Задачи для самостоятельного решения. Задачи на установление формулы вещества
^ 5.58.
б)СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 O + 890 кДж
рассчитайте, какой минимальный объем природного газа, содержащего 95 % метана, необходимо сжечь, чтобы полученной энергии хватило для разложения 0,55 т известняка, содержащего 90 % карбоната кальция.
5.59. По термохимическим уравнениям:
а) СаСО 3 = СаО + СО 2 – 180 кДж;
б) С + O 2 = СО 2 + 401 кДж
рассчитайте, какую минимальную массу каменного угля, содержащего 90 % углерода, потребуется сжечь для получения 1 т негашеной извести, если выход ее составляет 85 % от теоретического.
5.60. По термохимическим уравнениям:
а) СаСО 3 = СаО + СО 2 – 180 кДж;
б) С + О 2 = СО 2 + 401 кДж
рассчитайте, хватит ли теплоты, выделившейся при сгорании 1 т каменного угля, содержащего 75 % углерода, чтобы получить 1 т негашеной извести, выход которой составляет 80 % от теоретического.
5.61. По термохимическим уравнениям:
а) С + О 2 = СО 2 + 401 кДж;
б) C 2 H 4 + 3O 2 = 2СО 2 + 2Н 2 O + 1400 кДж
вычислите, какую массу каменного угля, в котором 85 % углерода, надо сжечь, чтобы выделилось столько же теплоты, сколько ее выделяется при сжигании 0,7 т этилена.
5.62. При сжигании 1 моль ацетилена выделяется 1350 кДж теплоты. Какой минимальный объем ацетилена надо сжечь, чтобы энергии хватило на разложение 9 т воды? Тепловой эффект реакции разложения воды 572 кДж.
5.63. Тепловой эффект реакции горения угля 401 кДж. Вычислите, какую массу угля, в котором 90 % углерода, надо сжечь, чтобы энергии хватило на получение 112∙10 3 м 3 водорода (в пересчете на н.у.) из воды. Тепловой эффект реакции разложения воды 572 кДж.
5.64. При сжигании 117,9 л природного газа, содержащего 95 % метана, выделилось столько теплоты, что ее хватило для разложения 3,09 кг известняка, содержащего 80 % карбоната кальция. Составьте термохимическое уравнение реакции разложения карбоната кальция, если известно, что при сжигании 1 моль метана выделяется 890 кДж теплоты.
5.65. При действии 30 г брома на 20 г смеси пентана и пентена в результате реакции оказалось неизрасходованным 6,8 г брома. Определите процентный состав исходной смеси.
5.66. Через емкость с бромной водой пропущено 5 м 3 метана с примесью этилена. При этом метан очистился от примесей, а масса склянки увеличилась на 0,56 кг. Рассчитайте объемную долю (в процентах) примеси этилена в исходном образце метана.
5.67. К смеси 33,6 л (н.у.) метана и бутена добавили 11,2 л водорода и пропустили над нагретым никелем. Объем исходной смеси при этом уменьшился на 11,2 л. Вычислите объемные доли (в процентах) каждого газа в исходной смеси, учитывая, что после реакции газовая смесь состояла из двух компонентов.
5.68. Какую массу этилового спирта можно получить из 448 м 3 этилена прямой гидратацией, если известно, что выход продукта реакции составляет 90 % от теоретического?
5.69. Реакцию получения бутадиена из этилового спирта по способу С.В.Лебедева можно выразить уравнением:
2С 2 Н 5 OH CH 2 =CH–CH=CH 2 + 2H 2 O + H 2 .
Выход бутадиена составляет 75 % от теоретического. Вычислите, какую массу бутадиена можно получить из 200 л этилового спирта (содержание С 2 Н 5 ОН 96 %, плотность 0,8 г/см 3).
5.70. Сколько литров ацетилена (н.у.) образуется, если 10 г карбида кальция, содержащего 4 % примесей, внести в емкость с 36 мл воды?
5.71. Какой объем ацетилена необходим для получения 0,0336 м 3 винилхлорида, если используется только 75 % ацетилена?
5.72. Какой объем водорода (н.у.) выделится при каталитическом получении дивинила из 2 м 3 бутана?
5.73. Какая масса карбида кальция необходима для получения бензола массой 15,6 кг?
5.74. Каким объемом метана можно заменить для получения ацетилена технический карбид кальция массой 16 кг, в котором 20 % примесей?
5.75. Какой объем хлора (н.у.) потребуется для получения из бензола 26,19 кг гексахлорциклогексана, если выход составляет 90 % от теоретического?
5.76. При пропускании ацетилена в спиртовой раствор йода получено соединение, содержащее 90,7 % йода и 0,7 % водорода по массе. Определить формулу этого вещества, если плотность его паров по гелию 70.
5.77. Карбид кальция поставляется потребителям в барабанах, вмещающих до 130 кг. Какой объем ацетилена (н.у.) можно получить из технического карбида, содержащего 80 % основного вещества?
5.78. Карбид кальция, идущий для получения технического ацетилена, должен отвечать определенным требованиям: при действии воды на 100 г карбида должно выделяться около 26 л ацетилена. Каково содержание карбида кальция в этом образце технического карбида?
5.79. В лаборатории из 25,2 м 3 ацетилена получили 18,72 кг бензола. Рассчитайте выход продукта реакции.
5.80. В лаборатории при бромировании 78 кг бензола было получено 78,5 кг бромбензола. Рассчитайте выход продукта реакции.
5.81. При взаимодействии 156 кг бензола с концентрированной азотной кислотой получено 160 кг нитробензола. Рассчитайте выход нитробензола.
5.82. В 1825 г. М.Фарадей обнаружил в светильном газе углеводород, в котором было 92,3 % углерода и 7,7 % водорода. Плотность паров углеводорода по воздуху 2,69. Какова его молекулярная формула? Какое строение его молекулы можно предположить?
5.83. Из 13,44 м 3 ацетилена получили 0,0138 м 3 бензола (плотность 880 кг/м 3). Вычислите выход продукта реакции.
5.84. Какой объем кислорода и воздуха (в пересчете на н.у.) потребуется для сжигания 0,39 м 3 бензола (плотность 880 кг/м 3)? Считать, что в кислороде бензол окисляется полностью, а на воздухе − частично.
