7.1.2. Примеры заданий c4 и комментарии к их решению

Задания С4 достаточно разнообразны. Приведем примеры некоторых их них и прокомментируем их решение.

1. К карбиду кальция массой 19,2 г прилили 72,2 мл 16%-ного раствора азотной кислоты (плотность 1,09 г/мл). Какой объем 10%-ного раствора соляной кислоты (плотность 1,05 г/мл) потребуется для нейтрализации полученной реакционной смеси?

1) Запишем уравнения всех реакций в соответствии с условием задачи:

СаС2 + 2HNO3 = C2H2↑ + Ca(NO3)2	(1)
CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2↑	(2)
Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O	(3)

2) Рассчитаем количества веществ реагентов – карбида кальция и азотной кислоты:

n(CaC₂) = 19,2/64 = 0,3 моль

n(HNO₃) = 72,2 ∙ 1,09 ∙ 0,16/63 = 0,2 моль

Как следует из расчетов, карбид кальция взят в избытке, поэтому азотная кислота вступает в реакцию полностью.

3) В реакцию (2) вступает карбид кальция, оставшийся после взаимодействия с азотной кислотой. В результате этого образуется гидроксид кальция, количество вещества которого равно:

n(Ca(ОН)₂) = 0,3 – 0,2/2 = 0,2 моль

Количество вещества соляной кислоты, вступившей во взаимодействие с образовавшимся гидроксидом кальция, равно:

n(HСl) = 2n(Ca(OH)₂) = 2 ∙ 0,2 = 0.4 моль

4) Масса раствора соляной кислоты равна:

mр-ра(НCl) = = 146 г

Объем раствора соляной кислоты будет равен:

Vр-ра(HCl) = 146/1,05 = 139 мл

Ответ: Vр-ра(HCl) = 139 мл

Критерии оценивания этого задания могут выглядеть следующим образом:

Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла)	Баллы
Элементы ответа: 1) Записаны уравнения реакций: СаС2 + 2HNO3 = C2H2↑ + Ca(NO3)2 CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2↑ Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O 2)Рассчитаны количества веществ реагентов и сделан вывод об избытке карбида кальция: n(CaC2) = 19,2/64 = 0,3 моль n(HNO3) = 72,2 ∙ 1,09 ∙ 0,16/63 = 0,2 моль СаС2 – в избытке 3) Рассчитаны количества веществ гидроксида кальция и соляной кислоты, вступившей с ним в реакцию: n(Ca(ОН)2) = 0,3 – 0,2/2 = 0,2 моль n(HСl) = 2n(Ca(OH)2) = 2 ∙ 0,2 = 0.4 моль 4) Вычислен объем соляной кислоты: mр-ра(НCl) = = 146 г Vр-ра(HCl) = 146/1,05 = 139 мл
Ответ правильный и полный, включает все названные выше элементы	4
В ответе допущена ошибка в одном из названных выше элементов	3
В ответе допущена ошибка в двух из названных выше элементов	2
В ответе допущена ошибка в трех из названных выше элементов	1
Все элементы ответа записаны неверно	0
Максимальный балл	4

Еще раз обратим внимание на то, что возможны иные формулировки ответа и другие способы решения, которые отличаются от эталонного, но при этом не искажают смысла задания. Баллы за ответ в этом случае не снижаются. Так, в решении могут отсутствовать некоторые расчеты числа моль реагентов (например, HCl), содержащиеся в критериях. При этом полученные значения количеств веществ учеником указаны в уравнении реакции стрелками, что является вполне допустимым:

0,2моль 0,4моль

Ca(OH)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2H₂O

2. Хлороводород, выделившийся при нагревании 6,44 г хлорида натрия с избытком концентрированной серной кислоты, пропустили через 102 г 5,00%-ного раствора нитрата серебра. Определите массу выпавшего осадка и массовые доли веществ в растворе над осадком.

1) Запишем уравнения реакций в соответствии с условием задачи:

NaCl + H2SO4 = HCl↑ + NaHSO4	(1)
HCl + AgNO3 = AgCl↓ + HNO3	(2)

2) Рассчитаем количество вещества хлорида натрия и хлороводорода, выделяющегося в первой реакции:

n(NaCl) = 6,44/58,5 = 0,11 моль

n(HCl)исх. = n(NaCl) = 0,11 моль

Вычислим количество вещества нитрата серебра в исходном растворе:

n(AgNO₃)исх. = = 0,03 моль

Очевидно, что хлороводород – в избытке.

