Текст
                    И.Врублевский
^ Вся химия
в задачах
и упражнениях
с примерами
решений
Минск
«Красико-Принт»
2009


УДК 54 ББК 24я7 В 83 Врублевский, А. И. Тренажер по химии / А. И. Врублевский. - 3-е изд., перераб. и доп. - В 83 Минск: Красико-Принт, 2009. - 656 с. ISBN 978-985-405-492-6. Книга содержит более 3300 разноуровневых задач и упражнений по все- му школьному курсу химии, а также 150 примеров решения типичных за- даний. В настоящем 3-м издании максимально учтены требования, предъ- являемые к вступительным испытаниям в вуз, проводимым в любом виде — от традиционного экзамена до централизованного тестирования. Рекомендуется педагогам и учащимся средних школ, лицеев, специали- зированных классов; слушателям подготовительных курсов и отделений ву- зов; тем, кто самостоятельно готовится к сдаче конкурсного экзамена и централизованного тестирования по химии. УДК 54 ББК 24я7 ISBN 978-985-405-492-6 © Врублевский А. И., 2009 © Оформление ИООО «Красико-Принт», 2009
■От автора В настоящее время читателю предлагается довольно много разнообраз- ных сборников задач по химии, однако книга, которую вы держите в руках, не имеет аналогов среди подобных изданий. Эта книга — результат творческого анализа и отработки на практике более 2700 разноуровневых задач и упражнений по химии, составленных автором (отмечены звездочкой) или взятых из наиболее популярных сбор- ников, изданных как в России, так и в Беларуси, а также предлагавшихся на вступительных испытаниях в ведущие вузы республики. Работая над книгой, автор стремился в максимальной степени учесть требования, предъявляемые к вступительным испытаниям по химии в вуз, проводимым в любом виде — от традиционного экзамена до централизован- ного тестирования, а также сделать книгу полезной как для абитуриента, так и для опытного педагога. Содержание книги наиболее точно отражает название «Тренажер по химии», поскольку она содержит: - консультации по различным способам решения задач; - примеры решения более 150 задач и упражнений; - задачи с ответами по всем разделам школьного курса химии; - описание свойств неорганических и органических веществ на при- мере цепочек химических превращений различного уровня сложности; - задания для повторения школьного курса химии. Несколько советов по работе с книгой. Порядок расположения матери- ала в ней соответствует последовательности изучения химии в школе. Если вы школьник и располагаете достаточным запасом времени, то лучше все- го постепенно выполнить все задания. Это - гарантия успеха. В условиях дефицита времени постарайтесь решить задания заключительного раздела (§51), обращаясь при возникновении трудностей к примерам решения ти- повых задач в предыдущих разделах. Для более подробного ознакомления с изучаемыми темами следует обратиться к книгам автора [2—5], приведен- ным в списке литературы. Обратите внимание, что в настоящем учебном пособии сложные неор- ганические вещества называются в соответствии с правилами, принятыми в русскоязычной литературе по химии. В этом случае название электроот- рицательной части (аниона) дается в именительном падеже, а название электроположительной части (катиона) — в родительном падеже. Напри- мер: Fe203 - оксид железа (III), NaOH - гидроксид натрия, l^SC^ - суль- фат калия. Именно такой подход к названию неорганических веществ
4 использован в новом школьном учебнике Химия — 8 (2004 г.) и эксперимен- тальном учебном пособии для школ Химия — 11 (2004 г.). В пока еще дей- ствующих школьных учебниках по химии применяется международная номенклатура, согласно которой сначала называется катион, а затем — ани- он. Например: Fe203 - железо (Ш)-оксид, NaOH - натрий-гидроксид, K^SC^ - калий-сульфат. В расчетах используйте округленные до целого числа значения относитель- ных атомных масс элементов, за исключением хлора, для которого Лг = 35,5. Степень точности конечного результата вычислений должна быть такой же, как у наименее точного числа в условии задачи, однако в промежуточных расчетах для повышения надежности следует брать на одну-две значащих цифры больше. Необходимо иметь в виду, что во всех случаях массовая доля указана для растворенного вещества. Важный вопрос — выбор способа решения задачи. Автор книги не ста- вил перед собой цель разобрать все из них (это привело бы к неоправданно- му возрастанию объема книги), поэтому вполне возможно, что для некото- рых задач вы предложите свой способ решения. Возможно, он покажется вам наилучшим. Это очень хорошо, поскольку свидетельствует о развитии у вас творческого подхода к изучаемому материалу. «Тренажер» предназначен самой широкой читательской аудитории: абитуриентам, занимающимся самостоятельной подготовкой к сдаче эк- замена по химии; педагогам и учащимся средних школ, лицеев, специа- лизированных классов; слушателям подготовительных курсов и отделе- ний вузов. Неоценимую помощь он окажет и при подготовке к централи- зованному тестированию по химии. Создание сборника задач, тем более такого объемного, — это на самом деле очень трудная работа, не застрахованная от неизбежных погрешнос- тей. Поэтому автор с благодарностью примет все замечания, способствую- щие улучшению качества книги. В заключение автор выражает искреннюю благодарность кандидату химических наук, доценту Кузьменок Н. М., которая взяла на себя труд проверить правильность решений некоторых задач, и чьи замечания и со- веты позволили сделать книгу лучше. Желаю читателям успехов в изучении химии и удачи на вступительных испытаниях. Предисловие к третьему изданию Со времени первого издания «Тренажер» зарекомендовал себя как наи- более востребованное и полное из существующих пособий по химии для подготовки абитуриентов к сдаче вступительных испытаний, старшекласс- ников и педагогов. Это является стимулом для автора к постоянной доработ- ке данного учебного пособия и его усовершенствованию с учетом читатель-
5 ских пожеланий и новых тенденций в централизованном тестировании по химии, особенно в связи с последними реформами в системе школьного образования. Третье издание «Тренажера» существенно отличается от второго. Во- первых, в третьем издании за счет введения более 300 новых заданий зна- чительно усилена часть, касающаяся химических свойств неорганических и органических соединений. Во-вторых, добавлено свыше 100 новых рас- четных задач по наиболее трудным разделам — олеум, молярная концентра- ция и т. д. В-третьих, значительно дополнено «Приложение», куда введены справочные материалы по качественным реакциям, тривиальным назва- ниям органических веществ и др. Наконец, проделана большая работа по дальнейшему устранению выявленных ошибок в расчетных задачах и по- грешностей технического характера. Для закрепления полученных при работе с данной книгой навыков по решению задач и цепочек химических превращений рекомендуем восполь- зоваться пособием: Врублевский А. И., Кузьменок Н. М. Тестовый трена- жер по химии. — Минск: Красико-Принт, 2008. 416 с. В этом пособии также широко представлены теоретические тестовые задания по всему школьно- му курсу химии.
§ 1. Физические величины в химии Химия тесно переплетается с физикой и математикой, поэтому в основе всех расчетных химических задач лежат ма- тематические соотношения, связывающие между собой фи- зические величины. Цель задач настоящего раздела состоит в том, чтобы на- учить вас на практике использовать эти соотношения, зало- жив тем самым фундамент вашей математической эрудиции в решении заданий последующих разделов. Отнеситесь к ре- шению задач данного раздела самым серьезным образом. Обозначения используемых физических величин и их еди- ницы приведены в табл. 1. Таблица 1 Физические величины, их обозначения и единицы Физическая величина 1 Относительная атомная масса элемента Относительная молекулярная масса или относительная формульная масса вещества Масса атома элемента Обозна- чение 2 Л(Э) М-(В) /Яа(Э) Единица 3 Любые единицы массы, в том числе а.е.м. Пример 1 использования 4 АГ(К) = 39 МГ(Н20)=18; МДКОН) = 56 /wa(Na) = 23 а.е.м.; /wa(Na) = 3,82-l(r23r
7 Продолжение таблицы 1 Масса молекулы или формульной единицы (ФЕ) вещества Масса образца (навески, порции) вещества Объем образца (навески, порции) вещества Химическое количество вещества Молярная масса вещества Число частиц 2 ^м(В), /"фе(В) /77(B) К(В) "(В) М(В) N(B) 3 Любые единицы массы, в том числе а.е.м. Любые единицы массы (мг, г, кг,т) Любые единицы объема (см3, 3 Зч дм ,м) моль г/моль Атомы, молекулы, ионы, формульные единицы (ФЕ) 4 тфЕ(ЫаР) = 42 а.е.м.; mM(NH3) = 2,82-10"23r т(руды)= 1,28 кг; /77(H2SO4)=100r F(N2)= 1,12 дм3; K(p-paH2S04) = 52,5см3 я(Н2) = 1,5 моль М(Н) = 1 г/моль; MHN03) = 63 г/моль МН2) = 3,0М023 молекул; #(SiO2) = 4,52-102IOE Необходимо запомнить значения следующих физических постоянных: • молярный объем газа при нормальных условиях (н.у.): Vm = 22,4 дм3/моль; • постоянная Авогадро: 7VA = 6,02 • 1023 моль1; • атомная единица массы1: 1 а.е.м. = 1,66 • Ю-27 кг = 1,66 • КН4 г. Рассмотрим решение различных типов задач на конкрет- ных примерах. 1 Международное обозначение и.
§ 1. Физические величины в химии Расчет массы структурной единицы вещества1 ПРИМЕР 1-1. Рассчитайте массу (в кг) атома цезия. Решение Вариант 1 Массу атома элемента рассчитываем по формуле: та(Э)=ЛДЭ)-а.е.м. (1-1) В периодической системе элементов находим: Ar{Cs) = 133. Тогда имеем: ma(Cs) = Л/Cs) • а.е.м. = 133 • 1,66-Ю"27 = 252Н0-25 (кг). Вариант 2 Массу атома элемента можно найти по формуле: таО)=— • (1-2) В данном случае М — молярная масса простого вещества цезия: Af(Cs) =133 г/моль. Находим: 133—^— ma(Cs) = моль1 = 2,2Ы(Г22г = 2,2М0-25 кг. 6,02 102 л23 1 моль Вы, вероятно, заметили, что расчеты можно производить как без указания (вариант 1), так и с указанием (вариант 2) единиц физических величин, однако конечный результат всегда должен быть выражен в требуемых единицах (в пер- вом случае единица величины берется в скобки). Ответ: т (Cs) = 2,2МО"25 кг. 1В случае изотопно-смешанных элементов по приведенным в периоди- ческой таблице значениям Аг находятся средние массы атомов, молекул и формульных единиц
§ 1. Физические величины в химии ПРИМЕР 1-2. Определите массу (в г) молекулы воды. Решение Вариант 1 Массу молекулы вещества можно рассчитать по формуле: тм(В) = МДВ)-а.е.м. (1-3) Поскольку МДН20) = 2ЛДН) + ЛДО) = 2 + 16 = 18, имеем: тм(Н2О) = 18.1,66-10-24=2,99-10-23(г). Вариант 2 Используем выражение: т.т-»М. (.-4) Так как М(Н20) = 18 г/моль, находим: 1Я тм(Н90) = ^г- = 2,99-1(Г23(г). м 2 6,02-Ю23 Ответ: тм(Н20) = 2,99-КГ23 г. ПРИМЕР 1-3. Рассчитайте массу (в г) пяти формульных единиц оксида кремния (IV). Решение Оксид кремния (IV) — вещество атомного (а не молеку- лярного) строения1. Для таких веществ вместо понятия «мо- лекула» используется понятие «формульная единица» (ФЕ). 1 Немолекулярное строение имеют также щелочи, соли, оксиды щелоч- ных и щелочноземельных металлов и т.д. Для таких веществ вместо понятия «относительная молекулярная масса» используют понятие «относительная формульная масса»; обе величины обозначаются одинаково - Л/.
10 § 1- Физические величины в химии Очевидно: т{5ФЕ Si02) = 5wOE(Si02). Массу OE(Si02) можно рассчитать либо по выражению (1-3), либо по выражению (1-4), т. е. mOE(SiO2) = Mr(SiO2)-a.e.M.= 604,66.10"24 = 9,96-КГ23 (г) или тфЕ(8Ю2) = ^^ = --^ = 9,96.10-(г). ФЕ 2 NK 6,02 1023 Тогда находим: т(5ФЕ Si02) = 5-9,96 ■ Ю"23 = 4,98 • Ю-22 (г). Ответ: /и(5ФЕ Si02) = 4,98 • Ю"22 г. ПРИМЕР 1-4. Масса молекулы фосфора при некоторых условиях равна 2,058 • Ю-22 г. Сколько атомов фосфора входит в состав его молекулы? Решение Состав молекулы фосфора представим в виде Рх, где х — число атомов фосфора в молекуле. Очевидно: ™»(Р*) х = - Так как имеем: та(Р) та(Р) = ЛДР)-а.е.м., х= Щ.<?*) Находим: АДР)-а.е.м. 2,058-10-22 х = : — = 4 (атома). 311,66-1024 Ответ: 4 атома.
§ 1. Физические величины в химии 11 ПРИМЕР 1-5. Массы образцов железа и серы равны. В каком из образцов и во сколько раз содержится больше атомов? Решение Обозначим числа атомов железа и серы как 7V(Fe) и N(S), а массы образцов веществ - w(Fe) и m(S). Очевидно: m(Fe) = ma (Fe) • Af(Fe); m(S) = ma(S).JV(S). Из этих двух выражений получаем: m(Fe) iV(Fe) = ma(Fe)' m(S) ma(S) Тогда искомое соотношение равно (учитываем, что m(S) = = W(FC)): m(S) N(S) m(S) ma(Fe) N(JFt) m(Fe) ma(S) ma(Fe) Поскольку ma (Fe) = Ar (Fe) • а.е.м. и ma (S) Д. (S) а.е.м., окончательно получаем: JV(S) _ ma(Fe) _ Ar(Fe)-a.e.M. _ A.dPc) _ 56 _{ ?5 7V(Fe) ma(S) Ar(S)-а.е.м. Ar(S) 32 ' Таким образом, в образце серы атомов содержится в 1,75 раза больше. Ответ: в образце серы атомов в 1,75 раза больше. 1. Рассчитайте массу: а) атома натрия (в г); б) пяти молекул белого фосфора Р4 (в кг);
12 § 1- Физические величины в химии в) десяти молекул ромбической серы S8 (в г); г) трех молекул озона 03 (в а.е.м.). 2. Рассчитайте массу: а) молекулы фуллерена С60 (в мг); б) трех молекул кофеина C8Hl0O2N4 (в кг); в) катиона аммония NH* (в г); г) аниона SO^' (в г). 3. Рассчитайте массу: а) молекулы гемоглобина C2954H4516N780O806S12Fe4 (в мг); б) формульной единицы хлорида натрия (в г); в) шести формульных единиц гидроксида калия (в кг); г) трех формульных единиц оксида бария (в г). 4. Масса молекулы серы равна массе восьми атомов кис- лорода. Сколько атомов серы входит в состав ее молекулы? 5. Во сколько раз масса молекулы сахарозы С12Н22Оп боль- ше массы молекулы белого фосфора Р4? 6. Сколько атомов Na содержится в его порции, имею- щей такую же массу, как и масса 300 атомов К? 7. Образцы метана СН4 и кислорода 02 содержат одина- ковое число молекул. Найдите отношение массы кислорода к массе метана. 8. В образце магния число атомов в три раза больше числа атомов углерода в образце алмаза. Рассчитайте отношение массы образца магния к массе образца алмаза. Расчеты с использованием понятия химическое количество вещества ПРИМЕР 1-6. Рассчитайте химическое количество: а) водорода в порции, содержащей 3,01-1024 молекул Н2; б) азота в порции объемом (н.у.) 5,6 дм3; в) сульфата натрия в навеске массой 14,2 г.
§ 1. Физические величины в химии 13 Решение а) Используем формулу: -да* • (i-5) Находим: iV(H2)_3,01-1024 NA ~6,02-102 и(Н2) = -^-^ = - = 5 (моль). 4 2/ М /Z ЛО 1/^23 v ' б) Используем формулу: «(В) = Ш. (1.6) Находим: V(N2)_ 5,6 Vm 22 А в) Используем формулу: n(N,) = ^-^ = ^- = 0,25 (моль). п(В) =*<»>-. (1-7) М(В) Так как M((Na2S04) = 142 г/моль, имеем: /хт егл ч ™(Na2S04) 14,2 n(Na9SO,) = —-—-—— = = 0,1 (моль). 2 4 M(Na2S04) 142 Ответ: а) 5 моль; б) 0,25 моль; в) 0,1 моль. Выражения (1-5)—(1-7) легко преобразуются для получе- ния формул, по которым можно рассчитать: число частиц N(B) = n(B)N,; (1-8) объем газа при н.у. v(B)=n(BWm; (1-9) массу вещества т(В) = и(В)М(В); (1-10) молярную массу вещества мо»-=а (1-й) "(В)
14 § 1- Физические величины в химии ПРИМЕР 1-7. Рассчитайте: а) число формульных единиц в образце NaCl химическим количеством 0,20 моль; б) объем (дм3, н.у.) оксида серы (IV) химическим количе- ством 1,5 моль; в) массу (в г) фосфорной кислоты химическим количе- ством 1,75 моль; г) молярную массу некоторого вещества, масса которого и химическое количество равны 11 г и 0,25 моль. Решение а) Используем формулу (1-8), получаем: 7V(NaCl) = /i(NaCl)-NA = 0,20-6,02• 1023 = 1,2• 1023 (ФЕ). б) Используем формулу (1-9), находим: F(S02) = n(S02) • Vm = 1,5-22,4 = 33,6 (дм3). в) Используем формулу (1-10), рассчитываем: m(H3P04) = л(Н3Р04)-М(Н3Р04) = 1,75-98 = 171,5 (г). г) Используем формулу (1-11), получаем: М (В) = -^- = 44 (г/моль). 0,25 Ответ: а) 1,2 • 1023 ФЕ ; б) 33,6 дм3; в) 171,5 г; г) 44 г/моль. Молярную массу вещества можно также рассчитать, если известны масса одного его атома, молекулы или формуль- ной единицы. При этом используются формулы (1-2) и (1-4), из которых получаем М(В) = та(Э)ЛГА. (1-12) М(В) = тм(В)ЛГА. (1-13) М(В) = тФЕ(В)ЛГА. (1-14) ПРИМЕР 1-8. Масса молекулы вещества равна 1,06 • Ю-22 г. Рассчитайте молярную массу вещества.
§ J. Физические величины в химии 15 Решение Используем формулу (1-13), получаем: М(В) = 1,06- Ю-22-6,02• 1023 = 64 (г/моль). Ответ: М(В) = 64 г/моль. 9. Определите число молекул в указанных поридях веществ: а) 3,25 моль 02; б) 11,5 моль Н2; в) 40 моль NH3; г) 0,0125 моль Н20. 10. Рассчитайте химическое количество в указанных пор- циях веществ: а) 3,92 -1023 молекул 02; б) 14,7 • 1024 атомов Аг; в) 2,45 • 1023 формульных единиц Na3P04; г) 17,34 • 1024 молекул H2S04. 11. Рассчитайте число формульных единиц в указанных порциях веществ немолекулярного строения: а) 1,5 моль K^SO^ б) 3,8 моль NaOH; в) 20 моль Si02; г) 5,6 моль СаО. 12. Рассчитайте число атомов в указанных порциях веществ: а) 0,15 моль Не; б) 0,25 моль Си; в) 1,5 моль Fe; г) 3,8 моль К. 13. Рассчитайте массу: а) 2 моль S02 (в г); б) 3,5 моль СН4 (в кг); в) 5,0 моль воздуха1 (в г); г) 0,005 моль К3Р04 (в мг). 14. Рассчитайте химическое количество для указанных порций веществ: а) 5,6 дм3 (н.у.) Не; б) 1,12 дм3 (н.у.) S02; в) 5,0 м3 (H.y)NH3; г) 300 см3 (н.у.) НС1. 15. Определите объемы (н.у.) указанных порций веществ: а) 3,2 моль H2S (в дм3); б) 0,05 моль СН4 (в см3); в) 300 моль 02 (в м3); г) 1,14 моль Аг (в дм3). 1 М(возд.) = 29.
15 § J- Физические величины в химии 16. Рассчитайте химическое количество для указанных порций веществ: a) 140rH2SO4; б)210т1ЧаС1; в) 100 мг С12; г) 18,9 г Н3Р04. 17. Рассчитайте молярную массу вещества по следующим данным: а) масса молекулы вещества равна 5,312 • 10~23 г; б) масса пяти молекул вещества равна 3,987 • Ю-22 г; в) масса атома вещества равна 8,247 • Ю-22 г; г) вещество химическим количеством 0,25 моль имеет массу, равную 0,12 кг. Массу вещества можно найти, если известны его плот- ность р и объем V: т(В) = К(В)р(В). (1-15) Выражение (1-15) позволяет легко рассчитать объем ве- щества F(B) = ^> (1-16) Р(В) или его плотность: р(В) = ^>. (1-17) Отметим, что формулы (1-15)—(1-17) используются не только для индивидуальных веществ, но и твердых, жидких или газообразных смесей (такие задачи рассматриваются в последующих разделах данного учебного пособия). Следует запомнить, что для жидкой воды плотность прак- тически не зависит от температуры, так что при нормальном давлении Р(Н20)Ж=1Л = 1^ = 1Л- см дм м Плотность газообразного вещества при н.у. легко найти по формуле
§ 1. Физические величины в химии 17 т.ш, (1.18) т где Vm = 22,4 дм3/моль. Выражение (1-18) используется также для определения молярной массы газа: M(B) = p(B)FM. (1-19) Для газов (а также их смесей) используется понятие «от- носительная плотность» одного газа по другому. Относитель- ная плотность обозначается буквой D и для газа В по газу А равна отношению их молярных (или относительных моле- кулярных) масс: D(W.j£sa.j£2». „.ад А М(А) МДА) Например, относительная плотность кислорода по водо- роду равна: "2 2 МДН2) 2 Для воздуха Мг = 29, поэтому относительная плотность, например, хлора по воздуху составляет: МДС12) = 71 W^ м(возд) 29 А«,(С12)= г/ 2\= — = 2,45. Формула (1-20) используется также для расчета молярной (относительной молекулярной) массы неизвестного газа В, если указана его относительная плотность по газу А: М(В) = ДДВ)М(А). (1-21) Например: M(B) = 2DH2(B); (1-22) А/(В) = 29Яад(В). (1-23) ПРИМЕР 1-9. Рассчитайте: а) объем (в см3) жидкой воды массой 1 кг; б) плотность (н.у.) аммиака (в г/дм3); в) молярную
18 § J- Физические величины в химии массу газа, если его плотность (н.у.) равна 2,857 г/дм3; г) молярную массу газа, если его относительная плотность по гелию равна 11. Решение а) Используем формулу (1-16), получаем: m(H2Q) 1 103г р(Н20) 1г/см б) Используем формулу (1-17), находим У(Н20) V 2 } ^Ц- 1000 см3 (1дм3). p(NH3) = — 3- = = = 0,759 г/дм3. 3 Vm 22,4дм3/моль в) Используем формулу (1-18), рассчитываем: М (В) = 2,857 -^ • 22,4 ^— = 64 г/моль. дм моль г) Используем формулу (1-21), получаем: М(В) = М(Не) />Не(В) = 4-11 =44 г/моль. Ответ: а) 1000 см3; б) 0,759 г/дм3; в) 64 г/моль; г) 44 г/моль. 18. Рассчитайте: а) массу (в г) жидкой воды объемом 0,5 дм3; б) объем (в см3) бензола массой 10,0 г (р = 0,8 г/см3); в) плотность (в г/см3) этанола, если порция его объемом 0,5 дм3 имеет массу 0,4 кг; г) объем (в см3) золотого слитка массой 1,0 кг (р = 19,32 г/см3). 19. Рассчитайте: а) плотность (н.у, г/дм3) кислорода; б) молярную массу газа, если его плотность (н.у.) равна 2,14 г/дм3; в) плотность (н.у, г/дм3) азота; г) молярную массу газа, если его плотность (н.у.) равна 1,964 г/дм3.
§ 1. Физические величины в химии 19 Вычисления с одновременным использованием нескольких расчетных формул А сейчас несколько усложним задачи. Усложнение состоит в том, что искомая величина находится не по одной из выше- приведенных формул, а с использованием их комбинаций. ПРИМЕР 1-10. Рассчитайте объем (дм3, н.у.) порции азо- та, содержащей 1,12 • 1023 молекул. Решение 1. Выписываем значения физических констант: NA = 6,02 • 1023 моль-1; Vm = 22,4 дм3/моль. 2. Согласно выражениям (1-5) и (1-9), имеем: V(N2) = n(N2)-Vm. Подставив верхнюю формулу в нижнюю, получаем: V(N2) = ^4. 3. Проводим расчеты: "№)=^'22-4=4Л7 <дм!)- Ответ: K(N2) = 4,17 дм3. ПРИМЕР 1-11. Рассчитайте объем (дм3, н.у.) порции кис- лорода массой 2 кг. Решение М(02) = 32 г/моль; т(02) = 2 кг = 2000 г; V =22,4 дм3/моль.
20 § 1- Физические величины в химии Согласно выражениям (1-7) и (1-9), имеем: ^ч-"*(02). И(<Л) = , М(02) V(02) = n(02)-Vm. Подставив верхнюю формулу в нижнюю, получаем: v4o2)=^k. М(02) Проводим расчеты: V(0,) = ^^-22,4 = 1400 (дм3). 32 Ответ: V(07) = 1400 дм3. ПРИМЕР 1-12. Рассчитайте число молекул в порции ам- миака объемом (н.у.) 3,45 дм3. Решение ЛГА = 6,02 • 1023 моль"1; Vm = 22,4 дм3/моль. Согласно выражениям (1-6) и (1-8), имеем: n(NH3) = - V(NH3). ут W(NH3) = n(NH3)-tfA. Подставив верхнюю формулу в нижнюю, получаем: т Проводим расчеты: W(NH3) = -^--6,02-1023 = 9,27-10? (молекул). Ответ: W(NH3) = 9,27 • 1022 молекул.
