Экспресс-курс по химии для подготовки к централизованному тестированию и экзамену

7.Предложите схему получения аминоуксусной кислоты из: а) метана; б) карбида кальция; в) бутана.

8.Напишите уравнения реакций для следующих превращений:

á) À ← этилен → этанол → CÍ3CÍO → X → Y → CÍ3COOÍ.

51

РЕКОМЕНДАЦИИ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

В этом разделе приведем примеры решения наиболее типичных задач. В примере 1 рассмотрено несколько подходов, используемых при решении задач. Предпочтительнее использовать способ 2 или способ 3, а не метод составления пропорций (способ 1). Однако, в зависимости от наклонностей абитуриентов может быть использован любой подход.

Способы решения задач

Пример 1.

Какая масса Cа(OH)2 образуется при взаимодействии СаО массой 28 г с избытком воды?

Дано: Решение:

m(CaО) = 28 г Существует несколько способов решения m(Cà(OH)2) – ? данного типа задач. Рассмотрим их.

Способ 1.

Записываем уравнение химической реакции: CаO + H2O = Cà(OH)2

Под формулами интересующих нас веществ проставляем их химические количества, молярные массы и массы, а над формулами записываем известные и неизвестные величины:

Ответ: масса образовавшегося Cа(OH)2 составляет 37 г.

52

Способ 2.

Определяем химическое количество СаО:

n(CaO) = m (CaO) ; M (CaO)

n(CaO) = 2856 = 0,5 (ìîëü).

Записываем уравнение химической реакции: CаO + H2O = Cà(OH)2

Под формулами интересующих нас веществ проставляем их химические количества, а над формулами записываем известные и неизвестные величины:

Составляем и решаем пропорцию:

0,51 = x1,

отсюда x = 0,5 (моль) Cа(OH)2. Рассчитываем массу Cа(OH)2:

m(Cà(OH)2) = n(Cà(OH)2) · M(Cà(OH)2); m(Cà(OH)2) = 0,5 · 74 = 37 (ã).

Ответ: масса образовавшегося Cа(OH)2 составляет 37 г.

Способ 3.

Определяем химическое количество СаО:

n(CaO) = m (CaO) ; M (CaO)

n(CaO) = 2856 = 0,5 (ìîëü).

Записываем уравнение химической реакции: CаO + H2O = Cà(OH)2

53

Из уравнения реакции следует, что химическое количество образовавшегося Cа(OH)2 равно химическому количеству прореагировавшего СаО, т. е.

n(Cà(OH)2) = n(CaÎ); n(Cà(OH)2) = 0,5 ìîëü.

Рассчитываем массу Cа(OH)2:

m(Cà(OH)2) = n(Cà(OH) 2) · M(Cà(OH)2); m(Cà(OH)2) = 0,5 · 74 = 37 (ã).

Ответ: масса образовавшегося Cа(OH)2 составляет 37 г.

Количественные расчеты состава

Пример 2.

В составе газовой смеси 12CH4 è 14CH4 массовая доля водорода равна 23 %. Определите массовую долю нуклида 12С в смеси.

Дано: Решение:

Äàíî: ω (H) = 23% Для расчетов выберем образец смеси массой 100 г.

ω (12C) – ?

Рассчитаем массу водорода в составе образца:

m(H) = ω(H) · m(образец); 100%

m(H) = 23 100 = 23 (ã). 100

Масса углерода в составе образца равна разнице масс образца и водорода:

m(C) = 100 – 23 = 77 (ã).

Найдем химическое количество атомарного водорода в смеси:

n(H) = m(H) ; M(H)

n(H) = 231 = 23 (ìîëü).

54

Из формулы СH4 следует, что

n(C) = 0,25n(Í);

n(C) = 0,25 · 23 = 5,75 (ìîëü).

Пусть у – масса 12C в образце, тогда масса 14C в образце равна (77 – у).

Выразим химические количества 12C è 14C в образце:

Химическое количество углерода в образце равно сумме химических количеств изотопов углерода:

n(C) = n(12C) + n(14C); n(12C) + n(14C) = 5,75 ìîëü.

Подставим в последнее уравнение значения химических количеств изотопов углерода:

Решаем уравнение:

ó = 21 (ã); m(12C) = 21(ã).

Определяем массовую долю 12С в смеси:

ω(12 C) = m(12 C) 100%; m(образец)

ω(12C) = 10021 100 = 21 (%).

Ответ: массовая доля 12С равна 21%.

Пример 3.

Число атомов магния в образце в два раза больше числа атомов цинка. Рассчитайте отношение массы цинка к массе магния.

55

Дано: Решение:

N(Mg) : N (Zn) = 2 Пусть число атомов цинка x, тогда число атомов магния – 2x.

m(Zn) : m(Mg) – ?

Масса цинка в образце равна произведению числа атомов цинка на массу одного атома цинка:

m(Zn) = N(Zn) · Ar(Zn) · u.

Нами принято, что число атомов цинка в образце равно x, тогда последнее уравнение примет вид:

m(Zn) = x · Ar(Zn) · u.

Аналогичным образом выразим массу магния в образце:

m(Mg) = N(Mg) · Ar(Mg) · u.

