химия - Академия

НАЧАЛЬНОЕ И СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Ю.М.ЕРОХИН
ХИМИЯ
ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ
Рекомендовано
Федеральным государственным автономным учреждением
«Федеральный институт развития образования»
для использования в учебном процессе
образовательных учреждений, реализующих программы
общего образования по профессиям начального
профессионального образования и специальностям
среднего профессионального образования
Регистрационный номер рецензии 350
от 24 октября 2011 г. ФГАУ «ФИРО»
2-е издание, стереотипное
УДК 159.9(075.32)
ББК 88я723
Е782
Рецензент —
преподаватель химии Колледжа сферы услуг № 10
города Москвы Н.М.Бенкина
Е782
Ерохин Ю.М.
Химия : задачи и упражнения : учеб. пособие / Ю.М.Ерохин. — 2-е изд., стер. — М. : Издательский центр «Академия», 2014. — 288 с.
ISBN 978-5-4468-0609-6
Предложены задачи и упражнения различной степени сложности,
а также вопросы для контроля за усвоением материала по основным разделам курса химии. Даны примеры решения типовых заданий, приведены варианты итоговых контрольных работ. Вместе с учебником «Химия»
и учебным пособием «Сборник тестовых заданий по химии» составляет
учебно-методический комплект.
Для обучающихся в учреждениях начального и среднего профессионального образования. Может быть полезно учащимся старших классов
и преподавателями химии средних общеобразовательных учреждений.
УДК 159.9(075.32)
ББК 88я723
Оригинал-макет данного издания является собственностью
Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом
без согласия правообладателя запрещается
ISBN 978-5-4468-0609-6
© Ерохин Ю.М., 2012
© Образовательно-издательский центр «Академия», 2012
© Оформление. Издательский центр «Академия», 2012
УВАЖАЕМЫЙ ЧИТАТЕЛЬ!
Данное учебное пособие предназначено для изучения общеобразовательной дисциплины «Химия» и является частью учебнометодического комплекта, обеспечивающего реализацию образовательной программы среднего (полного) общего образования
с учетом профиля получаемого профессионального образования.
Учебно-методический комплект по общеобразовательной дисциплине – это основная и дополнительная литература, позволяющая освоить эту дисциплину. Предлагаемый комплект состоит
из учебника «Химия» и учебных пособий «Химия: задачи и
упражнения» и «Сборник тестовых заданий по химии». Эти учебные издания созданы на основе единого подхода к структуре и
форме изложения учебного материала. Важно отметить, что каждое из изданий имеет самостоятельную ценность и может быть
использовано для методического обеспечения различных образовательных программ.
При разработке учебно-методического комплекта были учтены требования Государственного образовательного стандарта
среднего (полного) общего образования с учетом профиля получаемого профессионального образования.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебное пособие «Химия: задачи и упражнения» является необходимой составляющей учебно-методического комплекта,
включающего также учебник «Химия» и «Сборник тестовых заданий по химии». Учебник «Химия» в 2008 г. был существенно
переработан и дополнен материалом, учитывающим профиль получаемого профессионального образования, в соответствии с примерной программой учебной дисциплины «Химия» для профессий начального профессионального образования и специальностей среднего профессионального образования.
Цель данного учебного издания — способствовать успешному
усвоению курса химии, развитию логических способностей обучающихся. Система заданий в пособии выстроена в полном соответствии с последовательностью изложения материала в учебнике «Химия». Предложены контрольные вопросы, требующие
развернутого ответа, расчетные задачи и упражнения. В помощь
обучающимся приведены подробные решения типовых заданий.
Наиболее трудные задачи отмечены одной звездочкой (*), задания профильной направленности — двумя звездочками (**). Для
контроля за усвоением материала даны варианты контрольных
работ.
Предлагаемое учебное пособие поможет выработать навыки и
умения находить наиболее рациональный путь решения задач,
научит логически мыслить, применять полученные знания в повседневной жизни, тем самым подготовиться к будущей профессиональной деятельности.
РАЗДЕЛ
1
ОБЩАЯ ХИМИЯ
Гл а в а 1
ОСНОВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ
Примеры типовых заданий
Пример 1.1. Выберите названия веществ и физических тел из
следующего списка: лед, этиловый спирт, стакан, воронка, крахмал, гвоздь, медь, графит, спиртовка, карандаш.
