Мачула А.А. Сборник задач по курсу Общая и неорганическая химия

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

ФАКУЛЬТЕТ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК

СБОРНИК ЗАДАЧ И УПРАЖНЕНИЙ по курсу

«ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ» (для студентов I курса)

(под ред. А.А.Мачулы)

ОБНИНСК 2002

1

Сборник задач и упражнений по курсу «Общая и неорганическая химия».Под редакцией А.А.Мачулы. Издание второе, исправленное и дополненное. - Обнинск, ИАТЭ, 2002, - 154 С.

Учебное пособие содержит задачи и упражнения по 11 основным темам, подобранным в соответствии с современной программой курса химии для инженерно-технических специальностей вузов. Каждый раздел содержит необходимое теоретическое введение и примеры решения задач и упражнений. Авторы пособия А.АМачула, О.А. Ананьева, С.Б. Бурухин, В.А. Колодяжный, Т.Е.Ларичева , Н.Н. Панкова, Ю.Д.Соколова.., Пособие предназначено для самостоятельной работы студентов

нехимических специальностей вузов.

Рецензенты: д.х.н., профессор В.К.Милинчук , к.х.н. Ю.М.Глушков

Темплан 2002, поз.

©Обнинский институт атомной энергетики, 2002 г.

©А.А.Мачула , 2002 г.

1.Эквивалент. Закон эквивалентов

2

Пример 1

Вычислить эквивалентные массы H2SO4, CaO, Ca(OH)2, Al2(SO4)3:

1)Э(H2SO4) = 1/2 98 = 49 г/моль;

2)Э(СаО) = 1/2 56 = 28 г/моль;

3)Э(Са(ОН)2) = 1/2 74 = 37 г/моль;

4)Э(Al2(SO4)3)= 1/(2 3) 342 = 57 г/моль.

Для определения эквивалентной массы элемента необязательно исходить из его соединения с водородом. Эквивалентную массу можно вычислить по составу соединения данного элемента с любым другим, эквивалент которого известен.

Закон эквивалентов: массы реагирующих веществ относятся между собой как эквивалентные массы этих веществ:

mA/mВ = ЭА/ЭВ или mA/ ЭА = mВ/ ЭВ,

где mA/ ЭА = N1; mВ/ ЭВ = N2 - количество эквивалентов вещества А и В, поэтому можно записать N1 = N2. Следовательно, возможна другая формулировка закона эквивалентов: вещества реагируют друг с другом в равных количествах эквивалентов.

При соединении элементов друг с другом и при замещении одних элементов другими в качестве постоянных принято считать эквивалентную массу кислорода, равную 8 г/моль, и водорода, равную 1 г/моль.

Пример 2 При окислении 2,81 г кадмия получено 3,21 г оксида кадмия.

Вычислить эквивалентную массу кадмия. Решение

mo = 3,21 г - 2,81 г = 0,4 г - масса кислорода. Из закона эквивалентов

2,81/0,4 = Э(Сd)/8 Э(Сd) = 2,81 8/0,4 = 56,2 г/моль.

Пример 3

4

Для реакции между магнием и кислотой взято 0,183 г Mg. Получено 182,7 мл водорода при 20оС и 750 мм ртутного столба. Вычислить эквивалентную массу Mg.

Решение

Р=750/760 1,013 105=1 105 Па; Т=273+20=293 К; V=182,7 10-6 м3,

М=2 г/моль.

По уравнению Менделеева-Клапейрона вычисляем массу водорода исходя из его объема:

m(H2)=p V M/(R T)=1 105 182,7 10-6 2/(8,31 293)=0,015 г.

Из закона эквивалентов

0,183/0,015 = ЭMg/1 ЭMg = 0,183 1/0,015 = 12,2 г/моль.

Эквивалентная масса элемента представляет собой частное от деления атомной массы элемента (А) на его валентность в данном химическом соединении:

Э(х) = А/n,

где А - атомная масса элемента, n - валентность элемента. Пример 4

Вычислить валентность хрома в оксиде, имеющем состав Cr - 68,42 %, O - 31,58 %.

Решение По закону эквивалентов находим эквивалентную массу хрома:

mСr/mо = ЭCr/Эо ЭСr = 68.42 8/52 = 17.3 г/моль.

Затем производим вычисления валентности:

Э=А/n n(Cr) = 52/17,3 = 3.

