Как правильно рассчитать массу и массовую долю вещества в исходной смесии

 

Определение массы образовавшейся соли


Задача 282.
На нейтрализацию уксусной кислоты массой 120 г затрачено 50 г раствора гидроксида натрия с массовой долей вещества 40%. Определите массу образовавшейся соли.
Решение:
m(p-pa) = 50 г;
m(CH3COOH) = 120 г;
w%(NaOH) = 40% или 0,4;
M(NaOH) = 40 г/моль;
M(CH3COOH) = 60 г/моль;
m(CH3COONa) = 82 г/моль;
m(CH3COONa) = ?
Уравнение реакции имеет вид:

CH3COOH + NaOH = CH3COONa + Н2О.

Из уравнения реакции вытекает, что на образование 1 моль ацетата натрия затрачивается 1 моль гидроксида натрия и 1 моль уксусной кислоты, 
т.е. n(CH3COONa) = n(CH3COOH) = n(NaOH).

Рассчитаем количество уксусной кислоты, получим:

n(CH3COOH) = m(CH3COOH)/M(CH3COOH) = 120/60 = 2 моль.

Рассчитаем количество гидроксида натрия, получим:

n(NaOH) = [w%(NaOH) . mp-pa)]/M(NaOH) = (0,4 - 50)/40 = 0,5 моль.

Таким образом, в избытке взята уксусная кислота, а в недостатке - гидроксид натрия (2 моль > 0,5 моль), поэтому расчет массы ацетата натрия будем вести по гидроксиду натрия.

Тогда

n(CH3COONa) = n(NaOH) = 0,5 моль;
m(CH3COONa) = n(CH3COONa) .M(CH3COONa) = 0,5 . 82 = 41 г.

Ответ: m(CH3COONa) = 41 г.
 


Определение массовой доли нитрата калия в смеси

Задача 283.
Твёрдый нитрат калия массой 50,5 г нагревали до тех пор, пока не выделился кислород, способный полностью окислить гидроксид железа (2), находящийся в водном растворе так, что при растворении продукта в избытке соляной кислоты образовалось 260 г 25 %-го раствора соли. Определите массовую долю нитрата калия в твердой смеси после нагрева.
Решение:
m(смеси) = 50,5 г;
m(p-pa) = 260 г;
w%(FeCl3) = 25%;
M(KNO3) = 101 г/моль;
М(FeCl3) = 162 г/моль;
w%(KNO3) = ?
Уравнения химических процессов:

2KNO3 = 2KNO2 + O2;
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3.
Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O.

Из уравнений вытекает, что 2 моль KNO3 дают 1 моль О2, 1 моль О2 окисляет 4 моль Fe(OH)2 с образованием 4 моль Fe(OH)3, 1 моль Fe(OH)3 образует 1 моль FeCl3. Можно записать:

2n(KNO3) = n(O2) = 4n[Fe(OH)2] = 4n[Fe(OH)3] = 4n(FeCl3).

После приведения всех членов равенства получим:

2n(FeCl3) = n(KNO3),  т.е. n(KNO3) = 1/2n(FeCl3).

1. Рассчитаем количество FeCl3 в растворе, получим:

n(FeCl3) = [m(p-pa) . w%(FeCl3)]/100%/М(FeCl3) = (260 . 25%)/100%/160 = 0,4 моль.

2. Рассчитаем количество KNO3, получим: 

(KNO3 = 1/2n(FeCl3) = 0,4/2 = 0,2 моль.

3. Рассчитаем массу KNO3, получим:

m(KNO3) = n(KNO3) . M(KNO3) = 0,2 . 101 = 20,2 г.

4. Рассчитаем массовую долю нитрата калия в смеси, получим:

w%(KNO3) = [m(KNO3)/m(смеси)].100% = (22,2/50,5).100% = 40%.

Ответ: w%(KNO3) = 40%.
 


Определение состава исходной смеси

Задача 284.
При последовательном окислении смеси изомерных пропиловых спиртов массой 4,2 г оксидом меди (2) и аммиачным раствором оксида серебра получили 10,8 г Ag. Определите состав исходной смеси.
Решение:
m(смеси) = 4,2 г;
М(СН3-СН2-СН2-ОН) = 60 г/моль;
Ar(Ag) = 108 г/моль;
m(СН3-СН2-СН2-ОН) = ?
m[СН3-СН(ОН)-СН3] = ?
При окислении смеси изомерных пропиловых спиртов происходят процессы:
1) Первичные спирт пропанол-1 окисляются оксидом меди (2) при нагревании до альдегида, образуется пропаналь или пропионовый альдегид:

СН3-СН2-СН2-ОН +  CuO  =   СН3-СН2-COH + Cu↓  +  H2O.

