Задачи 4 решение

3-49. Навеску сульфида железа (II) массой 22 г обработали соляной кислотой. Весь образовавшийся газ пропустили через 12%-й раствор гидроксида натрия массой 150 г. Вычислите массовые доли солей в растворе после реакции.

FeS + 2HCl = FeCl₂ + H₂S↑

H₂S + 2NaOH = Na₂S + 2H₂O

n(H₂S) = n(FeS) = 22/88 = 0,25 моль

n(NaOH) = 150*0,12/40 = 0,45 моль

H₂S в избытке. Образуется 0,225 моль Na₂S, остается 0,25 – 0,225 = 0,025 моль H₂S, который реагирует дальше с сульфидом натрия:

H₂S + Na₂S = 2NaHS

Образуется 0,025*2 = 0,05 моль NaHS, остается 0,225 – 0,025 = 0,2 моль Na₂S.

m(Na₂S) = 0,2*78 = 15,6 г

m(NaHS) = 0,05*56 = 2,8 г

m(р-ра) = 150 + 0,25*34 = 158,5 г

ω(Na₂S) = (15,6/158,5)*100% = 9,8%

ω(NaHS) = (2,8/158,5)*100% = 1,8%

Ответ: 9,8% Na₂S, 1,8% NaHS

3-69. Сернистый газ, полученный в результате обжига 8 г пирита, содержащего 75% FeS₂, пропустили через 5%-й раствор гидроксида натрия массой 120 г. Вычислите массовые доли солей в растворе после пропускания сернистого газа.

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂↑

m(FeS₂) = 0,75*8 = 6 г

n(SO₂) = 2n(FeS₂) = 2*6/120 = 0,1 моль

n(NaOH) = 120*0,05/40 = 0,15 моль

SO₂ + 2NaOH = Na₂SO₃ + H₂O

SO₂ в избытке. Образуется 0,15/2 = 0,075 моль Na₂SO₃, остается 0,1 – 0,075 = 0,025 моль SO₂.

SO₂ + Na₂SO₃ + H₂O = 2NaHSO₃

Образуется 2*0,025 = 0,05 моль NaHSO₃, остается 0,075 – 0,025 = 0,05 моль NaHSO₃.

m(NaHSO₃) = 0,05*104 = 5,2 г

m(Na₂SO₃) = 0,05*126 = 6,3 г

m(р-ра) = 120 + 64*0,1 = 126,4 г

ω(NaHSO₃) = (5,2/126,4)*100% = 4,1%

ω(Na₂SO₃) = (6.3/126,4)*100% = 5%

Ответ: 4,1% NaHSO₃, 5% Na₂S

3-33. Какая масса сульфида меди (II) образуется при пропускании сероводорода объемом 4,48 л (н. у.) через 10%-й раствор сульфата меди (II) объемом 363,6 мл? (Плотность раствора равна 1,1 г/мл.)

n(H₂S) = 4,48/22,4 = 0,2 моль

n(CuSO₄) = 363,6*1,1*0,1/160 = 0,25 моль

H₂S + CuSO₄ =CuS↓ + H₂SO₄

CuSO₄ в избытке.

n(CuS) = n(H₂S) = 0,2 моль

m(CuS) = 0,2*96 = 19,2 г

Ответ: 19,2 г

3-99. Исторический способ получения серной кислоты заключается в прокаливании в реторте железного купороса FeSO₄ ∙ 7H₂O. При этом железный купорос сначала теряет кристаллизационную воду, а затем разлагается по уравнению:

2FeSO₄ = Fe₂O₃ + SO₂ + SO₃

Серный ангидрид, взаимодействуя с водой, образует серную кислоту. Этот способ получения объясняет ее старинное название – купоросное масло. Рассчитайте, какую массу 50%-го раствора серной кислоты можно получить из железного купороса массой 69,5 г.

n(FeSO₄ ∙ 7H₂O) = 69,5/278 = 0,25 моль

n(SO₃) = n(FeSO₄ ∙ 7H₂O)/2 = 0,125 моль

M(SO₃)/M(H₂SO₄) = 80/98 – массовая доля SO₃ в H₂SO₄

(80/98)*0,5 – массовая доля SO₃ в растворе

m(р-ра) = m(SO₃)/(массовая доля SO₃ в растворе) = 0,125*80*98/(80*0,5) = 24,5 г

Ответ: 24,5 г

4-55. Навеску смеси порошков меди и алюминия массой 25 г обработали избытком горячей концентрированной азотной кислоты. В результате реакции образовалось 8,96 л (н. у.) газа. Вычислите массовые доли металлов в исходной смеси.

Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

Al + HNO₃ → ×

n(NO₂) = 8,96/22,4 = 0,4 моль

n(Cu) = n(NO₂)/2 = 0,2 моль

m(Cu) = 0,2*64 = 12,8 г

ω(Cu) = (12,8/25)*100% = 51,2%

ω(Al) = 100 – 51,2 = 48,8%

Ответ: 51,2% Cu, 48,8% Al

4-59. Навеску латуни (сплава меди с цинком) массой 100 г растворили в азотной кислоте. Полученный раствор нитратов аккуратно выпарили и полученную смесь безводных нитратов взвесили. Масса нитратов составила 292,56 г. Вычислите массовые доли цинка и меди в латуни.

Cu → Cu(NO₃)₂

Zn → Zn(NO₃)₂

Пусть в навеске латуни было x моль Cu и y моль Zn. Тогда:

64x + 65y = 100

188x + 189y = 292,56

x = 0,939

y = 0,614

ω(Cu) = (0,939*64/100)*100% = 60%

ω(Zn) = 100 – 60 =40

Ответ: 60% Cu, 40% Zn

3-93. Кусочки меди массой 16 г обработали 98%-м раствором серной кислоты массой 70 г. Вычислите массу и объем (н. у.) образовавшегося сернистого газа.

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

n(Cu) = 16/64 = 0,25 моль

n(H₂SO₄) = 70*0,98/98 = 0,7 моль

H₂SO₄ в избытке.

n(SO₂) = n(Cu) = 0,25 моль

m(SO₂) = 0,25*64 = 16 г

V(SO₂) = 0,25*22,4 = 5,6 л

Ответ: 16 г; 5,6 л

3-96. Вычислите массу минерала халькозина, содержащего 80% сульфида меди (I), необходимого для получения 196 т «башенной серной кислоты» (75%-го раствора серной кислоты), считая, что выход продукта от теоретически возможного составит 80%.

Cu₂S → H₂SO₄

n(H₂SO₄) = 0,8n(Cu₂S)

m(H₂SO₄) = 196*0,75 = 147 т

n(H₂SO₄) = 147*10⁶/98 = 1,5*10⁶ моль

n(Cu₂S) = 1,5*10⁶/0,8 = 1,875*10⁶ моль

m(Cu₂S) = 1,875*10⁶ *160 = 300 т

m(халькозина) = 300/0,8 = 375 т

Ответ: 375 т

4-22. Вычислите массу аммиачной воды (25%-го раствора аммиака), которая получится при растворении в воде аммиака, выделившегося при взаимодействии сульфата аммония массой 33 г и гидроксида кальция массой 37 г.

(NH₄)SO₄ + Ca(OH)₂ = CaSO₄ + 2NH₃↑ + 2H₂O

n((NH₄)₂SO₄) = 33/132 = 0,25 моль

n(Ca(OH)₂) = 37/74 = 0,5 моль

Гидроксид кальция в избытке.

n(NH₃) = 2n((NH₄)₂SO₄) = 0,5 моль

m(NH₃) = 0,5*17 = 8,5 г

m(амм. воды) = 8,5*4 = 34 г

Ответ: 34 г

4-57. Порцию свинца растворили в азотной кислоте. Образовавшийся раствор выпарили, а сухой остаток прокалили. в результате получили порцию вещества массой 44,6 г. Какова масса исходной порции свинца?