Решение. Вещество — это совокупность атомов одного химического элемента либо совокупность ионов или молекул, состоящих из атомов одного или нескольких химических элементов. Физическое тело — это предмет, который образован из
конкретного вещества и который имеет определенную форму,
массу, объем. Выпишем в два столбца названия веществ и физических тел:
Вещество
Физическое тело
Лед
Этиловый спирт
Медь
Графит
Крахмал
Стакан
Воронка
Гвоздь
Спиртовка
Карандаш
Пример 1.2. Выберите химические явления и физические явления из следующего списка: плавление железа, почернение серебряных изделий, испарение воды, образование зеленого налета на поверхности меди, возгонка иода, помутнение известковой
воды при пропускании через нее выдыхаемого воздуха.
Решение. Явления, при которых происходит образование новых веществ, называют химическими. Явления, при которых
не происходит образования новых веществ, называют физическими.
5
Таким образом, к химическим явлениям относятся почерне­
ние серебряных изделий, образование зеленого налета на поверх­
ности меди, помутнение известковой воды при пропускании че­
рез нее выдыхаемого воздуха; к физическим явлениям — плав­
ление железа, испарение воды, возгонка иода.
Пример 1.3. Рассчитайте, какое количество вещества состав­
ляют 120 г оксида меди(II) CuO.
Решение. Относительная молекулярная масса Mr (CuO) = 64 +
+ 16 = 80; следовательно, молярная масса М(CuО) = 80 г/моль.
Пользуясь соотношением М = m/ν, где m — масса вещества в
граммах, ν — количество вещества в молях, находим количество
вещества:
ν=
m
120 г
=
= 1,5 моль.
M 80 г моль
Ответ. 1,5 моля CuO.
Пример 1.4. Определите массу 2 молей гидроксида натрия.
Решение. Молярная масса M(NaOH) = 40 г/моль. Масса 2 мо­
лей NaOH составляет m = Mν = 40 · 2 = 80 г.
Ответ. 80 г NaOH.
Пример 1.5. Рассчитайте, сколько атомов содержится в 5 мо­
лях алюминия.
Решение. Один моль алюминия содержит 6,02 · 1023 атомов; сле­
довательно, 5 молей алюминия — 5 · 6,02 · 1023 = 3,01 · 1024 атомов.
Пример 1.6. Рассчитайте, сколько молекул содержится в 80 г
оксида железа(III).
Решение. Молярная масса оксида железа(III) равна М(Fe2О3) =
= 160 г/моль. Определим, какое количество вещества Fe2O3 со­
ставляют 80 г оксида:
ν=
m
80 г
=
= 0,5 моль.
M 160 г моль
Исходя из того что 1 моль любого вещества содержит 6,02 · 1023
структурных единиц, находим число молекул в 0,5 моля оксида
железа(III): 0,5 · 6,02 · 1023 = 3,01 · 1023.
Ответ. 3,01 · 1023 молекул.
Пример 1.7. Определите объем оксида серы(IV) SО2 массой
16 г при нормальных условиях.
6
Решение. Молярная масса M(SO2) = 64 г/моль. Рассчитаем,
какое количество вещества составляют 16 г оксида серы(IV) SO2:
ν = 16 г : 64 г/моль = 0,25 моль. При нормальных условиях (н. у.)
молярный объем (объем 1 моля) любого газообразного вещества
составляет Vm = 22,4 л/моль.
Объем оксида серы(IV) рассчитаем по формуле
V = Vmν = 22,4 л/моль · 0,25 моль = 5,6 л.
Ответ. 5,6 л.
Пример 1.8. Масса 1 л азота при нормальных условиях равна
1,25 г. Определите относительную молекулярную массу азота.
Решение. На основании следствия из закона Авогадро нахо­
дим массу 22,4 л азота N2:
1 л N2 — 1,25 г N2
22,4 л N2 — x г N2
x=
22,4 л ⋅ 1,25 г
= 28 г.
1л
Молярная масса азота составляет
M=
m
28 г
=
= 28 г моль.
ν 1 моль
Относительная молекулярная масса численно равна молярной
массе; следовательно, Mr (N2) = 28.
Ответ. Mr (N2) = 28.
Пример 1.9. Рассчитайте относительную плотность сероводо­
рода по аммиаку.
Решение. Молярные массы газов: M(H 2 S) = 34 г/моль,
M(NH3) = 17 г/моль; относительную плотность сероводорода по
аммиаку находим по формуле
DNH3(H2S ) =
M (H2S ) 34 г моль
=
= 2.
M ( NH3 ) 17 г моль
Ответ. DNH3 (H2S ) = 2.
Пример 1.10. Относительная плотность хлора по воздуху
Dвозд(Cl2) равна 2,448. Рассчитайте молярную массу хлора.
Решение. Дано: Мвозд = 29 г/моль; Dвозд(Сl2) = 2,448. Моляр­
ную массу хлора находим по формуле
7
М(Cl2) = МвоздDвозд(Cl2) = 29 г/моль · 2,448 ≈ 71 г/моль.
Ответ. М(Cl2) = 71 г/моль.
Контрольные вопросы
1. Выберите названия веществ и физических тел из следу­
ющего списка: лед, поваренная соль, графит, карандаш, стакан,
этиловый спирт, уксусная кислота, линейка, тетрадь, письмен­
ный стол.
2. Выберите физические явления и химические явления из
следующего списка: окисление металла, кипение воды, горение
этилового спирта, образование опилок при распиливании брев­
на, скисание молока, плавление меди.
3. Как вы думаете, простым или сложным веществом являет­
ся хлорид калия? Можно ли сказать, что в его состав входят ве­
щества калий и хлор?
4. Какие из перечисленных веществ относятся к простым, ка­
кие — к сложным: азот, аммиак, сера, серная кислота, песок
