Решение расчётных задач повышенной трудности по химии Готовимся к ЕГЭ
учебно-методический материал по химии (11 класс)

         Подготовка к ЕГЭ. Расчётные задачи

Задача.

Смесь карбоната магния, гидрокарбоната натрия и карбоната натрия прокалили до постоянной массы, при этом выделилось 6,72 л газа (н.у.). Образовавшуюся после прокаливания смесь обработали разбавленного раствора серной кислоты, при этом выделилось ещё 11,2л газа (н.у.). Чему равно массовая доля гидрокарбоната натрия в смеси, если известно, что в реакцию вступило 58,8 г кислоты.

Дано:                                  Решение

V(газа) = 6,72 л                                       1. Запишем уравнения протекающих реакций:                                                                                                           Vm = 22,4 л/моль                                     1. MgCO3 = MgO + CO2                                                                                                                                         V(нов.газа) = 11,2 л                                 2. 2NaHCO3 = Na2CO3+H2O +CO2                                                                                                                                     m(H2SO4) = 58,8 г                                       3. NA2CO3 -  при t не идёт                                                  

                                                                   4. Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + CO2 +H2O                                                                                                                                                      Найти: w(долю)NaHCO3 -?                           5. MgO + H2SO4 = MgSO4 + H2O  

                                                                                                                                                                    2. Найдём количество вещества углекислого газа, выделившегося при прокаливании исходной смеси (с учётом того, что этот газ выделяется в двух реакциях), количество вещества углекислого газа, выделившегося при реакции прокалённой смеси с серной кислотой, и количество вещества прореагировавшей кислоты:    

n(CO2)1,2 = V (CO2)1,2/Vm = 6,72л/22,4л/моль = 0,3 моль,                                                                           n(CO2)4 = V/(CO2)4/Vm = 11,2л /22,4л /моль = 0,5 моль,                                                                                 n(H2SO4 = m(H2SO4)4,5/M(H2SO4) = 0,6 моль.  

По уравнению реакции 4:                                                                                                  n(CO2)4=n(H2SO4)4=0,5 моль, следовательно                                                                                                                                 n(H2SO4)5=n(H2SO4)4,5-n(H2SO4)4=0,6 моль-0,5 моль=0,1 моль, a                                                                                    n(H2SO4)5=n(MgO)=0,1 моль.                                                                                                                          

По уравнению реакции 1:                                                                                                                                n(MgO)=n(MgCO3)=n(CO2)1=0,1 моль.  Следовательно,                                                                                                              n(CO2)2=n(CO2)1,2- n(CO2)1= 0,3 моль- 0,1 моль=0,2 моль,                                                                             n(NaHCO3)=2(CO2)2=2*0,2 моль=0,4 моль.                                                                                

По уравнению реакции 4:                                                                                                        n(Na2CO3)4=n(CO2)4=0,5 моль,                                                                                                                      а n(Na2CO3)4= n(Na2CO3)исх.+ n(Na2CO3)2. Найдём n(Na2CO3)исх.:                                                                                                                     n(Na2CO3)исх= n(Na2CO3)4- n(Na2CO3)2=0,5 моль-0,2моль =0,3 моль.                                            

3. Найдём массы веществ в исходной смеси:                                                                   m(MgCO3)= n(MgCO3)*M(MgCO3)=0,1 моль*84г/моль=8,4 г.                                                                         m(NaHCO3)=n(NaHCO3)*M(NaHCO3)=0,4 моль*84г/моль=33,6 г.                                                        m(Na2CO3)=n(Na2CO3)*M(Na2CO3)=0,3 моль*106г/моль=31,8г.                                                        

4.  Найдём массу смеси и массовую долю гидрокарбоната натрия:                                                                    m(смеси)=m(MgCO3)+m(NaHCO3)+m(Na2CO3)=8,4г+33,6г+31,8=73,8г,                                                        w(NaHCO3)=m(NaHCO3)/m(смеси)*100%=33,6г/73,8г*100%=45,5%.                                                          

Ответ: 45,5%                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

Задача.

 К 10% раствору соли, полученному при растворении в воде 25г медного купороса             (CuSO4*5H2O),добавили 19,5 цинка. После завершения реакции к полученной смеси добавили 240г 30%-ного раствора едкого натра. Определите массовую долю гидроксида натрия в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь).    

