1.2 Примеры решения задач
Пример 1. Определите значение формульного количества вещества (моль) в оксиде хрома (III), затраченного на получение 21,4 г хромита (III) натрия по реакции
Cr2O3+Na2CO3= 2NaCrO2+CO2.
Рассчитайте также объем (л, н.у.) выделившегося газа.
Решение
|
Дано: т (NaCrO2) = 21,4 г, М(NaCrO2) = 106,98 г/моль, VМ = 22,4 л/моль.
Найти: п(Cr2O3), V(СО2) .
|
n 0,2 моль Cr2O3 + Na2CO3 = 2NaCrO2 + CO2. 1 моль 2 моль 1 моль Находим формульное количество хромита (III) натрия n(NaCrO2) = 21,4/106,9 = 0,2 моль. Находим формульное количество оксида хрома (III) п(Cr2O3) = п(NaCrO2) ν(Cr2O3) / ν(NaCrO2) = 0,2 · 1 / 2 = 0,1 моль; Находим объем углекислого газа V(CO2) = VМ · п(CO2) = VM · п(Cr2O3) · ∙ν(CO2) / ν(Cr2O3) = 22,4 · 0,1 · 1/1 = = 2,24 л. |
|
Ответ: в данной реакции участвует 0,1 мольCr2O3и образуется 2,24 л СО2. | |
Пример 2.Рассчитайте объем (мл) воды, необходимый для проведения реакции
Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4,
если имеется 99,85 г карбида алюминия. Плотность воды принять равной 0,9982 г/мл.
Решение
|
Дано: т(Al4C3)= 100 г, ρ(H2O) = 1 г/мл, М(H2O) = 18 г/моль, М(Al4C3)= 144 г/моль. Найти: V(H2O).
|
0,69 моль n Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4. 1 моль 12 моль Находим формульное количество Al4C3 n(Al4C3) = 100/144=0,69 моль. Находим формульное количество воды п (H2O)= п(Al4C3)· ν(H2O) /ν(Al4C3) = = 0,69·12/1 = 8,28 моль. Рассчитываем объем воды V(H2O) = m(H2O) / ρ( H2O) = = п (H2O) · М(H2O) / ρ( H2O)= = 8,28 · 18,02 / 0,9982 = = 149 мл. |
|
Ответ: для проведения данной реакции надо взять 149 мл Н2О. | |
Пример 3. Из 3,85 г нитрата металла получено 1,60 г его гидроксида. Вычислите молярную массу эквивалента металла Мeq(Ме).
Решение
При решении задачи следует иметь в виду: а) молярная масса эквивалента гидроксида равна сумме молярных масс эквивалентов металла и гидроксильной группы; б) молярная масса эквивалента соли равна сумме молярных масс эквивалентов металла и кислотного остатка. Вообще молярная масса эквивалента химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его частей.
Учитывая сказанное, подставляем соответствующие данные в закон эквивалентов:
пэ(A) = пэ(В) = …= пэ(С) = пэ (D) = … или
=
=
=
.
Получаем Мэ(Ме)=15 г/моль.
Ответ: молярная масса эквивалента металла 15 г/моль.
Пример 4. В какой массе Ca(OH)2 содержится такое же количество эквивалентов, сколько в 312 г Al(OH)3?
Решение
Молярная масса эквивалента равна Мэ(Al(OH)3) = М(Al(OH)3)/3 = = 78/3 = 26 г/моль. Следовательно, в 312 г Al(OH)3 содержится 312/26 = = 12 моль эквивалентов. Молярная масса эквивалента Ca(OH)2 равна Мэ(Са(OH)2) = М(Са(OH)2)/2 = 37 г/моль. Отсюда 12 моль эквивалентов составляют 37 г/моль · 12 моль = 444 г.
Ответ.В 444 г Ca(OH)2.
Пример 5. На восстановление 7,09 г оксида двухвалентного металла требуется 2,24 л водорода, измеренного при нормальных условиях (н.у.). Вычислить молярную массу эквивалента оксида металла и молярную массу эквивалента металла. Чему равен относительный атомный вес металла?
