Задачи и упражнения / Авдеенко А.П. Сборник задач по неорганической химии
.pdf
5.Какие из перечисленных оксидов будут взаимодействовать с водой при обычных условиях: CO, CO2, K2O, BaO, SO3, CuO? Написать уравнения возможных реакций.
6.Какие оксиды могут быть получены нагреванием следующих веществ:
H2SiO3, Fe(OH)3, BaCO3, CaSO4, MgCO3, Cu(OH)2? Составить графические формулы соответствующих оксидов.
7.С какими из перечисленных оксидов будет реагировать соляная кислота: SiO2, CuO, SO2, Fe2O3, CaO, P2O5, CO2? Написать уравнения возможных реакций.
8.В технике оксид бария получают путем нагревания нитрата бария Ba(NO3)2
по уравнению реакции: 2Ba(NO3)2 |
to |
2BaO + 2N2 |
+ 5O2. Рассчитать, |
|
какое количество ВаО можно получить из 5,2 г Ba(NO3)2.
9. Какие из оксидов будут реагировать попарно: ZnO, CO2, BaO, Li2O, CrO3 ? 10.Составить графические формулы гидроксидов следующих металлов: лития
(I), марганца (II), свинца (II), хрома (III), олова (IV), марганца (IV).
11.Какие из приведенных веществ будут попарно взаимодействовать: LiOH и NaOH, KOH и SO2, Ca(OH)2 и Ba(OH)2, Sn(OH)2 и CO2, NaOH и P2O5, Ba(OH)2 и CO2 ?
12.По формулам оксидов составить формулы соответствующих гидроксидов:
FeO, MgO, K2O, Cu2O, CuO, Li2O, BaO.
13.Какие из приведенных ниже гидроксидов растворяются в щелочах: Mg(OH)2, Zn(OH)2, Fe(OH)2, Al(OH)3, Mn(OH)2, Ca(OH)2, Sn(OH)2? Написать уравне-
ния возможных реакций.
14. Какие из перечисленных веществ будут взаимодействовать с гидроксидом натрия: K2O, ZnO, SO3, H2SO4, CuSO4, Ba(OH)2, CaO, CO2, FeCl3 ? Написать уравнения возможных реакций.
15.Найти формулы гидроксидов, имеющих следующий состав:
1) Mn |
61,8 %, O 36,0 %, H 2,3 %; |
||
2) Mn |
77,7 %, O |
21,0 %, H |
1,3 %; |
3) Mn |
75,3 %, O |
23,2 %, H |
1,5 %. |
16.Как получить гидроксид магния исходя из магния, кислорода и воды? Написать уравнения соответствующих реакций. Можно ли подобным путем получить гидроксид меди?
51
17.Какие кислоты могут быть получены при непосредственном взаимодействии с водой следующих оксидов: N2O3, CO2, SO3, Mn2O7, WO3? Составить графические формулы полученных кислот.
18.Какие кислоты можно получить непосредственным взаимодействием простых веществ с водородом? Привести примеры, назвать соответствующие кислоты.
19. Смесь оксида меди (II) с медью обработали избытком соляной кислоты и отфильтровали. Что осталось на фильтре и что перешло в раствор? Написать уравнения возможных реакций.
20.С какими из перечисленных веществ будет реагировать разбавленная серная кислота: CuO, CO2, BaO, BaCl2, HNO3, P2O5, Zn, Cu, Al(OH)3 ? Составить уравнения возможных реакций.
21.По формулам кислот составить формулы соответствующих кислотных окси-
дов: H2SO4, H3PO4, H2CrO4, H2SiO3, H3AsO4, HClO.
22.Какому количеству оксида фосфора (V) соответствует 392 г фосфорной ортокислоты?
23.Какие из приведенных веществ будут попарно взаимодействовать: HCl и H2SO4, HCl и Fe(OH)3, H2SO4 и MgO, H2SO4 и CO2, H2SO4 и Ba(NO3)2, H3PO4
и Ca(OH)2? Написать уравнения возможных реакций.