речной, фосфор, озон, гидроксид натрия?
5. Какими веществами (простыми или сложными) являются
сульфид меди(II) и кислород, полученный при термическом раз­
ложении перманганата калия?
6. Как разделить смесь мела, хлорида калия, хлорида серебра
и получить каждое вещество в чистом виде?
7. Какие из перечисленных веществ относятся к простым, ка­
кие — к сложным: сероводород, алмаз, азотная кислота, сера,
мрамор, железо, медь, озон, песок?
8. Укажите, в каком случае цинк, сера и кислород упоминают­
ся как простые вещества, в каком — как химические элементы:
а) в состав оксида цинка входят цинк и кислород;
б) в состав сульфата цинка входят цинк, сера, кислород;
в) в состав сульфида цинка входят цинк и сера;
г) сера — твердое кристаллическое вещество, плохо проводит
тепло и электрический ток;
д) цинк — блестящий металл серебристо-голубоватого цвета;
при обычной температуре довольно хрупок.
9. Как вы думаете, являются чистыми веществами или сме­
сями: речной песок, хлорид натрия и водород, полученный элек­
тролизом воды?
10. Дайте определение понятий «масса атома» и «относитель­
ная атомная масса».
8
11. Охарактеризуйте понятие «молярная масса вещества».
В каких единицах выражают молярную массу?
12. Как связаны понятия «моль» и «постоянная Авогадро»?
13. Охарактеризуйте понятие «молярный объем». В каких
единицах его выражают?
14. Сформулируйте закон Авогадро.
15. Сформулируйте следствия из закона Авогадро. Какие усло­
вия называют нормальными?
16. Как связаны относительная молекулярная масса газа и
относительная плотность по какому-либо газу? Как находят плот­
ность одного газа по отношению к другому?
17. Во сколько раз атом азота легче атомов кремния, железа,
галлия, криптона?
18. Дайте определение понятия «плотность газа по водоро­
ду».
19. Сколько молекул содержится в 22,4 м3 газа при нормаль­
ных условиях?
20. Сколько атомов или молекул (или других частиц) содер­
жится в 1 моле вещества?
Задачи и упражнения
1. Рассчитайте, сколько молекул содержится: а) в 5,85 кг хло­
рида натрия NaCl; б) в 0,8 т оксида меди(II) CuО; в) в 106 кг кар­
боната натрия Nа2СО3.
2. Рассчитайте, сколько молей составляют 100 г следующих
веществ при нормальных условиях: а) кислород O2; б) бром Br2;
в) хлор Cl2; г) метан CH4; д) аммиак NH3.
3. Определите относительную молекулярную массу газа, если
5 г этого газа при нормальных условиях занимают объем 4 л.
4. Определите плотность по водороду и плотность по воздуху
следующих веществ: а) кислород О2; б) азот N2; в) хлор Сl2; г) ок­
сид углерода(II) СО. Молярная масса водорода равна 2 г/моль,
воздуха — 29 г/моль.
5. Определите, во сколько раз тяжелее воздуха следующие ве­
щества: a) сероводород H2S; б) оксид углерода(IV) СО2; в) хлоро­
водород НСl.
6. Плотность газа по кислороду равна 2. Определите плотность
этого газа по водороду.
7. Рассчитайте массу 1 м3 следующих газов при нормальных
условиях: а) азот N2; б) гелий Не; в) оксид серы(IV) SO2.
9
8. Вычислите объем, который занимают при нормальных усло­
виях: а) 11 г оксида углерода(IV) СО2; б) 4 г метана СН4; в) 71 г
хлора Cl2; г) 8 г кислорода О2.
9. Найдите относительную молекулярную массу газа, если его
плотность по гелию равна 20.
10. Рассчитайте относительную молекулярную массу газа,
если масса 1 л этого газа, измеренная при нормальных услови­
ях, равна: а) 0,0899 г; б) 1,4289 г; в) 1,2506 г; г) 1,96 г.
11. Вычислите массу смеси газов, состоящей из 11,2 л водо­
рода и 8 л азота, взятых при нормальных условиях.
12. Смесь газов объемом 1 м3 содержит водород (массовая доля
25 %), кислород (массовая доля 25 %) и оксид углерода(IV) (мас­
совая доля 50 %). Определите массу этой газовой смеси.
13. Смесь газов содержит водород (объемная доля 35 %), ок­
сид углерода(II) (объемная доля 30 %) и кислород (объемная доля
35 %). Определите массу 1 л этой газовой смеси.
14. Рассчитайте, сколько молекул и сколько молей вещества
содержится в 1 м3 газа при нормальных условиях.
15. Определите массу в граммах: а) атома калия; б) молекулы
брома; в) молекулы воды; г) молекулы хлорида калия.
16. Рассчитайте массу в граммах: а) 2 молей атомарного кис­
лорода; б) 3 молей атомарного водорода; в) 0,01 моля атомарно­
го хлора.
17. Вычислите, сколько атомов кислорода содержится: а) в
32 г молекулярного кислорода; б) 66 г оксида углерода(IV); в) 64 г
оксида серы(IV).
18. Вычислите, сколько молекул содержится в 1 л любого газа
при нормальных условиях.
19. Рассчитайте, какой объем занимают при нормальных усло­
виях 1024 молекул кислорода, азота, хлора.
20. Плотность паров хлора по воздуху равна 2,44. Определите
