Тип III. Комбинированные задачи

 

 

III. 1. При обработке 17,4 г смеси алюминия, железа и меди избытком соляной кислоты выделилось 8,96 л (н.у.). Не растворившийся в соляной кислоте остаток растворился в концентрированной азотной кислоте с выделением 4,48 л газа (н.у.). Определите состав исходной смеси (в %).

 

Решение

1) Составим уравнения реакций:

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑ (1)

 

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑ (2)

 

Cu + 4HNO₃ = Сu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O (3)

 

2) Найдем количество вещества оксида азота(IV) и количество вещества и массу меди:

ν(NO₂) = V / V_m = 4,48 / 22,4 = 0,2моль

ν(Сu) = 0,1моль

m(Cu) = M • ν == 64 • 0,1 = 6,4г

 

3) Найдем массу смеси железа и алюминия:

m(Fe, Al) = 17,4 – 6,4 = 11г

 

4) Обозначим количества веществ:

Пусть ν(Fe) = x моль, тогда ν(Н₂)₁ = х моль;

ν(Al) = y моль, тогда ν(Н₂)₂ = 1,5 у моль

 

5) Выразим массы Fe и Al через x и y; найдем количество вещества водорода:

m(Fe) = 56x (г); m(Al) = 27y (г);

ν(Н₂) = V / V_m = 8,96 / 22,4 = 0,4моль

 

6) Составим систему уравнений и решим ее:

Þ Þ Þ

 

7) Найдем массы железа и алюминия, затем массовые доли веществ в смеси:

m(Fe) = 0,1 • 56 = 5,6г

m(Al) = 0,2 • 27 = 5,4г

w(Cu) = m(Cu) / m(см.) = 6,4 / 17,4 = 0,368

w(Fe) = m(Fe) / m(см.) = 5,6 / 17,4 = 0,322

w(Al) = m(Al) / m(см.) = 5,4 / 17,4 = 0,31

 

Ответ. w(Сu) = 36,8 %; w(Fe) = 32,2 %; w(Al) = 31%

 

 

Задачи для самостоятельного решения

 

1. При пропускании 11,2л смеси метана, оксида углерода (IV) и оксида углерода (II) через раствор гидроксида натрия, взятый в избытке, объем исходной смеси уменьшился на 4,48л. Для полного сгорания оставшейся смеси потребовалось 6,72л кислорода. Определите состав исходной смеси (в% по объему). Объемы измерены при одинаковых условиях. (20% СН₄; 40% СО₂; 20% СО)

2. Газ, образовавшийся при полном сгорании смеси бензола с циклогексеном, пропустили через баритовую воду и получили 35,5г белого осадка. Вычислите массовую долю веществ в исходной смеси, если такое же количество может обесцветить 50г бромной воды, содержащей 3,2% брома. (65,5% и 34,5%)

3. При обработке 17,4г смеси меди, железа и алюминия избытком концентрированной азотной кислоты выделилось 4,48л газа (н.у.), а при действии на эту смесь такой же массы избытка хлороводородной кислоты — 8,96л газа (н.у.). Определите состав исходной смеси. (36,8% Cu, 32,2% Fe, 31% Al)

4. После обработки избытком брома смеси калия и магния общей массой 10,2 г масса полученной смеси твердых веществ оказалась равной 42,2 г. Эту смесь обработали избытком раствора гидроксида натрия, после чего осадок отделили и прокалили до постоянной массы. Вычислите массу полученного при этом остатка. (4 г)

5. 14,7г смеси железа, меди и алюминия, взаимодействуя с избытком разбавленной серной кислоты, выделяет 5,6л водорода (н.у.). Определите состав смеси в массовых процентах, если для хлорирования такой же навески смеси требуется 8,96л хлора (н.у.). (38,1% Fe, 43,5% Cu, 18,4% Al)

6. 13,8г смеси, состоящей из кремния, алюминия и железа, обработали при нагревании избытком гидроксида натрия, при этом выделилось 11,2л газа (н.у.). При действии на такую массу смеси избытка соляной кислоты выделяется 8,96л газа (н.у.). Определите массы веществ в исходной смеси. (2,8г Si, 5,4г Al, 5,6г Fe)

 

ЗАДАЧИ НА КИСЛЫЕ СОЛИ

Эти задачи можно решать разными способами. В любом случае вначале нужно составить уравнения всех возможных реакций, найти количества реагирующих веществ и, сравнив их соотношение с числом моль по уравнению, определить, какие соли получаются.

При более простом варианте (алгоритм 1) можно не учитывать последовательность протекания реакций, исходить из предположения, что одновременно происходят две реакции, и использовать алгебраический способ решения.

 

 

Алгоритм 1

(Параллельные реакции)

 

1. Составить уравнения всех возможных реакций.

2. Найти количества реагирующих веществ и по их соотношению определить уравнения двух реакций, которые происходят одновременно.

3. Обозначить количество вещества одного из реагирующих веществ в первом уравнении как х моль, во втором – у моль.

