Определение массовой доли вещества

Задача 1. Раствор нитрата калия объемом 60 мл и концентрацией 2 моль/л прокипятили в сильнощелочной среде с 6,48 г алюминия. Выделившийся газ пропустили при нагревании через трубку с оксидом меди(П) массой 11,2 г. Рассчитайте массовую долю меди в полученном твердом остатке.

Решение

1. Напишем уравнения реакций:

2. Рассчитаем количество вещества KNO₃, Al и по веществу, которое прореагировало полностью, определим количество вещества

^NH3^:

ra(KNO₃)? 0,06 л 2моль/л? 0,12 моль;

ж 0,24 моль -- прореагирует полностью;

0,09 моль.

3. Так как по условию задачи необходимо рассчитать массовую долю меди в твердом остатке, следовательно, оксид меди(П) в избытке:

ra(CuO) ж 0,005 моль; (CuO) 0,005 моль 80 г/моль ж 0,4 г.

4. Рассчитаем количество вещества и массу образовавшейся меди:

Ti(Cu) ж Ti^^CuO) ж 0,135 моль; to(Cu) ж 0,135 моль 64 г/моль ж 8,64 г.

5. Hайдем массу смеси и массовую долю меди в ней: т(см.) = m(CuO) K m(Cu); т(см.) = 0,4г K 8,64г = 9,04 г;

Ответ:= 95,58%.

Задача 2. Cмесь кальция и алюминия (молярное отношение металлов в смеси 2: 3) прокалили с избытком углерода без доступа воздуха. Полученную смесь продуктов обработали водой. Выделившиеся газы пропустили через склянку с бромной водой. Масса склянки увеличилась на 2,6 г. Определите массу исходной смеси.

Решение

1. При прокаливании с углеродом без доступа воздуха (отсутствие кислорода) образуются только карбиды металлов, при обработке которых водой получаются метан и ацетилен. При пропускании этих газов через бромную воду с бромом реагирует только ацетилен, поэтому масса склянки увеличилась на массу ацетилена. Запишем уравнения реакций:

2. Hайдем массу кальция:

3. Hайдем массу алюминия.

По условию A (Ca): A (Al) = 2: 3, следовательно,

m(Al) = 0,15 моль ¦ 27 г/моль = 4,05 г.

4. Вычислим массу смеси:

то(см.) ж 4 г K 4,05 г ж 8,05 г. Ответ: то(см.) ж 8,05г.

Задача 3. Смесь хрома и железа массой 1,6 г полностью прореагировала с газом, выделившемся при электролизе 30,4 г 20%-го раствора хлорида меди (II). Определите массовые доли металлов в смеси.

Решение

1. С хлором взаимодействуют и хром, и железо с образованием хлоридов трехвалентных металлов:

2. Определим количество вещества хлора, полученного при электролизе:

3. Выразим массы металлов через,.

Пусть ra₂(Cl₂)?, моль, тогда ra₃(Cl₂)? (0,045 --,)моль;

4. Составим уравнение:

Решая уравнение, получаем, что, ж0,015.

5. Найдем массовые доли металлов в смеси:

Ответ:ж 65%;ж 35%.

Задача 4. Продукты реакции, образовавшиеся при сплавлении смеси, содержащей оксид хрома(Ш), гидроксид калия и хлорат калия в стехиометрических количествах, растворили в воде и добавили избыток раствора хлорида бария. При этом образовался осадок массой 50,6 г. Найдите массу оксида хрома(Ш) в смеси.

Решение

1. При сплавлении Cr₂O₃ с щелочными расплавами окислителей происходит окисление хрома(Ш) и образуются хроматы:



2. Найдем количество вещества и массу Cr₂O₃ в смеси:

Ответ:ж 15,2 г.

Задача 5. Смесь оксидов алюминия и хрома(Ш) обработали избытком концентрированного раствора щелочи. Раствор отфильтровали. Осадок отделили, промыли, высушили и прокалили с гид-роксидом натрия, при этом образовалась соль массой 16,05 г. Через фильтрат пропустили избыток углекислого газа, в результате чего образовался осадок массой 3,9 г. Определите массовую долю оксида хрома(Ш) в смеси.