3) Отсюда следует, что количество вещества и масса осадка хлорида серебра составляют:

n(AgCl) = n(AgNO₃) = 0,03 моль

m(AgCl) = 0,03 ∙ 143,5 = 4,3 г

При этом образуется азотная кислота, количество вещества и масса которой равны соответственно:

n(HNO₃) = n(AgNO₃) = 0,03 моль

m(HNO₃) = 0,03 ∙ 63 = 1,89 г

В реакцию (2) вступит n(HCl)израсх. = n(AgNO₃) = 0,03 моль.

В полученном растворе помимо образовавшейся азотной кислоты будет присутствовать также оставшийся, т.е. не вступивший в реакцию (2), хлороводород, количество вещества и масса которого равны соответственно:

n(HCl)ост. = n(HCl)исх. – n(HCl)израсх. = 0,11 – 0,03 = 0,08 моль

m(HCl)ост. = 0,08 ∙ 36,5 = 2,92 г

4) Найдем массу полученного раствора.

Анализ типичных ошибок, допущенных учащимися при выполнении расчетных задач С4, показывает, что наибольшие затруднения они испытывают именно в определении массы получившегося раствора с учетом выделившегося в процессе реакции осадка или газа. Для нахождения массы полученного раствора следует сложить массы всех исходных веществ, помещенных в данную реакционную среду, и вычесть массы всех образовавшихся в результате реакции газообразных и выпавших в осадок веществ. Этот способ, основанный на законе сохранения массы веществ, является самым простым, логичным и наиболее надежным.

Таким образом, масса полученного раствора будет равна:

mр-ра = m(HCl)исх. + mр-ра(AgNO₃) – m(AgCl)

mр-ра = 0,11 ∙ 36,5 + 102 – 4,3 = 101,72 г

Теперь вычислим массовые доли веществ в полученном растворе:

ω(HNO₃) = 1,89/101,72 = 0,0186, или 1,86 %

ω(HCl) = 2,92/101,72 = 0,0287, или 2,87%

Ответ: m(AgCl) = 4,3 г; ω(HNO₃) = 1,86 %; ω(HCl) = 2,87%

Критерии оценивания этого задания могут выглядеть следующим образом:

Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла)	Баллы
Элементы ответа: 1) Записаны уравнения реакций: NaCl + H2SO4 = HCl↑ + NaHSO4 HCl + AgNO3 = AgCl↓ + HNO3 2) Рассчитаны количества веществ хлорида натрия, хлороводорода и нитрата серебра и сделан вывод об избытке хлороводорода: n(NaCl) = 6,44/58,5 = 0,11 моль n(HCl)исх. = n(NaCl) = 0,11 моль n(AgNO3)исх. = = 0,03 моль HCl – в избытке, расчет ведется по AgNO3 3) Рассчитаны массы осадка хлорида серебра, образовавшейся азотной кислоты и неизрасходованного хлороводорода: n(AgCl) = n(AgNO3) = 0,03 моль m(AgCl) = 0,03 ∙ 143,5 = 4,3 г n(HNO3) = n(AgNO3) = 0,03 моль m(HNO3) = 0,03 ∙ 63 = 1,89 г n(HCl)израсх. = n(AgNO3) = 0,03 моль n(HCl)ост. = n(HCl)исх. – n(HCl)израсх. = 0,11 – 0,03 = 0,08 моль m(HCl)ост. = 0,08 ∙ 36,5 = 2,92 г 4) Определены масса раствора и массовые доли азотной и хлороводородной кислоты в нем: mр-ра = m(HCl)исх. + mр-ра(AgNO3) – m(AgCl) mр-ра = 0,11 ∙ 36,5 + 102 – 4,3 = 101,72 г ω(HNO3) = 1,89/101,72 = 0,0186, или 1,86 % ω(HCl) = 2,92/101,72 = 0,0287, или 2,87%
Ответ правильный и полный, включает все названные выше элементы	4
В ответе допущена ошибка в одном из названных выше элементов	3
В ответе допущена ошибка в двух из названных выше элементов	2
В ответе допущена ошибка в трех из названных выше элементов	1
Все элементы ответа записаны неверно	0
Максимальный балл	4

3. К 16,4 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия (ρ = 1,22 г/мл) прилили 12%-й раствор серной кислоты (ρ = 1,08 г/мл) до полной нейтрализации. Определите объем прилитого раствора серной кислоты. Сколько граммов сульфата натрия надо добавить к полученному раствору, чтобы массовая доля соли в нем стала равна 15%?

