Программа элективного курса по химии « Решение расчетных задач»

Тема: «Решение задач на смеси»


Задача 1 .Объем смеси водорода и хлора равен 25 л. После реакции между компонентами смеси оказалось, что xлор прореагировал не полностью. Объем непрореагировавшего хлора равен 3 л. Определите объем хлора в исходной смеси. Все объемы измерены в одинаковых условиях.

Решение:

Запишем уравнение реакции:

1V 1V 2V

Н₂ + Cl₂ → 2HCl

Найдем объем веществ вступивших в реакцию.

Vпрореаг = 25л – 3л = 22л

Из уравнения реакции видно, что с одним объемом водорода реагирует один объем хлора.

Таким образом в реакцию вступило два объема веществ, что составило 22л

2V = 22 л

V = 11л

Таким образом в реакцию ступило 11л хлора.

Vисходн = V прореаг + V остатка

V(Cl₂) исходн = 11л + 3л = 14 л

Ответ: 14 л.

Задача 2 На смесь магния и оксида магния массой 5 г подействовали избытком хлороводородной кислоты. При этом образовался газ объёмом
3,36 л (н. у.). Определите массовую долю оксида магния в исходной смеси.

Решение:

Составим уравнения реакций:

0,15 0,15моль

1. Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂ ↑

изб

2. MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O

изб

Найдем количество вещества выделившегося водорода

ν= V/ Vm

ν(H₂) = 3, 36л / 22,4л/моль = 0,15 моль

По уравнению реакции №1 определяем:

ν(Mg)= ν(H₂) = 0, 15 моль

Найдем массу магния

m= M • ν

m(Mg) = 24 г/моль • 0,15 моль = 3,6г

Найдем массу оксида магния

m(MgO) = m смеси – m(Mg)

m(MgO) = 5г – 3,6г = 1,4г

Вычисляем массовую долю оксида магния в смеси

ώ=m ( в-ва) / m(смеси) • 100%

ώ(MgO) = 1,4г / 5г • 100% = 28%

Ответ: 28%

Задача 3 Имеется 4 г смеси кремния, алюминия и оксида магния. После обработки смеси избытком соляной кислоты выделилось 2,24 л водорода, а масса нерастворившегося осадка составила 1,2 г. Определить количество оксида магния в смеси.

Решение:

Составим уравнения возможных реакций:

0,1 моль

1. 2Al + 6HCl → 2 AlCl₃ + 3H₂↑

изб

2. MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O

Si + HCl → реакция не идет

Следовательно масса нерастворившегося остатка, это масса кремния

m(Si) = 1,2г

Найдем количество вещества водорода

ν= V/ Vm

ν(H₂) = 2,24л / 22,4 л/моль = 0,1 моль

По уравнению реакции № 1 найдем количество прореагировавшего алюминия

ν(Al) = 2/3 • ν(H₂)

ν(Al) = 2/3 • 0,1 = 0, 067 моль

m(Al) = M • ν

m(Al) = 27г/моль • 0, 067моль = 1,8г

Рассчитаем массу оксида магния:

m(MgO) = m(смеси) – (m(Al) + (Si))

m(MgO) = 4г – (1,2 + 1,8) = 1г

ν(MgО) = m/M

ν(MgO) = 1г/ 40г/моль = 0,025 моль

Ответ: 0,025 моль

Задача 4 При взаимодействии смеси цинка и магния массой 8,9 г с избытком соляной кислоты выделился водород объемом 4,48 л (н.у.). Определите массу цинка.

Решение:

Составим уравнения реакций:
х х

1. Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

_{0,2 –Х 0,1-Х}

2. Mg+ 2HCl→ MgCl₂ + H₂

Найдем количество вещества выделившегося водорода

ν= V/ Vm

ν(H₂) = 4,48л / 22,4л/моль = 0,2 моль

Такое количество водорода выделилось в двух реакциях

Пусть ν(H₂) в 1 реакции равно Х моль, тогда ν(H₂) во 2 реакции (0,2 – Х)

По уравнению реакции вычисляем ν(Zn)

ν(Zn) = ν(H₂) = X

Выразим массу цинка

m = M • ν

m(Zn) = 65X

ν(Mg) = ν(H₂) = 0,2-X

m(Mg)= 24(0,2 – X) = 4,8 – 24X

Выразим массу смеси

m(смеси) = m(Zn) + m(Mg) = 8,9г

65Х + 4,8 – 24Х = 8,9

41Х = 4,1

Х = 0,1 моль

m(Zn) = 65x = 65г/моль • 0, 1 моль = 6, 5 г

Ответ: 6,5 г

Задача 5 . К смеси, содержащей сульфид натрия и хлорид бария, добавили избыток серной кислоты. В результате реакции выделился газ объемом 2,24 л (н.у.) и выпал осадок массой 11,65 г. Определите массовую долю в (процентах) сульфида натрия в исходной смеси.