ПРИМЕР 1-13. Рассчитайте массу (в г) порции аммиака, в которой содержится 5,43 • 1024 молекул. Решение NA = 6,02 • 1023 моль-1; M(NH3) = 17 г/моль. m(NH3) = n(NH3)-M(NH3); n(NH3) = М(Ш*\ Из этих двух формул получаем: Имеем: 5,43 1024 6,02 10 Ответ: m(NH3) = 153 г. m(NH3)= ' „-Г7 = 153 (г). V 3/ С ПО 1А23 ПРИМЕР 1-14. Рассчитайте число молекул воды в ее порции объемом 2,5 см3 при температуре +4 °С и давлении 101,3 кПа Решение NA = 6,02 -1023 моль-1; М(Н20) = 18 г/моль; р(Н20) = 1 г/см3. При указанных условиях вода — жидкость, поэтому нельзя ее химическое количество находить по формуле т где Vm = 22,4 дм3/моль. Используем формулы: #(Н20) = п(Н20)ЛГА; 2 М(Н20)
22 § J- Физические величины в химии т(Н20) = У(Н20)р(Н20). Объединяя эти все три выражения, получаем: N щвдвд М(Н20) А Находим: ^(Н20) = 2?5'Ь6,02'10 = 8,36-1022 (молекул). Ответ: ЛЩ20) = 8,36 • 1022 молекул. 20. Рассчитайте число молекул в следующих порциях веществ: а) 12,0 г 03; б) 7,0 дм3 (н.у.) N2; в) 1000 см3 (н.у.) СН4; г) 30 г Н20. 21. Рассчитайте число молекул (а, б) или атомов (в, г) в следующих порциях веществ: а) 1,2 см3 жидкой воды; б) 5,0 см3 бензола С6Н6 (р = 0,8 г/см3); в) 2 см3 цинка (р = 7,1 г/см3); г) 3,0 г магния. 22. Рассчитайте: а) молярную массу вещества, если масса 2 дм3 (н.у.) паров его равна 2,59 г; б) молярную массу вещества, если порция его массой 6,6 г содержит 9 • 1022 молекул; в)1 молярный объем свинца (в дм3/моль), если его плот- ность равна 11,34 г/см3; г)2 молярный объем этанола (в дм3/моль), если порция его массой 160 г занимает объем, равный 200 см3; д) молярную массу хлорофилла, если масса его молекулы равна 1,485-10"18 мг. 1 Используйте формулу У„,(В) =М(В)/р(В). 2 Используйте формулу VW(B) = V(B)/n(B).
§ 1. Физические величины в химии 23 23. Рассчитайте массу следующих порций веществ: а) 3,20 • 1024 молекул глюкозы С6Н1206 (в г); б) 13,4 дм3 (н.у.) этана С2Н6 (в мг); в) 1,60 • 1025 формульных единиц Са(ОН)2 (в кг); г) 0,25 • 1023 атомов железа (в мг). 24. Рассчитайте объем следующих порций веществ: а) 2,3 г N02 (в см3, н.у); б) 1,20 • 1024 молекул 02 (в дм3, н.у); в) 10 моль этанола С2Н5ОН (р = 0,8 г/см3) (в см3); г) 2 моль свинца (р = 11,34 г/см3) (в см3). 25. Какая масса (в г) Н2 содержит столько же молекул, сколько их находится в следующих порциях веществ: а) 11 г С02; б) 5,6 дм3 (н.у.) 02; в) 36 см3 жидкой воды; г) 5 г аргона? 26. Какова масса (в г) СО, занимающего такой же объем (н.у), как и следующие порции веществ: a)96rS02; б)1,8гСН4; в) 3,01 • 1023 молекул С12; г) 18 г жидкой воды? 27. В каком объеме (дм3, н.у.) СН4 содержится столько же молекул, как и в следующих порциях веществ: а) 1,5 моль NH3; б) 9,8 г H2S04; в) 3,5 см3 С6Н6 (р = 0,8 г/см3); г) 1,5 дм3 жидкой воды? 28. Сколько молекул NH3 имеют такую же массу, как и сле- дующие порции веществ: а) 5,04 • 1023 молекул 02; б) 6,72 дм3 (н.у.) N2; в) 0,2 моль Н3Р04; г) 3,01 • 1024 атомов Fe? 29. Масса молекулы серы равна 4,25 • Ю-*22 г. Рассчитайте: а) число атомов в молекуле серы; б) молярную массу серы. 30.* Во сколько раз масса 6,02 • 1025 атомов меди больше массы порции кислорода объемом (н.у.) 5,6 дм3?
24 § 1- Физические величины в химии 31.* Массы образцов серной кислоты и оксида азота (II) равны. В каком образце и во сколько раз содержится больше молекул? 32.* Объемы порций кислорода и озона равны. Найдите отношение массы озона к массе кислорода. 33.* Массы порций азота и оксида углерода (IV) равны. Най- дите отношение объема азота к объему оксида углерода (IV). 34.* При н.у. образцы Н20 и Н2 имеют одинаковое число молекул. Найдите: а) отношение объема водорода к объему воды; б) отношение массы воды к массе водорода. ПРИМЕР 1-15.* Найдите массу (в г) протонов в порции натрия массой 4,6 г. Решение. NK = 6,02 1023 моль-1; M(Na) = 23 г/моль. Искомая масса, очевидно, равна: m(p) = ZN(P>m№> О"24) где: ^N(p) — число протонов в указанной порции натрия; тх(р) — масса протона: т1(р) = 1а.е.м. = 1,66 10-24г. В атоме число протонов равно заряду ядра Z, т. е. атомно- му (порядковому) номеру элемента в периодической систе- ме. В случае атома натрия W = Z(Na)=ll, т. е. один атом Na содержит одиннадцать протонов. Выразим в общем виде число атомов Na в некоторой его массе: AT(Na) = »(Na).iVA=^^A. M(Na)
§ 1. Физические величины в химии 25 Число протонов в этой же порции Na будет в Zpa3 больше: 2>tp) = Z(Na). JV(Na) = Z(Na) ~^-^A. " M(Na) Используя указанное выше значение массы протона, про- водим вычисления по формуле (1-24): mQ?) = lb— 6,02102М,661(Г24=2,2(г). Ответ: т(р) = 2,2 г. 35.* Найдите массу (в г) протонов в порции молекулярно- го фтора масой 38 г. 36.* Образцы магния и кальция содержат одинаковое чис- ло протонов. Найдите отношение: а) массы образца магния к массе образца кальция; б) числа атомов магния к числу ато- мов кальция. 37.* В образцах железа и кремния массы протонов одина- ковы. Найдите отношение: а) числа атомов кремния к числу атомов железа; б) массы образца железа к массе образца крем- ния. 38.* Образец металла химическим количеством 0,05 моль содержит 6,02 • 1023 электронов. Установите металл. 39.* Порция ионов состава ЭО^- химическим количеством 0,1 моль содержит 58,394 • 1023 электронов и протонов в сум- ме. Установите элемент Э. 40.* Образец простого вещества Х2 химическим количе- ством 0,2 моль содержит протоны и электроны общим коли- чеством 5,6 моль. Установите элемент X. 41. Рассчитайте радиус и объем атома Сг исходя из пред- положения, что атомы имеют форму шара и занимают 68 % от общего объема. Плотность хрома равна 7,19 г/см2.
26 § 1- Физические величины в химии Ответы 1. а) 3,82 • Ю-23 г; б) 1,03 • 10"24 кг; в) 4,25 • 10"21 г; г) 144 а.е.м. 2. а) 1,2-10"18 мг; б) 9,66 • Ю-25 кг; в) 2,99 • 10"23 г; г) 1,59 • 10"22г. 3. а) 1,07 • 10"16 мг; б) 9,71 • 10~23 г; в) 5,58 • 10"25 кг; г) 7,62 • 10"22 г. 4. Четыре атома. 5. В 2,76 раза. 6. Примерно 509 атомов. 7. т(02): т(СН4) = 2. 8. m(Mg): т(С) = 6. 9. а) 1,96 -1024 молекул; б) 6,92-1024 молекул; в) 2,41 -1025 молекул; г) 7,52-Ю21 молекул. 10. а) 0,651 моль; б) 24,4 моль; в) 0,407 моль; г) 28,8 моль. И. а) 9,03 • 1023 ФЕ; б) 2,29 • 1024 ФЕ; в) 1,20 • 1025 ФЕ; г) 3,37 • 1024 ФЕ. 12. а) 9,03 • 1022; б) 1,51 • 1023; в) 9,03 • 1023; г) 2,29-1024.13. а) 128 г; б) 0,056 кг; в) 145 г; г) 1060 мг. 14. а) 0,25 моль; б) 0,05 моль; в) 2,23-102моль; г) 1,34-Ю'2 моль. 15. а) 71,7 дм3; б) 1120 см3; в) 6,72 м3; г) 25,5 дм3.16. а) 1,43 моль; б) 3,59-106 моль; в) 1,41 -10"3 моль; г) 0,193 моль. 17. а) 32 г/моль; б) 48 г/моль; в) 496 г/моль; г) 480 г/моль. 18. а) 500 г; б) 12,5 см3; в) 0,8 г/см3; г) 51,8 см3.19. а) 1,43 г/дм3; б) 48 г/моль; в) 1,25 г/дм3; г) 44 г/моль. 20.а) l^l-lO23^) 1,88-1023;в)2,69-1022;г) 1,00-1024.21.а)0,401-1023;б)0,309-1023; в) 1,32-1023; г) 0,753-1023.22. а) 29 г/моль; б) 44 г/моль; в) 1,83-Ю"2 дм3/моль; г) 5,75 • 10"2 дм3/моль; д) 894 г/моль. 23. а) 956,8 г; б) 17 946,4 мг; в) 1,97 кг; г) 2325,6 мг. 24. а) 1120 см3; б) 44,7 дм3; в) 575 см3; г) 36,5 см3. 25. а) 0,5 г; б) 0,5 г; в) 4,0 г; г) 0,25 г. 26. а) 42 г; б) 3,15 г; в) 14 г; г) 2,25-Ю"2 г. 27. а) 33,6 дм3; б) 2,24 дм3; в) 0,804 дм3; г) 1867 дм3.28. а) 9,49 • 1023 молекул; б) 2,97 ♦ 1023 молекул; в) 6,94-1023 молекул; г) 9,92-1024 молекул. 29. а) 8 атомов; б) 256 г/моль. 30. В 800 раз. 31. Больше в образце NO в 3,27 раза. 32. т(03) :т(02) = 1,5.33. K(N2): К(С02)= = 1,57. 34. а) К(Н2) : К(Н20) = 1244,4; б) m(H20) : m(H2) = 9. 35. 18 г. 36. a) m(Mg): m(Ca) = 1:1; б) N(Mg): N(Ca) = 1,67. 37. a) N(Si): N(Fe) = 1,86; б) /w(Fe):m(Si) = 1,077.38.Са. 39. Р. 40. N. 41. К= 8,17-10~3 нм3; R= 1,25-Ю"1 нм.
§ 2. Массовая и мольная доля атомов элемента в веществе. Расчеты по химическим формулам Химическая формула вещества позволяет находить массо- вые и мольные доли элементов и их комбинаций в веществе. ПРИМЕР 2-1. Рассчитайте: а) массовую долю (в %) атомов углерода в сахарозе С12Н22Оп; б) массовую долю (в %) воды в кристаллогидрате Na2CO3-10H2O; в) мольную долю атомов кислорода в составе серной кислоты. Решение а) Массовая доля атомов элемента в веществе рассчиты- вается по формуле: V ' МДВ) V ' где N(3) — число атомов элемента в составе молекулы или формульной единицы вещества. В данном случае: Находим: ЩС) = 12; Лг(С) = 12; М(С12Н22Ои) = 342. w(C) = i^ = 0,421 (42,1 %). v J 342 б) Для определения массовой доли воды в составе крис- таллогидрата используется формула:
23 § 2. Массовая и мольная доля атомов элемента в веществе w(H?0) = ^Q)-M^0), (2-2) 2 МДВ) где ЛГ(Н20) — число молекул воды в составе формульной еди- ницы кристаллогидрата. В данном случае: W(H20) = 10; Mr(Na2CO3-10H2O) = 286; Л/г(Н20) = 18. Находим: w(H20) = ^-^ = 0,629 (62,9%). 286 в) Мольная доля % атомов данного элемента в веществе равна отношению химического количества элемента к сум- ме химических количеств всех элементов. Например, для ве- щества состава AaBbDd имеем: Х(А) "(А) л(А) и(В) n(D) Поскольку химические количества элементов в веществе пропорциональны числам их атомов в формуле вещества, по- лучаем: Х(А)= а . a + b + d В случае серной кислоты H2S04 находим: п(О) 4 %(0) = LJ = = 0,571 (57,1 %). n(H) + n(S) + n(0) 2 + 1 + 4 Ответ: a) w(C) = 42,1 %; б) w(H20) = 62,9 %; в)х(0) = 57,1%. 1. Рассчитайте массовые доли (в %) атомов элементов в ве- ществах:
Расчеты по химическим формулам 29 а) Ва(Н2Р04)2; б) CuS045H20; в) H2S04; г) Fe(N03)3. 2. Найдите массовую долю (в %) воды в кристаллогидратах: a) CuS04 • 5Н20; б) A1NH4(S04)2 • 12Н20; в) FeS04-7H20; г) Na2SO410H2O. 3. Рассчитайте мольную долю (в %): а) кислорода в фосфорной кислоте; б) азота в нитрате аммония; в) фосфора в дигидрофосфате кальция; г) серы в пирите (FeS2). Химическая формула позволяет находить массы или хими- ческие количества элементов в определенной порции вещества. ПРИМЕР 2-2. Определите массу (в г) железа в порции ок- сида железа (III) массой 50 г. Решение Подобные задачи можно решать несколькими способами. Вариант 1 Массовая доля элемента в веществе, очевидно, есть отно- шение массы атомов элемента т(Э) к массе вещества т(В): .©>-?§. (2-3) Отсюда получаем: m(3) = w(3)-m(B). x (2-4) С другой стороны, массовую долю элемента в веществе легко рассчитать по соотношению (2-1), если известна фор- мула вещества. Объединяя выражения (2-1) и (2-4), получа- ем формулу для определения массы элемента в некоторой порции вещества: *(Э).Л(Э) МДВ)
30 § 2- Массовая и мольная доля атомов элемента в веществе В случае Fe203 имеем: AT(Fe) = 2; 4(Fe) = 56; M(Fe203) = 160; m(Fe203) =50 г. Находим: m(Fe) = ^^.50 = 35 (г). 160 Вариант 2 Второй подход, по мнению автора, более удобен и осно- ван на составлении стехиометрических схем и последующих расчетах с использованием понятия «химртческое количество вещества». Поскольку в состав формульной единицы Fe203 входят два атома Fe, стехиометрическая схема выглядит так: Fe203 2Fe Дальнейший расчет можно вести как по «массам», так и по «молям». По «массам»: 50 г л: г Fe203 2Fe 1 моль • 160 г/моль = 160 г 2 моль • 56 г/моль = 112 г Внизу под формулами записываем массу одного моля Fe203 (160 г) и массу двух молей Fe (112 г). Имеем пропорцию: 50 _ х 160~П2' Находим: ,_ч 50-112 „/ч х = m(Fe) = = 35 (г). По «молям»: 0,3125 моль л: моль Fe203 2Fe 1 моль 2 моль
Расчеты по химическим формулам 31 H(Fe703)= m(FeA) =Jg_ = (U125 (моль). 2 3 M(Fe203) 160 Из стехиометрической схемы следует: 0,3125 _х 1 ~2" Находим: 0 3125-2 х = n(Fe) = —! = 0,625 (моль). Тогда: m(Fe) = n(Fe)-M(Fe) = 0,625-56 = 35 (г). Ответ: m(Fe) = 35 г. ПРИМЕР 2-3. Рассчитайте химическое количество ато- мов элемента азота в навеске нитрата аммония массой 100 г. Решение M(NH4N03) = 80 г/моль; /хти хтгл ч ™(NH4N03) 100 Л „ . n(NH4N03) = — - — = = 1,25 (моль). 4 3 M(NH4N03) 80 V ' В состав одной формульной единицы соли входят два ато- ма азота, поэтому стехиометрическая схема и решение зада- чи выглядят так: 1,25 моль хмоль NH4N03 2N 1 моль 2 моль 1 25-2 x = n(N) = — = 2,5 (моль). Ответ: /i(N) = 2,5 моль. Химическая формула вещества позволяет решать и обрат- ную задачу: по химическим количествам или массам элемен- тов находить массу (химическое количество, объем) вещества.
32 § 2- Массовая и мольная доля атомов элемента в веществе ПРИМЕР 2-4. Некоторая порция этана С2Н6 содержит в сумме 2,107* 1023 атомов С и Н. Найдите массу (г) данной пор- ции этана. Решение л(С + Н) = -^—'= 1м t к = 0,35 (моль). М(С2НЬ) = 30 г/моль; ЛГ(С + Н)_2,Ю7-1023 NA ~~ 6,02 Ю2 Учитывая, что в состав одной молекулы этана входят в сум- ме восемь атомов С и Н, составляем стехиометрическую схе- му и решаем задачу: х моль 0,35 моль С2Н6 8(С+Н) 1 моль 8 моль х = ^-!- = 0,04375 (моль). 8 w(C2H6) = п(С2Нь)• М(С2Н6) = 0,04375 • 30 = 1,313 (г). Ответ: т(С2Н6) = 1,313 г. ПРИМЕР 2-5. Найдите массу (в г) порции Н3Р04, в кото- рой масса атомов элемента кислорода равна 1,56 г. Решение Как и в предыдущем примере, покажем несколько спосо- бов решения подобных задач. Вариант 1 М(Н3Р04) = 98; 4(0) = 16. Находим w(O) в составе Н3Р04: ^(0)Ч(0)а1Ц М,.(Н3Р04) 98 Из формулы (2-3) следует:
Расчеты по химическим формулам 33 vv(3) Находим: т(НЖ4) = ^ = -^ = 2,39 (г). 1 4 w(O) 0,653 Вариант 2 Учитывая, что в состав молекулы Н3Р04 входят четыре ато- ма кислорода, составляем стехиометрическую схему: хг 1,56 г Н3Р04 40 1 моль • 98 г/моль = 98 г 4 моль • 16 г/моль = 64 г Находим: х = т(НЛ>04) = h*!t2* = 2,39 (г). Вариант 3 х моль 0,0975 моль Н,Р04 40 3 4 1 моль 4 моль „(0) = ^- = ^ = 0,0975 (моль). М(О) 16 Согласно стехиометрической схеме, находим: О 0975•1 и(Н3Р04) = х = ' = 0,024375 (моль). Находим массу Н3Р04: m(H3P04) = и(Н3Р04)• М(Н3Р04) = 0,024375■ 98 = 2,39 (г). Отметим, что выбор способа решения задач остается ис- ключительно за вами. Подчеркнем, однако, что при реше- нии задач «по молям» нужно очень аккуратно проводить вы- числения с приближенными числами1. Ответ: m(H3P04) = 2,39 г. 1 Этот вопрос подробно рассматривается в учебном пособии автора [2]. 2 3ак. 3451
34 § 2. Массовая и мольная доля атомов элемента в веществе 4. Определите массу (в г): а) железа в 330 г магнетита Fe304; б) серы в 2,80 г Na2S04; в) фосфора в 3,10 г Са3(Р04)2; г) азота в 4,70 г Fe(N03)3. 5. Какую массу железа (в г) можно получить из: а) 2,30 г оксида железа (III); 6)5,30rFe(NO3)3-7H2O; в) 4,8 г магнетита Fe304; г) 1,20 г пирита FeS2? 6. Рассчитайте массу (в г) порций веществ: a) H2S04; б) Си(ОН)2; в) NaHC03; г) Са(Н2Р04)2, если масса элемента водорода в них равна 2,8 г. 7. Найдите объем (в дм3, н.у): а) аммиака; б) метана; в) сероводорода; г) хлороводорода, содержащих 0,64 г элемента водорода. 8. Рассчитайте химическое количество атомарного кислорода в: а) 1,5 моль бертолетовой соли КС103; б) 5,6 дм3 (н.у.) S02; в) 14,2 г Na2S04; г) 12,04 • 1024 молекулах С02. 9. В какой массе медного купороса CuS04*5H20 содержат- ся атомы кислорода химическим количеством 0,5 моль? 10. Какая масса атомов хлора содержится в 26,7 г хлорида алюминия? 11. В какой массе NaN03 содержатся атомы кислорода хи- мическим количеством 1,5 моль? 12. В какой массе Na2S04 содержится 54 г атомов кислорода? 13. Какое химическое количество озона содержит 5,4 • 1023 атомов кислорода? 14. Найдите массу (кг) оксида железа (III), из которой можно выплавить 20 моль железа.
Расчеты по химическим формулам 35 15. Рассчитайте массу (кг) оксида железа (III), в которой содержатся атомы железа массой 16,8 кг. 16. Какова масса (г) С02, занимающего такой же объем, как и 96 г S02? 17. Рассчитайте объем (дм3, н.у.) и массу (г) порции С4Н10, содержащей 2,4 • 1024 атомов углерода. 18. В какой массе (г) уксусной кислоты СН3СООН число атомов углерода такое же, как и в 32 г карбвда кальция СаС2? 19.* В каком объеме S02 (дм3, н.у.) содержится столько же атомов S и О в сумме, как и общее число атомов в 24,5 г H2S04? 20. Рассчитайте химическое количество атомов водорода в составе гидрофосфата аммония массой 26,4 г. 21.* В какой массе пропана С3Н8 масса атомов углерода такая же, как и в 4 г метана СН4? 22. В какой массе (г) СаВг2 содержится столько же атомов брома, как и в 20 г КВг? 23. Некоторая порция NH3 содержит в сумме 1,8 • 1024 ато- мов N и Н. Чему равна масса (г) NH3? 24.* Найдите массу атомов кислорода (в г), содержащего- ся в 0,75 моль А1203. 25.* Масса атомов серы в пирите FeS2 равна 14,00 г. Чему равна масса (г) пирита? 26. Чему равно число атомов С в 0,01 моль С3Н8? 27. Определите массу (г) атомов водорода в 3,01 • 1023 моле- кулах СН4. 28. Во сколько раз в земной коре атомов кислорода боль- ше, чем атомов кремния, если их массовые доли соответ- ственно равны 0,47 и 0,295? 29. Какой должна быть масса (г) сульфида серебра (I), что- бы, восстановив его, изготовить 1 кг сплава, в котором мас- совая доля атомов серебра равна 70 %?
36 § 2. Массовая и мольная доля атомов элемента в веществе 30. В какой массе (кг) боксита А1203 • Н20 содержится столько же атомов алюминия, как и в 1 т криолита Na3AlF6? 31. Рассчитайте массовую долю атомов азота в смеси, со- держащей 1,5 моль N2 и 0,5 моль NH3. 32. Массовая доля Fe203 в железной руде равна 60 %. Най- дите массовую долю атомов железа в руде. Рассмотрим пример решения более сложной задачи на эту тему. ПРИМЕР 2-6. Рассчитайте массовую долю атомов хрома в смеси К^СгС^ и YLJZxfiv в которой массовая доля атомов калия равна 39,00 %. Решение MQ^CtOJ = 194 г/моль; МК^СЗД) = 294 г/моль; М(К) = 39 г/моль; М(Сг) = 52 г/моль. Вариант 1 Пусть масса смеси солей равна 100 г, а химические коли- чества К^СгС^ и К^Сг^ соответственно равны х и у моль. Тогда для массы смеси имеем: т(см) = mQOJCTOJ + mQOJCTfiJ; т(см) = niKJ&OJ •MCK.CrO,) + niKJCrflJ ■Л/^СЭД). 194jc+294j;= 100. (2-6) Из стехиометрических схем x л (К) К2Ст04 2K 1 моль 2 моль У пЛК) 1 моль 2 моль следует:
Расчеты по химическим формулам 37 иДК) = 2х моль; я2(К) = 2у моль. Тогда имеем: т,(К) = и,(К)-Щ) = 2х-39 г; т2(К) = д2(К)М(К) = 2j^-39 г. Учитывая, что масса калия в смеси равна m(K) = m(cM)-w(K) = 100-0,39 = 39 г, составляем уравнение для массы калия: 2х- 39 + 2^39 = 39. (2-7) Решив совместно систему двух уравнений (2-6) и (2-7), находим: х = 0,47 моль; у = 0,03 моль. Далее составляем стехиометрические схемы для элемен- та хрома и по найденным химическим количествам солей находим химические количества атомов хрома в составе каж- дой соли: 0,47 моль п (Сг) К2СЮ4 Сг 1 моль 1 моль 0,03 моль nJCr) l^Cr.O, 2Cr 1 моль 2 моль Легко находим: л,(Сг) = 0,47 моль; т^Сг) = пх(Ст) • М(Ст) = 0,47 • 52 = 24,44 (г). л2(Сг) = (2 • 0,03): 1 = 0,06 моль; т2(Ст) = л2(Сг) • АГ(Сг) = 0,06 • 52 = 3,12 (г). Имеем: n.(Cr) = Х>(Сг) _ 24,44 + 3,12 _ т(К2СЮ4) + т(К2Сг207) 100 = 0,2756 (27,57 %).
