Примеры типовых задач и их решение.

Задача 1. Определить степени окисления атомов всех элементов в соединениях: Cr₂O₃, K₂Cr₂O₇, Ca₃(PO₄)₂, NH₄NO₃.

При определении степеней окисления атомов следует руководствоваться следующим правилом: алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле вещества равна нулю, а в ионе – заряду иона. Для успешного решения подобных задач надо хорошо выучить элементы, у которых степень окисления атомов постоянна.

Решение.

Молекула Cr₂O₃ состоит из 3 атомов кислорода (степень окисления равна –2) и 2 атомов хрома (степень окисления неизвестна, х). Составляем уравнение: 2х+3(-2)=0, отсюда х=+3, получаем .

В молекуле K₂Cr₂O₇ известны степени окисления калия (+1) и кислорода (-2). Составляем уравнение: 2(+1)+2х+7(-2)=0, получаем х=+6, .

В соединении Ca₃(PO₄)₂ неизвестна только степень окисления фосфора. Однако в данном случае составлять уравнение, подобное предыдущему, не стоит. Ca₃(PO₄)₂ – фосфат кальция, соль фосфорной кислоты, H₃PO₄, а в кислотах и их солях степень окисления основного элемента (в данном случае фосфора) одинакова. Поэтому для определения степени окисления фосфора составим более простое уравнение для кислоты, от которой образована соль (Н₃РО₄): 3(+1)+х+4(-2)=0, отсюда х=+5, получаем .

В молекуле NH₄NO₃ (нитрата аммония, соли азотной кислоты) неизвестна степень окисления двух разных атомов азота, х и у ( ). Степень окисления азота “у” определяем так же, как в предыдущем примере, т.е. по формуле азотной кислоты, HNO₃: 1(+1)+у+3(-2)=0; у=5.

Степень окисления азота «х» определяем, зная, что ион аммония (NH₄⁺) имеет заряд 1+: х+4(+1)=+1, отсюда х=-3. Получаем .

Задача 2. Чему равен объем (н.у) сероводорода массой 8,5 г? Сколько молей и молекул H₂S содержится в этой массе?

Известно, что 1 моль любого вещества имеет массу, называемую молярной массой, и содержит число Авогадро (N_А=6,02·10²³) молекул. Известно также, что если вещество является газом или паром, то при нормальных условиях (н.у.) объем его 1 моль равен 22,4 л.

Решение.

В данном случае имеем соотношение (А):

(А) 1 моль H₂S – 34 г H_zS – 22,4 л (н.у.) – 6,02 ²³ молекул H₂S. ¥ Введем обозначения: - массаH₂S,

- объем H₂S,

- число молекул H₂S,

- количество (число молей) H₂S.

Задачу можно решить двумя способами.

1-й способ.

Сначала определим количество вещества:

= = = 0,25 моль.

По количеству вещества определим остальные параметры:

= 0,25 моль 22,4л/моль = 5,6 л

=  N_A= 0,25 моль  6,02  10²³ мол-л/моль =

= 1,50  10²³ молекул.

2-й способ.

Количество вещества определим так же, как и в 1-м способе:

= =0,25 моль.

Что же касается определения объема газа и числа молекул, то эти величины можно рассчитать непосредственно из соотношения (А). Из него следует, что в 34 г H₂S содержится 6,02  10²³ молекул H₂S, а объем (н.у.) H₂S массой 34 г составляет 22,4 л. Составим две пропорции:

34 г H₂S – 6,02  10²³ молекул H₂S

8,5 г H₂S – х молекул H₂S,

отсюда x=1,5 10²³ молекул

34 г H₂S – 22,4 л H₂S

8,5 г H₂S – у л H₂S,

отсюда у=5,6 л

В данной задаче 1-й способ является более удобным и легким, но если бы, например, в задаче требовалось определить только объем H₂S (н.у.) массой 8,5 г, то более рационально было бы воспользоваться пропорцией

34 г H₂S – 22,4 H₂S

8,5 г H₂S – у л H₂S.

у=5,6 л

и определить искомую величину в одно действие.

Задача 3. Определить, сколько атомов кислорода содержится в

4,9 г серной кислоты.

Решение подобных задач основывается на законе постоянства состава.

Напишем формулу серной кислоты, H₂SO₄. В одной молекуле H₂SO₄ содержится два атома водорода, 1 атом серы и 4 атома кислорода. Если возьмем 1 моль H₂SO₄, т.е. 6,02  10²³ молекул серной кислоты. То в нем будет содержаться:

2  6,02  10²³ атомов водорода (т.е. 2 моль атомов Н),

1  6,02  10²³ атомов серы (т.е. 1 моль атомов S),

4  6,02  10²³ атомов кислорода (т.е. 4 моль атомов О).

Отсюда получаем, что в 1 моль любого вещества содержится столько же моль атомов каждого элемента, сколько атомов этих элементов входит в состав молекулы соединения. При этом соотношение между числом моль атомов в 1 моль вещества будет одинаковым для любого количества этого вещества. Так в данном примере это соотношение будет следующим:

1 моль H₂SO₄ –2 моль атомов Н: 1 моль атомов S: 4 моль атомов О.

А поскольку моль вещества (в данном случае H₂SO₄) и моль атомов каждого элемента (H, S, O) имеют определенную молярную массу, то получаем и соответствующее отношение масс:

98 г H₂SO₄ (1 моль  98 г/моль) – 2 г Н (2  1 г/моль) :