Решение расчетных задач по общей химии
Задача 226.
Напишите уравнения реакций следующих химических превращений:
Сu → CuS → СuО → CuSO4 → Сu(ОН)2 → СuО → Сu.
Решение:
Cu + S = CuS;
2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2;
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O;
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH2 + Na2SO4;
Cu(OH2 = CuO + H2O;
CuO + H2 = Cu + H2O.
Задача 227.
Определите массу серной кислоты, которую можно получить из 1000 кг пирита если суммарный выход продуктов всех реакций составляет 70%
Решение:
w% = 70% или 0,7;
M (FeS2) = 120 г/моль;
M (H2SO4) = 98 г/моль.
Уравнения реакций процесса получения серной кислоты из пирита1:
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 + Q;
2SO2 + O2 ↔ 2SO3 + Q;
8SO3 + 8H2O → 8H2SO4.
Запишем суммарное уравнение реакции:
4FeS2 + 15O2 + 8H2O → 2Fe2O3 + 8H2SO4.
Надо понимать то, что если образование продукта, массу которого необходимо определить, идет через ряд промежуточных стадий, то в таких случаях для расчета составляем стехиометрическую схему, которая включает исходный и конечный продукты с учетом их стехиометрических коэффициентов.
Из уравнений реакций процесса получения серной кислоты из пирита, вытекает, что вся содержащаяся в пирите (FeS2) сера расходуется на образование серной кислоты (H2SO4). Из суммарного уравнения реакции следует, что из 1 моль пирита (FeS2) образуется 2 моль серной кислоты (H2SO4), что позволяет составить схему стехиометрического процесса:
FeS2 → 2H2SO4
Рассчитаем массу серной кислоты, составив пропорцию по стехиометрической схемы процесса, получим:
120 кг FeS2 ------ (2 . 98 кг H2SO4
1000 кг FeS2 ------- х
х = [1000 (2 . 98)]/120 = 1633,3 кг H2SO4.
mтеорет.(H2SO4) = 1633,3 кг.
Рассчитаем массу серной кислоты по практическому выходу, получим:
mпракт.(H2SO4) = mтеорет.(H2SO4) . w% = 1633,3 кг . 0,7 = 1143,3 кг.
Ответ: mпракт.(H2SO4) = 1143,3 кг.
Задача 228.
Закончите уравнения следующих химических реакций:
1)H2 + Cl2 →...
2)MgO + H2SO4 →...
3)Al + CuCl2 →...
4)BaCl2 + ZnSO4 →...
Укажите окислительно-восстановительные реакции, укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления.
Решение:
а) H2 + Cl2 → 2HCl (гомогенная, ОВР).
2H0 - 2e- → 2H+ (окисление)
2Cl0 + 2e- → 2Cl-¹ (восстановле́ние).
Н2— восстановитель, Cl2 — окислитель.
б) MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2 (гетерогенная, не ОВР).
в) 2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu (гетерогенная реакция, ОВР).
3|Cu2+ + 2е → Cu0 (восстановле́ние)
2|Al0 - 3е → Al3- (окисление)
г) BaCl + ZnSO4 → ZnCl2 + BaSO4 (гетерогенная, не ОВР).
Задача 229.
1) Вычислите объём (н.у.) газа, выделяющегося при действии соляной кислоты на 10 г сульфида алюминия, содержащего 15% примесей. 2) Вычислите объём хлора (н.у.), который необходим для образования из железа хлорида железа (III) массой 65 г, если выход хлорида железа (III) составляет 60% от теоретически возможного.
Решение:
№1.
Уравнен е реакции имеет вид:
6HCl + Al2S3 → 2AlCl3 + 3H2S
Из уравненя реакции вытекает, что при взаимодействии 1 моля сульфида алюминия выделяется 3 моль сероводорода, т.е. 3n(H2S) = n(Al2S3).
Вычислим массу сульфида алюминия, получим:
m(Al2S3) = 10 . 0,85 = 8,5 г.
Рассчитаем количество сульфида алюминия, получим:
n(Al2S3) 8,5/150 = 0,0567 моль.
Так как n(Al2S3) = 3n(H2S), то количество выделившегося сероводорода рассчитаем так:
n(H2S) = 0,0567 . 3 = 0,17 моль.
Вычислим объем выделившегося сероводорода, получим:
V(H2S) = 0,17 . 22,4 = 3,808 л.