Pb + HNO₃ → Pb(NO₃)₂

Pb(NO₃)₂ = PbO + 2NO₂↑ + (½)O₂↑

n(Pb) = n(PbO) = 44,6/223 = 0,2 моль

m(Pb) = 207*0,2 = 41,4 г

Ответ: 41,4 г

4-61. Вычислите массу нитрата и нитрита натрия, полученных при взаимодействии избытка диоксида азота с 20%-м раствором гидроксида натрия массой 200 г.

2NO₂ + 2NaOH = NaNO₃ + NaNO₂ + H₂O

n(NaOH) = 200*0,2/40 = 1 моль

n(NaNO₃) = n(NaNO₂) = n(NaOH)/2 = 0,5 моль

m(NaNO₃) = 0,5*85 = 42,5 г

m(NaNO₂) = 0,5*69 = 34,5 г

Ответ: 42,5 г NaNO₃, 34,5 г NaNO₂

5-47. Навеску фосфора массой 9,3 г сожгли в избытке кислорода. Образовавшийся фосфорный ангидрид растворили в 200 г 10%-го раствора гидроксида натрия. Вычислите массовые доли солей в растворе после реакции.

4P + 5O₂ = 2P₂O₅

Возможные реакции:

P₂O₅ + 6NaOH = 2Na₃PO₄ + 3H₂O

P₂O₅ + 4NaOH = 2Na₂HPO₄ + H₂O

P₂O₅ + 2NaOH + H₂O = 2NaH₂PO₄

n(P₂O₅) = n(P)/2 = 9,3/(31*2) = 0,15 моль

n(NaOH) = 200*0,1/40 = 0,5 моль

2 < n(NaOH)/n(P₂O₅) < 4

Следовательно, образуются гидро- и дигидрофосфат натрия.

P₂O₅ + 4NaOH = 2Na₂HPO₄ + H₂O

Тут P₂O₅ в избытке. Образуется n(NaOH)/2 = 0,25 моль Na₂HPO₄, остается 0,15 – n(NaOH)/4 = 0,025 моль P₂O₅.

P₂O₅ + 2Na₂HPO₄ + 3H₂O = 4NaH₂PO₄

Образуется 4n(P₂O₅ ост.) = 4*0,025 = 0,1 моль NaH₂PO₄. Осталось 0,25 – 2*n(P₂O₅ ост.) = 0,25 – 0,05 = 0,2 моль Na₂HPO₄

m(Na₂HPO₄) = 0,2*142 = 28,4 г

m(NaH₂PO₄) = 0,1*120 = 12 г

m(р-ра) = 200 + 0,15*142 = 221,3

ω(Na₂HPO₄) = (28,4/221,3)*100% = 12,8%

ω(NaH₂PO₄) = (12/221,3)*100% = 5,4%

Ответ: 12,8% Na₂HPO₄, 5,4% NaH₂PO₄

6-46. При сгорании торфа массой 1 кг образуется примерно углекислый газ массой 2,16 кг. Вычислите массовую долю элемента-углерода в торфе.

m(C) = 12*n(C) = 12*n(CO₂) = 12*2,16/44 = 0,589 кг

ω(С) = (0,589/1)*100% ≈ 60%

Ответ: 60%

6-48. Для полного сгорания навески смеси угля и серы массой 2,8 г потребовалась порция кислорода объемом 3,36 л (н. у.). Вычислите массовые доли веществ в исходной смеси.

C + O₂ = CO₂

S + O₂ = SO₂

n(O₂) = 3,36/22,4 = 0,15 моль

Пусть в навеске было x моль C и y моль S. Тогда:

12x + 32y = 2,8

x + y = 0,15

x = 0,1

y = 0,05

m(C) = 12x = 1,2 г

ω(С) = (1,2/2,8)*100% = 42,9%

ω(S) = 100 – 42,9 = 57,1%

Ответ: ω(С) = 42,9%, ω(S) = 57,1%

6-55. Навеску кристаллической соды массой 286 г растворили в воде массой 714 г. Определите процентную и молярную концентрацию соды в образовавшемся растворе. Плотность раствора примите равной 1,11 г/см³.

