Задача

Задача

Составьте формулу вещества, в состав которого входит 25% водорода и 75% углерода.

В задаче надо вывести формулу СxHy, где x и y – моли атомов С и Н.

n(C) = m(C) / Ar(C) n(H) = m(H) / Ar(H)

поэтому решение задачи (б) надо начать с перевода массовой доли элементов в массу:

В 100 г вещества содержится 25 г водорода и 75 г углерода.

Найдем их количества вещества:

n(C) = 75 / 12 = 6,25 n(H) = 25 / 1 = 25

n(C) : n(H) = 6,25 : 25 = 1 : 4

Искомая формула – СН4.

III. Решение сложных задач с использованием понятия «моль»

Задачи, которые здесь приведены, включаются в экзаменационные билеты при поступлении в ВУЗы.

Демонстрация решения задач на экране.

Пример 1.

После нагревания 28,44 г перманганата калия образовалось 27,16 г твердой смеси. Какой максимальный объем хлора (н. у.) можно получить при действии на образовавшуюся смесь 36,5%-ной соляной кислоты (плотность 1,18 г/мл) при нагревании? Какой объем кислоты для этого понадобится?

Решение.

2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2↑

2 моль 1 моль 1 моль 1 моль

0,08 моль 0,04 моль 0,04 моль 0,04 моль

Масса смеси уменьшилась за счет выделения кислорода.

1. Определим, сколько кислорода выделилось.

М(О2) = 32 г/моль; n(O2) = (28,44 – 27,16) / 32 = 0,04 моль

Подставим это значение под уравнение реакции и определим количество остальных веществ, вступивших в следующие реакции.

2. Определим, сколько перманганата калия осталось после реакции:

М(KMnO4) = 158 г/моль; дано n(KMnO4) = 28,44 / 158 = 0,18 моль; после реакции осталось n1(KMnO4) = 0,18 – 0,08 = 0,1 моль.

Далее протекают реакции:

K2MnO4 + 8HCl → 2Cl2↑ + MnCl2 + 2KCl + 4H2O

1 моль 8 моль 2 моль

0,04 моль 0,32 моль 0,08 моль

2KMnO4 + 16HCl → 5Cl2↑ + 2MnCl2 + 2KCl + 8H2O

2 моль 16 моль 5 моль

0,1 моль 0,8 моль 0,25 моль

MnO2 + 4HCl → Cl2↑ + MnCl2 + 2H2O

1 моль 4 моль 1 моль

0,04 моль 0,16 моль 0,04 моль

3. По количеству веществ в уравнениях реакций определим общее количество выделившегося хлора

Выделилось хлора n(Cl2) = 0,08 + 0,25 + 0,04 = 0,37 моль

V(Cl2) = 0,37 • 22,4 = 8,29 л

4. По уравнениям реакций определим, сколько затрачено соляной кислоты:

n(HCl) = 0,32 + 0,8 + 0,16 = 1,28 моль

М(HCl) = 36,5 г/моль; m(HCl) = 1,28 • 36,5 = 46,72 г

mр-ра = 46,72 / 0,365 = 128 г

V(HCl) = 128 / 1,18 = 108,5 мл

Ответ: V(Cl2) = 8,29 л; V(HCl) = 108,5 мл

Пример 2.

Определите состав (в % по массе) раствора, полученного после взаимодействия 150 мл 20%-ной соляной кислоты (плотность 1,1 г/мл) сначала с 10 г железной окалины Fe3O4, а затем с избытком железа.

Решение.

1. Определим количество вещества железной окалины:

М(Fe3O4) = 232 г/моль; n(Fe3O4) = 10 / 232 = 0,043 моль

Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + H2O

1 моль 6 моль 2 моль

0,043 моль 0,258 моль 0,086 моль

FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O

1 моль 2 моль 1 моль

0,043 моль 0,086 моль 0,043 моль

2. Определим количество выданной соляной кислоты и ее избыток:

mр-ра(HCl) = 150 •1,1 = 165 г; m(HCl) = 165 • 0,20 = 33 г

M(HCl) = 36,5 г/моль; n(HCl) = 33 / 36,5 = 0,904 моль

Израсходовано n1(HCl) = 0,258 + 0,086 = 0,344 моль

Избыток n2(HCl) = 0,904 – 0,344 = 0,56 моль

Железо, добавленное в раствор, будет реагировать с избытком соляной кислоты и с хлоридом железа (III), полученным в 1 реакции

