Задачи лабораторного контроля по химии
.pdfили степень окисления хрома в молекуле К2+1Cr2хО7-2: (+1) · 2 + х · 2 + (–2)·7 = 0 х = +6
6. Атомы одного и того же элемента в различных соединениях
могут иметь разные степени окисления, например:
K+1Mn+7O4-2; H2+1Mn+6O4-2; Mn+4O2-2.
Таблица 1.2
Элементы, имеющие постоянную степень окисления в большинстве соединений
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
H+ |
|
|
|
|
|
Li+1 |
Be+2 |
B+3 |
|
|
O-2 |
Na+1 |
Mg+2 |
Al+3 |
|
|
|
+1 |
Ca+2 |
Sc+3 |
|
|
|
K |
Zn+2 |
|
|
|
|
Rb+1 |
Sr+2 |
|
|
|
|
Ag+1 |
Cd+2 |
|
|
|
|
Cs+1 |
Ba+2 |
|
|
|
|
Fr+1 |
Ra+2 |
|
|
|
|
УРОВЕНЬ А
1. а) Назвать следующие химические соединения и определить степень окисления всех элементов соединений: СО, Mn(OH)2, H2SO4, KHS, Na2CO3, FeOH(NO3)2.
б) Написать формулы следующих химических соединений: оксид свинца (IV), сульфат лития, хлорид гидроксоцинка, дигидроортофосфат алюминия
Ответ:
а) С+2О-2 – оксид углерода (II);
Mn+2 (O-2H+1)2 – гидроксид марганца (II); Н+12S+4O-23 – сернистая кислота;
К+1Н+1S-2 – гидросульфид калия; Na2+1С+4О-23 – карбонат натрия;
Fe+3O-2H+1(N+5O-23)2 – нитрат гидроксожелеза (III). б) Оксид свинца (IV) – PbO2;
сульфат лития – Li2SO4;
хлорид гидроксоцинка – ZnOHCl; дигидроортофосфат алюминия – Al(H2PO4)3.
10
УРОВЕНЬ В
1. Определить количество моль воды в формуле кристаллогидрата Na2CO3·хH2O, если в результате прокаливания его масса изменилась от 1,43 до 0,53 г. Определить объем выделившейся парообразной воды при 200 оС и давлении 98,2 кПа.
Дано: |
РЕШЕНИЕ |
|
mNa2CO3 nH2O 1,43 г |
При прокаливании кристаллогидрата |
|
mNa2CO3 0,53 г |
протекает реакция: |
|
t |
||
t 200 oC |
||
Na2CO3·nH2O = Na2CO3 + nH2O↑. (1.1) |
||
P 98,2 кПа |
Находим массу воды ( mH2O ), выде- |
|
VH2O ? |
||
лившейся при разложении кристаллогид- |
||
х ? |
||
рата: |
||
|
||
|
mH2O = 1,43 – 0,53 = 0,9 г. |
Расчет n ведем по уравнению реакции (1.1)
|
nNa |
CO |
|
n |
|
|
или |
mNa2CO3 |
|
mH2O |
, |
|||||||
|
|
H2O |
|
|
||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|
M Na |
CO |
3 |
|
хMH |
O |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
M Na |
CO |
|
mH |
O |
|
106 0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
тогда х = |
2 |
|
3 |
|
|
|
2 |
|
= |
|
|
10, |
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
M |
H2O |
0,53 18 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Na2CO3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где M Na2CO3 23 2 12 16 3 106 г/моль;
MH2O 1 2 16 18 г/моль.
Формула кристаллогидрата Na2CO3·10H2O.
Рассчитываем объем выделившейся газообразной воды при Т = 273 + 200 = 473 К и Р = 98,2 кПа по уравнению МенделееваКлапейрона
PV |
|
mH2O |
RT , |
|
|||
H2O |
|
MH2O |
|
|
|
||
11
где Р – Па;
V – м3; m – кг;
MH2O – кг/моль;
R – 8,314 Дж/моль·К, Т – К.
Откуда
V |
|
mH2O RT |
|
0,9 10 3 8,314 473 |
0,002 м3 |
2 л. |
MH2O P |
|
|||||
H2O |
|
|
18 10 3 98200 |
|
|
Ответ: формула кристаллогидрата: Na2CO3·10Н2О; VH2O 2,0 л.