Решение. В данном случае газ (H₂S) выделяется только при взаимодействии сульфида натрия с серной кислотой:

Na₂S + H₂SО₄ →Na₂SО₄ + H₂S.↑

Определяем количество сероводорода:

ν(H₂S) = v(H₂S)/22,4 л/моль;

v(H₂S) = 2,24/22,4 = 0,1 моль.

Согласно уравнению реакции

v(Na₂S) = v(H₂S); v(Na₂S) = 0,1 моль.

Рассчитываем массу сульфида натрия:

m(Na₂S) = ν (Na₂S) • M(Na₂S);

m(Na₂S) = 0,1 • 78 = 7,8 г.

Осадок (BaS0₄) будет выпадать только при взаимодействии хлорида бария с серной кислотой:

ВаС1₂ + H₂SО₄ → BaSО₄↓ + 2НС1.

Находим количество сульфата бария:

v(BaS0₄) = m(BaS0₄)/M(BaS0₄);

ν(BaS0₄) = 11,65/233 = 0,05 моль.

Согласно уравнению реакции

v(BaCl₂) = v(BaS0₄); v(BaCl₂) = 0,05 моль.

Определяем массу хлорида бария:

m(ВаС1₂) = ν(ВаС1₂) • М(ВаС1₂);

m(ВаС1₂) = 0,05 • 208 = 10,4 г.

Масса исходной смеси равна сумме масс сульфида натрия и хлорида бария:

m (смеси) = m(Na₂S) + m (ВаС1₂);

m (смеси) = 7,8 + 10,4 = 18,2 г.

Вычисляем массовую долю сульфида натрия] исходной смеси:

ώ(Na₂S) = m(Na₂S)/ m (смеси) • 100%

ώ(Na₂S) = 7,8/18,2 • 100 %= 42,9 %.

Ответ: ώ(Na₂S)=42,9%.

Задача 6 . Образец сплава лития и калия массой 4,6 г растворили в воде. Выделившийся водород сожгли. В результате реакции получили 1,8 г воды. Определите массу калия в сплаве.

Решение:

Составим уравнения реакций:

2Х Х

1. 2Li + 2HOH → 2LiOH + H₂

0,2 – 2Х 0,1 - Х
2) 2K + 2HOH → 2KOH + H₂

0,1моль 0,1моль

2. 2Н₂ + О₂ → 2Н₂О.

Найдем количество вещества воды:

ν= m/ M

ν(H₂O) = 1,8г / 18г/моль = 0,1 моль

По уравнению реакции №3 находим

ν(H₂) выделившегося в результате 1 и 2 реакций

ν(H₂) = ν(H₂O) = 0,1 моль

Пусть ν(О₂) в 1й реакции равно Х моль, тогда ν(H₂) во второй

реакции = (0,1-Х)

По уравнению реакции № 1 находим:

ν(Li) = 2 ν(H₂) = 2X

m= M • ν

m(Li) = 7 • 2X = 14X

По уравнению реакции №2 вычисляем:

ν(К) = 2 ν(H₂) = 2(0,1 – Х) = 0,2 – 2Х

m(K) = 39(0,2 – 2X) = 7,8 – 78X

Выразим массу смеси

14Х + 7,8 – 78Х = 4,6

3,2 = 64Х

Х = 0,05 моль

m(K) = 39(0,2- 2 • 0,05) = 3,9г

Ответ: m(К)=3,9 г

Задача 7 Смесь бутадиена-1,3 и бутена-2 массой 22,1 г подвергли каталитическому гидрированию, получив бутан объемом 8,96 л (н. у.). Рассчитайте массовую долю бутадиена-1,3 в исходной смеси.

Решение:

Составим уравнения реакций:

X X

1. C₄H₈ + H₂ → C₄H₁₀

0,4 – X 0,4 - X

2. C₄H₆ + 2H₂ → C₄H₁₀

Находим количество вещества образовавшегося бутана:

ν= V/ Vm

ν(C₄H₁₀) = 8,96л / 22,4л/моль = 0,4 моль

Пусть ν(C₄H₁₀) в 1 реакции равно Х моль, тогда ν(C₄H₁₀) во 2 реакции = 0,4 – Х

Выразим массы бутена и бутадиена :

m= M • ν

m(C₄H₈) = 56X

m(C₄H₆) = 54 (0,4 – X)

m(смеси) =56Х + 54 (0,4 – X) = 22,1г

2X = 0,5

X = 0,25моль

m(C₄H₆) = 54 (0,4 – 0,25) = 8,1г

Находим массовую долю бутадиена 1,3 в исходной смеси:

ώ (C₄H₆) = 8,1г / 22,1г • 100% = 36,65%

Ответ: 36,65%

Задача 8 Смесь пропана и этена массой 14,4 г прореагировала с водородом. В результате реакции образовалась смесь алканов массой 14,8 г. Определите объемную долю (в процентах) этена в исходной смеси.