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑

1 моль 2 моль 1 моль 1 моль

0,28 моль 0,56 моль 0,28 моль 0,28 моль

Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2

1 моль 2 моль 3 моль

0,043 моль 0,086 моль 0,129 моль

3. Всего образовалось n(FeCl2) = 0,043 + 0,28 + 0,129 = 0,452 моль

M(FeCl2) = 127 г/моль; m(FeCl2) = 0,452 • 127 = 57,404 г.

4. Определим массу раствора после реакций.

Всего растворилось n(Fe) = 0,28 + 0,043 = 0,323 моль

M(Fe) = 56 г/моль; m(Fe) = 0,323 • 56 = 18,088 г

Улетучилось из раствора n(H2) = 0,28 моль

M(H2) = 2 г/моль; m(H2) = 0,28 • 2 = 0,56 г

Масса раствора mр-ра = mр-ра(HCl) + m(Fe3O4) + m(Fe) - m(H2)

mр-ра = 165 + 10 + 18,088 – 0,56 = 192,528 г

ω(FeCl2) = 57,404 / 192,528 = 0,298 или 29,8%

Ответ: ω(FeCl2) = 29,8%

Пример 3. (Подобные задачи использовались в 2006 г. на ЕГЭ – уровень С)

При сплавлении 28,8 г натриевой соли предельной монокарбоновой кислоты с избытком гидроксида натрия выделилось 4,63 л газа (н. у.), что со­ставляет 79% от теоретического выхода. Определите, какой выделился газ.

Решение.

CnH2n+1COONa + NaOH → CnH2n+2↑ + Na2CO3

1 моль 1 моль

0,26 моль 0,26 моль

1. Определим теоретический объем и количество газа:

V = 4,63 / 0,79 = 5,86 л

n = 5,86 / 22,4 = 0,26 моль

2. Определим молярную массу натриевой соли предельной монокарбоновой кислоты:

М(CnH2n+1COONa) = 28,8 / 0,26 = 110 г/моль

М(CnH2n+1COONa) = 12n + (2n + 1) + 12 + 32 + 23 = 14n + 68

14n + 48 = 110

14n = 110 – 48 = 42

n = 3

Выделившийся газ – пропан С3Н8

Пример 4.

К 40,3 мл 37,8%-ного раствора азотной кислоты (плотность 1,24 г/мл) осторожно прибавлен 33,6%-ный раствор гидроксида калия до полной нейтрализации. Какая масса соли выпадает в осадок при охлаждении раствора до 0°С, если в насыщенном при этой температуре растворе массовая доля соли составляет 11,6%?

Решение.

HNO3 + KOH → KNO3 + H2O

1 моль 1 моль 1 моль

0,3 моль 0,3 моль 0,3 моль

1. Определим массу раствора и количество азотной кислоты:

mр-ра (HNO3) = 40,3 мл • 1,24 г/мл = 50 г

m(HNO3) = 50 • 0,378 = 18,9 г

М(HNO3) = 63 г/моль; n(HNO3) = 18,9 / 63 = 0,3 моль.

2. Определим, сколько соли образовалось в результате реакции:

М(КNO3) = 101 г/моль, m(KNO3) = 101 • 0,3 = 30,3 г

3. Определим массу конечного раствора. Для этого вычислим массу добавленного раствора гидроксида калия:

М(КОН) = 56 г/моль; m(KOH) = 56 • 0,3 = 16,8 г; mр-ра(КОН) = 16,8 / 0,336 = 50 г

Масса конечного раствора: mр-ра = 50 + 50 = 100 г

4. Определим массу соли в этом насыщенном растворе при 0°С:

m1 = 100 • 0,116 = 11,6 г

5. Определим массу соли, выпавшей в осадок при охлаждении раствора:

∆m = 30,3 – 11,6 = 18,7 г