Ответ: V(H2S) =3,808 л.
№2.
Уравнен е реакции имеет вид:
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
Из уравненя реакции вытекает, что для образования 2 моль FeCl3 требуется 3 моль хлора, т.е. 3n(Cl2) = 2n(FeCl3).
Вычислим массу сульфида алюминия, получим:
Рассчитаем теоретическую массу FeCl3, получим:
m(теор.)(FeCl3) = 65/0,6 = 108,3 г.
Рассчитаем теоретическое количество FeCl3, получим:
n(теор.) (FeCl3) = 108,3/162,5 = 0,6 моль.
Так как 3n(Cl2) = 2n(FeCl3), то
n(Cl2) = 0,6 . 3/2 = 0,9 моль.
V(Cl2) = 0,9 . 22,4 = 20,16 л.
Задача 230.
Определить элемент, последний по порядку заполнения, электрон которого характеризуется следующими значениями квантовых чисел. Представьте электронную формулу в порядке заполнения орбиталей выбранного элемента. n = 4, l = 1, ml = 0, ms = -1/2.
Решение:
Главное квантовое число (n) характеризует энергию электрона в атоме и размер электронной орбитали. Оно соответствует также номеру электронного слоя, на котором находится электрон. Значит, последний электрон в атоме элемента находится на 4 электронном слое, так как n = 4.
Побочное (орбитальное) квантовое число (l) характеризует различное энергетическое состояние электронов на данном уровне, форму орбитали, орбитальный момент импульса электрона. При l = 1 (p-орбиталь) электронное облако имеет форму гантели. Значит, электрон находится на р-орбитали, так как n = 4, l = 1, то электрон находится на 4р-орбитали.
Магнитное квантовое число (ml) характеризует ориентацию орбитали в пространстве, а также определяет величину проекции орбитального момента импульса на ось Z. ml принимает значения от +l до — l, включая 0. Общее число значений ml равно числу орбитальных ячеек в данной электронной оболочке, р-орбиталь содержит три орбитальные ячейки, поэтому три значения mi для р-орбитали (+1, 0 -1). Так как mi = 0, то гантелеобразная орбиталь данного электрона ориентирована в пространстве вертикально.
Магнитное спиновое квантовое число (ms) характеризует проекцию собственного момента импульса электрона на ось Z и принимает значения +1/2 и –1/2, при значении +1/2 электронное облако вращается по часовой стрелке вокруг своей оси, при –1/2 - вращается против часовой стрелки. Так как в нашем примере ms = -1/2, то электронное облако последнего электрона вращается против часовой стрелки.
Тогда
Квантовым числам n = 4, l = 1, ml = 0, ms =-1/2 последнего по порядку заполнения электрона атома, соответствует атому брома:
+35Br ...4s24р5.
Бром – 35 элемент периодической таблицы Электронная формула брома имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5.
Валентные электроны находятся на 4s и 4р подуровнях - это 4s2 и 4p5. Действительно, бром имеет максимальную валентность (7), поэтому расположен в седьмой группе таблицы Д.И. Менделеева.
Задача 231.
Нитрат ртути (II) массой 200 г разложили при 500 градусах в фарфоровом тигле. Рассчитайте массу твердого остатка, оставшегося после нагревания.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
Hg(NO3)2 = Hg + 2NO2 + O2
Из уравнения реакции вытекает, что при разложении 1 моль нитрата ртути (II), образуется 1 моль ртути,
Рассчитаем количество нитрата ртути (II), получим:
n[Hg (NO3)2] = 200/324,3 = 0,617 моль Hg (NO3)2.
Рассчитаем массу ртути , получим:
n(Hg) = 0,617 моль;
m(Hg) = n(Hg) . М(Hg) 0,617 . 200,6 = 123,7 г.
Рассчитайте массу твердого остатка, оставшегося после нагревания, получим:
m(остаток) = n[Hg (NO3)2] - m(Hg) = 200 - 123,7 = 76,3 г.
Ответ: m(остаток) = 76,3 г.
1Через измельченный пирит пропустим водород при нагревании, тем самым получим чистое железо и сероводород:
FeS2 + 2H2 ⟶ 2Fe + H2S↑.
Образовавшийся сероводород пропустим через азотную кислоту, тем самым получим серную кислоту:
H2S + HNO3 ⟶ H2SO4 + NO2↑ + H2O.
