Решение задач к занятию 1

Можаев Г.М.
Мастер-класс «Решаем трудные задачи»
Решение задач к занятию 6.
Задача 1. C задачей 1 все справились без проблем, если не считать чисто
арифметических ошибок в некоторых работах. Привожу пример решения из работы
О.А.Водолазской:
Идет реакция PCl3 + 4H2O → H3PO4 +5HCl
(1),
M(PCl3) = 208,5; υ(PCl3)=10,42\208,5=0,05 моль
по уравнению реакции(1)
- υ(H3PO4) = υ(PCl3) = 0,05 моль
υ(HCl) =5 υ(PCl3)=5*0,05= 0,25 моль
H3PO4+ 3NaOH→ Na3PO4+3H2O
(2)
HCl + NaOH → NaCl + H2O
(3)
по уравнению реакции(2) υ(NaOH)= 3 υ(H3PO4)=0,05*3= 0,15моль
по уравнению реакции(3) –
υ(NaOH) = υ(HCl) =0,25 моль
υ(NaOH)по 2-м р-ям=0,15 +0,25=0,4 моль, тогда
m(NaOH) =0,4 моль*40=16
m р-ра(NaOH) =16\20%*100%=80(г),
V(NaOH)=80\1,15=69,6(мл)
Задача 5. К сожалению, несколько человек запутались в условии этой задачи:
Газ, выделившийся при действии 3,0г цинка на 18,69мл 14,6%-го раствора соляной
кислоты (плотностью 1,07), пропущен при нагревании над 4,0г оксида меди (II).
Рассчитайте, каким минимальным объёмом 19,6%-ной серной кислоты (плотность 1,14)
надо обработать полученную смесь, чтобы выделить из неё металлическую медь?
Здесь речь идет о трех реакциях и В.К. Шишканова отразила это в трех схемах:
Эти процессы протекают раздельно. Два первых могут протекать в таком приборе:
Рис. из учебника Ю.В.Ходакова.
Где же может находиться смесь,
содержащая металлическую
медь?
В стеклянной трубке, через
которую пропускают водород
Из чего она может состоять?
Из меди и ее оксида.
Значит, именно на эту смесь
надо подействовать серной
кислотой, предварительно
высыпав порошок из трубки в какой-либо стаканчик. И нет никакого смысла проводить
реакцию серной кислоты с цинком или хлоридом цинка.
Можаев Г.М.
Мастер-класс «Решаем трудные задачи»
Вот одно из правильных решений (В.К. Шишканова):
Уравнения реакций:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑ (1)
CuO + H2 = Cu + H2O
(2)
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O (3)
Найдем, какое из веществ по первому уравнению прореагировало
полностью. Для этого рассчитаем количество вещества реагентов:
n(Zn) = 3,0 г : 65г/моль = 0,046 моль,
n(HCl) = 18,69· 1,07 · 0,146 : 36,5 = 0.08 моль.
По уравнению (1): n(Zn) : n(HCl) = 1:2;
по условию: n(Zn) : n(HCl) = 0,046 : 0,08 = 1 :1,74, т.е. HCl прореагирует
полностью.
Тогда n(H2) = 1/2 n(HCl) = 1/2 · 0,08 = 0,04моль,
n(CuО) = 4г: 80 г/моль = 0,05 моль.
По уравнению(2): n(H2) : n(CuО) = 1:1; по условию: n(H2) : n(CuО) = 0,04
:0,05 = 1:1,25, т.е. водород прореагирует полностью.
Количество вещества CuO, которое вступит в реакцию с раствором серной
кислоты: n(CuО) = 0,05- 0.04 = 0,01 моль.
По уравнению (3): n(CuО) =n (H2SO4)= 0,01 моль. Найдем массу и объем
раствораH2SO4:
m(H2SO4)= 0.01 моль· 98 г/моль = 0,98 г, m(рH2SO4)= 0,98 г: 0,196 = 5 г,
V(p H2SO4)= 5г: 1,14 г/мл = 4,4 мл.
Ответ: V(p H2SO4)= 4,4 мл.
Единственное замечание к этому решению – небольшая потеря точности на
последнем этапе. Более точный ответ 4,39 мл (три значащих цифры).
