Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Подготовка к централизованному тестированию. Задачи и упражнения с примерами решений
.pdf
с
меси над раскаленным углеродом объемная доля СО2 составила 20 %. Рассчитайте объемную долю гелия в конечной газовой
смеси.
Ответ: 40 %.
2.4. Комбинированные задачи
2.40. Масса смеси, состоящей из оксида углерода (II) и водоро-
3
да, объемом 2,5 дм
при давлении 202,6 кПа и температуре 27 °С
равна 3 г. Определите массовую долю водорода в смеси.
Решение. Определяем объем газовой смеси при н. у., учитывая,
что Т = (273 + 27) К = 300 К:
(смеси) = pVT0 / p0T;
V
0
V
(смеси) = (202,6 . 2,5 . 273) / (101,3 . 300) = 4,55 дм3.
0
Вычисляем количество газовой смеси:
n(г) = V(г) / V
; n(г) = 4,55 / 22,4 = 0,203 моль.
m
По условию известно, что масса смеси равна 3 г, т. е.
m(СО) + m(H
) = 3 г.
2
Выражаем массу оксида углерода:
m(СО) = 3 – m(Н2).
Выражаем количества водорода и оксида углерода:
n(H
) = m(H2) / M(H2); n(H2) = m(H2) / 2;
2
n(СО) = m(СО) / M(СО); n(СО) = (3 – m(Н
)) / 28.
2
Количество смеси равно сумме количеств водорода и оксида
углерода и составляет 0,203 моль:
n(Н
) + n(СО) = 0,203 моль.
2
В последнее уравнение подставляем значения количеств водо-
рода и оксида углерода:
m(H
) / 2 + (3 – m(Н2)) / 28 = 0,203.
2
Решаем уравнение: m(Н
) = 0,206 г.
2
Рассчитываем массовую долю водорода в составе газовой смеси:
H
m
()
H100%;
ω= ⋅
()
2
ω= ⋅ =
()
0,206
H100%6,8%.
2
2
г
m
()
3
31
2.41. Масса смеси оксида углерода (IV) и гелия объемом 5 дм3
при давлении 50 кПа и температуре 250 °С равна 1,2 г. Определите
массовую долю гелия в смеси.
Ответ: 11 %.
2.42. Объем газовой смеси, состоящей из азота и водорода, при
давлении 120 кПа и 27
о
С равен 2 дм3. Определите объемную долю
водорода, если его масса в смеси равна 0,1 г.
Ответ: 52 %.
2.43. Объем газовой смеси, состоящей из оксида серы (IV) и
воды, при давлении 110 кПа и 120
о
С равен 5 дм3. Определите мас-
су воды, если известно, что ее объемная доля равна 30 %.
Ответ: 0,91 г.
2.44. Объемная доля аргона в смеси его с гелием равна 20 %.
Определите массу смеси объемом 5 дм
3
при температуре 30 оС и
давлении 114 кПа.
Ответ: 2,52 г.
2.45. Определите массу газовой смеси, состоящей из кислорода
(φ = 30 %), азота (φ = 25 %) и водорода (φ = 45 %) и имеющей объем
3
10 дм
при температуре 25 °С и давлении 95 кПа.
Ответ: 6,7 г.
2.46. Газовая смесь состоит из водорода и кислорода. Объемная
доля кислорода равна 20 %. Определите массовую долю водорода.
Решение. Выбираем образец газовой смеси объемом, равным
объему (н. у.) 1 моль газа, 22,4 дм
3
.
Определяем объем кислорода в образце:
V(O
) = φ(O2) · V(г) / 100 %;
2
) = 20 . 22,4 / 100 = 4,48 дм3.
V(O
2
Объем водорода равен разности объемов образца и кислорода:
V(H
) = V(г) – V(O2);
2
) = 22,4 – 4,48 = 17,92 дм3.
V(H
2
Определяем количества кислорода и водорода в образце:
n(О
) = V(О2) / Vm;
2
) = 4,48 / 22,4 = 0,2 моль;
n(О
2
) = V(Н2) / Vm;
n(Н
2
) = 17,92 / 22,4 = 0,8 моль.
n(Н
2
32
Рассчитываем массы кислорода и водорода:
m(O
) = n(O2) . M(O2); m(O2) = 0,2 . 32 = 6,4 г;
2
m(H
) = n(H2) . M(H2); m(H2) = 0,8 . 2 = 1,6 г.
2
Находим массовую долю водорода:
m
H
()
H100%;
ω= ⋅
()
2
mm
() ()
H10020%.