24.Дать названия приведенным солям: Al(NO3)3, NaHS, Ca(HCO3)2, (CuOH)NO3, FeCl3, KHCO3, Al(OH)2Cl.
25.Написать эмпирические формулы соответствующих солей: сульфат калия, нитрат бария, карбонат натрия, фосфат кальция, сульфит натрия, иодид калия, хлорат натрия, перманганат калия, нитрит натрия, гидросульфат кальция, гидроксохлорид меди (II), гидросульфат натрия, гидроксонитрат алюминия.
26.Закончить следующие уравнения реакций: |
|
||||
Na2SO4 + BaCl2 |
; |
ZnSO4 |
+ Mg |
; |
CuCl2 + KOH ; |
MgOHCl + HCl |
; |
K2CO3 |
+ HCl |
; |
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 . |
27.Составить графические формулы следующих солей: сульфид кальция, сульфат кальция, гидрокарбонат калия, гидроксохлорид кальция.
28. К раствору, содержащему 40 г сульфата меди, прибавили 12 г железных опилок. Рассчитать, останется ли в растворе сульфат меди после того, как закончится реакция.
52
29.К раствору, содержащему 2 моль гидроксида натрия, прибавили 2 моль серной кислоты. Затем раствор выпарили досуха. Какая соль и в каком количестве при этом образовалась?
30.10 г оксида магния обработали раствором, содержащим 28 г серной кислоты. Сколько граммов соли образовалось?
31.Как получить нитрат цинка, если имеются растворы: ZnCl2, NaNO3, KNO3, AgNO3 ?
32.Как получить сульфат магния исходя из следующих веществ: а) магния; б) оксида магния; в) гидроксида магния; г) карбоната магния? Написать уравнения соответствующих реакций.
33.Даны следующие вещества: оксид бария, сульфат железа (II), вода, серная кислота, оксид меди (II). Как, используя эти вещества, получить: а) гидроксид бария, б) гидроксид железа (II), в) гидроксид меди (II)? Написать уравнения соответствующих реакций.
34. Исходя из угля, кальция и кислорода получить карбонат кальция. Написать уравнения соответствующих реакций.
35.Осуществить следующие превращения:
а) Ca |
Ca(OH)2 |
CaCO3 |
CaO |
|
Ca(NO3)2 Ca3(PO4)2; |
||
б) Al |
Al2(SO4)3 |
Al(OH)3 Al2O3 |
NaAlO2; |
||||
в) Fe |
FeCl2 |
Fe(OH)2 |
FeO |
FeCl2 FeCO3; |
|||
г) S |
Na2S |
H2S |
|
SO2 |
Na2SO3 |
BaSO3; |
|
д) N2 |
Li3N |
NH3 |
(NH4)2SO4 |
NH4Cl NH3; |
|||
е) P |
P2O5 |
H3PO4 |
Na3PO4 |
Mg3(PO4)2. |
|||
36. Написать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить
следующие превращения: |
|
|
|
||||
а) CuSO4 |
Cu |
CuO |
CuCl2 |
Cu(OH)2 |
Cu(OH)NO3 Cu(NO3)2; |
||
б) Ca |
CaO |
Ca(OH)2 CaSO4 |
Ca(HSO4)2; |
||||
в) CuSO4 |
Cu(OH)2 |
CuO |
Cu; |
|
|||
г) Al |
Al2(SO4)3 Al(OH)3 |
AlOHCl2 |
AlCl3 Na3AlO3; |
||||
д) Fe |
Fe2O3 |
Fe2(SO4)3 |
Fe(OH)3 FeOH(NO3)2 Fe(NO3)3; |
||||
е) K |
KOH |
K2SO4 |
KHSO4; |
|
|
||
ж) CrCl3 |
CrOHCl2 |
Cr(OH)3 |
K3CrO3; |
|
|||
з) P |
P2O5 |
|
H3PO4 |
NH4H2PO4 |
(NH4)3PO4. |
||
53
37.Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить сле-
дующий цикл превращений: углекислый барий |
диоксид углерода угле- |
кислый барий гидрокарбонат бария угольная кислота; |
|
осуществить превращения веществ: фосфор |
фосфорный ангидрид |
фосфорная кислота дигидрофосфат аммония |
фосфат аммония. |
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ. РАСЧЕТЫ ПО ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЕ, УРАВНЕНИЮ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ И ПО ГАЗОВЫМ ЗАКОНАМ
2.1.Задачи по атомно-молекулярному учению
2.1.1.Типовые задачи с решениями
Задача № 1. Определение формул химических соединений элементов с использованием правила взаимной насыщаемости валентностей.