V(р-ра) = (286 + 714)/1,11 = (1/1,11) л

n(H₂O) = 714/18 = 39,7 моль

n(Na₂CO₃*10H₂O) = 286/286 = 1 моль

c(Na₂CO₃) = 1/V(р-ра) = 1,11 моль/л

ω(Na₂CO₃) = (106*1/1000)*100% = 10,6%

Ответ: 10,6%, 1,11 моль/л

6-60. Газ, образовавшийся в результате полного сгорания этана C₂H₆ объемом 179,2 мл (н. у.), пропустили через 0,1%-й раствор гидроксида кальция массой 740 г. Вычислите массу образовавшегося осадка и массовую долю вещества, находящегося в растворе после реакции.

C₂H₆ + 3,5O₂ = 2CO₂ + 3H₂O

n(CO₂) = 2n(C₂H₆) = 2*0,1792/22,4 = 0,016 моль

n(Ca(OH)₂) = 0,001*740/74 = 0,01 моль

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O

CO₂ в избытке. Образуется 0,01 моль CaCO₃, остается 0,006 моль CO₂.

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂

Образуется 0,006 моль Ca(HCO₃)₂, остается 0,01 – 0,006 = 0,004 моль CaCO₃.

m(CaCO₃) = 0,004*100 = 0,4 г

m(Ca(HCO₃)₂) = 0,006*162 = 0,972 г

m(р-ра) = 740 + 0,016*44 – 0,4 = 740,304 г

ω(Ca(HCO₃)₂) = (0,972/740,304)*100% = 0,13%

Ответ: 0,4 г, 0,13%

6-62. К порции смеси пропана C₃H₈ и аммиака объемом 50 мл добавили кислород объемом 100 мл и полученную смесь подожгли. После конденсации паров воды и приведения смеси к исходным условиям ее объем составил 70 мл. Вычислите объемные доли и массовые доли газов в исходной смеси. (Объемы газообразных веществ измерены при одинаковых условиях.)

С₃H₈ + 5O₂ = 3CO₂ + 4H₂O

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O

Пусть в порции было x мл C₃H₈ и y мл NH₃. Предположим, кислород был в избытке. z мл – избыточный кислород. Тогда:

x + y = 50

5x + (3/4)y + z = 100

3x + 0,5y + z = 70

x = 10

y = 40

z = 20

10 мл пропана : 40 мл аммиака

20% пропана : 80% аммиака

Пусть есть образец этой смеси, содержащий 1 моль пропана. Тогда:

ω(С₃H₈) = (1*44/(1*44 + 4*17))*100% = 39,2%

ω(NH₃) = 100 – 39,2 = 60,8%

Ответ: объемные: 20% С₃H₈ - 80% NH₃; массовые: 39,2% С₃H₈ – 60,8% NH₃

8-69. Вычислите массу натрия и 10%-го раствора гидроксида натрия, которые потребуются для приготовления 20%-го раствора гидроксида натрия массой 400 г.

Na + H₂O = NaOH + (½)H₂↑

Пусть необходимо x моль = 23x г Na.

0,2 = (x*40 + 0,1*m(10% р-ра))/(m(10% р-ра) + 23x - x) = (40x + 0,1*m(10% р-ра))/(m(10% р-ра) + 22x)

m(10% р-ра) = 400 – 23x + x = 400 – 22x

0,2 = (40x + 40 – 2,2x)/(400)

37,8x + 40 = 80

x = 1,0582

m(Na) = 23x = 24,33 г

m(10% р-ра) = 400 – m(Na) + m(H₂) = 400 – 24,33 + 1,058 = 376,64 г

Ответ: 24,33 г Na, 376,64 г 10%-ного раствора NaOH

2-101. Определите степени окисления атомов каждого из элементов в веществах:

а) S, H₂S, SO₂, SO₃, SCl₂;

б) H₂SO₄, K₂SO₄, K₂SO₃, K₂S₂O₈, K₂S₄O₆;

в) Al₂(SO₄)₃, (NH₄)₂SO₄, Fe₂(SO₄)₃, (NH₄)₂S, FeS₂;

г) SO₂Cl₂, SOCl₂, CS₂, CH₃SH, Na₂S₂O₈.

