Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сборник задач по химии. Учебное пособие
.pdf
Пример 3. Определите массу оксида алюминия Al2O3, ко-
Дано:
m(Al) = 0,324 кг
Решение
1. Составляют схему химической
реакции образования оксида алюминия
(в левой части схемы записывают формулы исходных веществ: алюминия Al и
кислорода O2; в правой части – формулу
продукта реакции – оксида алюминия
Al2O3): Al + O2 → Al2O3.
Найти:
m(Al2O3)
V(O2)
2. Расставляют коэффициенты перед веществами и запи-
сывают уравнение реакции:
4Al + 3O2 = 2Al2O3.
3. Определяют количество вещества алюминия по формуле
n(Al) = m(Al) / M(Al) = 0,324 / 0,027 = 12 моль
4. Рассчитывают количество вещества оксида алюминия,
который образуется в результате реакции согласно пропорции:
по уравнению: 4 моль Al – 2 моль Al2O3;
по условию: 12 моль Al – x моль Al2O3;
x = 6 моль Al2O3.
5. Переходят от количества вещества алюминия к его массе
по формуле
m(Al2O3) = n(Al2O3) ∙ M(Al2O3) = 6 ∙ 0,102 = 0,612 кг.
6. Определяют количество вещества кислорода, который рас-
ходуется на горение алюминия, количеством вещества 12 моль. На
основании уравнения реакции составляют пропорцию:
по уравнению: 4 моль Al – 2 моль O2;
по условию: 12 моль Al – x моль O2;
x = 9 моль Al2O3.
7. Объем кислорода определяют по формуле
V(O2) = n(O2) · Vm = 9 · 0,0224 = 0,202 м3.
торый образуется при сгорании алюминия массой 0,324 кг, и объем кислорода, который при этом расходуется:
Ответ: m(Al2O3) = 0,612 кг; V(О2) = 0,202 м3.
21
Пример 4. К карбонату кальция СаСО3 массой 0,05 кг при-
Дано:
m(CaCO3) = 0,05 кг
m(HCl) = 0,1095 кг
Решение
1. Составляют уравнение реакции:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑.
2. Определяют количество вещества карбоната кальция и хлороводородной кислоты по формулам
Найти:
V(CO2)
;моль0,5
0,1
0,05
)CaCO(
)CaCO(
)CaCO(
3
3
3
M
m
n
моль.3,0
0,0365
10950,
)HCl(
)HCl(
)HCl(
M
m
n
3. Определяют, какое вещество реагирует полностью, а какое
взято в избытке. По уравнению 1 моль СаСО3 реагирует с 2 моль
HCl (отношение равно 1/2). По условию задачи к 0,5 моль CaCO3
прибавили 3 моль HCl или 1/6. Значит, карбонат кальция CaCO3
полностью вступает в реакцию, а хлороводородная кислота взята в
избытке и часть кислоты в реакцию не вступает.
4. Рассчитывают количество углекислого газа, который образовался в результате реакции, по количеству вещества, которое
полностью вступает в реакцию, т. е. по карбонату кальция.
По уравнению из 1 моль CaCO3 образуется 1 моль CO2, значит, из 0,5 моль CaCO3 образуется 0,5 моль CO2, что составляет
22,4 · 0,5 = 11,2 дм3.
бавили хлор водородную кислоту HCl массой 0,1095 кг. Определите объем образующегося при реакции углекислого газа:
Ответ: V(CO2) = 11,2 дм3.
Химические реакции лежат в основе многих производств,
например, производства металлов, красителей, лекарств и др.
Обычно в производстве получают меньше продукта, чем рассчитывают по уравнению реакции.
22
Отношение массы продуктов, получаемых в производстве
.
каятеоретичес
аяпрактическ
m
m
Дано:
m(SO2) = 320 т
m(SO3) = 392 т
Решение
1. Рассчитывают количество вещества оксида серы (IV) SO2, который
вступает в реакцию:
Найти:
ω(SO3)
моль.105
0,064
10320
)(SO
)SO(
)SO(
6
3
2
2
2
M
m
n
2. Определяют количество вещества оксида серы (VI)
SO3, который должен получиться согласно уравнению
реакции. Из 2 моль SO2 получается 2 моль SO3, следовательно,
из 5·106 моль SO2 должно образоваться 5·106 моль SO3.
3. Переходят от количества вещества SO3 к его массе:
m(SO3) = M(SO3) · n(SO3) = 0,08 · 5·106 = 4·105 кг = 400 т.
4. Рассчитывают массовую долю выхода оксида серы
(VI) SO3:
.