Задача 6. В решении этой задачи участники по разному представляли себе химическую
сторону задачи. Вопрос задавался и на форуме: Имеет ли значение, в каком порядке
смешиваются реагенты, для решения задачи? Мой ответ: если известно, что в реакцию
вступили определенные количества веществ, то, как правило, нет. Вот два варианта
решения задачи:
Вариант 1 (Букина Е.Б.):
По уравнению реакции (1): 2H2S + 3О2 = 2Н2О + 2SО2 (1)
рассчитаем количество и объем сернистого газа.
n= V/Vm
n(H2S)=44,8 л/22,4 л/моль = 2 моль
n(SО2) = n(H2S)= 2 моль
Определим количество вещества гидроксида натрия
n(NaOH)= V(pNaOH)* ρ(pNaOH)* w (NaOH)/М(NaOH)
n(NaOH)=(200 мл*1,4 г/см3*0,4)/40 г/моль = 2,8 моль
По уравнению реакции (2): 2NaOH + SО2 = Na2 SО3 + Н2О
n(NaOH): n(SО2) = 2:1
По условию задачи: n(NaOH): n(SО2) =2,8 : 2
Следовательно, NaOH в недостатке. В реакцию вступило 1,4 моль оксида
серы (IV). Осталось в избытке 2-1,4 = 0,6 моль.
n(Na2 SО3) = ½ n(NaOH) = ½*2,8 = 1,4 моль
Таким образом, протекает реакция образования кислой соли
гидросульфида натрия.
По уравнению
Na2 SО3 + SО2 + Н2О = 2 NaНSО3
Было:
1,4
0,6
Прореагировало:
0,6
0,6
Осталось:
0,8
1,2
Можаев Г.М.
Мастер-класс «Решаем трудные задачи»
Таким образом, в состав раствора входят сульфит натрия количеством
вещества 0,8 моль и гидросульфит натрия количеством вещества – 1,2
моль.
m= n * M
m(Na2SО3)=0,8*126 = 100,8 г
m(NaНSО3)=1,2*104 = 124,8 г
Рассчитаем массовые доли солей в полученном растворе: w = m/ mр-ра
mр-ра = m(SО2) + m (NaOH)= 2*64 + 200*1,4=128 + 280 = 408 г
w(Na2SО3)= 100,8/408 = 0,247 = 24,7%
w(NaНSО3) = 124,8/408 = 0,306 = 30,6%
Ответ: w(Na2SО3)= 24,7%; w(NaНSО3) = 30,6%
Вариант II (Михайлова И.А.):
2H2S + 3О2 = 2Н2О + 2SО2
(1)
SO2 + NaOH→NaHSO3
(2)
NaOH + NaHSO3 → Na2SO3 + H2O (3)
M(NaOH)=40г/моль M(SO2)=64 г/моль
n(H2S)=V(H2S)/ Vm=44,8/ 22,4=2 моль
n(SO2)= n(H2S)=2 моль по уравнению (1)
m(SO2)=64*2=128г
m(рNaOH)=V(рNaOH)* ρ(рNaOH)=280г
m(NaOH)=V(рNaOH)* ρ(рNaOH)* w( NaOH)
m(NaOH)=200*1,4*0,4=112г
n(NaOH)= m(NaOH)/ M(NaOH)=112/40=2,8 моль
согласно 2 уравнению полностью прореагирует оксид серы (IV),
при этом образуется 2 моль гидросульфита натрия и останется в избытке
0,8 моль гидроксида натрия
по уравнению 3 в реакцию вступит 0,8 моль гидроксида натрия, 0,8 моль
гидросульфита и образуется 0,8 моль сульфита натрия
в результате раствор будет содержать 1,2 моль гидросульфита натрия и 0,8
моль сульфита натрия
M(NaHSO3)=104г/моль
M(Na2SO3)=126г/моль
m(NaHSO3 )= n(NaHSO3 )* M(NaHSO3)= 1,2*104=124,8г
m(Na2SO3 )= n(Na2SO3 )* M(Na2SO3 )=0,8*126=100,8г
m полученного раствора m(SO2)+ m(рNaOH)=128+280=408г
w(NaHSO3)= m(NaHSO3)/ m(р )=124,8/408=0,3059 или 30,59%
w(Na2SO3)= m(Na2SO3 )/ m(р )=100,8/408=0,2471 или 24,71%
Ответ:
w(NaHSO3)= 30,59%
w(Na2SO3 )= 24,71%
Как видим, оба участника пришли к одному и тому же ответу. Но с химической
точки зрения эти решения неравнозначны. Первый вариант лучше отражает реальную
последовательность процессов описанных в данной задаче и не противоречит химическим
свойствам веществ. В самом деле, когда в раствор гидроксида натрия попадают первые
порции газа, может ли там образоваться кислая соль? Может ли кислая соль мирно
уживаться в одном растворе с избытком гидроксида натрия? Разумеется, нет. А по такому
пути пошли многие участники, что и привело к снижению балла за решение задачи.
