Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634558)
Контекстум
.

Сборник задач и упражнений по общей и неорганической химии (с решениями) (220,00 руб.)

0   0
Первый авторПлатонов Владимир Владимирович
АвторыПоловецкая Ольга Сергеевна, Попков Владимир Андреевич
ИздательствоИздательство ТГПУ им.Л.Н.Толстого
Страниц168
ID206412
АннотацияПособие содержит примеры решения типовых упражнений и задач по всем разделам курсов общей и неорганической химии. Материал задачника соответствует примерной программе по дисциплинам «Общая химия», «Химия неметаллов» и «Химия металлов» для студентов направления подготовки 020100 «Химия» (профиль «Медицинская и фармацевтическая химия»), направления подготовки 050100 «Педагогическое образование» (профиль «Биология» и «Химия»), специальности 050101 «Химия» со специализацией «Химия окружающей среды и химическая экспертиза». Пособие может быть использовано учащимися старших классов общеобразовательных и специализированных школ, лицеев, гимназий, студентами колледжей, а также преподавателями химии.
ISBN978-5-87954-719-1
ББК24.1я73
Платонов, В. В. Сборник задач и упражнений по общей и неорганической химии (с решениями) / О. С. Половецкая, В. А. Попков; В. В. Платонов .— Тула : Издательство ТГПУ им.Л.Н.Толстого, 2012 .— 168 с. — ISBN 978-5-87954-719-1 .— URL: https://rucont.ru/efd/206412 (дата обращения: 18.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Умение правильно составить уравнение химической реакции и провести расчет количеств веществ – два неотъемлемых аспекта изучения химии. <...> Химизм процессов, описанных в условии, позволяет предположить, что исходное вещество «А» – карбонат неизвестного щелочного металла, так как только оксиды щелочных металлов хорошо растворимы в воде, «В» – его оксид, «С» – оксид углерода(IV), «D» – гидроксид неизвестного металла. <...> Увеличение массы при растворении оксида металла в воде происходит за счет его превращения в гидроксид. <...> Обозначим молярную массу эквивалента (Мэкв) неизвестного металла через х г/моль. <...> Согласно закону эквивалентов массы веществ, вступивших в реакцию, относятся между собой как молярные массы их эквивалентов (Д. <...> Молярная масса эквивалентамасса вещества количеством один моль эквивалентов, равная произведению молярной массы вещества на фактор эквивалентности,– рассчитывается по формуле (2): Мэкв = M · fэкв, <...> Подбирая значение фактора эквивалентности (fэкв = 1), устанавливаем, что М 7 М(Э) = экв = = 7 г/моль. <...> Полученное значение молярной массы соответствует f экв 1 литию (Li). <...> Количество вещества эквивалентов nэкв(Li2O) рассчитывается по формуле (3): n экв = m М экв 4 , <...> 15 Согласно реакции количество вещества эквивалента оксида углерода(IV) равно количеству вещества эквивалента Ме2СО3 и составляет 0,0133 моль. <...> Полученное значение молярной массы соответствует цезию (Cs), следовательно, вещество «Е» – гидроксид цезия: СО2 + 2CsОН = Cs2СО3 +Н2О, LiOH + Cs2CO3 = CsOH + Li2CO3. <...> К образовавшемуся прозрачному раствору добавили избыток раствора фторида натрия, в результате чего образовался белый осадок массой 5,2 г. Установите формулу неизвестного металла. <...> По условию задачи протекали реакции: Мех(СО3)у = МехОу + уCО2↑, МехОу + yН2О = хМе(ОН)2у/х, 2y 2y Me(OH) 2y + NaF = MeF2y ↓ + NaOH. x x x x Обозначим молярную массу эквивалента неизвестного металла через х г/моль; количество вещества эквивалента карбоната неизвестного металла – через у моль. <...> По условию задачи <...>