Эквивалент в данной химической реакции

Эквивалентные массы кислот, оснований и солей зависят от стехиометрии реакций, в которых они участвуют. Молекулы многоосновных кислот могут участвовать в реакциях различно, например:

5

Н3РО4 + NaOH → NaН2РО4 + Н2О.

Здесь каждый моль ортофосфорной кислоты отдает 1 моль ионов Н+ и фактор эквивалентности f (H3PO4) = 1, а эквивалентная масса

Э(Н3РО4) = f(Н3РО4) М(Н3РО4) = 1 98 г/моль = 98 г/моль. Но в реакции

Н3РО4 + 2 NaOH → Na2НРО4 + 2Н2О

один моль кислоты отдает уже два моля ионов водорода, следовательно, фактор эквивалентности f(Н3РО4) = 1/2, а эквивалентная масса Э(Н3РО4) = f(Н3РО4) М(Н3РО4) = ½ 98 = =49 г/моль. Наконец, 1 моль этой же кислоты может участвовать в реакции тремя молями ионов водорода:

Н3РО4 + 3 NaOH → Na3РО4 + 3Н2О.

В этой реакции моль ортофосфорной кислоты соответствует трем молям ионов Н+ и фактор эквивалентности f(H3PO4) = 1/3, а эквивалентная масса Э(Н3РО4) = f(H3PO4) М(Н3РО4) = 1/3 98 = 32,66 г/моль.

Задачи для самостоятельного решения

Эквиваленты основных классов соединений, закон эквивалентов

1.От чего зависит эквивалентная масса химического элемента?

2.Одинакова ли эквивалентная масса хрома в соединениях CrC13 и

Cr2(SO4)3 ?

3.Одинакова ли эквивалентная масса железа в соединениях FeCl2 и

FeCl3?

4.Одинакова ли эквивалентная масса кислот H2SO4 и H2SO3? Одинаков ли фактор эквивалентности этих кислот ?

5.При сгорании 500 г металла образуется 944 г оксида металла. Определить эквивалентную массу металла.

6

6.Эквивалентная масса трехвалентного металла равна 9 г/моль. Вычислить атомную массу металла.

7.При восстановлении водородом 10,17 г оксида двухвалентного металла образовалось 2,25 г Н2О, эквивалентная масса которой равна 9 г/моль. Вычислить эквивалентную массу оксида, металла и атомную массу металла.

8.Медь образует два оксида. На определенное количество меди при образовании первого оксида пошло вдвое больше кислорода, чем при образовании второго. Каково отношение валентности меди в первом оксиде к ее валентности во втором?

9.Определить эквивалентные массы металла и серы, если 3,24 г металла образуют 3,48 г оксида и 3,72 г сульфида.

10.На восстановление 1,80 г оксида металла израсходовано 883 мл водорода, измеренного при нормальных условиях. Вычислить эквивалентные массы оксида и металла.

11.При растворении 1,11 г металла в кислоте выделилось 404,2 мл водорода, измеренного при 19оС и 770 мм ртутного столба. Вычислить эквивалентную и атомную массы металла, если металл двухвалентен.

12.Мышьяк образует два оксида, из которых один содержит 65,2 % (мас.) As, а другой - 75,7 % (мас.) As. Определить эквивалентные массы мышьяка в обоих случаях.

13.Вычислить валентность мышьяка в соединении его с серой, в котором на 1 г мышьяка приходится 1,07 г серы, эквивалентная масса которой 16.

14.На реакцию с 0,4375 г соли израсходовали 0,1400 г NaOH. Вычислить эквивалентную массу соли.

15.На осаждение хлорид-ионов, содержавшихся в 0,3333 г соли, израсходовали 0,5440 г AgNO3. Вычислить эквивалентную массу соли.

7

16. В каком количестве вещества NaOH содержится столько же эквивалентов, сколько в 140 г КОН.

17.Вычислить эквивалентную массу Са3(РО4)2, зная, что 6,2 г его прореагировали с 3,923 г H2SO4, эквивалентная масса которой 49,04. Чему равен фактор эквивалентности Са3(РО4)2?

Эквивалент в данной химической реакции

1.Определить фактор эквивалентности H2SO4 в реакциях образования с раствором КОН а).КНSO4, б). К2SO4.