5.85. Газ, выделившийся при получении бромбензола из 22,17 мл бензола (плотность 0,88 г/см 3), ввели в реакцию с 4,48 л изобутилена.Какиесоединения образовались и каковаих масса, если учесть, что выход бромбензола составлял 80 % от теоретического, а реакция с изобутиленом прошла с выходом 100 %?
5.86. Какая масса бромбензола получится при взаимодействии 156 г бензола со 110 мл брома (плотность 3,1 г/см 3) в присутствии бромида железа (III), если выход составляет 90 % от теоретического?
5.87. Какой объем раствора гидроксида натрия (концентрация 10 %, плотность 1,1 г/мл) потребуется для нейтрализации газа, выделившегося при получении бромбензола из 31,2 г бензола?
5.88. Для реакции нитрования толуола массой 184 кг было использовано 0,5 м 3 нитрующей смеси, содержащей 83 % азотной кислоты (плотность смеси 1470 кг/м 3). Рассчитайте массу образовавшегося продукта.
5.89. Какой продукт и какой массы образуется при взаимодействии 15,6 кг бензола и 0,1 м 3 смеси азотной и концентрированной серной кислот, содержащей 60 % HNO 3 (плотность смеси 1373 кг/м 3)?
5.90. В лабораторных условиях путем нитрования бензола массой 0,117 кг избытком нитрующей смеси был получен нитробензол массой 0,166 кг. Вычислите выход нитробензола (в процентах) от теоретического.
5.91. В результате каталитической дегидроциклизации 2-метилгексана массой 0,2 кг получен метилбензол массой 0,176 кг. Вычислите выход продукта реакции (в процентах) от теоретического.
5.92. Какой объем хлороводорода (н.у.) должен присоединиться к ацетилену, полученному из 1 м 3 природного газа, содержащего 98 % метана, чтобы получить винилхлорид при выходе 90 %? Какой объем (н.у.) винилхлорида образуется?
5.93. Какой объем ацетилена сгорел, если известно, что израсходовалось 24 м 3 воздуха (н.у.)? Хватит ли полученного углекислого газа для нейтрализации до средней соли 0,15 л раствора едкого натра (концентрация 10 %, плотность 1131 кг/м 3)?
5.94. Какую массу технического карбида кальция, содержащего 20 % примесей, необходимо взять, чтобы тримеризацией выделившегося ацетилена получить 0,001 м 3 бензола (плотность 880 кг/м 3)?
5.95. При реакции нитрования бензола избытком нитрующей смеси было получено 0,0246 кг нитробензола. Какой объем бензола (плотность 880 кг/м 3) вступил в эту реакцию?
5.96. Для нитрования 3 моль бензола использовали 200 мл азотной кислоты (содержание HNO 3 94 %, плотность 1491 кг/м 3). Достаточно ли кислоты для реакции? Ответ подтвердите расчетом.
5.97. Какой объем водорода необходим для полного гидрирования 25 л бутадиена? Из какого объема метана можно получить такой объем водорода? Условия считать нормальными.
5.98. Рассчитайте массу бензола, содержащего 5 % примесей, необходимую для получения нитробензола, если известно, что образуется 0,1968 кг нитробензола, что составляет 80 % выхода.
5.99. Какой объем кислорода и воздуха (в пересчете на н.у.) потребуется для сжигания 1 кг смеси, (75 % метана и 25 % углекислого газа)?
5.100. Какой объем воздуха нужен для сжигания 1 т каменного угля, содержащего, %: 72 углерода, 5 водорода, 3,5 кислорода, 19,5 негорючих примесей?
5.101. Предполагая, что автомашина работает на бензине из смеси гептановых изомеров, рассчитайте, в каких объемных соотношениях должны смешиваться пары бензина и воздуха в двигателе внутреннего сгорания.
5.102. При сгорании 30 г антрацита получили 53,2 л углекислого газа (н.у.). Определите массовую долю углерода в антраците.
5.103. Какой объем природного газа, содержащего 98 % метана, необходим для получения 100 м 3 ацетилена?
5.104. Какой объем природного газа, содержащего 98 % метана, необходим для получения такого же количества ацетилена, как из 0,5 моль карбида кальция?
5.105. Какой объем водорода выделится при полном термическом разложении природного газа объемом 10 м 3 , содержащего 90 % (об.) метана? Какую массу воды необходимо разложить, чтобы получить такой же объем водорода при выходе 90 %?
5.106. Какой объем воздуха необходим для полного сжигания в двигателе автомашины 40 кг бензина, содержащего 85 % углерода и 15 % водорода? Плотность паров углеводородов − составной части бензина − по водороду считать равной 35. Объемная доля кислорода в воздухе 20 %.
5.107. При первичной перегонке нефти можно получить около 20 % бензина и около 60 % мазута. При последующей переработке мазута можно дополнительно получить около 60 % бензина. Вычислите, сколько бензина (по массе) можно получить этими методами из 1 т нефти.
5.108. Какой объем аммиака можно получить из водорода, содержащегося в 100 м 3 коксового газа? Какую массу аммиачной селитры можно получить из этого количества аммиака, если выход продукта составляет 80 % от теоретического? Объемная доля водорода в коксовом газе 60 %; азот и азотная кислота имеются в избытке.
5.109. Какой объем ацетилена получится из 0,4 кг карбида кальция, содержащего 2,5 % примесей, если выход ацетилена составляет 90 % от теоретического? Из какого объема природного газа, содержащего 95 % метана, можно получить такой же объем ацетилена?
5.110. Котельная сжигает 2 т каменного угля в сутки. Массовая доля углерода в угле 84 %, водорода 5 %, воды 5 %, серы 3,5 %, негорючих примесей 2,5 %. Учитывая, что 1 га леса дает в сутки 7 м 3 кислорода, вычислите, с какой площади леса будет восполняться расходуемый на сжигание 2 т угля кислород (в расчете на сутки).
5.111. Какой объем воздуха расходуется при сжигании 1 м 3 ставропольского природного газа? Объемная доля метана в газе 98 %, углекислого газа 1,4 %, этана 0,4 %, пропана 0,2 %. Учитывая, что 1 га леса дает в сутки 7 м 3 кислорода, вычислите, с какой площади леса будет восполняться расходуемый на сжигание кислород (в расчете на сутки).