Сборник_задач_и_упражнений_по_общей_и_неорганической_химии_(с_решениями).pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Тульский государственный педагогический университет имени Л. Н. Толстого» В. В. Платонов, О. С. Половецкая, В. А. Попков СБОРНИК ЗАДАЧ И УПРАЖНЕНИЙ ПО ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ (с решениями) Учебно-методическое пособие Тула Издательство ТГПУ им. Л. Н. Толстого 2012
Стр.1
ББК 24.1я73 П37 Рецензенты: доктор химических наук, профессор Н. Е. Кузьменко (МГУ им. М. В. Ломоносова); кандидат химических наук, доцент О. И. Бойкова (ТГПУ им. Л. Н. Толстого) П37 Платонов, В. В. Сборник задач и упражнений по общей и неорганической химии (с решениями): Учеб.-метод. пособие / В. В. Платонов, О. С. Половецкая, В. А. Попков.– Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та им. Л. Н. Толстого, 2012. – 167 с. ISBN 978-5-87954-719-1 Пособие содержит примеры решения типовых упражнений и задач по всем разделам курсов общей и неорганической химии. Материал задачника соответствует примерной программе по дисциплинам «Общая химия», «Химия неметаллов» и «Химия металлов» для студентов направления подготовки 020100 «Химия» (профиль «Медицинская и фармацевтическая химия»), направления подготовки 050100 «Педагогическое образование» (профиль «Биология» и «Химия»), специальности 050101 «Химия» со специализацией «Химия окружающей среды и химическая экспертиза». Пособие может быть использовано учащимися старших классов общеобразовательных и специализированных школ, лицеев, гимназий, студентами колледжей, а также преподавателями химии. ББК 24.1я73 ISBN 978-5-87954-719-1 © В. В. Платонов, О. С. Половецкая, В. А. Попков, 2012 © ТГПУ им. Л. Н. Толстого, 2012 2
Стр.2
ВВЕДЕНИЕ Данное учебно-методическое пособие адресуется студентам Тульского государственного педагогического университета им. Л. Н. Толстого, учащимся старших классов муниципальных образовательных учреждений, а также абитуриентам, готовящимся к поступлению в вузы. В пособии представлено 400 типовых заданий по общей и неорганической химии, из них 200 с решениями, наглядно демонстрирующими наиболее общие их приемы. Изучение данного пособия позволит обучающимся применить теоретические знания к разнообразным химическим задачам и упражнениям. Взаимодействие веществ и образование продуктов реакции протекают в соответствии с уравнениями химических реакций, объединяющими как качественную, так и количественную стороны процесса. Умение правильно составить уравнение химической реакции и провести расчет количеств веществ – два неотъемлемых аспекта изучения химии. Пособие ставит задачу выработать у студентов, изучающих общую и неорганическую химию, логику мышления в процессе решения задач, научить самостоятельно решать сложные химические задачи, осмысленно используя и закрепляя теоретический материал. Авторы надеются, что данное издание будет приносить пользу преподавателям и обучающимся, послужит связующим звеном между теоретическим курсом и лабораторным практикумом, поможет организовать самостоятельную работу в аудитории и дома и осуществить контроль за приобретенными умениями и навыками. Авторы будут признательны за все предложения и замечания, присланные на электронный адрес: olpolov@mail.ru 3
Стр.3
