Вычисление массы вещества, расчет моляльности раствора соли

Определение массы воды, образовавшейся при реакции

Задача 220.
Определить массу воды, образовавшейся при взаимодействии 5 г молекулярного водорода с 20 л (н.у.) молекулярного кислорода.
Уравнение процесса: 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О.
Дано:
М(Н₂) = 2 г/моль;
М(О₂) = 32 г/моль;
М(Н2О) = 18 г/моль;
Vm = 22,4 л/моль;
m(H₂) = 5 г;
V(O₂) = 20 л;
m(H₂O) = ?
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

Из уравнения реакции вытекает, что на образование 2 моль воды затрачивается тоже 2 моль водорода и 1 моль кислорода, следовательно, n(H₂) = n(H₂O) и n(О₂) = 2n(H₂O).
Для начала рассчитаем количество вещества водорода и кислорода (моль), получим:

n(H₂) = m(H₂)/М(H₂) = 5/2 = 2,5 моль;
n(О₂) = V(O₂)/Vm = 20/22,4 = 0,89 моль.

Из чего вытекает, что кислород взят в недостатке, n(О₂) < n(H₂) [0,89 моль < 2,5 моль]. Значит, расчет массы воды будем вести по кислороду.

Тогда

n(О₂) = 2n(H₂O);
n(H₂O) = 2n(О₂).

Отсюда

m(H₂O) = n(H₂O) ^. m(H₂O) = 2n(О₂) ^. m(H₂O) = (2 ^. 0,89 моль) ^. 18 г/моль = 32,04 г или приблизительно 32 г.

Ответ: m(H₂O) =32 г.

Задача 221.
Пятачок наполнил шарик массой 10 г смесью 10 дм³ (н. у.) гелия и 10 дм³ (н. у.) водорода. Какую массу имеет этот подарок для Винни Пуха?
Решение:
Vm = 22,4 дм³/моль;
М(Н₂) = 2 г/моль;
М(Не) = 4 г/моль;
m_{(шарика)} = 10 г;
V(Н₂) = 10 м³;
V(Не) = 10 м³;
m_{(подарка)} = ?
1. Рассчитаем массу водорода, получим:

m(Н₂) = [M(H₂)/Vm] ^. V(H₂) = [(2 г/моль)/22 дм³/моль]  ^. 10 дм³ = 0,89 г.

2. Рассчитаем массу гелия, получим:

m(Не) = [M(Hе)/Vm] ^. V(Hе) = [(4 г/моль)/22 дм³/моль]  ^. 10 дм³ = 1,79 г.

3. Рассчитаем массу шарика с газовой смесью из водорода и гелия, получим:

m_{(подарка)} = m_{(шарика)} + m(Н₂) + m(Не) = 10 + 0,89 + 1,79 = 12,68 г.

Ответ: m_{(подарка)} = 12,68 г.

Задачу можно решить и одним действием:

m_{(подарка)} = m_{(шарика)} + {[M(Hе)/Vm] ^. V(Hе)} + {[M(Hе)/Vm] ^. V(Hе)} =
= 10 + (2/22,4 ^. 10) + (4/224 ^. 10) = 12,68 г.

Ответ: m_{(подарка)} = 12,68 г.

Распознавание веществ в пробирках

Задача 222.
В двух пробирках имеются растворы гидроксида калия и хлорида цинка. Как их распознать, имея в своем распоряжении только одну чистую пробирку? Запишите уравнения происходящих реакций.
Решение:
Налить в чистую пробирку достаточное количество раствора одного из реагентов, затем туда же добавить несколько капель раствора другого реагента. Если осадок образуется и держится долго, избыточным реагентом был хлорид цинка. Если осадок образуется, но при перемешивании исчезает, избыточным реагентом была щёлочь.

1) ZnCl₂(избыток) + 2KOH = 2KCl + Zn(OH)₂ (осадок)
2) 4KOH (избыток) + ZnCl₂ = 2KCl + K₂[Zn(OH)₄] (растворимое в-во).

Лучше пробирки пронумеровать. Тогда все гораздо проще. Возьми чистую пробирку, налей в нее несколько миллилитров раствора из первой пробирки и капни туда одну каплю раствора из второй пробирки. Если при этом произойдет неисчезающее помутнение раствора, то в первой пробирке хлорид цинка, во второй гидроксид калия. А если раствор останется прозрачным, то наоборот, в первой пробирке гидроксид калия.

Расчет моляльной концентрации соли

Задача 223.
Рассчитайте моляльную концентрацию хлорида ртути (II) в неводном растворе, полученном смешиванием 9,98 г соли и 120 мл этанола, плотность которого 0,785 г/мл.
Ответ: сm = 0,39 моль/кг растворителя.
Решение:
М(HgCl₂) = 271,496 г/моль; 
m(HgCl₂) = 9,98 г;
р_(р-ра) = 0,785 г/мл;
V_{(этанол)} = 120 мл;
Cm = ?
Моляльная концентрация (моляльность, молярная весовая концентрация) — количество растворённого вещества (число моль) в 1000 г растворителя. Измеряется в молях на кг.
Формула вычисления моляльности раствора:

Сm(B) = n(B)/m(A), где

Сm(B) - моляльность раствора;
n(B) — количество растворённого вещества, моль;
m(A) — масса растворителя, кг.

1. Рассчитаем количество хлорида ртути (II), получим:

n(HgCl₂) = m(HgCl₂)/М(HgCl₂) = 0,037 моль.

2. Рассчитаем массу этанола, получим:

m_{(этанол)} = V_{(этанол)} ^. p_(p-pa) = 120 мл ^. 0,785 г/мл = 94,2 г = 0,0942 кг. 

3. Рассчитаем моляльность раствора хлорида ртути (II), получим:

Cm = n(HgCl₂)/m_{(этанол)} = 0,037 моль/0,0942 кг = 0,39 моль/кг.

Задача на газовый закон Гей-Люссака

Задача 224.
При 300 °С объем воздуха равен 10 л. Чему будет равен его объем при 25 °С, если давление не изменилось?
Решение:
По закону Гей - Люссака при постоянном давлении объем газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре (Т):

V₁/T₁ = V₂/T₂ или V/T = const.

По условию задачи V₁ = 10000 мл, Т₁ = 273 + 300 = 573 К и Т₂ — 273 + 25 = 298 К, V₂ = ?. Подставляя эти значения в выражение закона Гей - Люссака, получим:

10000/573 = V₂/298, откуда V₂ = 10000 ^. 298/573 = 5200 мл или 5,2 л.

Ответ: 5,2 л.

Вычисление массы серной кислоты

Задача 225.
При взаимодействии серной кислоты и гидроксида бария образовалось 31,5г осадка. Найти массу серной кислоты.
Решение:
H₂SO₄ + Ba(OH)₂ = BaSO_{4 (осадок)} + 2H₂O

Коэффициенты у серной кислоты и сульфата бария (осадка) одинаковые, поэтому найдем химическое количество (моль) осадка и столько же будет и кислоты.

Тогда

n(BaSO₄) = m(BaSO₄)/M(BaSO₄) = 31,5 г/233,43 г/моль = 0,135 моль = n(H₂SO₄).

Из химического количества найдем массу кислоты:

m(H₂SO₄) = n(H₂SO₄) ^. M(H₂SO4) = 0,135 моль ^* 98 г/моль = 13,23 г

P.S. M(BaSO₄) можно взять просто 233, смотря какая точность требуется. На результат не повлияет, все равно округляется одинаково.