Сборник задач по дисциплине «Химия воды с основами микробиологии» для практических занятий. Яценко В.Н., Бабкин В.Ф

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В. Н. Яценко В. Ф. Бабкин Е. П. Евсеев

СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ХИМИЯ ВОДЫ С ОСНОВАМИ МИКРОБИОЛОГИИ»

ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Утверждено учебно-методическим советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2018

УДК 543.2(07) ББК 24.46я73 Я927

Рецензенты:

кафедра промышленной экологии, оборудования химических и нефтехимических производств Воронежского государственного

университета инженерных технологий (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.И. Корчагин);

главный инженер ООО «ВодСтройСервис» В.Я. Климов

Яценко, В. Н.

Сборник задач по дисциплине «Химия воды с основами Я927 микробиологии» для практических занятий: учеб.

пособие / В. Н. Яценко, В. Ф. Бабкин, Е. П. Евсеев. – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2018. – 106 с.

ISBN 978-5-7731-0646-3

В учебном пособии даются краткие теоретические сведения по рассматриваемым вопросам, приводятся задачи для самостоятельного решения.

Предназначено для аудиторных практических и контрольных занятий по дисциплине «Химия воды и микробиология» для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению 08.03.01 «Строительство» (профиль «Водоснабжение и водоотведение»).

Ил. 1. Табл. 9. Библиогр.: 4 назв.

2

ВВЕДЕНИЕ

Целью изучения курса «Химия воды и микробиология» является формирование у студентов знаний об основных характеристиках природных и сточных вод, а также об основных химических, физикохимических и биологических аспектах очистки воды различного назначения.

В процессе обучения наибольшее внимание уделяется теоретической и практической подготовке будущих специалистов по водоснабжению и водоотведению, умению рассчитывать дозы и концентрации реагентов, необходимых для очистки воды, умению классифицировать и рассчитывать растворимость, концентрацию, дозы коагулянта, необходимые при очистке различных типов воды.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования.

1. РАСТВОРЫ. ЧИСЛЕННОЕ ВЫРАЖЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

При растворении в воде различных веществ образуются растворы. Они являются однородными. Параллельно с образованием растворов идет процесс взаимодействия растворителя и образовавшихся в растворе компонентов.

По своему составу растворы могут быть ненасыщенными, насыщенными и пересыщенными.

Если при растворении какого-либо вещества устанавливается равновесие между растворителем и растворяемым веществом, то такой раствор – насыщенный.

Если при растворении вещества в растворителе можно еще растворить данное вещество, то такой раствор будет ненасыщенным.

Если создали условия, способствующие растворению в данном растворе вещества больше, чем может раствориться, то такой раствор будет перенасыщенным.

3

1.1.Процентная концентрация раствора

Задачи для самостоятельного решения

1.Сколько гидроксида натрия требуется, чтобы приготовить 5 кг 10% раствора?

2.Сколько воды содержится в 10 кг 20% раствора соляной кислоты?

3.В каком количестве воды надо растворить 200 г хлорида железа, чтобы получить 15% раствор?

4.Сколько уксусной кислоты и воды нужно взять, чтобы приготовить 1 кг 2% раствора?

5.Сколько сульфата железа содержится в 100 см3 12% раствора, плотность которого 1,12 г/см3?

6.Сколько хлорида калия содержится в 1 см3 20% раствора

(d=1.133 г/см3)?

7.В 495 г воды растворено 5 г хлорида бария. Вычислить процентную концентрацию полученного раствора.

8.1 кг сахара растворен в 4 л воды. Найти концентрацию полученного раствора.

9.Сколько воды и растворенного вещества надо взять, чтобы приготовить 3 л 8% раствора (d=1,058 г/см3)?

10.В 400 см3 раствора (d=1,5 г/см3) содержится 360 г растворенного вещества, вычислить концентрацию раствора.

11.Сколько нужно прибавить 10% раствора к 500 г 40% раствора, чтобы получить 20% раствор?

12.Сколько 6% раствора надо прибавить к 800 г 30% раствора, чтобы получить 10% раствор?

13.Сколько воды нужно прибавить к 300 г 30% раствора, чтобы получить 5% раствор?

14.Какой объем 4% раствора соляной кислоты (d=1,02 г/см3) нужно прибавить к 1 л 20% раствора (d=1,1 г/см3), чтобы получить

8% раствор?

15.Сколько воды нужно прибавить к 1 л 36% раствора гидроксида калия (d=1,36 г/см3), чтобы получить 10% раствор?

4

16.В каком отношении надо смешать 30% раствор с 10% раствором, чтобы получить 20% раствор?

17.В каких количествах нужно смешать 30% раствор с 5%, чтобы получить 1 кг 10% раствора?