4. Выразить через х и у количества веществ реагентов или получившихся солей согласно молярным соотношениям по уравнениям.

5. Составить и решить систему уравнений с двумя неизвестными, найти количества реагирующих веществ, затем количества получившихся солей.

Далее решать задачу согласно условию.

 

При более сложном для понимания, но более глубоко раскрывающем химизм происходящих процессов способе решения нужно учитывать то, что в некоторых случаях продукты реакции зависят от порядка смешивания веществ. Нужно учитывать последовательность реакций, протекающих при взаимодействии многоосновной кислоты и щелочи. Так, при постепенном добавлении гидроксида натрия к раствору фосфорной кислоты будут протекать реакции:

 

H₃PO₄ + NaOH = NaH₂PO₄ + H₂O

NaH₂PO₄ + NaOH = Na₂HPO₄ + H₂O

Na₂HPO₄ + NaOH = Na₃PO₄ + H₂O

 

При обратном же порядке смешивания реагентов последовательность протекания и сами реакции будут иными:

 

3NaOH + H₃PO₄ = Na₃PO₄ + 3H₂O

2Na₃PO₄ + H₃PO₄ = 3Na₂HPO₄

Na₂HPO₄ + H₃PO₄ = 2NaH₂PO₄

 

При пропускании углекислого или сернистого газов через раствор щелочи сначала получается средняя соль, т.к. вначале щелочь находится в избытке. Затем по мере добавления оксида появляется его избыток, он реагирует со средней солью, которая частично превращается в кислую. Так считают, если все соли растворимы.

И, наконец, если образующаяся соль нерастворима, то вначале образуется осадок – средняя соль, а затем кислая соль.

 

 

Алгоритм 2

(Последовательные реакции. Нейтрализация щелочи)

 

1. Составить уравнение реакции образования средней соли.

Количество вещества средней соли и количество вещества прореагировавшей кислоты или кислотного оксида рассчитывается по количеству вещества щелочи.

2. Найти количество вещества оставшейся (непрореагировавшей) кислоты или кислотного оксида:

ν_ост = ν_исх – ν_{прореаг}

Составить уравнение реакции избытка кислоты или оксида со средней солью.

3. По количеству вещества избытка кислоты или кислотного оксида найти количество вещества кислой соли и количество прореагировавшей средней соли.

4. Найти количество вещества оставшейся средней соли.

 

 

Задача 1. Газ, полученный при сжигании 19,2 г серы в избытке кислорода, без остатка прореагировал с 682,5 мл 5%-го раствора гидроксида натрия (плотность 1,055 г/мл). Определите состав полученного раствора и рассчитайте массовые доли веществ в этом растворе.

Решение

1) Составим уравнения возможных реакций:

 

S + O₂ → SO₂ (1)

 

SO₂ + NaOH → NaHSO₃ (2)

 

SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O (3)

2) Найдем количества вещества реагентов:

ν(S) = m / M = 19,2 / 32 = 0,6моль

ν(SO₂) = 0,6моль

m(р-ра NaOH) = V(р-ра) • ρ(р-ра) = 682,5 • 1,055 = 720,04г

m(NaOH) = m(р-ра) • w = 720,04 • 0,05 = 36г

ν(NaOH) = m / М == 36 / 40 = 0,9моль

 

Сравним данные количества веществ по уравнениям (2) и (3):

ν(SO₂): ν(NaOH) = 0,6: 0,9 = 1: 1,5

1 < 1,5 <2

Это свидетельствует о том, что в полученном растворе будут находиться обе соли: NaHSO₃ и Na₂SO₃.

Далее задачу можно решать разными способами, например по алгоритму 1.

 

3) Обозначим количество вещества оксида серы(IV), вступившего во взаимодействие с гидроксидом натрия, в реакции (2) как

ν(SO₂)₂ = х моль, а в реакции (3) как

ν(SO₂)₃ = у моль

 

4) Тогда, в соответствии со стехиометрией, в реакцию (2) вступило х моль NaOH, а в реакцию (3) –2 y моль NaOH

 

5) Составим систему уравнений:

 

Þ

Из уравнений (2) и (3) следует, что количество веществ образовавшихся солей равны количествам вещества оксида серы(IV)_{2 и 3}, т.е.

ν(Na₂SO₃) = 0,3 моль,

ν(NaHSO₃) = 0,3 моль

6) Найдем массы веществ:

m(SO₂) = M • ν = 64 • 0,6 = 38,4г

m(Na₂SO₃) = M • ν = 126 • 0,3 = 37,8г

m(NaHSO₃) = M • ν = 104 • 0,3 = 31,2г

 

7) Найдем массу раствора после реакций и массовые доли растворенных солей:

m(р-ра) = m(SO₂) + m(р-ра NaOH) = 38,4 + 720,04 = 758,44г

w(Na₂SO₃) = m / m(р-ра) = 37,8 / 758,44 = 0,0498

w(NaHSO₃) = m / m(р-ра) = 31,2 / 758,44 = 0,0411

Ответ: w(Na₂SO₃) = 4,98%; ω(NaHSO₃) = 4,11%.