38 § 2. Массовая и мольная доля атомов элемента в веществе Вариант 2 Тем, кто в ладах с математикой, предлагаем второй, более обобщенный способ решения подобных задач. Итак, масса смеси солей равна: т(см)= 194х+ 294у, а масса калия составляет т(К) = 2х-39 + 2у39. Согласно условию, имеем: жк)=оз=2*39+2у39. 194jc + 294y Отсюда находим: х = 15,67у. Для массовой доли хрома получаем: _. 52* + 2);-52 vv(Cr) = - 194х + 294;у или ^ ч 15,67у-52 + 104у ъ^егмсп,^ w(Cr) = —-—- — = 0,2756 (27,56%). 194-15,67); + 294;у Ответ: w(Cr) = 27,57 %. 33. Определите массовую долю атомов калия в смеси, со- стоящей из 25,25 г KN03 и 41,4 г К^СОз- 34. Массовая доля атомов азота в смеси нитратов калия и аммония равна 24 %. Какова массовая доля элемента калия в этой смеси? 35. Массовые доли магнетита Fe304 и оксида кремния (IV) в железной руде соответственно равны 0,8 и 0,1. Какова мас- совая доля кислорода в этой руде? 36. Найдите массовую долю нитрита натрия NaN02 в вод- ном растворе, если известно, что в 15,0 г такого раствора со- держится 4,8 • 1023 атомов кислорода.
Расчеты по химическим формулам 39 ПРИМЕР 2-7. В смеси FeCl2 и FeCl3 на 5 атомов железа приходится 13 атомов хлора. Рассчитайте массовую долю хло- рида железа (III) в смеси. Решение M(FeCl) = 127 г/моль; M(FeCl3) = 162,5 г/моль. Пусть Ai(FeCl2) = х моль, a Ai(FeCl3) = у моль. Из стехиометрических схем X геЫ2 1 моль У 3 1 моль следует: w(Fe) = ^(Fe) + Аналогично: X rcv-/i2 1 моль У Т7г»ГЧ ГС^Л- 1 МОЛЬ "2(Fe) я,(Ре) Fe 1 моль /»2(Fe) Fe 1 моль = х + у моль. «,<С1) 2С1 2 моль и2(С1) ЗС1 Змоль л(С1) = и,(С1) + w2(Cl) = 2х + Ъу моль. Согласно условию, имеем: #(Fe) _ n(Fe) _ x + y _ 5 N(Cl)~ п(С1)~2х + Зу~13' Находим: у= 1,5* Тогда получаем: m(FeCl2) = ;c-M(FeCl2) = х-127; m(FeCl3) = у ■ М (FeCl3) = 1,5х ■ М (FeCl3) = = 1,5х-162,5= *• 243,75.
40 § 2. Массовая и мольная доля атомов элемента в веществе w(FeCl3) = - m(FeCl3) m(FeCl2) + m(FeCl3) jc-243,75 jc-127 + jc243,75 Ответ: w(FeCl3) = 65,75 %. = 0,6575 (65,75 %). ПРИМЕР 2-8. В каком мольном соотношении были сме- шаны NaHS03 и NaHS, если массовая доля атомов элемента сера в полученной смеси равна 45,0 %? Решение M(NaHS03) = 104 г/моль; M(NaHS) = 56 г/моль; M(S) = 32 г/моль. Пусть в смеси находится х моль NaHS03 и у моль NaHS. Тогда масса смеси (г) равна 104* + 56у. Из анализа формул солей следует, что в составе NaHS03 химическое количество атомов элемента S равно х моль, а в составе NaHS — у моль. Тогда общая масса атомов элемента серы в смеси (г) равна 32х + 32у. Составляем выражение для массовой доли атомов элемен- та серы в смеси: w(S) = 0,45 = . '"(S) -32Х + 32У т(смеси) 104л+ 56у Находим: 14,8л = 6,Sy; у:х = «(NaHS): «(NaHS03) = 2,18:1. n(NaHS) Ответ: —- — = 2,18:1. «(NaHSO,)
Расчеты по химическим формулам 41 37. Определите химическое количество и массы всех ве- ществ, содержащихся в 26,2 г смеси Р205 и S03, если массо- вая доля атомов фосфора в этой смеси равна 23,6 %. 38.* Олеум представляет смесь S03 и H2S04. Определите массы S03 и H2S04 в порции олеума массой 28,5 г, в которой массовая доля атомов серы равна 33,68 %. 39. Определите химическое количество А1203 и Si02 в их смеси массой 43,68 г, если массовая доля атомов кислорода в этой смеси равна 49,28 %. 40.* Имеется 4,00 г смеси Р205 и К3Р04, в которой массо- вая доля атомов фосфора равна 21,88 %. Определите массы веществ в исходной смеси. 41.* В смеси Р205 и К3Р04 массовая доля элемента атомов кислорода равна 44,6 %. Определите массовую долю атомов фосфора в этой же смеси. 42. Массовая доля атомов водорода в смеси СН4 и CH3NH2 равна 0,221. Какой объем этой смеси (дм3, н.у.) надо пропусгать через 43,75 см3 раствора с w(H2S04) = 20 % (р = 1,47 г/см3), чтобы всю кислоту перевести в кислую соль? 43.* В олеуме массовая доля S03 равна 30 %. Чему равна массовая доля серы в олеуме? 44. В смеси кристаллогидратов CuS04*5H20 и FeS04*7H20 массовая доля воды равна 41,59 %. Рассчитайте массовую долю медного купороса в смеси. 45. В смеси удобрений KN03, K2S04 и (NH4)2S04 массо- вые доли атомов калия и азота соответственно равны 30,14 % и 9,14 %. Рассчитайте массовые доли удобрений в их смеси. 46. Руда содержит пиролюзит Мп02 (массовая доля 30,4 %) и манганозит МпО (массовая доля 6,3 %). Определите мас- совую долю атомов марганца в руде. 47. Массовая доля атомов фосфора в смеси удобрений Са(Н2Р04)2 и CO(NH2)2 равна 15,9 %. Рассчитайте массовую долю мочевины CO(NH2)2 в смеси удобрений.
42 § 2. Массовая и мольная доля атомов элемента в веществе 48. Массовая доля атомов титана в смеси FeTi03 и СаТЮ3 равна 32,69 %. Определите массовые доли элементов железа и кальция в смеси. Ответы 1. a) w(Ba) = 41,4 %; б) w(H) = 1,2 %; в) w(P) = 18,7 %; г) w(O) = 38,7 %. 2. а) 36 %; б) 47,7 %; в) 45,3 %; г) 55,9 %. 3. а) 50,0 %; б) 22,2 %; в) 13,3 %; г) 66,7 %. 4. а) 239 г; б) 0,63 г; в) 0,62 г; г) 0,82 г. 5. а) 1,61 г; б) 0,8 г; в) 3,5 г; г) 0,56 г. 6. а) 137,2 г; б) 137,2 г; в) 235,2 г; г) 163,8 г. 7. а) 4,8 дм3; б) 3,6 дм3; в) 7,2 дм3;г) 14,3 дм3.8. а) 4,5 моль; б) 0,5 моль; в) 0,4 моль; г) 40 моль. 9.13,89 г. 10.21,3 г. 11.42,5 г. 12.119,8 г. 13.0,3 моль. 14.1,6 кг. 15.24 кг. 16.66 г. 17.22,3 дм3; 57,8 г. 18. 30 г. 19. 13,06 дм3.20. 1,8 моль. 21. 3,67 г. 22. 16,8 г. 23. 12,7 г. 24. 36 г. 25. 26,25 г. 26. 1,807-1022. 27. 2 г. 28. В 2,79 раза. 29. 804 г. 30. 286 кг. 31. 97 %. 32.42 %. 33.49,7 %. 34.20 %. 35.27,4 %. 36.9,1 %. 37.0,1 моль или 14,2 гР205; 0,15 моль или 12 г S03.38.4,0 г S03; 24,5 г fl^SO,. 39.0,24 моль МДи 0,32 моль SiOr 40. 1,00 г Р205 и 3,00 г КзР04.41. 30,6 %. 42. 14,7 дм3.43. 34,9 %. 44.40 %. 45.20,2 % KN03; 49,8 % K,S04; 30 % (NH4)2S04. 46.24,1 %. 47. 40 %. 48. 25,8 % Fe; 8,79 % Ca.
§ 3. Окислительно- восстановительные реакции Для того чтобы научиться расставлять коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях, нужно прежде всего уметь определять степени окисления (СО) атомов эле- ментов в органических и неорганических веществах. ПРИМЕР 3-1. Определите степень окисления атомов: а) углерода в СН4; б) азота в N2H4; в) хлора в С1207. Решение а), б) Используем тот факт, что СО (Н) в большинстве со- единений равна +1, кроме гидридов металлов (NaH-1, СаН^1) и силана SiH^1. Учитываем также, что в электронейтральных молекулах (формульных единицах) алгебраическая сумма степеней окисления всех элементов равна нулю. Обозначая степень окисления атома углерода или азота как х, имеем: сх1 х + 4(+1) = 0, ад1 2х + 4(+1) = 0, х = —2.
44 § 3- Окислительно-восстановительные реакции в) Учитываем, что степень окисления атома кислорода в соединениях, как правило, равна —2. Исключения: перок- сиды (H^Oj1, K^Oj1), соединения со фтором (0+2F2_1), над- пероксиды (К+1021/2), озониды (Cs+10~1/3). Имеем: 2х + 7(-2) = О, 2х = 14, х = +7. Ответ: а) -4; б) -2; в) +7. ПРИМЕР 3-2. Определите степень окисления марганца в ионе М11О4". Решение Учитываем, что для сложного иона сумма степеней окис- ления атомов всех элементов равна заряду иона. Имеем: [Мп'О-2]2" х + 4(-2) = -2, х- 8 = -2, х=+6. Ответ: +6. При определении степеней окисления кроме вышеуказан- ных правил нужно иметь в виду, что в простых веществах сте- пень окисления атомов элементов равна нулю (С1°, А1°, 0°), а в простых ионах - заряду иона (Fe+3, C1-1, Ва+2). Кроме того, следует запомнить, что атомы некоторых элементов в соеди- нениях имеют постоянную степень окисления, как это по- казано в табл. 2.
§ 3. Окислительно-восстановительные реакции 45 Таблица 2 Постоянные значения степеней окисления атомов некоторых элементов Степень окисления -1 +1 +2 +3 Элемент(ы) F Li, Na, К, Rb, Cs Be, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn Al Примеры KF"\ 02F2-' K+,C1, Na+1N03 Ba+'S04, Zn+z(N03)2 Na3Af3F6, Alf (S04)3 Определенные навыки нужны при определении степени окисления атома углерода в органических соединениях. Не- обходимо иметь в виду, что электроотрицательность атома С больше, чем атома Н, но меньше, чем атомов галогенов, серы, азота и кислорода. Поэтому каждая связь С — Н из-за смеще- ния электронной плотности к атому углерода приводит к появлению на атоме С единичного отрицательного заряда, а каждая связь С — галоген, С — О, С — N из-за смещения элек- тронной плотности от атома углерода приводит к появлению на атоме С единичного положительного заряда: Н Н -1 -2 ^-3 ^-4 с<-н н->с<-н н->с<-н н->с<-н ? н +1 +2 +1 +1 +3 С->0 С^О С->С1 C->N C^N ПРИМЕР 3-3. Определите степень окисления всех ато- мов углерода в составе молекул: а) С2Н5ОН; б) СН3СНО; в) СН3СООН.
46 § 3. Окислительно-восстановительные реакции Решение Записываем структурные формулы молекул, учитываем смещение электронной плотности и определяем степень окисления атомов углерода. -1+(-1)+(-1)=-3 Н Н а) Н '-^С - С -> О -» Н т t н н i+(-i)+i=-i -1+(-1)+(-1)=-3 н о -3^+1 <& б) Н -> С - С т н V н +1+1+(-1)=+1 Н О |+1 + 1 + 1=+з -3^ +3 <?* в)Н->С-С — t Ч т -1+(-1)+(-1)=-3 н о-н Ответ: а) -3, -1; б) -3, +1; в) -3, +3. I. Для указанных элементов в формулах приведенных со- единений или ионов определите степень окисления атомов: а) водорода в: СаН2, КОН, NaH, Н20, Н202, КНС03, HC1; б) кислорода в: Оэ, Н20, OF2, H202, 02F2, NO, С1207, К02, Rb03, Mn(IV)02, Mn(II)02, Ba02, Кр2, Н30+; в) марганца в: MnO, KMn04, Mn207, Na2Mn04, Mn2(S04)3, MnCl2, Mn04~;
§ 3. Окислительно-восстановительные реакции 47 г) хрома в: Na2Cr207, F^CrO,,, Cr2(S04)3, [Сг(ОН)6]3-, СЮ, Сг203, КСг02, К3[Сг(ОН)6], СЮ2С12, СгС13, Сг207_; д) железа в: FeO, Fe203, Fe304, KFe02, K3[Fe(0H)6], I^FeO^ FeS04, Fe(N03)3, FeS, FeS2, FeCl3, FeCl2; е) азота в: N2, NH2OH, NH3, NH4+, NH4C1, NH4H2P04, NH4N03, NF3, NClj, N205, HNO3, NH4N02, N02, N03, (NH4)2HP04, HN3, NH3H20, N02, Ca3N2, Li3N, NH3BF3; ж) серы в: S8, H2S03, NaHS03, KHS04, H2S, FeS2, KHS, Cr2S3, Na2S204, H2S3O10, K^O,, K,S2, FeS04, Al2(S04)3, FeS, S02, S03, HS04, HSO3, HS", As2S3, SO*-, SOf, S2072_ , SC12, CaS, HS2; з) хлора в: C1F, C120, HC10, HC102, HC103, HC104, KCIO, KC104, Ca(OCl)2, CaCl(OCl), ClOj, CIO", C104, CIO", CC14, COCl2, IC1; и) кремния в: SiH4, M^Si, KjSi^, H2Si03, Si02, Ca2Si, SiF4; к) углерода в: CH4, C2H2, СаС2, А14С3, Н2С204, Н2С03, KHC03, Na2C03, CO, C02, HSOJ, HCHO, С03"; л) фосфора в: Р4, K3P04, NH4H2P04, HP03, Н2РО;, HPOf, РОэ, Н4Р207, Р20*-, H3P02, H3P03, Ca3P2, Mg3P2; м) всех атомов углерода в молекулах органических веществ: СН3СН2СНО, СН3СН2ОН, СН3СН2С00Н, СН3 - С(О) - сн3, с6н5сн2он, с6н5сно, с6н5соон, сн2 = сн2, СН2(ОН) - СН2(ОН), СН3 - СООС2Н5, C6H5NH2, C2H5N02, CH3ON02; н) металла в частицах: [СгС1(Н20)5]2+, [PtCl3(N02)]2-, [Au(CN)2Br2]1-, [PdCl2(NH20H)2], [CrP04(NH3)3], [Cr(OH)2]2S04, [Cr(C204)2(OH)2J, [Fe(CN)5NH3]3-, [Cr(CN)6]3", [PdCl(NH3)2H20]1+, [PtN02(NH3)3]1+,
48 § 3. Окислительно-восстановительные реакции [PtCl(NH3)5]3+, [Co(CN)(NH3)4H20]Br2, [CoS04(NH3)5]N03, [Cr(NH3)3(H20)3]Cl3, FeOH2+, [Ni(NH3)5Cl], [Fe(OH)2]S04. Окислительно-восстановительные реакции протекают с изменением степеней окисления атомов элементов. Восстановитель — атом, ион или молекула, отдающие элект- роны. Процесс отдачи электронов называется окислением, поэтому в окислительно-восстановительных реакциях вос- становитель окисляется. Окислитель — атом, ион или молекула, принимающие электроны. Процесс принятия электронов называется вос- становлением, поэтому в окислительно-восстановительных реакциях окислитель восстанавливается. ПРИМЕР 3-4. Определите число отданных или приня- тых электронов, охарактеризуйте процесс (окисление или восстановление): a)Cr3+-> CrOf; б) S032" -> H2S. Решение а) В левой части схемы СО(Сг) = +3, находим СО(Сг) в правой части схемы: [СгЮ-2]2- х + 4(-2) = -2, Таким образом, СО(Сг) изменилась с +3 до +6. Отсюда следует, что атом Сг отдал три электрона: Сг+3 - Зе = Сг+6 (в составе иона СЮ4~). Отдача электронов — это процесс окисления, следователь- но, хром в данном случае выступает в роли восстановителя. б) Определяем CO(S) в составе S03~ и H2S. х +3(-2) = -2,
§ 3. Окислительно-восстановительные реакции 49 х = +4. 2(+1)+jc = 0, х= —2. Таким образом, степень окисления атома серы измени- лась от +4 до —2, т.е. атом серы принял шесть электронов: S+4 (в составе S03) + бе = S2~ (в составе H2S). Принятие электронов — это процесс восстановления, сле- довательно, сера в данном случае выступает в роли окислителя. Ответ: а) отдано три электрона; процесс окисления; б) принято шесть электронов; процесс восстановления. II. В приведенных схемах электронного баланса укажите число отданных или принятых электронов; охарактеризуйте процесс (окисление или восстановление): 1) Мп+7 -^ Мп+2; 12) N+5 -* N+4: 2) Mn04 -> Mn+4; 13) N+5 -^ N+2 3) MnO; -^ Mn+2; 14) N+5 -> N~3 4) MnO" -> Mn042~; 15) S2" -^ S°; 5)02~^20-; 16)H2->2H"; 6) 02 -^ 20-2; 17) 2H+ -> H2; 7)20-'->02; 18)2H"->H2; 8) 20"1 -> 20-2; 19) N2 -> 2N"3; 9) Cr2072" -> 2Cr+3; 20) C+2 -^ C+4; 10) CI+1 -^ CI°; 21) S+6 -^ S-2; 11)CI--^CI°; 22) S+6-^ S°. В предлагаемых ниже простых заданиях №№ 1-25 требу- ется расставить коэффициенты в схемах окислительно-вос- становительных реакций методом электронного баланса. Если вы забыли, как это делается, изучите соответствующий материал по школьному учебнику или пособиям по химии, например, [2].
50 § 3. Окислительно-восстановительные реакции III. Расставьте коэффициенты в реакциях методом элект- ронного баланса: 1.А1 + 02->А1203. 2.Са+Н2->СаН2. З.К+Н20->КОН + Н2. 4.CuO+H2->Cu + H20. 5. Си + S ->CuS. 6. NH3 + 02 -> N0 + Н20. 7. FeO + СО -> Fe + С02. 8.NH3 + 02->N2+H20. 9. Fe203 + C-»Fe + CO. 10. Fe203 + Al -> Fe + Al2Or 11. С + H2S04 -^ C02 + S02 + H20. 12. С + HN03 -^ C02 + N02 + H20. 13. S + HN03 -> N02 + H2S04 + H20. 14. P + HN03 + H20 -^ H3P04 + NO. 15. P + КСЮ3 -> KC1 + P205. 16. H2S + S02 -> S + H20. 17. S02 + Br2 + H20 -^ H2S04 + HBr. 18. Fe(OH)2 + 02+H20 -^ Fe(OH)3. 19. H2S + 02->S + H20. 20. H2S + 02 -> S02 + H20. 21.CuS + 02^CuO + S02. 22. FeCl3 + Fe -> FeC^. 23. FeC^ + Clj-^FeC^. 24. Al + KOH + H20 -> K3[A1(0H)6] + H2. 25. Fe + СЦ -> FeCl3. IV. Расставьте коэффициенты методом электронного ба- ланса для реакций внутримолекулярного окисления—восста- новления: l.NH4N02^N2 + H20. 2. NH4N03 ->N20 + H20. 3. КСЮ3 -^ КС1 + 02. 4. КСЮ3 -^ КС1 + КСЮ4.
§ 3. Окислительно-восстановительные реакции 51 5. KN03 -> KN02 + 02. 6. HN03 -^ N02 + 02 + H20. 7. Cu(N03)2 ^ CuO + N02 + 02. 8. A1(N03)3 -> А12Оэ + N02 + 02. V. Расставьте коэффициенты методом электронного ба- ланса для реакций диспропорционирования: 1.С12 + Н20<->НС1 + НСЮ. 2. С12 + Н20 -> НС1 + НСЮ3. 3. С12 + КОН -> КС1 + КСЮ3 + Н20. 4. S + КОН -^ K.S + l^SO, + Н20. 5. HN02 -> HN03 + NO + H20. 6. Cl2 + Са(ОН)2 -> Са(ОС1)2 + СаС12 + Н20. VI. Расставьте коэффициенты для реакций металлов с кис- лотами окислителями, учитывая дополнительный расход кислоты на солеобразование: 1. Си + H2S04 -> CuS04 + S02 + Н20. 2. Си + HN03 -* Cu(N03)2 + N02 + H20. 3. Си + HN03 -^ Cu(N03)2 + NO + H20. 4. Zn + HN03 -> N20 + Zn(N03)2 + H20. 5. Fe + HN03 -> Fe(N03)2 + NH4N03 + H20. 6. Zn + HN03 ->. Zn(N03)2 + NH4N03 + H20. 7. Fe + HN03 -> Fe(N03)3 + N02 + H20. 8. Zn +H2S04 -> ZnS04 + S + H20. 9. Zn + H2S04 -> ZnS04+ H2S + H20. 10. Mg + HN03 -> Mg(N03)2 + N2 + H20. 11. Mg + HN03 -> Mg(N03)2 + N20 + H20. 12. Fe + HN03 -^ Fe(N03)3 + N2 + H20. Рассмотрим пример расстановки коэффициентов для более сложного случая окислительно-восстановительной реакции, когда степень окисления изменяют более двух элементов.
52 § 3. Окислительно-восстановительные реакции ПРИМЕР 3-5. Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительной реак- ции, протекающей по схеме: Sb2S3 + HN03 + Н20 -» H3Sb04 + H2S04 + NO. Решение 1. Определяем степени окисления атомов элементов, уча- ствующих в окислительно-восстановительном процессе; к таковым элементам относятся сурьма, сера и азот: SbfSf + HN+503 + H20 -> H3Sb+504 + H2S+604 + N+20. 2. Составляем схемы электронного баланса, суммируем число всех отданных электронов (28), находим основные коэффициенты: 2Sb+3-4e = 2Sb+5 3S_2-24e = 3S*5 N+5+3e = N+2}3 •28 84 28 3Sb2S3 + 28HN03 + H20 -^ 6H3Sb04 + H2S04 + 28NO. 3. Уравниваем числа атомов всех элементов: 3Sb2S3 + 28HN03 + 4Н20 = 6H3Sb04 + 9H2S04 + 28NO. VII. Случаи, когда в окислении или восстановлении уча- ствуют атомы более чем одного элемента (или атомы одного элемента с разной степенью окисления): 1. Fe304 + А1 -> Fe + А1203. 2. FeS2 + 02 —> Fe203 + S02 (схема реакции обжига пирита). 3. As2S3 + NH3H20 + H202 -> (NH4)3As04 + (NH4)2S04 + + Н20. 4. FeS2 + HN03 -> Fe(N03)3 + H2S04 + NO + H20. 5. Cu2S + HN03 -> Cu(N03)2 + N02 + H20 + S02. 6. FeS + HN03 -> Fe(N03)3 + N02 + H2S04 + H20. 7. KMn04 -> K^MnO, + Mn02 + 02. 8.AgN03-^Ag + N02 + 02.
§ 3. Окислительно-восстановительные реакции 53 Рассмотрим случай расстановки коэффициентов методом электронного баланса для окислительно-восстановительной реакции с участием органических веществ. ПРИМЕР 3-6. Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительной реак- ции, протекающей по схеме: с6н5 СН2ОН + КМп04 + H2S04 -> -» С6Н5 - СООН + К^ + MnS04 + Н20. Изображаем структурные формулы бензинового спирта и бензойной кислоты и определяем степень окисления атома углерода, участвующего в окислительно-восстановительном процессе: О-Н Ч^ бензиновый спирт (С-1) бензойная кислота (С+3) Степень окисления изменяет также марганец: КМп+704 —> -> Mn+2S04. Составляем схемы электронного баланса и расставляем коэффициенты: С"1-4е = С+3 Мп+7+5е = Мп+2 20 5С6Н5 СН2ОН + 4KMn04 + 6H2S04 -^ -^ 5С6Н5 - СООН + гК^ + 4MnS04 + 11Н20. Предлагаем для самостоятельного решения нижеследую- щие упражнения, уровень которых соответствует конкурс- ным заданиям. VIII. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса:
54 § 3. Окислительно-восстановительные реакции 1. H2S03 + Cl2 + Н20 -> H2S04 + HCl. 2. KMn04 + Na2S03 + H20 _^Na2S04 + КОН + Mn02. 3. KMn04 + Na2S03 + KOH -> Na2S04 + К,Мп04 + H20. 4. KMn04 + Na,SO, + H,S04 _» Na,S04 + K,S04 + 4 23 2 4 ' 2 4 24 + MnS04 + H20. 5. Mn02 + HCl -^ MnCl2 + C12 + H20. 6. KMn04 + HCl -^ KCI + MnCl2 + Cl2 + H20. 7. PbS+H202 -> PbS04 + H20. 8. H202 + KMn04 + H2S04 -^ 02 + MnS04 + K^SO, + H20. 9. S02 + KMn04 + KOH -> KjSO, + Mn02 + H20. 10. KjCr.O, + H2S + H2S04 -» S + K^SO, + + Cr2(S04)3 + H20. 11. K2Cr207 + HCl -> KCI + CrCl2 +C12 + H20. 12. Ca(OCl)2 + HCl -> CaCl2 + Cl2 + H20. 13. HC102 + HCl -> H20 + Cl2. 14. NaCIO + KI + H2S04 -^ I2 + NaCl + K2S04 + H20. 15. KMn04 + NaN02 + H20 -> Mn02 + NaN03 + KOH. 16. P + KOH + H20 -^ KH2P02 + PH3. 17. KI + KI03 + H2S04 -^ I2 + KjS04 + H20. 18. KMn04 + MnS04 + H20 -^ Mn02 + H2S04 + KjSO^ 19. S02 + HN03 + H20 -^ NO + H2S04. 20. Nal + K^Crp, + HCl -> I2 + CrCl3 + NaCl + KCI + H20. 21. Cr(N03)3 + H202 + KOH -> K2Cr04 + KN03 + H20. 22. FeCl2 + HN03 + HCl -^ FeCl3 + NO + H20. 23. Mn(N03)2 + Pb02 + HN03 -^ HMn04 + + Pb(N03)2 + H20. 24. KjCr.Oj + FeS04 + H2S04 -^ Fe2(S04)3 + + Cr2(S04)3 + K.SO, + H20. 25. MnCl2 + KC103 + KOH -> K2Mn04 + KCI + H20. 26. Cr(OH)3 + KOH + Br2 -> ¥^СЮ4 + KBr + H20. 27. K3As03 + I2 + KOH^ K3As04 + KI + H20. 28. KI + H2S04 -> KHS04 + I2 + H2S + H20. 29. Fe203 + KN03 + KOH -^ K2Fe04 + KN02 + H20. 30. KN02 + K^O, + H2S04 -> Cr2(S04)3 + + KN03 + K.SO, + H20.