Задача 1. При нагревании твердого вещества «А» получили 0,2 г твердого вещества «В» и газ «С». При растворении вещества «В» в воде образовался раствор, содержащий 0,32 г вещества «D». При пропускании газа «С» через раствор, содержащий избыток вещества «Е», образовалось 2,1733 г соединения «F», при взаимодействии которого с водным раствором вещества «D» образуются вещества «А» и «Е». Установите формулы соединений «А» – «F». Решение. Химизм процессов, описанных в условии, позволяет предположить, что исходное вещество «А» – карбонат неизвестного щелочного металла, так как только оксиды щелочных металлов хорошо растворимы в воде, «В» – его оксид, «С» – оксид углерода(IV), «D» – гидроксид неизвестного металла. Мех(СО3)у = МехОу + уСО2↑, МехОу + уН2О = хМе(ОН)2у/х. Увеличение массы при растворении оксида металла в воде происходит за счет его превращения в гидроксид. Обозначим молярную массу эквивалента (Мэкв) неизвестного металла через х г/моль. Тогда Мэкв(МехОу) = (х + 8) г/моль и Мэкв(Ме(ОН)2у/х) = (х + 17) г/моль. Согласно закону эквивалентов массы веществ, вступивших в реакцию, относятся между собой как молярные массы их эквивалентов (Д. Дальтон, 1803 г.). Отношение масс оксида и гидроксида неизвестного металла в реакции равно отношению их эквивалентных масс [см. формулу (1)]: m M= m М ; 1 2 экв1 экв2 0,32 17 , 0,2 = + х откуда х = 7. Молярная масса эквивалента – масса вещества количеством один моль эквивалентов, равная произведению молярной массы вещества на фактор эквивалентности,– рассчитывается по формуле (2): Мэкв = M · fэкв, (2) где fэкв – фактор эквивалентности – безразмерная величина, показывающая, какая доля реальной частицы вещества равноценна в кислотно-основных реакциях одному иону водорода (Н+) или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях. Подбирая значение фактора эквивалентности (fэкв = 1), устанавливаем, что М М 7 экв (Э)7г/мольf1 == = экв литию (Li). Следовательно, твердое вещество «А» – карбонат лития, который при нагревании разлагается на твердое вещество «В» – оксид лития и газ «С» – оксид углерода(IV): Li2CO3 = Li2O + CO2 ↑. гидроксида лития: При растворении оксида лития в воде образуется водный раствор вещества «D» – Li2O + H2O = 2LiOH. Допустим, что «Е» – это гидроксид щелочного металла: CO2 + 2 МеОН = Ме2СО3 + Н2О. Количество вещества эквивалентов nэкв(Li2O) рассчитывается по формуле (3): экв n= m ,М экв 4 (3) . Полученное значение молярной массы соответствует х +8 (1)
Стр.4
n (Li2O)== экв. 0,2 15 0,0133моль. Согласно реакции количество вещества эквивалента оксида углерода(IV) равно количеству вещества эквивалента Ме2СО3 и составляет 0,0133 моль. Мэкв(Ме2СО3) = Мэкв(Ме) + Мэкв(кислотного остатка) = (х + 30) г/моль. 2,1733 0,0133 В то же время: М (Me CO ) Составим уравнение: экв 23==163г/моль. х + 30 = 163, откуда х = 133. Полученное значение молярной массы соответствует цезию (Cs), следовательно, вещество «Е» – гидроксид цезия: СО2 + 2CsОН = Cs2СО3 +Н2О, LiOH + Cs2CO3 = CsOH + Li2CO3. Ответ: «А» – Li2CO3; «В» – Li2O; «С» – СО2; «D» – LiOH; «Е» – CsOH; «F» – Cs2CO3. Задача 2. При прокаливании (t = 800 оС) карбоната неизвестного металла массой 7,4 г получили белый порошок, который бурно прореагировал с водой. К образовавшемуся прозрачному раствору добавили избыток раствора фторида натрия, в результате чего образовался белый осадок массой 5,2 г. Установите формулу