Приклади розв’язання задач з відповідними міркуваннями

Задача 1. Який об’єм розчину нітратної кислоти (ρ = 1,119 г/см³) з масовою часткою розчиненої речовини 20% необхідний для реакції зі сплавом міді та золота масою 2·10³ мг. Масова частка золота в ньому складає 58%. Який об’єм газу (см³) при цьому виділиться (н.у.)?

Міркування над розв’язанням: єдиний шлях – розрахунок за хімічним рівнянням, яке відображає взаємодію міді з розведеною нітратною кислотою (адже за умовою задачі w(%)(HNO₃) = 20), бо золото з нею не взаємодіє; за цим хімічним рівнянням масу речовини нітратної кислоти розраховують із стехіометричного співвідношення мас міді та нітратної кислоти; масу міді знаходять за масовою часткою її в сплаві; за масовою часткою розчиненої речовини в розчині нітратної кислоти розраховують масу витраченого на реакцію розчину нітратної кислоти; від маси розчину нітратної кислоти переходять до його об’єму, використавши залежність між густиною, масою та об’ємом розчину; розрахувати об’єм виділеного газу (таким буде нітроген(ІІ) оксид) можна двома шляхами, а саме: використати стехіометричне співвідношення або між масою міді та об’ємом нітроген(ІІ) оксиду, або між масою нітратної кислоти та об’ємом нітроген(ІІ) оксиду.

Дано:

w(%)(HNO₃) = 20

ρ(HNO₃·розч.) = 1,119 г/см³

m(Сu, Au) = 2·10³ мг =2 г

w(%)(Сu) = 58

М(Сu) = 64 г/моль

V_m,0(NO) = 22,4 дм³/моль = 22,4·10³ см³/моль

М(НNO₃) = 63 г/моль

V(HNO₃·розч.) − ?

V₀(NO) − ?

Розв’язання:

1. Яка масова частка міді у сплаві?

w(%)(Cu) = 100 − 58 = 42

2. Яка маса міді міститься у даній масі сплаву?

w(%)(Cu) =  ·100  m(Cu) = 2·0,42 = 0,84 (г)

3. Яка маса нітратної кислоти та який об’єм газу виділиться під час перебігу реакції?

3Сu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

за р.р.¹ n 3 моль 8 моль 2 моль

М 64 г/моль 63 г/моль

V_m,0 22,4 дм³/моль

m (64·3)г (63·8) г

V₀ 44,8 см³

за у.з.² 0,84 г х₁ х₂

 ;

 ;

5. Яка маса розчину нітратної кислоти?



6. Який об’єм розчину нітратної кислоти?



Відповідь: V(HNO₃·розч.) = 9,8 см³; V₀(NO)=196 см³

Задача 2. При повному згоранні речовини масою 0,68 г одержали сульфур(IV) оксид масою 1,28 г і дигідроґен оксид масою 0,36 г. Визначити хімічну формулу речовини.

Міркування над розв’язуванням: про якісний склад речовини можна здогадатись по зазначеним в умові задачі продуктам згорання, а саме: а) речовина може містити Гідроґен і Сульфур або б) речовина може містити Гідроґен, Сульфур і Оксиґен; однозначно визначити якісний склад речовини можна, розрахувавши за формулами дигідроґен оксиду та сульфур (IV) оксиду маси, на які припадає Гідроґен і Сульфур, та порівнявши суму цих мас з масою речовини, що згоріла. Для цього потрібно пригадати, що: а) згідно фізичного змісту сталої Авогадро та поняття “моль”, відношення числа атомів у речовині (х(H) : у(S) : ...) рівне відношенню їх кількостей (n(H) : n(S) : ...); б) чисельно відносна атомна маса і молярна маса однакові; в) кількість  п(Х), маса  m(X) та молярна маса речовини M(Х) зв’язані між собою співвідношенням m(Х) = M(Х) · n(Х); г) у найпростішій формулі речовини відношення числа атомів виражають найменшими цілими числами; за умовою задачі можна визначити найпростішу хімічну формулу, бо в задачі немає даних про відносну молекулярну чи молярну маси речовини; для визначення найпростішої формули необхідно мати дані про масові частки елемента (w(%)(Х)) в речовині та відносні атомні маси (A_r(Х)) елементів, що входять до складу речовини.

Д ано: Розв’язання:

m(Н_xS_y) або (Н_хS_уO_z) = 0,68 г 1.  Н_хS_у + О₂  SO₂ + Н₂О або

m(SO₂) = 1,28 г

m(Н₂О) = 0,36 г Н_хS_уО_z + О₂  SO₂ + Н₂О

Н_xS_y – ? або H_хS_уO_z – ?

2. Які маса та кількість Сульфуру?