18.Определить концентрацию смеси, полученной сливанием 10 см3 40% раствора азотной кислоты (d=1,25 г/см3) и 800 см3 4% раствора (d=1,02 г/см3)?

19.Найти концентрацию раствора, полученную прибавлением 5

лводы к 1 л 24% раствора соляной кислоты (d=1,17 г/см3)?

20.Сколько требуется 10% раствора серной кислоты для реакции с 10 г гидрокси калия?

21.Какой объем 10% раствора соляной кислоты (d=1,1 г/см3) требуется для реакции с 10 г карбоната калия?

22.Определить, достаточно ли будет 20 см3 30% раствора серной кислоты (d=1,224 г/см3) для реакции с 6,54 г цинка?

23.Какой объем 10% раствора соляной кислоты (d=1,049 г/см3) требуется для нейтрализации 100 см3 2% раствора гидроксида натрия

(d=1,022 г/см3)?

24.На реакцию с 20 см3 раствора хлорида натрия ушло 25 см3 раствора нитрата серебра (d=1,049 г/см3). Вычислить, сколько хлорида натрия содержалось в 1 см3 исходного раствора.

1.2. Молярная концентрация раствора

Если в 1 л раствора содержится 1 моль растворенного вещества, то это будет одно молярный раствор, который обозначает – 1М.

Задачи для самостоятельного решения

1.Сколько требуется карбоната калия для приготовления 500 см3 0,1 М раствора?

2.Сколько хлорида натрия содержится в 50 см3 2 М раствора этого вещества?

3.Сколько гидроксида натрия требуется для приготовления 5 л 0,1 М раствора?

5

4.Сколько кубических сантиметров 56% раствора H2SO4 (d=1,46 г/см3) требуется для приготовления 3 л 1 М раствора?

5.В 250 см3 содержится 12 г хлорида магния. Вычислить молярную концентрацию раствора

6.Какова молярность 25% раствора сульфата цинка (d=1,3

г/см3)?

7.Сколько молекул содержится в 10 см3 0,001 М раствора?

8.Где содержится больше молекул – в 100 см3 0,2 М раствора или в 200 см3 0,5 М раствора?

9.В 1 см3 растворов хлорида натрия и хлорида бария содержится по 1 мг растворенного вещества. Одинаково ли количество молекул в этих растворах?

10.2 М раствор разбавили в 20 раз. Какова молярность полученного раствора?

11.Сколько кубических сантиметров 3 М раствора требуется для приготовления 1 л 0,3 М раствора?

12.К 50 см3 2 М раствора прибавили столько воды, чтобы объем воды стал равным 400 см3 . Как изменилась концентрация раствора?

13.Какой объем 4 М раствора нужно прибавить к 300 см3 0,5 М раствора, чтобы получить 1 М раствор?

14.В каком объемном отношении нужно смешать 0,2 М и 0,1 М растворы, чтобы получить 0,15 М раствор?

15.Сколько кубических сантиметров 1 М раствора серной кислоты требуется для нейтрализации 25 см3 1 М раствора NaOH?

16.Какой объем 0,2 М раствора гидроксида натрия требуется для реакции с 30 см3 0,5 М раствора сульфата меди CuSO4 ?

17.К 20 см3 1 М раствора хлорида алюминия AlCl3 добавили 50 см3 1 М раствора гидроксида калия KOH. Взят ли раствор KOH в

избытке или в недостатке?

1.3. Эквивалентная или нормальная концентрация раствора

эквивалентов растворенного вещества к объёму раствора.

6

Так, 1Н раствора H2SO4 означает, что в каждом литре такого раствора содержится 1 эквивалент серной кислоты, т.е. 1 моль/л.

Эквивалент кислоты равен отношению молекулярной массы кислоты к основности кислоты. Так, для H2SO4 эквивалент = (2+32+64) / 2 = 49 г, т.е. 1 Н раствор H2SO4 – 49 г H2SO4 в 1 литре воды.

Эквивалент основания равен отношению молекулярной массы основания к количеству гидроксильных групп в составе данного основания.

массу соли разделить на произведение количества атомов металла в соли на количество кислотных остатков, входящих в состав данной

Задачи для самостоятельного решения

1.Сколько хлорида бария требуется для приготовления 800 см³ 0,5Н раствора?

2.Сколько гидроксида натрия содержится в 20 см³ 0,25 Н раствора?

3.Найти нормальность раствора серной кислоты, содержащейся

в10 см³ 0,245 г растворенного вещества.

4.Сколько кубических сантиметров 20% раствора серной кислоты (ρ = 1,14 г/см³) требуется для приготовления 5,0 л 0,1 Н раствора?

7

5.Сколько 2Н раствора надо взять, чтобы приготовить 500 см³ 0,25 Н раствора?

6.До какого объёма необходимо разбавить 500 см³ 3Н раствора, чтобы нормальность его стала 0,5 Н?