неизвестного металла. Напишите уравнения протекающих реакций. Решение. Запишем формулу карбоната неизвестного металла в общем виде Мех(СО3)у. По условию задачи протекали реакции: Мех(СО3)у = МехОу + уCО2↑, МехОу + yН2О = хМе(ОН)2у/х, Me 22(OH) + NaF = MeF + NaOH.yy xx 2y 2y ↓ xx Обозначим молярную массу эквивалента неизвестного металла через х г/моль; количество вещества эквивалента карбоната неизвестного металла – через у моль. Запишем выражение для молярной массы эквивалента карбоната неизвестного металла: Мэкв(Мех(СО3)у) = Мэкв(Ме) + Мэкв(кислотного остатка) = (х + 30) г/моль. По условию задачи (х + 30) · у = 7,4 г. Согласно закону эквивалентов из у моль Мех(СО3)у образуется у моль МеF2у/х, следовательно, молярная масса эквивалента фторида неизвестного металла равна: Мэкв(МеF2у/х) = Мэкв(Ме) + Мэкв(F) = (х + 19) г/моль. По условию задачи (х + 19) · у = 5,2 г. Составим систему уравнений: (х + 30) · у = 7,4; (х + 19) · у = 5,2. Решая систему, находим: х = 7. Мэкв(Ме) = 7 г/моль. ваем, что М(Э) = Подбирая значения фактора эквивалентности (fэкв = 1), по формуле (2) устанавлиМ экв = = 7г/моль . 7 f1 экв соответствует литию (Li). Запишем уравнения химических реакций: Li2CO3 = Li2O + CO2↑, Li2O + H2O = 2LiOH, 5 Полученное значение молярной массы
Стр.5
LiOH + NaF = LiF↓ + NaOH. Ответ: Li. Задача 3. При прокаливании 20 г гидроксида неизвестного металла получили 13,077 г его оксида. Установите формулу гидроксида неизвестного металла. Решение. Пусть формула гидроксида неизвестного металла Ме(ОН)х. Уравнения реакций разложения: 2Me(OH)x = Me2Ox + xH2O (если х – нечетное число), x Me OH =MeO + Me OH . 2 () xx 2 x () Изменение массы при термолизе гидроксида неизвестного металла происходит за счет потери воды. Согласно закону сохранения массы веществ (масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате ее, М. Ломоносов, 1748 г.) выделилось 6,923 г воды (m = 20 – 13,077 = 6,923 г). По формуле (1) рассчитаем молярную массу эквивалента неизвестного оксида: m М (оксида) m =; оксида воды экв экв М (воды)=18 = 9 г/моль; 2 М (воды) 1 экв М (оксида)= экв 17 – 8 = 9 г/моль. Если фактор эквивалентности ()экв Al2О3. Ответ: Al(OH)3. Задача 4. В процессе синтеза аммиака из простых веществ в замкнутом сосуде давление в реакционной смеси упало на 20% (при постоянной температуре). Определите состав (об.%) полученной газовой смеси, если в исходной смеси содержание компонентов отвечало стехиометрическому соотношению. Решение. Реакция образования аммиака из азота и водорода обратимая: N2 + 3H2 ↔ 2NH3 – ∆Н. Обозначим объем исходной газовой смеси через 1 л, тогда в исходной смеси содержалось 0,25 л азота (1 часть) и 0,75 л водорода (3 части). При полном протекании прямой реакции давление в реакторе уменьшится на 50%, поскольку из 4 моль исходных веществ (H2 и N2) образуется 2 моль NH3. Согласно условию задачи давление в реакционной смеси упало на 20%. Составим пропорцию: если давление понижается на 50% – выход реакции синтеза 100%; если давление понижается на 20% – выход реакции х%, откуда х = 40. 6 13,077 9 6,923 =17 г/моль. Ч Молярная масса эквивалента кислорода равна 8 г/моль, следовательно, Мэкв(Ме) = 1 f Ме 3 = , то М(Ме) = 9 · 3 = 27 г/моль. Полученное значение молярной массы соответствует алюминию (Al). Формулы исходных веществ: гидроксид алюминия Al(OH)3 и оксид алюминия 2Al(OH)3 = Al2О3 + 3Н2О (выше 575 оС).