ω= ⋅=
()
2
1, 6 6 , 4
2
HO
+
22
1, 6
+
2.47. Газовая смесь состоит из азота и гелия. Объемная доля
гелия равна 80 %. Определите массовую долю азота в смеси.
Ответ: 63,6 %.
2.48. Относительная плотность газовой смеси по водороду рав-
3
на 15. Определите массу газовой смеси объемом 5 дм
при давле-
нии 95 кПа и температуре 300 К.
Решение. Определяем молярную массу газовой смеси:
М(г) = D
.
М(Н2); М(г) = 15 . 2 = 30 г/моль.
Рассчитываем объем смеси, приведенный к н. у.:
V
(г) = pVT0 / p0T;
0
V
(г) = (95 . 5 . 273) / (101,3 . 300) = 4,27 дм3.
0
Вычисляем количество смеси:
n(г) = V
(г) / Vm;
0
n(г) = 4,27 / 22,4 = 0,19 моль.
Находим массу смеси:
m(г) = n(г)
.
M(г); m(г) = 0,19 . 30 = 5,7 г.
2.49. Относительная плотность газовой смеси, состоящей из
водорода и азота, по гелию равна 5. Определите массовую долю
азота в смеси.
Решение. Для расчетов выберем образец смеси количеством ве-
щества 1 моль.
Определяем молярную массу газовой смеси:
.
М(г) = D
M(Hе); М(г) = 5 . 4 = 20 г/моль.
Тогда масса образца смеси будет равна:
m(г) = n(г)
.
M(г); m(г) = 1 . 20 = 20 г.
33
Масса смеси равна сумме масс азота и водорода:
) + m(H2) = 20 г.
m(N
2
Из уравнения следует, что m(H
) = 20 – m(N2).
2
Выражаем количество азота и водорода в составе смеси:
n(N
) = m(N2) / M(N2); n(N2) = m(N2) / 28;
2
n(H
) = m(H2) / M(H2); n(H2) = (20 – m(N2)) / 2.
2
Нами принято, что количество газовой смеси равно 1 моль:
n(N
) + n(H2) = 1 моль.
2
В последнее уравнение подставляем значения количеств азота
и водорода:
m(N
) / 28 + (20 – m(N2)) / 2 = 1,
2
решив которое, получим
m(N
) = 19,4 г.
2
Определяем массовую долю азота:
N
m
()
N100%;
ω= ⋅
()
2
N10097%.
ω=⋅=
()
2
m
19,4
20
2
г
()
2.50. Относительная плотность газовой смеси, состоящей из
гелия и оксида углерода (IV), по водороду равна 10. Определите
объемную долю гелия в смеси.
Ответ: 60 %.
2.51. Масса образца мела равна 105 г. Количество атомарного
углерода в составе карбоната кальция равно 1 моль. Определите
массовую долю карбоната кальция в образце мела.
Решение. Из формулы карбоната кальция следует, что в состав
1 моль СаСО
входит 1 моль атомов углерода. Следовательно,
3
n(СаСО
n(СаСО
) = n(С);
3
) = 1 моль.
3
Определяем массу карбоната кальция в образце:
m(CaCO
) = n(CaCO3) . M(CaCO3);
3
m(CaCO
) = 1 . 100 = 100 г.
3
Рассчитываем массовую долю карбоната в образце:
34
CaCO
m
CaCO 100%;
ω= ⋅
()
CaCO 100 95 %.
ω=⋅=
()
()
3
m
100
3
105
3
мела
()
2.52. Массовая доля атомарного хлора в газовой смеси, состоя-
щей из хлороводорода и фтороводорода, равна 35,5 %. Определите
относительную плотность газовой смеси по водороду.
Решение. Для расчетов выбираем образец смеси массой 100 г.
Определяем массу хлора в образце:
m(Cl) = ω(Cl) · m(образец) / 100 %;
.
m(Cl) = 35,5
100 / 100 = 35,5 г.
Рассчитываем количество атомарного хлора в образце:
n(Cl) = m(Cl) / M(Cl);
n(Cl) = 35,5 / 35,5 = 1 моль.
Из формулы хлороводорода следует, что в состав 1 моль НСl
входит 1 моль атомов хлора.
Следовательно,
n(НCl) = n(Cl); n(НCl) = 1 моль.
Рассчитываем массу хлороводорода в образце:
.
m(HCl) = n(HCl)
m(HCl) = 1
M(HCl);
.
36,5 = 36,5 г.
Масса фтороводорода равна разности масс образца и хлорово-
дорода:
m(HF) = m(образца) – m(HCl);
m(HF) = 100 – 36,5 = 63,5 г.
Вычисляем количество фтороводорода:
n(HF) = m(HF) / M(HF);
n(HF) = 63,5 / 20 = 3,175 моль.
