«
»
()
Литвинова Т.Н. ЗАДАЧИ ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ
-
-
2011
2472
64
:
. .. , ,
... ..
.
. .. ,
..., ..
.
,
..., ..
, , . . ., ..
..
64 -. – 4-., . – :, 2011. – 224 .
|
– |
, |
, |
, |
|
,
,
.
, |
, |
, |
-.
.
, , .
14 20 2011 .
Медик без довольного познания химии совершен быть не может
М. В. Ломоносов
ПРЕДИСЛОВИЕ
Потребность в подобном пособии по общей химии с медикобиологической направленностью назрела давно. Она диктуется необходимостью новых требований к подготовке специалистов в области здравоохранения и в пополнении имеющегося комплекса учебно-методических материалов по общей химии.
Новизна книги заключается в том, что задания выбраны применительно не к отдельному понятию или закону, а к комплексу знаний.
Расчетные задачи сгруппированы по модульному принципу, что соответствует содержанию важнейших тем курса общей химии для медицинских вузов. Модульный подход, использующийся в построении данного пособия, применяется в работах такого рода впервые и имеет неоценимые преимущества в том, что дает возможность преподавателю и студентам использовать его в соответствии с любыми учебными планами, при любой последовательности изучения курса, принятой в конкретном вузе, гибко варьируя модули задач. В каждом модуле даны примеры решения типовых задач, а ко всем задачам для самостоятельного решения приведены ответы, что позволяет студентам научиться правильно решать и обеспечивает самоконтроль их действий. Весь материал пособия изложен в пяти модулях.
Важная задача сборника — показать, как глубоко связана химия с медициной и повседневной жизнью. Необходимые для полноценного усвоения общей химии типовые и комплексные химические задачи по своему содержанию имеют профессиональную медицинскую направленность, т. е. обеспечивают профессионализацию данного курса в медицинском вузе.
В пособие включены расчетные задачи разной степени сложности как типовые, так и комплексные, что дает возможность пре-
3
подавателю дифференцироватьработу состудентамииразнообразить тематику задач.
Сборник задач выполняет обучающую, самоорганизующую, контролирующую и прикладную функции, дает возможность студенту самому оценить уровень сформированности расчетных умений, развить собственную инициативу и познавательную активность по решению разнообразных химических задач.
Данное пособие может быть использовано студентами и преподавателями биологических, нехимических специальностей немедицинских вузов, медицинских училищ и колледжей.
Автор
М о д у л ь 1 ОСНОВЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА
СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ
Параметр |
Обозначение, |
|
|
Смысловое значение |
||||||||||
|
единица |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
Массовая |
X |
|
|
m X |
|
|
, доли |
Отношение массы растворен- |
||||||
доля |
|
|
|
|
|
|
|
ного вещества к массе раствора |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
вещества |
|
|
m |
р-ра |
|
|
|
|||||||
X |
|
m X 100 |
, |
|
||||||||||
в растворе |
|
|
||||||||||||
|
|
|
m р-ра |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
проценты |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Моль |
|
|
|
|
— |
|
|
|
|
|
|
|
Количество вещества, которое |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
содержит столько молекул |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(атомов) этого вещества, сколь- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ко атомов содержится в 12 г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0,012 кг) углерода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Количество |
|
n , моль |
|
|
Количество вещества равно от- |
|||||||||
вещества |
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
ношению массы вещества к его |
|||
|
|
n |
|
m |
|
|
|
|
|
|
молярной массе |
|||
|
|
|
M X |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Молярная |
c X |
|
n X |
|
|
Отношение количества веще- |
||||||||
концентра- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ства X, содержащегося в рас- |
||||
V р-ра |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
ция |
|
|
|
m X |
|
|
|
|
, |
|
творе, к объему этого раствора |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
M X V р-ра |
|
|
|||||||||||
|
моль м3, моль/л |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эквивалент |
|
|
|
|
— |
|
|
|
|
|
|
|
Это частица (условная или ре- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
альная), которая может отда- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вать, присоединять или как-то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
иначе быть равноценной одно- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
му иону водорода в кислотно- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
основных реакциях, а в окисли- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тельно-восстановительных ре- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