Pешение

1. В концентрированном растворе щелочи растворяется только оксид алюминия с образованием комплексной соли. При пропускании углекислого газа через ее раствор эта соль разрушается и образуется гидроксид алюминия. Смесь хрома(Ш), который не растворился в растворе щелочи, при сплавлении с гидроксидом натрия образует хромит натрия:

2. Oпределим массу Al₂O₃ в смеси:



An(Al₂O₃) = 0,025 моль ¦ 102 г/моль = 2,55 г.

3. Hайдем массу Cr₂O₃ в смеси:

An(Cr₂O₃) = 0,075 моль ¦ 152 г/моль = 11,4 г.

4. Hайдем массовую долю Cr₂O₃ в смеси:

т(см.) = 11,4 г K 2,55 г = 13,95 г;

Oтвет: MJ(Cr₂O₃) = 81,72%.

Задача 6. Cмесь хлоридов алюминия и хрома(Ш) массой 317 г обработали сначала избытком раствора гидроксида калия, а затем -- избытком хлорной воды. К полученному раствору прилили избыток нитрата бария, при этом образовалось 126,5 г осадка желтого цвета. Рассчитайте массовую долю хлорида хрома(Ш) в исходной смеси.

Pешение

1. В избытке щелочи образуются гидроксокомплексы и алюминия, и хрома(Ш), но с хлорной водой реагирует только гидроксо-комплекс хрома(Ш):



2. По количеству хромата бария (осадок желтого цвета) рассчитаем количество вещества, массу и массовую долю CrCl₃:

Oтвет: M(CrCl₃) = 25,0%.

Задача 7. При гидролизе средней соли образовалось 20,4г вещества H₂X, массовая доля водорода в котором равна 5,88%, и 41,2 г вещества M(OH)₃, массовая доля M в котором равна 50,49%. Oпределите формулу соли.

Pешение

1. Для определения элемента X находим массу и количество вещества элементов водорода и X, содержащихся в 20,4 г вещества H₂X, а также молярную массу элемента X:

m(X) = 20,4 г - 1,2 г = 19,2 г;

следовательно, X -- это сера.

2. Определяем массу элемента М:

то(М) ж41,2 г 0,5049 ж 20,8 г.

3. Так как количество вещества элемента М и количество вещества M(OH)₃ равны, то составим уравнение и определим элемент М, обозначив его молярную массу через

Решая уравнение, находим, что - = 52 г/моль, следовательно, элемент М -- это хром.

4. Для определения формулы соли необходимо знать количество вещества элементов серы и хрома:

следовательно, формула соли Cr₂S₃. Ответ: Cr₂S₃.

Задача 7. Газ, образовавшийся при разложении дихромата аммония массой 126 г, смешали с газом, выделившимся при растворении 42 г гидрида натрия в 900 мл 2 M раствора хлороводорода, и пропустили при соответствующих условиях над никелевым катализатором. Продукт реакции растворили в избытке раствора азотной кислоты. Рассчитайте, насколько увеличится масса раствора азотной кислоты.

Решение

1. Масса азотной кислоты увеличивается за счет поглощения аммиака, который образуется при соответствующих условиях из водорода и азота:

(1) (2)

(3) (4)

2. Найдем количество вещества азота:

3. Определим количество вещества водорода:

ra(HCl) ж 2 моль/л 0,9 л ж 1,8 моль -- избыток, значит, количество вещества водорода определяем по NaH:

ra(H₂)? ra(NaH) ж 1,75 моль.

4. Сравним количество вещества N₂ и H₂. По уравнению:

а имеем 0,5 моль, следовательно, азот прореагирует полностью.

5. Вычислим массу аммиака:

ra(NH₃)? 2ra(N₂)? 1моль; то(NH₃)? 1 моль ¦ 17 г/моль ж 17 г -- на столько увеличится масса раствора азотной кислоты. Ответ:ж 17 г.