Количество газовой смеси равно сумме количеств хлороводо-
рода и фтороводорода:
n(г) = n(HCl) + n(HF);
n(г) = 1 + 3,175 = 4,175 моль.
35
Находим молярную массу газа, учитывая, что его масса равна 100 г:
M(г) = m(г) / n(г); M(г) = 100 / 4,175 = 24 г/моль.
Определяем относительную плотность газа по водороду:
D = М(г) / М(Н
); D = 24 / 2= 12.
2
2.53. Массовая доля атомарного кислорода в газовой смеси,
состоящей из оксида углерода (IV) и оксида серы (IV), равна 0,6.
Определите относительную плотность газовой смеси по гелию.
Решение. Для расчетов выбираем образец газовой смеси массой
100 г.
Находим массу кислорода в образце:
m(O) = ω(O)
.
m(г); m(O) = 0,6 . 100 = 60 г.
Определяем количество атомарного кислорода в образце:
n(O) = m(O) / M(O);
n(O) = 60 / 16 = 3,75 моль.
Из формулы оксида углерода следует, что в состав 1 моль СО
входит 2 моль атомов кислорода. Следовательно,
n(СО
В составе 1 моль SO
2
) = 0,5n1(О). (1)
2
содержится 2 моль атомов кислорода.
Следовательно,
n(SO
) = 0,5n2(O). (2)
2
Сложим уравнения (1) и (2):
n(СО
) + n(SO2) = 0,5n1(O) + 0,5n2(O). (3)
2
Преобразуем уравнение (3):
n(СО
) + n(SO2)= 0,5(n1(O) + n2O)).
2
Подставляем в уравнение значение количества кислорода в
смеси (3,75 моль):
) + n(SO2) = 0,5 . 3,75 = 1,875.
n(СО
2
Количество смеси равно сумме количеств оксидов углерода и
серы:
n(г) = n(СО
) + n(SO2);
2
n(г) = 1,875 моль.
Определяем молярную массу газовой смеси:
M(г) = m(г) / n(г);
2
36
M(г) = 100 / 1,875 = 53,3 г/моль.
Рассчитываем относительную плотность газовой смеси по гелию:
D = М(г) / М(Не);
D = 53,3 / 4 = 13,3.
2.54. Массовая доля водорода в составе газовой смеси, состоя-
щей из хлороводорода и фтороводорода, равна 0,04. Определите
относительную плотность газовой смеси по воздуху.
Ответ: 0,86.
2.55. Смесь оксида меди (II) и нитрата меди (II) содержит
.
1023 атомов меди и 1,204 . 1024 атомов кислорода. Определи-
6,02
те массовую долю оксида меди в смеси.
Ответ: 63 %.
2.56. В составе смеси оксида и нитрата железа (II) число ато-
мов кислорода относится к числу атомов железа как 5 к 3. Определите массовую долю оксида в смеси.
Ответ: 72,2 %.
2.57. В состав химического вещества входят кислород, водород,
сера и магний. Массовая доля кислорода в составе вещества равна
0,53933. Отношение числа атомов водорода к числу атомов кислорода в веществе равно 1 : 3. В веществе количество атомов магния
в два раза больше количества атомов серы. Определите вещество,
если его молярная масса равна 178 г/моль.
Ответ: (MgOH)
2SO4
.
2.58. В состав химического вещества входят кислород, во-
дород, сера и азот. Массовая доля кислорода в составе вещества
равна 0,55652 . Отношение числа атомов водорода к числу атомов
кислорода в веществе равно 1,25. В веществе содержатся равные
количества атомов серы и азота. Определите вещество, если его
молярная масса меньше 140 г/моль.
Решение. Число атомов кислорода и водорода (как и других ато-
мов) в составе структурной единицы вещества равно целому числу.
Поскольку отношение числа атомов водорода к числу атомов
кислорода равно 1,25, то на 5 атомов водорода в веществе будет
приходиться 4 атома кислорода (на 10 атомов водорода – 8 атомов кислорода). Если бы в составе структурной единицы вещества было 1, 2, 3 или 4 атома водорода (или 6, 7, 8, 9), то в составе
структурной единицы вещества было бы не целое число атомов
кислорода — такое невозможно.
37
Если в состав структурной единицы вещества входит 8 атомов
кислорода, то его молярная масса будет равна:
M = 8М(O) / ω(O); M = 8
.
16 / 0,55652 = 230.
Такое значение молярной массы не удовлетворяет условие.
Если в состав структурной единицы вещества входит 4 атома
кислорода, то его молярная масса будет равна:
M = 4М(O) / ω(O); M = 4
.