акциях — одному электрону |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
Параметр |
|
|
Обозначение, |
Смысловое значение |
||||||||||||||
|
|
|
|
единица |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Фактор |
fэкв |
|
|
1 |
|
, где z — число |
Число, показывающее, какая |
|||||||||||
|
|
z |
||||||||||||||||
эквивалент- |
эквивалентов вещества, |
часть реальной частицы веще- |
||||||||||||||||
ности |
содержащихся в 1 моль |
ства эквивалентна одному иону |
||||||||||||||||
|
|
|
этого вещества |
водорода в кислотно-основной |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
реакции или одному электронув |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
окислительно-восстановитель- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ной реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Количество |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
Количествовещества,условной |
||||||||
|
|
|
|
n |
|
|
zX , моль |
|||||||||||
вещества |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
структурной единицей которого |
|
эквивалента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
является эквивалент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Молярная |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Масса одного моля эквивален- |
|||||||
M |
|
|
zX |
|
|
|
fэквM |
X , |
||||||||||
масса эк- |
|
|
|
|
|
г/моль |
|
|
|
та вещества |
||||||||
вивалентов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
вещества |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Молярная |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
Отношениеколичествавещест- |
|||||||
|
|
|
|
c |
|
zX |
|
|
|
|
|
|||||||
концентра- |
|
|
|
|
|
|
m X |
|
|
|
|
, |
ва эквивалента в растворе к |
|||||
ция экви- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
объему этого раствора |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
f X M X V |
р-ра |
|||||||||||||||||
валента |
моль м3, моль л |
|
||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Моляльная |
cm X |
|
n X |
|
|
|
Отношениеколичествавещест- |
|||||||||||
концен- |
|
|
|
|
|
|
|
|
ва к массе растворителя |
|||||||||
m р-ля |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
трация |
|
|
|
|
|
|
m X |
|
|
, |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
M X m р-ля |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
моль/кг |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Молярная |
|
|
N X |
n X |
|
|
|
Отношение количества вещест- |
||||||||||
доля |
|
|
|
|
|
|
|
|
вакомпонентаXкобщемуколи- |
|||||||||
|
|
ni |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
вещества |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
честву всех веществ в системе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Титр |
|
|
|
|
|
|
|
m X |
|
|
|
Масса вещества X, содержа- |
||||||
раствора |
T |
X |
|
|
, г/мл |
щегося в 1 мл раствора |
||||||||||||
|
V |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СВЯЗИ МЕЖДУ СПОСОБАМИ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА
|
|
|
|
c X M X |
|
|
|
c |
1 |
|
1 |
|
|
T X 100 |
|
||||
Массовая доля |
|
|
|
|
zX M |
|
zX |
|
|
||||||||||
|
10 |
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Молярная |
|
|
|
|
X |
10 |
|
|
|
1 |
|
|
T X 1000 |
||||||
концентрация |
c |
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
zX |
|
fэкв |
|
|
|
|
|
|
|
|
M X |
|
|
|
|
|
|
M X |
6
Молярная концен- |
|
1 |
X 10 |
|
c X |
|
|
|
T X 1000 |
|||||||||||
трация эквивалента |
c |
zX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
fэкв |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
M 1 zX |
|
|
|
|
M 1 zX |
|||||||||||
|
|
|
|
X |
|
c z M X |
|
|
c |
1 |
1 |
|||||||||
Титр раствора |
T X |
|
|
|
|
zX M |
zX |
|
||||||||||||
100 |
|
1000 |
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Моляльная |
|
|
|
cm X |
|
X 1000 |
|
|
|
|
|
|||||||||
концентрация |
|
|
|
100 |
X M X |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ
В химических реакциях число молей эквивалентов всех веществ, вступивших в реакцию и образовавшихся в ней, всегда равны между собой. Для произвольной реакции aA bB cC dD закон эквивалентов имеет следующие математические выражения:
1) n |
1 |
|
|
|
|||
zA |
|
|
|
n |
|||
2) |
|
m A |
|
|
|
||
|
|||||||
f A M A |
|
||||||
|
1 |
|
A |
|
|||
3) c |
zA |
|
V |
|
|||
4) |
|
m A |
|
|
|
||
|
|||||||
f A M A |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
; |
|
|||||
|
zB |
|
n |
|
zC |
|
|
n zD |
|
|
|||||||
|
|
m B |
|
|
|
|
|
m C |
|
m D |
; |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
f B M B |
|
f C M C |
f D M D |
|||||||||||||
|
|
c |
1 |
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
zB |
|
V |
B |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
m B |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
f B M B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5) f
m
A
A M A
c
1 |
B |
z |
|
V B
;
6) m A
c
1 B V B
z
Vпробы A
M
1 |
A |
z |
|
V колбы
10 3.