состав молекул хлора.
21. Сравните число атомов, содержащихся в 10 г хлора и 10 г
азота. В каком случае и во сколько раз число атомов больше?
22. Молекула вещества имеет массу 16,27 · 1023 г. Определите
молярную массу вещества.
23. Рассчитайте, во сколько раз молярная масса азотной кис­
лоты больше молярной массы аммиака.
24. Вычислите массу ¼1/4 моля азота.
25. Рассчитайте, сколько молей вещества содержится в 234 г
хлорида натрия.
26. Рассчитайте массу 0,2 моля ортофосфорной кислоты.
10
27. Определите относительную молекулярную массу газа, если
известно, что 1 л этого газа (н. у.) имеет массу 1,96 г.
28. Рассчитайте, какой объем займет оксид серы(IV) массой
9,6 г при нормальных условиях?
29. Вычислите, во сколько раз масса атома азота больше или
меньше массы атомов хлора, кислорода, неона.
30. Рассчитайте и сравните число молекул: а) в 5 г оксида се­
ры(IV) и 3 г оксида углерода(IV); б) в 4 г водорода и 2 г азота;
в) в 1,6 г кислорода и 3,2 г оксида серы(IV).
31. Определите, сколько молей сульфата меди(II) необходимо
для получения 196 г гидроксида меди(II).
32. Рассчитайте, сколько атомов алюминия содержится в
1 моле сульфата алюминия.
33. Рассчитайте, какую массу должен иметь образец метал­
лического натрия, чтобы в нем содержалось столько же атомов
натрия, сколько атомов алюминия содержится в образце массой
30 г.
34. Рассчитайте относительные атомные массы калия, меди,
кислорода, фосфора, кальция и кремния на основании масс ато­
мов химических элементов, выраженных в граммах: m(К) =
= 6,5 · 10−23 г, m(Cu) = 10,6 · 10−23 г, m(О) = 2,6 · 10−23 г, m(Р) =
= 5,15 · 10−23 г, m(Са) = 6,6 · 10−23 г, m(Si) = 4,7 · 10−23 г.
35. Определите, какому количеству вещества соответствует:
а) 12 · 1023 молекул; б) 3 · 1021 молекул; в) 6 · 1025 молекул.
Гл а в а 2
Основные законы химии
Примеры типовых заданий
Пример 2.1. Вычислите массовую долю кислорода в оксиде
хрома(IV) СrО3.
Решение. Массовую долю кислорода находим по формуле
ω(O) =
3 ⋅ Ar (O)
3 ⋅16
=
= 0,48 (или 48 %),
Mr (CrO3 ) 100
где Ar (O) — относительная атомная масса кислорода; Mr (CrO3) —
относительная молекулярная масса оксида CrO3.
Ответ. ω(O) = 48 %.
11
Пример 2.2. Вычислите массовые доли элементов в сульфате
меди CuSO4.
Решение. Относительная молекулярная масса сульфата меди
Мr (CuSO4) = 160. Массовая доля меди равна
ω(Cu) =
1 ⋅ Ar (Cu)
1 ⋅ 64
=
= 0,4 (или 40 %);
Mr (CuSO4 ) 160
массовая доля серы
ω(S) =
1 ⋅ Ar (S)
1 ⋅ 32
=
= 0,2 (или 20 %);
Mr (CuSO4 ) 160
массовая доля кислорода
ω(O) =
4 ⋅ Ar (O)
4 ⋅16
=
= 0,4 (или 40 %).
Mr (CuSO4 ) 160
Ответ. ω(Cu) = 40 %; ω(S) = 20 %; ω(O) = 40 %.
Пример 2.3. Вычислите, сколько граммов меди содержится в
оксиде меди CuО массой 40 г.
Решение. Относительная молекулярная масса оксида меди
Mr (CuО) = 64 + 16 = 80.
Составим пропорцию:
в 80 г CuO — 64 г Cu
в 40 г CuO —
x=
x
г Cu
40 г ⋅ 64 г
= 32 г Cu.
80 г
Ответ. 32 г меди.
Пример 2.4. Выведите эмпирическую (простейшую) формулу
вещества, содержащего азот (массовая доля 63,64 %) и кислород
(массовая доля 36,36 %).
Решение. Обозначим число атомов азота в молекуле веще­
ства — х, число атомов кислорода — у. Относительная атомная
масса азота равна 14, атома кислорода — 16, тогда масса всех
атомов азота, содержащихся в молекуле, будет равна 14x, ато­
мов кислорода — 16у. Отношение этих масс выражает состав ве­
щества. Этот же состав выражается отношением массовых долей:
63,64 : 36,36.
Приравняв отношения, получаем пропорцию
12
14x : 16y = 63,64 : 36,36;
x:y =
63,64 36,36
:
= 4,54 : 2,27.
14
16
Чтобы выразить отношение х : у целыми числами, разделим
оба члена отношения на меньший из них:
x:y =
4,57 2,27
:
= 2 : 1.
2,27 2,27
Таким образом, х = 2, у = 1. В молекуле на каждые два атома
азота приходится один атом кислорода. Получаем простейшую
формулу — N2O.
Ответ. N2O.
Пример 2.5. Определите молярную массу эквивалента метал­
ла M, если в его оксиде массовая доля кислорода 60 %.
Решение. Из условия следует, что на 60 массовых частей кис­
лорода приходится 40 массовых частей металла. Молярная мас­
са эквивалента кислорода
 1  1
M  O = ⋅16 = 8 г моль .
 Z1  2
Здесь 1/Z1 — фактор эквивалентности кислорода.
По закону эквивалентов
 1 
M
m ( M)
 Z2 
=
m (O)
 1 
M
O
 Z1 
M
вычисляем молярную массу эквивалента металла:
 1 
M
M
 Z2 
 1 
m ( M ) M  O
 Z1  40 ⋅ 8
=
= 5,3 г моль .
=
m (O)
60
Ответ. 5,3 г/моль.
Пример 2.6. Металл М, молярная масса эквивалента которого
равна 12, вытесняет из кислоты 0,56 л водорода (н. у.). Опреде­
лите массу металла.
13
Решение. Согласно закону эквивалентов:
 1 
M
M
 Z2 
=
.
V (H2 )
 1