SO₂ S

за р.р. n 1 моль 1 моль

М 64 г/моль 32 г/моль

m 64 г 32 г

за у.з. 1,28 г х₁ г

m(S) = х₁ = = 0,64 (г);

п(S) =  = 0,02 (моль)

3. Які маса та кількість Гідроґену?

Н₂О 2Н

за р.р. n 1 моль 2 моль

М 18 г/моль 1 г/моль

m 18 г 2 г

за у.з. 0,36 г х₂ г

х₂ = m(Н) =  = 0,04 (г) ;

п(Н) =   = 0,04 (моль)

4. Які маси Гідроґену та Сульфуру входить до даної маси речовини?

m(S) + m(H) = 0,64 + 0,04 = 0,68 (г)

m(S) + m(H) = m(реч.)

Речовина, яка згоріла, складається з Гідроґену та Сульфуру.

5. Яке співвідношення атомів Гідроґену та Сульфуру в речовині H_xS_y?

х : у = n(H) : n(S) = 0,04 : 0,02 = 2 : 1

Відповідь: найпростіша формула речовини Н₂S.

Задача 3. Обчислити середню швидкість реакції, яка протікає за рівнянням А + В = 2С, якщо на початку реакції молярна концентрація речовини А була 0,220 моль/дм³, а через 10 с стала 0,215 моль/дм³. Як змінилася за цей час концентрація речовини В?

Міркування над розв’язуванням: мірою середньої швидкості реакції прийнято відношення зміни молярної концентрації будь-якого учасника реакції до інтервалу часу, за який ця зміна відбулася; інтервал часу в умові задачі вказано; зміна концентрації речовини А дорівнює різниці початкової та кінечної її величини, які дані в умові задачі; зміну концентрації речовини В розраховують за рівнянням реакції по зміні концентрації речовини А, а саме: вона буде такою ж, бо відношення кількостей речовин А і В, що вступають в реакцію (n(A) : n(B)) дорівнює 1 : 1.

Д ано: Розв’язання:

с₁(А) = 0,220 моль/дм³ 1. На скільки змінилася молярна кон-

с₂(А) = 0,215 моль/дм³ центрація речовин А і В?

 = 10 с с(А)=0,220 – 0,215 =5·10^–3 (моль/дм³);

 – ? c(B) – ? Δс(В) = Δс(А) = 5·10^–3 (моль/дм³) .

2. Яка середня швидкість реакції?

(моль/дм³·с) .

Відповідь: 5·10^–4 моль/дм³·с .

Задача 4. У результаті проведеного електролізу водного розчину натрій хлориду виділився дигідроґен об’ємом 7,46 дм³ (н.у.). Обчислити масу та кількість натрій гідроксиду, який при цьому утворився.

Міркування над розв’язуванням: можна за схемою електролізу записати сумарне рівняння для електродних процесів; масу та кількість натрій гідроксиду розраховуємо за сумарним рівнянням для електролізу.

Д ано: Розв’язання:

V(Н₂) = 7,46 дм³ 1. Схема електролізу водного розчину NaC1

m (NaOH) – ? із застосуванням інертних електродів:

n(NaOH) – ? а) електролітична дисоціація солі:

N aC1 Na¹⁺ + C1^1– ;

б) міграція йонів:

Катод (–) Анод (+)

Na¹⁺, Н₂О C1^1–, Н₂О

в) окисно-відновні процеси, що відбуваються на електродах:

− на катоді: 2Н₂О + 2ē → Н₂↑ + 2ОН^1–

− на аноді: 2 CI^1– − 2ē → С1₂↑

2. Сумарне молекулярно-іонне рівняння:

2 Н₂О + 2C1^1– = Н₂↑ + С1₂↑ + 2ОН^1–

Сумарне молекулярне рівняння:

2 Н₂О + 2NaC1 = Н₂↑ + С1₂↑ + 2NaОН

3. Яка кількість та яка маса натрій гідроксиду утворилась?

Н₂ −−−−−−−−−− 2NaОН

за р.р. n 1 моль 2 моль

V_m,0 22,4 дм³/моль

V₀ 22,4 дм³

за у.з. 7,46 дм³ х моль

n(NaOH) = = 0,66 (моль) ;

m(NaOH) = M(NaOH) · n(NaOH) = 40 · 0,66 = 26,4 (г) .

Відповідь: n(NaOH) = 0,66 моль ; m(NaOH) = 26,4 г .

Задача 5. Яку масу натрій хлориду та який об’єм води необхідно взяти для приготування розчину масою 80 г з масовою часткою речовини 1%?

Міркування над розв’язуванням: розрахунок можна зробити за формулою для w(%)(X).

Дано: Розв’язання:

m (NaC1·розч.) = 80 г 1. Яка маса солі ?

w(%)(NaC1) = 1 w(%)(NaC1) =  

m(NaC1) – ? V(H₂O) – ?

m(NaC1) =  ;

m(NaC1) =  = 0,8 (г) .