Задачи с решениями
1. Вычислите массу вещества, содержащуюся в заданном количестве вещества: а) 2,5 моль HCl; б) 3,0 моль NaCl; в) 0,5 моль NaOH; г) 0,1 моль AgNO3.
Решение. Из |
формулы X |
m X |
|
находим |
|
M X |
|||||
X M X . |
|
|
|||
|
|
|
|
||
а) m HCl 2 5 моль 36 5 г моль 91 25 г; |
|||||
б) m NaCl |
3 0 моль 58 5 г моль 175 5 г; |
m X
7
в) m NaOH 0 5 моль г) m AgNO3 0 1 моль
40 г моль 20 0 г;170 г моль 17 0 г.
Ответ:
в) m NaOH
а) m HCl20 0 г; г)
91 25 г; m AgNO3
б) m NaCl17 0 г.
175 5 г;
2.Определите фактор эквивалентности вещества, указанного
вуравнениях и схеме реакций первым:
а) H3PO4 2KOH |
K2HPO4 2H2O |
||
б) Na2CO3 |
2HCl |
2NaCl CO2 |
H2O |
в) KMnO4 |
Na2SO3 H2SO4 |
|
|
MnSO4 Na2SO4 |
K2SO4 H2O |
|
Решение. Фактор эквивалентности определяется природой реагирующих веществ и характером данной реакции:
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) f |
H3PO4 |
|
2, так как происходит замещение двух ионов |
||||||||||
водорода в ортофосфорной кислоте; |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) f |
Na2CO3 |
2, так как замещаются два иона натрия, что |
|||||||||||
равноценно замещению двух ионов водорода; |
8H Mn2 |
||||||||||||
в) f KMnO4 |
1 , так как MnO |
|
5e |
||||||||||
|
|
|
|
5 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
4H2O, частица окислителя присоединяет пять электронов |
|
||||||||||||
|
|
H3PO4 |
1 |
|
Na2CO3 |
1 |
|
KMnO4 |
1 |
||||
Ответ: f |
2; f |
2 |
; f |
5. |
|||||||||
3. Определите молярную массу эквивалентов вещества сер- |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
ной кислоты, если f |
H2SO4 |
|
2. |
|
|
|
|
|
|
Решение. Молярная масса эквивалентов вещества рассчитывается по формуле
Mэкв
X
f X M X ;
Mэкв H2SO4
1
2
98
49 г
моль.
Ответ:
Mэкв H2SO4
49 г
моль.
4. Вычислите массу вещества, содержащегосяв заданном количестве эквивалентов: а) 0,2 экв. H2SO4; б) 2,0 экв. Na2CO3; в) 0,5 экв. Ca OH 2; г) 0,05 экв. AgNO3.
Решение.
