6. Задачи на примеси

При решении подобных задач необходимо помнить, что примеси не участвуют в описываемой реакции.

Пример 1. Определите процентное содержание при­месей в перманганате калия, если при нагревании 40 г образца образовалось 34,8 г твердого остатка.

Дано:

m (KMnO₄) = 40г Решение. В первую очередь, пишем уравнение

m(тв.остатка ) = 36,8 г реакции.

ω (примесей) - ?

34,8 г - это остаток

х г

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + О₂

2 ^. 158 г 197 г + 87 г = 284 г

По уравнению реакции находим массу химически чистого, без примесей перманганата калия: х = 2 ^. 158 ^. 34,8 / 284 = 38,72 г, тогда масса примесей в этом образце: m(примесей) = 40 - 38,72 = 1,28 г. На основании этого составляем следующую пропорцию:

40 г техн. KMnO₄) содержит 1,28 г примесей,

А в 100 г образца -------------- х %, решая пропорцию, находим

х = 1,28 ^. 100 / 40 = 3,2%.

Ответ: ω(примесей) = 3,2%

Пример 2. Какова массовая доля примесей в карбонате натрия, если при действии серной кислоты на 16 г карбоната натрия образуется 14 г сульфата натрия?

Анализ. В задаче говорится о техническом карбонате натрия, содержащем примеси, т.е. из 16 г только какая–то часть приходится на карбонат натрия, поэтому надо принять, что масса чистого карбоната натрия вам неизвестна; 2) 14 г сульфата натрия образовалось при участии химически чистого карбоната натрия.

Д ано:

m(технического Na₂CO₃) = 16 г

m(p-pa Na₂SO₄) = 14 г

ω (примесей) - ?

Решение

х г 14 г

Н₂SO₄ + Na₂CO₃ = Na₂SO₄ + Н₂O + CO₂

υ = 1 моль 1 моль

М = 106г/моль 142 г/моль

m = 106 г 142 г

1) Решая полученную пропорцию: х/106 = 14/142, находим х = 14 ^. 106 / 142 = 10,45 г

2) m (примесей) = 16 – 10,45 = 5,55 г

3) На основании полученных данных составляем следующую пропорцию:

16 г ------------- 100%

5,55 г ---------- х %, тогда х = 5,55 ^. 100 / 16 = 34,69%.

Ответ: массовая доля примесей в карбонате натрия ω(примесей) = 34,69%.

7. Задачи на выведение молекулярных формул органических соединений

Запомните! При решении подобных задач необходимо следующее рассуждение:

1) в первую очередь надо вычислить относительную молекулярную массу вещества по формуле M_r = d ^. Mr, где d – плотность газа (или его паров) относительно по какому-то газу (например, по воздуху, азоту, водороду, кислороду и др.); M_r – молекулярная масса газообразного вещества (воздуха, азота (N₂), водорода (H₂), кислорода и др.). При этом надо знать, что Mr (воздуха) = 29; M_r (азота –N₂) = 28; но при этом M_r (Ne) = 20!, так как молекулы инертных газов одноатомны. Как только вычислили Mr неизвестного углеводорода (или другого органического вещества), можно прогнозировать какое это соединение. Так, например, если Mr (УВ) = 42, то это или пропен или циклопропан, так в 42 вмещается только три атома С (12 ^. 3 = 36), 4 атома уже не может (12^. 4 = 48 > 42). M_r (УВ) = 42 = 36 + 6 (3 атома С и 6 атомов Н).

2) далее надо вычислить количества атомов С, Н по формуле  = m/M (алгебраический способ). При этом надо учесть, что (СО₂) =  (С), так как в 1 моль СО₂ содержится 1 моль С; (Н) =  (Н₂О) ^. 2, так как в 1 моль воды содержится 2 моль атомов водорода.

3) необходимо установить соотношение количества атомов: (С) : (Н);

4) установить простейшую формулу, например, СН₂ или СН_3, или СН. Далее необходимо определить истинную формулу вещества. Например, М(СН₂)_n = 42; M ((12 (C ) + 2^. 1 (H)) _n = 42; 12n + 2n = 42; 14n = 42; n = 3, тогда истинная формула вещества: С₃Н₆;

5) Проверка: М(С₃Н₆) = 12 ^.3 + 6 ^.1 = 42 (все правильно).

Пример 1. Найдите молекулярную формулу газообразного углеводорода, если при сжигании 10,5 г его было получено 16,8 л (н.у.) оксида углерода (IV) и 13,5 г воды. Плотность его паров по водороду равна 21.

Первый способ решения известен как применение метода поэтапного решения, когда задача разбивается на четкие этапы и учащиеся решают задачу как решение нескольких проблем. Назовем эти проблемы: 1) Полностью ли углерод (как элемент) углеводорода переходит в состав углекислого газа или нет? 2) Полностью ли водород (как элемент) углеводорода переходит в состав воды или нет? Правомерно ли считать, что нашли массу углерода в углеводороде, найдя массу углерода в СО₂? Найдя, массу водорода в Н₂О, что нашли массу водорода в углеводороде? 3) Можно ли путем сжигания веществ определять их формулы (качественный и количественный состав)? Известны ли вам подобные эксперименты, исследования?

При решении задачи на выведение формулы вещества можно, воссоздать «образ» задачи таким образом.

х СО₂ у/2 Н₂О

При сжигании углеводорода

Решение: 1 этап – нахождение молярной массы углеводорода. 2 этап - нахождение массы углерода и массы водорода. 3 этап – нахождение отношение числа атомов углерода и водорода; нахождение простейшей формулы. 4 этап – проверка правильности решения, нахождение истинной формулы вещества.

