Подготовка к ЕГЭ по химии. Задачи.

8. В результате электролиза 170 г 40%-го раствора нитрата серебра массова доля соли в растворе уменьшилась на 16,84%. К образовавшемуся в результате электролиза раствору добавили 175,5 г раствора хлорида натрия, в котором на 4 хлорид-иона приходится 117 молекул воды. Определите массовую долю хлорида натрия в полченном растворе (принять степень диссоциации сильных электролитов за 100%).

Решение задачи 8.

1. Запишем уравнение реакции электролиза раствора нитрата серебра:

4AgNO3 + 2H2O = 4Ag + O2 + 4HNO3

Определим массу и количество вещества AgNO3 в исходном растворе:

m(AgNO3) = 170*0,4 = 68 г

n(AgNO3) = 68 : 170 = 0,4 моль

2. После электролиза массовая доля соли уменьшилась на 16,84% и стала равна: w = 40 - 16,84 = 23,16%.

При этом в ходе электролиза выделились кислород и серебро, значит уменьшилась и маса исходного раствора. Как ее найти?

Пусть n(O2) = х моль, тогда (по уравнению реакции) n(Ag) = 4х моль и n(AgNO3) прореагировавшего = 4х моль. Отсюда m(O2) = 32х г, m(Ag) = 108*4х (432х) г, m(AgNO3) прореагировавшего = 170*4х (680х) г. Следовательно m(АgNO3) после реакци = 68 - 680х, а масса всего раствора после реакции равна 170 - 432х - 32х

Составим уравнение, используя формулу массовой доли вещества в растворе:

0,2316 = (68 - 680х) : (170 - 432х - 32х)

68 - 680х = 0,2316 * (170 - 464х)

68 - 680х = 39,372 - 107,46х

572,54х = 28,628

х = 0,05 моль

Тогда: m раствора после электролиза = 170 - 432*0,05 - 32*0,05 = 146,8 г

m(AgNO3) после электролиза = 68 - 680*0,05 = 34 г

n(AgNO3) после электролиза = 34 : 170 = 0,2 моль

n(HNO3) = 4*0,05 = 0,2 моль

Вывод: после электролиза в растворе остались 0,2 моль нитрата серебра и 0,2 моль азотной кислоты.

3. Теперь найдем количество вещества хлорида натрия в растворе, о котором идёт речь. Т.к. хлорид натрия - сильный электролит и диссоциирует нацело (100%), то количество хлорид-ионов будет равно количеству молекул хлорида натрия в растворе.

Пусть n(NaCl) = х моль, а n(H2O) = y моль, тогда x : y = 4 : 117 - первое уравнение системы 

m(NaCl) = 58,5х г, а m(H2O) = 18y г, зная, что масса раствора хлорида натрия 175,5 г и раствор состоит из вещества и растворителя, составим второе уравнение ситемы: 58,5х + 18y = 175,5.

Выразим из первого уравнения х = 4y : 117 или х = 0,034y. Подставим это выражение вместо х во второе уравнение системы: 58,5 * 0,034y + 18y = 175,5

                                   y = 8,775 моль, тогда х = 0,034 * 8,775 = 0,3 моль

4. Хлорид натрия может реагировать с нитратом серебра и не может реагировать с азотной кислотой (нет признака необратимости): AgNO3 + NaCl = AgCl + NaNO3

 По коэффициентам в уравнении определим количество вещества оставшегося после реакции хлорида натрия: n(NaCl) = 0,1 моль, значит m(NaCl) = 5,8 г

m конечного раствора = m раствора AgNO3 после электролиза + m раствора NaCl - m AgCl = 146,8 + 175,5 - 143,5 * 0,2 = 293,6 г

w(NaCl) =  5,8 : 293,6 = 0,02 или 2%

7. Углекислый газ пропустили через раствор гидроксида калия, в результате образовалась смесь солей равной массы. Раствор выпарили, а смесь прокалили. Во сколько раз объем углекислого газа, выделившегося при прокаливании, будет меньше объема исходного газа, если измерять их при одинаковых условиях?

Решение задачи 7.

1. Составим уравнения реакций:

KOH + CO2 = KHCO3

2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O

Т.к. массы солей одинаковы, то их количества веществ будут относиться как M(KHCO3) : M(K2CO3)= 100 : 138 = , значит n(СО2) во второй реакции будет равно 0,725 моль, а общее количество вещества СО2 будет равно 1,725 моль.

2. При разложении смеси солей происходит разложение только гидрокарбоната калия: 2KHCO3 = K2CO3 + H2O + CO2

При этом выделяется 0,5 моль СО2.

n(CO2)исход : n(CO2)выделив = 1,725 : 0,5 = 3,45 : 1

Таким образом, объем углекислого газа, выделившегося при прокаливании, будет в 3,45 раз меньше объема исходного газа.