Vm  H2 
 Z1

m ( M)
Молярный объем эквивалента водорода равен
 1

Vm  H2  = 11,2 л моль ,
 Z1

следовательно:
 1 
V (H2 ) M 
M
 Z2  0,56 л ⋅ 12 г моль
m ( M) =
=
= 0,6 г.
11,2 л моль
 1

Vm  H2 
 Z1

Ответ. 0,6 г.
Пример 2.7. Вычислите молярную массу эквивалента метал­
ла и собственно молярную массу металла, если известно, что при
взаимодействии 8 г этого металла с кислотой выделяется 4,48 л
водорода (н. у.). Известно также, что для металла характерна
степень окисления +2.
Решение. Согласно закону эквивалентов:
 1 
M
M
m ( M)
 Z2 
=
.
V (H2 )
 1

Vm  H2 
 Z1

Молярная масса эквивалента металла составит
 1 
M
M =
 Z2 
 1

m ( M) Vm 
H2
 Z1  8 г ⋅ 11 л моль
=
= 20 г моль.
4,48 л
V (H2 )
Молярная масса эквивалента металла связана с молярной мас­
сой металла M(M) соотношением
 1  M ( M)
M
M =
,
 Z2 
Y
где Y — степень окисления (валентность) металла.
14
Известно, что степень окисления металла равна двум, тогда
 1 
M ( M) = M 
M Y = 20 г моль ⋅ 2 = 40 г моль.
 Z2 
Ответ. 20 г/моль; 40 г/моль.
Пример 2.8. Определите молярную массу эквивалента фосфо­
ра, если его соединение с бромом содержит 11,44 % фосфора и
88,56 % брома; степень окисления брома равна -1.
Решение. Поскольку степень окисления брома равна -1, мо­
лярная масса эквивалента брома будет равна
 1
 M (Br ) 80
M  Br  =
=
= 80 г моль .
 Z1 
Y
1
Фосфор и бром соединяются в отношении 11,44 : 88,56. Это
отношение должно равняться отношению молярных масс их эк­
вивалентов:
 1 
 1

11,44 : 88,56 = M 
P : M  Br ,
 Z2 
 Z1 
 1  11,44 ⋅ 80
M
P =
= 10,3 г/моль.
 Z2 
88,56
Ответ. 10,3 г/моль.
Пример 2.9. На нейтрализацию 87,5 г раствора серной кисло­
ты с массовой долей H2SO4 20 % потребовалось 20 г гидроксида
калия. Вычислите молярную массу эквивалента серной кисло­
ты.
Решение. Рассчитаем массу серной кислоты, содержащейся в
87,5 г 20%-го раствора:
m(H2SO4) = mрω(H2SO4) = 87,5 г · 0,2 = 17,5 г.
Здесь m р — масса раствора, г; ω(H 2SO 4) — массовая доля
H2SO4.
Молярная масса эквивалента гидроксида калия составляет
 1
 1
1
M  KOH =
M (KOH ) = ⋅ 56 г моль = 56 г моль .
 Z1
 Z1
1
Число эквивалентности Z1 гидроксида калия равно 1, посколь­
ку в реакции с серной кислотой один ион OH- замещается на
кислотный остаток.
15
Согласно закону эквивалентов:
 1