а) S – S⁰;

H₂S – H⁺¹, S^-2;

SO₂ – O^-2, S⁺⁴;

SO₃ – O^-2, S⁺⁶;

SCl₂ – Cl^-1, S⁺²;

б) H₂SO₄ – H⁺¹, O^-2, S⁺⁶;

K₂SO₄ – K⁺¹, O^-2, S⁺⁶;

K₂SO₃ – K⁺¹, O^-2, S⁺⁴;

K₂S₂O₈ – K⁺¹, O^-1,75, S⁺⁶;

K₂S₄O₆ – K⁺¹, O^-2, S^+2,5;

в) Al₂(SO₄)₃ – Al⁺³, O^-2, S⁺⁶;

(NH₄)₂SO₄ – N^-3, H⁺¹, O^-2, S⁺⁶;

Fe₂(SO₄)₃ - Fe⁺³, O^-2, S⁺⁶;

(NH₄)₂S - N^-3, H⁺¹, S^-2;

FeS₂ – Fe⁺², S^-1;

г) SO₂Cl₂ – Cl^-1, O^-2, S⁺⁶;

SOCl₂ – Cl^-1, O^-2, S⁺⁴;

CS₂ – C⁺⁴, S^-2;

CH₃SH – H⁺¹, S^-2, C^-2;

Na₂S₂O₈ – Na⁺¹, O^-1,75, S⁺⁶;

2-102. Определите степени окисления атомов каждого из элементов в веществах: K₃[Cr(OH)₆]; Na[Al(OH)₄]; [Ag(NH₃)₂]OH; [Cu(NH₃)₄]SO₄.

K₃[Cr(OH)₆] – K⁺¹, H⁺¹, O^-2, Cr⁺³;

Na[Al(OH)₄] - Na⁺¹, H⁺¹, O^-2, Al⁺³;

[Ag(NH₃)₂]OH – H⁺¹, O^-2, N^-3, Ag⁺¹;

[Cu(NH₃)₄]SO₄ - H⁺¹, O^-2, N^-3, S⁺⁶, Cu⁺²;

6-83. Навеску оксида меди (II) массой 24 г обработали 10%-м раствором серной кислоты массой 196 г. Вычислите массу осадка в реакционной смеси.

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

n(CuO) = 24/80 = 0,3 моль

n(H₂SO₄) = 196*0,1/98 = 0,2 моль

n(CuO ост.) = 0,3 – 0,2 = 0,1 моль

m(CuO ост.) = 0,1*80 = 8 г

Ответ: 8 г

7-111. Вычислите массу оксида марганца (IV) и массу 30%-го раствора соляной кислоты, которые потребуются для получения 56 л (н. у.) хлора.

MnO₂ + 4HCl = MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O

n(Cl₂) = 56/22,4 = 2,5 моль

n(MnO₂) = n(Cl₂) = 2,5 моль

m(MnO₂) = 2,5*87 = 217,5 г\

n(HCl) = 4n(Cl₂) = 10 моль

m(HCl) = 10*36,5 = 365 г

m(HCl, 30%) = 365/0,3 = 1217 г

Ответ: 365 г MnO₂, 1217 г р-ра

7-184. Вычислите объемную долю примесей в сероводороде, если при сгорании 25 л исходного вещества образовалось 24 л сернистого газа. (Объемы газов указаны при одинаковых условиях.)

H₂S + 1,5O₂ = SO₂ + H₂O

V(H₂S) = V(SO₂) = 24 л

V(примесей) = 25 – 24 = 1 л

φ(примесей) = (1/25)*100% = 4%

Ответ: 4%

7-211. Сернистый газ, полученный при сгорании в избытке кислорода 11,2 л (н. у.) сероводорода, пропустили через 61,5 мл 25%-го раствора гидроксида натрия (плотность раствора 1,3 г/мл). Какая соль образовалась в результате этой реакции? Какова масса этой соли?