Пример. Найти эмпирическую формулу оксида железа, зная, что кислород двухвалентен, а железо трехвалентно.
Решение. Записываем символы химических элементов и обозначаем римскими цифрами валентности элементов:
FeIIIX OIIУ .
Для определения индексов воспользуемся правилом взаимной насыщаемости валентностей:
BFe iFe = B0 i0,
где В – валентность; i – индекс.
Находим самое простое отношение между индексами железа и кислорода: iFe · 3 = i0 · 2;
iFe |
2 |
. |
|
i0 |
|
3 |
|
Эмпирическая формула искомого оксида железа Fe2O3.
Задача № 2. Определение валентности химических элементов в соединениях.
Пример. Найти валентность азота в оксиде азота N2O5. Известно, что валентность кислорода постоянна и равна 2.
54
Решение. Применим правило взаимной насыщаемости валентностей:
BN iN = B0 i0,
откуда |
BN |
B0 i0 2 |
5 |
5. |
|||
iN |
|
|
2 |
||||
|
|
|
|||||
Валентность азота в N2O5 |
равна 5. |
||||||
Задача № 3. Определение относительной молекулярной массы в химических соединениях.
Пусть BiCjDk – химическое соединение, где B, C, D – химические элемен-
ты; i, j, k – их индексы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тогда M |
r,BiCjDk |
= i A + j A |
r,C |
+ k A |
r,D |
, где A – относительная атом- |
||||
|
|
r,B |
|
|
r |
|||||
ная масса. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример. |
Определить относительную |
молекулярную массу сульфата |
||||||||
натрия Na2SO4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. |
Mr, Na2SO4 = 2·Ar,Na + 1·Ar,S + 4·Ar,O = |
|||||||||
|
|
|
= 2·23 + 1·32 + 4·16 = 142. |
|||||||
Задача № 4. Определение молярной массы химических соединений по |
||||||||||
эмпирической формуле. |
|
|
|
|
|
|
||||
Для соединения BiCjDk |
мы имеем: |
|
|
|
|
|
||||
|
|
MBi ,C jDk = i MB + j MC + k MD. |
||||||||
Пример. Определить молярную массу нитрата кальция Ca(NO3)2. |
||||||||||
Решение. |
M |
Ca(NO3 )2 |
= 1·M +2·M +6·M |
O |
= |
|||||
|
|
Ca |
|
N |
|
|
||||
|
|
|
= 1·40 + 2·14 + 6·16 = 164 г/моль. |
|||||||
Задача № 5. Определение числа молей nM, содержащихся в определенной |
||||||||||
массе простых и сложных веществ: |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
nM |
|
m |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
где nM – число молей;
m – масса вещества, г;
М – молярная масса, г/моль.
Пример 1. Определить число молей атомов в 60 г углерода.
55
Решение. МС = 12 г/моль;
nM,С = |
mC |
|
60 г |
= 5 моль атомов углерода. |
MC |
12 г / моль |
|||
Пример 2. Определить число молей молекул в 300 г углекислого кальция СаСО3.