6. Смесь азота и водорода, которая в 1,5 раза легче метана, поместили в замкнутый реактор для синтеза аммиака. После окончания реакции получили смесь трех газов, которая легче метана в 1,2 раза. Рассчитайте состав исходной и конечной смесей. Определите, с каким практическим выходом прошла реакция синтеза аммиака.

Решение задачи 6.

1. Масса 1 моля исходной смеси газов равна: 16 : 1,5 = 10,67 г

2. Пусть n(NH3) = х моль, тогда n(H2) = 1 – х моль. Следовательно: 28х + 2 – 2х = 10,67, откуда х = 0,333 моль (n(N2). Тогда n(H2) =  1 – 0,333 = 0,667 моль.

Исходный состав смеси газов:

W(N2) = 33,3%, W(H2) = 66,7%

3. Масса 1 моль смеси газов после реакции равна: 16 : 1,2 = 13,33 г

Соотношение массы 1 моль исходной смеси к массе 1 моль смеси после реакции равно: 10,67 : 13,33 = 0,8  

4. Запишем уравнение реакции: N2 + 3H2 = 2NH3

Пусть в реакцию вступило у моль N2, тогда n(H2) = 3у моль, n(NH3) = 2 у моль, значит осталось после реакции: n(N2) = 0,333 – у моль; n(H2) = 0,667 – 3у моль. Составим уравнение: 0,8 = (0,333 – у) + (0,667 – 3у) + 2у

0,8 = 1-2у

у = 0,1 моль – это количество вещества азота, вступившего в реакцию.

 n(H2) = 0,3 моль, n(NH3) = 0,2 моль

Тогда n(N2)оставш = 0,333 – 0,1 = 0,233 моль

n(H2)оставш = 0,667 – 0,3 = 0,367 моль

Состав конечной смеси газов:

W (N2) = 0,233 : 0,8 = 0,29125 или 29,125%

W (H2) = 0,367 : 0,8 = 0,45875 или 45,875%

W (NH3) = 100 – 29,125 – 45,875 = 25%

5. Если бы всё количество вещества азота и водорода исходной смеси вступило в реакцию, то в недостатке оказался водород. Тогда n(NH3)теор = 0,667 : 1,5 = 0,445 моль

η (NH3) = 0,2 : 0,445 = 0,45 или 45%

5. Через 640 г 15%-ного раствора сульфата меди(II) пропускали электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 11,2 л (н. у.) газа. К образовавшемуся раствору добавили 665,6 г 25%-ного раствора хлорида бария. Определите массовую долю хлорида бария в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления

Решение задачи 5.

1. Отработаем первое предложение условия задачи. Запишем уравнение электролиза раствора сульфата меди(II):

2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + O2 + 2H2SO4

m(CuSO4)в-ва = 640*0,15 = 96 г

n(CuSO4) = 96 : 160 = 0,6 моль

n(O2) = 11,2 : 22,4 = 0,5 моль

Исходя из полученного количества вещества CuSO4, на аноде должно выделиться в 2 раза меньше кислорода, т.е. 0,3 моль. Но, по условию задачи, кислорода выделяется 0,5 моль.

Откуда взялись ещё 0,2 моль кислорода, если весь сульфат меди (II) разложился в ходе электролиза?

Всё очень просто. После окончания электролиза CuSO4 начался электролиз воды, в ходе которого выделилось ещё 0,2 моль кислорода:

2H2O = 2H2 + O2

4. К раствору, полученному после электролиза 120 г 3,9%-го раствора сульфида натрия, добавили 2,87 г цинкового купороса (ZnSO4⋅7H2O). Определите, сколько грамм 10%-ой соляной кислоты нужно прилить к образовавшемуся раствору, чтобы выпала максимально возможная масса осадка. 

Решение задачи 4.

1. Na2S + 2H2O = 2NaOH + H2 + S

m(Na2S) = 120 * 0,039 = 4,68 г

n(Na2S) = 4,68 : 78 = 0,06 моль

n(NaOH) = 0,12 моль 

2. n(ZnSO4 7H2O) = 2,87 : 287 = 0,01 моль

Т.к. щёлочь в избытке, с раствором сульфата цинка она образует комплексную соль: 

4NaOH + ZnSO4 = Na2[Zn(OH)4] + Na2SO4

n(Na2[Zn(OH)4] = 0,01 моль

n(NaOH) оставш = 0,12 - 0,01 * 4 = 0,08 моль

3. Соляная кислота будет реагировать и с оставшей ся щёлочью, и с комплексной солью:

NaOH + HCl = NaCl + H2O

В формулировке задачи была заложена проверка: будете ли вы её искать в интернете или нет. Искали. И нашли. И неправильно решили, т.к. никакого осадка здесь не выпадает, т.к. в присутствии соляной кислоты гидроксид цинка растворяется и протекает реакция:

Na2[Zn(OH)4] + 4HCl = 2NaCl + ZnCl2 + 4H2O

В итоге n(HCl) = 0,12 моль, m(HCl) = 4,38 г, а масса раствора соляной кислоты = 43,8 г.