)(SO
98,0
400
392
)(SO
теорет.3
практ.3
m
m
(m
практическая
акции (m
), к массе продуктов, рассчитанных по уравнению ре-
теоретическая
), называют массовой долей выхода продукта от
теоретически возможного:
Например, согласно расчету по уравнению реакции должны
были получить 100 кг продукта. На практике получили 93 кг.
Массовая доля выхода продукта от теоретически возможного
равна 93 / 100 = 0,93 или в процентах: 0,93 ∙100 = 93 %.
Пример 5. Рассчитайте массовую долю выхода оксида серы (VI) SO3, если из оксида серы (IV) SO2 массой 320 т и избытка
кислорода (О2) получили оксид серы (VI) SO3 массой 392 т:
2SO2 + O2 = 2SO3.
Ответ: ω(SO3) = 0,98 или 98 %.
23
Пример 6. Рассчитайте массу оксида азота (II), который
Дано:
m(NH3) = 34 кг
ω(NO) = 98 %
Решение
1. Определяют количество вещества
аммиака (NH3), который вступает в реакцию:
Найти:
m(NO)
.моль102
0,017
34
)(NH
)(NH
3
3
3
M
m
n
получается при сжигании 34 кг аммиака, если выход оксида
азота (II) равен 98 %:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O.
2. Рассчитывают количество вещества оксида азота (II), ко-
торый должен получиться согласно уравнению реакции:
по уравнению: 4 моль NH3 - 4 моль NO;
по условию: 2·103 моль NH3 - х моль NO;
х = 2 ·103 моль NO.
3. Потом определяют массу NO:
m(NO) = n(NO) ∙ M(NO) = 2∙103 ∙ 0,030 = 60 кг.
4. Рассчитывают массу оксида азота (II), который получа-
ется практически:
m(NO)
практ.
= m(NO)
∙ ω(NO) = 60 ∙ 0,98 = 58,8.
теорет.
Ответ: масса оксида азота (II) равна 58,8 кг.
Контрольные задания
1. Вычислите массу железа, которое содержится в сульфиде
железа (II) FeS массой 22 кг.
2. Определите массу фосфора, который содержится в окси-
де фосфора (V) P2O5 массой 316 кг.
3. Вычислите массу оксида лития Li2O, в котором содер-
жится литий массой 3,5 кг.
4. Определите массу сульфата бария BaSO4, в котором со-
держится барий массой 68,5 кг.
5. Вычислите массу оксида азота (III) N2O3, в котором со-
держится азот массой 3,5 кг.
24
6. Определите массу калия, который содержится в сульфате
калия K2SO4 массой 87 кг.
7. Вычислите массу калия, которая без остатка прореагиру-
ет с хлором, объемом 8,96 дм3 (н. у.).
8. Какая масса воды и какой объем оксида серы (VI) SO3
(н. у.) образуются при разложении 49 кг серной кислоты H2SO4?
9. Какая масса оксида кальция CaO образуется при разло-
жении 37 кг гидроксида кальция Ca(OH)2?
10. Определите объемы аммиака NH3 и кислорода (н. у.), ес-
ли в результате их реакции образовалось 44,8 дм3 оксида азота (II).
11. Рассчитайте объем водорода (н. у.), который потребуется для взаимодействия с оксидом железа (ІІІ) массой 480 г. Вычислите массу железа, которая при этом образуется.
12. Определите массу хлороводородной кислоты HCl, необходимую для полной нейтрализации 37 г гидроксида кальция
Ca(OH)2.
13. Определите массу гидроксида натрия NaOH, необходимую для полной нейтрализации 41 г сернистой кислоты H2SO3.
14. Определите массу ортофосфорной кислоты H3PO4, не-
обходимую для полной нейтрализации 60 г гидроксида натрия
NaOH.
15. Вычислите число молекул оксида серы (VI), которые
образуются при взаимодействии 67,2 дм3 (н. у.) оксида серы (IV)
с кислородом.
16. Определите массу сульфата бария BaSO4, образующего-
ся при взаимодействии 9,8 г серной кислоты H2SO4 и 50 г хлорида
бария BaCl2.
17. Определите массу нитрата кальция KNO3, который об-
разуется при взаимодействии 14 г оксида кальция CaO с 94,5 г
азотной кислоты HNO3.
18. Определите массу гидроксида алюминия Al(OH)3, кото-
рый образуется при взаимодействии 267 г хлорида алюминия
AlCl3 и 168 г гидроксида калия KOH.
19. Какой объем этина С2Н2 (н.у.) можно получить при вза-
имодействии 36 г воды и 32 г карбида кальция СаС2?