Сначала схематично пишем уравнение реакции горения углеводорода:

С_хН_у + О₂  СО₂ + Н₂О

1 этап. Молярная масса углеводорода: М = 2 ^. D_H2 = 2 ^. 21 = 42 г/моль.

2 этап. а) m (С) = ? В 22,4 л СО₂ ---- 12 г С

В 16,8 л СО₂ ---- х г С ; х = 9 г.

б) m ( Н) = ? В 18 г Н₂О ----- 2 г Н

В 13,5 г Н₂О ----- у г Н; у = 1,5 г.

m(C_xH_y) = 9 + 1,5 = 10,5 г, значит кислорода нет, это углеводород.

3 этап. С : Н = 9/12 : 1,5/1 = 0,75 : 1,5 = 1 : 2.

СН₂ - простейшая формула.

4 этап. М_r (СН₂)_n = 42

(12 + 2 ) ^. n = 42

14 n = 42

n = 3.

Ответ: C₃Н₆ – пропен или циклопропан. Проверка: М_r (C₃Н₆) = 12 ^. 3 + 6 = 42.

Второй способ основан на применение алгебраического метода.

10,5 г 16,8 л 13,5 г

С_хН_у + О₂  х СО₂ + у/2 Н₂О

1 моль х моль у/2 моль

(42 г /моль 22,4 л /моль 18 г/моль)

=10,5/42= 0,25 моль;  =16,8/22,4=0,75 моль; =13,5/18=0,75 моль.

Решим пропорции: а) 1 моль/ 0,25 моль : х моль/ 0,75 моль; х = 3 моль атомов С. б) 1 моль/ 0,25 моль : у моль / 0,75 ^. 2; у = 6 моль атомов Н.

Или раз через соотношение: (С) : (Н) = 0,75 : 1,5 = 1 : 2; Простейшая СН_2; истинная: М (СН₂)_n = 42; n = 3; С₃Н₆; Проверка: М(С₃Н₆) = 42;

Ответ: С₃Н₆.

Пример 2. Установите молекулярную формулу алкина, относительная плотность паров которого по воздуху 1,862.

Решение:

1). Рассчитываем молярную массу алкина

М = 29 ^. D_возд = 29 ^. 1,862 = 54 г/моль

2). Общая формула алкинов С_nН_2n-2 , отсюда

12n + 2n -2 = 54

n = 4

Ответ: Формула алкина С₄Н₆.

Пример 3. Пары одного из дибромалканов в 101 раз тяжелее водорода. Определите молекулярную формулу этого дибромалкана.

Решение: 1. Сначала записываем общую формулу дибромалкана C_nH_2nBr₂

2) Находим молярную массу данного соединения, зная, что относительная плотность по водороду DН₂ равна 101. М(C_nH_2nBr₂) = 2·101= 202г/моль.

3. Вычисляем n – число атомов углерода, решая уравнение с одним неизвестным: 14n + 160 = 202, отсюда n = 3.

Ответ: C₃H₆Br₂ – дибромпропан.

Самостоятельно решите задачу. При сжигании 7,2 г органического вещества, плотность паров которого по водороду равна 36, образовалось 22 г оксида углерода (IV) и 10,8 г воды. Определите строение исходного соединения, если известно, что при его нитровании может образоваться четыре мононитропроизводных.

8. Задачи на смеси веществ

Задачи на смеси решаются в основном алгебраическим способом – составлением уравнения реакций с одним неизвестным или системы уравнений с двумя неизвестными. Возможны и другие способы решения.

Пример 1. При сжигании 2 г смеси серы и угля образовалось 6 г смеси сернистого газа и углекислого газа. Сколько граммов серы и угля было в первоначальной навеске?

Дано:

m (смеси S и C) = 2г

m (смеси SO₂ и CO₂) = 6г

m(S)- ?m(C)- ?

Решение. Условие задачи легко понять, поэтому решение можно начинать с составления уравнения реакций, после составить алгебраическое уравнение с одним неизвестным.

x m 2-x n

С + О₂ = СО₂; m = 44x/12; S + O₂ = SO₂ ; n = 64(2-x)/32;

12 44 32 64

Получается уравнение: m + n = 6; 44x/12 + 64(2-x)/32 = 6; отсюда х = 0,12 г;

m( C ) = 0,12 г; m ( S ) = 1,2 г;

Эту задачу желательно решить и вторым алгебраическим способом, через систему уравнений реакций.

x m y n

C + O₂ = CO₂; m = 44x/12; S +O₂ = SO₂; n = 64y/32;

12 44 32 64

x + y = 2; 44x/12 + 2y = 6; решив систему получаем: х = 0,12 г; у = 1,2 г.

Пример 2. Продукты полного сгорания в избытке кислорода смеси этана и пропана, объем которой равен 6,72 л н.у., обработали избытком известковой воды, причем образовалось 80 г осадка. Каков количественный состав исходной смеси?

Дано

V (смеси) = 6,72 л Анализ. При сгорании углеводородов образуются вода и

m (осадка) = 80 г, углекислый газ, который взаимодействует с

V_m = 22,4 л/моль известковой водой, при этом образуется карбонат

кальция (осадок). ν(смеси) = 6,72 л /22,4 л/моль =

m(С₂Н₆) -? = 0,3 моль

m(С₃Н₈) -?

х моль 80 г

Решение СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃↓ + Н₂О х = 80г ^. 1 моль /100 г= 0,8 моль

1 моль 100 г