Решение:

Водород будет реагировать только с этеном:
С₂Н₄ + Н₂ →С₂Н₆.

Определяем массу водорода, вступившего в реакцию. Согласно закону сохранения массы масса водорода равна разнице масс алканов и исходной смеси углеводородов:

m (Н₂) = 14,8 - 14,4 = 0,4 г.

Вычисляем количество водорода:

ν(H₂) = m(H₂)/M(H₂); v(H₂) = 0,4/2 = 0,2 моль.

Определяем количество этена в смеси. Согласно уравнению реакции:

ν (C₂H₄) = ν (H₂); ν (C₂H₄) = 0,2 моль.

Рассчитываем его объем:

v(C₂H₄) = ν (C₂H₄) • 22,4 л/моль;

v(C₂H₄)) = 0,2 • 22,4 = 4,48 л.

Вычисляем массу этена:

m(C₂H₄) = v(C₂H₄) • М(С₂Н₄); m (С₂Н₄) = 0,2 • 28 = 5,6 г.

Масса пропана в исходной смеси равна разнице масс исходной смеси и этена:

m(С₃Н₈) = 14,4 - 5,6 = 8,8 г.

Находим количество пропана:

ν(C₃H₈) = m(С₃Н₈)/М(С₃Н₈);

ν(C₃H₈) = 8,8/44 = 0,2 моль.

Рассчитываем объем пропана:

v(C₃H₈) = ν(C₃H₈) • 22,4 л/моль;

v(C₃H₈) = 0,2 • 22,4 = 4,48 л.

Объем исходной смеси равен сумме объемов этена и пропана:

v(смеси) = v(C₂H₄) + v(C₃H₈);

v(смеси) = 4,48 + 4,48 = 8,96 л.

Определяем объемную долю этена:

φ = v(в-ва)/v(смеси) •100%;

φ(С₂Н₄)= 4,48/8,96•100 = 50 %.

Ответ: 50 %.

Задача 9 К 20 л (н.у.) смеси метана и этена добавили 12 л (н.у.) водорода. Смесь нагрели в присутствии платины. Объем (н.у.) ее после реакции стал равным 24 л. Определите объемную долю этена в исходной
смеси.

Решение:

Рассчитываем объем исходной смеси:

V₁ = 20 л + 12 л = 32 л.

Водород будет реагировать только с этеном:

С₂Н₄ + Н₂ → С₂Н₆.

Согласно уравнению реакции один объем этена реагирует с одним объемом водорода с образованием одного объема этана. Следовательно, объем водорода, вступившего в реакцию, будет равен разнице суммарного объема водорода и этена и объема этана:

V(Н₂) = V(Н₂ + С₂Н₄) - V(C₂H₆).

Поскольку объем Метана в исходной и конечной смесях один и тот же, объем прореагировавшего водорода можно рассчитать как разницу объемов исходной и конечной смесей:

V(H₂)= V_исх - Vк; V(H₂) = 32 - 24 = 8 л.

Определяем объем С₂Н₄. Согласно уравнению реакции

ν (C₂H₄) = ν (H₂); ν (C₂H₄) = 8 л.

Вычисляем объемную долю этена в исходной смеси:

φ(С₂Н₄) = V(C₂H₄) / V(смеси) • 100%

φ(С₂Н₄) = 8/20 • 100 = 40%

Ответ: 40%

Задача 10 Смесь бутана и бутена-2, полученная при гидрировании 5,4 г бутадиена, обесцветила 80 г бромной воды с массовой долей брома 4 % . Определите массовую долю бутана в смеси углеводородов.

