Методические рекомендации к решению расчётных задач по неорганической химии в теме «Галогены» (стр. 4 )

Решение:

1.  В смеси NaCl и NaI хлор будет взаимодействовать лишь с NaI.

2NaI + Cl2 = 2NaCl′ + I2

NaCl + Cl2 ≠

Обозначив n(NaI) = х, n(NaCl) = у, составим первое уравнение системы m(NaI) + m(NaCl) = 2 или

х∙М(NaI) + у·М(NaCl) = 2; подставив значения М, получим

150х + 58,5у = 2.

2.  После прокаливания осадка йод улетучивается, и остаются, хлорид натрия из начальной смеси и хлорид натрия, образовавшийся при хлорировании NaI. По уравнению реакции n(NaI) = n(NaCl′) = х. Выразив массу прокалённого осадка как сумму масс составляющих его хлоридов, получаем второе уравнение системы:

58,5х + 58,5у = 1,78

3.  Решаем систему уравнений:

150х + 58,5у = 2

58,5х + 58,5у = 1,78

х = 2,4∙10-3; у = 2,8∙10-2 моль.

4.  Находим массовые доли NaCl и NaI в исходном растворе:

m(NaI) = 150∙2,4∙10-3 = 0,36 г;

m(NaCl) = 58,5∙2,8∙10-2 = 1,64 г.

ω(NaI) = 0,36/102∙100% = 0,35%;

ω(NaCl) = 1,64/102∙100% = 1,61%.

Ответ: ω(NaI) = 0,35%;

ω(NaCl) = 1,61%.

28.  При обработке избытком хлорной воды смеси бромида железа (II) и бромида меди (I) масса сухого остатка, полученного после выпаривания раствора и прокаливания, уменьшилась в 1,2 раза по сравнению с массой исходной смеси солей. Вычислите массовые доли веществ в конечной смеси.

Решение:

1.  Принимая хлорную воду, в данном случае, как насыщенный хлором водный раствор, и учитывая, что она дана в избытке, т. е. будет окислять промежуточные продукты реакции, запишем уравнения реакций:

FeBr2 + 1,5Cl2 = FeCl3 + Br2

2CuBr + 2Cl2 = 2CuCl2 + Br2

2.  Примем количества FeBr2 за х моль, CuBr за у моль и на основе отношения

[m(FeBr2) + m(CuBr)]/[m(FeCl3) + m(CuCl2)] = 1,2

составим алгебраическую систему уравнений, приняв массу исходной смеси за 100 г.

x·M(FeBr2) + у∙M(CuBr) = 100;

1,2(x·M(FeBr3) + у∙M(CuCl2)) = 100.

216х + 144у = 100;

1,2(162,5х + 135у) = 100.

х = 0,261 моль; у = 0,302 моль.

3.  Найдём массу смеси продуктов реакции и массовые доли её компонентов:

m СМ. = 100/1,2 = 83,33 г;

ω(FeCl3) = n(FeCl3)·М(FeCl3)/ m СМ·100% = 0,261·162,5/83,33·100% = 50,8%;

ω(CuCl2) = n(CuCl2)·М(CuCl2)/ m СМ·100% = 0,302·135/83,33·100% = 49,2%.

Ответ: ω(FeCl3) = 50,8%;

ω(CuCl2) = 49,2%.

29.  Через холодный раствор КОН с концентрацией 2,05 моль/л объёмом 150 мл (пл. 1,095 г/мл), пропустили 3,53 л (100кПа,100С) смеси хлора с хлороводородом, имеющую прлотность по воздуху 1,655. Вычислите массовые доли солей в получившемся растворе.

Решение:

2KOH + Cl2 = KClO + KCl′ + H2O

KOH + HCl = KCl′′ + H2O

1.  Вычислим количество и молярную массу смеси газов:

nCM. = pV/RT = 100·3,53/8,314·283 = 0,15 моль;

dвозд.= МСМ./Мвозд.= 1,655;

МСМ= 1,655·29 = 47,995 г/моль.