2. Определить состав смеси (% масс.), содержащей карбонат магния (15 г) и оксид магния. Если после прокаливания смеси, полученный продукт вступил в реакцию с ортофосфорной кислотой и образовалось80 гортофосфата магния. Составить уравненияреакций.
Дано: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РЕШЕНИЕ |
|
|
|||||||||
MgO и MgCO3 |
|
|
|
|
mсмеси m(MgO)исх + mMgCO3 , |
||||||||||||||||
m MgCO3 = 15 г |
|
|
|
|
|
|
|
|
mMgO(исх) |
100, % мас., |
|||||||||||
m Mg3 (PO4 )2 = 80 г |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
MgO |
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
смеси |
|
|
|||||
ωMgO |
– ? ωMgCO |
3 |
– ? |
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MgCO3 |
100, % мас. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
MgCO |
|
|
mсмеси |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
При прокаливании смеси протекает реакция |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MgCO3 |
= MgO + CO2. |
|
|
||||||||||||||
Тогда по этому уравнению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
n |
MgCO3 |
= n (из MgCO3) или |
|
mMgCO3 |
|
|
mMgO (из MgCO3 ) |
; |
|||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
MgO |
|
|
|
|
|
|
MMgCO3 |
|
|
|
|
MMgO |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
mMgO (из MgCO3) = |
mMgCO3 |
MMgO |
|
= |
15 40,3 |
= 7,17 г, |
||||||||||||||
|
|
MMgCO3 |
|
|
|
84,3 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
12
где MMgO = 24,3 + 16 = 40,3 г/моль;
МMgCO3 = 24,3 + 12 + 16·3 = 84,3 г/моль.
После прокаливания смесь состоит только из MgО
mMgO(общ) mMgO(изМgCO3 ) mMgO(исх).
При взаимодействии продукта, полученного после прокаливания с ортофосфорной кислотой, протекает реакция
3MgO(общ.) + 2H3PO4 = Mg3(PO4)2 + 3H2O.
Тогда реагирует по уравнению
|
nMgO(общ) |
|
3 |
→ n |
|
3n |
(PO4 )2 |
|||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
nMg3(PO4 ) |
|
1 |
|
|
MgO(общ) |
Mg3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
или |
|
|
|
|
|
3mMg3 (PO4 )2 |
|
|
|
|||
|
|
mMgO(общ) |
|
, |
|
|
||||||
откуда |
MMgO |
|
|
MMg3(PO4 )2 |
|
|
||||||
|
|
|
3MMgO mMg3 (PO4 )2 , |
|||||||||
|
m |
|
|
|
||||||||
|
MgO(общ) |
|
|
|
MMg3 (PO4 )2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
mMgO(общ) |
= |
3 40,3 80 |
36,79 г, |
||||||||
|
|
|
|
|
|
262,9 |
|
|
|
|
||
где MMgO = 40,3 г/моль;
MMg3 (PO4 )2 = 262,9 г/моль,
тогда
mMgO(исх) = mMgO(общ) – mMgO (из MgCO3) = 36,79 г – 7,17 г = 29,62 г.
Таким образом
mсмеси = mMgO(исх) + mMgCO3 = 29,62 г + 15 г = 44,62 г.
13
Состав исходной смеси
ωMgO = 29,6244,62 100 66,38 % мас.
ωMgCO3 = 100 – 66,38 = 33,62 % масс.
3.При взаимодействии 1,8 г технического карбоната кальция (мела) с HCl выделилось 400 см3 CO2, собранного над водным раствором NaHCO3 и измеренного при температуре 288 К и давлении 730 мм рт. ст. Давление паров воды при 288 К равно 12,79 мм рт. ст. Определить содержание СаСО3 в техническом карбонате кальция
впроцентах.