§ 3. Окислительно-восстановительные реакции 55 31. КСЮ3 + FeSO, + H2SO, -^ Fe2(SO,)3 + KCl + H20. 32. KMnO, + H3P03 + H2SO, -^ MnSO, + l^SO, + + H3PO, + H20. 33. S02 + NaI03 + Н20 -> I2 + NaHSO, + H2SO,. 34. К.МПО, + H2SO, -> KMnO, + Mn02 + K.SO, + H20. 35. Na2CrO, + Nal + H2SO, -^ Cr2(SO,)3 + I2 + + Na2SO, + H20. 36. HI03 + H2S -> S + HI + H20. 37. CrCl3 + NaCIO + NaOH -> Na^rO, + NaCl + H20. 38. NaOCl + KI + H2SO, -> I2 + NaCl + KjSO, + H20. 39. H2S + KMnO, + H2SO, -> S + IC.SO, + MnSO, + H20. 40. H2S + HN03 -> H2SO, + NO + H20. 41. KI + H2SO,(kohu.) _> I2+ S + K,SO, + H20. 42. FeSO, + KMnO, + H2SO, -^ Fe2(SO,)3 + + MnSO, + KjSO, + H20. 43. KMnO, + H2C20, + HCl -> KCl + MnCL, + C02 + H20. 44. HI03 + H2S -> S + HI + H20. 45. FeCl3 + H2S -> S + FeCl2 + HCl. 46. HN02 + H2S -^S + NO + H20. 47. KCr02 + H202 + KOH -^ I^CrO, + H20. 48. P + I2 + H20 -> H3P03 +HI. 49. Pt + HN03 + HCl -> H2[PtCl6] + NO + H20. 50. N2H, + КЮ3 -> N2 + KI + H20. 51. Xe03 + KOH + 03 -^ K,Xe06 + 02 + H20. 52. Pd +HC1+HN03 -> H2[PdCl6] + NO +H20. 53. KjSjOj + Cl2 + H20 ^ H2SO, + KCl + HCl. 54. NH2OH + Cl2 + NaOH -> N2 + NaCl + H20. 55. HN03 + Pb02 + Mn(N03)2 -> ^ Pb(N03)2 + HMnO, + H20. 56. Na3As03 + C12 + NaOH -> Na3AsO, + NaCl + H20. 57. HN02 + Pb02 + H2SO, -> PbSO, + HN03 + H20. 58. Cu2S + 02 + CaC03 -> CuO + CaS03 + C02. 59. FeCl2 + HCIO, + HCl -> Cl2 + FeCl3 + H20. 60. NaHS03 + C12 + H20 -^ NaHSO, + HCl. 61. As2S3 + HN03 -> H3AsO, + N02 + S02 + H20.
56 §3. Окислительно-восстановительные реакции 62. HN03 + CuFeS2 -> Cu(N03)2 + Fe(N03)3 + H2S04 + + NO + H20. 63. HN03 + As2S3 -» H3As04 + NO + H20 + SOr 64. Pb02 + Na3Cr03 + NaOH -> Na2Cr04 + Na2Pb02 + H20. 65. CrCl3 + KC103 + NaOH -> Na2Cr04 + KCl + + NaCl+H20. 66. NaCIO + CrCl3 + NaOH -» Na2Cr04 + NaCl + H20. 67. Br2 + KCr02 + NaOH -» Na2Cr04 + NaBr + KBr + H20. 68. Na3[Cr(OH)6] + Cl2 + NaOH -> NaCl + Na2Cr04 + H20. 69. Na[Cr(OH)4(H20)2] + Br2 + NaOH -> Na2Cr04 + + NaBr+H20. 70. Cr(OH)3 + Ag20 + NaOH -> Na2Cr04 + Ag + H20. 71. KSCN + K2Cr207 + H2S04 -» Cr2(S04)3 + S02 + + C02 + N02 + K,S04 + H20. 72. NH3 + KMn04 + KOH -» K^MnO, + KN03 + H20. 73. Pb02 + MnS04 + H3P04 -» Pb3(P04)2 + HMn04 + + PbS04 + H20. 74. KMn04 + SnS04 + H2S04 -> MnS04 + K,S04 + + Sn(S04)2 + H20. 75. V2(S04)3 + KMn04 +H20 -> VOS04 + MnS04 + KHS04+ + H2S04. 76. NaBr + NaBr03 + H2S04 -» Na2S04 + Br2 + H20. 77. AgBr03 + Br2 + H20 -> AgBr + HBr03. 78. HI03 + H202 -» I2 + H20 + 02. 79. MnS04 + KMn04 + H20 -> Mn02 + K,S04 + H2S04. 80.12 + H2S03 + H20 -» H2S04 + HI. 81. FeW04 + Na2C03 + 02 -> Na2W04 + Fe203 + C02. 82. MnW04 + Na2C03 + 02 -+ Na2W04 + Mn304 + C02. 83. Na2Cr207 -> Na2CЮ4 + Cr203 + 02. 84. I^CrO, + (NH4)2S + H20 -+ Cr(OH)3 + S + + KOH + NH3H20. 85. NH4C104 -> H20 + HC1 + N2 + 02. 86. Fe(OH)3 + KOH + Br2 -> KjFeO, + KBr + H20. 87. C6H5CH3 + KMn04 + H2S04 -» C6H5C00H + + MnS04 + K2S04 + H20.
§ 3. Окислительно-восстановительные реакции 57 88. Н2С = СН2 +КМп04 + Н20 -> СН2(ОН) - СН2(ОН) + + Мп02 +КОН. 89. СбН5 - С = СН + КМп04 + H2S04 -> С6Н5 - COOH + + MnS04 + С02 + KjSO, + Н20. 90. СН3СН2ОН + КМп04 + H2S04 -> CH3COOH + + MnS04 + KjSO, + Н20. 91. Н3С - С6Н4 - СН2ОН + Y^1Cx101 + H2S04 -> HOOC - - С6Н4 - COOH + Cr2(S04)3 + K2S04 + Н20. 92. С6Н5 - СН = СН2 + КМп04 + КОН -» С6Н5СООК + + К2Мп04 + KjCOj + Н20. 93. НСНО + Cu(OH)2 -» Cu20 + С02 + Н20. 94. НСООН + Cu(OH)2 -> Cu20 + С02 + Н20. 95. С2Н5ОН + КМп04 -» СН3СООК+ Мп02 + КОН + Н20. 96. СН3СНО + К^О, + H2S04 -» CH3COOH + K2S04 + + Cr2(S04)3 + Н20. 97. С2Н5ОН + KjCr.Oj + H2S04 -» CH3CHO + KjSO, + + Cr2(S04)3 + H20. 98. SnS + HN03 -> H2S04 + N02 + H2Sn02 + H20. 99. C2H5OH + Cr03 -» Cr203 + C02 + H20. 100. Sb2S3 + HN03 -» HSb03 + H2S04 + NO + H20. 101. Cr203 + KN03 + KOH -> K2CrOA + KN02 + H20. 102. Fe(OH)2 + N02 -> Fe(N03)3 + NO + H20. 103. NaHS03 + C12 + H20 -» NaHS04 + HCl. 104. Fe(OH)2 + NaBrO + H20 -> Fe(OH)3 + NaBr. 105. Zn + KC103 + KOH + H20 _> KJZn(OH)4] + KC1. 106. KN03 + А1 + KOH + H20 -> K3[Al(OH)6] + + NH3H20 + H2. 107. Mn(OH)2 + Cl2 + KOH -> Mn02 + KCl + H20. 108. Fe(Cr02)2 + KjCO, + 02 -+ Fe203 + KjCrO, + C02. 109. FeS04 + Br2 + H2S04 -> Fe2(S04)3 + HBr. 110. CuCl + ¥^Cr207 + HCl -> CuCl2 + KCl + CrCl3 + H20. 111. (NH4)2S + KjCrO, + KOH + H20 -> S + K3[Cr(0H)6] + + NH3H20. 112. Na3[Cr(OH)6] + Cl2 + NaOH -+ Na2Cr04 + NaCl + H20.
§ 3. Окислительно-восстановительные реакции о^ ^о ПЗ.СН = CH + KMn04+H,S04-> ^С-С^ + но он + K.SO, + MnS04 + Н20. 114. Fe2(S04)3 +KI -> FeS04 + I2 + H20. 115. NaN02 + Clj + NaOH -> NaN03 + NaCl + H20. 116. HC104 + S02 + H20 -> H2S04 + HC1. 117. K.Cr.O, + SnCl2 + КОН -> К,[Сг(ОН)6] + KjSnOj + + KC1 + H20. 118. KN02 + KMn04 + KOH -> K2Mn04 + KN03 + H20. 119. FeS04 + H2S04 + HN03 -> NO + Fe2(S04)3 + H20. 120. Mn02 + КСЮ3 +KOH -> KjMr^ + KCl + H20. 121. H2S + KMn04 + H2S04 -> S + MnS04 + K^ + H20. 122. PH3 + KMn04 + H2S04 -* H3P04 + K2S04 + + MnS04 + H20. 123. K^Cr.O, + Na2S03 + H2S04 -+ Cr2(S04)3 + + Na2S04 + K.SO,, + H20. 124. Cr2(S04)3 + CL, + NaOH ^ Na2Cr04 + NaCl + H20. 125. KN03 + Cr2S3 -^ NO + I^Crf^ + KjSO,. 126. Sb2S3 + 02 -> Sb203 + S02. 127. FeS2 + HC1 + HN03 -> FeCl3 + H2S04 + NO + H20. 128. N2H4 + NaOH + Zn -^ NH3 + Na2[Zn(OH)4] + H20. 129. NH2OH + HCIO -> N2 + HC1 + H20. 130. NH2OH + Fe(OH)2 -> NH3 + Fe(OH)3 + H20. 131. NH2OH + Fe2(S04)3 -> N20 + FeS04 + H20 + H2S04. 132. SnCLj + KjCr^ + H2S04 -^ SnCl4 + + Sn(S04)2 + Cr2(S04)3 + K^ + H20. 133. FeS04 + HN03 -^ Fe2(S04)3 + Fe(N03)3 + N02 + H20. 134. FeS2 + KOH + Cl2 -^ K2Fe04 + K^ + KCl + H20. 135. H202 + Mn304 + H2S04 -^ 02 + MnS04 + H20. 136. P2S3 + H2S04 -> H3P04 + S02 + H20. 137. HBr + H2S04 -^ Br2 + S02 + H20. 138. C102 + H202 + NaOH -* NaCIO + 02 + H20. 139. СЮ2 + NaOH -^ NaCl + NaC104 + H20.
§ 3. Окислительно-восстановительные реакции 59 140.12 + HN03 -> НЮ3 + N0 + Н20. 141. K^FeO, + Н20 -> Fe(OH)3 + 02 + КОН. 142. MnS04 + Н202 + КОН -^ Мп02 + KjSO, + Н20. 143. РЬ(ОН)2 + 03 -> РЬ02 + 02 + Н20. 144. К1 + 03 + Н20 -> КОН + 02 + 12. 145. MnS04 + К^Оз + Н20 -^ НМп04 + K.SO, + H2S04. 146. Н2Те03 + НС104 -> Н2Те04 + С12 + Н20 + 02. 147. (NH4)2Cr207 -^ N2 + Н20 + Сг203. 148. N20 + CS2 -^ N2 + C02 + S02. 149. Bi203 + Br2 + КОН -> KBi03 + KBr + H20. 150. Bi205 + НС1 -> BiCl3 + Cl2 + H20. 151. NaBi03 + MnS04 + H2S04 -> Bi2(S04)3 + HMn04 + + Na2S04 + H20. 152. Pb(CH3COO)2 + CaOCl2 + H20 -> Pb02 + CaCl2 + + CH3COOH. 153. Cu2S + 02 -> CuO + S02; 154. T1C13 + H2S -> T12S + S + HC1. 155. Ce(OH)4 + HC1 -> CeCl3 + Cl2 + H20. 156. Re03 + KOH -> KRe04 + KjReOj + H20. 157. Те + HN03 -> HTe04 + NO + H20. 158. Mn02 + KI + C02 + H20 -^ MnC03 + KHC03 + l2. 159. Mn02 + KOH + Br2 -» KjMnO, + H20 + KBr. 160. Mn02 + FeS04 -^ MnS04 + Fe203 + 02. 161. KMn04 + MnS04 + H20 -> Mn02 + KjSO, + H2S04. 162. Бутен-l + KMn04 + H2S04 -> C02 + CH3CH2COOH + + MnS04 + KjSO, + H20. 163. KMn04 + NH3 -^ N2 + Mn02 + KOH + H20. 164. I^MnO, + H2S04 -> KMn04 + KjS04 + Mn02 + H20. 165. Fe2S3 + HC1 ->. FeCl2 + S + H2S. 166. NiS + HN03 + H2S04 -> NiS04 + N02 + S + H20. 167. OsF6 + H20 -» Os04 + HF + OsF4. 168. NaC103 + S02 + H2S04 -^ C102 + NaHS04. 169. MnS04 + Pb02 + HN03 -> HMn04 + PbS04 + + Pb(N03)2 + H20.
50 §3. Окислительно-восстановительные реакции 170. SnSe + HN03 -» Sn02 + Se02 + NO + H20. 171. SmS04 + K2Cr207 + H2S04 -» Sm2(S04)3 + + K2S04 + Cr2(S04)3 + H20. 172. Rh2(S04)3 + NH2OH -> RhS04 + H2S04 + N20 + H20. 173. YbBr2 + KMn04 + H2S04 -> YbBr3 + Yb2(S04)3 + + KBr + MnS04 + H20. 174. Am02F + H202 + H2S04 -> Am2(S04)3 + 02+ HF + + H20. 175. U02 + HN03 -» U02(N03)2 + N02 + H20. 176. CH3CH2CH=CHCH2CH3 + KMn04 + H2S04 -» -> CH3CH2CHO + KjSO, + MnS04 + H20. 177. CH3-CH=CH2 + KMn04 + H20 -» ->CH3-CH(OH)-CH2(OH) + Mn02 + KOH. 178. CH3CH2CH=CHCH2CH3 + K2Cr207 + H2S04 -» -» CH3CH2COOH + K2S04 + Cr2(S04)3 + H20. 179. C6H5C2H5 + KMn04 -» C6H5COOK+ K2C03 + KOH + + H20 + Mn02. 180. CH2=CH-CH2-CH3 + KMn04 + H2S04 -» -> HCOOH + CH3CH2C00H + MnS04 + K2S04 + H20. 181. Толуол + KMn04 —» бензоат калия + Mn02 + KOH + 182.1,4-дигидроксибензол + KBr03 —> О — \_/ — О + + KBr+H20. 183. Нитробензол + сульфид аммония —> анилин + NH3 + + Н20 + S. 184. Пропен + KMn04 + Н20 —> 1,2-пропандиол + + Mn02 + КОН + Н20. 185. Ацетон + К2Ст201 + H2S04 —>• муравьиная кислота + + уксусная кислота + K2S04 + Cr2(S04)3 + H20. 186.0F2 + H20->HF+02. 187. Kl +XeF4 -> KF + I2 + Xe. 188. HI04 + F2 _> HF + FI03 + 02. 189. F2 +NaOH -» NaF +F20 + H20. 190. FC102 + HC1 -> HF +C12 + C102.
§ 3. Окислительно-восстановительные реакции 51 191. NaCl + K2Cr207 + H2S04 -^ Na2S04 + C12 + K2S04 + + Cr2(S04)3. 192. As2S5 + HN03 + H20 -> H3As04 + H2S04 + NO. 193. C6H5NO + KMn04 + H20 -> C6H5N02 + Mn02 + KOH. 194. (CH3)2S + K^O, + H2S04 -> (CH3)2SO + Cr2(S04)3 + + K2S04 + H20. 195. P2S3 + K2Cr207 + H2S04 ^. CrP04 + S02 + Cr2(S04)3 + + K2S04 + H20. 196. Cr2(S04)3 + NaOH + C12 -» Na2Cr04 + NaCl + Na2S04+ + H20. 197. NaCIO + KI + H2S04 -> NaCl + I2 + K^SO, +H20. 198. (FeCu)S2 + HN03 -> Fe(N03)3 + Cu(N03)2 + H2S04 + +NO + H20. 199. AsH3 + HN03 -> H3As04 + N02 + H20. 200. CuBr + HN03 -> Cu(N03)2 + Br2 + NO + H20. 201. Циклогексанол + К^Сг207 + H2S04 —» адипиновая кислота + K2S04 + Cr2(S04)3 + H20. 202. Циклогексанон + KjCr.,0, + H2S04 —> адипиновая кислота + K2S04 + Cr2(S04)3 + H20. 203. Циклобутанол + KMn04 + H2S04 —» бутадиовая кислота + K2S04 + MnS04 + H20. 204. Циклогексен + K2Cr207 + H2S04 —> адипиновая кислота + K2S04 + Cr2(S04)3 + H20. 205. 1,4-диметилбензол + KMn04 + H2S04 —» терефталевая кислота + K2S04 + MnS04 + H20. 206. Fe(Cr02)2 + 03 + KjCOj -> KFe02 + I^CrO, + 02 + C02. 207. 2-метилбутен-2 + 03 —> этаналь + ацетон. 208. Этилбензол + K^C^O, + H2S04 —> бензойная кислота + + С02 + Cr2(S04)3 + K2S04 + Н20. 209. Кумол + КМп04 + H2S04 —> бензойная кислота + + С02+ MnS04 + K2S04 + Н20. 210. Циклогексен + КМп04 + Н20 —> циклогексан- диол-1,2 + Мп02 + КОН. 211. K2S208 + Fe(OH)2 + КОН -> K^SO, + FeO(OH) + H20. 212. HN03 + Fe304 -» Fe(N03)3 + N02 + H20. 213. HN03 + Fe3C -> Fe(N03)3 + C02 +N02 + H20.
g2 § -?• Окислительно-восстановительные реакции 214. КДО, + NaOH + Bi(OH)2 -> KjSO, + Na2S04 + + NaBi03+H20. EX. Укажите сумму коэффициентов в следующих окисли- тельно-восстановительных реакциях, протекающих по схемам: 1. Сг(ОН)3 + ОН- + СЮ- -> СЮ; + С1" + ... 2. Zn + Н+ + N03 -» Zn2++ NH4 + ... 3. Zn + Н+ + N03 -» Zn2++ N2t + ... 4. PbS + H++ N03 -> PbS04 + NOT +... 5. N03+ H+ + I- -> N02T +103 +... 6. Cr20* + H+ + Cl--> Cr3+ + Cl2t + ... 7. Pb02 + H+ + Mn2+ -> Pb2+ + Mn04 + ... 8. Mn04 + S02 + H20 -> Mn2+ + SO2 + ... 9. Mn04 +H+ + Fe2+ -> Mn2+ + Fe3+ + ... 10. Mn04 +H+ + H° -> Mn2+ + ... 11. N03 + H°->NH3T + ... 12. Cr20* + H+ + H° -> Cr2+ + ... 13. C6H5 - C(CH3)3 + KMn04 + H2S04 -^ C02 + MnS04 + + ^804+^0. 14- X ^ +K2Cr207 + H2S04 XOOH + C02 + Cr2(S04)3 + K2S04 + H20 . 15. II + KMn04 -*• K2C03 + Mn02+ У +H20 + KOH. ^^\^/С!Н(СНз)2 ^ + KMn04 + H2S04
§ 3. Окислительно-восстановительные реакции 53 .соон -*• |7)Т + С02 + MnS04 + K2S04 + Н20 . + KMn04 + H2S04 *- Н + MnS04 + K2S04 + Н20 . + КМп04 + H2S04 _*. л—с^ + СН3СООН + MnS04 + K2S04 + Н20 Х)Н 19- \ ^k /+KMn04 + H2S04 + \/\+ KjSO^MnSO^HjO. н 20. =4. /ч. +KMn04 + H2S04 С02 + ^rf^N+ KjSO^MnSO^HjO. 21. \ / = + K2Cr207 + H2S04 -► —^ +C02 + Cr2(S04)3 + K2S04 + H20 )Н 22. Н3С (СУ)—СН3 + КМп04
64 § 3. Окислительно-восстановительные реакции (~j) COOK + Mn02 + КОН + H20 ->■ коос 23.02N (Cj) С4Н* + KMn04 + H2S04 ** ** 02N (Cj) COOH +C02+ K2S04+MnS04+ +HX>. 24. ■^ +KMn04 + H2S04 ► ООН + MnSQ4 + K2SQ4 + H20 25. + K2Cr207 + H2S04 Ob -COOH + C02 + Cr2(S04)3 + K2S04 + H20 26. 4—7 +KMn04 > K2C204 + Mn02 + KOH + H20 27. HOOC—CH(CH3)—CH2OH + KMn04 + H2S04
§ 3. Окислительно-восстановительные реакции 55 *■ НООС СН(СН3) COOH+ K,S04+MnS04+H20. 28. НОСН2СН2ОН + КМп04 -^ К^О, + Мп02 + КОН + + Н20. 29. С12Н220„+ КМп04 + H2S04 -^ С02 + MnS04 + KjSO, + Н20. 30. • (О)—9Н—СН2—сн2+к2сг2о7 + ОН ОН + H2S04 *- {{ )) С СН2 С^~ + I 31. НО \Cj) ОН +KMn04 + H2S04 + Cr2(S04)3 + K2S04 + Н20 . о^ОЬ» + MnS04 + K2S04 + Н20 . 3 Зак. 3451
с §4. Расчеты по химическим формулам: определение формулы вещества Массовые или мольные доли элементов, а также их массы в веществе позволяют установить его формулу. ПРИМЕР 4-1. В некотором соединении азота с кислоро- дом мольная доля атомов азота равна 28,57 %. Определите формулу вещества. Решение Представим формулу вещества в виде Nfl06. Тогда имеем (см. пример 2-1): Х(Л0 = 0,2857 = -^-. а + Ь Отсюда получаем: а = 0,4й, или я:6 = 0,4:1 = 2:5. Формула вещества N205. Ответ: N205. ПРИМЕР 4-2. Установите формулу вещества, в котором массовые доли (%) атомов водорода, серы и кислорода соот- ветственно равны 1,75; 56,14; 42,11. Решение Представим формулу вещества в виде HxS О^. Отношение чисел атомов элементов в формуле вещества находим деле- нием их массовых долей на относительные атомные массы элементов:
§4. Расчеты по химическим формулам: определение формулы вещества 57 _ w(H) ф w(S) w(0) _ X:y:Z~Ar(H):MS):Ar(0)~ = l175:56d4:42!ll=U5: з 1 32 16 Все числа данного соотношения делим на наименьшее из них (1,75), получаем: x:y:z = \:l:l,5. Удваиваем все числа полученного выражения и получаем окончательный результат: х: у: z = 2:2:3. Формула вещества H2S203- Ответ: H2S203. ПРИМЕР 4-3. Соединение некоторого элемента Э с во- дородом имеет формулу Н2Э, массовая доля атомов водоро- да в нем равна 5,88 %. Установите элемент. Решение Для массовой доли элемента водорода в составе вещества, имеющего формулу Н2Э, получаем: МДН2Э) где ЩН) = 2;Аг(П)=1; М,(НаЭ) = 2Аг(Е) + Аг(Э) = 2 + Аг(Э). Находим: 0,0588 = - Ь2 2 + Л(Э) Л,(Э) = 32. Искомый элемент — сера. Ответ: сера.
53 §4. Расчеты по химическим формулам: определение формулы вещества ПРИМЕР 4-4. При сжигании железа массой 2,240 г в кис- лороде получен оксид железа массой 3,093 г. Найдите фор- мулу оксида. Решение Представим формулу оксида в виде Fe^CK Поскольку мас- са оксида равна сумме масс элементов железа и кислорода, находим массу элемента кислорода в оксиде: т(0) = т(¥еОу) - w(Fe) = 3,093 - 2,240 = 0,853 (г). Отношение чисел атомов в веществе равно отношению их химических количеств, поэтому имеем: /ex /™ m<Fe) m(Q) 2>240.0,853 M(Fe) М(О) 56 16 = 0,0400:0,0533 = 1:1,333 = 3:4. Формула вещества Fe304. Ответ: Fe304. 1 • Установите формулу вещества, в котором массовые доли (%) атомов углерода, водорода и кислорода соответственно равны 68,85; 4,92 и 26,23. 2. Массовые доли атомов элементов (%) в гидроксиде же- леза равны: 62,2 (железо); 35,6 (кислород); 2,2 (водород). Какова формула гидроксида? 3. Массовая доля атомов хлора в хлориде фосфора состав- ляет 77,5 %. Определите формулу хлорида. 4. При взаимодействии 6,2 г фосфора с кислородом полу- чено 14,2 г его оксида. Найдите простейшую (эмпирическую) формулу оксида. 5. При сжигании 10,0 г металла получено 18,9 г оксида металла (III). Установите металл и объем кислорода (дм3, н.у), затраченный на сжигание.
