Примеры решения расчетных задач по общей химии
Определение молярной концентрации вешества в растворе
Задача 270.
Определите молярную концентрацию хлора в воде, если для его удаления из воды объемом один литр потребовался раствор тиосульфата натрия объемом 115 мл (0,13 моль/л).
Решение:
М(Na2S2O3) = 158,11 г/моль;
V(р-ра) = 115 мл 0,115 л;
Cм(Na2S2O3) = 0,13 моль/л;
См(Cl2) = ?
Уравнение реакции имеет вид:
Na2S2O3 + 4Cl2 + 5H2O = 2H2SO4 + 2NaCl + 6HCl
Из уравнения реакции вытекает, что для удаления из воды 4 моль хлора требуется 1 моль тиосульфата натрия,
т.е. n(Na2S2O3) = 4n(Cl2).
Рассчитаем количество тиосульфата натрия, содержащееся в 115 мл, получим:
n(Na2S2O3) = [V(р-ра) . Cм(Na2S2O3)]/1000 = (115 . 0,13)/1000 = 0,01495 моль.
Так как n(Na2S2O3) = 4n(Cl2), то n(Cl2) = 4n(Na2S2O3) = 0,01495 . 4 = 0,0598 моль.
Рассчитаем молярную концентрацию хлора в воде, получим:
См(Cl2) = [0,0598 . 1]/0,115 = 0,52 моль/л.
Можно решить так:
Так как n(Na2S2O3) = 4n(Cl2), то n(Cl2) = 4n(Na2S2O3) или См(Cl2) = 4См(Na2S2O3) = 4 . 0,13 = 0,52 моль/л.
Ответ: 0,52 моль/л.
Определение массы исходного вещества
Задача 271.
Термическое разложение карбоната магния проводили при 800 °С и атмосферном давлении. Через некоторое время выделилось 35,2 л газа, а масса твердого остатка составила 32,8 г. Определите массу исходного карбоната магния, взятого для разложения.
Решение:
Уравнение реакции разложения карбоната магния имеет вид:
MgCO3 = MgO + CO2.
Из уравнения реакции следует, что из 1 моля карбоната магния образуется по 1 молю углекислого газа и оксида магния, т.е. n(MgCO3) = n(MgO) = n(CO2).
Рассчитаем количество СО2 и MgO, получим:
n(CO2) = V(CO2)/Vm = 35,2/22,4 = 1,57 моль;
n(MgO) = m(MgO)/M(MgO) = 32,8/84 = 0,82 моль.
Из рассчетов количества веществ СО2 и MgO вытекает, что оксид магния взят в недостатке (n(CO2) > MgO; 1,57 моль > 0,82 моль), поэтому расчет будем вести по MgO.
Рассчитаем массу карбоната магния, получим:
n(MgCO3) = n(MgO);
m(MgCO3) = n(MgCO3) . M(MgCO3) = 0,82 . 84 = 68,88 г.
Ответ: m(MgCO3) = 68,88 г.
Задача 272.
Определить массу Аl(ОН)3, для растворения которого требуется 0,2 л нитратного раствора кислоты с массовой долей НNО3 30% и плотностью 1180 кг/м3.
Решение:
M(HNO3) = 63,012 г/моль;
M[Al(OH)3] = 78 грамм/моль;
V(HNO3) = 0,2 л = 200 мл;
р(HNO3) = 1180 кг/м3 = 1,180 г/см3;
w%(HNO3) = 30% или 0,3;
m[Al(OH)3] = ?
Уравнение реакции имеет вид:
Al(OH)3 + 3HNO3 → Al(NO3)3 + 3H2O.
Из уравнения реакции вытекает, что для растворения 1 моль Аl(ОН)3 требуется 3 моль HNO3, т.е. n[Al(OH)3] = 1/3n(HNO3).
Рассчитаем количество азотной кислоты в исходном растворе, получим:
n(HNO3) = [V(HNO3) . p(HNO3) . w%(HNO3)]/M(HNO3) = (200 . 1,180 . 0,3)/63,012 = 1,124 моль.
Тогда
n[Al(OH)3] = 1/3n(HNO3) = 1,124/3 = 0,375 моль.
Рассчитаем массу Al(OH)3, получим:
m[Al(OH)3] = n[Al(OH)3] . M[Al(OH)3] = (0,375 . 78) = 29,2 г.
Ответ: m[Al(OH)3] = 29,2 г.
Устранение жесткости воды
Задача 273.
В 1 л воды содержится 1 мг азотнокислого кальция. Рассчитайте чему равна жесткость воды. Какое вещество и в каком количестве следует добавить к одному кубометру такой воды для полного устранения жесткости?
Решение:
МЭ[Ca(NO3)2] = М[Ca(NO3)2]/2 = 164/2 = 82 г/моль;
МЭ(Na2CO3) = М(Na2CO3)/2 = 105/2 = 53 г/моль;
V(H2O) = 1 л;
m[Ca(NO3)2] = 1 мг;
Ж(Н2О) = ?