2.Написать уравнения реакций Fe(OH)3 c cоляной кислотой, при которых образуются следующие соединения железа: а) Fe(OH)2С1, б) Fe(OH)С12, в) FeС13. Вычислить эквивалентные массы Fe(OH)3 в каждой из этих реакций.

3.Избытком соляной кислоты подействовали на растворы а) Са(НСО3)2, б) AlOHCl2. Написать уравнения реакций этих веществ с НС1 и определить их факторы эквивалентности.

4.Вычислить эквивалентную массу H2SO4 в реакциях с цинком; гидроксидом натрия, зная, что при взаимодействии H2SO4 с NaOH образуется кислая соль.

5.Вычислить эквивалентные массы KNO3, CuSO4, FeCl3 при замещении одного, двух, трех атомов водорода.

6.Вычислить эквивалентные массы Cr2(SO4)3, Ва(ОН)2, NaOH при замещении одного, двух, трех атомов водорода.

7.Вычислить эквивалентные массы Al(OH)3 в реакциях, выраженных уравнениями

Al(OH)3 + HCl → Al(OH)2Cl + H2O

Al(OH)3 + 3HNO3 → Al(NO3)3 + 3H2O.

1.Вычислить эквивалентную массу Al2(SO4)3 при взаимодействии c NaOH:

Al2(SO4)3 + 6NaOH → 2Al(OH)3↓ + 3Na2SO4.

2.Вычислить эквивалентную массу KAl(SO4)2 при взаимодействии с КОН:

8

KAl(SO4)2 + 3KOH → Al(OH)3 +K2SO4.

10. Вычислить эквивалентную массу Са(ОН)2 по уравнениям реакций

Са(ОН)2+НС1 → СаОНС1 + Н2О, Са(ОН)2 + 2НС1 → СаС12 + 2Н2О.

11.Cоставить уравнения реакций между кислотами и основаниями, приводящими к образованию солей NaNO3, NaHSO4, NaH2PO4. Сравнить факторы эквивалентности кислот, участвующих в реакциях.

12.Написать уравнения реакций между кислотой и основанием, в которых фактор эквивалентности кислоты был равен 1; 1/2.

13.Вычислить эквивалентную массу СО2 в реакциях образования с раствором NaOH: а) NaНСО3, б) Na2СО3.

14.Вычислить эквивалентную массу соли KHSO4 по уравнению реакции

KHSO4 + BaCl2 → BaSO4 + KCl + HCl.

15. Вычислить эквивалентную массу основной соли Cu(OH)Cl по уравнению реакции

Cu(OH)Cl + H2S → CuS + HCl + H2O.

2. СОСТАВ РАСТВОРОВ

Состав раствора ( в частности, содержание в нем растворенного вещества) может выражаться разными способами - как с помощью безразмерных величин (долей или процентов), так и через размерные величины - концентрации.

Массовая доля - отношение массы растворенного вещества (mВ) к массе раствора (mР):

ω = mВ /mР.

Если ω выражать в процентах, то ω % = ω 100 %. Массовую долю, выраженную в процентах, не совсем корректно называют процентной концентрацией или процентным содержанием.

9

Поскольку mp, плотность (ρ, г/мл) и объем (V, мл) раствора связаны уравнением

mР = V ρ,

то

ω= mВ/(ρ V).

С другой стороны, mР= mВ+ m, где m - масса растворителя, тогда

ω = mВ /(mР+ m).

Замечание: наиболее часто встречающаяся ошибка - несоблюдение единой системы размерностей ρ и V. Для того, чтобы ее избежать, указывайте размерности всех величин в арифметических выражениях.

Пример 1 Какая масса хлорида калия содержится в 750 мл 10 % - раствора, ρ которого 1,063 г/мл?

Решение

mHCl = ρ V (ω %/ 100%) = 1,063 г/мл 750 мл (10/100) = 79,7 г.

Пример 2 Какую массу НС1 следует растворить в 250 г Н2О для получения 10 % - раствора НС1?

Решение:

Способ 1. 250 г Н2О составляют 90 % массы раствора, а масса НС1 - 10 %, поэтому имеем пропорцию

250 - 90

х- 10,

откуда х =250 10/90=27,7 г.

Способ 2. По определению ω = mВ /(mР+ m), т. е. 0,1=mВ/(250+mВ),

откуда mВ = 27,7г.

10