§4. Расчеты по химическим формулам: определение формулы вещества 59 6. Соединение некоторого элемента имеет формулу Э304; массовая доля атомов элемента Э в нем равна 72,4 %. Устано- вите элемент. 7. При нагревании 4,80 г оксида некоторого металла в токе водорода получено 1,62 г воды. Установите металл, если его степень окисления в оксиде равна +3. 8. Молярная масса сульфата металла (I) на 8 единиц боль- ше молярной массы его иодида. Установите металл. 9. Соотношение молярных масс высших хлорида и окси- да элемента IV А группы соответственно равно 17:6. Устано- вите элемент. 10,* В некотором соединении хлора с кислородом моль- ная доля атомов хлора равна 22,22 %. Установите формулу оксида хлора. 11.* В некотором соединении фосфора с серой массовая доля атомов серы равна 72,07 %. Найдите мольную долю фосфора в веществе. 12, При нагревании 1,225 г вещества получены 0,745 г КС1 и 02. Установите формулу вещества. у 13. Определите степень окисления атома осмия в его со- единении с калием и хлором, если w(K) = 16,2 %, a w(Cl) = = 44,3 %. \$ 14. После прокаливания 10,08 г соединения состава (NH^^Qj получено 6,08 г оксида XjOy Установите элемент X Ч/ 15. При термическом разложении Мп02 массой 0,435 г вы- делился кислород и образовалось 0,382 г другого оксида мар- ганца. Определите формулу полученного оксида. У 16. В результате обжига на воздухе 8,0 г сульфида молиб- дена получили 7,2 г оксида Mo(VI). Установите формулу ис- ходного сульфида.
70 §4. Расчеты по химическим формулам: определение формулы вещества 17.* Элемент образует с кислородом два оксида состава ЭО и Э203, причем массовая доля атомов элемента во втором ок- сиде в 1,111 раза меньше, чем в первом. Установите элемент. / 18.* Бинарное соединение железа с кислородом массой 3,222 г у без остатка реагирует с 1,000 г алюминия. Установите фор- мулу бинарного соединения железа. 19. Составьте формулу оксида марганца, если известно, что массовая доля атомов элемента марганца в нем равна 0,496. 20. Выведите формулу вещества, используемого какудоб- /рение и содержащего (по массе) 24,24 % атомов элемента серы. Известно также, что мольное отношение в нем кис- лорода к водороду и кислорода к азоту соответственно рав- но 1:2 и 2:1. V / 21. Вещество состоит из элементов кислорода, азота, фос- ^ фора и водорода и используется как удобрение. Известно, что массовая доля атомов элемента кислорода в нем 48,5 %; число атомов азота в два раза больше числа атомов фосфора, а чис- ло атомов водорода в 2,25 раз больше числа атомов кислоро- да. Определите формулу вещества, если его молярная масса меньше 200 г/моль. V22. Относительные плотности по воздуху паров хлорида и бромида одного и того же элемента равны соответственно 5,31 и 11,45. Установите элемент. \j 23. Соединение содержит элементы Н, С и О (массовые доли атомов элементов равны соответственно 6,3 %, 15,19 % и 60,76 %) и еще один элемент, число атомов которого в соединении равно числу атомов С. Установите формулу ве- щества. 24. В хлориде некоторого металла массовая доля атомов элемента хлора равна 79,775 %, а в оксиде этого металла мас- совая доля атомов элемента кислорода составляет 47,059 %. Что это за элемент, если степень окисления металла в хлориде и оксиде одинаковая?
§4. Расчеты по химическим формулам: определение формулы вещества 71 25. Относительная формульная масса бромида некоторо- го металла в 1,802 раза больше относительной формульной массы его хлорида. Для какого металла справедливо это от- ношение? Выведите формулу вещества, состоящего из элемен- тов S, C1 и О, если известно, что массовая доля атомов эле- мента хлора в нем 59,66 %, а масса атомов элемента серы вдвое превышает массу атомов элемента кислорода. 27. Массовая доля нитрата аммония в смеси с некоторой со- лью Me(N03)2 составляет 60 %, а массовая доля атомов элемен- та азота в этой же смеси равна 27,83 %. Установите металл Me. 28. Массовая доля сульфида металла (I) в смеси с сульфа- том этого металла равна 70 %, а массовая доля атомов эле- мента серы в этой смеси солей составляет 25,88 %. Установи- те металл Me. \Г 29. К 300 см3 раствора (р = 1,05 г/см3), содержащего 0,06 моль гидроксида Ме(ОН)2, добавили 5 г этого же вещества; при этом его массовая доля стала равной 3,85 %. Установите ме- талл . V 30. Молярная масса галогенида АС13 составляет 0,584 мо- лярной массы ВС13. Отношение относительных атомных масс элементов А и В соответственно равно 0,221. Установите эле- менты А и В. На эту тему весьма распространены задачи, в которых тре- буется установить формулу кристаллогидрата. ПРИМЕР 4-5. Массовая доля воды в кристаллогидрате сульфата железа (II) равна 45,32 %. Установите формулу кри- сталлогидрата. Решение Представим формулу кристаллогидрата в виде FeS04 \хН20. Составляем выражение для массовой доли воды в кристал- логидрате по формуле (2-2):
72 §4. Расчеты по химическим формулам: определение формулы вещества *-Af,(H20) = *-А/,(Н20) 2 Mr(FeS04xH20) M,.(FeS04) + х-МДН20)' Учитывая, что 7l/r(FeS04) = 152, а Л/.(Н20) = 18, находим: х-18 0,4532 = 152 + Х-18 х = 7. Формула кристаллогидрата FeS04- 7Н20. Ответ: FeS047H20. ПРИМЕР 4-6. Вычислите массовую долю атомов бария в кристаллогидрате Ва(ОН) • хН20, в котором число атомов Н в 1,8 раза больше числа атомов О. Какова формула кристал- логидрата? Решение Возьмем один моль кристаллогидрата. Тогда в соответ- ствии со стехиометрическими схемами Ва(ОН)2 • хН20 (2 + 2х) Н, Ва(ОН)2 • хН20 (2 + х) О находим, что в кристаллогидрате химические количества (моль) элементов Н и О соответственно равны 2+ 2х и 2 + х. Согласно условию, имеем: iY(H)_n(H)_rg NiO) #i(0) ' ' Следовательно: ^ = 1,8. 2 + х Находим: х = 8. Формула кристаллогидрата Ва(ОН)2- 8Н20. Находим массовую долю элемента Ва в кристаллогидрате:
§4. Расчеты по химическим формулам: определение формулы вещества 73 _ЛЧВаМДВа)_ = _И37_ МДВа(ОН)2-8Н20] 171 + 818 Ответ: vv(Ba) = 43,5 %; Ва(ОН)28Н20. 31. Массовая доля безводной соли в кристаллогидрате фос- фата цинка равна 84,2 %. Какова формула кристаллогидрата? 32. Установите формулу кристаллогидрата, в котором мас- совые доли атомов элементов кальция, хлора и вещества воды соответственно равны 0,182; 0,324 и 0,494. . 33. Массовая доля атомов марганца в кристаллогидрате MnS04- яН20 равна 0,268. Какова формула кристаллогид- рата? 34. Массовая доля атомов кислорода в кристаллогидрате нитрата железа (III) равна 0,713. Установите формулу крис- таллогидрата. 35. Массовая доля воды в кристаллогидрате Cu(N03)2 x х яН20 равна 0,223. Какова формула кристаллогидрата? 36. При прокаливании до постоянной массы кристалло- гидрата хлорида бария массой 36,6 г масса твердого остатка составила 31,2 г. Установите формулу кристаллогидрата. 37. В кристаллогидрате фосфата натрия массовая доля атомов водорода равна 6,316 %. Определите формулу крис- таллогидрата. 38. Найдите массовую долю атомов натрия в кристалло- гидрате гидрофосфата натрия, в котором число атомов Н в 1,364 раза больше числа атомов О. Укажите формулу крис- таллогидрата. 39. В порции кристаллогидрата ацетата калия химичес- ким количеством 0,100 моль находится 3,612-1023 атомов Н. Рассчитайте число атомов О в этой же порции кристалло- гидрата и формулу кристаллогидрата.
74 §4. Расчеты по химическим формулам: определение формулы вещества 40. В кристаллогидрате химическим количеством 2,00 моль разница между массой кристаллизационной воды и массой безводной соли равна 26,0 г. Массовая доля безводной соли составляет 0,468. Вычислите молярную массу кристаллогид- рата. 41. В кристаллогидрате, образованном средней солью ме- талла, массовая доля кристаллизационной воды равна 50,0 %. Вычислите массу водорода, содержащегося в 100 г этого кри- сталлогидрата. 42. В кристаллощдрате, образованном солью бескислород- ной кислоты, массовая доля соли равна 0,755. Вычислите мас- су кислорода, содержащегося в 1,00 г этого кристаллогидрата. 43. В некоторой порции кристаллогидрата ацетата маг- ния находится 9,632-1023 атомов углерода и 3,37МО24 атомов водорода. Найдите число атомов кислорода в этой порции кристаллогидрата. 44. В некоторой порции кристаллогидрата ацетата бария находится 4,816-1023 атомов углерода и 8,428-1023 атомов кис- лорода. Найдите число атомов водорода в этой порции крис- таллогидрата. 45. Дигидрат ацетата металла ПА группы химическим ко- личеством 0, 250 моль содержит 1,535-1025 электронов. Уста- новите металл. 46. В смеси NaCl и NaBrxH20 химические количества этих солей одинаковы, массовая доля NaCl равна 29,6 %. Устано- вите формулу кристаллогидрата. В отдельную группу можно выделить задачи, в которых указана молярная масса вещества (или ее можно найти) и даны массовые доли элементов. Ниже приводится пример наиболее рационального способа решения подобных задач. ПРИМЕР 4-7. Плотность паров вещества (н.у.) равна 2,5 г/дм3, а массовые доли атомов элементов С и Н в нем со-
§4. Расчеты по химическим формулам: определение формулы вещества 75 ответственно равны 86,71 % и 14,29 %. Определите молеку- лярную формулу вещества. Решение Представим формулу вещества в виде СХН . Из формулы для расчета массовой доли элемента ^.N(3)4(3) МДв-ва) следует выражение для определения числа атомов данного элемента в веществе: МДв-ва)-уу(Э) АР) Находим Мг вещества. Согласно формуле (1-19), имеем: М = 56. М(СД) = P(QH,)-F = 2,5 • 22,4 = 56 (г/моль); Проводим расчеты: Mr-w(C)_ 56-0,8571 _/| 4(C) 12 Mf-w(H)_ 56-0,1429 _, 4(H) 1 Формула вещества С4Н8. Ответ: С4Н8. Если известна относительная плотность А/В) паров ве- щества В по газу X, то молярная масса вещества В находится по формуле: М(В) = DX(B)M(X). В случае относительной плотности паров вещества по воз- духу (М(возл.) = 29 г/моль) имеем: M(B) = DR (B)-29. (4-2)
76 §4. Расчеты по химическим формулам: определение формулы вещества Для относительной плотности паров вещества по водоро- ду (М(Н2) = 2 г/моль) получаем: M(B) = DHo(B)-2. (4-3) Если дана масса молекулы вещества, то его молярную массу находят по формуле (1-13). 47. Молярная масса соединения элемента азота с водоро- дом равна 32 г/моль, а массовая доля атомов элемента азота в нем составляет 87,5 %. Определите молекулярную форму- лу вещества. 48. Плотность паров вещества (н.у.) равна 1,34 г/дм3, а мас- совые доли атомов элементов углерода и водорода в нем рав- ны соответственно 40,0 % и 6,7 % (остальное приходится на кислород). Установите молекулярную формулу вещества. v/ 49. Плотность газообразного органического вещества такая же, как и плотность углекислого газа. Массовые доли атомов углерода и водорода в веществе равны соответственно 81,8 % и 18,2 %. Установите молекулярную формулу вещества. ^ 50. Относительная плотность паров вещества по воздуху 1,52, а массовые доли атомов элементов углерода и кислоро- да соответственно равны 0,2727 и 0,7273. Установите моле- кулярную формулу вещества. 51. Некоторое вещество состоит из элементов Н, N и О и имеет молярную массу 64 г/моль. Массовая доля атомов кис- лорода в нем 50 %, a w(H) в нем в 4 раза меньше, чем w(H) в СН4. Установите формулу вещества. 52. В состав вещества входят элементы С, Н и N, причем массовая доля элемента углерода в нем 53,33 %. Масса азота, полученного из 0,546 г вещества, равна 0,170 г. Установите молекулярную формулу вещества, если масса его молекулы равна 7,475-Ю-23 г. 53. Вещество состоит из элементов меди, серы и кислорода. В результате ряда операций из некоторой навески вещества по-
§4. Расчеты по химическим формулам: определение формулы вещества 77 лучено 0,317 г СиО, а сера и кислород переведены в состав BaS04, масса которого 0,934 г. Установите формулу вещества. 54. Определите формулу соединения, в котором массовые доли атомов элементов Na, N и О соответственно равны 33,3 %; 20,29 % и 46,38 %. Известно, что его относительная фор- мульная масса в три раза больше относительной атомной массы натрия. Ответы 1. С7Н602.2. Fe(OH)2.3. PCI3.4. Р205.5. A1; 6,23 дм3.6. Ре. 7. Fe203.8. Калий. 9. Кремний. 10. Ci207. 11. 28,57 %. 12. КС103. 13. +4. 14. Сг. 15. Мп304. 16. MoS2.17. Fe. 18. Fe304.19. Map,. 20. (NH4)2S04. 21. (NH4)2HP04. 22. Угле- род. 23. NH4HC03.24. Al. 25. Ca 26. SOCL,. 27. Са 28. К 29. Sr. 30. A - Al, B - Sb. 31. Zn3(P04)2-4H20. 32. CaCl2-6H20. 33. MnS04«3H20. 34. Fe(N03)3 • 9H20. 35. Cu(N03)2-3H20. 36. BaCl2-2H20. 37. Na3P04« 12H20. 38. w(Na) = 17,2 %; Na2HP04-7H20. 39. N(0) = 2,107-1023; CH3COOK- 1,5H20. 40. 203 г/моль. 41. 5,56 г. 42. 0,218 г. 43. N(0) = 1,93-1024. 44. ЛГ(Н) = 1,44-1024. 45. Са. 46. NaBr-2H20. 47. N2H4. 48. CH20. 49. C3Hg. 50. C02. 51. NH4N02. 52. CH,NHV 53. CuSOA. 54. NaNOv 2 5 2 4 2
§5. Определение формул веществ по данным химических реакций Очень распространены задачи, в которых формулу веще- ства нужно определить по массам (объемам, химическим количествам) продуктов сгорания вещества. ПРИМЕР 5-1. При полном сгорании вещества массой 6,8 г образовались оксид фосфора (V) массой 14,2 г и вода массой 5,4 г. Установите формулу вещества. Решение Представим формулу вещества в виде PxHyCK В данной за- даче молярная масса вещества не указана. Решаем задачу со- гласно следующим этапам: 1) по массам Р205 и Н20 находим массы и химические ко- личества элементов Р и Н; 2) проверяем наличие в веществе элемента кислорода; 3) находим отношение химических количеств всех эле- ментов в веществе и составляем его формулу . Проводим расчеты: 1) KP2Q5)=m(P2°5)= —= 0Л (моль); 25 М(Р205) 142 л(Р) = 2л(Р205) = 0,2 моль; т(?) = л(Р)-Л/(Р) = 0,2-31 = 6,2 (г); ,„ „ m(H20) 5,4 ■ и(Н) = 2«(Н,0) = 0,6 моль;
§5. Определение формул веществ по данным химических реакций 79 ю(Н) = л(Н)• М(Н) = 0,6-1"= 0,6 (г). 2) /и(0) = от(в-ва) - /и(Р) - /и(Н) = 6,8 - 6,2 - 0,6 = 0 (г). Кислород в составе вещества отсутствует (z = 0). 3) х : у = л(Р): л(Н) = 0,2 : 0,6 = 1 : 3. Формула вещества РН3. Ответ: РН3. Предлагаем вам самостоятельно решить четыре задачи та- кого типа. А. При сжигании 2,40 г вещества получено 1,44 г воды, 896 см3 (н.у.) С02 и 1,12 г N2. Установите формулу вещества. Ответ: (NHACO. Vе' Б. При полном сгорании 3,84 г органического вещества получено 2,24 дм3 (н.у.) С02, 1,8 г Н20 и 2,12 г Na2C03. Уста- новите формулу вещества. Ответ: C3H502Na. \J С. При сжигании в токе хлора 6,20 г некоторого вещества получили 21,9 г НС1, 30,8 г СС14 и 10,3 г SC12. Установите формулу вещества. Ответ: C2H6S. Д. При сгорании некоторой массы углеводорода получе- но 7,7 г С02 и 3,6 г Н20. Определите формулу углеводорода и его массу. Ответ: С7Н16; 2,5 г. Несколько иной подход используется, если задана моляр- ная масса вещества. ПРИМЕР 5-2. При сгорании органического вещества мас- сой 3,1 г образовались С02 объемом (н.у.) 2,24 дм3, N2 объе- мом (н.у) 1,12 дм3 и вода массой 4,5 г. Масса молекулы веще- ства равна 5,15 • 10~23 г. Найдите молекулярную формулу ве- щества.
80 S5. Определение формул веществ по данным химических реакций Решение Формулу вещества представим в виде СхН O^Nr Находим молярную массу вещества по формуле M(CHpzNk) = mSCHpNkyNA = = 5,15-10-23-6,02-1023 = 31,0 (г/моль). Составляем схему реакции сгорания вещества и проводим расчеты, используя метод решения «по массам». 3,1 г 2,24 дм3 4,5 г 1,12 дм3 СХНДЫ,+02-» хС02 + 0,5уН2О + 0,5Ш2 1 моль п=хиолъ л = 0,5>> п = 0,5k т—п-М= V = n'Vm~ пг=п-М= F = wKm = =1-31 = 31 (г) =х-22,4 (дм3) =0,5^*18 (г) =0,5к-22,Л(дмъ) Находим: 3,1 = 2,24 _ 2,24-31 31 ~jc-22,4' *" 3,1-22,4" ' 3,1 _ 4,5 4,5-31 31~0,5у18' ^"3,1-0,5-18" ' 3,1 _ 1,12 1,12-31 31 ~0,5&-22,4' " 3,1-0,5-22,4" ' Формула вещества CH5N; поскольку M(CH5N) = 31 г/моль, делаем вывод: кислород в составе вещества отсутствует; фор- мула вещества CH5N. Ответ: CH5N. 1. При сжигании 0,900 г органического вещества получе- но 1,32 г С02 и 0,54 г воды, относительная плотность паров вещества по водороду 90. Установите молекулярную форму- лу вещества. &■ 2.Шри полном сгорании 1,10 г вещества получено 2,20 г СО^и 0,90 г Н20; 0,70 дм3 (н.у.) паров вещества имеют массу 2,75 г. Найдите молекулярную формулу вещества.
§5. Определение формул веществ по данным химических реакций 81 (Гз. При сгорании 11,8 г вещества получено 17,6 г С02,0,5 моль водьга 2,24 дм3 (н.у.) N2, относительная плотность паров ве- щества по азоту 2,11. Установите молекулярную формулу ве- щества. 4. При сгорании 2,3 г вещества получено 4,4 г С02 и 2,7 г воды. Установите молекулярную формулу вещества, если от- носительная плотность его паров по водороду 23. / 5. При сжигании 1 дм3 паров вещества получено 1 дм3 С02 ' и2 дм3 оксида серы (ГУ), объем кислорода, затраченный на сжигание, равен 3 дм3. Определите молекулярную формулу вещества (условия нормальные). £б/Для сжигания 500 см3 газа нужно 2,5 дм3 кислорода; при этом получено 1,5 дм3 С02 и 2 дм3 водяных паров. Уста- новите молекулярную формулу вещества (до и после реак- ции условия одинаковые). V 7. Неизвестное вещество химическим количеством 4 моль сожгли и получили 4 моль С02, 2 моль азота и 10 моль воды. Установите его молекулярную формулу, если на сжигание затрачено 9 моль кислорода. 8. При сгорании 1,88 г органического вещества, содержа- щего в составе элемент бром, получили 448 см3 (н.у.) С02 и 0,36 г воды. Весь бром, содержащийся в веществе, путем соответствующих реакций перевели в бромид серебра (I), масса которого 3,76 г. Относительная плотность паров веще- ства по водороду 94. Установите молекулярную формулу ве- щества, считая, что весь водород, входящий в его состав, пе- решел в Н20. 9. После взрыва смеси, состоящей из 25 см3 неизвестного газа и 50 см3 кислорода, получено 25 см3 С02 и такое количе- ство воды, которое при реакции с избытком металлического натрия дало 25 см3 водорода. Объемы всех газов измерены при одинаковых условиях. Определите молекулярную фор- мулу исходного газа.
82 §5. Определение формул веществ по данным химических реакций Л 10. Неизвестное вещество массой 200 г прокалили с уг- ' лем, при этом образовалось 36,8 г оксида углерода (IV) и 173,2 г свинца. Установите формулу исходного вещества. ul 11. При разложении 10 дм3 некоторого оксида хлора обра- зовалось 10 дм3 кислорода и 5 дм3 хлора (н. у). Относитель- ная плотность паров оксида по водороду 33,75. Выведите молекулярную формулу вещества. 12. К смеси углеводорода с аммиаком общим объемом 300 см3 к прибавили избыток кислорода и смесь подожгли. После пол- ' ного сгорания объем смеси стал равен 1250 см3, после кон- денсации паров воды уменьшился до 550 см3, а после обра- ботки щелочью уменьшился до 250 см3, из которых 100 см3 приходится на азот. Установите молекулярную формулу ве- щества (объемы газов измерены в одинаковых условиях). 13. Металлический кобальт массой 17,7 г растворили в азотной кислоте, полученный раствор выпарили, а остаток прокалили, в результате чего образовался оксид кобальта. Найдите степень окисления кобальта в этом оксиде, если масса оксида составила 22,5 г. 14. При действии соляной кислоты на некоторый металл ' масса растворившегося металла (в г) оказалась численно в 2,5 раза больше объема выделившегося газа (в дм3, н.у). Ка- кой это был металл, если при растворении в кислоте он окис- лялся до степени окисления +2? / 15. Некоторое химическое количество элемента соединяет- ся либо с 192 г одного из галогенов, либо с такой массой кисло- рода, которая вьщеляется при разложении 49 г бертолетовой соли в присутствии катализатора. О каком галогене идет речь? 16. Раствор хлорида двухвалентного металла разделили на / две равные части. К одной добавили избыток раствора суль- " фата магния и получили 6,99 г осадка. К другой части прили- ли избыток раствора нитрата серебра (I) и получили 8,61 г осад- ка. Определите металл.
§Л Определение формул веществ по данным химических реакций 83 щ/ 17. При прокаливании до постоянной массы 6,05 г крис- таллогидрата нитрата меди (И) получено 2,00 г твердого ос- татка. Определите формулу кристаллогидрата. 18. Газообразное вещество объемом 1 дм3' при сжигании в 5 дм3 кислорода образует 6 дм3 водяного пара и 4 дм3 оксида азота (II). Установите молекулярную формулу вещества, если его относительная плотность по водороду 8,5. J 19.* К раствору галогенида щелочного металла массой 59,5 г fc массовой долей его 40,0 % прибавили 17 г AgN03. После выпадения осадка массовая доля исходного галогенида со- ставила 20,62 %. Определите формулу галогенида. 20. В состав вещества X входят элементы С, Н, О и S. При сжигании 0,222 г вещества получено 0,396 г С02 и 0,162 г Н20. Из навески вещества X массой 0,074 г вся сера была пе- реведена в сульфат-ион, который дал осадок BaS04 массой 0,1165 г. Установите молекулярную формулу вещества X, если его молярная масса равна 148 г/моль. 21. Установите молекулярную формулу аскорбиновой кис- лоты, если при сжигании 1 моль ее образуются 6 моль С02, 4 моль Н20, а молярная масса кислоты равна 176 г/моль. 22. При полном окислении 10,2 г органического вещества было получено 7,95 г карбоната натрия, 5,04 дм3 (н.у.) угле- кислого газа и 6,75 г воды. Установите формулу вещества. 23.* Установите молекулярную формулу азотсодержаще- го органического вещества, на сжигание которого затрачено 7,2 г кислорода; при этом получено 4,5 г Н20 и 5,6 дм3 (н.у.) газовой смеси, объем которой при пропускании через избы- ток щелочи сократился до 1,12 дм3. 24.* При сжигании 9,76 г органического вещества в из- бытке кислорода получено 10,08 г Н20 и 8,96 дм3 (н.у.) смеси N2 и С02 с относительной плотностью по кислороду 1,275. Предложите молекулярную формулу вещества, если его мо- лярная масса не превышает 80 г/моль.
