11. На взаимодействие с 29,4 г смеси Fe, Cu и Al нужно 17,94 дм³ (н. у.) хлора. При обработке такой же по массе и составу смеси металлов азотной концентрированной кислотой при комнатной температуре выделилось 8,96 дм³ (н. у.) бурого газа. Найдите массы металлов в смеси.

Fe + (3/2)Cl₂ = FeCl₃

Cu + Cl₂ = CuCl₂

Al + (3/2)Cl₂ = AlCl₃

Fe + HNO₃ (конц.) → ×

Cu + 4HNO₃ (конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

Al + HNO₃ (конц.) → ×

n(Cu) = n(NO₂)/2 = 8,96/(2*22,4) = 0,2 моль

m(Cu) = 0,2*64 = 12,8 г

m(Fe) + m(Al) = 29,4 – 12,8 = 16,6 г

n(Cl₂) = 17,94/22,4 = 0,8 моль

Пусть в смеси x моль Fe и y моль Al. Тогда:

56x + 27y = 16,6

1,5x + 0,2 + 1,5y = 0,8

x + y = (0,8 – 0,2)/1,5 = 0,4

56(0,4 - y) + 27y = 16,6

29y = 5,8

y = 0,2

x = 0,2

m(Fe) = 0,2*56 = 11,2 г

m(Al) = 16,6 – 11,2 = 5,4 г

Ответ: 11,2 г Fe, 12,8 г Cu и 5,4 г Al

12. Смесь железа и меди обработали при комнатной температуре HNO₃ (конц.). Осадок отфильтровали, прохлорировали и получили 16,25 г хлорида. Фильтрат упарили, остаток прокалили и получили 15,90 г твердого остатка. Определите химические количества металлов в смеси.

Fe + HNO₃ (конц.) → ×

Cu + 4HNO₃ (конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

Fe + (3/2)Cl₂ = FeCl₃

n(Fe) = n(FeCl₃) = 16,25/162,5 = 0,1 моль

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂↑ + O₂↑

n(Cu) = n(CuO) = 15,90/80 = 0,1988 моль

Ответ: 0,1 моль Fe и 0,1988 моль Cu

14. При взаимодействии смеси железных и медных опилок с разбавленной серной кислотой получено 8,96 дм³ (н. у.) газа. При обработке при комнатной температуре такой же смеси HNO₃ (конц.) получена соль, термическое разложение которой дает 11,2 дм³ (н. у.) газов. Чему равна массовая доля меди в смеси?

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑

Cu + H₂SO₄ → ×

n(Fe) = (H₂) = 8,96/22,4 = 0,4 моль

Fe + HNO₃ (конц.) → ×

Cu + 4HNO₃ (конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂↑ + O₂↑

n(Cu) = (2/5)n(газов) = 0,4*11,2/22,4 = 0,2 моль

ω(Cu) = 100%*(0,2*64/(0,2*64 + 0,4*56)) = 36,4%

Ответ: 36,4%

24. При прокаливании 15,0 г смеси хлорида и нитрата калия до постоянной массы получено 14,04 г твердого остатка. Найдите массы веществ в исходной и конечной смесях.

KCl → ×

KNO₃ = KNO₂ + (½)O₂↑

m(O₂) = 15 – 14,04 = 0,96 г

n(O₂) = 0,96/32 = 0,03 моль

n(KNO₃) = n(KNO₂) = 2n(O₂) = 0,06 моль

m(KNO₃) = 0,06*101 = 6,06 г

m(KCl) = 15 – 6,06 = 8,94 г

m(KNO₂) = 0,06*85 = 5,1 г

Ответ: исходная: 6,06 г KNO₃ и 8,94 г KCl; конечная: 5,1 г KNO₂ и 8,94 г KCl

27. В 100 см³ раствора азотной кислоты с массовой долей ее 65% (ρ = 1,4 г/см³) внесли 8 г меди. Какова массовая доля соли в полученном растворе?

Cu + 4HNO₃ (конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

n(Cu) = 8/64 = 0,125 моль

n(HNO₃) = 100*1,4*0,65/63 = 1,445 моль

HNO₃ в избытке, медь полностью растворилась.

m(р-ра) = 100*1,4 + 8 – 0,125*2*46 = 136,5 г

n(Cu(NO₃)₂) = n(Cu) = 0,125 моль

m(Cu(NO₃)₂) = 0,125*188 = 23,5 г

ω(Cu(NO₃)₂) = (23,5/136,5)*100% = 17,2%

Ответ: 17,2%

45. К 250 см³ раствора с ω(FeSO₄) = 15% (ρ = 1,168 г/см³) добавили 13,8 г натрия. Найдите массовые доли (в%) веществ в образовавшемся растворе.