1) Запишем уравнение реакции взаимодействия между гидроксидом натрия и серной кислотой согласно условию задачи:

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O

2) Определим количество вещества гидроксида натрия:

n(NaOH) = = 0,1 моль

Тогда количество вещества серной кислоты будет равно:

n(H₂SO₄) = 0,5n(NaOH) = 0,5 ∙ 0,1 = 0,05 моль

Теперь найдем массу раствора серной кислоты и его объем:

mр-ра(H₂SO₄) = = 40,83 г

Vр-ра(H₂SO₄) = 40,83/1,08 = 37,8 мл

3) Из уравнения реакции следует, что образуется 0,05 моль сульфата натрия, масса которого равна:

m(Na₂SO₄) = 0,05 ∙ 142 = 7,1 г

Масса раствора, полученного в результате взаимодействия между растворами гидроксида натрия и серной кислоты, составит:

mр-ра = 16,4 ∙ 1,22 + 40,83 = 60,83 г

4) Пусть масса сульфата натрия, добавленного к полученному раствору для получения 15%-ного, равна х г. Тогда масса сульфата натрия в полученном растворе станет равна m(Na₂SO₄) = 7,1 + х, а масса раствора

mр-ра = 60,83 + х

Теперь можно составить алгебраическое уравнение:

Решая уравнение, получим х = 2,38 г

Ответ: Vр-ра(H₂SO₄) = 37,8 мл; m(Na₂SO₄) = 2,38 г.

Критерии оценивания этого задания могут выглядеть следующим образом:

Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла)	Баллы
Элементы ответа: 1) Записано уравнение реакции: 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O 2) Вычислены количество вещества гидроксида натрия, масса раствора серной кислоты и его объем: n(NaOH) = = 0,1 моль n(H2SO4) = 0,5n(NaOH) = 0,5 ∙ 0,1 = 0,05 моль mр-ра(H2SO4) = = 40,83 г Vр-ра(H2SO4) = 40,83/1,08 = 37,8 мл 3) Определены масса сульфата натрия, полученного в результате взаимодействия между растворами гидроксида натрия и серной кислоты, и масса раствора: n(Na2SO4) = n(H2SO4) = 0,05 моль m(Na2SO4) = 0,05 ∙ 142 = 7,1 г mр-ра = 16,4 ∙ 1,22 + 40,83 = 60,83 г 4) Определена масса сульфата натрия, добавленного к полученному раствору для получения 15%-ного раствора: пусть масса сульфата натрия, добавленного к полученному раствору для получения 15%-ного, равна х г, тогда , откуда х = 2,38 г m(Na2SO4) = 2,38 г
Ответ правильный и полный, включает все названные выше элементы	4
В ответе допущена ошибка в одном из названных выше элементов	3
В ответе допущена ошибка в двух из названных выше элементов	2
В ответе допущена ошибка в трех из названных выше элементов	1
Все элементы ответа записаны неверно	0
Максимальный балл	4

4. Сколько граммов карбида кальция надо добавить к 150 мл 12%-ного раствора соляной кислоты (плотность 1,06 г/мл), чтобы массовая доля соли в полученном растворе стала равна массовой доле кислоты? Какой объем газа выделится при этом?

1) Запишем уравнение реакции согласно условию задачи:

CaC₂ + 2HCl = C₂H₂ + CaCl₂

2) Пусть количество вещества добавленного карбида кальция n(CaC₂) = = x моль. Тогда в реакцию вступит n(HCl)израсх. = 2х моль и образуется n(C₂H₂) = n(CaCl₂) = x моль.