20. Какая масса гидроксида натрия, и какой объем водорода
(н. у.) образуется в результате соединения 23 г натрия с 9 г воды?
25
21. К азоту объемом 24 дм3 добавили кислород объемом
15 дм3 (н. у.) Определите объем образующегося оксида азота (II).
22. Какой объем оксида углерода (IV) СO2 (н. у.) можно по-
лучить при взаимодействии 106 г карбоната натрия Na2CO3 и
144 г хлороводородной кислоты HCl?
23. Рассчитайте массу оксида азота (II) NO, который получается из аммиака NH3 массой 102 кг окислением его в кислороде, если выход NO составляет 97 %.
24. Рассчитайте массу оксида серы (IV), который получается из сероводорода массой 17 г окислением его в кислороде, если
выход составляет 98 %.
25. Рассчитайте массу серной кислоты H2SO4, которая по-
лучается из 40 кг оксида серы (VI) SO3 при его взаимодействии с
водой, если выход H2SO4 составляет 92 %.
26. Определите выход гидроксида кальция Ca(OH)2, если из
28 кг оксида кальция CaO при взаимодействии с водой получается 36,3 кг Ca(OH)2.
27. Какую массу сульфата натрия Na2SO4 можно получить
из 196 г серной кислоты H2SO4 и 320 г гидроксида натрия NaOH?
28. Какую массу сульфида меди CuS можно получить из
400 г сульфата меди CuSO4 и 170 г сероводорода H2S?
29. Какую массу карбоната натрия Na2SO4 можно получить из
20 г гидроксида натрия NaOH и 11,2 дм3 оксида углерода (IV) CO2?
30. Рассчитайте массу оксида алюминия Al2O3, который по-
лучается в результате реакции алюминия массой 81 кг с кислородом массой 48 кг. Выход Al2O3 составляет 96 %.
31. Определите выход гидроксида кальция, если из 28 кг
оксида кальция СаО и 18 кг воды образуется 36,3 кг Ca(OH)2.
32. Определите выход сернистой кислоты H2SO3, если в ре-
зультате реакции 128 кг оксида серы (IV) SO2 и 54 кг воды образуется 154 г H2SO3.
33. Смесь двух газов: азота и оксида азота (IV), объемом 10
дм3, пропустили через раствор гидроксида натрия. На окисление
одного из продуктов реакции в присутствии серной кислоты израсходовали 6,32 г перманганата калия. Определите массовые
доли газов в смеси.
26
Контрольные вопросы
1. Какие свойства веществ вы знаете?
2. Что такое явление?
3. Какие явления называются химическими?
4. Что изучает химия?
5. Кто создал атомно-молекулярное учение?
6. Из чего состоят вещества?
7. Что такое молекула?
8. Что называют химическим элементом?
9. Из каких атомов состоят простые вещества?
10. Что такое сложные вещества?
11. Что такое относительная атомная масса элемента?
12. Что обозначает химический знак?
13. Что такое химическая формула?
14 Что показывает индекс и коэффициент?
15. Что обозначает химическая формула?
16. На какие группы можно разделить простые вещества?
17. На какие классы делятся сложные вещества?
18. Как формулируется закон постоянства состава?
19. Как выражают состав вещества?
20. Что называется валентностью?
21. С помощью какого правила можно составить формулу
вещества по валентности элементов?
22. Что такое количество вещества, что такое моль, что такое молярная масса?
23. Что называется числом Авогадро?
24. Как формулируется закон сохранения массы вещества?
25. Как формулируется закон Авогадро?
26. От чего зависит объем газа?
27. Подчиняются ли закону Авогадро жидкие и твердые
вещества? Почему?
28. При каких условиях газы не подчиняются закону Авогадро? Почему?
29. Что называется молярным объемом газа?
30. Что такое плотность вещества и относительная плот-
ность одного газа по другому?
27
ГЛАВА 2. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН
И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА.
СТРОЕНИЕ АТОМА
2.1. Периодический закон и периодическая система
элементов Д. И. Менделеева. Строение атома. Изотопы
В конце XVIII века было известно около 30 химических
элементов, в середине XIX века – более 60. Русский ученый
Дмитрий Иванович Менделеев в 1869 году обнаружил периодическое изменение свойств элементов с изменением значений их
атомных масс. Расположив все известные тогда элементы в порядке возрастания их атомных масс, Менделеев открыл, что
сходные в химическом отношении элементы встречаются через
правильные интервалы и в ряду элементов многие их свойства
периодически повторяются. Эта закономерность получила свое
выражение в периодическом законе: свойства простых веществ,
а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных масс элементов.