5.112. Для сжигания 40 м 3 смеси метана и пропана израсходовали 170 м 3 кислорода. Определите количественный состав смеси.
5.113. Для сжигания 20 м 3 смеси пропана и бутана израсходовали 124 м 3 кислорода. Определите объемную долю каждого компонента в смеси.
5.114. При сжигании 50 л смеси метана и этана образовалось 60 л оксида углерода (IV). Определите объемную долю каждого компонента в смеси.
5.115. Определите объем озонированного кислорода, содержащего 10 % озона, необходимый для сжигания 42 л пропана.
5.116. Определите объем озонированного кислорода, содержащего 8 % озона, необходимый для сжигания 52 м 3 метана.
5.117. Для сжигания 30 л смеси метана и оксида углерода (II) израсходовали 24 л кислорода. Определите процентный состав смеси.
5.118. При пропускании 2,8 л (н.у.) газовой смеси, состоящей из пропилена, бутилена и бутана, через бромную воду прореагировало 16 г брома. Определите объемы кислорода и воздуха, необходимых для сжигания 20 л этой смеси, если плотность ее по водороду 26,1.
5.119. Через водный раствор брома пропустили 5,6 л газовой смеси (н.у.), состоящей из бутана, пентана и бутилена. Прореагировало 12 г брома. Определите процентный состав газовой смеси, если плотность ее по водороду 29,4.
5.120. Определите объем кислорода (н.у.), необходимый для сжигания 51 л бутана, измеренного при 47 С и давлении 4 атм.
5.121. Для сжигания 2 л смеси этана и пропана, взятой под давлением 4 атм и при температуре 0 °С, израсходовано 155 л (н.у.) воздуха. Определите процентный состав смеси.
5.122. Продукт реакции иодэтана и 46 г металлического натрия нагревали в присутствии хлорида алюминия (катализатор). Какие соединения при этом получатся, каковы их массы, если учесть, что каталитическое превращение углеводорода составляет 75 %?
5.123. Какой объем при н.у. займут продукты реакции, протекающей при действии избытка металлического натрия на смесь 31,2 г иодэтана и 28,4 г иодметана?
5.124. К 1 л смеси этана и ацетилена добавлено 2 л водорода. Полученная смесь пропущена над платиновым катализатором. Объем смеси после пропускания и приведения к исходным условиям составил 1,6 л. Определите процентный состав исходной смеси.
5.125. К 1 л смеси этана и этилена добавили 1 л водорода, полученную смесь пропустили над никелевым катализатором. Объем смеси составил 1,3 л. Определите процентный состав исходной смеси (объемы газов до и после реакции измерены в одинаковых условиях).
5.126. Смесь этана, этена и пропена имеет плотность по водороду 15,9. К 1 л этой смеси добавили 1 л водорода и пропустили над нагретым никелем. При этом объем смеси уменьшился до 1,5 л. Определите процентный состав исходной смеси (газы измерены при н.у.).
5.127. Газ, образовавшийся при полном сгорании 745,7 мл смеси метана и пропана (98,64 кПа, 22 °С), может быть поглощен 49,02 мл раствора едкого калия (концентрация 5,6 %, плотность 1,02 г/мл). Определите состав газовой смеси углеводородов (в процентах по объему), если известно, что раствор, полученный после пропускания продуктов сгорания через раствор щелочи, не вызывает появления осадка при добавлении к нему раствора хлорида кальция. Какой объем воздуха (н.у.) потребуется для полного сгорания указанной газовой смеси?
Функциональные группы и номенклатура органических веществ. Генетическая связь основных классов органических веществ. Расчет объемов и объемных долей газов с использованием газовых законов (Авогадро, Бойля – Мариотта, Гей-Люссака, Менделеева – Клапейрона).
1) составьте молекулярные, полные и сокращенные ионные уравнения, укажите тип химических реакций: а)характеризующих химические св-ва кислот; б)характеризующих химические св-ва щелочей. 2)составьте молекулярные,полные ионные уравнения реакций, соответствующие сокращенным: а)Si3^2- + 2H-->H2SiO3 (стрелка вниз); б)Zn^2- +2OH-->Zn(OH)2 (стрелка вниз). 3) Ответьте на следующие вопросы, используя записи уравнений реакций в молекулярном и ионном виде: а) BaCl2-->Ba(NO3)2
1) На полную нейтрализацию 5.24 (г) смеси уксусного альдегида, уксусной и муравьиной кислот израсходовано 21,341 (мл) 16% раствора гидроксида калия (плотностью 1,148 г/см^3). При обработке такой же массы исходной смеси аммиачным раствором оксида серебра образовался осадок, на полное растворение которого потребовалось 13,125 (г) 96% азотной кислоты. Определите массовую долю каждого компонента в исходной смеси. 2)При нагревании гидрокарбонат калия превращается в карбонат. Рассчитайте массовую долю гидрокарбоната калия в исходном растворе, нагреванием которого можно получить 8%-ный раствор карбоната калия 3) Определите формулу одноосновной предельной кислоты, если известно, что при взаимодействии ее массой 5,1 * 10^-3 (кг) с избытком металлического натрия выделилось 560*10^-6 (м^3) водорода (ну) 4) При действии на 8,73 (г) смеси щавелевой, муравьиной кислот и фенола избытка бромной воды выпало 6,62(г) белого осадка. Такое же количество исходной смеси веществ может прореагировать с 61,3 (мл) 10% раствора гидроксида натрия (плотностью 1,109 г/мл). Вычислите раствор исходной смеси в массовых долях. 5) Для нейтрализации 200 (г) водного раствора фенола потребовалось 25(мл) 40% раствора гидроксида калия (плотностью 1,4 г/мл). Какова массовая доля фенола в исходном растворе? Какую массу 5% бромной воды надо добавить к 100(г) раствора фенола, чтобы весь фенол перевести в осадок?
Ионные уравнения реакций. Написание уравнений химических реакций в молекулярной, полной ионной, и сокращенной ионной форме. Окислительно-восстановительные реакции в растворах. Метод электронного и электронно-ионного баланса.