|
Дано: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РЕШЕНИЕ |
|
||||
|
mCaCO3 (техн) 1,8 г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mCaCO |
|
||||
|
V |
400 см3 |
|
|
|
|
|
|
СаСО3 |
|
|
|
|
3 |
100, %. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
mCaCO3 (техн) |
|||||||||||||||
|
CO2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Т 288 К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Так как, примеси, содержащиеся в тех- |
|||||||||||||||||
|
Робщ 730 ммрт. ст. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Р |
|
12,79 ммрт. ст. |
|
ническом |
СаСО3 не взаимодействуют |
||||||||||||||||
|
Н2О |
|
|
|
|
|
с HCl с образованием CO2, то массу чи- |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
стого карбоната кальция ( mCaCO3 ) опре- |
|||||||||||||||
|
СаСО3 ? |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
деляем по уравнению реакции (1.4): |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
СаСО3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑ |
(1.2) |
||||||||||||||||||
|
nCaCO3 |
nCO2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Или |
|
|
mCaCO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
V |
(CO |
2 |
) |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
, |
|
|
|||
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
) |
|
|
|||||
|
|
|
|
CaCO |
|
|
(CO |
2 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тогда |
|
VM(CO2) = 22400 cм3/моль, |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
MCaCO3 |
V0 (CO2 ) |
|
|
||||||||||||
|
|
|
mCaCO3 |
|
|
, |
(1.3) |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
22 400 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
14
где MCaCO3 40 12 3 16 100 г/моль,
V0 (CO2 ) – объем выделившегося СО2, приведенный к нормаль-
ным условиям.
Для определения V0 (CO2 ) воспользуемся объединенным газовым законом:
PCO |
2 |
VCO |
2 |
|
P |
V (CO |
2 |
) |
|
|
|
|
PCO |
2 |
VCO |
2 |
T0 |
|
|
|
|
0 |
0 |
|
, |
V (CO |
2 |
) |
|
|
|
, |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
T |
|
|
|
T0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
T P0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где PCO2 – парциальное давление СО2, так как СО2 собран над водным раствором NaHCO3, то
Pобщ = PCO2 + РН2О,
тогда
PCO2 Pобщ РН2О 730 12,79 717,21 мм рт. ст.,
Т0 = 273 К, Р0 = 760 ммрт. ст.,
тогда |
V (CO |
2 |
) = 717,21 400 273 357,8 см3. |
|
|
o |
|
288 760 |
|
|
|
|
|
|
Определяем массу чистого СаСО3 по формуле (1.3): |
||||
|
|
m |
= 100 357,8 1,6 г, |
|
|
|
|
CaCO3 |
22400 |
тогда |
|
|
|
|
|
|
|
1,6 100 88,89 %. |
|
|
|
|
||
|
|
|
СаСО3 |
1,8 |
|
|
|
|
|
Ответ: содержание СаСО3 в меле 88,89 %.
15
2. ЭКВИВАЛЕНТ. ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ
УРОВЕНЬ А
1. Написать уравнения реакций взаимодействия хлорида железа (III) с гидроксидом натрия с образованием:
а) хлорида гидроксожелеза; б) гидроксида железа (III).
В каждой из реакций вычислить эквивалентную массу хлорида железа (III).
Дано: |
|
РЕШЕНИЕ |
||||
FeCl3 |
|
|
MFeCl |
|||
|
|
Мэк(FeCl3) = |
|
3 |
, г/моль, |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
nCl |
|||
Mэк(FeCl3) – ? |
|
|
||||
где |
nCl – число ионов |
хлора, замещенных |
||||
|
||||||
|
в даннойреакциина гидроксильную группу ОН-. |
|||||
|
||||||
По реакции а): |
|
|
|
|
||
FeCl3 + NaOH = FeOHCl2 + NaCl
определяем Mэк(FeCl3 ):
Mэк(FeCl3 ) = MFeCl1 3 162,51 = 162,5 г/моль;
FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl;
Mэк(FeCl3 ) = MFeCl3 3 162,53 = 54,17 г/моль.
Ответ: а) Mэк(FeCl3 ) = 106,8 г/моль; б) Mэк(FeCl3 ) = 54,17 г/моль.
16
2. На восстановление 7,2 г оксида потребовалось 2,24 л водорода, измеренного при н.у. Рассчитать эквивалентные массы оксида и металла. Назвать этот металл.
Дано: |
|
|
|
РЕШЕНИЕ |
|
|
По закону эквивалентов |
||||
mокс. = 7,2 г |
|
||||
|
|
|
|
|
|
VO(H2 ) 2,24 л |
|
|
|
nэк(окс) nэк(Н2 ); |
|
|
|
|
|
||
Мэк(Окс.) – ? |
|
|
|
mокс |
Vо(H2 ) , |
Мэк(Ме) – ? |
|
|
|
||
|
|
|
|
||
Ме – ? |
|
|
|
Мэк(Окс) |
VMэк(Н) |
|
|
VMэк(Н) |
= 11,2 л/моль – эквивалентный |
||
|
|
||||
|
|
объем водорода. |
|
||
Мэк(Окс) = |
mокс VMэк(H) |
= |
7,2 11,2 |
= 36 г/моль; |
|
|
Vo(H2 ) |
2,24 |
|||
|
|
|
|
||
Мэк(Окс) = Мэк(Ме) + Мэк(О);
Мэк(Ме) = Мэк(Окс) – Мэк(О) = 36 – 8 = 28 г/моль;
Мэ = Мэк(Ме) · В.