Стр.6
Если выход реакции синтеза аммиака 40%, то количества вещества газов, вступивших в реакцию: n(Н2) = 0,75 · 0,4 = 0,3 моль; n(N2) = 0,25 · 0,4 = 0,1 моль. Рассчитаем количества оставшихся после реакции газов и количество образовавшегося аммиака: n(Н2) = 0,75 – 0,3 = 0,45 моль; n(N2) = 0,25 – 0,1 = 0,15 моль; n(NН3) = 0,1 · 2 = 0,2 моль. Суммарное количество веществ в конечной смеси газов: ∑n = 0,45 + 0,15 + 0,2 = = 0,8 моль. По закону Авогадро объемные доли газов равны их мольным долям: 0,45 ϕ=χ ϕ=χ = ⋅ = 33 (H ) (H ) 22 8 (NH ) (NH ) = 0, 100% 25,00%. ⋅ = 0, 100% 56,25%; 0,2 8 Ответ: φ(Н2) = 56,25%; φ(N2) = 18,75%; φ(NH3) = 25,00%. Задача 5. В процессе синтеза аммиака из простых веществ в замкнутом сосуде давление в реакционной смеси упало на 10% (при постоянной температуре). Определите состав (об.%) полученной газовой смеси, если в исходной смеси содержалось 50 об.% азота. Решение. Реакция синтеза аммиака является обратимой и описывается уравнением: N2 + 3H2 ↔ 2NH3 – ∆H (480 ºC; 300 атм; kat Fe/Al2O3). Обозначим объем исходной смеси через 1 л. По условию задачи, в ней содержатся равные объемы азота и водорода: V(N2) = V(H2) = 0,5 л. Обозначим объем вступившего в реакцию азота через х л, тогда объем прореагировавшего водорода – 3х л, и образовалось 2х л аммиака. В конечной смеси содержатся: V(N2) = (0,5 – x) л; V(H2) = (0,5 – 3x) л; V(NH3) = 2х л. Реакция проводится в замкнутом сосуде, поэтому давление в сосуде при постоянной температуре прямо пропорционально общему количеству газов: Конечный объем газовой смеси (л) равен: (0,5 – х) + (0,5 – 3х) + 2х = 0,9, откуда х = 0,05. В конечной смеси V(N2)кон = 0,5 – 0,05 = 0,45 л; V(Н2)кон = 0,5 – 3 · 0,05 = 0,35 л; V(NH3)кон = 2 · 0,05 = 0,1 л. Объемный состав полученной смеси газов равен: 2 ϕ= ⋅ = 9 (H ) 0,35 (NH ) 3 2 ϕ= ⋅ 9 0, 100% 11,11%. 0,1 = Ответ: φ(Н2) = 38,89%; φ(N2) = 50,00%; φ(NH3) = 11,11%. Задача 6. В процессе синтеза оксида серы(VI) из оксида серы(IV) и кислорода давление в замкнутом реакторе упало на 25% (при постоянной температуре). Определите состав (об.%) образовавшейся газовой смеси, если в исходной смеси компоненты находились в стехиометрическом соотношении. 7 0, 100% 38,89%; ϕ= ⋅ = (N ) 0,45 9 0, 100% 50,00%; Р 0,9. Р 2 1 =
Стр.7
Решение. Реакция образования оксида серы(VI) из оксида серы(IV) и кислорода обратимая: 2SO2 + O2 ↔ 2SO3 – ∆H Обозначим исходное количество вещества оксида серы(IV) через 2 моль и кислорода – через 1 моль. При полном протекании прямой реакции слева направо, давление в реакторе уменьшится на 33,33% (из 3 моль исходных газов образуется 2 моль оксида серы(VI)). Составим пропорцию: если давление понижается на 33,33% – выход реакции 100%; если давление понижается на 20% – выход реакции х%, откуда х = 75. Выход реакции синтеза оксида серы(VI) – 75%. Рассчитаем количество вещества газов, вступивших в реакцию: n(SO2) = 2 · 0,75 = 1,5 моль; n(О2) = 1 · 0,75 = 0,75 моль. Рассчитаем количества веществ, оставшихся после реакции газов и образовавшегося оксида серы(VI): n(SО2) = 2 – 1,5 = 0,5 моль; n(О2) = 1 – 0,75 = 0,25 моль; n(SO3) = 0,75 · 2 = 1,5 моль. Суммарное количество веществ в конечной смеси газов: ∑n = 0,5 + 0,25 + 1,5 = = 2,25 моль. Объемный состав полученной смеси газов равен ее мольному составу. 22 ϕ=χ = (SO ) (SO ) ϕ=χ = ⋅ = 33 2,25 (O ) (O ) 22 0,25 0,5 2,25 100% 11,11%;ϕ=χ = (SO ) (SO ) Ответ: φ(SО2) = 22,22%; φ(О2) = 11,11%; φ(SО3) = 66,67%. Задача 7. Определите массы (кг) хромистого железняка и боксита, в котором содержание основного вещества 60 масс.