Периодический закон и его обоснование с точки зрения электронного строения атомов. Периодическая система элементов. Энергия связи. Потенциал ионизации, сродство к электрону. Полярность молекул. Химические реакции и их классификация. Типы разрыва химических связей. Гомо- и гетеролитические реакции. Окислительно-восстановительные реакции. Тепловые эффекты химических реакций. Термохимические уравнения. Теплота образования химических соединений.
1) Какой объем ацетилена сгорел, если известно, что израсходовано 24 м^3 воздух (н.у.)? Хватит ли полученного углекислого газа для нейтрализации до средней соли 0.15 (л) 10% раствора едкого натрия (плотностью 1131 кг/м^3)? Ответ подтвердите расчетом. Объемную долю кислорода в воздухе принять равной 20%. 2) Какую массу технического карбида кальция, содержащего 0,2 массовой доли примесей, необходимо взять, чтобы тримеризацией выделившегося ацетилена получить 0,001 м^3 бензола (плотностью 880 кг/м^3) ? 3) Рассчитайте массу бензола, содержащего 5% примесей и необходимого для получения нитробензола, если известно, что образуется 0,1968 (кг) его, что составляет 80% выхода 4) Какой объем кислорода и воздуха (в пересчете на н.у.) потребуется для сжигания 1 (кг) смеси, состоящей из 75% метана и 25% углекислого газа? Объемную долю кислорода в воздуху принять равной 20%. 5) Какой объем природного газа (н.у.), содержащего 98% метана, необходим для получения такого же количества ацетилена, какое можно получить из 0,5 моль карбида кальция? 6) При дегидратации первичного предельного спирта образуется газообразный непредельный углеводород, обём которого в 4 раза меньше объёма CO2 , образующегося при сгорании такого же количества спирта. Какой спирт и в каком количестве был подвергнут дегидратации, если полученный непредельный углеводород может полностью обесцветить 180 (г) 20% раствора брома в CCl4?
При взаимодействии одного и того же количества алкена с различными галогеноводородами образуется соответственно 7,85 г хлорпроизводного или 12,3 г бромпроизводного. Определите молекулярную формулу алкена.
1) Какой объем брома (плотностью 3.12 г/мл) прореагирует с 11,2 (л) (н.у.) смеси, содержащей 50% этана, 25% этилена и 25% ацетилена? 2) Сколько (по массе) оксида марганца (4) и сколько (по объему) 37% соляной кислоты (плотностью 1,19 г/мл) надо взять для получения хлора, чтобы прохлорировать 2,8 (л) этилена (н.у.)? Считать, что в процессе реакции происходит только присоединение хлора? 3) Газ, полученный при сжигании 5,6 (л) (н.у.) смеси этана и пропана,плотность которой по водороду равна 19,9 пропустили через 160 (г) 20% раствора гидроксида натрия. Вычислите массы веществ,находящихся в образовавшемся растворе. 4)Газы, образовавшиеся при полном сгорании 1120 (мл) смеси этилена и пропилена (н.у.), пропущены через 300 (мл) 0,5 М раствора гидроксида калия. Полученный после этого раствор может поглотить еще 448 (мл) углекислого газа (н.у.). Определите процентный состав исходной смеси газов, если при полном поглощении углекислого газа образуется кислая соль. 5) Смесь пропена и ацетилена объемом 896 (мл) (н.у.) пропущена через 800 (г) раствора брома в воде с массовой долей 2%. Для полного обесцвечивания бромной воды потребовалось добавить 3,25 (г) цинковой пыли. Вычислите объемные доли (в %) газов в исходной смеси. 6) Определите объем газовой озоно-кислородной смеси, в которой 10% озона (по объему) и которая потребуется для сжигания 3,36 (л) пропана (н.у.).
Для того чтобы решить любую задачу из этого раздела, необходимо знать
- теоретические основы задачи;
- общие принципы оформления расчёта по уравнению химической реакции.
Поскольку теоретические основы изложены в различных разделах Самоучителя и других учебниках, нужно перед решением задачи повторить нужный раздел.
Рассмотрим общие принципы оформления расчётов по уравнениям реакций.
Для того чтобы выполнить расчёт по уравнению реакции, нужно:
- составить уравнение химической реакции, расставить коэффициенты;
- по коэффициентам уравнения химической реакции определить число молей реагирующих веществ;
- НАД формулами соединений указать данные задачи, отметив их размерность (г, л, моль);
- ПОД формулами этих соединений сделать расчёт таким образом, чтобы размерность величин «над» и «под» химическими формулами совпали ;
- составить пропорцию из «верхних» данных и «нижних» результатов и выполнить расчёт.
Разберём этот алгоритм на примере.
Задача 17 . В раствор, содержащий 1,2 моль НCl опустили избыток алюминия. Какой объём водорода выделится при этом?
Решение . Составим уравнение реакции и запишем, что дано в ней, над формулами соединений. При этом обязательно указывайте размерность .
Задача 18. Сколько граммов алюминия нужно растворить в соляной кислоте, чтобы получить 5,6 л водорода?
Решение . Составим уравнение реакции и запишем, что дано в ней, над химическими формулами соединений. При этом обязательно указывайте размерность .
В случае, когда нужно определить объёмы реагирующих газов, можно воспользоваться следствием из закона Авогадро.
Объёмы реагирующих газов относятся как их коэффициенты в уравнении химической реакции.
Задача 19. Какой объём углекислого газа выделится при полном сгорании 6 л ацетилена С 2 Н 2 ?
Решение .
25 6,2 г фосфора? Сколько молей оксида фосфора при этом получится?
26 . Сколько молей фосфора нужно сжечь, чтобы получить 28,4 г оксида фосфора V?
27 . Какой объём водорода потребуется на восстановление 10,6 г Fe 3 О 4 до железа? (Реакция идет по схеме: Ме x О y + Н 2 → Ме + H 2 O.)
28 . Какой объём кислорода потребуется для сгорания 8,8 г пропана? (Пропан: С 3 Н 8 .)
29 . Какой объём кислорода требуется для полного сгорания 5 л этилена С 2 Н 4 ?
30 . Хватит ли 10 л кислорода для полного сгорания 17 л водорода?
32 . Какой объём водорода может присоединиться к пропену массой 21 г?
34 . Сколько миллилитров бензола (пл.= 0,78 г/мл) можно получить из 56 л ацетилена?