 

 

Решим эту задачу по алгоритму 2.

 

1) Сначала протекает реакция образования средней соли:

 

SO₂ + 2NaOH = Na₂SO₃ + H₂O

 

По данным из условия задачи рассчитываем количество вещества NaOH, а по нему – количество получившегося Na₂SO₃ и прореагировавшего SO₂:

ν(Na₂SO₃) = 0,9: 2 = 0,45моль,

ν(SO₂) = 0,9: 2 = 0,45моль Þ SO₂ израсходовался не весь!

 

2) Поскольку оксид серы(IV) был взят в избытке, то оставшееся количество его вступит в реакцию со средней солью с образованием кислой соли:

 

SO₂ + NaOH = NaHSO₃

 

ν_ост(SO₂) = ν_исх – ν_прор = 0,6 – 0,45 = 0,15моль

 

3) При этом образуется 0,3моль NaHSO₃

 

4) Количество вещества оставшейся средней соли равно:

ν(Na₂SO₃) = 0,45 – 0,15 = 0,3моль

 

Далее ход решения одинаков: найдем массы веществ, массу раствора и массовые доли растворенных в нем веществ.

Алгоритм 3 (Последовательные реакции. Нейтрализация кислоты)

 

1. Составить уравнение реакции образования кислой соли.

Количество вещества кислой соли и количество прореагировавшей щелочи рассчитывается по количеству вещества кислоты.

2. Найти количество вещества избытка щелочи (оставшейся):

ν_ост = ν_исх – ν_{прореаг}

Составить уравнение реакции избытка щелочи с кислой солью.

3. По количеству щелочи найти количество вещества средней соли и количество

прореагировавшей кислой соли.

4. Найти количество вещества оставшейся кислой соли.

 

 

Решим эту задачу по алгоритму 3.

 

1) Сначала протекает реакция образования кислой соли:

 

SO₂ + NaOH → NaНSO₃

 

По данным из условия задачи рассчитываем количество вещества SO₂, а по нему – количество получившегося NaНSO₃ и прореагировавшего NaOH:

ν(SO₂) = ν(NaНSO₃) = 0,6моль

ν(NaОН)изр. = 0,6моль Þ NaОН израсходовался не весь!

 

2) Поскольку NaOH был взят в избытке, то оставшееся количество его вступит в реакцию с кислой солью с образованием средней соли:

NaHSO₃ + NaOH → Na₂SO₃ + Н₂О

 

ν(NaОН)_ост. = 0,9 – 0,6моль = 0,3моль = ν(Na₂SO₃)

ν(NaНSO₃)_{ост .} = ν_{обр 1} – ν_{прор 2} = 0,6 – 0,3 = 0,3моль

 

Далее ход решения одинаков: найдем массы веществ, массу раствора и массовые доли растворенных в нем веществ.

 

 

Задачи для самостоятельного решения

 

Задача 2. Через 224г раствора с массовой долей гидроксида калия 20% пропустили 11,2л сернистого газа (н.у.). Вычислите массовые доли солей в полученном растворе. Ответ. w(K₂SO₃) = 18,52%; w(KHSO₃) = 9,38%.

Задача 3. Через 100мл 10%-гораствора гидроксида натрия с плотностью 1,1г/мл пропустили 4,928л оксида углерода(IV) (н.у.), в результате чего образовалось 22,88г смеси двух солей. Определите массовые доли веществ в полученном растворе. Ответ. w(NaHCO₃) = 1,4%; w(Na₂СO₃) = 17,7%.

Задача 4. Продукты полного сгорания 4,48л сероводорода (н.у.) в избытке кислорода полностью поглощены 53мл 16%-го раствора гидроксида натрия (ρ = 1,18г/мл). Вычислите массовые доли веществ в полученном растворе и массу осадка, который выделится при обработке этого раствора избытком гидроксида бария. Ответ. w(NaHSO₃) = 22,8%; w(Na₂SO₃) = 9%; m (BaSO₃) = 43,4г.

Задача 5. При пропускании углекислого газа через раствор, содержащий 6г гидроксида натрия, образовалось 9,5г смеси солей. Определите объем прореагировавшего углекислого газа. Ответ. V (CO₂)= 2,24л.

Задача 6. В стакан, содержащий 200мл воды, последовательно внесли 28,4г фосфорного ангидрида и 33,6г гидроксида калия. Вычислить массовые доли веществ, содержащихся в растворе по окончании всех реакций.

Ответ. w(KH₂РO₄) = 10,38%; w(K₂HРO₄) = 13,28%.

Задача 7. К 82мл 20%-го раствора гидроксида натрия (ρ = 1,22г/мл) добавили 116мл 25%-й серной кислоты (ρ = 1,18г/мл). Найти массовые доли солей в образовавшемся растворе. Ответ. w(NaHSO₄) = 10,12%; ω(Na₂SO₃) = 8,98%.