Решение. MCaCO 3 = 100 г/моль;
nM,CaCO |
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
300 г |
|
|
|
= 3 моль молекул СаСО3. |
||||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
MCaCO3 |
|
|
|
|
|
100 г / моль |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Задача № 6. Определение числа атомов и молекул, содержащихся в |
|||||||||||||||||||||||||||
определенной массе вещества: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
n = nM NA = |
|
m |
|
NA, |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где n – число атомов в простом веществе или число молекул в сложном |
|||||||||||||||||||||||||||
веществе; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NA – число Авогадро, NA = 6,02 · 1023 моль-1; |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
m – масса вещества, г; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
М – его молярная масса, г/моль. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Пример 1. Найти число атомов в 3,2 г серы. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
3,2 г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Решение. nатомов= |
|
|
|
NA= |
|
|
|
|
|
·6,02·1023 моль-1 = 6,02·1022 атомов. |
|||||||||||||||||
M |
|
|
32 г / моль |
||||||||||||||||||||||||
Пример 2. Найти число молекул Na2O в 6,2 г оксида натрия. |
|||||||||||||||||||||||||||
Решение. nмолекул = |
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
NA = |
|
6,2 г |
·6,02·1023 |
моль-1 = |
|||||||||||||
|
MNa |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
2 |
O |
|
|
62г / моль |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
= 6,02·1022 молекул. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Задача № 7. Определение абсолютной массы атомов и молекул: |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
= |
|
M |
|
|
, |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
атома,молекулы |
|
|
|
|
N A |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где mатома,молекулы выражена в граммах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Пример. Определить массу молекулы NO. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
Решение. mNO |
MNO |
|
|
|
|
|
|
30г / моль |
|
|
5 10 |
23 |
г. |
||||||||||||||
|
|
NA |
|
|
|
|
6,02 1023 |
моль 1 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
56 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2.1.2.Задачи для самостоятельного решения
1.Определить число молей и число молекул в 0,486 г магния.
2.Одинаково ли число молекул в 1 г водорода и в 1 г кислорода? Ответ подтвердите соответствующими расчетами.
3.Выразить в молях и в граммах 2,00·1023 молекул ацетилена С2Н2.
2.2.Расчеты по химической формуле
2.2.1Типовые задачи с решениями
Задача № 1. Определение массы химического элемента, содержащегося в определенной массе химического соединения.
Пусть BiCjDk – общая формула химического соединения, тогда: MBi CjDk содержит iMB,
mB |
C D |
k |
содержит Хг В. |
||||||||
i |
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mB |
C |
D |
k |
iM B |
|
||
X |
mB |
|
i |
j |
|
|
|
, |
|||
|
M B |
C |
D |
k |
|||||||
|
|
|
|
|
i |
|
j |
|
|
|
|
где mBi C jDk – масса химического соединения BiCjDk;
mB – масса химического элемента В, содержащегося в массе
mB |
C |
D |
k |
химического соединения. |
|
||||||
i |
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример. Определить массу кислорода, содержащегося в 148 г гидроксида |
|||||||||||
кальция Са(ОН)2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. МСа(ОН) |
2 |
= 74 г/моль; |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М0 = 16 г/моль; |
i = 2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
m |
|
mCa(OH) |
2 |
iM0 |
148 2 16 |
64 г. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
MCa(OH) |
2 |
74 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задача № 2. Определение массы химического соединения, содержащего определенную массу химического элемента.
Для соединений общей формулы BiCjDk мы имеем: iMB содержится в MBi CjDk ; mB содержится в Х г BiCjDk .
57
|
|
|
|
mB MB |
C |
D |
k |
|
X mB |
|
|
|
i |
j |
|
. |
|
C |
D |
k |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||||
i |
j |
|
iMB |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
Пример. Определить массу оксида магния MgO, содержащего 6 г магния.
Решение. MMgO = 40 г/моль;
MMg = 24 г/моль; i = 1;
mMgO |
mMg MMgO |
|
6 40 |
10 г. |
|
i MMg |
|
1 24 |
|
||
|
|
|
|||
Задача № 3. Определение процентного содержания химического элемента в химическом соединении.
Процентное содержание химического элемента в химическом соединении
– это его массовое количество, содержащееся в 100 массовых частях химического соединения.
MBi CjDk содержит iMB; |
||||||||
100 г BiCjDk содержит Х г В (% В). |
||||||||
%B |
i 100 MB |
|
, |
|||||
MB |
C |
D |
k |
|
||||
|
|
|
||||||
|
|
i |
j |
|
|
|
|
|
где % В – процентное содержание элемента В. |
||||||||
Массовая доля элемента В в соединении – ωВ: |
||||||||
ωB |
|
i M B |
|
|
. |
|||
|
M B |
C |
D |
k |
||||
|
|
|
|
|||||
|
|
i |
j |
|
|
|
||
Пример. Определить процентное содержание железа в Fe3O4.