Задача 8. К раствору хлорида железа, содержащему 13,0 г соли, прибавили избыток гидроксида калия. При этом образовался осадок массой 8,56 г. Определите валентность железа в хлориде.

Решение

1. Известны нераствормые гидроксиды железа(11) и железа(Ш). Обозначим валентность железа в хлориде через,:

2. Выразим через & количество вещества соли и гидроксида железа:

3. вставим уравнение:

Pешая уравнение, получаем, что валентность железа в хлориде равна III.

Oтвет: III.

Задача 9. Cмесь металла и сульфида данного металла полностью растворилась в 10%-ной соляной кислоте, при этом выделилось 11,2 л (н. у.) газа. При добавлении к образовавшемуся раствору раствора красной кровяной соли образуется осадок синего цвета. При пропускании выделившегося газа через избыток раствора нитрата свинца образуется 47,8 г осадка черного цвета. Oпределите массовые доли компонентов смеси.

Pешение

1. Исходная смесь полностью растворилась в соляной кислоте, следовательно, и металл, и сульфид данного металла прореагировали нацело. Взаимодействие с красной кровяной солью с образованием осадка синего цвета (турнбулевой сини) -- качественная реакция на катион Fe^2K, следовательно, металл -- железо, сульфид металла -- FeS:

2. Hайдем массу сульфида железа:

3. Oпределим массу железа:

Ai(H₂) = га(газов) - Ai(H₂S); Ai(H₂) = 0,5 моль - 0,2 моль = 0,3 моль; Ai(Fe) = (H₂) = 0,3моль; An(Fe) = 0,3 моль ¦ 56 г/моль = 16,8 г.

4. Вычислим массовые доли компонентов смеси:

т(см.) = 16,8 г K 17,6 г = 34,4 г;

M(Fe) = 100%- 51,16%=48,84%. Oт в е т: M(Fe) = 48,84%; M(FeS) = 51,16%.

Задача 6.334. Cмесь железа и магния обработали концентрированной серной кислотой и собрали газ объемом 1,68 л (н. у.). ^ра-створившийся остаток отделили и обработали разбавленной азотной кислотой, при этом остаток полностью растворился. Полученный раствор осторожно выпарили, соль прокалили. Масса твердого остатка составила 12 г. O?ределите количественное соотношение металлов в смеси.

Pешение

1. Железо при обычных условиях с концентрированной серной кислотой не взаимодействует, но растворяется в разбавленной азотной кислоте с образованием нитрата железа(Ш):

2. Вычислим количество вещества магния:

3. Вычислим количество вещества железа:

4. Определим соотношение металлов в смеси:!(Fe): Ti(Mg) ж 0,15: 0,3 ж 1: 2. Ответ: ra(Fe): ra(Mg) ж 1: 2.

Задача 10. Навеску смеси порошкообразных хрома и марганца обработали хлором без нагревания, масса навески при этом увеличилась на 2,13 г. Полученную смесь растворили в воде. Нерастворившийся твердый остаток отделили и обработали при нагревании концентрированной серной кислотой. Выделившийся газ был поглощен 60 мл 0,2 M раствора перманганата калия. Вычислите массу исходной навески.

Решение

1. С хлором без нагревания взаимодействует только марганец, при этом образуется соль MnCl₂, растворимая в воде. С концентрированной серной кислотой при нагревании взаимодействует хром, причем образуется сульфат хрома(Ш) и выделяется SO₂, который и взаимодействует с перманганатом калия:

2. Найдем массу марганца:

то(Мп) ж 0,03 моль ¦ 55 г/моль ж 1,65 г.

3. Найдем массу хрома:

TO(Cr) ж 0,02 моль ¦ 52 г/моль ж 1,04 г.

4. Вычислим массу исходной смеси:

то(см.) ж TO(Cr) K то(Мп); то(см.) ж 1,04 г K 1,65 г ж 2,69 г. Ответ: то(см.) ж 2,69 г.