16 / 0,55652 = 115.
Такое значение молярной массы удовлетворяет условие.
Пусть в состав структурной единицы вещества входят по x атомов серы и азота (согласно условию в составе вещества содержатся одинаковые количества атомов серы и азота). Тогда выражение
молярной массы вещества примет вид:
М(в-ва) = 4М(О) + 5М(H) + xM(S) + xM(N);
.
115 = 4
16 + 5 + 32x + 14x;
x = 1.
Формула вещества – NH
HSO4.
4
2.59. В состав химического вещества входят кислород, водород,
углерод и кальций. Массовая доля кислорода в составе вещества
равна 0,59259. Отношение числа атомов водорода к числу атомов
кислорода в веществе равно 1 : 3. В веществе количество атомов
углерода в два раза больше количества атомов кальция. Определите вещество, если его молярная масса меньше 170 г/моль.
Ответ: Са(НСО
3)2
.
38
ГЛАВА 3
РАСЧЕТЫ ПО ХИМИЧЕСКИМ УРАВНЕНИЯМ
Уравнение химической реакции показывает количественные
отношения между прореагировавшими без остатка исходными
веществами и образовавшимися продуктами реакции. Зная количество одного вещества, можно рассчитать по уравнению реакции
значения количеств всех остальных веществ. Если один реагент
берется в избытке, то расчет по уравнению проводят используя
количественные характеристики полностью прореагировавшего
вещества.
Количество продукта реакции, получаемого в соответствии с
расчетом по уравнению, называется теоретическим количеством.
Как правило, продукта образуется меньше, чем ожидалось в соответствии с расчетами. Его количество называется практическим.
Отношение практического количества к теоретическому называется практическим выходом продукта. Выход продукта может
быть выражен в долях от единицы или в процентах:
mnV
практ практ практ
mnV
практ практ практ
100%; 100%; 100%.η= ⋅ η= ⋅ η= ⋅
mnV
теор. теор. теор.
;;η= η= η=
mnV
теор. теор. теор.
;
(3.1)
(3.2)
3.1. Какой объем (н. у.) водорода выделится при взаимодейс-
твии цинка массой 6,5 г с избытком соляной кислоты?
Ответ: 2,24 дм
3
.
3.2. Какая масса сульфата цинка образуется при взаимодейс-
твии оксида цинка массой 16,2 г с избытком серной кислоты?
Ответ: 32.2 г.
3.3. Какая масса гидроксида бария образуется при взаимодейс-
твии смеси, состоящей из бария массой 27,4 г и оксида бария массой 15,3 г с избытком воды?
Ответ: 51,3 г.
3.4. Образец массой 15,6 г, состоящий из оксида и карбоната
кальция, прокалили. В результате реакции выделился газ объемом (н. у.) 2,24 дм
3
. Определите массовую долю оксида кальция
в образце.
39
Решение. Оксид кальция устойчив к нагреванию. При прокаливании будет разлагаться карбонат кальция по уравнению:
СаСО
= CaO + CO2↑.
3
Рассчитываем количество образовавшегося оксида углерода:
n(CO
n(CO
) = V(CO2) / Vm;
2
) = 2,24 / 22,4 = 0,1 моль.
2
Согласно уравнению реакции:
n(СаСО
) = n(CO2); n(СаСО3) = 0,1 моль.
3
Находим массу карбоната кальция:
m(СаСО
) = n(СаСО3) . M(СаСО3);
3
m(СаСО
) = 100 . 0,1 = 10 г.
3
Масса оксида кальция равна разнице масс образца смеси и карбоната кальция:
m(CaO) = m(образца) – m(CaCO
);
3
m(CaO) = 15,6 – 10 = 5,6 г.
Определяем массовую долю оксида кальция в образце:
CaO
m
CaO 100 %;
ω= ⋅
()
()
образца
m
()
ω=⋅=
CaO 100 35,9 %.
()
5,6
15,6
3.5. Образец смеси хлорида аммония и хлорида натрия мас-
сой 11,1 г прокалили. Образовавшийся хлороводород собрали и
пропустили через раствор нитрата серебра. Выпал осадок массой
14,35 г. Определите массу хлорида натрия в образце.
Ответ: 5,75 г.
3.6. При термическом разложении карбоната неизвестного ме-
талла массой 10 г, степень окисления которого +2, получили оксид
углерода (IV) объемом 2,24 дм
3
(н. у.). Определите неизвестный
металл.
Решение. Поскольку степень окисления металла +2, формула
карбоната будет иметь вид: МеСО
.
3
Записываем уравнение реакции разложения карбоната:
МеСО
= МеО + СО2↑.
3
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]