАДАНИЯ 33 (C4). РАС­ЧЕ­Т МАССОВОЙ ДОЛИ ХИ­МИ­ЧЕ­СКО­ГО СОЕДИНЕНИЯ В СМЕСИ» я решила также как и вы, учитывая взаимодействие алюминия с водой. Но на форуме сайта «Сеть творческих учителей» дается такое решение этой задачи: При обработке смеси водой сульфид алюминия гидролизуется и выделяется сероводород:
    Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S

    При обработке смеси избытком щелочи протекают две реакции:
    2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2 и
    Al2S3 + 8NaOH = 2Na[Al(OH)4] + 3Na2S
    Но газ выделяется только в первой из них.

    Далее — просто расчет по уравнениям реакций, нахождение массы смеси и массовой доли. А разницу в объёмах газов объясняют тем, что сульфида алюминия в смеси больше, чем алюминия. Ответьте, пожалуйста, какой расчет считать верным?

    • Сергей Широкопояс

      Здравствуйте, Ирина. Внимательно прочитал еще раз условие задачи и пришел к выводу, что, по всей видимости, правильным будет другое решение. Алюминий действительно реагирует с водой, но для этого с него предварительно нужно снять защитную оксидную пленку, что можно сделать механически либо же обработкой раствором соли ртути или щелочи. В условии задачи об этом ничего не сказано. Значит правильным будет считать, что алюминий с водой не реагирует.
      Спасибо за ценный комментарий, в ближайшее время поправлю решение задачи.

  2. Ирина

    Сергей Иванович, спасибо за пояснение.

    • Сергей Широкопояс

      Не за что. Вам спасибо

  3. Ольга Ивановна

    Я считаю, что в решении задачи нужно учитывать взаимодействие алюминия с водой. Иначе задача получается слишком простой.

    • Сергей Широкопояс

      Укажите, пожалуйста, номер задания

  4. Ольга Ивановна

    Задача 12 22D702

  5. Ольга Ивановна

    Сергей Иванович, спасибо за сайт. Очень помогает при подготовке обучающихся к ЕГЭ и к урокам

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.