Не вполне оправданным я считаю и использование алгебраического метода при
решении данной задачи. При всем уважении к этому методу (его можно использовать для
любой задачи), считаю, что если задачу можно решать прямым методом, то это и проще и
доступней.
Задача 7. В этой задаче продукт реакции был указан и почти ни у кого она не
вызвала затруднений. Пример решения из работы Ворониной Е.И.:
План решения задачи:
1. Переходим к количеству вещества
Можаев Г.М.
Мастер-класс «Решаем трудные задачи»
2. Расчет по уравнению реакции 1, определение избытка-недостатка в
реакции 1 , массу и массовую долю NaCl,
3. По уравнению 2 находим количество, массу и массу раствора
фосфорной кислоты .
Решение:
0,4
0,675
0,4
NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3 + H2O
0,4
(1)
0,4
H3PO4 + NH3 = NH4H2PO4
(2)
1. n(NH4Cl) = m p-pa * w/M =107*0,2/53,5=0,4 моль
n(NaOH)=150*0,18/40=0,675 моль (в избытке)
2. По уравнению (2) n (NH4Cl) = n(NaCl) = 0,4 моль
m(NaCl) = 0,4*58,5 = 23,4 (г)
m(NH3) = n*M = 0,4*18=7,2 (г)
m(раствора)= 107 + 150 – 7,2 =249,8 (г)
w(NaCl)= 23,4/249,8 = 0,09367 или 9,367%
3. По уравнению (2) n (NH3) = n (H3PO4) = 0,4 моль
m(H3PO4)= 0,4*98 = 39,2 (г)
m( р H3PO4) = m(H3PO4)/ w= 39,2/0,6 = 65,33 (г)
А вот здесь налицо потеря
точности ответа в массовой доле:
Задача
8.
Большинство
участников
правильно
определили
последовательность протекания реакций в данной задаче. Однако обоснование
этого выбора сделали не все, а это тоже может привести к потере баллов при работе
ученика. Пример решения из работы Осадчей Н.В.:
Решение:
В соответствии с положением металлов в электрохимическом ряду
напряжений металлов железо будет реагировать и с нитратом серебра, и с
нитратом свинца, причем в первую очередь с AgNO3, т.к. окислительные
свойства иона Ag+ сильнее, чем Pb2+(в электрохимическом ряде
напряжений Ag+ расположен правее Pb2+; электродный потенциал серебра
(0,80) больше электродного потенциала свинца(-0,13), в первую очередь из
раствора на пластинке будет выделяться серебро, а потом свинец).
Fe + 2AgNO3 = Fe(NO3)2 + 2Ag
(1)
1моль 2моль
1моль
2моль
Находим количество железа, нитрата серебра:
n(Fe) = m/M = 1,4/56 = 0,025 моль
Сm = n/V; n = Сm*V
n(AgNO3) = 0,1 моль/л *0,2л = 0,02моль
По уравнению (1) n(Fe)/n(AgNO3) = 1/2, следовательно, железо в избытке:
n(Ag) = n(AgNO3) = 0,02 моль
m(Ag) = n*M =0,02 моль *108г/моль = 2,16г
n(Fe) = ½ n(AgNO3) = 0,01 моль
n(Fe избыток) = 0,025 моль – 0,01моль = 0,015 моль
Уравнение реакции взаимодействия железа с нитратом свинца:
Fe + Pb(NO3)2 = Fe(NO3)2 + Pb
(2)
n(Pb(NO3)2) = Сm*V =0,1 моль/л *0,2л = 0,02моль
n(Fe)(2) = 0,015 моль
Можаев Г.М.
Мастер-класс «Решаем трудные задачи»
По уравнению (2) n(Fe)/n(Pb(NO3)2) = 1/1, следовательно, нитрат свинца в
избытке. n(Pb) = n(Fe) = 0,015 моль
m(Pb) = n*M = 0,015 моль *207г/моль = 3,105г
m(Ag) + m(Pb) = 2,16г + 3,105г = 5,265г
w(Ag) = 2,16/5,265 = 0,41026 или 41,03%
w(Pb) = 3,105/5,265 = 0,5897 или 58,97%
Ответ: w(Ag) = 41,03%; w(Pb) = 58,97%
В заключение хочу отметить, что все участники, использующие рукописный
вариант, справились с обработкой изображений в своих работах, в результате чего
получились вполне приемлемые по размерам файлы. За что им отдельное спасибо!
Если у вас остались вопросы по решениям предложенных задач – их можно
задать на форуме.