Молярная масса эквивалента Ca(NO3)2 = M/2 = 120,36/2 = 60,18 г/моль. Для определения жёсткости воды можно применить формулу:
Ж = m(В)/[MЭ(В) . V], где
m – масса вещества (В), обуславливающая жёсткость воды, мг; MЭ(В) – молярная масса эквивалента вещества (В), мг/моль; V – объём воды, л.
Отсюда
Ж(Н2О) = 1/(82 . 1) = 0,012 ммоль/л. Значит, в 1 л раствора содержится 0,012 мэкв/л Ca(NO3)2.
Для полного устранения жесткости следует добавить карбонат натрия.
Уравнение реакции будЕт иметь вид:
Ca(NO3)2 + Na2CO3 = 2NaNO3 + CaCO3.
Тогда для нейтрализации 0,012 мэкв/л Ca(NO3)2 в 1 л воды потребуется 0,012 мэкв/л Na2CO3. В 1 кубометре воды будет содержаться 0,012 . 1000 = 12 мэкв/л Ca(NO3)2.
Тогда, для устранения жесткости раствора следует прибавить 12 . 53 = 636 мг = 0,636 г Na2CO3.
Ответ: Ж(Н2О) = 0,012 мэкв/л; m(Na2CO3) = 0,636 г.
Реакции хлорида сурьмы (III)
Задача 274.
Какие химические реакции будут протекать, если к раствору (3-4 капли) хлорида сурьмы (III) добавить разбавленную соляную кислоту (1-2 капли). После этого: 1) добавить йодную воду (+индикатор - крахмал 1мл); 2) добавить бромную воду.
Решение:
1. Уравнение реакции хлорида сурьмы (III) с разбавленной соляной кислотой имеет вид:
SbCl3 + HCl(15%) → H[SbCl4]
тетрахлоростибата(III)
водорода1.
2. При действии йодной воды на раствор гексахлороантимоната водорода изменений не происходит, потому что йод, как менее активный галоген, чем хлор, не может вытеснить хлор из его соединений. При добавлении к полученному раствору суспенсии крахмала будет наблюдаться ярко-синее окрашивание (клартат2 амилозы и йода), потому что крахмал способен давать синюю окраску при взаимодействии с йодом.
Уравнение реакции крахмала с йодом имеет вид:
(С6Н10О6)n + nJ2 = [(С6Н10О6)n]*nJ2.
(прозрачный (бурое (синее окрашивание)2
раствор) окрашивание)
3. При добавлении бромной воды к раствору гексахлороантимоната водорода изменений не наблюдается, потому что бром, как менее активный галоген, чем хлор, не может вытеснить хлор из его соединений.
Водный раствор аммиака как слабый электролит
Задача 275.
Почему водный раствор аммиака является плохим электролитом?
Решение:
Газообразный аммиак хорошо растворяется в воде, чем ниже температура тем, тем выше его растворимость. При температуре окружающей среды 20 °С в 100 г воды растворяется примерно 53,1 г аммиака.
Взаимодействие аммиака с водой приводит к образованию моногидрата аммония:
NH3 + H2O = NH3 . Н2О,
который диссоциирует по уравнению:
NH3 . H2O = NH4+ + ОН-.
В учебной литературе для удобства пишут - гидроксид аммония NH4OH получается растворением газообразного аммиака NH3 в воде H2O:
NH3 + H2O = NH4OH,
котрый диссоциирует как электролит на ионы аммония и гидроксид-ионы:
NH4OH = NH4+ + ОН-.
Повторяю - это так пишется только для удобства, для упрощения.
В водном растворе ион аммония ведет себя как кислота, т.е. отщепляет ион:
NH4+ = NH3 + H+.
Ионы протона соединяясь с гидроксид-ионами образуют воду:
Н+ + ОН- = Н2О.
Естественно, все эти два процесса приводят к ослаблению электролитических свойств раствора гидроксида аммония.
Таким образом, в системе вода - аммиак всегда существуют три различные формы аммиака:
NH3 - свободная негидратированная молекулярная форма;
NH3 . Н2О - гидратированная молекулярная форма;
NH4+ - ионная форма.
Суммарная концентрация аммиака в растворе равна:
Сн = См(NH3) + См(NH3 . Н2О) + См(NH4+).
Раствор аммиака в воде действительно является слабым электролитом, константа диссоциации его при 20 °С равна 1,71 . 105, а при 80 °С равна 1,59 . 105.
Комментарии:
1тетрахлороантимонат (гексахлоростибат) водорода — неорганическое соединение, комплексная соль хлорида сурьмы и хлористого водорода, кислота с формулой H[SbCl 6]•4,5H2O (4,5-гидрат гексахлоростибат(V) водорода), светло-зелёные кристаллы, существует только в виде кристаллогидратов.
2При взаимодействии йода с крахмалом образуется соединение включения (клатрат). Клатрат – это комплексное соединение, в котором частицы одного вещества («молекулы-гости») внедряются в кристаллическую структуру «молекул-хозяев». В роли «молекул-хозяев» выступают молекулы амилозы, а «гостями» являются молекулы йода.