H₂S + 1,5O₂ = SO₂ + H₂O

n(SO₂) = n(H₂S) = 11,2/22,4 = 0,5 моль

n(NaOH) = 61,5*1,3*0,25/40 = 0,5 моль

n(SO₂) : n(NaOH) = 1 : 1

Образуется NaHSO₃:

NaOH + H₂SO₃ = NaHSO₃ + H₂O

n(NaHSO₃) = n(NaOH) = n(SO₂) = 0,5 моль

m(NaHSO₃) = 0,5*104 = 52 г

Ответ: 52 г NaHSO₃

7-192. Навеску сульфида железа (II) массой 22 г обработали соляной кислотой. Весь образовавшийся газ пропустили через 12%-й раствор гидроксида натрия массой 150 г. Вычислите массовые доли солей в растворе после реакции.

FeS + 2HCl = FeCl₂ + H₂S↑

H₂S + 2NaOH = Na₂S + 2H₂O

n(H₂S) = n(FeS) = 22/88 = 0,25 моль

n(NaOH) = 150*0,12/40 = 0,45 моль

H₂S в избытке. Образуется 0,225 моль Na₂S, остается 0,25 – 0,225 = 0,025 моль H₂S, который реагирует дальше с сульфидом натрия:

H₂S + Na₂S = 2NaHS

Образуется 0,025*2 = 0,05 моль NaHS, остается 0,225 – 0,025 = 0,2 моль Na₂S.

m(Na₂S) = 0,2*78 = 15,6 г

m(NaHS) = 0,05*56 = 2,8 г

m(р-ра) = 150 + 0,25*34 = 158,5 г

ω(Na₂S) = (15,6/158,5)*100% = 9,8%

ω(NaHS) = (2,8/158,5)*100% = 1,8%

Ответ: 9,8% Na₂S, 1,8% NaHS

7-230. Вычислите массу минерала халькозина, содержащего 80% сульфида меди (I), необходимого для получения 196 т «башенной серной кислоты» (75%-го раствора серной кислоты), считая, что выход продукта от теоретически возможного составит 80%.

Cu₂S → H₂SO₄

n(H₂SO₄) = 0,8n(Cu₂S)

m(H₂SO₄) = 196*0,75 = 147 т

n(H₂SO₄) = 147*10⁶/98 = 1,5*10⁶ моль

n(Cu₂S) = 1,5*10⁶/0,8 = 1,875*10⁶ моль

m(Cu₂S) = 1,875*10⁶ *160 = 300 т

m(халькозина) = 300/0,8 = 375 т

Ответ: 375 т

7-266. Навеску смеси хлорида аммония, сульфата аммония и сульфата натрия массой 65 г растворили в воде и добавили избыток раствора хлорида бария. В результате образовался осадок массой 93,2 г. Когда точно такую же навеску сухой смеси обработали щелочью, то получили 47,6 г 25%-го раствора аммиака. Вычислите массовые доли каждого из компонентов в смеси.

NH₄Cl + BaCl₂ → ×

(NH₄)₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2NH₄Cl

Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2NaCl

n(BaSO₄) = 93,2/233 = 0,4 моль

NH₄Cl + NaOH = NH₃↑ + NaCl + H₂O

(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH = 2NH₃↑ + Na₂SO₄ + 2H₂O

Na₂SO₄ + NaOH → ×

n(NH₃) = 47,6*0,25/17 = 0,7 моль

Пусть в навеске было x моль NH₄Cl, y моль (NH₄)₂SO₄ и z моль Na₂SO_4.

53,5x + 132y + 142z = 65

y + z = 0,4

x + 2y = 0,7

x = 0,2

y = 0,25

z = 0,15

m(NH₄Cl) = 53,5x = 10,7 г

m((NH₄)₂SO₄) = 132y = 33 г

ω(NH₄Cl) = (10,7/65)*100% = 16,5%

ω((NH₄)₂SO₄) = (33/65)*100% = 50,8%

ω(Na₂SO₄) = 100 – 16,5 – 50,8 = 32,7%

Ответ: 16,5% NH₄Cl, 50,8% (NH₄)₂SO₄ и 32,7% Na₂SO₄