Масса HCl в исходном растворе равна:

m(HCl)исх. = 150 ∙ 1,06 ∙ 0,12 = 19,08 г

После окончания реакции массы оставшейся HCl и образующейся соли будут составят:

m(HCl)ост. = m(HCl)исх. – m(HCl)израсх.

m(HCl)ост. = 19,08 – 2х ∙ 36,5 = 19,08 – 73х

m(CaCl₂) = 111x

3) В соответствии с условием задачи массовые доли HCl и CaCl₂ в полученном растворе равны. Значит, равны и их массы, поэтому можно составить алгебраическое уравнение:

19,08 – 73х = 111x,

откуда х = 0,1037 моль, m(CaC₂) = 0,1037 ∙ 64 = 6,64 г

4) Т.к. количество вещества выделившегося в результате реакции ацетилена n(C₂H₂) = n(CaC₂) = 0,1037 моль, то его объем составит V(C₂H₂) = 0,1037 ∙ 22,4 = 2,32 л.

Ответ: m(CaC₂) = 6,64 г; V(C₂H₂) = 2,32 л

Критерии оценивания этого задания могут выглядеть следующим образом:

Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла)	Баллы
Элементы ответа: 1) Записано уравнение реакции: CaC2 + 2HCl = C2H2↑ + CaCl2 2) Вычислены массы вступивших в реакцию CaC2 и HCl, оставшейся HCl и полученного в результате реакции CaCl2: n(CaC2) = x моль m(HCl)исх. = 150 ∙ 1,06 ∙ 0,12 = 19,08 г m(HCl)ост. = m(HCl)исх. – m(HCl)израсх. m(HCl)ост. = 19,08 – 2х ∙ 36,5 = 19,08 – 73х m(CaCl2) = 111x 3) Определены количество вещества и масса СаС2: 19,08 – 73х = 111x, откуда х = 0,1037 моль, m(CaC2) = 0,1037 ∙ 64 = 6,64 г 4) Определен объем выделившегося ацетилена: n(C2H2) = n(CaC2) = 0,1037 моль V(C2H2) = 0,1037 ∙ 22,4 = 2,32 л.
Ответ правильный и полный, включает все названные выше элементы	4
В ответе допущена ошибка в одном из названных выше элементов	3
В ответе допущена ошибка в двух из названных выше элементов	2
В ответе допущена ошибка в трех из названных выше элементов	1
Все элементы ответа записаны неверно	0
Максимальный балл	4

5. Через 10%-ный раствор гидроксида натрия объемом 36,1 мл (ρ = 1,109 г/мл) пропустили сернистый газ до образования средней соли. К полученному раствору добавили 69,2 мл 20%-ного раствора хлорида бария (ρ = 1,203 г/мл). Определите массовые доли веществ в образовавшемся растворе.

1) Составим уравнения реакций в соответствии с условием задачи:

2NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2O	(1)
Na2SO3 + BaCl2 = BaSO3↓ + 2NaCl	(2)

2) Найдем количество вещества гидроксида натрия, содержащегося в растворе, а затем количество вещества сернистого газа, вступившего в реакцию, и количество вещества образовавшегося сульфита натрия:

n(NaOH) = = 0,1 моль

Как следует из уравнения реакции (1),

n(SO₂) = n(Na₂SO₃) = n(NaOH) = ∙ 0,1 = 0,05 моль

Определим количество вещества хлорида бария, содержащегося в исходном растворе:

n(BaCl₂)исх. = = 0,08 моль

Как следует из уравнения реакции (2), хлорид бария – в избытке, сульфит натрия расходуется полностью, расчет ведем по нему.

3) В результате в реакцию вступает хлорид бария, количество вещества которого равно:

n(BaCl₂)израсх. = n(Na₂SO₃) = 0,05 моль

Количество вещества и масса хлорида бария, оставшегося в растворе, составят:

n(BaCl₂)ост. = n(BaCl₂)исх. – n(BaCl₂)израсх. = 0,08 – 0,05 = 0,03 моль

m(BaCl₂)ост. = 0,03 ∙ 208 = 6,24 г

В осадок выпадет сульфит бария:

n(BaSO₃) = n(Na₂SO₃) = 0,05 моль, его масса будет равна:

m(BaSO₃) = 0,05 ∙ 217 = 10,85 г

В растворе также будет присутствовать хлорид натрия:

n(NaCl) = 2n(Na₂SO₃) = 2 ∙ 0,05 = 0,1 моль, его масса будет равна:

m(NaCl) = 0,1 ∙ 58,5 = 5,85 г

4) Найдем массу полученного раствора, а затем массовые доли хлорида бария и хлорида натрия в нем:

mр-ра = m(SO₂) + mр-ра(NaOH) + mр-ра(BaCl₂) – m(BaSO₃)

mр-ра = 0,05 ∙ 64 + 36,1 ∙ 1,109 + 69,2 ∙ 1,203 – 10,85 = 115,63 г

ω(BaCl₂) = 6,24/115,63 = 0,054, или 5,40%

ω(NaCl) = 5,85/115,63 = 0,0506, или 5,06%

Ответ: ω(BaCl₂) = 5,40%; ω(NaCl) = 5,06%

Критерии оценивания этого задания могут выглядеть следующим образом:

Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла)	Баллы
Элементы ответа: 1) Составлены уравнения реакций: 2NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2O Na2SO3 + BaCl2 = BaSO3↓ + 2NaCl 2) Вычислены количества веществ гидроксида натрия, сернистого газа, сульфита натрия и хлорида бария и сделан вывод об избытке хлорида бария: n(NaOH) = = 0,1 моль n(SO2) = n(Na2SO3) = n(NaOH) = ∙ 0,1 = 0,05 моль n(BaCl2)исх. = = 0,08 моль – избыток 3) Вычислены массы веществ, входящих в раствор, и масса осадка сульфита бария: n(BaCl2)израсх. = n(Na2SO3) = 0,05 моль n(BaCl2)ост. = n(BaCl2)исх. – n(BaCl2)израсх. = 0,08 – 0,05 = = 0,03 моль m(BaCl2)ост. = 0,03 ∙ 208 = 6,24 г n(BaSO3) = n(Na2SO3) = 0,05 моль m(BaSO3) = 0,05 ∙ 217 = 10,85 г n(NaCl) = 2n(Na2SO3) = 2 ∙ 0,05 = 0,1 моль m(NaCl) = 0,1 ∙ 58,5 = 5,85 г 4) Найдены масса полученного раствора и массовые доли хлорида бария и хлорида натрия в нем: mр-ра = m(SO2) + mр-ра(NaOH) + mр-ра(BaCl2) – m(BaSO3) = = 0,05 ∙ 64 + 36,1 ∙ 1,109 + 69,2 ∙ 1,203 – 10,85 = 115,63 г ω(BaCl2) = 6,24/115,63 = 0,054, или 5,40% ω(NaCl) = 5,85/115,63 = 0,0506, или 5,06%
Ответ правильный и полный, включает все названные выше элементы	4
В ответе допущена ошибка в одном из названных выше элементов	3
В ответе допущена ошибка в двух из названных выше элементов	2
В ответе допущена ошибка в трех из названных выше элементов	1
Все элементы ответа записаны неверно	0
Максимальный балл	4

6. Смесь уксусного альдегида и бензальдегида массой 1,41 г полностью окислили до соответствующих кислот гидроксидом меди(II), который был получен в результате взаимодействия между 8%-ным раствором сульфата меди(II) массой 100 г и 15%-ным раствором гидроксида натрия массой 80 г. Определите массовые доли альдегидов в исходной смеси.

1) Запишем уравнения реакций в соответствии с условием задачи:

CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4	(1)
СH3COH + 2Cu(OH)2 → CH3COOH + Cu2O + 2H2O	(2)
C6H5COH + 2Cu(OH)2 → C6H5COOH + Cu2O + 2H2O	(3)

2) Вычислим количества веществ сульфата меди(II) и гидроксида натрия и определим, какое вещество в избытке:

n(CuSO₄) = = 0,05 моль

n(NaOH) = = 0,3 моль

Из уравнения реакции (1) следует, что гидроксид натрия в избытке, расчет ведем по сульфату меди(II).

3) Определим количество вещества гидроксида меди(II). Из уравнения реакции (1) следует, что n(Cu(OH)₂) = n(CuSO₄) = 0,05 моль.