Если В = 1 МЭ = 28 г/моль. Такого металла в таблице Д. И. Менделеева нет. Если В = 2 МЭ = 56 г/моль. Следовательно, Ме – Fe.
Ответ: Мэк(Окс) = 36 г/моль, Мэк(Ме) = 28 г/моль, Ме – Fe.
3. Хлорид некоторого металла массой 0,493 г обработали избытком раствора AgNO3. При этом образовалось 0,86 г AgCl. Вычислить эквивалентную массу эквивалента металла и назвать этот металл.
17
Дано:
mMe Clх = 0,494 г mAgCl = 0,95 г
Mэк(Me) – ?
Me – ?
|
|
РЕШЕНИЕ |
|
|
|||
По закону эквивалентов: |
|
|
|||||
|
nэк(Me Clх) nэк(AgCl) , |
|
|
||||
|
|
mMe Clх |
nAgCl |
|
|
||
т. е. |
|
|
= |
|
; |
|
|
|
Мэк(МеСlх) |
Mэк(AgCl) |
|
||||
Mэк(Me Clх) = |
mMe Clх Мэк(AgCl) |
, |
|||||
|
|
mAgCl |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
где х – валентность Ме, так как заряд хлорид иона равен –1.
Мэк (AgCl) = |
M |
Ag |
|
|
M |
Cl |
|
= 108 + 35,5 = 143,5 г/моль; |
|
|
|
|
|
||||||
|
1 |
|
1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Mэк(MeClх) = |
0,494 143,5 |
= 74,62 г/моль; |
|||||||
|
|
|
|
|
|
0,95 |
|
||
Mэк(MeClх) = Mэк(Me) + Mэк(Cl) ;
Mэк(Cl) 35,51 35,5 г/моль;
Mэк(Me х) = Mэк(Me Clх) – Mэк(Cl) ;
Mэк(Me) = 74,62 –35,5 = 39,12 г/моль.
Мэ = Mэк(Me) ·В. Если х = В = 1, то Мэ = 39,12 г/моль, что соответствует молярной массе атома калия.
Ответ: Mэк(Me) = 39,12 г/моль, Ме – К.
УРОВЕНЬ В
1. При растворении 16,25 г двухвалентного металла в кислоте выделилось 6,52 л водорода, собранного над водой и измеренного при температуре 298 К и давлении 730 мм рт. ст. Определить эк-
18
вивалентную массу металла и назвать металл. Давление паров воды при температуре 298 К равно 23,76 мм рт. ст.
Дано:
mMe = 16,25 г В = 2
VH2 6,52 л Т = 298 К
Робщ = 730 мм рт. ст. PH2O = 23,76 мм рт. ст.
Мэк(Ме) – ?
Ме – ?
РЕШЕНИЕ По закону эквивалентов
nэк(Me) = nэк(H2 ) ;
|
|
m |
|
|
|
Vо(H |
2 |
) |
|
|
|
|
Ме |
|
|
|
|
; |
|
||
|
M |
эк |
(Ме) |
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Mэк(Н) |
|
|
|||
Мэк(Ме) = |
mМе VMэк(Н) |
= |
||||||||
|
|
Vо(H2 ) |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
=VMэк(H) = 11,2 л/моль.
По объединенному уравнению газового состояния
|
|
|
PH2 VH2 |
|
|
Pо Vо(H2 ) |
, |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
T |
|
|
|
T |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|||
где То = 273 К; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ро = 760 мм рт. ст. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Робщ = PH2 |
PH2O ; |
PH2 Pобщ PH2O ; |
|
||||||||
|
|
(Pобщ РH2O ) VH2 |
|
Pо Vо(H2 ) |
. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
T |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
Определяем Vо(H2 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Vо(H2 ) = |
(Pобщ РH2O ) VH2 То |
|
|
(730 23,76) 6,52 273 |
= 5,55 л; |
|||||||
|
T Ро |
|
|
|
|
298 760 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Мэк(Ме) = |
16,25 11,2 = 32,79 г/моль; |
|
|||||||||
|
|
|
|
5,55 |
|
|
|
|
|
|
||
19