Zadachi po obshei himii

«

»

()

Литвинова Т.Н. ЗАДАЧИ ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ

-

-

2011

2472

64

:

. .. , ,

... ..

.

. .. ,

..., ..

.

,

..., ..

, , . . ., ..

..

64 -. – 4-., . – :, 2011. – 224 .

	–
,	,
,

,

,

.

,

,

,

-.

.

, , .

14 20 2011 .

Медик без довольного познания химии совершен быть не может

М. В. Ломоносов

ПРЕДИСЛОВИЕ

Потребность в подобном пособии по общей химии с медикобиологической направленностью назрела давно. Она диктуется необходимостью новых требований к подготовке специалистов в области здравоохранения и в пополнении имеющегося комплекса учебно-методических материалов по общей химии.

Новизна книги заключается в том, что задания выбраны применительно не к отдельному понятию или закону, а к комплексу знаний.

Расчетные задачи сгруппированы по модульному принципу, что соответствует содержанию важнейших тем курса общей химии для медицинских вузов. Модульный подход, использующийся в построении данного пособия, применяется в работах такого рода впервые и имеет неоценимые преимущества в том, что дает возможность преподавателю и студентам использовать его в соответствии с любыми учебными планами, при любой последовательности изучения курса, принятой в конкретном вузе, гибко варьируя модули задач. В каждом модуле даны примеры решения типовых задач, а ко всем задачам для самостоятельного решения приведены ответы, что позволяет студентам научиться правильно решать и обеспечивает самоконтроль их действий. Весь материал пособия изложен в пяти модулях.

Важная задача сборника — показать, как глубоко связана химия с медициной и повседневной жизнью. Необходимые для полноценного усвоения общей химии типовые и комплексные химические задачи по своему содержанию имеют профессиональную медицинскую направленность, т. е. обеспечивают профессионализацию данного курса в медицинском вузе.

В пособие включены расчетные задачи разной степени сложности как типовые, так и комплексные, что дает возможность пре-

3

подавателю дифференцироватьработу состудентамииразнообразить тематику задач.

Сборник задач выполняет обучающую, самоорганизующую, контролирующую и прикладную функции, дает возможность студенту самому оценить уровень сформированности расчетных умений, развить собственную инициативу и познавательную активность по решению разнообразных химических задач.

Данное пособие может быть использовано студентами и преподавателями биологических, нехимических специальностей немедицинских вузов, медицинских училищ и колледжей.