Далее задачу можно решить, составив систему двух уравнений с двумя неизвестными. Для этого введем обозначения: пусть в смеси альдегидов содержалось уксусного альдегида n(СH₃COH) = х моль и бензальдегида - n(C₆H₅COH) = y моль. Тогда в реакцию с уксусным альдегидом вступит гидроксида меди(II) n(Cu(OH)₂) = 2х моль, а с бензальдегидом – n(Cu(OH)₂) = 2у моль, общее количество вещества гидроксида меди(II) составит:

n(Cu(OH)₂)общ. = (2х + 2у) моль

Масса уксусного альдегида будет равна m(СH₃COH) = 44х г, а бензальдегида - m(C₆H₅COH) = 106y г, а масса смеси альдегидов составит:

mсмеси = m(СH₃COH) + m(C₆H₅COH) = (44х + 106y) г

На основании этого составим систему двух уравнения двумя неизвестными:

Решая эту систему, найдем: х = 0.02 моль, у = 0,005 моль

4) Определим массы и массовые доли альдегидов в смеси:

m(СH₃COH) = 44 ∙ 0,02 -= 0,88 г

m(C₆H₅COH) = 106 ∙ 0,005 = 0,53 г

ω(СH₃COH) = 0,88/1,41 = 0,624, или 62,4%

ω(C₆H₅COH) = 0,53/1,41 = 0,276, или 37,6%

Ответ: ω(СH₃COH) = 62,4%; ω(C₆H₅COH) = 37,6%

Критерии оценивания этого задания могут выглядеть следующим образом:

Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла)	Баллы
Элементы ответа: 1) Составлены уравнения реакций: CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4 СH3COH + 2Cu(OH)2 → CH3COOH + Cu2O + 2H2O C6H5COH + 2Cu(OH)2 → C6H5COOH + Cu2O + 2H2O 2) Вычислены количества веществ сульфата меди(II) и гидроксида натрия и сделан вывод об избытке гидроксида натрия: n(CuSO4) = = 0,05 моль n(NaOH) = = 0,3 моль – избыток 3) Определено количество вещества гидроксида меди(II) и составлена система двух уравнений с двумя неизвестными, решением которой найдены количества веществ уксусного альдегида и бензальдегида: n(Cu(OH)2) = n(CuSO4) = 0,05 моль Пусть n(СH3COH) = х моль, n(C6H5COH) = y моль, тогда n(Cu(OH)2) = (2х + 2у) моль m(СH3COH) = 44х г m(C6H5COH) = 106y г mсмеси = m(СH3COH) + m(C6H5COH) = (44х + 106y) г Решением системы определено: х = 0.02 моль, у = 0,005 моль 4) Определены массы и массовые доли альдегидов в смеси: m(СH3COH) = 44 ∙ 0,02 -= 0,88 г m(C6H5COH) = 106 ∙ 0,005 = 0,53 г ω(СH3COH) = 0,88/1,41 = 0,624, или 62,4% ω(C6H5COH) = 0,53/1,41 = 0,276, или 37,6%
Ответ правильный и полный, включает все названные выше элементы	4
В ответе допущена ошибка в одном из названных выше элементов	3
В ответе допущена ошибка в двух из названных выше элементов	2
В ответе допущена ошибка в трех из названных выше элементов	1
Все элементы ответа записаны неверно	0
Максимальный балл	4

7. Раствор пропионата натрия массой 300 г подвергли электролизу с инертным анодом до полного разложения соли. Для нейтрализации образовавшейся щелочи потребовалось 46,7 мл 14,6%-ного раствора соляной кислоты (плотность 1,07 г/мл). Определите массовую долю пропионата натрия в исходном растворе и объем газа, выделившегося на катоде.

1) Запишем уравнения реакций в соответствии с условием задачи:

2C2H5COONa + 2H2O = H2 + 2NaOH + C4H10 + 2CO2	(1)
NaOH + HCl = NaCl + H2O	(2)

2) Вычислим количество вещества хлороводорода, вступившего в реакцию с образовавшимся в результате электролиза гидроксидом натрия:

n(HCl) = = 0,2 моль

Из уравнений реакций (1) и (2) следует, что

n(C₂H₅COONa) = n(NaOH) = n(HCl) = 0,2 моль

3) Определим массу и массовую долю пропионата натрия в исходном растворе:

m(C₂H₅COONa) = 0,2 ∙ 96 = 19,2 г

ω(C₂H₅COONa) = 19,2/300 = 0,064, или 6,4%

4) В результате электролиза на катоде выделяется водород, количество вещества которого и объем равны:

n(Н₂) = n(C₂H₅COONa) = ∙ 0,2 = 0.1 моль

V(H₂) = 0,1 ∙ 22,4 = 2,24 л

Ответ: ω(C₂H₅COONa) = 6,4%; V(H₂) = 2,24 л

Критерии оценивания этого задания могут выглядеть следующим образом:

Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла)	Баллы
Элементы ответа: 1) Составлены уравнения реакций: 2C2H5COONa + 2H2O = H2 + 2NaOH + C4H10 + 2CO2 NaOH + HCl = NaCl + H2O 2) Вычислены количества веществ хлороводорода и пропионата натрия: n(HCl) = = 0,2 моль n(C2H5COONa) = n(NaOH) = n(HCl) = 0,2 моль 3) Определены масса и массовая доля пропионата натрия в исходном растворе: m(C2H5COONa) = 0,2 ∙ 96 = 19,2 г ω(C2H5COONa) = 19,2/300 = 0,064, или 6,4% 4) Определены количество вещества и объем водорода: n(Н2) = n(C2H5COONa) = ∙ 0,2 = 0.1 моль V(H2) = 0,1 ∙ 22,4 = 2,24 л
Ответ правильный и полный, включает все названные выше элементы	4
В ответе допущена ошибка в одном из названных выше элементов	3
В ответе допущена ошибка в двух из названных выше элементов	2
В ответе допущена ошибка в трех из названных выше элементов	1
Все элементы ответа записаны неверно	0
Максимальный балл	4

8. Газ, полученный при взаимодействии 5,0 г карбоната кальция с избытком соляной кислоты, пропустили через 12%-ный раствор гидроксида калия объемом 21,1 мл (ρ = 1,106 г/мл). Определите массовую долю соли в полученном растворе.

1) Составим уравнение реакции взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой:

СаСО₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O

Найдем количество вещества вступившего в реакцию карбоната кальция:

n(СаСО₃) = 5,0/100 = 0,05 моль

2) Далее следует обратить внимание на то, что углекислый газ при взаимодействии со щелочами способен к образованию двух типов солей – средней и кислой, что зависит от соотношения между количествами веществ реагентов:

СО₂ + 2КОН = К₂СО₃ + Н₂О, или

СО₂ + КОН = КНСО₃

Поэтому сначала найдем количество вещества гидроксида калия, содержащегося в растворе, и сопоставим его с количеством вещества углекислого газа:

n(KOH) = = 0,05 моль

Так как количество вещества гидроксида калия равно количеству вещества углекислого газа, то, следовательно, образуется кислая соль КНСО₃.

3) Определим количество вещества и массу полученного гидрокарбоната калия:

n(KHCO₃) = n(KOH) = 0,05 моль

m(KHCO₃) = 0,05 ∙ 100 = 5 г

4) Найдем массу полученного раствора, а затем массовую долю гидрокарбоната калия в нем:

m_.р-ра = mр-ра(КОН) + m(СО₂) = 21,1 ∙ 1,106 + 0,05 ∙ 44 = 25,5 г

ω(KHCO₃) = 5/25,5 = 0,196, или 19,6%

Ответ: ω(KHCO₃) = 19,6%

Критерии оценивания этого задания могут выглядеть следующим образом:

Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла)	Баллы
Элементы ответа: 1) Составлено уравнение реакции взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой и найдено количество вещества карбоната кальция: СаСО3 + 2HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O n(СаСО3) = 5,0/100 = 0,05 моль 2) Найдено количество вещества гидроксида калия, сделан вывод об образовании кислой соли и составлено уравнение реакции взаимодействия углекислого газа с гидроксидом калия: n(KOH) = = 0,05 моль СО2 + КОН = КНСО3 3) Определены количество вещества и масса гидрокарбоната калия: n(KHCO3) = n(KOH) = 0,05 моль m(KHCO3) = 0,05 ∙ 100 = 5 г 4) Найдены масса полученного раствора и массовая доля гидрокарбоната калия в растворе: m.р-ра = mр-ра(КОН) + m(СО2) = 21,1 ∙ 1,106 + 0,05 ∙ 44 = 25,5 г ω(KHCO3) = 5/25,5 = 0,196, или 19,6%
Ответ правильный и полный, включает все названные выше элементы	4
В ответе допущена ошибка в одном из названных выше элементов	3
В ответе допущена ошибка в двух из названных выше элементов	2
В ответе допущена ошибка в трех из названных выше элементов	1
Все элементы ответа записаны неверно	0
Максимальный балл	4

9. Железную пластинку массой 20 г поместили в 16%-ный раствор сульфата меди(II) объемом 200 мл (ρ = 1,18 г/мл). Через некоторое время пластинку вынули из раствора, просушили и взвесили. Масса пластинки оказалась равной 21,6 г. Определите массовые доли солей в полученном растворе.