Задача 11. При прокаливании смеси, содержащей равные количества вещества гидроксида, карбоната и нитрата двухвалентного металла, масса смеси уменьшилась на 25,5 г. Определите металл, входящий в состав соединений, а также массу смеси, если смесь не содержит примесей, а массовая доля металла в ней равна 46,83%.

Решение

1. Обозначим молярную массу металла через а количество вещества каждого компонента смеси -- через Так как металл двухвалентен, а количества веществ в смеси равны, то масса металла равна 3,- (г).

Выразим массу исходной смеси:

то(исх. см.) ж то(Me(OH)₂) K то(Me(NO₃)₂) K Tre(MeCO₃); то(исх. см.) ж -(, K 34) K -(, K 124) K -(, K 60); то(исх. см.) ж 3,- K 218-.

2. Определим металл:

Решая это уравнение, получаем, ж 64, следовательно, металл -- медь.

3. Напишем уравнения реакций:

(1) (2 (3

4. Найдем массу исходной смеси.

Так как масса смеси уменьшилась за счет образования газообразных продуктов реакции, то:

о(исх. см.) ж о(кон. см.) K 25,5;

то(исх. см.) ж - ¦ 98 K - ¦ 188 K - ¦ 124; то(исх. см.) ж 410-;

то(кон. см.) ж TO₁(CuO) K To₂(CuO) K To₃(CuO);

Следовательно, в смеси было по 0,15 моль веществ. Найдем ее массу:

то(исх. см.) ж 0,15 ¦ 410 ж 61,5 (г). Ответ: Cu; то(исх. см.) ж 61,5 г.

Задача 12. Hитрат неизвестного металла растворили в воде и полученный раствор разделили на две равные части. К одной части добавили магний, к другой -- такую же массу марганца. По окончании реакции масса осадка во второй части оказалась на 3,1 г меньше, чем в первой. После добавления избытка соляной кислоты к обоим осадкам они частично растворились, и их массы оказались равными и составили 21,6 г. O?ределите неизвестный металл.

Pешение

1. Hадо учесть, что осадки -- это неизвестный металл, вытесненный из соли магнием и марганцем, который, в отличие от магния и марганца, не растворяется в соляной кислоте:

2. Так как массы осадков равны, то одинаково и количество вещества металла, а, следовательно, равны и количества вещества вступивших в реакцию магния и марганца.

Если прореагирует 1 моль магния и 1 моль марганца, то разность масс осадков будет равна Дт = 55 г -24 г = 31 г. Так как разность масс осадков равна 3,1 г, следовательно, в реакцию вступило 0,1 моль Mg и 0,1 моль Mn. Cогласно уравнениям реакций образовалось по 0,2 моль неизвестного металла. Hайдем его молярную массу:

= 108 г/моль, металл -- серебро. Oт в е т: Ag.

Задача 12. Что общего и различного в химических свойствах пероксида водорода и бромоводорода? Приведите уравнения реакций, подтверждающие ответ.

Pешение

Oкислительно-восстановительные свойства веществ характеризует величина стандартного восстановительного потенциала:

Анализ этих данных показывает, что бромоводород -- восстановитель, а у пероксида водорода окислительные свойства преобладают над восстановительными:

Восстановительные свойства бромоводорода выражены сильнее, чем у пероксида водорода:

В кислотно-основных взаимодействиях растворы обоих соединений проявляют кислотные свойства, например вступают в реакцию нейтрализации:

2HBr K Ba(OH)₂ ж BaBr₂ K 2H₂O; H₂O₂ K Ba(OH)₂ ж BaO₂ K 2H₂O. Но HBr -- сильная кислота, а H₂O₂ -- слабая:

BaO₂ K 2HBr ж BaBr₂ K H₂O₂.

Оба вещества способны разлагаться:

Но реакция разложения бромоводорода обратима и протекает только при нагревании; пероксид водорода может разлагаться самопроизвольно под действием света или в присутствии катализатора. Процесс необратим.