84 §5. Определение формул веществ по данным химических реакций 25. Оксид неизвестного металла (II) восстановили смесью Н2 и СО. В результате образовалось 1,8 г воды и 4,4 г оксида углерода (IV). Определите неизвестный металл, если масса оксида 14,4 г. 26. При сжигании соединения массой 0,24 г получили 0,27 г воды и 0,168 дм3 (н.у.) азота, относительная плотность паров вещества по воздуху 1,103. Какова молекулярная формула вещества? 27. При сгорании 4,48 дм3 газообразного вещества (н.у.) получено 3,6 г воды и 4,48 дм3 (н.у.) оксида серы (IV). Отно- сительная плотность вещества по С02 равна 0,773. Устано- вите его молекулярную формулу. 28. При восстановлении оксида металла (III) массой 80 г с выходом 90 % получили металл и 24,3 г воды. Установите формулы металла и его оксида. 29. При нагревании до постоянной массы 41 г соли Ме(НС03)2 к моменту разложения 90 % исходной соли вы- делился газ объемом 9,96 дм3 (н.у). Установите металл, если выход продуктов равен 88 %. 30. Оксид Ме203 массой 12,24 г растворили в 180 г соля- ной кислоты с w(HCl) = 18,25 %. Массовая доля НС1 в ра- створе после реакции составляет 3,42 %. Установите металл. 31. На нейтрализацию 50 г раствора с w(MeOH) = 7,2 % нужно 38,1 см3 раствора с w(HCl) = 13,5 % (р = 1,065 г/см3). Установите металл. 32. Для растворения 32,55 г оксида металла (II) взяли 80 см3 раствора с w(H2S04) = 27 % (р = 1,19 г/см3). Массовая доля кис- лоты в растворе после реакции 8,61 %. Установите металл. 33.Щдроксид Ме(ОН)2 массой 14,5 г растворили в 148,6 см3 соляной кислоты с w(HCl) = 8,5 % (р = 1,04 г/см3), получив смесь солей, в том числе 0,11 моль средней соли. Установите металл.
§5. Определение формул веществ по данным химических реакций 85 34. При разложении 90 % исходной массы Ме(ОН)3 полу- чена вода массой 4,86 г и остался гидроксид массой 2,8 г. Ус- тановите металл. 35. После полного окисления кислородом 4,375 г смеси ме- талла с его оксидом Ме203 (металл окисляется до степени окис- ления +3) общая масса полученного и исходного оксидов ока- залась на 27,43 % больше массы исходной смеси. Установите металл, если химическое вещество Ме203 в исходной смеси в 10,75 раз меньше химического количества металла. 36. Из 3,42 г гидроксида элемента II группы получено 5,94 г его бромида. Установите формулу гидроксида. 37. При полном сжигании некоторой массы азотсодержа- щего вещества в необходимом количестве кислорода полу- чена вода массой 0,45 г и газообразные продукты объемом 560 см3 (н.у.). После пропускания газовой смеси через раствор щелочи ее объем уменьшился до 112 см3 (н.у). Масса молекулы вещества равна 1,246 • 10~22 г. Установите его формулу. 38. Сплав металлов А и Б в мольном отношении 2 :1 соот- ветственно массой 5,95 г полностью растворили в соляной кислоте, получили газ объемом 4,48 дм3 (н.у.). Известно, что АГ(А)/АГ(В) = 0,415. Установите металлы. 39. Через раствор, содержащий смесь двух гидроксидов со- става МеОН массой 26 г, пропустили С02 массой 16,5 г до образования карбонатов. Полученные карбонаты выделили и прокалили до постоянной массы, равной 30,25 г (темпера- тура 800 °С). Известно, что.4.(Ме,)/4.(Ме2) = 3,286. Устано- вите металлы. 40. При взаимодействии гидрида МеН с водой массой 100 г получили раствор с массовой долей растворенного вещества 2,38 % (гидрид прореагировал полностью). Масса конечно- го раствора на 0,2 г меньше суммы масс воды и гидрида. Уста- новите металл Me.
86 £5. Определение формул веществ по данным химических реакций 41. На смесь двух металлов (II) массой 17,6 г подействова- ли H2S04(pa36.) и получили водород объемом 4,48 дм3 (н.у). При действии H2S04(kohu.) на эту же смесь получили газ объемом 2,24 дм3 (н.у.). Если к последнему раствору доба- вить избыток разбавленного раствора NaOH, то выпадает осадок массой 9,80 г. Установите металлы. 42. При разложении иодида металла массой 0,197 г до чи- стого металла и иода на нагретой до 1200 °С вольфрамовой проволоке масса последней увеличилась на 0,030 г. Устано- вите формулу иодида металла. 43. При прокаливании соли металла (II) получили твер- дый оксид и газообразный оксид (н.у.) объемом 5,6 дм3 (от- носительная плотность по гелию равна 11). Массовая доля металла в твердом оксиде 60,3 %. Определите объем раство- ра HN03 (с = 5,62 моль/дм3, р = 1,18 г/см3), который потре- буется для растворения всего твердого оксида металла (II). Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе. Ответы 1. С6Н1206. 2. С4Н802. 3. C2H5ON. 4. С2Н60. 5. CS2. 6. C3H8. 7. CH5N. 8. C2H4Br2. 9. СН4.10. РЬ02. И. СЮ3.12. С3Н8.13. +2.14. Fe. 15. Бром. 16. Ва. 17. (CuN03)2-3H20.18. NH3.19. KBr. 20. C6H1202S: 21. С6Н806.22. C2H5ONa. 23. C2H5N02. 24. C2H7ON. 25. Fe. 26. N2H4. 27. H2S. 28. Fe, Fe203. 29. Mg. 30. Al. 31. Li. 32. Hg. 33. Mg. 34. Иттрий. 35. Галлий. 36. Ba(OH)r 37. C2H5N02.38. Al, Zn. 39. Na и Li. 40. Li. 41. Fe, Cu. 42. ZrI4.43. 89 см3; 32,2 % Mg(N03)2.
§6. Расчеты по уравнениям химических реакций Техника расчетов по уравнениям химических реакций до- статочно проста и при использовании понятия «химическое количество» показана ниже. ПРИМЕР 6-1.* Какая масса осадка образуется при взаи- модействии хлорида кальция массой 1,64 г с избытком вод- ного раствора фосфата натрия? Решение Записываем уравнение реакции, внизу под формулами веществ проставляем соответствующие стехиометрические коэффициенты (они равны химическим количествам), а ввер- ху — химическое количество СаС12 и химическое количество Са3(Р04)2 (осадок), обозначенное как х (моль): 0,01477 моль хмоль ЗСаС12 + 2Na3P04 = Ca3(P04)2i + 6NaCL 3 моль 1 моль М(СаС12)= 111 г/моль; М[Са3(Р04)2] = 310 г/моль; ^CaCl^-2^^ (моль). 2) М(СаС12) 111 Имеем: 0,01477 х 3 1 Находим химическое количество и массу осадка:
88 §6. Расчеты по уравнениям химических реакций х = и[Са3(Р04)2] = °'014™ = 0,004923 (моль); m[Ca3(P04)2] = А2[Са3(Р04)2]-МСа3(Р04)2] = = 0,004923-310= 1,53 (г). Ответ: m[Ca3(P04)2] = 1,53 г. Для газов расчеты удобно проводить непосредственно «по объемам». В этом случае над формулами веществ записыва- ются не «моли», а «объемы». Объемы равны стехиометри- ческим коэффициентам. ПРИМЕР 6-2.* Какой объем (дм3, н.у.) кислорода нужен для полного окисления аммиака объемом 10 дм3 (н.у)? Ка- кой объем (дм3, н.у.) азота при этом образуется? Решение 10 дм3 х у Имеем: Находим: 4NH3 + 302 = 2N2 + 6Н20. 4 дм3 3 дм3 2 дм3 10_£. 10_у 4 ~3' Т~2~ * = У(02) = ^ = 7,5(дм3); у = у(К2) = 1^2=5(дм3). Ответ: V(07) = 7,5 дм3; К(Ш = 5 дм3 1*. Какая масса Fe203 и объем (дм3, н.у.) S02 образуются при обжиге 1,2 г FeS2 согласно уравнению реакции: 4FeS2 + 1102 = 2Fe203 +8S02?
§6. Расчеты по уравнениям химических реакций 89 2*. Какое химическое количество А1 необходимо взять для полного восстановления 3,52 г магнетита Fe304 согласно уравнению реакции: 3Fe304 + 8A1 = 9Fe +4A1203? 3*. Медь реагирует с HN03( азб) по уравнению: ЗСи + 8HN03 -> 3Cu(N03)2 + 2NO + 4Н20. Какая масса (г) HN03 потребуется и какой объем N0 (дм3, н.у.) выделится, если в реакцию вступает 3,2 г меди? 4*. Какая масса железа (в г) может прореагировать с: а) 3,65 г * НС1; б) 6,02-1023 молекулами хлора? 5*. Обжиг сульфида меди (II) в кислороде протекает с об- разованием СиО и SOr Какой объем кислорода (дм3, н.у.) нужен для обжига 19,2 г CuS и какие массы (г) продуктов при этом образуются? 6*. Какой объем газов (дм3, н.у.) выделяется при полном термическом разложении 4,26 г нитрата алюминия согласно уравнению реакции: 4A1(N03)3 = 2А1203 + 12N02 + 302. 7*. Какой объем (дм3, н.у.) азота нужен для взаимодействия с 5,6 дм3 (н.у.) водорода с образованием NH3? 8*. Какой объем (дм3, н.у.) кислорода потребуется для ка- талитического окисления 11,4 дм3 (н.у.) NH3? 9*. Какой объем (дм3, н.у.) S02 можно окислить с помо- щью 2,8 дм3 (н.у.) 02 с образованием S03? Отдельно разберем случай, когда конечный продукт об- разуется в результате последовательного протекания несколь- ких реакций. ПРИМЕР 6-3*. Какую массу серной кислоты можно тео- ретически получить из пирита массой 40,0 г?
90 S6. Расчеты по уравнениям химических реакций Решение M(H2S04) =98 г/моль; M(FeS2) = 120 г/моль. Получение серной кислоты из пирита включает три ста- дии: 1) 4FeS2 + 1102 = 2Fe203 + 8S02; 2) 2S02 + 02 = 2S03; 3) S03 + H20 = H2S04. Конечно, задачу можно решать по всем трем уравнениям реакций, последовательно находя химические количества FeS2, S02, S03 и H2S04. Но это нерационально! Гораздо удобнее (и быстрее!) решать задачу, пользуясь так называемой стехиометрической схемой. Обращаем внима- ние, что в состав как исходного (FeS2), так и конечного (H2S04) вещества входит элемент сера. Наша задача — урав- нять число атомов серы в формулах пирита и серной кисло- ты. Для этого перед формулой кислоты нужно, очевидно, поставить коэффициент 2. Это и будет стехиометрическая схема: 0,333 моль х FeS, 2 H7SO. 2 2 4 1 моль 2 моль Далее задачу решаем обычным образом: ,_ с ч m(FeS?) 40,0 n(FeS.) = — = = 0,333 (моль); 2 M(FeS2) 120 0 333-2 jc = h(H2S04)= ' =0,666 (моль); w(H2S04) = fl(H2S04)M(H2S04) = 0,666-98 = 65,3 (г). Ответ: m(H2S04) = 65,3 г. Две задачи такого типа решите самостоятельно.
§6. Расчеты по уравнениям химических реакций 91 А. Какую массу азотной кислоты можно теоретически по- лучить из аммиака объемом 100,0 дм3 (н.у)? Ответ: 281,2 г. Б. Какую массу фосфорной кислоты можно теоретически получить из фосфата кальция массой 31,0 г? Ответ: 19,6 г. Если в задаче даны числовые данные для двух реагентов, требуется определить, какой из них взят с избытком. Расче- ты проводятся по веществу, которое находится в недостатке. Рекомендуемая техника расчетов показана ниже. ПРИМЕР 6-4*. Нитрат кальция массой 65,6 г реагирует с фосфатом калия массой 63,6 г. Найдите: а) массу полученно- го осадка; б) химическое количество непрореагировавшего избыточного реагента. Решение MCa(N03)2] = 164 г/моль; Л/(К3Р04) = 212 г/моль; МСа3(Р04)2] = 310 г/моль. 1. Записываем уравнение реакции и определяем химичес- кое количество реагентов: 0,4 моль х 3Ca(N03)2 + 2КзР04 = Ca3(P04)2i + 6KN03. 3 моль 1 моль n[Ca(NO3)2] = ^§£ = 0,4 (моль); 164 п(К3Р04) = — = 0,3 (моль). 2. Найденные химические количества делим на соответ- ствующие коэффициенты перед формулами веществ: . n[Ca(N03),] 0,4 ——-—i^ = = 0,133 (моль); 3 3
92 §6. Расчеты по уравнениям химических реакций = 0,15 (моль). п(К3РО4)_0,3 2 2 В избытке то вещество, для которого полученное при та- кой операции число больше, т.е. в данном случае фосфат ка- лия. Отметим, что при равенстве коэффициентов перед фор- мулами реагентов такое деление проводить не нужно: в из- бытке будет то вещество, для которого химическое количе- ство больше. 3. Обычным способом по химическому количеству Ca(N03)2 находим химическое количество и массу Са3(Р04)2: х = п[Са3(РО4)2] = ^^ = 0,133 (моль); m[Ca3(P04)2] = 0,133-310 = 41,2 (г). Отвечаем на второй вопрос задачи. Для этого по недостат- ку, т.е. по Ca(N03)2, найдем химическое количество вступив- шего в реакцию фосфата калия: 0,4 моль у 3Ca(N03)2 + 2К3Р04 = Ca3(P04)2i + 6KN03; 3 моль 2 моль 0,4-2 Л„_, у = — = 0,267 (моль). Находим химическое количество не вступившего (непро- реагировавшего) в реакцию фосфата калия: «(К3Р04)неппопеаг = 0,3 - 0,267 = 0,033 (моль). х 3 47непрореаг ' ' ' v _ ' Ответ: а) /я[Са3(Р04)2] = 41,2 г; б) и(К3Р04)непрореаг = 0,033 моль. 10. Смешали растворы, содержащие 10,00 г хлорида натрия и 20,00 г нитрата серебра (I). Найдите: а) массу осадка, б) какой из реагентов и в каком химическом количестве ос- тался после реакции?
§6. Расчеты по уравнениям химических реакций 93 11. Сульфат меди (II) массой 35 г реагирует с 35 г КОН. Найдите массу полученного гидроксида меди. 12. Смешали растворы, содержащие 36,5 г НС1 и 200 г нит- рата серебра (I). Найдите массы веществ в сухом остатке пос- ле выпаривания раствора. 13. К раствору, содержащему 4,50 г хлорида кальция, при- лили раствор, содержащий 4,10 г фосфата натрия. Найдите: а) массу полученного осадка, б) химическое количество не прореагировавшего реагента. 14. Алюминий массой 100 г сгорает в 70 дм3 (н.у.) кислоро- да. Какой из реагентов и в каком химическом количестве ос- танется после реакции? 15. Сульфид цинка массой 30,0 г сгорает в 18,0 дм3 (н.у.) кислорода в закрытом сосуде. Найдите массы веществ в ре- акционном сосуде после окончания реакции. 16*. Магнетит массой 5,00 г прокалили с 1,00 г алюми- ния. Найдите массу полученного железа. 17*. Какая масса СО останется после взаимодействия 30 дм3 СО и 8 дм3 кислорода (н.у)? 18*. Какой объем аммиака получится при взаимодействии 10 дм3 азота и 10 дм3 водорода (н.у)? 19*. Какой объем оксида азота (II) получается при каталити- ческом окислении 10 дм3 аммиака 10 дм3 кислорода (н.у)? 20. Смесь железа и серы нагрели без доступа воздуха, а за- тем обработали избытком соляной кислоты. При этом вы- делилось 3,36 дм3 газа (н.у.), после пропускания которого через раствор нитрата свинца (II) выпало 23,9 г осадка. Оп- ределите массу не прореагировавшего с серой железа. 21. При действии концентрированной серной кислоты на хлорид натрия образовалось 73 г хлороводорода и осталось не прореагировавшим 33 г хлорида натрия. Какая часть (%) от исходной массы хлорида натрия вступила в реакцию?
94 S6. Расчеты по уравнениям химических реакций 22. К раствору, содержащему 5,40 г СиС12, прибавили ра- створ, содержащий 1,02 г H2S. Полученный раствор выпари- ли. Найдите массы веществ в сухом остатке. 23. Железо массой 14 г сплавили с 4,8 г серы. Полученную смесь обработали избытком соляной кислоты. Найдите объем выделенного при этом газа (н.у). Ответы: 1. 0,8 г Fe203; 0,448 дм3 SOr 2. 0,04 моль. 3. 8,4 г HN03; 0,75 дм3 NO. 4. а) 2,8 г; б) 37,3 г. 5. 6,72 дм3 02; 16 г СиО; 12,8 г SOr 6. 1,68 дм3. 7. 1,87 дм3. 8. 14,3 дм3. 9. 5,6 дм3.10. 16,88 г осадка; в избытке 0,053 моль NaCl. 11. 21,44 г. 12. 30,6 г AgN03 и 143,5 г AgCl. 13. 3,875 г осадка; 0,003 моль избыточного СаС12. 14. 0,347 моль 02. 15. 10,7 г 02; 25,1 г ZnO; 19,8 г SOr 16. 2,33 г. 17.17,5 г. 18.6,66 дм3.19. 8 дм3.20.2,8 г. 21. 78 %. 22. 2,88 г CuS; 1,35 г СиС12. 23. 5,6 дм3.
§ 7. Примеси. Выход продукта. Потери в производстве Методику решения задач на эту тему покажем на конк- ретных примерах. ПРИМЕР 7-1. При длительном нагревании нитрата меди (II) массой 20,2 г получен оксид меди (II) массой 7,60 г. Опреде- лите выход продукта реакции. Решение M[Cu(N03)2] = 188 г/моль; М(СиО) = 80 г/моль. Записываем уравнение реакции разложения нитрата меди (II) при нагревании: 0,107 моль х 2Cu(N03)2 = 2CuO + 4N02t + 02t. 2 моль 2 моль Находим химическое количество Cu(N03)2 и теоретичес- кие химическое количество и массу СиО: г^ ~т^ ч n w[Cu(NOA] 20,2 /i[Cu(NO,)2] = ——-—£Z2J_ = _L- = o,107 (моль); L v 3J2} M[Cu(N03)2] 188 0107-2 х = и(СиО)теор =-!——= 0,107 (моль); ^(Си°)ТеоР = «(СиО)теорМ(СиО) = 0,107-80 = 8,56 (г). Выход реакции (обозначается греческой буквой г|) нахо- дим делением указанной в условии задачи практической мас- сы на найденную теоретическую массу:
дб § 7. Примеси. Выход продукта. Потери в производстве m(CuO)„paKI=7166 = m(CuO)Teop 8,56 Ответ: л(СиО) = 88,8 %. ПРИМЕР 7-2. Определите выход продукта реакции, если при сплавлении 5,00 кг песка, в котором массовая доля при- месей равна 10 %, с избытком гидроксида натрия образова- лось 8,00 кг силиката натрия. Решение M(Si02) = 60 г/моль; M(Na2Si03) = 122 г/моль. 1. Находим массовую долю Si02 в песке: w(Si02) = 1 - ^(примесей) = 1 — 0,1 = 0,9. 2. Рассчитываем массу Si02 в песке: m(Si02) = /n(necKa)-w(Si02) = 5000 г 0,9 = 4500 г. 3. Находим химическое количество Si02: ,_._ ч m(SiO?) 4500 пс, n(SiO,) = — г— = = 75 (моль). 2 M(Si02) 60 4. Записываем уравнение реакции, находим теоретичес- кое химическое количество и теоретическую массу силиката натрия: 75 моль х Si02 + 2NaOH = Na2Si03 + H20; 1 моль 1 моль 751 x = n(Na2Si03)Teop=—— = 75 (моль). m(Na2SiO3)TC0p - «(Na2Si03)Teop-M(Na2Si03) = = 75-122 = 9150 (г), или 9,15 кг.
§ 7. Примеси. Выход продукта. Потери в производстве 97 5. Находим выход продукта, учитывая, что указанная в ус- ловии масса Na2Si03 — это практическая масса: m(Na2Si03)Teop 9,15 Ответ: ц (Na2Si03) = 87,4 %. Внимательно разберите следующий пример решения за- дачи на данную тему. В этом случае нужно по числовым дан- ным для продуктов реакции найти массу исходного вещества. Задачи такого типа более сложны, чем рассмотренные выше. ПРИМЕР 7-3. Какая масса технического А14С3 с массовой долей примесей 5 % потребуется для получения метана объе- мом 15,6 дм3 (н.у.) при выходе продукта 90 %? Решение 1. Находим теоретический объем метана и его химическое количество: У(СН4)дрИЕГ=15,6 Л 0,9 V(CH4)TCop = ^'^=^ = 17,3 (дм3); У(СН4)теор _ 17,3 "(СН4)теоо = */теор = -гт = 0,772 (моль). 2. Записываем уравнение реакции получения метана из карбида алюминия и находим массу А14С3 (массу чистого А14С3, как любят выражаться учащиеся): jc 0,772 моль А14С3 + 12Н20 =4Al(OH)3i + ЗСН4Т; 1 моль 3 моль 0,772-1 х = п(А14С3) = — = 0,257 (моль); т(А14С3) = я(А14С3)М(А14С3) = 0,257-144 = 37,0 (г). 3. Внимание! Рассчитываем массу технического карбида 4 3ак. 3451
98 § 7- Примеси. Выход продукта. Потери в производстве алюминия, учитывая, что в его составе массовая доля А14С3 равна (см. условие): w(Al4C3) = 1 - Цпримес.) = 1 - 0,05 = 0,95; w(Al4C3) 0,95 -(А14С3)™ ??Ш ^ 39,0 (г). Ответ: /и(А14С3) = 39,0 г. 1. Какой объем С02 (дм3, н.у.) выделится при прокалива- нии 200 г известняка с массовой долей примесей 20 %? 2. При обжиге 792 г технического пирита получено 268,8 дм3 (н.у.) S02. Найдите массовую долю примесей в пирите. 3. Какая масса древесного угля с массовой долей углеро- да 90 %, потребуется для полного восстановления оксида же- леза (III) массой 320 г (образуется СО)? 4. Определите массовую долю (в %) углерода в коксе, если при сжигании 4 г кокса выделилось 6,72 дм3 С02 (н.у). 5. Какая масса технического пирита с массовой долей примесей 10% потребуется для получения 67,2 дм3 (н.у.) S02? 6. Какой объем кислорода (дм3, н.у.) получится при на- гревании 14,8 г технического хлората калия с массовой до- лей примесей 15 %? 7. Массовая доля примесей в карбонате кальция равна 10%. Какую массу карбоната кальция надо разложить для по- лучения 40 дм3 (н.у.) С02? 8. Сернистый газ, полученный при сжигании 10 г техни- ческой серы, пропустили через избыток раствора NaOH, при- чем для реакции потребовалось 24 г NaOH. Найдите массо- вую долю серы в техническом препарате. 9. При взаимодействии СаО с углем получаются карбид кальция СаС2 и СО. Из 16,8 г СаО получено 15,36 г карбида. Определите выход СаС2.
§ 7. Примеси. Выход продукта. Потери в производстве gg 10. При восстановлении углеродом 32 г оксида железа (III) получено 20,81 г железа. Найдите выход продукта. 11. Оксид кремния (IV), содержащий примеси, сплавили с избытком КОН и получили 3,82 кг K^SK^. Определите вы- ход силиката, учитывая, что в реакцию ввели 2 кг техничес- кого оксида, содержащего 10 % примесей по массе. 12. Какую массу оксида азота (II) можно получить при окислении 67,2 дм3 (н.у) аммиака, если потери в производ- стве составляют 10 %? 13. Какую массу железа можно получить при восстанов- лении 464 г магнетита оксидом углерода (II), если потери составляют 15 %? 14. Какая масса магнетита с массовой долей Fe304 90 % потребуется для получения 100 г железа, если потери в про- изводстве составляют 3 %? 15. Какую массу карбоната натрия надо взять для получе- ния 28,56 дм3 (н.у.) С02 при выходе продукта 85 %? Обратите особое внимание, как решаются задачи, в кото- рых дан выход по нескольким стадиям реакций. ПРИМЕР 7-4*. Какую массу HN03 можно получить из ам- миака объемом 100 дм3 (н.у), если выход на первой, второй и третьей стадиях процесса равен соответственно 30 %, 80 % и 95 %? Решение M(HN03) = 63 г/моль; V = 22,4 дм3/моль. Записываем схему трехстадийного синтеза азотной кис- лоты из аммиака NHs-rSr^NO-^^^NO, +£gf )HN03. Из стехиометрической схемы всего процесса
100 § 7- Примеси. Выход продукта. Потери в производстве NH3 HN03 следует: n(HN03)TMp =„(NH3) = ^^ = |^ = 4,464 (моль). т ' Практическое химическое количество находим (внима- ние!) умножением теоретического химического количества на все три выхода: ^HN03)npaKT = «(HN03)Teop^1^2^3 = = 4,464 • 0,3 • 0,8 • 0,95 = 1,02 (моль). Находим массу азотной кислоты с учетом ее выхода: m(HN03) = «(HN03)npaic/M(HN03) = 1,02-63 = 64,3 (г). Ответ: m(HN03) = 64,3 г. 16*. Оксид серы (VI) получают из серы в две стадии по схеме: S —> S02 -* S03. Какую массу оксида серы (VI) можно получить из 200 г технической серы, если выход на первой стадии равен 60 %, на второй — 80 %, а массовая доля серы в образце составляет 90 %? 17*. Из раздела учебника «Фосфор» выпишите уравнение реакции получения фосфора из фосфата кальция. Какую массу фосфата кальция надо взять для получения 35 г фос- фора при выходе продукта 85 %? 18*. Серную кислоту получают из пирита по схеме: FeS2 +°2 )S02 +°* )S03 +li2° )H2S04. Из 140 г пирита получено 180 г кислоты. Учитывая, что об- щий выход реакции равен 98,9 %, найдите массовую долю серы в пирите. 19*. Из 1,5 моль фосфора в две стадии (Р +°2 >Р205 +На° >Н3Р04)
§ 7. Примеси. Выход продукта. Потери в производстве 101 получили 98 г кислоты. Найдите выход продукта на второй стадии, если на первой стадии г| = 90 %. 20. Массовая доля элемента серы в техническом пирите равна 40 %. Найдите массовую долю FeS2 в пирите. 21. Массовая доля элемента хлора в техническом хлориде натрия равна 50 %. Найдите массовую долю примесей в тех- ническом препарате NaCl. 22. Руда содержит по массе 85 % бурого железняка 2Fe203 x х ЗН20. Какая масса руды нужна для получения 1000 т желе- за при выходе железа 95 %? 23. Массовая доля фосфата кальция в руде равна 64 %. Ка- кую массу этой руды нужно взять для получения 256 т неко- торого препарата, в котором массовая доля фосфора равна 32 %, учитывая, что суммарные производственные потери равны 50 %? 24. При растворении в азотной кислоте навески известняка массой 10 г выделилось 2 дм3 углекислого газа (н. у). Определи- те массовую долю некарбонатных примесей в известняке. 25. Какую массу красного железняка с массовой долей Fe203 78 % нужно взять для получения 200 кг сплава с массо- вой долей железа 96 %? 26. Массовая доля примесей в доломите СаС03 • MgC03 равна 13,75 %. Какую массу доломита нужно прокалить для получения 42 м3 (н.у.) углекислого газа? 27. Из 1 т поваренной соли с массовой долей примесей 10,5 % получено 1250 дм3 соляной кислоты с w(HCl) = 37 % (р = = 1,197 см3). Определите выход хлороводорода. 28. Для определения NaCl в технической поваренной соли навеску технической соли массой 5,00 г растворили в 20,00 г Н20. К пробе полученного раствора массой 1,00 г добавили избыток раствора AgN03 и получили 0,47 г осадка. Какова w(NaCl) в технической поваренной соли?