Na + H₂O = NaOH + (½)H₂↑

n(NaOH) = n(Na) = 13,8/23 = 0,6 моль

n(H₂) = 0,5n(Na) = 0,3 моль

m(H₂) = 0,3*2 = 0,6 г

n(FeSO₄) = 250*1,168*0,15/152 = 0,3 моль

2NaOH + FeSO₄ = Fe(OH)₂↓ + Na₂SO₄

Отношение количеств веществ гидроксида натрия и сульфата железа соответствуют уравнению реакции, оба вещества реагируют полностью. В растворе остается только сульфат натрия.

n(Fe(OH)₂) = n(Na₂SO₄) = n(FeSO₄) = 0,5n(NaOH) = 0,3 моль

m(Fe(OH)₂) = 0,3*90 = 27 г

m(Na₂SO₄) = 0,3*142 = 42,6 г

m(р-ра) = 250*1,168 + 13,8 – 0,6 – 27 = 278,2 г

ω(Na₂SO₄) = (42,6/278,2)*100% = 15,3%

Ответ: 15,3%

21. Алюминий массой 7,56 г растворили в 100 см³ раствора с ω(KOH) = 48,25% (ρ = 1,3 г/см³). Найдите массовые доли веществ в растворе после реакции.

2Al + 2KOH + 6H₂O = 2K[Al(OH)₄] + 3H₂↑

n(Al) = 0,28 моль

n(KOH) = 100*1,3*0,4825/56 = 1,12 моль

KOH в избытке. Остается 1,12 – 0,28 = 0,84 моль KOH. Образуется 0,28 моль K[Al(OH)₄].

m(KOH) = 0,84*56 = 47,04 г

m(K[Al(OH)₄]) = 0,28*134 = 37,52 г

m(H₂) = (3/2)*0,28*2 = 0,84 г

m(р-ра) = 100*1,3 + 7,56 – 0,84 = 136,72 г

ω(KOH) = (47,04/136,72)*100% = 34,41%

ω(K[Al(OH)₄]) = (37,52/136,72)*100% = 27,44%

Ответ: ω(KOH) = 34,41%, ω(K[Al(OH)₄]) = 27,44%

44. Навеску сплава массой 0,960 г, в которой на 1 атом Mg приходится 8 атомов Al, обработали соляной кислотой объемом 20 см³ (ω = 8,49%, ρ = 1,04 г/см³). Металлы и кислота полностью прореагировали. Найдите объем (н. у.) выделившегося газа и объем (н. у.) воздуха, необходимый для полного сжигания сплава.

Пусть в сплаве x моль Mg. Тогда:

24x + 8*27x = 0,960

x = 0,004

n(HCl) = 20*1,04*0,0849/36,5 = 0,048 моль

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑

Al + 3HCl = AlCl₃ + (3/2)H₂↑

n(HCl необх.) = 2x + 3*8x = 26x = 0,104 моль

HCl в недостатке.

n(H₂) = x + (3/2)*8x = 13x = 0,052 моль

V(H₂) = 0,052*22,4 = 1,165 л

Mg + (½)O₂ = MgO

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

n(O₂) = (½)x + (¾)*8x = 6,5x = 0,026 моль

V(O₂) = 0,026*22,4 = 0,5824 л

V(воздуха) = 0,5824*100/21 = 2,77 л

Ответ: 1,165 л; 2,77 л воздуха

46. При нагревании до постоянной массы смеси KMnO₄ и KClO₃ получили газ (н. у.) объемом 17,92 дм³, а при обработке такой же смеси избытком концентрированной соляной кислоты выделяется газ (н. у.) объемом 39,2 дм³. Чему равна ω(KClO₃) в исходной смеси солей?

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

KClO₃ = KCl + (3/2)O₂↑ (кат. MnO₂)

n(O₂) = 17,92/22,4 = 0,8 моль

2KMnO₄ + 16HCl = 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ + 2KCl + 8H₂O

KClO₃ + 6HCl = KCl + 3Cl₂↑ + 3H₂O

n(Cl₂) = 39,2/22,4 = 1,75 моль

Пусть в навеске смеси было x моль KMnO₄ и y моль KClO₃. Тогда: 0,5x + 1,5y = 0,8

2,5x + 3y = 1,75

x = 0,1

y = 0,5

ω(KClO₃) = 100%*(0,5*122,5/(0,5*122,5 + 0,1*158)) = 79,5%

Ответ: 79,5%

10. Смесь веществ, полученных после реакции алюминия со смешанным оксидом железа, обработали избытком раствора щелочи и получили 1,344 дм³ (н. у.) газа. После обработки такого же количества этой смеси избытком соляной кислоты получено 5,376 дм³ (н. у.) газа. Найдите массовые доли веществ в смеси алюминия и смешанного оксида.

8Al + 3Fe₃O₄ = 4Al₂O₃ + 9Fe

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄]

Fe + NaOH → ×

Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑

При обработке щелочью выделяется газ. Это говорит о наличии избыточного алюминия в смеси.