2.  Примем n(Cl2) в смеси за х моль, n(НCl) за (0,15 − х) моль и составим уравнение на основе равенства:

m (Cl2) + m (НCl) = mСМ.

или

n(Cl2)·М(Cl2) + n(НCl)·М(НCl) = nСМ·МСМ.;

71х +36,5(0,15 – х) = 7,2;

х = 0,05 моль; n(НCl) = 0,1 моль.

3.  Найдём количество KOH в растворе и определим, какие из реагентов были в недостатке:

n(KOH) = СМ·Vр-ра = 2,05·0,15 = 0,31 моль;

n(KOH)в 1-ой р-ции = 2n(Cl2) = 0,1 моль;

n(KOH)во 2-ой р-ции = n(НCl) = 0,1 моль; т. о. общее количество KOH 0,2 моль, этот реактив взят в избытке, следовательно:

n(KClO) = n(KCl′) = n(Cl2) = 0,05 моль;

n(KCl′′) = n(НCl) = 0,1 моль;

n(KCl)ОБЩ. = 0,15 моль.

4.  Рассчитаем массу раствора после реакции и массовые доли солей в нём:

m р-ра = m(KOH) р-ра + mСМ. = Vр-ра(KOH)∙ρ + mСМ. = 150∙1,095 + 7,2 = 171,45 г.

ω(KClO) = n(KClO)∙М(KClO)/ m р-ра∙100% = 0,05∙90,5/171,45∙100% = 2,64%;

ω(KCl) = n(KCl)∙М(KCl)/ m р-ра∙100% = 0,15∙74,5/171,45∙100% = 6,52%.

Ответ: ω(KClO) = 2,64%;

ω(KCl) = 6,52%.

30.  Какой объём смеси хлора с азотом (давление 98 кПа, t0 = 50C, d(Н2) = 25,0) следует пропустить через 1 кг насыщенного раствора Са(ОН)2 для получения максимально возможной массы хлорной извести (растворимость Са(ОН)2 при 50С = 0,18 г в 100 г Н2О).

Решение:

Ca(OH)2 + Cl2 = Ca(ClO)Cl + H2O

1.  Найдём содержание Ca(OH)2 в 1 кг его насыщенного раствора при 50С:

m(Ca(OH)2) = ω∙m р-ра = 0,18/100,18∙1000 = 1,79 г.

2.  Определим количество хлора необходимого для полного хлорирования:

n(Cl2) = n(Ca(OH)2) = m(Ca(OH)2)/ М(Ca(OH)2) = 1,79/74 = 0,024 моль.

3.  Найдём молярную массу газовой смеси и содержание газов в ней:

d(Н2) = МСМ./М(Н2)
МСМ. = d(Н2)∙ М(Н2) = 25∙2 = 50 г/моль.

Примем n(Cl2) в смеси за х моль, тогда n(N2) = 1 – х моль, отсюда:

х∙М(Cl2) + (1 – х)М(N2) = МСМ.;

70х +28 – 28х = 50;

42х = 22;

х= 0,52 моль.

4.  Найдём количество газовой смеси с требуемым содержанием хлора:

0.52 моль Cl2 содержится в 1 моле смеси;

0,024 моль Cl2 содержится в nСМ.

nСМ. = 0,024/0,52 = 0,046 моль.

5.  Рассчитаем требуемый объём газовой смеси:

VСМ. = nСМ.∙ RT/P = 0,046∙8,314∙278/98 = 1,08 л.

Ответ: 1,08 л.

Задачи для самостоятельного решения

1.  В баллоне содержится 30 кг жидкого хлора. Какой объём займёт это количество хлора при нормальных условиях?

2.  Путём нагревания алюминия в токе хлора было получено 26,7 г хлорида алюминия. Сколько граммов хлора прореагировало?

3.  Взорвали 1 л смеси, содержащей 60% водорода и 40% хлора (по объёму). Каков объём и состав в процентах (по объёму) получившейся смеси газов?

4.  Вода океанов содержит в среднем в 1 л 27,6 г хлорида натрия, 0,8 г хлорида калия, 3,2 г хлорида магния, 2,1 г сульфата магния и 1,3 г сульфата кальция. Сколько хлороводорода можно получить, если остаток, образующийся после выпаривания 1 м3 воды океана, обработать серной кислотой?