102 § 7- Примеси. Выход продукта. Потери в производстве 29. Хлороводород, полученный действием избытка H2S04(kohu.) на 11,7 г кристаллического NaCl, пропустили через избыток раствора AgN03. Определите массу получен- ного осадка, если выход на каждой стадии равен 80 %. 30. Какую массу Fe203 необходимо взять для получения 3 т железа, если практический выход составляет 89 % от тео- ретического? 31. В железной руде содержание Fe203 равно 80 % по мас- се. Найдите массу железа, которую можно получить из 500 кг руды, если выход продукта реакции составляет 80 %. 32. Массовая доля примесей в пирите 6,24 %. Какую мас- су технического пирита нужно подвергнуть обжигу в кисло- роде, чтобы получить 3500 м3 (н.у.) оксида cepbi(IV)? 33. При анализе некоторого сплава, содержащего сереб- ро, получена масса хлорида серебра (I), в точности равная массе сплава, взятого для анализа. Вычислите массовую долю серебра в сплаве. 34. В песке массовая доля оксида кремния (IV) 90 %.Оп- ределите массовую долю кремния в этом образце. 35. Определите массовую долю оксида железа (III) в крас- ном железняке, если по данным анализа этот образец руды содержит 60 % железа по массе. > 36. Какой объем (м3, н.у.) воздуха нужен для обжига пири- та массой 1 т, содержащего 20 % (по массе) негорючих при- месей? 37. Какую массу дигидрофосфата кальция можно полу- чить действием ортофосфорной кислоты на 9,3 г ортофос- фата кальция, если потери в производстве равны 20 %? 38. Какую массу красного железняка, содержащего 78 % ок- сида железа (III) по массе, нужно взять для получения 200 кг сплава с массовой долей железа 96 %?
§ 7. Примеси. Выход продукта. Потери в производстве 103 39. Хлорид натрия массой 5,85 г обработали при комнат- ной температуре раствором серной кислоты с w(H2S04) = 98 % массой 20 г. Выделившийся газ пропустили через избыток раствора AgN03. Определите массу полученного осадка, если выход продукта в первой реакции равен 80 %, а во второй - 90 %. Какая масса раствора серной кислоты затрачена? 40. Разложение 15,38 г бертолетовой соли по уравнению 2КС103 = 2КС1+302Т сопровождается выделением кислоро- да, который полностью затратили на сжигание серы. Полу- чено 3,89 дм3 (н.у.) S02. Определите выход газа в реакции раз- ложения бертолетовой соли. 41. Составьте уравнение реакций для цепи превращений: Na —»Na20 —> NaOH —> Na2S04 и рассчитайте массу израсхо- дованного натрия, если получено 272 г конечного продукта с выходом 56 %. 42. Технический карбид кальция содержит сульфид каль- ция и другие примеси, не реагирующие с водой. При обра- ботке 1,38 г технического препарата избытком кипящей воды собрано 470,4 см3 (н.у.) сероводорода, после пропускания которого через избыток раствора CuS04 выпадает 0,096 г осадка. Найдите и>(СаС2) в исходном препарате. 43. При обжиге технического пирита (массовая доля при- месей 56 %) получили 1 т твердого продукта. Рассчитайте массу взятого технического пирита. 44. Техническую поваренную соль массой 200 г обработа- ли избытком концентрированной H2S04. Определите мас- совую долю примесей в соли, если при выходе 95 % выдели- лось 64,59 дм3 (н.у.) газа. 45. Какой объем H2S (дм3, н.у.) можно получить при дей- ствии избытка соляной кислоты на сульфид железа (II) мас- сой 83,81 г, содержащий 5,5 % примесей по массе, если вы- ход продукта равен 96 %?
104 § 7- Примеси. Выход продукта. Потери в производстве 46.* При нагревании технического известняка массой 210 г с выходом 80 % получено 33,87 дм3 (н.у.) газа. Рассчитайте массовую долю примесей в техническом известняке. 47. Над нагретой серой массой 12,8 г пропустили избыток водорода и полученный газ растворили в избытке раствора NaOH. Определите массу образовавшейся соли, если выход на первой стадии 85 %, а на второй — 90 %. 48.* Масса образца фосфорита равна 450 г, а химическое количество элемента фосфора в нем равно 2,5 моль. Считая, что весь фосфор входит в состав Са3(Р04)2, определите мас- совую долю фосфата кальция в фосфорите. Ответы 1. 35,84 дм3.2.9,1 %. 3. 80 г. 4. 90 %. 5.200 г. 6. 3,45 дм3. 7.198,4 г. 8.96 %. 9. 80 %. 10. 93 %. 11. 82,7 %. 12. 81 г. 13. 286 г. 14. 158,2 г. 15. 159 г. 16. 216 г. 17. 205,9 г. 18. 42,44 %. 19. 74 %. 20. 75 %. 21. 17,75 %. 22. 2070 т. 23. 1280 т. 24. 10,7 %. 25. 352 кг. 26. 200 кг. 27. 99,1 %. 28. 95,8 %. 29. 18,4 г. 30. 4,8 г. 31. 224 кг. 32. =10 т. 33. 75,3 %. 34. 42 %. 35. 85,7 %. 36. 1995,6 м3. 37. 16,85 г. 38. 352 кг. 39.10,33 г; 10 гр-ра кислоты. 40. 92,2 %. 41.157 г. 42. 51 %. 43.1,5 т. 44. 15,66 %. 45. 19,35 дм3. 46. 10 %. 47. 23,9 г. 48. 86,1 %.
§8. Газы и их смеси 8.1. Расчет состава газовых смесей Задачи на эту тему весьма многообразны и считаются од- ними из самых сложных в школьном курсе химии. Поэтому их не любят абитуриенты и, соответственно, к ним питают слабость составители экзаменационных заданий. В случае смесей газов прежде всего нужно научиться оп- ределять состав смеси. Состав газовой смеси можно выра- жать по-разному: в массовых долях , ч т(газа) м>(газа) = — —\ (8-1) т(смеси) ' в объемных долях , ч Г(газа) ф(газа) = —^ '—; (8-2) К(смеси) л(газа) «(смеси) я(газа) /0 _ч Ф(газа) = -^ }-\ (8-3) в мольных долях , ч л(газа) Х(газа) = —i '-. (8-4) «(смеси) Для газовых смесей численные значения объемных и моль- ных долей совпадают. Сумма долей (массовых, объемных, мольных) всех газов, входящих в состав смеси, равна 1 (100 %). Для газовых смесей (как и для индивидуальных газов) ис- пользуется понятие молярной массы:
106 §& Газы и их смесы ... т(смеси) М (смеси) = . (8-5) л(смеси) Молярную массу смеси газов можно находить и по формуле: М (смеси) = Мх • ф, + М2 • ф2 + М3 • ф3 +..., (8-6) где: М - молярные массы отдельных газов, а ф - их объем- ные (или мольные) доли. Смеси газов также характеризуются плотностью р и отно- сительной плотностью по какому-либо газу: _ га(смеси) _ М (смеси) Р — ^77 7~ 7 ; ^ ' У (смеси) Vm М (смеси) Мг (смеси) оч D (смеси) = = — . (8-8) Мх М,(х) Последние два выражения позволяют также находить мо- лярную массу газа: М(смеси) = р(смеси) • Vm ; (8-9) М(смеси) = Мх • Dx(смеси). (8-10) Наконец, отметим, что для смеси газов ее масса, объем, химическое количество находятся суммированием масс, объемов, химических количеств всех газов, входящих в со- став газовой смеси: т(смеси) = т1 + т2 + т3 +...; V (смеси) = Vx + V2 + V3 +.-; (8-11) и(смеси) = nl-\-n2+n3^.... ПРИМЕР 8-1*. В состав газовой смеси входят азот объе- мом 2 дм3 (н.у.) и кислород объемом 5 дм3 (н.у). Найдите: а) объемные доли газов в смеси; б) массовые доли газов в сме- си; в) молярную массу газовой смеси; г) относительную плот- ность смеси газов по гелию.
§8. Газы и их смеси 107 Решение M(N2) = 28 г/моль; Л/(02) = 32 г/моль; V = 22,4 дм3/моль. /я ' а) Используем формулу (8-2): (p(N2)= V(N2) = ^2У = _i_ = 0,286 (28,6%); 2 У(смеси) V(N2) + V(02) 2 + 5 Ф (02) = 1 - ф (N2) = 1 - 0,286 = 0,714 (71,4 %). б) Находим химическое количество и массу каждого газа: „(N2) = -L_!i = _f_ = 0,0893 (моль); 2 V, 22,4 m(N2) = b(N2)-M(N2) = 0,0893-28 = 2,5 (г). Аналогично: и(02) = = 0,223 (моль); 2 22,4 т(02) = 0,223-32 = 7,14 (г). Используем формулу (8-1): w(N2) = m(N2) _ m(N2) т(смеси)' m(N2) + m(02) 2,5 2,5 + 7,14 = 0,259 (25,9 %); w(02) = 1 - w(N2) = 1 - 0,259 = 0,741 (74,1 %). в) Молярную массу смеси рассчитываем двумя способами: по формуле (8-5): М (смеси) = т(смеси) _ m(N2) + m(02) и(смеси) n(N2) + n(02)
108 № Газы и их смеси 2,5 + 7,14 9,64 .. 0 , , ч = - = —- = 30,9 (г/моль); 0,0893 + 0,223 0,3123 по формуле (8-6): М(смеси) = М(Ы2)-ф(Ы2) + М(02)-ф(02) = = 28-0,286 + 32-0,714 = 30,9 (г/моль), г) Используем формулу (8-8): _ , ч М (смеси) 30,9 „ „_ £>Не (смеси) = —- - = —Z— = 7,725. Не М(Не) 4 Ответ: а) <р (N2) = 28,6 %; ф (02) = 71,4 %; б) w(N2) = 25,9 %; w(02) = 74,1 %; в) М(смеси) = 30,9 г/моль; г) /)Не(смеси) = 7,725. Приведенные выше расчетные формулы используются для нахождения любой из неизвестных величин по извест- ным. Например, если известны объем смеси и объемная доля газа, то объем газа находится по формуле: К(газа) = К(смеси) • ф(газа). (8-11) Очень часто по молярной массе смеси двух газов требует- ся найти их объемные доли. В этом случае выражение (8-6) преобразуется к виду: М(смеси) = М1ф1 + М2ф2, но так как то получаем: Ф, + Ф2= 1, Ф2= 1 — ф,, М(смеси) = М1ф1+М2(1-ф1). (8-12) ПРИМЕР 8-2*. Молярная масса газовой смеси азота и ме- тана равна 20 г/моль. Найдите объемную долю азота в смеси.
§8. Газы и их смеси 409 Решение Используем формулу (8-12): 20 = M(N2)9(N2) + M(CH4)(1-9(N2)); 20 = 289(N2) + 16.(l-cp(N2)); <p(N2) = 0,333 (33,3 %). Ответ: <p(N2) = 33,3 %. 1. Определите относительную плотность по воздуху газо- вой смеси, состоящей из: а) 8,0 г 02 и 7,5 г С2Н6; б) равных объемов С12 и 02. 2. Молярнаямасса смеси, сосгоящейизАгиНе, равна 13,0г/моль. Найдите массу гелия в смеси объемом 11,2 дм3 (н.у.). 3. В смеси Н2 и NH3 на каждую молекулу Н2 приходится три молекулы NHr Чему равна масса 100 дм3 (н.у) такой смеси? 4. Газовая смесь, состоящая из F2 и Не, имеет плотность 0,9375 г/дм3. Определите объем гелия в такой смеси массой 9,2 г. 5. Смесь СО и С02 имеет плотность 1,43 г/дм3 (н.у). Чему равны объемные доли газов в смеси? 6.* Смесь содержит Н2, 02 и неизвестный газ. Молярная масса смеси равна 19,6 г/моль, а объемные доли Н2 и 02 рав- ны соответственно 20 % и 40 %. Определите молярную массу неизвестного газа. 7. Массы азота и кислорода в смеси равны. Как относятся объемы этих газов? 8. Какова плотность (в г/дм3) смеси газов, в которой объемные доли СО и С02 соответственно равны 0,35 и 0,65? 9. Массовые доли N2 и С02 в смеси равны. Чему равна плотность (в г/дм3) такой смеси? 10. Объемные доли N2 и С02 в смеси одинаковы. Чему рав- на плотность (в г/дм3) этой смеси?
110 §& Газы и их смеси 11. Какие объемы (см3) 02 и Н2 надо взять для приготовле- ния 1 дм3 смеси, относительная плотность которой по водо- роду равна 8,5? Условия нормальные. 12. Плотность смеси СО и С02 равна плотности 02. Опре- делите объемную и массовую доли СО в смеси. 13. Смесь СО и С02 имеет такую же массу, как и 1 моль воздуха, и занимает объем (н.у.), равный объему 28 г N2. Най- дите массу и объем каждого газа в смеси. 14. При каком мольном соотношении СО и С02 получает- ся смесь, которая в 2 раза тяжелее неона? 15. В каком объемном соотношении надо смешать Не и 02, чтобы плотность полученной смеси сравнялась с плотнос- тью воздуха? 16. Газовая смесь, предназначенная для синтеза аммиака, имеет относительную плотность по водороду 8,8. Определи- те объемные доли N2 и Н2 в смеси. 17. Какой должна быть массовая доля С2Н6 в его смеси с Н2, чтобы такая смесь была в 10 раз тяжелее водорода? 18. В смеси Н2 и С02 массовая доля Н2 равна 10 %. Чему равна масса такой смеси объемом 4,48 дм3 (н.у)? 19. Газовая смесь состоит из F2, Cl2 и Аг. Объемные доли F2 и С12 соответственно равны 40 % и 20 %. Определите массу Аг в 11,2 дм3 (н.у.) такой смеси. 20. Рассчитайте массовую долю водорода в его смеси с азо- том, если известно, что эта смесь объемом 4,48 дм3 (н.у.) име- ет массу, равную 3,0 г. 21. В каком объеме NO содержится столько же электро- нов, как и в 1 дм3 Н2 (объемы измерены при одинаковых ус- ловиях)? 22. В 5,60 дм3 (н.у.) газа, являющегося простым веществом, находится 3,612-1024 электронов. Установите формулу газа.
§8. Газы и их смеси 111 23. Какой объем (н.у.) H2S надо добавить к 2,70 дм3 (н.у.) С02, чтобы молярная масса газовой смеси стала равной 37,0 г/моль? 24.* Определите молярную массу газовой смеси (н.у), по- лученной при термическом разложении A1(N03)3. 25. При полном термическом разложении смеси AgN03 и Cu(N03)2 образовалась газовая смесь (н.у.) с относительной плотностью по воздуху 1,4655. Определите массовые доли солей в исходной смеси. 26. Газовая смесь (н.у), полученная при прокаливании до постоянной массы смеси СаС03 и Cu(N03)2, имеет относи- тельную плотность по водороду 21,647. Определите массовые доли веществ в твердом остатке после прокаливания. 27. В результате полного термического разложения смеси KN03 и Cu(N03)2 выделилось 8,4 дм3 (н.у.) смеси газов, в ко- торой массовая доля элемента азота 14,302 %. Определите массу исходной смеси солей. 28. Во сколько раз водород легче газовой смеси, в которой на каждые 10 атомов Не приходится 5 атомов Аг? 29. Объемная доля неона в его смеси с аммиаком равна 10,0 %. Чему будет равна объемная доля неона в смеси после разло- жения всего аммиака на простые вещества? 30. Относительная плотность газа Х203 по метану 4,75. Оп- ределите элемент X. 31. Определите массовую долю элемента хлора в смеси, состоящей из 1,12 дм3 С12, 11,2 дм3 Н2 и 2,24 дм3 НС1 (н.у). ПРИМЕР 8-3.* В смеси газов СН4 и NH3 числа атомов С и Н относятся соответственно как 1:16. Найдите объемные доли газов в смеси. Решение Пусть химические количества (моль) СН4 и NH3 в смеси равны соответственно х и у. Тогда в составе СН4 химические
112 ffi. Газы и их смеси количества (моль) С и Н равны соответственно х и Ах. В со- ставе NH3 химическое количество (моль) Н равно Зу. Отношение чисел атомов равно отношению их химичес- ких количеств: N(C) 1 х N(H) 16 4jc + 3)> Находим: у = 4х. Тогда имеем: ?Щз} = _i^_ = 0,80 (80%); 3 я(Ш3) + и(СН4) 4jc + jc Ф(СН4) = 1 - (p(NH3) = 1 — 0,8 = 0,2 (20 %). Ответ: ф(СН4) = 20 %; (p(NH3) = 80 %. ПРИМЕР 8-4.* Массовая доля элемента кислорода в сме- си СО и S02 равна 51 %. Найдите объемную и массовую доли S02 в смеси. Решение М(СО) = 28 г/моль; M(S02) = 64 г/моль. Пусть химические количества СО и S02 соответственно равны х и у моль. Тогда в составе оксида углерода (II) п(0) = = х, а в составе сернистого газа п(0) = 2у. Имеем: «(О) пф) т(смеси) т(СО) + m(S02)' 16х + 16-2у 0,51 = 28д: + 64у у = 2,69х
§8. Газы и их смеси 113 Находим объемную долю S02 в смеси V(S02) n(S02) (p(S02) = V(S02)+V(CO) n(S02) + «(CO) 0,729. n(SQ2) _ 2,69jc n(S02) + n(CO) 2,69x+jc Рассчитьгеаем массовую долю S02 в смеси: w(SQ2)= m(S°^ = 2-69"64 = 0,86 (86%). 2 m(S02) + m(CO) 2,69jc-64 + jc-28 Ответ: <p (S02) = 72,9 %; w(S02) = 86 %. 32. Массовая доля элемента кислорода в смеси оксидов углерода (IV) и серы (IV) равна 60 %. Определите относи- тельную плотность газовой смеси по воздуху. 33. Массовая доля элемента водорода в смеси НС1 и HF равна 4 %. Определите относительную плотность газовой смеси по воздуху. 34. Смесь состоит из СО и С02 и имеет объем 4,48 дм3 (н.у). На каждые 40 атомов С в смеси приходится 60 атомов О. Чему равна масса СО в смеси? 35. Массовая доля элемента кислорода в смеси оксидов азота (I) и (II) равна 40 %. Определите массовую долю окси- да азота (И) в смеси. 36. Массовая доля элемента кислорода в смеси СО и С02 равна 64 %. Определите массовую долю СО в смеси. 37. В смеси N20 и NO число молекул в 2,8 раза меньше числа атомов. Найдите объемные доли газов в смеси. 38. Вычислите объемные доли СО и С02 в их смеси объе- мом в 1,68 дм3 (н.у), содержащей 8,73-1023 электронов. 39. Сколько атомов С содержится в 2 моль смеси метана и эти- ламина, плотность которой такая же, как и у формальдегида?
114 № Газы и их смеси 40. В смеси СО и С02 на 5 атомов С приходится 7 атомов О. Вычислите объемную долю С02 в смеси. 41. Вычислите объем сероводорода, который надо доба- вить к 2,70 дм3 углекислого газа (н.у), чтобы молярная масса газовой смеси стала равной 37,0 г/моль. 42. В смеси простых газообразных веществ содержится одинаковое число атомов азота, гелия и кислорода. Вычис- лите массу этой смеси, имеющей объем 5,00 дм3 (н.у). 43. В смеси простых газообразных веществ (кислород, хлор, криптон) число атомов хлора в 2 раза меньше числа ато- мов кислорода и в 3 раза больше числа атомов криптона. Ка- кой объем (н.у.) занимают 5,00 г этой смеси? 44. Вычислите объем углекислого газа, который добавили к 5,60 дм3 оксида углерода (II) (н.у), если известно, что чис- ло электронов в полученной смеси стало в 14,5 раза больше числа Авогадро. 45. В некоторых объемах углекислого газа и метана при одинаковых условиях содержится одинаковое число элект- ронов. Чему будет равна относительная плотность по гелию газовой смеси, полученной смешением этих объемов? 46. В смеси аммиака и азота число атомов в 3,4 раза боль- ше числа молекул. Вычислите относительную плотность этой газовой смеси по воздуху. 47. В смеси метана и углекислого газов число атомов в 5 раз меньше числа электронов. Вычислите объемные доли газов в этой смеси. 48. В смеси оксида серы (IV) и углекислого газа число про- тонов в 24 раза больше числа молекул. Вычислите плотность этой смеси при нормальных условиях. 49. Относительная плотность по водороду смеси, состоя- щей из 11,2 дм3 N2 (н.у) и 2,24 дм3 газа Н2Э (н.у), равна 22,475. Установите формулу газа Н2Э.
§8. Газы и их смеси 115 В результате протекания химической реакции изменяется количественный и качественный состав газовой смеси. Соответ- ственно изменяются объемные (массовые) доли газов, моляр- ная масса и плотность газовой смеси. Некоторые особенности решения задач на эту тему рассмотрим на конкретных примерах. ПРИМЕР 8-5.* При частичном разложении 100 дм3 (н.у.) аммиака на простые вещества объем увеличился на 50 дм3 (н.у). Какова степень разложения аммиака? Решение Составляем схему реакции разложения аммиака, учиты- вая, что часть его не разложилась: 100 дм3 X 2№ У NH: 0,5х 1,5х I3=N2+3H2 ] (нераэл.) У | NH 150 дм3. Обозначая исходные объемы газов как х и у, составляем систему уравнений: 1х+у = 100, [0,5jc + 1,5x + j/ = 150. Находим: х = 50 дм3. Следовательно, степень разложения р аммиака равна: P(NH0 = К(Шз)Разд = JQ. = 0,5 (50%), >} F(NH3)HCX 100 т.е. составляет 50 % от исходного объема. Ответ: 50 %. ПРИМЕР 8-6.* Имеется смесь азота и водорода объемом 100 дм3 (н.у.) и относительной плотностью по водороду 5,33. После реакции между ними относительная плотность газо- вой смеси по водороду стала равной 6,16. Найдите объемные доли газов в конечной смеси.
115 §8. Газы и их смеси Решение 1. Находим молярную массу исходной смеси газов, а затем объемные доли, объемы и химические количества N2 и Н2. М(смеси) = 5,33*2 = 10,66 (г/моль); 10,66 = 28-<p(N2) + 2(1 - <p(N2)); <p(N2) = 0,333; Ф(Н2) = 1 - 0,333 = 0,667; K(N2) = 100-0,333 = 33,3 (дм3); n(N2) = ^|~ = 1,487 (моль); V(U2) = 100 - 33,3 = 66,7 (дм3); л(Н2) = ^- = 2,978 (моль). 2. Записываем уравнение реакции и обозначаем химичес- кое количество прореагировавшего азота как х моль: х моль Зх моль 2х моль N2 + ЗН2 = 2NH3. Тогда видим, что прореагировало Зх моль водорода и об- разовалось 2хмоль аммиака. В конечной смеси остались азот химическим количеством 1,487 — х моль и водород химичес- ким количеством 2,978 — Зх моль. 3. Учитывая, что конечная смесь содержит также 2х моль аммиака, составляем выражение для молярной массы конеч- ной смеси, равной 6,16-2 = 12,32 (г/моль): 12,32 = 12,32 = и(смеси) J _ra(N2) + m(H2) + m(NH3). n(N2) + n(H2) + n , 28(1,487 х) 2(2,978 (NH3) ' 3jc) 2x 17 12,32 1,487 x 2,978 3jc 2x
§8. Газы и их смеси 117 Находим: х = 0,3 моль. Таким образом, в конечной смеси находятся: азот химическим количеством 1,487 - х =1,487 - 0,3 = 1,187 (моль); водород химическим количеством 2,978 - Зх = 2,978 - 3-0,3 = 2,078 (моль); аммиак химическим количеством 2х = 2-0,3 = 0,6 (моль). Находим объемные доли газов в смеси, используя форму- лу (8-3): <p(N2)=j(n1)__ чш - п(смеси) n(N2) + n(H2) + «(NH3) 1,187 1,187 1,187 + 2,078 + 0,6 3,865 = 0,307 (30,7 %); (Н) >ffiL Мгс 054(54j0%). и(смеси) 3,865 9(NH3)=l-9(N2)-(p(H2) = = 1 - 0,307 - 0,54 = 0,153 (15,3 %). Ответ: <p(N2) = 30,7 %; <р(Н2) = 54,0 %; <p(NH3) = 15,3 %. 50. После взрыва 1 дм3 (н.у.) смеси водорода и кислорода осталось 400 см3 (н.у.) водорода. Найдите массовую долю во- дорода в исходной смеси. 51. После сжигания смеси водорода с избытком кислоро- да объем газообразных продуктов (н.у.) оказался вдвое мень- шим, чем объем исходной смеси. Каков состав исходной сме- си в объемных процентах?