= 232 г/моль; MFe = 56 г/моль; i = 3;
%Fe |
i 100 MFe |
|
3 100 56 |
72,4%. |
|||
MFe |
O |
4 |
232 |
||||
|
|
||||||
|
3 |
|
|
|
|
||
ωFe = 0,724.
Аналогичным образом можно определить процентное содержание других элементов в соединении, т.е. процентный состав соединения.
Необходимо помнить, что для соединения BiCjDk
% В + % C + % D = 100 %.
58
Задача № 4. Вывод химической формулы на основании процентного состава соединения и его молярной массы.
Из предыдущей задачи известно, что процентное содержание элемента В в химическом соединении BiCjDk определяется по формуле
|
|
%B |
i 100 MB |
, |
||||||
|
|
MB |
C |
D |
k |
|||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
i |
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
%B M B C D |
k |
|
|
|
|||
отсюда |
i |
|
|
i j |
. |
|
|
|||
|
100 M B |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Пример. Согласно результатам количественного анализа неизвестное соединение содержит
% Н = 11,1 %; % С = 88,9 %.
Его молярная масса равна 54 г/моль. Определить молекулярную формулу соединения.
Решение. Неизвестное соединение имеет молекулярную формулу СiHj.
i |
%C MCi H j |
|
88,9 54 |
4; |
|||||
|
MC |
100 |
12 100 |
||||||
|
|
|
|||||||
j |
%H MCi H j |
|
11,1 54 |
6 |
|||||
M H |
100 |
|
|
1 100 |
|||||
|
|
|
|||||||
Таким образом, молекулярная формула – С4H6.
Задача № 5. Определение массы включающего примеси химического соединения, которое содержит определенную массу химического элемента.
Пример. Минерал содержит 75 % PbS. Какое количество этого минерала содержит 200 г свинца?
Решение. Вначале определяется масса чистого химического соединения PbS, в которой содержится 200 г свинца:
mPbS |
mPb M PbS |
|
200 239 |
231 г PbS. |
|
i M Pb |
|
1 207 |
|
||
|
|
|
|||
Затем определяется масса вещества с примесью, т.е. масса минерала:
59
mв ва с примесью |
|
mчистого вещества |
100% |
; |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
% содержания чистого в ва |
||||||
mминерала |
mPbS 100% |
|
231 100 |
308 г. |
||||
75% |
|
75 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
Задача № 6. Определение массы химического элемента, которая содержится в определенной массе химического соединения, включающего примесь.
Пример. Минерал германия содержит 80 % диоксида германия GeO2. Найти массу германия, содержащегося в 250 г этого минерала.
Решение. Вначале определяется масса двуокиси германия, которая содержится в 250 г минерала:
|
mв-ва с примесью |
% содержания чистого в ва |
||||||||||||
mчистого в ва |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
100% |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
mGeO2 |
mминерала 80% |
|
250 80 |
200 г. |
||||||||||
100% |
|
|
100 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Затем определяется масса химического элемента: |
|
|
||||||||||||
mGe |
|
mGeO |
2 |
i MGe |
200 1 72,5 |
135 г. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
MGeO |
2 |
|
104,5 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.2.2.Задачи для самостоятельного решения
1.Определить массу марганца в 1 т пиролюзита, содержащего 60 %
MnO2.
2.Сколько хлороводорода можно получить из 20 кг водорода, если потери производства составляют 12 %?
3.В каком из соединений больше процентное содержание свинца – в PbO или в PbO2? Ответ подтвердите соответствующими расчетами.
4.Найти простейшую и истинную формулу газа, имеющего следующий состав: 82,76 % С; 17,24 % Н. Плотность по воздуху равна 2,01.
5.При прокаливании 2,94 г кристаллогидрата хлорида кальция выделилось 1,45 г воды. Составить формулу данного кристаллогидрата.
60