2. Яка маса води ?

m(NaC1·розч.) = m(NaC1) + m(H₂O)  

m(H₂O) = m(NaC1·розч.) – m(NaC1) ;

m(H₂O) = 80 – 0,8 = 79,2 (г)

3. Який об’єм води ?

V(H₂O) =  ; (Н₂О) = 1 г/см³; V(H₂O) =  = 79,2 (см³)

Відповідь: m(NaC1) = 0,8 г; V(H₂O) = 79,2 см³

Задача 6. Яка маса кристалогідрату купрум(ІІ) сульфат-вода (1/5) та який об’єм води необхідні для приготування розчину купрум(ІІ) сульфату масою 75 г з масовою часткою розчиненної речовини 1% ?

Міркування над розв’язуванням: розрахунок можна зробити за формулою для w(%)(X), врахувавши, що Х – кристалогідрат

Дано: Розв’язання:

m(CuSO₄·розч.) = 

75 г 1. Яка маса солі у розчині ?

w(%)(CuSO₄) = 1 w(%)(CuSO₄) = 

(Н₂О) = 1 г/см³ m(CuSO₄) = 

m(CuSO₄·5H₂O) – ? m(CuSO₄) =  = 0,75 (г)

2. У якій масі кристалогідрату міститься 0,75 г солі ?

CuSO₄ –––––––– CuSO₄·5H₂O 

п 1 моль 1 моль

М 160 г/моль 250 г/моль

m 160 г 250 г

за у. з. 0,75 г х г

m(CuSO₄·5H₂O) = х =  = 1,24 (г)

3. Яка маса води ?

m(CuSO₄·розч.) = m(CuSO₄·5H₂O) + m(H₂O) 

m(H₂O) = m(CuSO₄·розч.) – m(CuSO₄·5H₂O) ;

m(H₂O) = 75 – 1,24 = 73,6 (г)

4. Який об’єм води ?

V(H₂O) =  ; V(H₂O) =  = 73,6 (см³)

Відповідь: m(CuSO₄·5H₂O) = 1,24 г; V(H₂O) = 73,6 см³ .

Задача 7. Який об’єм концентрованого розчину сульфатної кислоти з масовою часткою речовини 96% та густиною 1,84 г/см³, необхідний для приготування розчину об’ємом 100 см³ з молярною концентрацією речовини 1 моль/дм³ ?

Міркування над розв’язуванням: розрахунок можна зробити за формулою для c(X).

Дано: Розв’язання:

V(Н₂SО₄·конц. розч.) ) = 100 см³ 1. Яка маса дигідроґен сульфату

c(Н₂SО₄) = 1 моль/дм³ необхідна для приготування

(Н₂SО₄·конц. розч.) = 1,84 г/см³ 100 см³ розчину з молярною

V(Н₂SО₄ конц. розч.)– ? концентрацією речовини

1 моль/дм³ ?

с(Н₂SO₄) =  

n(H₂SO₄) = с(Н₂SO₄) · V(Н₂SO₄·розч.) ;

n(H₂SO₄) = 1 · 0,1 = 0,1 (моль) .

п(Н₂SO₄) =  

m(H₂SO₄) = n(Н₂SO₄) · M(Н₂SO₄) ;

m(H₂SO₄) = 0,1 · 98 = 9,8 (г) .

2. У якій масі концентрованого розчину сульфатної кислоти міститься 9,8 г речовини дигідроґен сульфату ?

w(%)(H₂SO₄) =  ·100 

m(H₂SO₄·конц. розч.) =  ·100 ;

m(H₂SO₄·конц. розч.) =  ·100 = 10,2 (г) .

3. Який об’єм концентрованої кислоти необхідний для приготування її розчину об’ємом 100 см³ ?

V(H₂SO₄·конц. розч.) =  ;

V(H₂SO₄·конц. розч.) =  = 5,5 (см³) .

Відповідь: V(H₂SO₄·конц. розч.) = 5,5 см³ .

Задача 8. Взаємодія графіту з нітроген(І) оксидом відбувається за таким рівнянням реакції

С(гр.) + 2N₂O (г.) = CO₂(г.) + 2N₂(г.)

Якщо в реакцію вступає графіт масою 1,2 г, то виділяється 55,75 кДж теплоти. Який тепловий ефект реакції ?

Міркування над розв’язуванням: тепловий ефект реакції відносять до кількості речовин згідно запису рівняння хімічної реакції

Дано: Розв’язання:

m(C) = 1,2 г 1. Який тепловий ефект реакції ?

Q = 55,75 кДж С(кр.) + 2N₂O (г.) = CO₂(г.) + 2N₂(г.) + Q_р. 

Q_р. – ? за р.р. п 1 моль

М 12 г/моль

m 12 г х кДж

за у.з. 1,2 г 55,75

Q_р. = х =  = 557,5 (кДж)

Відповідь: Q_р. = 557,5 кДж .

З Р А З К И