7.Какой объём 0,5 Н раствора соляной кислоты требуется для реакции с 20 см³ 1 Н раствора гидроксида натрия?

8.Сколько кубических сантиметров 1 Н раствора гидроокиси натрия требуется для реакции с хлоридом железа, содержащегося в 24 см³ 1,5 Н раствора?

9.На нейтрализацию 50 см³ раствора серной кислоты израсходовано 30 см³ 1 Н раствора гидроокиси калия. Определить нормальность раствора серной кислоты.

10.На реакцию с хлоридом калия, содержащегося в 10 см³ раствора, потребовалось 25 см³ 0,05 Н раствора нитрата серебра. Найти нормальность раствора хлорида калия.

11.На реакцию с хлоридом магния, содержащегося в 20 см³ раствора, потребовалось 50 см³ 0,5 Н раствора нитрата серебра. Сколько хлорида магния содержится в растворе?

12.На нейтрализацию 10 см³ раствора гидроокиси калия потребовалось 15 см³ 0,5 Н раствора соляной кислоты. Сколько гидроокиси калия содержится в 1 л раствора.

2.РАСТВОРИМОСТЬ ВЕЩЕСТВ

Растворимостью называется свойство вещества растворяться в воде или каком-либо другом растворителе.

Все вещества по своей растворимости можно разделить на три группы:

a) хорошо растворимые; б) мало растворимые;

в) практически нерастворимые.

Растворимость веществ зависит от ряда факторов, а также агрегатного состояния растворяемого вещества.

8

Так, с увеличением температуры растворимость твёрдых веществ увеличивается, а растворимость газов уменьшается. Растворимость оснований и солей приведена в прил. 2. Растворимость некоторых веществ в зависимости от температуры приведена в прил. 3.

Задачи для самостоятельного решения

1.При 20ºС в 50,0 г воды растворяется 18,1 г сульфата магния. Выразить растворимость сульфата магния при этой температуре в процентах по отношению к массе раствора.

2.В насыщенном при 60ºС водном растворе хлорида магния содержится 37,7% MgCl2. Выразить растворимость в процентах по отношению к 100 г растворителя.

3.Растворимость в воде сульфата марганца при 25ºС равна 39,3% по отношению к массе раствора. Вычислить количество сульфата марганца MnSO4, которое может быть растворено в 250 г воды при этой температуре.

4.Растворимость в воде нитрата меди Cu(NO3)2 при 60ºС равна 64,2%. В каком количестве воды надо растворить при этой температуре 500 г нитрата меди, чтобы получить насыщенный раствор?

5.При 24ºС в насыщенном растворе сульфата меди содержатся 18% сульфата меди CuSO4 (α = 1,2). Вычислить молярную концентрацию раствора.

6.При 8ºС молярная растворимость нитрата натрия NaNO3 равна 8,76 моль/л (α = 1,3). Найти растворимость (в процентах) по отношению к 100 г воды.

7.Растворимость в воде нитрата свинца Pb(NO3)2 при 100ºС равна 138,5% по отношению к массе воды. Сколько нитрата свинца может быть растворено при этой температуре в 750 мл воды?

8.Растворимость в воде хлорида бария при 60ºС равна 46,4% по отношению к массе воды. Сколько хлорида бария BaCl2·2H2O может быть растворено в 400 мл воды?

9

9.Концентрация водного раствора бихромата натрия Na2Cr2O7 равна 40% по отношению к массе раствора. Сколько кристаллов выделяется из 1 кг этого раствора при охлаждении его до 20ºС, имея в виду, что при этой температуре растворимость Na2Cr2O7 равна 11,1% по отношению к массе раствора?

10.Вычертить кривую растворимости железного купороса FeSO4·7H2O по следующим данным:

12.Растворимость азота при 20ºС равна 15,4 мл/л воды. Вычислить массу азота, растворенного при этой температуре в 20 л воды под давлением в 15 атм.

13.Растворимость кислорода в воде при 0ºС равна 48,9 мл/л воды. Вычислить массу кислорода, содержащегося в 5 л воды, насыщенной им под давлением в 10 атм.

14.Растворимость метана в воде при 20ºС равна 33 мл/л воды. Какой объём метана выделяется из 500 мл раствора, насыщенного им под давлением 3 атм, в результате падения давления до 1 атм.

15.Растворимость двуокиси углерода в воде при 0ºС равна 17,1 мл/л воды. Баллон ёмкостью 25 л наполнен двуокисью углерода под давлением в 20 атм при 15ºС. Сколько литров воды можно будет насытить этим газом под давлением в 4 атм при 0ºС?

16.Считается, что воздух содержит 1/5 по объёму кислорода и 4/5 азота. Вычислить каков состав растворенного в воде при 20ºС

10