1-й способ. Находим
X
из формулы
экв X
X f X
X
экв X f X ,
а затем m X
X
M X :
8
а)
H2SO4 0 2 |
|
|
|
||
m H2SO4 |
0 1 |
1 |
|
2 |
моль
0 1 моль;
98 г моль
9 8 г;
б)
Na2CO3 2 0 |
|
|
|
||
m Na2CO3 |
1 0 |
1 |
|
2 |
моль
1 0 моль;
106 г моль
106 г;
в)
|
|
OH 2 |
|
|
1 |
|
|
Ca |
|
0 5 |
2 |
m Ca OH 2 |
0 25 моль |
0 25 моль;74 г моль
18 5 г;
г)
AgNO3 0 05 |
|
|
|
||
m AgNO3 |
0 05 |
1 |
|
2 |
моль
0 05 моль;
170 г моль
8 5 г;
2-й способ. Можно воспользоваться формулой
экв X
m X |
, |
f X M X |
где экв фактор альной
X — количество эквивалентов вещества X, моль; f X — эквивалентности (число, показывающее, какую долю речастицы составляет эквивалент); тогда
m X
экв X
f X M X ;
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
98 |
|
|
|
|
|||
а) m H2SO4 |
|
|
|
0 2 |
|
|
2 |
9 8 г; |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
б) m Na2CO3 |
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
106 |
|
|
106 г; |
|||||
|
|
OH 2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||
в) m Ca |
|
|
0 5 |
|
|
2 74 |
|
|
18 5 г; |
||||||||
г) m AgNO3 |
0 05 |
1 |
|
170 8 5 г. |
Ответ: а)
в) m Ca OH 2 |
|
m H2SO418 5 г; г)
9 8 г; б) m Na2CO3 m AgNO3 8 5 г.
106 г;
5. Рассчитайте молярную массу эквивалентов вещества гидроксида кальция в реакции неполного обмена гидроксид-ионов.
Решение. По условию задачи Ca OH неполного обмена OH -ионов:
Ca OH 2 HCl CaOHCl H2O
2 участвует в реакции
Следовательно, f Ca OH 2 1.
Молярную массу эквивалентов вещества формуле Mэкв Ca OH 2 1 74 г моль 74 г
рассчитывают помоль.
Ответ:
Mэкв
Ca OH 2 |
|
74 г
моль.
9
6. Вычислите количество вещества и количество вещества эквивалентов в данной массе вещества: а) 0,49 г H2SO4; б) 16,0 г NaOH; в) 39,0 г Na2S; г) 53,0 г Na2CO3.
Решение.
X |
m X |
; |
M X |
экв X
m X |
; |
f X M X |
а)
H2SO4
экв H2SO4
0 49 г
98 г моль
0 49
|
98 |
1 |
|
||
|
|
2 |
0 005 моль;
0 01 моль;
б)
NaOH
экв NaOH
16 0 г
40 г моль
|
16 0 |
|
||
40 |
1 |
|
||
|
0 4 моль; 0 4 моль;
в)
Na2S
экв Na2S
39 0 г
78 г моль
|
39 0 |
|||
78 |
|
1 |
||
|
||||
|
|
|
2 |
0 5 моль;
1 моль;
г)
Na2CO3
экв Na2CO3
53 0 г
106 г моль
53 0
|
106 |
1 |
|
||
|
|
2 |
0 5 моль;
1 моль.
б)
в)
г)
Ответ: а) H2SO4 0 005 моль; экв H2SO4NaOH 0 4 моль; экв NaOH 0 4 моль;
Na2S 0 5 моль; экв Na2S 1 моль;
Na2CO3 0 5 моль; экв Na2CO3 1 моль.
0 01 моль;
7. Вычислите массу (г) растворенного вещества, содержащегося в заданном объеме раствора с указанной молярной концентрацией: а) 150 мл 0,5 М CH3COOH; б) 200 мл 0,1 М KOH.
Решение.
c X |
|
m X 1000 |
|
|
m X |
c X M X V р-ра |
; |
||||||
M X V р-ра мл |
|
1000 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
а) m CH3COOH |
0 5 |
60 |
150 |
|
4 5 г; |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
1000 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
б) m KOH |
0 1 |
40 |
200 |
0 8 г. |
|
|
|
||||||
|
1000 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ответ: |
а) m CH3COOH 4 5 г; б) m KOH 0 8 г. |
10