 Дано:                                                                            Решение                                                                                                                                                                                                                          w(р-ра соли) -10 %               Запишем уравнения химических реакций, протекающих в р-ре.                                                                                                                                                                                    

M(CuSO4*5Н2O) = 25 г        При взаимодействии сульфата меди (II) c цинком протекает                                                                                                                                                                                             m(Zn)=19,5 г                          реакция замещения:                                                                                                                                                                                                                                                                                                             m(р-ра NaOH)=240г              w(NaOH) = 30% = 0,3             Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu     (I)                                                                                              

-                                              Вычислим количество вещества медного купороса и цинка,                                                                                                                                                                                               Найти:                                     вступившего в реакцию (I):                                                                                                                                                                                                                                            w(NaOH) в пол р-ре              n(CuSO4*5H2O) = m(CuSO4*5H2O)/M(CuSO4*5H2O =                                                                                                                        

                                                = 5г/250г/моль=0,1 моль                                                                                    

n(Zn)=m(Zn)/M(Zn)= 19,5г/65г= 0,3 моль;  по уравнению (I) n(Zn) =n(CuSO4), а по условию                  задачи количество вещества медного купороса в недостатке (0,2 моль CuSO4*5H2O и                     0,3 моль Zn), поэтому цинк прореагировал не полностью.                                                                                  Расчёт ведём по недостатку вещества, n(CuSO4*5H2O) =n(ZnSO4) =n(Cu) =nреаг.(Zn) = 0,1моль и nост.(Zn) = 0,3 моль- 0,1 моль= 0,2 моль.                                                                                         Для расчёта массы конечного раствора необходимо знать массу образовавшейся меди (реакция I) и исходного раствора медного купороса:                                                                               m(Cu) =n(Cu)*M(Cu)= 0,1 моль*64г/ моль=6,4г                                                                                        n(CuSO4*5H2O) =n (CuSO4)= 0,1 моль, следовательно, m(CuSO4=n(CuSO4)*M(CuSO4) =                     0,1 моль*160г моль = 16г                                                                                                                                  mисх.(р-ра CuSO4) = m(CuSO4)/w(CuSO4)*100% = 16г/10%*100%=160г                                                  С раствором гидроксида натрия реагируют непрореагировавший полностью в реакции (I)  цинк и сульфат цинка с образованием комплексной соли – тетрогидроксоцинката натрия:     Zn + 2NaOH + 2H2O =Na2[Zn(OH)4] +H2↑   (II)                                                                                                           Znso4+4NaOH=Na2[Zn(OH)4]+Na2SO4   (III)                                                                                                  Вычислим массу и количество вещества гидроксида натрия:                                                                       mисх.(NaOH)=mисх.(р-ра NaOH)*w(NaOH)=240г*0,3=72г.                                                                            nисх .(NaOH)=mисх.(NaOH)/M(NaOH)=72г/40г/моль=1,8 моль.                                                                       Согласно уравнениям реакции (II) и (III) nII(NaOH)=2nост. (Zn) и nIII(NaOH)=4n(ZnSO4), следовательно, общее количество и масса реагирующей щелочи равны:                                                       nобщ.(NaOH)=nII(NaOH)+nIII(NaOH)=2*0,2 моль+ 4*0,1 моль=0,8моль.                                                     mреаг.(NaOH)=nреаг.(NaOH)*M(NaOH)= 0,8 моль *40г/моль.=32г.                                                              Вычислили массу непрореагировавшей щелочи:                                                                                                    mост(NaOH) = mисх.(NaOH)-mреаг.(NaOH )=72г-32г = 40 г                                                                              Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выделяющегося в результате реакции (II)  водорода:                                                                                                                         nост.(Zn)=n(H2)=0,2 моль и m(H2)=n(H2)*M(H2)=0,2 моль*2г/моль=0,4 г.                                                    Массу полученного раствора вычисляем по формуле (массу непрореагировавшего по реакции (I) цинка  не учитываем, поскольку в реакциях (II) и (III) переходит в раствор):                            m(р-ра)=mисх.(р-ра СuSO4)+mисх.(Zn)-m(Cu)+mисх.(р-ра NaOH)-m(H2)=160г+19,5г -6,4г+240г-0,4г= 412,7г                                                                                                                                          Массовая доля щелочи в образовавшемся растворе равна:                                                                                   w(NaOH) = mост(NaOH)/m(р-ра)*100% = 40г/412,7г*100% = 9,69 %.                                                                

Ответ: w = 9,69 %