3. Пластинку из алюминия массой 27 г поместили в 240,8 г раствора хлорида меди (II). Через некоторое время пластинку вынули и высушили, осадок на дне сосуда отфильтровали и тоже высушили. Масса пластинки и осадка составила 40,8 г. Вычислите массу алюминия, вступившего в реакцию, массу восстановившейся меди и массовую долю хлорида алюминия в растворе после реакции.

Решение задачи 3.

1.  2Al + 3CuCl3 = 2AlCl3 + 3Cu

Пусть n проеагировавшего Al = х моль, n оставшегося Al = у моль. Тогда m Al соответственно равна 27 х и 27у г. Следовательно, 27х + 27у = 27

2. По уравнению реакции n Cu в 1,5 раз больше n Al, значит n Cu = 1,5x моль, а m Cu = 64*1,5х = 96х г. Тогда: 96х + 27у = 40,8 (масса пластинки)

3. Составляем систему: 27х + 27у = 27

                                    96 х + 27у = 40,8

После решения х = 0,2 моль. За х принимали n Al, вступившего в реакцию.

4. Отсюда: m Al = 0,2*27 = 5,4 г

                 m Cu = 0,2*1,5*64 = 19,2 г

5. n AlCl3 = 0,2  моль, m AlCl3 = 0,2 *133,5 = 26,7 г

m раствора = 240,8 - 40,8 = 200 г (пластинку вынули, осадок отфильтровали)

6. W (AlCl3) = 26,7 : 200*100 = 13,35%

1. Через 100 г 3,42%-го раствора гидроксида бария пропустили 672 мл (н.у.) сернистого газа. Рассчитайте массовую долю соли (в %) в полученном растворе. В ответе приведите число с точностью до десятых.

Решение задачи 1

1. Записываем очевидное уравнение реакции: Ba(OH)2 + SO2 = BaSO3 + H2O

2. Рассчитываем массу вещества и количество вещества Ba(OH)2: m = 100*0,0342 = 3,42 г

                                                                                                    n = 3,42 : 171 = 0,02 моль

3. Рассчитываем количество вещества SO2: n = 0,672 : 22,4 = 0,03 моль

4. Делаем вывод о том, что SO2 в избытке, следовательно, после реакции сернистого газа остаётся еще 0,01 моль.

5. Думаем, куда пристроить эти 0,01 моль сернистого газа. Смотрим на условие задачи: просят рассчитать массовую долю соли в РАСТВОРЕ. BaSO3 мирно лежит на дне пробирки, значит нам нужна кислая соль. Где её взять? Средняя соль + кислотный оксид + вода

6. Пишем второе уравнение реакции: BaSO3 + SO2 + H2O = Ba(HSO3)2

7.  Из первого уравнения понятно, что n(BaSO3) = 0,02 моль, но! какая-то его часть ушла реагировать с SO2 во втором уравнении. Какая? 0,01 моль (см. уравнение 2). Значит осталось на дне пробирке тоже 0,01 моль и m(BaSO3) = 0,01 * 217 = 2,17 г

Из второго уравнения: n(Ba(HSO3)2) = 0,01 моль, m (Ba(HSO3)2) = 0,01 *299 = 2,99 г

8. Масса всего раствора = m(Ba(OH)2) + m(SO2) - m(BaSO3) = 100 + 1,92 - 2,17 = 99,75 г

m(SO2) = 0,03 * 64 = 1,92 г, объём складывать с массами нельзя.

9. w(Ba(HSO3)2) = 2,99 : 99,75 * 100% = 2,997% Округляем до десятых - 3,0%

2. Для сжигания 13,44 л сероводорода израсходовано 11,2 л кислорода. Сколько граммов серы образовалось? Объемы газов измерены при нормальных условиях. Ответ дайте с точностью до десятых.

Решение задачи №2

1. Пишем уравнение реакции, опираясь на условие задачи, в котором после сжигания сероводорода получена сера: 2H2S + O2 = 2S + 2H2O

2. Определяем количества вещества веществ, вступивших в реакцию:

n (H2S) = 13,44 : 22,4 = 0,6 моль (недостаток)

n (O2) = 11,2 : 22,4 = 0,5 моль (избыток)

3. Рассчитываем количество вещества серы, используя вещество в недостатке:

n (S) = 0,6 моль.

4. Но! После реакции осталось 0,2 моль О2.

Как это посчитать?

Для реакции с 0,6 моль Н2S по уравнению реакции нужно в 2 раза меньше О2. Значит, 0,3 моль О2 вступило в реакцию. n (O2) оставшегося = 0,5 - 0,3 = 0,2 моль.

5. Главный вопрос задачи: куда денется оставшийся кислород, если сероводорода в системе уже нет?

А вот куда: S + O2 = SO2

С 0,2 моль кислорода прореагирует (по уравнению реакции) 0,2 моль серы. Следовательно серы после всех претрубаций останется 0,4 моль.

6. Считаем массу:

m (S) = 0,4 * 32 = 12,8 г.