1) Составим уравнение реакции взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой:

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

2) Эту задачу удобно решить алгебраическим методом, для чего обозначим количество вещества железа, вступившего в реакцию через х: n(Fe) = x моль. Тогда, как следует из уравнения реакции,

n(CuSO₄)израсх. = n(FeSO₄) = n(Cu) = n(Fe) = х

Масса железа, вступившего в реакцию, и масса образовавшейся меди, будут составят:

m(Fe) = 56x г

m(Cu) = 64x г

Масса пластинки увеличится на

∆m = m(Cu) – m(Fe) = 64x – 56x = 8x г

∆m = 21,6 = 20,0 = 1,6 г

Составим уравнение:

8х = 1,6, откуда х = 0,2.

Таким образом, n(Fe) = n(CuSO₄)израсх. = n(FeSO₄) = n(Cu) = 0,2 моль

3) Определим массу сульфата меди(II) в исходном и в полученном растворе, а также массу образовавшегося сульфата железа(II):

m(CuSO₄)исх. = 200 ∙ 1,18 ∙ 0,16 = 37,76 г

m(CuSO₄)ост. = m(CuSO₄)исх. – m(CuSO₄)израсх. = 37,76 – 0,2 ∙ 160 = 5,76 г

m(FeSO₄) = 0,2 ∙ 152 = 30,4 г

4) Найдем массу полученного раствора и массовые доли сульфата меди(II) и сульфата железа(II) в нем. Определяя массу полученного раствора, следует учесть, что если масса пластинки увеличилась на 1,6 г, то на столько же граммов уменьшилась масса полученного раствора:

mполуч. р-ра = mр-ра(CuSO₄)исх. – ∆m = 200 ∙ 1,18 – 1,6 = 234,4 г

ω(CuSO₄) = 37,76/234,4 = 0,0246, или 2,46%

ω(FeSO₄) = 30,4/234,4 = 0,1297, или 12,97%

Ответ: ω(CuSO₄) = 2,46%; ω(FeSO₄) = 12,97%

Критерии оценивания этого задания могут выглядеть следующим образом:

Содержание верного ответа и указания по оцениванию (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла)	Баллы
Элементы ответа: 1) Записано уравнение реакции: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 2) Вычислены количества веществ железа и сульфата меди(II), вступивших в реакцию, и полученных в результате реакции меди и сульфата железа(II): пусть n(Fe) = x моль, тогда n(CuSO4)израсх. = n(FeSO4) = n(Cu) = n(Fe) = х ∆m = m(Cu) – m(Fe) = 64x – 56x = 8x г ∆m = 21,6 = 20,0 = 1,6 г 8х = 1,6, откуда х = 0,2 3) Определены массы сульфата меди(II) и сульфата железа(II) в полученном растворе: m(CuSO4)исх. = 200 ∙ 1,18 ∙ 0,16 = 37,76 г m(CuSO4)ост. = m(CuSO4)исх. – m(CuSO4)израсх. m(CuSO4)ост.= 37,76 – 0,2 ∙ 160 = 5,76 г m(FeSO4) = 0,2 ∙ 152 = 30,4 г 4) Определим массу полученного раствора и массовые доли сульфата меди(II) и сульфата железа(II) в нем: mполуч. р-ра = mр-ра(CuSO4)исх. – ∆m = 200 ∙ 1,18 – 1,6 = 234,4 г ω(CuSO4) = 37,76/234,4 = 0,0246, или 2,46% ω(FeSO4) = 30,4/234,4 = 0,1297, или 12,97%
Ответ правильный и полный, включает все названные выше элементы	4
В ответе допущена ошибка в одном из названных выше элементов	3
В ответе допущена ошибка в двух из названных выше элементов	2
В ответе допущена ошибка в трех из названных выше элементов	1
Все элементы ответа записаны неверно	0
Максимальный балл	4