Автор

М о д у л ь 1 ОСНОВЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

Параметр

Обозначение,

Смысловое значение

единица

Массовая

X

m X

, доли

Отношение массы растворен-

доля

ного вещества к массе раствора

вещества

m

р-ра

X

m X 100

,

в растворе

m р-ра

проценты

Моль

—

Количество вещества, которое

содержит столько молекул

(атомов) этого вещества, сколь-

ко атомов содержится в 12 г

(0,012 кг) углерода

Количество

n , моль

Количество вещества равно от-

вещества

X

ношению массы вещества к его

n

m

молярной массе

M X

Молярная

c X

n X

Отношение количества веще-

концентра-

ства X, содержащегося в рас-

V р-ра

ция

m X

,

творе, к объему этого раствора

M X V р-ра

моль м3, моль/л

Эквивалент

—

Это частица (условная или ре-

альная), которая может отда-

вать, присоединять или как-то

иначе быть равноценной одно-

му иону водорода в кислотно-

основных реакциях, а в окисли-

тельно-восстановительных ре-

акциях — одному электрону

5

Параметр

Обозначение,

Смысловое значение

единица

Фактор

fэкв

1

, где z — число

Число, показывающее, какая

z

эквивалент-

эквивалентов вещества,

часть реальной частицы веще-

ности

содержащихся в 1 моль

ства эквивалентна одному иону

этого вещества

водорода в кислотно-основной

реакции или одному электронув

окислительно-восстановитель-

ной реакции

Количество

1

Количествовещества,условной

n

zX , моль

вещества

структурной единицей которого

эквивалента

является эквивалент

Молярная

1

Масса одного моля эквивален-

M

zX

fэквM

X ,

масса эк-

г/моль

та вещества

вивалентов

вещества

Молярная

1

Отношениеколичествавещест-

c

zX

концентра-

m X

,

ва эквивалента в растворе к

ция экви-

объему этого раствора

f X M X V

р-ра

валента

моль м3, моль л

Моляльная

cm X

n X

Отношениеколичествавещест-

концен-

ва к массе растворителя

m р-ля

трация

m X

,

M X m р-ля

моль/кг

Молярная

N X

n X

Отношение количества вещест-

доля

вакомпонентаXкобщемуколи-

ni

вещества

честву всех веществ в системе

Титр

m X

Масса вещества X, содержа-

раствора

T

X

, г/мл

щегося в 1 мл раствора

V

СВЯЗИ МЕЖДУ СПОСОБАМИ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА

c X M X

c

1

1

T X 100

Массовая доля

zX M

zX

10

10

Молярная

X

10

1

T X 1000

концентрация

c

X

c

zX

fэкв

M X

M X

6

Молярная концен-

1

X 10

c X

T X 1000

трация эквивалента

c

zX

fэкв

M 1 zX

M 1 zX

X

c z M X

c

1

1

Титр раствора

T X

zX M

zX

100

1000

1000

Моляльная

cm X

X 1000

концентрация

100

X M X

ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ

В химических реакциях число молей эквивалентов всех веществ, вступивших в реакцию и образовавшихся в ней, всегда равны между собой. Для произвольной реакции aA bB cC dD закон эквивалентов имеет следующие математические выражения:

1) n		1
		zA				n
2)		m A
	f A M A
	1					A
3) c		zA		V
4)		m A
	f A M A

1

1

1

;

zB

n

zC

n zD

m B

m C

m D

;

f B M B

f C M C

f D M D

c

1

;

zB

V

B

m B

;

f B M B

5) f

m

A

A M A

c

1	B
z

V B

;

6) m A

c

1 B V B

z

Vпробы A

M

1	A
z

V колбы

10 3.

Задачи с решениями

1. Вычислите массу вещества, содержащуюся в заданном количестве вещества: а) 2,5 моль HCl; б) 3,0 моль NaCl; в) 0,5 моль NaOH; г) 0,1 моль AgNO3.

	Решение. Из	формулы X	m X		находим
			M X
	X M X .
	а) m HCl 2 5 моль 36 5 г моль 91 25 г;
	б) m NaCl	3 0 моль 58 5 г моль 175 5 г;

m X

7

в) m NaOH 0 5 моль г) m AgNO3 0 1 моль

40 г моль 20 0 г;170 г моль 17 0 г.

Ответ:

в) m NaOH

а) m HCl20 0 г; г)

91 25 г; m AgNO3

б) m NaCl17 0 г.

175 5 г;

2.Определите фактор эквивалентности вещества, указанного

вуравнениях и схеме реакций первым:

а) H3PO4 2KOH		K2HPO4 2H2O
б) Na2CO3	2HCl	2NaCl CO2	H2O
в) KMnO4	Na2SO3 H2SO4
MnSO4 Na2SO4		K2SO4 H2O

Решение. Фактор эквивалентности определяется природой реагирующих веществ и характером данной реакции:

1

а) f

H3PO4

2, так как происходит замещение двух ионов

водорода в ортофосфорной кислоте;

1

б) f

Na2CO3

2, так как замещаются два иона натрия, что

равноценно замещению двух ионов водорода;

8H Mn2

в) f KMnO4

1 , так как MnO

5e

5

4

4H2O, частица окислителя присоединяет пять электронов

H3PO4

1

Na2CO3

1

KMnO4

1

Ответ: f

2; f

2

; f

5.

3. Определите молярную массу эквивалентов вещества сер-

1

ной кислоты, если f

H2SO4

2.

Решение. Молярная масса эквивалентов вещества рассчитывается по формуле

Mэкв

X

f X M X ;

Mэкв H2SO4

1

2

98

49 г

моль.