Решение
|
Дано: |
|
|
mмео = 7,09 г,
|
По закону эквивалентов массы веществ, вступающих в реакцию, пропорциональны эквивалентам: |
|
Найти: Мэ мео , Мэ ме , Аr ме . |
mмео/
Мэ
меo
= m
(Н2)
/
|
=
2,24 л.
.Если одно из веществ находится в газообразном состоянии, то, как правило, его количество измеряется в объемных единицах (см3, л, м 3).
Отношение
m(Н2)
/
заменяем
равным ему отношением объемов:
mмео/Мэ
мео=
/
,
где
– эквивалентный
объем водорода при н.у.;
Масса эквивалента водорода (1,008 г) равна половине его грамм-молекулы (2,016 г), поэтому согласно следствию из закона Авогадро (при н.у.):
=
22,4/2 = 11,2 л.
Из формулы находим эквивалент оксида металла Мэ мео, г/моль:
7,09/Мэ мео=2,24/11,2 ,
Мэ мео=7,09 ∙ 11,2/2,24=35,45.
По закону эквивалентов
Мэ мео = Мэ ме+ Мэ о,
отсюда
Мэ ме = Мэ мео - Мэ о = 35,45 - 8= 27,45 (г).
Молярную массу металла определяем из соотношения
М = Мэ ме /f,
где Мэ ме – молярная масса эквивалента металла, г/моль;
М – молярная масса металла, г/моль;
f – фактор эквивалентности.
f = 1/В,
где В – валентность металла.
М = Мэ ме/ f =27,45 ∙ 2 =54,9 (г/моль).
Следовательно, атомная масса металла Аr = 54,9 а.е.м.
Ответ: Мэ мео = 35,45 г/моль, М = 54,9 г/моль, Аr ме = 54,9 а.е.м.
Пример 6. Сколько металла, молярная масса эквивалента которого 12,16 г/моль, взаимодействует с 310 см3 кислорода, измеренного при нормальных условиях (н. у.).
Решение
|
Дано: Мэ мео = 12,16 г/моль, Vº(О2) = 310 см3. |
Моль кислорода О2 (32 г) при н.у. занимает объем 22,4 л, а объем моль-экв. кислорода (8 г): 22,4/4 = 5,6 л = 5600 см3.
|
|
Найти: mме. |
По закону эквивалентов
mме/Мэ ме = V°(О2)/ V°э(О2); mме/12,16 = 310/5600,
откуда
mме/12,16 = 310/5600,
откуда
mме=12,16 ∙ 310/5600 = 0,673 (г).
Ответ: масса метала mме = 0,673 г.
Пример 7. Определите значение эквивалентного количества вещества (моль) для окислителя в реакции между перманганатом калия и иодидом калия в кислотной среде (Н2SO4), если в реакцию вступило 0,075 мольKI. Рассчитайте также формульное количество вещества (моль) в образовавшемся йодеI2.
Решение
|
Дано: n(KI)= 0,075 моль, f(KI)= 1, f(I2) =1/ 2. Найти: пэ(KMnO4), п(I2). |
MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O, 2I- - 2e- = I2. По закону эквивалентов количество эквивалентов окислителя равно количеству эквивалентов восстановителя. По уравнению
пэ (B) = п(В)/fЭ(В)
рассчитываем эквивалентное количество окислителя пэ(KMnO4)=пэ(KI)=п(KI)/ f(KI) = = 0,075/1 = 0,075 моль; Находим формульное количество йода п(I2) = пэ(I2)· f(I2) = пэ(KI) ·f (I2)= = 0,038моль. |
|
Ответ: в данной реакции участвует 0,075 моль KMnO4 (экв.) и образуется 0,038 моль I2. | |
Пример 8.Рассчитайте массу (г) алюминия, вступившего в реакцию с серной кислотой (разб.), если собрано 10,24 л газа (н.у.). В решении используйте закон эквивалентов.