Преобразуем последнее уравнение, учитывая, что число атомов магния в образце 2x:

m(Mg) = 2x · Ar(Mg) · u.

И наконец рассчитаем отношение массы цинка к массе

Ответ: отношение массы цинка к массе магния равно 1,35.

56

Пример 4.

При н. у. газовая смесь объемом 11,2 дм3, состоящая из кислорода и водорода, имеет массу 10 г. Определите объемную долю водорода в смеси.

Поскольку химическое количество смеси

n(H2) + n(O2) = 0,5 моль; химическое количество кислорода равно:

n(Î2) = 0,5 – n(Í2). Выразим массы водорода и кислорода:

m(H2) = n(H2) · M(H2); m(H2) = n(H2) · 2; m(O2) = n(O2) · M(O2); m(O2) = [0,5 – n(H2)] · 32;

Масса смеси составляет 10 г:

m(H2) + m(O2) = 10 ã.

Âпоследнее уравнение подставим значения масс водорода

èкислорода:

n(Í2) · 2 + [0,5 – n(H2)] · 32 = 10. Решаем уравнение:

n(Í2) = 0,2 (моль). Рассчитываем объем водорода в составе смеси:

V(H2) = n · 22,4 äì3/ìîëü;

V(H2) = 0,2 · 22,4 = 4,48 (äì3).

57

Находим объемную долю водорода:

Ответ: объемная доля водорода равна 40%.

Пример 5.

При действии избытка соляной кислоты yf смесь цинка и магния общей массой 8,9 г выделился водород химическим количеством 0,2 моль. Определите массу цинка.

Выразим массы цинка и магния, вступивших в реакцию:

m(Zn) = n(Zn) · M(Zn); m(Zn) = 65x;

m(Mg) = n(Mg) · M(Mg); m(Mg) = 24y.

Согласно условию, сумма масс цинка и магния равна 8,9 г: m(Zn) + m(Mg) = 8,9 г

В уравнение подставим значения масс цинка и магния:

Запишем уравнение реакции взаимодействия цинка с соляной кислотой:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2. Согласно уравнению реакции

n1(H2) = n(Zn); n1(H2) = x.

Запишем уравнение реакции взаимодействия магния с соляной кислотой:

Ìg + 2HCl = MgCl2 + H2.

58

Химическое количество водорода, образовавшегося в данной реакции, равно химическому количеству прореагировавшего магния:

n2(H2) = n(Mg); n2(H2) = y.

Общее химическое количество выделившегося водорода будет равно:

n1(H2) + n2(H2) = 0,2 ìîëü.

В уравнение подставим соответствующие значения химиче- ских количеств водорода:

Составим систему из уравнений (1) и (2):

{65x + 24y = 8,9; x + y = 0,2.

Решаем систему:

õ = 0,1 ìîëü; y = 0,1 ìîëü.

Определим массу цинка:

m(Zn) = 65õ; m(Zn) = 0,1 · 65 = 6,5 (ã).

Ответ: масса цинка равна 6,5 г.

Пример 6.

Коэффициент растворимости соли при 40 °C равен 50 г, а при 10 °С – 30 г. Какая масса соли выпадет в осадок при охлаждении насыщенного при 40 °С раствора массой 50 г до 10 °С?

Дано: Решение:

s(40 °С) = 50 г Определяем массу насыщенного при s(10 °С) = 30 г 40 °С раствора, содержащего 100 г H2О m(раствор) = 50 г и 50 г соли:

m(соль) – ? m(раствора, 40 °C) = 50 + 100 = 150 (г).

Затем рассчитываем массу насыщенного при 10 °С раствора, содержащего 100 г воды и 30 г соли:

m(раствор, 10 °C) = 30 + 100 = 130 (г).

59

Вычисляем массу осадка, образующегося при охлаждении раствора, содержащего 100 г воды:

m(осадок) = m(раствор, 40 °С) – m(раствор, 10 °С); m(осадок) = 150 – 130 = 20 (г).

Таким образом, при охлаждении 150 г раствора выпадает в осадок 20 г соли. Теперь вычисляем массу осадка, образующегося при охлаждении 50 г насыщенного раствора.

Для этого составляем пропорцию:

Отсюда x = 20 50 = 6,67 (ã). 150

Ответ: при охлаждении раствора в осадок выпадет 6,67 г соли.

Пример 7.

Смесь хлорида калия и бромида калия массой 16,5 г растворили в воде. Через раствор пропустили избыток хлора. После упаривания масса твердого остатка оказалась на 4,45 г меньше исходной массы солей. В результате упаривания бром и хлор были полностью удалены. Определите массовую долю бромида калия в исходной смеси.

Дано: Решение:

m(KCl + KBr) = 16,5 г Составим уравнение реакции: ∆m = 4,45 ã

Cl2 + 2KBr = 2KCl + Br2

ω (KBr) – ?

Из уравнения реакции следует, что, если в реакцию вступит 2 моль бромида калия (238 г) и образуется 2 моль хлорида калия (149 г), изменение массы соли составит 89 г (238 – 149).

Составляем пропорцию:

238 ã (KBr) – 89 ã;

x– 4,45 ã.

x = m(KBr) = 11,9 (ã).

60