Из многих вариантов построения периодической системы
применяются две формы: короткая (короткопериодная) и современная длинная (длиннопериодная). В современном варианте
системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец (группа) определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в определённой мере подобные друг другу.
Весь ряд элементов Д.И. Менделеев разбил на периоды.
Внутри каждого периода закономерно изменяются свойства элементов (например, от щелочного металла до галогена). Периодическая система элементов состоит из 7 (семи) периодов и
8 (восьми) групп.
Период – это горизонтальный ряд, который начинается щелочным металлом и оканчивается инертным элементом. Свойства
простых веществ и соединений элементов изменяются монотонно
от металлических до неметаллических в каждом периоде и скачкообразно на границе периодов.
28
Группы периодической системы (вертикальные столбцы)
содержат элементы, свойства которых подобны. Каждая группа
состоит из двух подгрупп: главной и побочной.
Подгруппы, которые содержат элементы и малых, и больших периодов, называются главными (A). Подгруппы, которые
содержат элементы только больших периодов, называются побочными (В).
Современная форма периодической системы элементов состоит из 18 групп: щелочные, щелочноземельные и переходные
металлы, металлы и полуметаллы (металлоиды), неметаллы, галогены, инертные газы, лантаноиды и актиноиды.
Все элементы одной группы (кроме водорода и гелия - исключения) расположены вертикально в одну колонку и имеют в
принципе одинаковые электронные структуры атомов. Формат
современной формы периодической системы не предусматривает
деление элементов в группах на подгруппы и на ряды.
В 1897 году английским ученым Дж. Томсоном был открыт
электрон (e-) - элементарная частица, имеющая отрицательный
электрический заряд 1,6∙10
-31
9,1∙10
кг. Величина заряда электрона принята за единицу эле-
-19
Кл (кулон) и незначительную массу
ментарного электрического заряда.
В 1911 году выдающийся английский ученый Э. Резерфорд
предложил ядерную (планетарную) модель строения атома. Согласно этой модели атом состоит из положительно заряженного
ядра и электронов, которые вращаются вокруг ядра по круговым
орбитам, подобно вращению планет вокруг Солнца. Совокупность электронов в атоме называют его электронной оболочкой.
В 1913 году английский ученый Д. Мозли обнаружил, что
величина положительного заряда ядра атома равна порядковому
номеру элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.
Атом – электронейтральная частица, поэтому число электронов в
атоме равно заряду ядра или порядковому номеру элемента в периодической системе.
В 1932 году советские ученые Д. Д. Иваненко и Е. Н. Гапон
создали протонно-нейтронную теорию строения ядра. Согласно
этой теории ядро состоит из протонов (p) и нейтронов (n).
29
Протон – это частица с массой, равной единице, и с заря-
H
1
1
H
2
1
H
3
1
дом +1. Нейтрон – это электронейтральная частица с массой,
близкой к массе протона.
Заряд ядра атома определяется числом протонов, которые
входят в его состав. Масса атома равна сумме масс всех частиц,
которые входят в состав атома. Масса электронов настолько мала, что ею можно пренебречь, и масса атома определяется суммой его протонов и нейтронов. Общее число протонов (Z) и
нейтронов (N) называется массовым числом (A). Оно равно
округленному до целого числа значению относительной атомной
массы элемента (Ar):
Ar = Z + N.
Число нейтронов в ядре атома определяется по разности
между относительной атомной массой и его порядковым номером.
Исследования показали, что в природе существуют атомы
одного и того же элемента с разной массой. Изотопы – это атомы
одного элемента, которые имеют одинаковый заряд ядра (одинаковое число протонов в ядре), но разные массовые числа (разное
число нейтронов в ядре).
Каждый изотоп характеризуется двумя величинами: массовым числом (проставляется вверху слева от химического знака) и
порядковым номером (проставляется внизу слева от химического
знака). Элемент водород имеет три изотопа:
– протий,
–
дейтерий,
– тритий. Некоторые элементы (фтор, натрий, алю-
миний) в природе встречаются только в виде одного изотопа.
Относительная атомная масса элемента в периодической
системе элементов Д. И. Менделеева – среднее арифметическое
масс атомов его изотопов. Например, природный хлор состоит из
75,4 % изотопа с массовым числом 35 и из 24,6 % изотопа с массовым числом 37. Поэтому
Ar(Cl) = 35∙0,754 + 37∙0,246 = 35,453.
Химические свойства всех изотопов одного элемента одинаковы. Значит, химические свойства элементов зависят от заряда ядра атома, а не от атомной массы.
Химический элемент – это совокупность (вид) атомов с
одинаковым зарядом ядра.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]