M  H2SO4 
 Z2

=
,
m (KOH )
 1

M  KOH
 Z1

m (H2SO4 )
тогда
 1
 17,5 ⋅ 56
M
H2SO4  =
= 49 г моль .
 Z2

20
Ответ. 49 г/моль
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте закон постоянства состава вещества.
2. Кем и когда был сформулирован закон сохранения массы
веществ?
3. Как на практике используют закон постоянства состава ве­
щества и закон сохранения массы веществ?
4. Что выражает химическая формула?
5. Что выражает химическое уравнение?
6. Дайте определение понятия «эквивалент».
7. Дайте определение понятия «эквивалент элемента».
8. Приведите математическое выражение закона эквивален­
тов.
Задачи и упражнения
1. Вычислите массовую долю (%) кислорода в следующих со­
единениях: a) азотная кислота HNO3; б) оксид серебра(I) Ag2O;
в) гидроксид калия КОН; г) фосфат кальция Са3(РО4)2.
2. Определите массовую долю (%) азота в соединениях следу­
ющего состава: а) NH4OH; б) NH4NО3; в) N2O.
3. Вычислите массовую долю (%) элементов в сложных веще­
ствах, формулы которых: а) NaOH; б) СО2; в) КНСО3; г) FeOHSO4;
д) Н4Р2О7.
4. В каком количестве вещества сульфата натрия Na2SO4 со­
держится: а) 24 г натрия; б) 96 г серы; в) 128 г кислорода?
16
5. Сколько граммов кислорода содержится в 120 г: a) оксида магния
MgO; б) гидроксида натрия NaOH; в) сульфата железа(II) FeSO4?
6. Сколько граммов железа содержится в 5 молях: a) оксида
железа(III) Fe2O3; б) гидроксида железа(II) Fe(OH)2; в) сульфата
железа(II) FeSO4?
7. Руда имеет следующий состав: Fe2O3 (массовая доля 80 %),
FeS2 (10 %), FeAsS (10 %). Сколько килограммов железа содер­
жится в 100 кг руды?
8. Определите, сколько килограммов фосфора содержится:
а) в 1 т апатита Са3(РО4)2, содержащего 10 % примесей; б) в 100 г
суперфосфата, содержащего 95 % Са(Н2РО4)2; в) в 5 т преципи­
тата, содержащего 98 % СаНРО4 · 2Н2О.
9. Руда содержит 70 % кобальтина CoAsS. Сколько килограм­
мов кобальта содержится в 1 т руды?
10. Какое количество вещества сульфата алюминия Al2(SО4)3
содержит: а) 108 г алюминия; б) 288 г серы; в) 96 г кислорода?
11. Выведите простейшую формулу сложного вещества, со­
держащего натрий (массовая доля 43,4 %), углерод (11,3 %),
кислород (45,3 %).
12. Выведите формулу кристаллогидрата, содержащего маг­
ний (массовая доля 9,8 %), серу (13 %), кислород (26 %), воду
(51,2 %).
13. Выведите простейшую формулу тиосульфата натрия, если
известен его состав: натрий (массовая доля 29,1 %), сера (40,5 %),
кислород (30,4 %).
14. Выведите формулу минерала, содержащего оксид цинка
ZnO (массовая доля 73 %) и оксид кремния SiО2 (27 %).
15. Вычислите молярную массу эквивалента серы в соедине­
нии, содержащем водород (массовая доля 5,92 %) и серу (массо­
вая доля 94,08 %).
16. Вычислите молярную массу эквивалента серы, если из­
вестно, что при сгорании 5 г серы образуется 10 г оксида серы(IV)
SO2.
17. Определите молярную массу эквивалента элемента, если
в его оксиде массовая доля кислорода 39,7 %.
18. Определите молярную массу эквивалента металла, если
известно, что 6 г этого металла вытеснили из кислоты при нор­
мальных условиях 0,5 г водорода.
19. Определите молярные массы эквивалентов металлов в со­
единениях AgNO3, K2SO4, FeCl3, PbO, NaHCО3.
20. Определите молярную массу эквивалента металла, если
при взаимодействии 3,6 г этого металла с хлором получено 14,1 г
17
соли (молярную массу эквивалента хлора примите равной
35 г/моль).
21. Вычислите валентность золота в соединении, если извест­
но, что массовая доля золота — 64,9 %, хлора — 35,1 %.
22. Определите валентность углерода в соединении, если из­
вестно, что массовая доля углерода — 42,85, кислорода —
57,15 %.
23. Какое количество вещества эквивалента содержится в об­
разцах: а) магния массой 60 г; б) натрия массой 230 г; в) алюми­
ния массой 108 г?
24. Для сгорания 4 г металла требуется 2,24 л кислорода
(н. у.). Определите молярную массу эквивалента этого метал­
ла.
25. Кислород массой 0,54 г соединяется с четырехвалентным
металлом массой 2 г. Какой это металл?
26. При сгорании 11,2 г трехвалентного металла образовался
оксид массой 16 г. Какой был взят металл?
27. Масса 1 л водорода составляет 0,09 г. Сколько литров во­
дорода расходуется при сгорании 5 г кальция?
28. Сколько граммов водорода выделится при растворении в