%, необходимых для получения 312 кг хрома. Приведите уравнения химических реакций, укажите условия их протекания. Решение. Исходным сырьем для получения хрома являются хромистый железняк (FeCr2O4) и боксит (гидратированный оксид алюминия Al2O3 · nH2O, который в зависимости от степени гидратации может находиться в форме диаспора Al2O3 · H2O или гидроаргелита Al2O3 · 3H2O). Получение хрома основано на реакциях: 4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2↑ (1000–1200 ºС), 2Na2CrO4 + H2SO4 = Na2SO4 + Na2Cr2O7 + H2O, Na2Cr2O7 + 2С(кокс) = Na2CO3 + Cr2O3 + CO↑ (800 ºС), Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3 (800 ºС). Алюминий получают из боксита по реакциям: HAlO2 + NaOH = NaAlO2 + H2O (исходное сырье – диаспор) или Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O (исходное сырье – гидроаргелит), NaAlO2 + 2H2O = Al(OH)3↓ + NaOH, 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O ↑ (выше 575 ºС), ⋅100% 22,22%; 1,5 = 2, 100% 66,67%. 25 ⋅ = 8
Стр.8
2Al O 23 Na AlF ,1000 °C электролиз 36 4Al+3O . 2 ↑ Так как n(Cr) = 312/52 = 6 кмоль, то согласно уравнениям реакций n(FeCr2O4) = 3 кмоль, n(Al2O3) = 6 кмоль. Масса хромистого железняка: m(FeCr2O4) = 3,0 · 224= 672 кг. Масса боксита: m(Al2O3) = 102 · 6 = 612 кг. Масса боксита с учетом примесей 60 масс.%: Ответ: m(FeCr2O4) = 672 кг; m(Al2O3) = 1020 кг. m(Al O )= =1020 кг. 0,6 612 23 Задача 8. Смешали равные объемы 0,01М раствора бромида кальция и 0,03М раствора гидроксида натрия. Определите, будет ли образовываться осадок, если произведение растворимости гидроксида кальция 5,5 · 10–6. Принять плотности всех растворов равными 1 г/мл. Решение. Для насыщенного раствора гидроксида кальция, находящегося в контакте с твердым Ca(OH)2, равновесие между осадком и раствором имеет вид: Ca(OH)2(тв) ↔ Ca2+ + 2OH–. Произведение растворимости (ПР) равно произведению молярных концентраций ионов в растворе, каждая из которых возведена в степень, равную стехиометрическому коэффициенту при соответствующем ионе в уравнении. Таким образом, ПР Ca(OH) c c .− ( Ca 2+ ОН 2 )=⋅ Если произведение концентраций реальных ионов в 2 растворе превышает табличное значение ПР(Ca(OH)2) = 5,5 · 10–6, то осадок будет образовываться. Предположим, что смешали по 0,5 л исходных растворов (по условию задачи – равные объемы). При этом концентрация ионов кальция и гидроксид-ионов уменьшится вдвое: Ионное произведение равно: сCa ⋅= ⋅26 Так как 1,125 · 10–6 < 5,5 · 10–6, то осадок не образуется. с = = 0,005 моль/л; с = cОН 0,01 Са 2+ ОН 2+ − Ответ: осадок образовываться не будет. Задача 9. Смесь порошков алюминия и оксида никеля(II) подожгли с помощью магниевой ленты. В результате был получен Ni–Al сплав, содержащий 30 масс.% алюминия. Вычислите массовую долю (%) алюминия в исходной смеси. Решение. Уравнение реакции восстановления оксида никеля(II) алюминием: 3NiO + 2Al = Al2O3 + 3Ni. в этой смеси через х г, тогда масса оксида никеля(II) равна (100 – х) г. Количество вещества n(NiO) = 74,7 моль. Количество вещества алюминия: ()=⋅ =⋅ = 3 nAl 2 27 100 374,7 22(100− ) n(NiO) Рассчитаем массу вступившего в реакцию алюминия: () () () ( x 9 m Al =⋅ ⋅− = 0,2409 100⋅ − = 24,09 24,09 x 3 74,7 112,05 x 100− x − ⋅ x г. ) моль. Пусть масса исходной смеси порошков равна 100 г. Обозначим массу алюминия 100 − x 0,005 0,015 1,125 10 . () = 2 ⋅ − 22 = 0,015 моль/л. − 0,03
Стр.9