Решение
|
Дано: V(H2) = 10,24 л, М(Al)=27 г/моль, VМ =22,4 л/моль, f(H2) =½. Найти: т(Al). |
Al– 3e=Al3+, 2H++ 2e=H2. По закону эквивалентов пeq(Al) =пeq(H2). Массу алюминия можно рассчитать по уравнению т(B) = пэ(B) ·Мэq(B); т(Al)= пэ(Al) ·Мэ(Al) = =пэ(H2) ·Мэ(Аl).
Рассчитываем количество эквивалентов водорода пэ(H2) =V(H2) /Vэ(H2) = 10,24/{1/2·22,4} = = 0,91 моль. Рассчитываем молярную массу эквивалента алюминия Мэ(Al) = f(Al)·M(Al)= 1/3·27 г/моль = =г/моль. Находим массу алюминия т(Al) = 0,91·9 = 8,2 г. |
|
Ответ: в данную реакцию вступило 8,2 г Аl. | |
Пример 9. Дайте общую характеристику элемента с порядковым номером 33. Укажите его основные химические свойства.
Решение
|
Дано: Элемент с порядковым номером 33.
|
Элемент мышьяк (порядковый номер 33) находится в четвертом периоде, в главной подгруппе V группы, его относительная атомная масса 75. Ядро атома состоит из 33 протонов и 42 нейтронов. Электроны (их 33) расположены вокруг ядра на четырех энергетических уровнях. Мышьяк – р-элемент, его электронная формула 1s22s22p63s23p63d104s24p3. Наличие пяти электронов на внешнем энергетическом уровне атома мышьяка указывает на то, что мышьяк – неметалл. Однако он обладает слабовыраженными металлическими свойствами, поскольку в группе сверху вниз происходит ослабление неметаллических свойств. Высшая степень окисления аммиака +5. Формула высшего оксида As2O5, а газообразного соединения с водородом AsH3.
|
|
Найти: указать его основные химические свойства. |
Пример 10. Электрический момент связи Н-С равен 1,336∙10-30 Кл∙м. Электронная длина связи Н-С составляет 0,109 нм. Чему равен частичный эффективный заряд Нδ+ и Сδ-?
Решение
|
Дано: μ н – с = 1,336 ∙ 10-30 Кл ∙м, l= 0,109 нм. |
μ = δ∙1 или δ = μ/l=1,336 ∙10-30/ (0,109∙10-9)=1,23∙10-20 Кл. Следовательно, эффективный заряд водорода Н δ+ равен δ+ =1,23∙10-20/(1,6∙10-19) = 0,077 от заряда электрона. Следовательно, эффективный заряд углерода С δ- равен δ- = 1,23 ∙ 10-20/(1,6 ∙ 10-19) = 0,077 от заряда электрона. |
|
Найти: δ + - , Н δ+, δ –, С δ-.
|
Ответ: δ+ = 0,077, Н 0,077+ , δ - = 0,077, С 0,077-.
Пример 11. Как изменяется прочность связи Н—Э в ряду:
Н2О – Н2S–Н2Sе – Н2Те?
Решение
|
Дано: Н2О–Н2S−Н2Sе−Н2Те
|
В указанном ряду размеры валентных электронных облаков элементов (О, S, Se, Те) возрастают, что приводит к уменьшению степени их перекрывания с электронным облаком атома водорода и к возрастающему удалению области перекрывания от ядра атома соответствующего элемента. Это вызывает ослабление притяжения ядер взаимодействующих атомов в области перекрывания электронных облаков, т. е. ослабление связи. К этому же результату приводит возрастающее экранирование ядер рассматриваемых элементов в ряду О−S−Se−Те вследствие увеличения числа промежуточных электронных слоев. Таким образом, при переходе от кислорода к теллуру прочность связи Н−Э уменьшается.
|
|
Найти: Как изменится прочность связи в данном ряду? |
Ответ: прочность связи в ряду Н2О−Н2S−Н2Sе−Н2Теуменьшается.