хлороводородной кислоте 20 г металла с молярной массой экви­
валента: а) 20 г/моль; б) 12 г/моль; в) 23 г/моль; г) 9 г/моль?
29. Молярная масса эквивалента четырехвалентного элемен­
та равна 3 г/моль. Какова массовая доля кислорода в его высшем
оксиде?
30. Назовите элемент, который образует с водородом газо­
образное соединение с массовой долей водорода 2,47 %.
31. При окислении 2,25 г щелочноземельного металла обра­
зуется 6,25 г оксида. Назовите этот металл.
32. Оксид металла содержит 17,2 % кислорода, а соединение
этого металла с иодом — 6,51 % иода. Определите молярную мас­
су эквивалента иода.
33. Вычислите валентность хрома в оксиде с массовой долей
хрома 68,42 % и массовой долей кислорода 31,58 %.
34. Сколько граммов оксида алюминия образуется при окис­
лении: а) 0,54 г алюминия; б) 4 молей алюминия?
35. Сколько граммов кислорода требуется для полного окис­
ления (до оксида углерода(IV) и воды) следующих веществ: а) 10 г
метана СH4; б) 10 г этилена С2H4; в) 10 г ацетилена С2Н2?
36. Какой объем воздуха (н. у.) потребуется для сжигания 4 г
серы до оксида серы(IV) SO2 (содержание кислорода в воздухе
примите равным 20 % по объему)?
18
37. Сколько граммов гидроксида натрия требуется для пре­
вращения 16 г сульфата меди(II) в гидроксид меди(II)?
38. Сколько литров кислорода (н. у.) расходуется при сжига­
нии 9 г алюминия?
39. Сколько граммов хлорида натрия образуется при взаимо­
действии 6 г гидроксида натрия с 59 г соляной кислоты?
40. Сколько тонн воды вступит в реакцию с негашеной изве­
стью массой 20 т (массовая доля оксида кальция 80 %)?
41. Сколько литров оксида углерода(IV) образуется при взаи­
модействии 4 г углерода с 11,2 л кислорода (н. у.)? Избыток ка­
кого вещества и в каком количестве останется после реакции?
42. Сколько литров водорода (н. у.) выделится при взаимодей­
ствии 2,8 г железа с серной кислотой?
43. Сколько литров оксида углерода(IV) (н. у.) нужно пропустить
через раствор гидроксида кальция Са(ОН)2, чтобы получить: а) 0,5
моля карбоната кальция СаСО3; б) 200 г СаСО3; в) 1 т СаСО3?
44. Сколько литров оксида углерода(IV) (н. у.) может быть по­
лучено при сжигании 5 т угля, содержащего 95 % углерода?
45. При растворении в серной кислоте 15 г цинка было получено
4,5 л водорода (н. у.). Определите массовую долю (%) примесей.
46. Сколько литров оксида углерода(II) образуется в газогене­
раторе из 1 кг кокса, содержащего 90 % углерода? Какой объем
кислорода для этого потребуется?
47. Напишите молекулярные формулы различных веществ,
имеющих одинаковую простейшую формулу и следующий со­
став: 85,7 % углерода и 14,3 % водорода. Плотность по воздуху
веществ равна: а) 1,45; б) 1,93; в) 2,89; г) 3,38.
48. Выведите молекулярную формулу вещества, состоящего
из атомов водорода, углерода и кислорода с массовым отноше­
нием 1 : 6 : 4, и плотностью по водороду, равной 22.
49. Выведите молекулярную формулу вещества с массовой до­
лей углерода 80 % и водорода 20 %. При нормальных условиях
1 л этого газа имеет массу 1,34 г.
50. Вычислите массовую долю (%) металла в соединениях сле­
дующего состава: a) Fe2O3; б) 2Fе2О3 · 3Н2О; в) Fe3О4; г) FeCO3.
51. Вычислите молярную массу эквивалента свинца, если его
массовая доля в оксидах: а) 92,87 %; б) 86,61 %.
52. Вычислите молярную массу эквивалента металла в соеди­
нении, если массовая доля хлора: а) 14,80 %; б) 34,26 %.
53. Определите молярную массу эквивалента железа в окси­
де, если 7 массовых частей железа соединяются с 2 массовыми
частями кислорода.
19
54. Определите молярную массу эквивалента цинка, если при
растворении 10 г цинка в кислоте выделяется 3,43 л водорода
(н. у.).
55. Сколько молей оксида алюминия образуется при сжига­
нии в кислороде 51 г алюминия?
56. Сколько молей оксида цинка образуется при сжигании
цинка в кислороде объемом 5,6 л (н. у.)?
57. Какое вещество и в каком количестве останется в избытке
в результате реакции между оксидом магния массой 4 г и серной
кислотой массой 10 г?
Гл а в а 3
Строение атома. Радиоактивность.
Изотопы
Примеры типовых заданий
Пример 3.1. Хлор имеет изотопы с массовыми числами 35
и 37. Укажите для каждого изотопа порядковый (атомный) но­
мер, число протонов и нейтронов, заряд ядра. Определите мас­