2) Пропанол-2 окисляется оксидом меди (II) при нагревании до ацетона (пропанон):

2.CH3-CH-CH3 + CuO → CH3-C=O + Cu↓ + H2O.                     
          |                                |
          OH                            CH3

Далее, при действии на смесь аммиачным раствором оксида серебра будет происходить реаакция с выделением металлического серебра - "реакция серебряного зеркала":

СН3-СН2-COH + 2[Ag(NH3)2]OH = 2Ag + СН3-СН2-CONH3 + 3NH3 + H2O

Из уравнения реакции вытекает, что из 1 моль СН3-СН2-COH образуется 2 моль Ag,

т.е. nСН3-СН2-COH = 1/2nAg = nСН3-СН2-СН2-ОН.

Рассчитаем количество полученного серебра:

n(Ag) = m(Ag)/Ar(Ag) = 10,8/108 = 0,1 моль.

Тогда

n(СН3-СН2-СН2-ОН) = 1/2nAg = = 0,1/2 = 0,05 моль.

Рассчитаем массу пропанола-1 в смеси: 

m(СН3-СН2-СН2-ОН) = n(СН3-СН2-СН2-ОН) . М(СН3-СН2-СН2-ОН) = 0,05 моль . 60 г/моль = 3 г.

Рассчитаем массу пропанола-2 в смеси:

m[СН3-СН(ОН)-СН3] = m(смеси) - m(СН3-СН2-СН2-ОН) = 4,2 - 3 = 1,2 г.

Ответ: m(СН3-СН2-СН2-ОН) = 3 г; m[СН3-СН(ОН)-СН3] = 1,2 г.


Определение массы и массовые доли металлов в смеси

Задача 285.
При растворении смеси цинка и железа массой 535,2 г в концентрированной серной кислоте, выделился газ (или смесь газов) объемом 120,96 л (при н.у.). Реакция протекает при нагревании. Определите массы цинка и железа и массовые доли (в %) металлов в смеси.
Решение:
Vm = 22,4 л/моль;
Ar(Zn) = 65,38 г/моль;
m(смеси) = 535,2г
V(SO2) = 120,96 л;
m(Zn) = ?
m(Fe) = ?
w%(Zn) = ?
w%(Fe) = ?
Железе концентрированной кислотой пассивируется, реакция не идет.
Уравнение реакции имеет вид:

Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + 2H2O + SO2.

Из уравнения реакции вытекает, что 1 моль Zn требуется для выделения 1 моль SO2, т.е. n(Zn) = n(SO2).
1. Рассчитаем количество выделившегося SO2, получим:

n(SO2) = V(SO2)/Vm = 120,96/22,4 = 5,4 моль.

2. Рассчитаем массу цинка в смеси, получим:

n(Zn) = n(SO2) = 5,4 моль;
m(Zn) = n(Zn) .Ar(Zn) = 5,4 . 65,38 = 353,052 г.

3. Рассчитаем массу железа в смеси, получим:

m(Fe) = m(смеси) - m(Zn) = 535,2 - 353,052 = 182,148 г.

4. Рассчитаем массовые доли (в %) металлов в смеси, получим:

w%(Zn) = m(Zn)/m(смеси) = 353,052/535,2 = 0,66 или 66%
w%(Fe) = m(Fe)/m(смеси) = 182,148/535,2 = 0,34 или 34%.

Ответ: m(Zn) = 353,052 г; m(Fe) = 182,148 г; w%(Zn) = 66%; w%(Fe) = 34%.
 


Расчет массовой долю кислоты в растворе

Задача 286.
Рассчитайте массовую долю кислоты в растворе, полученном при смешении 95 мл воды и 10 г смеси оксида хрома(VI) и песка. Массовая доля песка в смеси 50%. Ответ укажите в процентах и округлите с точностью до десятых. Считайте, что в результате реакции образуется только хромовая кислота H2CrO4
Решение:
m(H2O) = 95 г;
m(смесь) = 10 г;
w%(CrO3) = w%(SiO2) = 50% или 0,5;
M(H2O) = 18 г/моль;
М(H2CrO4) = 118 г/моль;
М(CrO3) = 100 г/моль;
w%(H2CrO4) = ?
Рассчитаем массу CrO3, получим:

m(CrO3) = m(смесь) . w%(CrO3) = 10 . 0,5 = 5 г.

Рассчитаем количество CrO3, получим:

n(CrO3) = m(CrO3)/М(CrO3) = 5/100 = 0,05 моль.

Уравнение реакции имеет вид:

CrO3 + H2O = H2CrO4.

Из уравнения вытекает, что на образование 1 моль H2CrO4 затрачивается 1 моль CrO3 и 1 моль Н2О,
т.е. n(H2CrO4) = n(CrO3) = n(H2O). 

Тогда

n(H2CrO4) = n(CrO3) =  0,05 моль.

Рассчитаем массу H2CrO4, получим:

m(H2CrO4) = n(H2CrO4) . М(H2CrO4) = 0,05 . 118 = 5,9 г.

Так как n(H2CrO4) = n(CrO3) = n(H2O), то масса полученного раствора равна массе воды и массе оксида хрома(VI):

m(р-ра) = m(H2O) + m(CrO3) = 95 + 5 = 100 г.

Тогда

w%(H2CrO4) = [m(H2CrO4) . 100%]/m(р-ра) = (5,9 . 100%)/100 = 5,9%.

Ответ: 5,9%.