35 . Какой объём водорода выделится, если в избыток спирта бросить 0,23 г натрия?
36 . Сколько граммов диэтилового эфира можно получать из 23 г этанола?
37 . Какой объем этилена должен вступить в реакцию, для того чтобы образовалось 500 мл спирта (пл. = 0,8 г/мл)?
38 . Какой объём водорода может присоединиться к 22 г этаналя?
39 . Какой объём спирта нужно окислить для получения 11 г этаналя? (плотность спирта равна 0,8 г/мл).
40 . Какой объём хлора вступит в реакцию с уксусной кислотой массой 15 г, если в реакции должна получиться хлоруксусная кислота?
41 . Какой объём водорода потребуется для гидрирования 0,2 моль триолеина? Где применяется полученный продукт?
42 . Какой объём кислорода потребуется для полного сгорания 100 г уксусной кислоты?
Задачи по теме «Количественный состав смесей»
Состав смесей очень часто определяют в различных задачах, например в которых упоминаются растворы . Дело в том, что растворы - это однородные смеси. Задачи такого типа решаются по разному, но в любом случае следует помнить, что массу (объём) смеси нельзя подставлять в уравнение реакции и нельзя находить по уравнению реакции. По уравнению реакции можно найти только массу или объём компонента смеси.
Внимание! Если в условии упоминается смесь веществ или раствор , то составлять уравнения реакций нужно для всех компонентов смеси, указывая, идёт реакция или нет, а затем выполнять расчёт, оформляя решение задачи по каждому уравнению так, как показано выше.
Задачи такого типа можно условно разделить на две группы:
- задачи, в которых имеется хотя бы одна величина, которую можно сразу подставить в уравнение реакции и сделать необходимый расчёт;
- задачи, в которых таких данных нет.
Рассмотрим задачу первого типа.
Задача 20 . Смесь меди и алюминия массой 10 г обработали раствором щёлочи. При этом выделилось 10 л газа (н. у.). Определить состав смеси в масс.% (массовые доли алюминия и меди в смеси).
Решение . Составим уравнения реакций:
Составим пропорцию и определим массу алюминия в смеси:
Ответ . ώ(Al) = 80 %, ώ(Сu) = 20 %.
В задачах второго типа в химическом превращении участвуют все компоненты смеси, в результате чего образуется смесь газов или других продуктов реакции. В этих случаях нужно прибегнуть к приёму, когда неизвестная величина (о ней спрашивается в задачи), принимается за известную , и обозначается А .
Задача 21 . На нейтрализацию 20 г смеси гидрофосфата и дигидрофосфата натрия потребовалось 25 г 40 %-ного раствора NaOH. Определить состав смеси.
Составим уравнения реакций:
Определим количество вещества NaOH , которое содержится в растворе (можно считать, используя значение массы этого вещества, но более простые числа получаются, если используется величина «моль»):
Внимание: количество вещества щёлочи можно рассчитать сразу:
Теперь используем приём, который был отработан в задаче 16 : пусть в смеси содержится а г дигидрофосфата, тогда гидрофосфата содержится (20 - а ) г . Подставим эти величины в уравнения реакций и найдём значения х и у :
Поскольку х + у = 0,25 моль , получаем уравнение
Ответ . Смесь состояла из 11,34 г дигидрофосфата и 8,66 г гидрофосфата.
При получении растворов происходят не только физические процессы (дробление вещества, диффузия), но и взаимодействие вещества и растворителя. (Подробнее см. урок 6) Иногда в результате такого взаимодействия образуются совершенно новые вещества. В этом случае необходимо составить уравнение или схему происходящего процесса, а в расчётной формуле указывать, о каком веществе идёт речь.
Задача 22. В 100 мл воды растворили 2 г кальция. Определить массовую долю вещества в полученном растворе.
Решение . Поскольку кальций реагирует с водой , составим уравнение соответствующей реакции:
Таким образом, в растворе содержится не кальций, а гидроксид кальция. Отразим это в расчётной формуле:
Значит, нам нужно вычислить m[Са(ОН) 2 ] по уравнению реакции:
а затем массу раствора:
Обратите внимание: массу полученного раствора вычисляют, исходя из массы исходных веществ или смесей, добавляя к ним массы тех веществ, которые были добавлены, и, вычитая массы веществ, которые вышли из сферы реакции в виде газа или осадка.
Ответ . Массовая доля щёлочи составит 3,6 %.
Задачи для самостоятельного решения
43 . Через известковую воду пропустили 3 л воздуха. Выпало 0,1 г осадка. Определить объёмную долю (φ) углекислоты (CO 2) в воздухе.
44 . 20 г мела опустили в соляную кислоту. При этом выделилось 4 л газа. Определить массовую долю (ώ) карбоната кальция в образце этого мела.
45 . В 200 г воды растворили 15 г оксида лития. Найти массовую долю веществ в полученном растворе.
46 . 20 г смеси хлорида натрия и карбоната натрия обработали соляной кислотой. При этом выделилось 2,24 л газа. Установить состав смеси в масс.%.
47 . Для превращения 2,92 г смеси гидроксида и карбоната натрия потребовалось 1,344 л хлороводорода. Вычислить состав смеси.
48 . При растворении 3 г сплава меди и серебра в разбавленной азотной кислоте получено 7,34 г смеси нитратов. Определить процентный состав смеси и объём газов, полученных при прокаливании образовавшихся солей.
49 . Сколько граммов 30 %-ной азотной кислоты нужно взять для нитрования 5,6 л пропана?
50 . Какой, объём кислорода потребуется для сжигания смеси, состоящей из 8 г метана и 11,2 л этана?
51 . Какой объём метана можно получить при нагревании 20 г смеси, содержащей 25 % ацетата натрия, остальное - щёлочь?
52 . Через бромную воду пропустили смесь, которая состоит из 8 г метана и 5,6 л этена. Сколько граммов брома вступит в реакцию?
53 . Какой объём природного газа, который содержит 98 % метана, потребуется для получения 52 кг ацетилена?
54 . Из 10 г загрязнённого карбида кальция получили 2,24 л ацетилена. Чему равна массовая доля карбида кальция в исходном образце?
55 . Какой объём кислорода нужен для сжигания смеси, которая состоит из 4 г метана, 10 л этена и 1 моль этина?