совую долю изотопов с массовыми числами 35 и 37 в природном
хлоре, приняв атомную массу хлора равной 35,453.
Решение. Изотопы — это разновидности атомов одного и того
же химического элемента, имеющие одинаковое число протонов
в ядре (одинаковый заряд атомного ядра, одинаковый порядко­
вый номер), но разное число нейтронов (разные массовые числа).
35
Cl, 37
Изотопы хлора 17
17 Cl имеют одинаковый порядковый (атом­
ный) номер — 17, одинаковое число протонов (заряд ядра) — 17,
а поскольку атом — электронейтральная система, то число элек­
35
Cl имеет 35 - 17 = 18 нейтронов,
тронов тоже 17. Изотоп хлора 17
37
изотоп хлора 17 Cl — 37 - 17 = 20 нейтронов.
35
Cl в природном хло­
Пусть x — массовая доля (%) изотопа 17
ре, тогда (100 - x) — массовая доля (%) изотопа 37
17 Cl. Составим
уравнение
35x + 37 (100 − x )
100
20
= 35,453, найдем x = 77,4 %.
Ответ. Хлор содержит 77,4 % изотопа
па 37
17 Cl.
35
17 Cl
и 22,6 % изото­
Пример 3.2. Составьте схему распределения электронов в ато­
ме хлора, его электронную и электронно-графическую форму­
лы.
Решение. Атом хлора имеет три электронных уровня (рас­
положен в третьем периоде Периодической системы Д. И. Мен­
делеева). Атом хлора на последнем (третьем) электронном уровне
(M-уровне) имеет 7 электронов (находится в главной подгруппе
VII группы). Число электронов N на предыдущих двух запол­
ненных уровнях определяем по формуле: N = 2n2, где n — номер
электронного уровня.
Таким образом, на первом электронном уровне (n = 1) N =
= 2 · 12  = 2 электрона (K-уровень); на втором электронном уровне
(n = 2) N = 2 · 22 = 8 электронов (L-уровень). Значит, электроны
распределены в атоме хлора следующим образом:
K
L
M
2
8
7
17Cl
Электронная формула хлора:
17Cl
1s22s22p63s23p5
Электронно-графическая формула
s
17Cl:
d
p
n=3
↑↓
↑↓
↑↓
↓
n=2
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
n=1
↑↓
Пример 3.3. Охарактеризуйте элемент хлор и его соединения
с кислородом и водородом на основании положения элемента в
Периодической системе Д. И. Менделеева.
Решение. Хлор расположен в главной подгруппе VII группы.
Хлор — неметалл. На последнем электронном уровне 7 электро­
нов, высшая степень окисления в кислородных соединениях —
+7. Высший оксид имеет формулу Cl2O7 — кислотный, его гидр­
оксид является кислотой НСlО4. Водородное соединение отвеча­
ет формуле НСl. Исходя из электронно-графической формулы
21
(свободные d-орбитали на третьем уровне) можем предположить,
что в возбужденном состоянии хлор будет проявлять, например
в соединениях с кислородом, степени окисления +3, +5, +7.
Пример 3.4. Напишите электронные формулы атомов хрома
и меди. Объясните расположение одного s-электрона на четвер­
том уровне.
Решение. Исходя из положения в Периодической системе эле­
ментов хрома (Z = 24) и меди (Z = 29) следовало бы ожидать, что
их электронные формулы будут иметь вид
24Cr
1s22s22p63s23p63d44s2
29Cu
1s22s22p63s23p63d94s2
Однако в действительности расположение электронов на внеш­
них 3d и 4s уровнях атомов этих элементов соответствует фор­
мулам: 3d54s1 и 3d104s1, что объясняется более высокой энерге­
тической устойчивостью состояний d5 и d10 по сравнению с d4
и d9 соответственно и переходом одного из электронов 4s-под­
уровня на 3d-подуровень.
Контрольные вопросы
1. Кем и когда были открыты электрон, протон, нейтрон? Ка­
кова их масса и заряд? Из каких частиц состоит атомное ядро?
2. В чем сущность теории строения атома Резерфорда? Како­
вы ее недостатки?
3. В чем сущность теории строения атома Бора—Зоммерфельда?
Каковы ее недостатки.
4. В чем сущность квантово-механической теории строения
атома?
5. Образует ли элемент X газообразное соединение с водоро­
дом, если формула его высшего оксида — X 2О, а на внешнем
электронном слое находится один электрон?
6. Дайте характеристику электронных подуровней s, p, d, f.
7. Какое максимальное число электронов может находиться
на подуровнях s, р, d, f?
8. В каких группах и подгруппах Периодической системы на­
ходятся s- и р-элементы?
9. Какое максимальное число электронов может находиться
на третьем и четвертом энергетических уровнях?
10. Какое состояние атома называют основным (нормальным),
какое — возбужденным?
22