Пример 4. Комплексные задачи с использованием большинства законов стехиометрии

1.На нейтрализацию 0,943 г фосфористой кислотыизрасходовано 1,291 г калия гидроксида. Вычислите количество вещества эквивалентов, молярную массу эквивалентов и основность кислоты. На основании расчета напишите уравнение реакции.

Решение. Зная химические формулы реагентов и их массы, запишем закон эквивалентов для взаимодействующих веществ:

.

Учитывая то, что гидроксид калия , будучи однокислотным основанием, во всех реакциях эквивалентен только одному молю ионов водородаН⁺, т.е.Э(и, следовательно,()), преобразуем выражение закона эквивалентов относительно ):

).

Подставив в полученное уравнение известные данные, определим молярную массу эквивалентов фосфористой кислоты:

).

Количество вещества эквивалентов фосфористой кислоты определим по формуле:

)0,5 моль.

Разделив молярную массу кислоты на молярную массу ее эквивалентов, получим основность кислоты: n .

Это означает, что в реакцию нейтрализации с гидроксидом калия вступили только 2 иона водорода из трех, входящих в состав молекулы кислоты. Тогда уравнение реакции нейтрализации будет выглядеть следующим образом:

2.

Ответ:)0,5 моль;); в данной реакции кислота двухосновная.

2. Металл массой 0,5 г вытеснил из раствора кислоты 198 мл водорода, измеренного над водой при температуре 298 К и давлении 99,3 кПа. Давление насыщенного пара воды при этой температуре составило 3,13 кПа. Рассчитайте молярную массу эквивалента металла и определите его, если в образовавшейся соли степень окисления металла равна 3.

Решение. Запишем схему реакции взаимодействия неизвестного металла () с неизвестной кислотой () для уяснения механизма процесса:

↑.

Количество вещества газообразного водорода n() определяется с учетом парциального давления водорода) над раствором, которое легко вычесть по закону Дальтона:

)h().

В этом уравнении – атмосферное давление при температуре опыта,h() – давление паров воды в атмосфере при этой же температуре. Подставив данные из условия задачи, получим:

)99,3 кПа96,17 кПа.

Теперь используем уравнение Менделеева-Клапейрона (уравнение 10) для определения количества вещества водорода

n)0,008 моль.

Этому количеству вещества соответствует масса молекул водорода, равная m()n()·M)0,008(моль)·2()0,016 г.

Согласно закону эквивалентов И. Рихтера (уравнение 19), преобразованному относительно молярной массы эквивалентов неизвестного металла (), получим:

().

Подставим в это выражение известные данные и помня, что ), решим его:().

Для определения природы металла используем формулу (13), записав ее в виде

М()()·В.

По таблице Д. И. Менделеева найдем этот элемент, он – ниобий .

Ответ: неизвестный металл – ниобийNb, молярная масса эквивалентов атомов ниобия равна(Nb).

3. При разложении 100,8 г сложного вещества, молекула которого состоит из атомов натрия, серы и кислорода, образовалось 49,6 г оксида натрия и 21,9 л диоксида серы, измеренного при температуре 380 К и давлении 115 кПа. Определите химическую формулу вещества и напишите уравнение реакции его разложения.

Решение. Согласно условию задачи простейшую формулу неизвестного вещества можно записать в виде, а процесс его разложения изобразить схемой:

O y.

Количество вещества атомов каждого из элементов - натрия n(), серыn() и кислородаn() в составе сложного вещества и количество вещества атомов этих элементов в составе оксида натрия и диоксида серы должны совпасть, следовательно,n() 2n();n( = n();n() n() 2n().

Для расчета количества вещества молекул оксида натрия, и затем атомов натрия применим формулу (4). Получим: n()0,8 моль;n()2n(О)2·0,8(моль)1,6 моль.

Для расчета количества вещества молекул диоксида серы и атомов серы применим формулу (6). Получим:

n()0,8 моль;n()n()0,8 моль.

Теперь рассчитаем количество вещества атомов кислорода в искомом соединении:

n()n()2n().

Находим соотношение индексов x, y иz в сложном соединении:

n() :n() :n()1,6 моль : 0,8 моль : 2,4 моль.

Разделим правую часть равенства на наименьшее из значений (0,8 моль), получим . Следовательно, простейшая формула соединения–натрия сульфит.

Ответ: искомое соединение – соль сернистой кислоты натрия сульфит, уравнение реакции разложения этого соединения

^t ↑.

4. При пропускании сероводорода через раствор, содержащий 2,98 г металла хлорида со степенью окисления +1, образуется 2,20 г его сульфида. Вычислите молярную массу эквивалента металла и укажите его название. Напишите уравнение реакции обмена.

Решение. Воспользуемся формулой (19) закона эквивалентов, обозначив простейшие формулы солей неизвестного металла в видеи. Получим следующие выражения:

; .

В этих уравнениях равны левые части, значит, равны и правые. Преобразуем их в новое уравнение: .

Вспомним также, что молярная масса эквивалентов сложного вещества равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его компонентов (формула 17), следовательно, () () ) и) ) ).

Молярные массы эквивалентов ионов и определим, используя формулу (14):

);).

Подставив полученные значения в выражение для молярных масс эквивалентов солей – хлорида и сульфида металла, получим новые равенства:

()(Me⁺) 35,5;))16.

Используем полученные равенства для решения ранее записанного уравнения:

.

Решив это уравнение относительно ), найдем искомую молярную массу эквивалентов неизвестного металла в его соединениях:

).

Поскольку валентность металла равна 1, то )М(). По таблице Д. И. Менделеева найдем, что этой величине молярной массы соответствует атом калия. Следовательно, искомый металл – калий.

Ответ: неизвестный металл – калий. Молярная масса эквивалентов атомов (ионов) калия в сложных соединениях). Уравнение реакции обмена имеет вид:

2  2.

5. Рассчитайте молярную массу эквивалента металла (2), если при получении средней соли этого металла на каждые 0,002 кг металла расходуется 0,00327 кг ортофосфорной кислоты; 0,006 кг этого металла вытесняют из кислоты такой объем водорода, сколько его вытесняют 0,0027 кг алюминия. Определите металл и напишите его реакцию с ортофосфорной кислотой.

Решение. Из условия задачи следует, что 0,006 кг неизвестного металлаэквивалентны 0,0027 кг алюминия. Для расчета() и) используем закон эквивалентов:и, отсюдаи(). Следовательно,()иМ()()·В.

По таблице Д. И. Менделеева находим, что этот металл – кальций .

Теперь определим ), используя закон эквивалентов для другой пары взаимодействующих веществ: . Отсюда). Следовательно,).

Для определения количества вещества ионов водорода , вступивших в реакцию замещения с атомами металла, используем выражениеn()3 моль.

Ответ: в реакцию с ортофосфорной кислотой вступил металл – кальций, уравнение реакции имеет вид:

323↑.