Задачи на применение приборов, их проектирование и конструирование
Пример 23. В цилиндр с водой поступает медленный ток газа. Укажите, судя по рисунку 2, каким именно газом – аммиаком, хлороводородом или азотом – заполняется цилиндр.
Рис. 2
Решение.
На рисунке 2 представлен прибор, который можно использовать для собирания газа методом вытеснения воды. Данный способ собирания газа применим только для таких газообразных веществ, которые не растворяются в воде и с ней не взаимодействуют. Из перечисленных газов этому условию удовлетворяет лишь азот, так как и хлороводород и аммиак значительно растворимы в воде (в 1 л воды растворяется 500 л HCl и 700 л NH3).
Пример 24. Каким из изображенных приборов (рис. 3) можно воспользоваться, чтобы получить и собрать: а) чистый аммиак; б) оксид азота (IV); в) чистый оксид азота (II)? Ответ поясните.
Рис. 3
Решение.
Прибор А применяется для собирания газа методом вытеснения воздуха, причем газ должен быть тяжелее воздуха и не должен реагировать с компонентами воздуха, прежде всего кислородом. В таком приборе из перечисленных соединений азота можно собирать только оксид азота (IV) – NO2; М(NO2) = 46 г/моль
Прибор Б используют для собирания газа методом вытеснения воды. Из приведенных в условии задачи веществ в воде не растворяется и с ней не взаимодействует оксид азот (II), поэтому его можно собрать в данном приборе.
Прибор В предназначен для собирания газа методом вытеснения воздуха, причем газ этот должен быть легче воздуха. Данному условию отвечает аммиак: М(NH3) = 17 г/моль.
Пример 25. На рисунке 4 изображена схема гальванического элемента. В нем не происходит изменений, пока проволочки А и Б разъединены. Но если концы проволочек соединить, наблюдаются следующие явления: а) на поверхности золотой пластинки выделяется металлическое серебро; б) раствор в левом сосуде начинает окрашиваться в голубой цвет; в) по проволочкам перемещаются электроны (в каком направлении?). Изобразите происходящие реакции электронно-ионными уравнениями.
Рис. 4
Решение.
При соединении проволочек А и Б замыкается цепь. При этом на золотой пластинке, являющейся в данной системе катодом происходит восстановление серебра.
Катодный процесс:
Катод, Au (–): Ag+ + 1e = Ag0.
Медная пластинка в системе выполняет роль анода, который при замыкании цепи начинает растворяться.
Анодный процесс:
Анод, Cu (+): Cu0 – 2e = Cu2+.
Гидратированные ионы меди (II) имеют голубую окраску.
Таким образом, в системе осуществляется передача электронов от медной пластинки на золотую, а затем на восстановление ионов серебра.
Задачи на определение массы (объема) продукта, полученного из вещества, имеющего примеси
Пример 26. Вычислите объем углекислого газа при нормальных условиях, который выделится при взаимодействии 1 г известняка, содержащего 10% примесей, с избытком соляной кислоты.
Решение.
m (известняка) = 1 г ω(примесей) = 10% н.у. |
1) Запишем уравнение процесса: CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O +CO2↑ 1 моль 2моль 1 моль 1 моль 1 моль По уравнению реакции: m (CaCO3) = ν (CaCO3)·M (CaCO3); m (CaCO3) = 1 моль·100 г/моль = 100 г; V (CО2) = ν (CО2)·Vm(CО2); V (CО2) = 1 моль·22,4 л/моль = 22,4 л. |
V (CО2) – ?
М (CaCO3) = 100 г/моль Vm(CО2) = 22,4 л/моль |
2) Известняк – минерал, основную часть которого составляет карбонат кальция. Для решения задачи, необходимо определить массу карбоната кальция в 1 г известняка. Массовая доля карбоната кальция составляет 100% – 10% = 90%.
, откуда
m(в-ва)
= ω(в-ва)∙m(смеси).
m (CaCO3) = 1 г ∙ (1 – 0,1) = 0,9 г.
3) Далее задачу можно решать любым из известных Вам способов. Приведем решение способом пропорции.
При взаимодействии 100 г CaCO3 с HCl образуется 22,4 л СО2,
а при взаимодействии 0,9 г CaCO3 с HCl образуется V(СО2).
; 
.
Ответ: V(CO2) = 201,6 мл.
Пример 27. Навеску магнезита массой 10,01 г обработали избытком соляной кислоты. Выделившийся при этом газ пропустили через известковую воду. Масса известковой воды после поглощения ею газа увеличилась на 4,4 г. Определите массовую долю карбоната магния в магнезите.
Решение.
m (магнезита) = 10,01 г m(CO2) = 4,4 г н.у. |
1) Запишем уравнение процесса: MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + H2O +CO2↑ 1 моль 2моль 1 моль 1 моль 1 моль По уравнению реакции: m (MgCO3) = ν (MgCO3)·M (MgCO3); m (MgCO3) = 1 моль·84 г/моль = 84 г; m (CО2) = ν (CО2)·M(CО2); m (CО2) = 1 моль·44 г/моль = 44 г. |
ω (MgCО3) – ?
М (MgCO3) = 84 г/моль M(CО2) = 44 г/моль |
2) По массе выделившегося углекислого газа вычислим массу карбоната магния, вступившую в реакцию.
При взаимодействии 84 г MgCO3 с HCl образуется 44 г СО2,
а при взаимодействии m(MgCO3) с HCl образуется 4,4 г СО2.
; 
.
3) Зная массу смеси (магнезита) и массу карбоната магния, можно вычислить массовую долю MgCO3 в минерале:
; 
(или
83,92%).
Ответ: массовая доля карбоната магния в магнезите составляет 83,92%.