56 . Сколько граммов 40 %-ной азотной кислоты нужно взять для получения 24,2 г нитробензола?
57 . Сколько граммов азотной кислоты потребуется для нитрования 4,7 г фенола, если ώ(кислоты) в исходном растворе равна 30 %.
58 . Сколько граммов 30 %-ной муравьиной кислоты нужно для растворения 2,7 г алюминия?
59 . Сколько граммов 40 %-ного раствора КОН требуется для омыления (гидролиза) 3 моль тристеарина?
61 . На реакцию с 50 мл раствора анилина пошло 4,2 г брома. Рассчитать массовую долю анилина в исходном растворе (плотность раствора равна единице).
Задачи на «избыток–недостаток»
Такие задачи имеют в условии легко узнаваемый признак : указаны данные для обоих (или всех) реагирующих веществ. В этом случае нужно вначале определить количество (в моль) реагирующих веществ.
Затем по уравнению реакции определить молярные соотношения этих веществ и сделать вывод - какое из них находится в недостатке . Именно по этой величине (в моль!) ведутся последующие расчёты.
Задача 23 . Какой объём водорода выделится при взаимодействии 5,4 г алюминия с 200 г 12 %-ного раствора серной кислоты? Чему равны массовые доли веществ в полученном растворе?
Решение . Определим массы и количество вещества для алюминия и серной кислоты:
Составим уравнение реакции:
Из уравнения реакции видно, что молярные соотношения исходных веществ 2: 3 , это означает, что 0,2 моль алюминия реагируют полностью с 0,3 моль серной кислоты, но этой кислоты имеется только 0,24 моль, т. е. недостаток. Укажем количество вещества серной кислоты (0,24 моль) в уравнении реакции и выполним расчёт по коэффициентам :
Теперь можно ответить на все вопросы задачи. Объём водорода рассчитать несложно, поскольку мы уже определили количество (моль) этого вещества.
Задание . Рассчитайте объём водорода.
Для того чтобы определить массовые доли растворённых веществ, нужно установить, какие вещества растворимы. В данном случае - это серная кислота и соль. Но серная кислота вступила в реакцию полностью. Массу соли рассчитайте по количеству вещества её.
Массу раствора всегда следует рассчитывать по формуле:
В данном случае:
Обратите внимание: следует добавить не ту массу алюминия, которую, добавили в раствор, а только ту, которая вступила в реакцию :
Задание . Рассчитайте массу раствора, предварительно рассчитав массу водорода.
Теперь рассчитаем массовую долю соли в полученном растворе:
Ответ . Массовая доля сульфата алюминия равна 13,4 %, а объём водорода 5,4 литра.
Анализ на «избыток - недостаток» позволяет установить и качественный и количественный состав реакционной смеси. Особенно важен этот анализ в случае, когда могут получаться кислые или основные соли.
Задача 24. Установить состав и массу солей, если в раствор, содержащий 28 г КОН пропустить: а) 15 л СО 2 ; б) 10 л СО 2 ; в) 2,5 л СО 2 .
При решении подобных задач следует учитывать, что при взаимодействии щелочей с многоосновными кислотами или их ангидридами могут получаться как средние, так и кислые соли. В данном случае, если молярное соотношение компонентов 1: 1 , то образуется кислая соль:
А если щёлочь в избытке (2: 1 и более), то получается средняя соль:
В первом случае (а) ν (СО 2) > ν (КОН), поэтому образуется только кислая соль:
В этом случае углекислый газ находится в избытке, а его избыток не может реагировать дальше. Значит, образуется только кислая соль в количестве 0,5 моль (считаем по «недостатку»).
В третьем случае (в) ν (СО 2) < ν (КОН), т. е. когда КОН в избытке , происходят обе реакции. Легко видеть, что 0,11 моль СО 2 полностью прореагирует с 0,11 · 2 = 0,22 моль КОН. Поэтому, фактически, идёт только вторая реакция:
и образуется только средняя соль в количестве 0,11 моль.
Во втором случае (б) идут обе реакции:
Здесь остаётся в избытке 0,5 – 0,45 = 0,05 моль КОН, который вступает в следующую стадию процесса:
В этой реакции остаётся 0,45 – 0,05 = 0,4 моль КНСО 3 и образуется 0,05 моль К 2 СО 3 .
Внимание!
Теперь можно подвести итог, определив, когда нужно моль , а когда - нет.
Определять количества заданных веществ в моль НЕ НУЖНО , когда:
- расчёт ведут по одному уравнению, по которому нужно определить массу или объём реагирующих веществ (см. задачу 18);
- расчёт ведут для газов, для которых известен объём (см. задачу 19).
Определять количества заданных веществ в моль НУЖНО , когда:
- определяют избыток (недостаток) реагирующих веществ (см. задачу 23);
- расчёт ведут по нескольким уравнениям. Для примера рассмотрим задачу 25.
Задача 25. Для нейтрализации раствора фенола в этаноле потребовалось 25 мл 40 %-ного раствора КОН (ρ = 1,4 г/мл). При взаимодействии исходного раствора с натрием может выделиться 6,72 л газа. Определить состав исходной смеси.
Известно, что со щелочами реагируют только фенолы:
Рассчитаем:
подставим полученную величину в уравнение реакции (1). Составим уравнения реакций с натрием и перенесём в уравнение (2) количество вещества фенола:
Но в реакциях (2) и (3) было получено 0,3 моль водорода (6,72 л: 22,4 л/моль = 0,3 моль), значит, в реакции (3) было получено 0,175 моль Н 2 . Теперь легко найти количественный состав смеси.
И, наконец, понятие моль необходимо при установлении формулы вещества (см. урок 31.4).
Задачи для самостоятельного решения
62 . Через 200 мл 13 % -ного раствора гидроксида бария (пл. = 1,1 г/мл) пропустили 2 л хлороводорода. Определить цвет индикатора в полученном растворе и массу полученной соли.
63 . В 250 мл воды растворили 13,8 г натрия, затем добавили 50 г 59 %-ной ортофосфорной кислоты. Определить состав и массовую долю соли в полученном растворе.
64 . 8,4 г карбоната магния растворили в 250 мл 15 1,08 г/мл). Определить массовую долю соли в полученном растворе.