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

n(Al изб.) = 2n(H₂, 1)/3 = 2*1,344/(3*22,4) = 0,04 моль

n(H₂, 2) = 5,376/22,4 = 0,24 моль

n(Fe) = 0,24 – 3n(Al)/2 = 0,18 моль

n(Fe₃O₄) = n(Fe)/3 = 0,06 моль

n(Al прореаг.) = 8n(Fe)/9 = 0,16 моль

n(Al) = n(Al прореаг.) + n(Al изб.) = 0,2 моль

m(Al) = 0,2*27 = 5,4 г

m(Fe₃O₄) = 0,06*232 = 13,92 г

ω(Al) = (5,4/(19,32))*100% = 27,95%

ω(Fe₃O₄) = 100 – 27,95 = 72,05%

Ответ: ω(Al) = 27,95%, ω(Fe₃O₄) = 72,05%

25. Технический сульфид железа (II) массой 30 г обработали избытком соляной кислоты и полученный газ растворили в 126,6 см³ раствора с ω(KOH) = 15% (ρ = 1,18 г/см³). Массовая доля кислой соли в конечном растворе составила 9%. Определите массу примесей в исходном образце сульфида железа (II).

FeS + 2HCl = FeCl₂ + H₂S↑

n(KOH) = 126,6*1,18*0,15/56 = 0,4 моль

Пусть n(FeS) = n(H₂S) = x моль

2KOH + H₂S = K₂S + 2H₂O

Потратилось 0,4/2 = 0,2 моль H₂S. Осталось x – 0,2 моль H₂S.

K₂S + H₂S = 2KHS

2(x – 0,2) моль KHS образуется.

m(KHS) = 2*(x – 0,2)*72

m(KHS) = 0,09*(126,6*1,18 + 34x)

(x – 0,2)*144 = 0,09*(126,6*1,18 + 34x)

x = 0,3

m(FeS) = 88x = 26,4 г

m(примесей) = 30 -26,4 = 3,6 г

Ответ: m(примесей) = 3,6 г

24. Газ, образовавшийся при нагревании Fe с избытком H₂SO₄ (конц.), пропустили через 14,79 см³ раствора K₂SO₃ (ω = 0,178, ρ = 1,08 г/см³). При этом образовался раствор с равными химическими количествами двух солей. Определите массу прореагировавшего железа и массовые доли веществ в конечном растворе.

2Fe + 6H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂↑ + 3H₂O

SO₂ + K₂SO₃ + H₂O = 2KHSO₃

n(KHSO₃) = 2n(K₂SO₃, прореаг.) = n(K₂SO₃) – n(K₂SO₃, прореаг.) = n(K₂SO₃, 2)

n(SO₂) = n(K₂SO₃, прореаг.) = n(K₂SO₃)/3 = 14,79*1,08*0,178/(3*158) = 0,006 моль

n(Fe) = 2n(SO₂)/3 = 0,004 моль

m(Fe) = 0,004*56 = 0,224 г

n(K₂SO₃) = 0,006*3 = 0,018 моль

n(KHSO₃) = n(K₂SO₃, 2) = 0,012 моль

m(K₂SO₃) = 0,012*158 = 1,896 г

m(KHSO₃) = 0,012*120 = 1,44 г

m(кон. р-ра) = 14,79*1,08 + 64*0,006 = 16,3572 г

ω(K₂SO₃) = (1,896/16,3572)*100% = 11,6%

ω(KHSO₃) = (1,44/16,3572)*100% = 8,81%

Ответ: m(Fe) = 0,224 г, ω(K₂SO₃) = 11,6%, ω(KHSO₃) = 8,81%

30. При обжиге технического пирита (степень чистоты 56%) получают 1 т твердого продукта (примеси инертны). Рассчитайте взятую массу технического пирита, а также объем раствора с ω(HCl) = 22% (ρ = 1,11 г/см³), затраченный на перевод в раствор 28 г твердого продукта обжига.

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂↑

n(FeS₂) = 2n(Fe₂O₃) = 2*1*10⁶/160 = 12,5*10³ моль

m(FeS₂) = 12,5*10³*120 = 1,5 т

m(тех. пирита) = 1,5*100/56 = 2,68 т

Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O

n(HCl) = 6n(Fe₂O₃) = 6*28/160 = 1,05 моль

m(HCl) = 1,05*36,5 = 38,325 г

m(HCl, 22%) =38,325/0,22 = 174,2 г

V(HCl, 22%) = 174,2/1,11 = 156,94 мл

Ответ: 2,68 т ; 157 мл

5. При электролизе 300 см³ раствора с ω(KOH) = 22,4% (ρ = 1,2 г/см³) на катоде получили 89,6 дм³ (н. у.) газа. Найдите массовую долю KOH в полученном растворе.

m(KOH) = 300*1,2*0,224 = 80,64 моль

KOH = K⁺ + OH^-

K(-): 2H₂O + 2e^- = H₂↑ + 2OH^- *2

A(+): 4OH^- - 4e^- = 2H₂O + O₂↑

4H₂O + 4OH^- = 2H₂↑ + 4OH^- + 2H₂O + O₂↑

2H₂O = 2H₂↑ + O₂↑

n(H₂) = 89,6/22,4 = 4 моль

n(O₂) = n(H₂)/2 = 2 моль

m(получ. р-ра) = 300*1,2 – 2*4 – 32*2 = 288 г

ω(KOH) = (80,64/288)*100% = 28%

Ответ: 28%