5.  Производительность печи для синтеза хлороводорода составляет 25 т хлороводорода в сутки. Сколько хлора и водорода необходимо взять для получения такого количества хлороводорода, если учесть, что водорода берут примерно на 3% больше, чем это требуется по уравнению реакции?

6.  Хлороводород, образовавшийся при действии серной кислоты на 19 г безводного хлорида магния, пропустили в раствор, содержащий 10 г гидроксида калия. Раствор выпарили досуха. Какое вещество и в каком количестве при этом получилось?

7.  При пропускании газа, содержащего хлор, через раствор йодида калия выделилось 1,27 г йода. Объём оставшегося газа был равен 4,888 л (н. у.). Каково было содержание хлора в газе (в процентах по объёму)?

8.  К раствору, содержащему 1,6 г бромида калия, прибавили 6,0 г брома-сырца, имеющего примесь хлора. Смесь выпарили и остаток высушили. В остатке 1,3 г. Вычислите содержание в процентах хлора в броме-сырце.

9.  0,200 г галогенида кальция при взаимодействии с раствором нитрата серебра дали 0,376 г галогенида серебра, окрашенного в желтый цвет. Исходя из этих данных, решите, какая именно соль кальция взята для анализа.

10.  Хлороводород, полученный сульфатным способом их хлорида натрия массой 11,7 г, пропустили через раствор нитрата серебра. Получили осадок массой 20,09 г. Считая, что выход продукта второй реакции количественный, определите выход хлороводорода.

11.  Какую массу оксида марганца (IV) и какой объём раствора с массовой долей HCl 36% и плотностью 1,18 г/мл надо взять для получения хлора, который может вытеснить из раствора иодида калия молекулярный йод массой 30,48 г? Принять, что выход продуктов на каждой из стадий процесса составляет 80% от теоретически возможного.

12.  В раствор хлорида калия погрузили электроды и пропустили электрический ток. В результате образовался раствор массой 200 г с массовой долей КОН 2,8%. Какое количество вещества молекулярного хлора выделилось при электролизе?

13.  Неизвестный металл массой 6,75 г соединяется с хлором, объём которого при н. у. равен 8,4 л. Этот же металл может реагировать с йодом, причём в хлориде и йодиде он проявляет одну и ту же степень окисления. Какая масса йодида образуется при взаимодействии металла массой 6,75 г с йодом?

14.  Хлороводород, полученный из образца технического хлорида натрия массой 12 г, использовали для получения концентрированной соляной кислоты. Вся полученная кислота вступила в реакцию с оксидом марганца (IV). При этом образовался газ объёмом 1,12 л (н. у.). Определите массовую долю NaCl в исходном образце.

15.  Остаток, полученный после термического разложения хлората калия КClО3 в присутствии оксида марганца (IV), растворили в воде. К раствору добавили избыток раствора нитрата серебра, получив осадок массой 57,4 г. Какой объём кислорода выделился при разложении КClО3? Объём рассчитайте при нормальных условиях.

16.  Хлорат калия КClО3 массой 12,25 г подвергли разложению, причём образовался кислород, объём которого при нормальных условиях составил 336 мл. Определите массовую долю хлорида калия в сухом остатке после окончания реакции.

17.  Составьте истинную формулу соединения (AlxClу), содержащего 20,2% Al и 79,8% Cl, если известно, что плотность его пара по воздуху равна 9,31.

18.  Составьте истинную формулу вещества (СхНуClz)q, если известно, что массовые доли углерода и водорода в нём равны 0,378 и 0,063 соответственно, а плотность его пара по водороду 63,42.

19.  Разложение 15,38 г хлората калия КClО3 привело к образованию хлорида калия и некоторого объёма кислорода (при н. у.), который был полностью использован для сжигания серы. Получено 3,89 л диоксида серы SO2. Определите: а) практический выход кислорода при разложении КClО3; б) количество серы, затраченной на сжигание.