65 . 8,4 г цинка растворили в 70 г 120 %-ной соляной кислоты. Определить массовую долю соли в полученном растворе.
66 . 25 л СО 2 пропустили через 500 г 7,5 %-ного раствора едкого натра. Рассчитать массовые доли солей в полученном растворе.
67 . Рассчитать массовую долю кислоты в растворе, полученном смешением 200 мл 15 %-ного раствора серной кислоты (пл. = 1,2 г/мл) с 150 мл 10 %-ного раствора нитрата бария (пл. = 1,04 г/мл).
68 . Какой объём газа выделится, если 3,2 г меди растворить в 50 г 30 %-ной азотной кислоты? Чему равны массовые доли растворённых веществ в полученном растворе?
69 . Твёрдое вещество, полученное при прокаливании карбоната кальция, растворили в воде. Через полученный раствор пропустили сернистый газ, в результате чего образовалась кислая соль массой 101 г. Определить массу карбоната и объёмы газов.
70 . Смешали 200 г 12 %-ного раствора дигидрофосфата натрия и 150 г 5 %-ного раствора гидроксида натрия. Какие вещества содержатся в полученном растворе? Определить их массовые доли и реакцию среды раствора.
71 . Через 100 мл 1,48 %-ного раствора сульфата меди (пл. = 1,08 г/мл) пропустили 300 мл сероводорода. Рассчитать массу осадка и массовую долю кислоты в полученном растворе.
72 . Смешали 12 л бутена и 12 л кислорода. Смесь подожгли. Какой из этих газов и в каком объёме останется в смеси после реакции? Какой объём газа и жидкой воды образуется при этом?
73 . Вычислить массу фенолята натрия, который образуется при взаимодействии 9,4 г фенола с 50 г 12 %-ного раствора гидроксида натрия.
74 . Сколько граммов карбида кальция, который содержит 16 % примесей, нужно для получения 30 г уксусной кислоты?
Задачи на установление формулы вещества
Молекулярная формула вещества отражает его количественный состав. Количественный состав вещества, как и количественный состав раствора, выражают при помощи массовых долей элементов в нём:
Поскольку масса вещества в условии задачи, как правило, не указывается, применяем уже опробованный способ:
Пусть количество вещества равно 1 моль, тогда:
где n - число атомов этого элемента в веществе;
так как количество вещества равно 1 моль.
Получаем:
Задача 26 . Определить массовую долю азота в нитрате аммония.
Решение . Поскольку в молекуле NH 4 NO 3 два атома азота, а М r (NH 4 NO 3) = 80,
Ответ . ω(N) = 35 %.
Зная массовые доли химических элементов в веществе (элементный состав), можно определять молекулярную формулу неизвестного вещества.
Задача 27 . Массовая доля фосфора в оксиде равна 43,66 %. Установить формулу этого оксида.
Решение . Из формулы (4) следует, что:
Поэтому отношение числа атомов n элементов данном в веществе равно:
Согласно этой формуле, нам нужно найти ώ(О) в этом оксиде:
Подставим все данные в формулу (5):
2 значащие цифры после запятой) разделим на наименьшее число:
Поскольку число атомов не может быть дробным, обе величины умножим на 2:
Ответ . Искомая формула - Р 2 О 5 .
Если в задаче не указано, какой элемент входит в состав оксида, но указана его валентность, задача упрощается.
Задача 28 . Массовая доля трёхвалентного элемента в оксиде равна 70 % . Установить формулу этого оксида.
Решение . Формула оксида Э 2 О 3 :
Из выделенной жирным шрифтом пропорции получаем:
Это железо.
Ответ . Формула оксида Fe 2 O 3 .
Эту задачу можно решить и по формуле:
Подставив данные задачи, получаем:
если М(элемента) = х, то М(вещества) равна 2х + 48.
Решите теперь полученное уравнение:
Ответ . х = 56, значит, формула оксида Fe 2 O 3 .
Задача 29 . Установить формулу углеводорода, если он содержит 12,19 % водорода. Плотность по водороду равна 41 .
Решение . Сначала составим общую формулу углеводорода С х H у и рассчитаем массовую долю Н в нём:
где n - число атомов.
По данным задачи рассчитаем массовую долю углерода:
и молярную массу вещества:
Подставив эти данные в формулу, получаем:
Решив полученное уравнение, получаем n = 6 (атомов углерода).
Найдём массу атомов водорода:
Поэтому формула углеводорода С 6 H 10 . Если известен гомологический ряд вещества (общая формула этого ряда), то задача упрощается.
Задача 30 . Установить формулу алкина, если он содержит 12,19 % водорода.
Решение . Сначала составим общую формулу алкина С n H 2n–2 и рассчитаем массовую долю Н в нём:
Решив полученное уравнение, получаем n = 6 (атомов углерода). Поэтому формула алкина С 6 H 10 .
Аналогично задаче 27 решаются все задачи, в которых дан элементный состав вещества, независимо от числа элементов.
Задача 31 . Установить молекулярную формулу вещества, если оно содержит 54,4 % С, 36,4 % О и 9,1 % Н; D(H 2) = 44 .
Соотношение числа атомов n элементов в любом веществе равно:
Подставим данные задачи в эту формулу:
Полученные величины (они должны содержать 2 значащие цифры после запятой) разделим на наименьшее число (2,275):
Получаем состав: С 2 Н 4 О. М(С 2 Н 4 О) = 44 г/моль, а реальная - 88 г/моль, значит, все индексы следует удвоить. Молекулярная формула вещества С 4 Н 8 О 2 . Это может быть или одноосновная предельная кислота, или её эфир.
Задача 32 . При полном сгорании 4,6 г органического вещества получили 8,8 г углекислого газа и 5,4 г воды. Найти молекулярную формулу вещества.
Решение . Определим количества и массы веществ, полученных при сгорании:
поскольку 1 молекула воды (1 моль) содержит два атома (2 моль) этого элемента, поэтому m (Н) = 0,6 г. Суммарная масса этих элементов - 3,0 г. Но сгорело 4,6 г вещества, значит, оно содержит кислород (1,6 г). ν(О ) = 0,1 моль.
Составим уравнение реакции горения и подставим полученные данные в уравнение реакции:
получаем молярные соотношения продуктов реакции:
Теперь определим соотношение атомов элементов в исходном веществе, которое равно молярному соотношению элементов в этом веществе:
Молекулярная формула вещества С 2 Н 6 О .