Решение:

Составим уравнения реакций:

0,08моль 0,08моль

1. C₄H₁₀ + 2H₂ → C₄H₁₀

0,02моль 0,02моль

2. C₄H₆ + H₂ → C₄H₈

0,02моль 0,02моль

3. C₄H₈ + Br₂ →C₄H₈Br₂

р-р

Определяем массу брома в растворе

m = ώ • m(р-ра)

m(Br₂) = 0,04 • 80г = 3,2г

Найдем количество вещества брома:

ν= m/ M

ν(Br₂) = 0,02 моль

По уравнению реакции № 3 рассчитываем:

ν(C₄H₈) = ν(Br₂) = 0,02моль

Значит ν(C₄H₈) во 2 реакции тоже равен 0,02 моль

m(C₄H₈) = 0,02 моль • 54г/моль = 1,08г

По уравнению реакции № 2 рассчитываем:

ν(C₄H₆)прореаг = ν(C₄H₈) = 0,02 моль

Определяем ν(C₄H₆)исходн

ν= m/ M

ν(C₄H₆) = 5,4г / 54 г/моль = 0,1моль

Тогда ν(C₄H₆)прореаг в 1 реакции равно 0,1 моль – 0,02 моль = 0,08 моль

По уравнению реакции №1 находим:

ν(C₄H₁₀) = ν(C₄H₆)прореаг = 0,08 моль

m(C₄H₁₀) = 0,08моль • 58г/моль = 4,64г

ώ = m(в-ва) / m(смеси)

ώ(C₄H₁₀) = 4,64г/ 4,64 + 1,08 • 100% = 81%

Ответ: 81%

Задача 11 При взаимодействии смеси метилового спирта и фенола с избытком натрия выделилось 2,24 л Н₂. На нейтрализацию данной смеси требуется раствор, содержащий 4 г гидроксида натрия. Определите массовую долю (в процентах) метанола в исходной смеси.

Решение:

Составим уравнения реакций:

0,05моль 0,05 моль

1. 2CH₃OH + 2K → 2CH₃OK + H₂

0,1моль изб 0,05моль

2. 2C₆H₆OH + 2Na → 2C₆H₅ONa + H₂

0,1моль 0,1моль

3. C₆H₅OH + NaOH→ C₆H₅ONa + H₂O

Рассчитаем количество вещества водорода, выделившегося в 1 и во 2 реакциях:

ν= V/ Vm

ν(Н₂) = 2,24л / 22,4л/моль = 0,1 моль

Определяем количество вещества гидроксида натрия

ν= m/ M

ν(NaOH) = 4г / 40г = 0,1моль

По уравнению реакции № 3 вычисляем:

ν(C₆H₅OH) = ν(NaOH) = 0,1моль

Значит и в исходной смеси

ν(C₆H₅OH) = 0,1моль

По уравнению реакции № 2 определяем:

ν(Н₂) = 1/2 • ν(C₆H₅OH) = 1/2 • 0,1 моль = 0,05 моль

ν(Н₂) во 2 реакции = 0,1моль – 0,05 моль = 0,05 моль

По уравнению № 1 рассчитываем:

ν(CH₃OH) = 2 ν(Н₂) = 2 • 0,05 моль = 0,1 моль

Находим массы метанола и фенола

m= M • ν

m(CH₃OH) = 0,1моль • 32г/моль = 3,2

m(C₆H₅OH) = 94 0,1 = 9,4 г
ώ(СН₃ОН) = 3,2г / 3,2 + 9,4 • 100% = 25,4%

Ответ: 25,4 %.

Задача 12 При сжигании 36,4 г смеси этанола и уксусной кислоты образовалось 32,4 г воды. Определить массовые доли компонентов смеси.

Решение:

Составляем уравнения реакций:

X

1. C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O

(1,8 – X)

2. CH₃COOH + 2O₂ → 2CO₂ + 2H₂O

Определяем количество вещества воды:

ν= m/ M

ν(Н₂О) = 32,4г / 18г/моль = 1,8 моль

Пусть ν(Н₂О) в первой реакции будет равно Х моль, тогда ν(Н₂О) во 2 реакции = 1,8 – Х

По уравнению реакции № 1 вычисляем:

ν(С₂Н₅ОН) = 1/3 ν(Н₂О) = 1/3 Х

m(C₂H₅OH) = M • ν = 1/3 X • 46 = 15,3X

По уравнению реакции № 2 вычисляем:

ν(CH₃COOH) = 1/2 ν(Н₂О) = 1/2 (1,8 – Х) = 0,9 – 0,5Х

m(CH₃COOH) = (0,9 – 0,5X) • 60 = 54 – 30X

Выразим массу смеси:

m(смеси) = 15,3X + 54 – 30X = 36,4

14,7X = 17,6

X = 1,2 моль

m(С₂Н₅ОН) = 15 ,3X = 15,3 • 1,2 = 18,4г

m(CH₃COOH) = 54 – 30Х = 54 – 36 = 18 г

m(смеси) = 18,4г + 18г = 36,4г

ώ(С₂Н₅ОН) = 18,4г / 36,4г • 100% = 50,5%

ώ(CH₃COOH) = 18г / 36,4г • 100% = 49,5%

Ответ: ώ(спирта) = 50,5% ; ώ(кислоты) = 49,5,5%