Ответ:

Mэкв H2SO4

49 г

моль.

4. Вычислите массу вещества, содержащегосяв заданном количестве эквивалентов: а) 0,2 экв. H2SO4; б) 2,0 экв. Na2CO3; в) 0,5 экв. Ca OH 2; г) 0,05 экв. AgNO3.

Решение.

1-й способ. Находим

X

из формулы

экв X

X f X

X

экв X f X ,

а затем m X

X

M X :

8

а)

H2SO4 0 2
m H2SO4	0 1

1
2

моль

0 1 моль;

98 г моль

9 8 г;

б)

Na2CO3 2 0
m Na2CO3	1 0

1
2

моль

1 0 моль;

106 г моль

106 г;

в)

		OH 2			1
	Ca			0 5	2

m Ca OH 2

0 25 моль

0 25 моль;74 г моль

18 5 г;

г)

AgNO3 0 05
m AgNO3	0 05

1
2

моль

0 05 моль;

170 г моль

8 5 г;

2-й способ. Можно воспользоваться формулой

экв X

m X	,
f X M X

где экв фактор альной

X — количество эквивалентов вещества X, моль; f X — эквивалентности (число, показывающее, какую долю речастицы составляет эквивалент); тогда

m X

экв X

f X M X ;

									1				98
а) m H2SO4						0 2				2				9 8 г;
								1
б) m Na2CO3							2			2		106				106 г;
		OH 2									1
в) m Ca							0 5					2 74					18 5 г;
г) m AgNO3			0 05						1				170 8 5 г.

Ответ: а)

в) m Ca OH 2

m H2SO418 5 г; г)

9 8 г; б) m Na2CO3 m AgNO3 8 5 г.

106 г;

5. Рассчитайте молярную массу эквивалентов вещества гидроксида кальция в реакции неполного обмена гидроксид-ионов.

Решение. По условию задачи Ca OH неполного обмена OH -ионов:

Ca OH 2 HCl CaOHCl H2O

2 участвует в реакции

Следовательно, f Ca OH 2 1.

Молярную массу эквивалентов вещества формуле Mэкв Ca OH 2 1 74 г моль 74 г

рассчитывают помоль.

Ответ:

Mэкв

Ca OH 2

74 г

моль.

9

6. Вычислите количество вещества и количество вещества эквивалентов в данной массе вещества: а) 0,49 г H2SO4; б) 16,0 г NaOH; в) 39,0 г Na2S; г) 53,0 г Na2CO3.

Решение.

X	m X	;
	M X

экв X

m X	;
f X M X

а)

H2SO4

экв H2SO4

0 49 г

98 г моль

0 49

	98	1
		2

0 005 моль;

0 01 моль;

б)

NaOH

экв NaOH

16 0 г

40 г моль

		16 0
		40	1

0 4 моль; 0 4 моль;

в)

Na2S

экв Na2S

39 0 г

78 г моль

		39 0
		78		1
				2

0 5 моль;

1 моль;

г)

Na2CO3

экв Na2CO3

53 0 г

106 г моль

53 0

	106	1
		2

0 5 моль;

1 моль.

б)

в)

г)

Ответ: а) H2SO4 0 005 моль; экв H2SO4NaOH 0 4 моль; экв NaOH 0 4 моль;

Na2S 0 5 моль; экв Na2S 1 моль;

Na2CO3 0 5 моль; экв Na2CO3 1 моль.

0 01 моль;

7. Вычислите массу (г) растворенного вещества, содержащегося в заданном объеме раствора с указанной молярной концентрацией: а) 150 мл 0,5 М CH3COOH; б) 200 мл 0,1 М KOH.

Решение.

	c X		m X 1000						m X			c X M X V р-ра	;
		M X V р-ра мл										1000
	а) m CH3COOH					0 5	60		150		4 5 г;
							1000
	б) m KOH			0 1	40	200			0 8 г.
					1000
	Ответ:		а) m CH3COOH 4 5 г; б) m KOH 0 8 г.

10