Этот способ определения молекулярной формулы оптимален, когда неизвестна молекулярная масса вещества , поскольку, если молярная масса дана и задана в задаче через плотность или иначе, то задача решается «в лоб» - по уравнению химической реакции.
Задача 33 . При полном сгорании 2,9 г органического вещества получили 3,36 л углекислого газа и 2,7 г воды. Плотность по водороду равна 29 .
Решение . Сначала рассчитаем молярную массу газа:
Теперь составим схему реакции, обозначив формулу исходного вещества С х Н у
Из выделенных параметров составим пропорции, сначала для СО 2:
а затем для воды:
Решив обе, получаем: х = 3, у = 6, т. е. искомая формула С 3 Н 6 .
Теперь нужно проверить соответствие полученной формулы заданной молярной массе: М(С 3 Н 6) = 42 г/моль, что явно меньше 58 г/моль . Значит, в состав исходного вещества входит кислород. Его молярная масса: М(О) = 58 – 42 = 16, т. е. в состав вещества входит 1 атом кислорода.
Искомая формула С 3 Н 6 О .
Задача 34 . Установить формулу алкена, если 11,2 г его при взаимодействии с бромоводородом образует 27,4 г бромида с положением брома у третичного атома углерода.
Решение . Вначале рассчитаем массу бромоводорода, согласно закону сохранения массы:
и составим уравнение реакции, используя общую формулу алкенов:
откуда найдём количество вещества алкена:
Теперь легко определить молярную массу неизвестного вещества :
Определим молярную массу неизвестного вещества через n:
отсюда: 14n = 56; n = 4 .
Ответ . Состав искомого алкена С 4 Н 8 ; это 2-метилпропен.
Задачи для самостоятельного решения
75 . Оксид неметалла (V), содержащего 56,3 % кислорода, растворили в воде. Определить массовую долю вещества в этом растворе, если исходный оксид был получен из 3,1 г неметалла.
76 . Какой щелочной металл образует сульфат с массовой долей кислорода 23,9 %?
77 . Плотность паров алкана равна 3,214 г/л. Определите его молекулярную массу. Какую формулу имеет этот углеводород?
78 . Один литр алкена имеет массу 1,25 г. Определите молярную массу этого вещества. Составьте его графическую формулу.
79 . Углеводород с плотностью по гелию 28,5 содержит 15,8 % водорода. Установить его формулу.
80 . При сгорании 2,24 л углеводорода получили 8,96 л СО 2 и 7,2 мл воды. Определить формулу углеводорода.
81 . Органическое вещество содержит 37,7 % С, 6,3 % Н и 56 % Сl; 6,35 г его паров занимает объём 11,2 л. При гидролизе этого соединения образуется вещество, которое при восстановлении даёт вторичный спирт. Определить состав и строение исходного вещества.
82 . При сгорании 1 л газообразного углеводорода, обесцвечивающего раствор перманганата калия, расходуется 4,5 л кислорода и образуется 3 л СО 2 . Определить формулу углеводорода.
83 . Установить формулу вещества, при сгорании 4,6 г которого образуется 4,48 л СО 2 и 5,4 мл воды. Плотность паров этого вещества по водороду равна 23.
84 . При взаимодействии 16 г одноатомного спирта с натрием выделилось 5,6 л водорода. Какой спирт был взят для реакции?
85 . Одноосновная кислота имеет состав: ώ(С) = 40 %; ώ(Н) = 6,67 %; ώ (О) = 53,33 %. Плотность паров её по аргону 1,5. Какая это кислота?
86 . Определить строение сложного эфира предельной α-аминоуксусной кислоты, если известно, что он содержит 15,73 % азота.
87 . Имеется смесь четырёх изомеров, каждый из которых реагирует с НСl и содержит в молекуле 23,7 % азота. Определить строение этих соединений и массу исходной смеси, если известно, что вещества предельные, а при сгорании смеси образуется 4,48 л азота.
Задачи, в которых учитывается «выход» полученного вещества
Реальные химические процессы никогда не происходят со 100 %-ным выходом, который рассчитывается по уравнению реакции . Например, вы рассчитали, что должно выделиться 100 л газа, а реально его получено 60 л. Значит, выход (ή) в этой реакции равен:
Выход продукта выражается в долях единицы или в процентах. В нашем примере:
Следует помнить, что в уравнение химической реакции можно подставлять данные только теоретического выхода . Поэтому рассчитаем его (Т):
Подставим полученную величину в уравнение реакции и найдём искомые величины:
Задание . Остальной расчёт сделайте самостоятельно.
Задачи для самостоятельного решения
88 . Какой объем этилена можно получить из 92 граммов спирта? Выход составляет 80 % от теоретически возможного количества.
89 . Сколько граммов хлорвинила можно получить из 56 л ацетилена, если выход составляет 80 %?
90 . 46 г глицерина обработали азотной кислотой. Рассчитайте массу полученного вещества, если выход составляет 40 %. Где применяется это вещество?
91 . Из 56 л ацетилена получили 88 г этаналя. Рассчитайте выход в % от теоретически возможного.
92 . Сколько граммов спирта нужно взять, чтобы получить 7,4 г этилформиата, что составляет 80 % от теоретического выхода?
93 . При нагревании 2,84 г иодметана с 0,69 г натрия получено 179,2 мл углеводорода. Определить выход в % от теоретически возможного.
94 . 184 г толуола прореагировали с 1,5 моль хлора в присутствии хлорида алюминия. Реакция протекала с выходом 90 % от теоретически возможного. Вычислить объём полученного газа, водный раствор которого не окрашивает раствор фенолфталеина.
95 . При нагревании 28,75 мл алканола (ρ = 0,8 г/мл) с концентрированной серной кислотой, получили газ, который может присоединить 8,96 л водорода. Определить строение спирта, если выход газа составляет 80 %.
96 . Какой объём 40 %-ного формалина с плотностью 1,1 г/мл можно получить из 48 мл метанола? Плотность спирта 0,8 г/мл. Выход 80 %.
97 . Сколько граммов эфира можно получить при взаимодействии 30 г уксусной кислоты и 30 г этанола с выходом 30 %?