113 §& Газы и их смеси 52. Газ (н.у.), полученный при нагревании 425 г нитрата калия, смешали в замкнутом сосуде с газом, полученным при действии избытка раствора КОН на 45 г А1. Найдите массу полученного продукта, если смесь газов взорвать. 53. После пропускания над катализатором смеси, состоя- щей из 7 моль азота и 5 моль водорода, не прореагировало 40 % водорода. Как относятся между собой первоначальный и ко- нечный объемы газовой смеси? 54. Для полного сгорания 42 г смеси СО и Н2 нужно 89,6 дм3 (н.у.) кислорода. Найдите объемную и массовую доли водо- рода в смеси. 55. Смесь СО и С02 массой 13 г занимает объем 8,4 дм3 (н.у.). Каков будет объем этой смеси после пропускания ее над раскаленным углем? 56. Из 10 дм3 (н.у.) смеси, состоящей из водорода и избыт- ка азота, получен аммиак. Объем новой смеси равен 6 дм3 (н.у.). Найдите объемную долю азота в исходной смеси. 57. При нагревании аммиака 25 % его первоначального объема распалось на простые вещества. Найдите объемные доли газов в конечной смеси. 58. После реакции 28 дм3 (н.у.) смеси аммиака и кислоро- да в присутствии катализатора осталось 10 дм3 (н.у.) кисло- рода. Определите объемы газов в исходной смеси. 59. Смешали 50 см3 (н.у.) смеси СО и С02 с 50 см3 (н.у.) кис- лорода, смесь взорвали. После этого ее объем составил 90 см3 (н.у.). Найдите объемную долю С02 в исходной смеси. 60. На сжигание 0,896 дм3 (н.у.) смеси СО и С02 нужно 0,112 дм3 (н.у.) 02. Найдите объемную долю СО в исходной смеси. 61. К 50 дм3 (н.у.) смеси СО и Н2 добавили 50 дм3 (н.у.) кислорода и смесь сожгли. После реакции объем новой сме- си равен (н.у.) 45 дм3. Найдите объемные доли газов в исход- ной смеси.
§8. Газы и их смеси lig 62. Газ, полученный прокаливанием 4,9 г бертолетовой соли, смешали с газом, полученным при взаимодействии 6,0 г Са с избытком воды. Найдите объемную долю кислорода в полученной смеси. 63. На сжигание 0,896 дм3 (н.у.) смеси СО и С02 затрачено 0,112 дм3 (н.у.) кислорода. Полученная газовая смесь пропу- щена через раствор, содержащий 3,96 г Са(ОН)2. Найдите объемную долю СО в исходной смеси и массу полученного осадка. 64. Имеется смесь азота и водорода, в которой их объемы относятся соответственно как 1:3. При пропускании этой смеси над катализатором прореагировало 40 % смеси. Най- дите объемные доли газов в конечной смеси. 65. При пропускании над катализатором смеси равных объемов азота и водорода прореагировало 50 % от первона- чального объема водорода. Найдите объемные доли газов в конечной смеси. 66. Реагируют равные объемы S02 и 02 с образованием S03. Каков будет объемный состав конечной смеси (в объемных процентах), если только 90 % молекул S02 превратится в S03? В условиях опыта S03 — газ. 67. Смесь равных объемов азота и водорода общим объе- мом 11,2 дм3 (н.у.) превращается в аммиак. Для нейтрализации полученного аммиака нужно 24 см3 соляной кислоты (w = = 9,125 %, р = 1,04 г/см3). Найдите объемы газов в газовой смеси на выходе после катализатора. 68. Смесь СО и метана объемом 50 см3 (н.у.) взорвана с 60 см3 (н.у.) кислорода, причем СО и метан полностью сгорели, а объем конечной смеси составил 70 см3 (н.у). Определить объемную долю СО в исходной смеси. 69. Смесь равных объемов S02 и 02 пропущена над ката- лизатором, при этом 80 % S02 превратилось в S03. Какова относительная плотность по водороду полученной газовой смеси? В условиях опыта S03 — газ.
120 ffi. Газы и их смеси 70. После частичного разложения S03 получена смесь га- зов с относительной плотностью по водороду 32. Какая часть по объему S03 разложилась? В условиях опыта S03 — газ. 71. После сжигания смеси сероводорода и кислорода по- лучен газ (н.у.), содержащий 60 % кислорода по объему. Най- дите объемную долю сероводорода в исходной смеси. 72. Объем смеси 02 и S02 равен 600 см3. После реакции меж- ду ними получено 450 см3 новой смеси. Каковы объемы газов в исходной смеси, если кислород взят в избытке? В условиях опыта S03 — газ. 73. После сжигания смеси сероводорода с избытком кис- лорода объем газовой смеси уменьшился на 67,2 дм3 (н.у.). Ка- кой объем оксида серы (IV) был получен при сжигании? 74. При нагревании половина S03 распалась на кислород и S02. Определите среднюю молярную массу полученной смеси газов. В условиях опыта S03 — газ. 75. Определите объемную долю (%) каждого газа в смеси азота, оксида углерода (II) и оксида углерода (IV), если при последовательном пропускании 5 дм3 такой смеси (н.у.) че- рез избыток известковой воды и над нагретым оксидом меди (II) выпадает 10 г осадка и образуется 6,4 г меди? 76. В сосуде находится смесь водорода с кислородом объе- мом 25 см3 (н.у). В результате реакции между ними остался не прореагировавший кислород объемом 7 см3 (н.у). Опре- делите объемную долю кислорода в исходной смеси. 77. Водород сожгли в избытке кислорода. Объем газовой смеси, приведенный к нормальным условиям, уменьшился на 240 см3 по сравнению с исходным объемом смеси Н2 и 02. Определите исходный объем водорода. 78. Объем смеси оксида углерода (II) с кислородом равен 200 см3. После сгорания всего оксида углерода (II) за счет кис- лорода смеси получено 150 см3 новой газовой смеси (н.у). Вычислите объемную долю оксида углерода (И) в исходной смеси.
§8. Газы и их смеси 121 79. Взорвали 400 см3 (н.у.) смеси, состоящей из сероводо- рода и кислорода (сероводород в избытке). При этом объем газовой смеси, приведенный к нормальным условиям, соста- вил 100 см3. Определите объемную долю сероводорода в смеси. 80. При взрыве 150 см3 смеси водорода, сероводорода и кислорода объем смеси уменьшился до 20 см3 (н.у). Считая, что все газы прореагировали без остатка, найдите их объем- ные доли в исходной смеси. 81. В контактный аппарат для получения водорода пропус- тили 50 дм3 СО и 300 дм3 водяного пара. Определите химичес- кое количество всех веществ в смеси на выходе из аппарата, если при пропускании 7 дм3 такой смеси через раствор щелочи полу- чено 2,12 г карбоната и 1,68 г гидрокарбоната натрия. 82. Смесь азота и водорода объемом 560 дм3 (н.у.) пропу- щена над катализатором, после чего ее относительная плот- ность по водороду возросла с 3,6 до 4,5. На какую массу уве- личится масса раствора кислоты, если полученную смесь га- зов пропустить в ее раствор? 83. Смешали 7 дм3 NO и 3 дм3 02. Найдите объемные доли (%) газов в равновесной смеси, если к моменту наступления равнове- сия прореагировало 14 % молекул NO. Условия нормальные. 84. В герметический сосуд поместили N2 и Н2, химические количества которых соответственно равны 4 моль и 6 моль. Смесь нагрели в присутствии катализатора. Рассчитайте мас- совую долю NH3 в смеси к тому моменту времени, когда в реакцию вступило 70 % Н2. 85. Смеси Н2 и С^ общим объемом 12 дм3 облучили светом. Через некоторое время установили, что объем НС1 равен 3 дм3 и в реакцию вступило 30 % С12. Определите объемную долю хлора в конечной смеси. 86. Объем озонированного кислорода после полного раз- ложения озона возрос на 3 %. Какова была объемная доля озона в озонированном кислороде?
122 ' §& Газы и их смеси 87. Газовую смесь, состоящую из СО и 02 (относительная плотность смеси по водороду 15), сожгли. Определите мо- лярную массу смеси после реакции. 88. После пропускания С02 над раскаленным углем полу- чена газовая смесь с относительной плотностью по водороду 16. Определите выход СО в этой реакции. 89. После пропускания смеси 5 дм3 N2 и 7 дм3 Н2 над ката- лизатором объем газовой смеси уменьшился на 2 дм3. Опре- делите относительную плотность конечной газовой смеси по водороду и ее состав по объему. 90. В 10 дм3 воздуха содержится 6* 10~5 см3 ксенона. В ка- ком объеме воздуха содержится 1012 молекул ксенона? 91.* В газообразном состоянии молекулы ТчЮчастично ди- меризованы. При некоторой температуре плотность смеси, состоящей из N0 и N202, равна 1,473 г/дм3. Найдите объем- ную долю N202 в такой смеси. 92.* В смеси сульфита и гидрокарбоната кальция число атомов кальция в 6 раз больше числа атомов серы. Найдите относительную плотность по воздуху газовой смеси, полу- ченной при обработке смеси солей избытком разбавленного раствора серной кислоты. 93. Объем смеси СО и 02 равен 200 см3 (н.у.). После сгора- ния всего СО и приведения газа к н.у. объем смеси умень- шился до 150 см3. Во сколько раз уменьшится объем конеч- ной газовой смеси после ее пропускания через 50 г раствора с w(KOH) = 2 %? 94.* В газовой смеси NH3 и СН4 число атомов Н в 15 раз больше числа атомов N. К этой смеси добавили неизвестный газ объемом, равным объему NH3. При этом молярная масса смеси газов возросла на 9,55 единицы. Укажите молярную массу добавленного газа. 95. Через озонатор пропустили кислород, полученный при разложении 122,5 г бертолетовой соли. При этом 5 % кисло-
§8. Газы и их смеси 123 рода превратилось в озон. Определите объемные доли ком- понентов в озонированном кислороде. 96. Какой объем смеси озона и кислорода с относитель- ной плотностью по водороду 20 нужен для полного сжига- ния 5 дм3 водорода? 97.* Какой объем смеси кислорода и гелия с относитель- ной плотностью по водороду 10 нужен для сжигания: а) 20 дм3 смеси СО и С02 с относительной плотностью по водороду 18; б) 30 дм3 смеси водорода и СО с относительной плотностью по водороду 10? 98.* В смеси аммиака и водорода на 1 атом азота приходится 9 атомов водорода. Чему равны объемные доли газов в смеси? 99.* Имеется 10 дм3 смеси аммиака и водорода с относитель- ной плотностью по гелию, равной 1,25. К этой смеси добавили 10 дм3 кислорода и взорвали. Определите состав полученной газовой смеси после ее охлаждения в объемных процентах. 100.* Через газовую смесь, содержащую 1 дм3 азота и 2,5* 1023 молекул кислорода, пропустили электрический разряд. Най- дите объемные доли газов в смеси после реакции. 101.* Оксид азота (I) полностью разложили на простые вещества. Какова относительная плотность полученной га- зовой смеси по аргону? 102.* Масса 12 дм3 смеси двух газов равна 16,43 г, а их объемные доли и молярные массы относятся соответствен- но как 1:2 и 7:8. Что это могут быть за газы? 103. Определите объемную долю каждого газа в смеси N2, 02 и С02 (относительная плотность смеси по воздуху 1,1448), если после пропускания 20 дм3 (н.у.) данной смеси через ра- створ щелочи ее объем уменьшился до 15 дм3 (н.у). 104. Цинк массой 13 г сплавили с серой массой 3,2 г, затем к смеси добавили избыток соляной кислоты. Определите отно- сительную плотность выделившегося газа по кислороду.
124 №• Газы и их смеси 105. Смесь С02, Н2 и 02 с относительной плотностью по водороду 17 пропустили через избыток раствора Са(ОН)2. Масса образовавшегося осадка составила 2,283 г, а оставша- яся газовая смесь имеет относительную плотность по водо- роду 8. Вычислите массу и объем исходной смеси. 106. В замкнутый сосуд поместили S02 и 02 с начальными концентрациями соответственно 0,4 моль /дм3 и 0,3 моль/дм3. При равновесии концентрация S03 (г) стала равной 0,2 моль/дм3. Как изменилось при этом давление в сосуде? 107. К смеси аргона и этиламина общим объемом 30 дм3 добавили НВг объемом 20 дм3, после чего относительная плот- ность газовой смеси по воздуху стала равной 1,814. Вычисли- те объемные доли газов в исходной смеси. 108.* Газовую смесь Н2 и С12 объемом (н.у.) 11,2 дм3 облу- чили УФ светом. По окончании реакции в сосуд влили 1 дм3 воды. При этом объем газовой смеси уменьшился в 5 раз, а оставшийся газ не реагирует с раствором щелочи. Рассчи- тайте плотность исходной смеси и молярную концентрацию вещества в конечном растворе, объем которого равен 1 дм3. 109. При пропускании чистого кислорода через озонатор плотность газа на выходе в 1,02 раза больше, чем на входе. Определите объемные доли газов на выходе из озонатора. Ответы 1. а) 1,069; б) 1,776. 2. 1,5 г. 3. 59,2 г. 4. 4,9 дм3. 5. 75 % СО; 25 % СОг 6. 16 г/моль. 7. V(02): F(N2) = 7 : 8. 8. 1,71 г/см3. 9. 1,53 г/см3. 10. 1,61 г/см3. 11. По 500 см3.12. j = 0,75; w= 0,656.13.26,3 г СО (21 дм3); 2,75 гС02 (1,40 дм3). 14. «(СО : w(C02) = 1 : 3. 15. V (02) : V(He) = 25 : 3. 16. 60 % N2; 40 % H2. 17. 96,4 %. 18. 2,84 г. 19. 8,0 г. 20. 6,67 %. 21. 0,133 дм3. 22. 03. 23. 6,27 дм3. 24.43,2 г/моль. 25.47,49 % AgN03; 52,51 % Cu(N03)2.26.18,92 % СаО; 81,08 % CuO. 27. 54,9 г. 28. В 8 раз. 29. 5,26 %. 30. Азот. 31. 87 %. 32. 1,84. 33. 0,86. 34. 2,8 г. 35. 21,4 %. 36. 56 %. 37. 80 % N20; 20 % NO. 38. 33,3 % СО; 66,7 % СОг 39. 1,78-1024 атомов С. 40. 40 %. 41. 6,3 дм3. 42. 3,78 г. 43. 2,16 дм3. 44. 11,2 дм3. 45. 6,19. 46. 0,70. 47. 31,8 % СН4; 68,2 % С02. 48. 2,14 г/дм3. 49. Н2Те. 50. 20 %. 51. 66,7 % 02. 52. 45 г. 53. 6 : 5. 54. j = 87,5 %; w = 33,3 %. 55. 11,9 дм3.56. 40 %. 57. 60 % NH3; 10 % N2; 30 % Н2. 58. 8 дм3 NH3; 20 дм3 Ог
§8. Газы и их смеси 125 59. 60 %. 60. 25 %. 61. 40 % СО; 60 % Нг 62. 28,5 %. 63. 25 % СО; 4 г СаС03. 64. 56,25 % Н2; 18,75 % N2; 25 % NH3.65. 30 % Н2; 20 % NH3; 50 % Ny 66. 35,5 % 02; 6,5 % S02; 58,0 % S03. 67. 4,9 дм3 N2; 3,5 дм3 Н2; 1,4 дм3 NHr 68. 80 %. 69.30.70.50 %. 71.25 %. 72. По 300 см3.73.44,8 дм3.74.64 г/моль. 75.10,4 % N2; 44,8 % С02; 44,8 % СО. 76. 52 %. 77. 160 см3. 78. 50 %. 79. 75 %. 80. 42 % 02; 44,7 % Н2 и 13,3 % H2S. 81. 2 моль С02; 2 моль Н2; 0,23 моль СО и 11,4 моль Н20. 82. На 85 г. 83. 63,3 % NO; 26,4 % 02; 10,3 % NOr 84. 38,4 %. 85. 29,2 %. 86. 6 %. 87.40 г/моль. 88. 60 %. 89.7,7; 2 дм3 NH3; 4 дм3 N2; 4 дм3 Н2.90.6,2 см3. 91. 10 %. 92. 1,58. 93. В 3 раза. 94. 64 г/моль. 95. 3,39 % Оэ; 96,61 % 02. 96. 2 дм3. 97. а) 8,8 дм3; б) 26,2 дм3. 98. 25 % NH3; 75 % Н2. 99. 81,8 % 02; 18,2 % N2. 100. 19,4 % NO; 80,6 % Or 101. 0,735. 102. N2 и SiH4. 103. 25 % C02; 45 % N2; 30 % 02. 104. 0,5625.105. 1,21 r; 0,795 дм3. 106. Понизилось в 0,7/0,6 раза. 107. 60 % Аг; 40 % C2H5NH2.108.* 1,321 г/дм3; 0,4 моль/дм3. 109. 95,92 % 02; 4,08 % 03.
§ 9. Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии Задачи на эту тему составляют подавляющее большинство экзаменационных заданий. Ниже рассмотрен способ реше- ния таких задач в случае, когда число известных параметров равно числу неизвестных. Для решения подобных задач мож- но использовать подход, основанный на составлении систе- мы двух уравнений (в редких случаях система состоит из трех уравнений). ПРИМЕР 9-1.* Смесь цинка и железа общей массой 35,4 г полностью растворили в разбавленной серной кислоте объе- мом 260,2 см3 с массовой долей ее 20 % (плотность 1,13 г/см3). Найдите массовые доли металлов в смеси. Решение 1. Записываем уравнения реакций: Zn + H2S04 = ZnS04 + Н2Т; 1 моль 1 моль у "2 Fe + H2S04 = FeS04 + H2T; 1 моль 1 моль M(H2S04) = 98 г/моль; M(Zn) = 65 г/моль; Af(Fe) = 56 г/моль. 2. Обозначаем химические количества Zn и Fe соответствен- но как х и у моль. Тогда для массы смеси (г) металлов имеем:
§ 9. Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии 127 65х + 56у = 35,4. (9-1) 3. Из уравнений химических реакций находим химические количества H2S04, затраченные на взаимодействие с Zn и Fe: хЛ «j(H2S04) = — = jc (моль); w2(H2S04) = ^— = у (моль). 4. Рассчитываем химическое количество H2S04 по данным задачи: ю(р-ра H2S04) = К(р-ра) -р = 260,2 • 1,13 = 294 (г); w(H2S04) = m(p-pa H2S04) • w(H2S04) = 294-0,2 = 58,8 (г); /u егл ч W(H2S04) 58,8 Л , , , rc(H7S04) = —^—2—— = —— = 0,6 (моль). 2 4 M(H2S04) 98 5. С учетом пункта 3 записываем: х+у = 0,6. (9-2) 6. Объединяя уравнения (9-1) и (9-2), получаем систему двух уравнений: j65x + 56j/ = 35,4, [jc + <y = 0,6. Решая систему, находим: х = 0,2 моль; m(Zn) = 0,2-65 = 13 (г); у = 0,3 моль; w(Fe) = 0,4 - 56 = 22,4 (г); w(Zn) = fZn\=-£- = 0,367(36,7 %); т(смеси) 35,4 w(Fe) = 100 % - w(Zn) = 100 % - 36,7 = 63,3 %. Ответ: w(Zn) = 36,7 %; w(Fe) = 63,3 %. Рассмотренная задача достаточно простая. В конкурсных заданиях преобладают более сложные задачи с определен- ной «хитринкой».
128 § 9- Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии ПРИМЕР 9-2.* Смесь гидридов натрия и калия прореа- гировала с водой объемом 200 см3. Масса полученного ра- створа оказалась на 0,6 г меньше суммы масс воды и гидри- дов, а массовая доля щелочи в растворе составила 7,24 %. Оп- ределите массы исходных гидридов. Решение 1. Записываем уравнения реакций X XX NaH + Н20 = NaOH + Н2Т; У У У КН + Н20 = КОН + Н2Т; M(NaH) = 24 г/моль; М(КН) = 40 г/моль; М(Н2) = 2 г/моль; р(Н20) = 1 г/см3; M(NaOH) = 40 г/моль; М(КОН) = 56 г/моль. 2. Очевидно, масса, равная 0,6 г, — это масса выделивше- гося водорода. Обозначая как х и у химические количества гидридов, составляем уравнение для химического количества водорода: л(Н2) = т(Н2)/М(Н2) = 0,6/2 = 0,3; х+у = 0,3. (9-3) 3. Суммарная масса NaOH и КОН равна: m(NaOH + КОН) = х • 40 + у • 56. Масса раствора после реакции равна сумме масс гидридов и воды за вычетом массы водорода: wppa(NaOH + КОН) = 24х+ 40у + 200 - 0,6 = = 24х + 40j; + 199,4 г. Составляем выражение для массовой доли щелочи в ко- нечном растворе:
§ 9. Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии 129 0,0724= 4°* + 56у . (9-4) 24х + 40у + 199,4 4. Решая совместно уравнения (9-3) и (9-4), находим: х = 0,1 моль; m(NaH) = 0,1 -24 = 2,4 (г); у = 0,2 моль; т(КН) = 0,2-40 = 8,0 (г). Ответ: w(NaH) = 2,4 г; т(КЯ) = 8,0 г. В данной задаче нужно было сообразить, что масса, рав- ная 0,6 г, - это масса водорода. Кроме того, требовалось гра- мотно составить выражение для массовой доли щелочи в ко- нечном растворе. Предложенные ниже для самостоятельного решения зада- чи очень разнообразны: от сравнительно простых (№ 1—24) до более сложных (№ 25—80). Основная трудность, с которой Вы столкнетесь при решении этих задач, состоит в правиль- ной записи уравнений всех протекающих химических реак- ций (что с чем и как реагирует?). Для решения этой проблемы следует обращаться к материалам учебных пособий [2—4]. 1. Смесь оксидов кальция и магния массой 2,08 г полнос- тью растворили в азотной кислоте и получили 6,4 г смеси нит- ратов. Найдите массовую долю оксида магния в смеси. 2. На нейтрализацию 3,4 г смеси соляной и серной кислот нужно 3,3 г NaOH. Найдите массы кислот в смеси. 3. При обработке смеси карбоната и гидрокарбоната натрия серной кислотой получено 5,68 г соли и 1,12 дм3 (н.у.) газа. Найдите w(Na2C03) в смеси. 4. Смесь гидридов натрия и калия массой 7,6 г растворя- ется в воде с выделением 5,6 дм3 (н.у.) водорода. Определите массы гидридов в смеси. 5. На хлорирование 3 г смеси железа и меди нужно 1,12 дм3 (н.у.) хлора. Найдите массовые доли металлов в смеси. 5 3ак. 3451
130 § 9- Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии 6. Масса твердого остатка после полного восстановления 1,52 г смеси СиО и FeO водородом составила 1,2 г. Найдите массовую долю FeO в смеси. 7. При гидрировании водородом 0,85 г сплава натрия и калия получили 0,88 г смеси гидридов. Какой объем водоро- да (н.у.) затрачен на гидрирование? 8. При взаимодействии 6,05 г смеси железа и цинка с из- бытком раствора СиС12 получено 6,4 г меди. Найдите массы металлов в смеси. 9. Смесь хлорида и иодида натрия массой 3,00 г обработа- ли хлором при температуре 300 °С, получили 2,61 г твердого остатка. Найдите массу иодида в исходной смеси. 10. После прокаливания 11 г смеси нитратов калия и на- трия масса твердого остатка стала на 1,92 г меньше массы исходной смеси. Найдите массу нитрата калия в исходной смеси. 11. После полного сжигания в избытке кислорода смеси Са и А1 масса продуктов составила 160 % от массы исходных веществ. Найдите w(Ca) в исходной смеси. 12. Смесь порошка А1 и его нитрата массой 85,8 г прокалили на воздухе до постоянной массы и получили 91,8 г твердого про- дукта. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси. 13. При длительном прокаливании смеси гидроксидов магния и меди (II) потеря массы составила 20 % от исход- ной. Найдите w(Mg(OH)2) в смеси. 14. Смесь цинка и его нитрата прокалили на воздухе до постоянной массы, при этом масса твердого остатка оказа- лась равной массе исходной смеси. Найдите w(Zn) в исход- ной смеси. 15. Смесь равных по массе Zn и СаС03 обработали избыт- ком соляной кислоты. Найдите плотность полученной сме- си газов, равную отношению суммарной массы газов к их сум- марному объему.
§ 9. Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии 131 16. Смесь Са(ОН)2, СаС03 и CaS04 массой 15,5 г обрабо- тали соляной кислотой и получили 1,12 дм3 газа (н.у.) и 6,8 г нерастворившегося остатка. Найдите w(Ca(OH)2) в исходной смеси. 17. Смесь цинка и магния массой 2,3 г растворили в соля- ной кислоте, для чего потребовалось 10 см3 кислоты с массо- вой долей НС10,3 (р = 1,0 г/см3). Найдите массы металлов в смеси. 18. Смесь железа и алюминия обработали соляной кисло- той и получили 30,35 г смеси хлоридов. Такую же массу сме- си обработали разбавленной серной кислотой и получили 37,40 г смеси сульфатов. Найдите массы металлов в смеси. 19. Смесь натрия и калия массой 13,1 г поместили в воду, для нейтрализации полученного раствора затратили 109,6 см3 азотной кислоты (w = 25 %, р = 1,15 г/см3). Найдите массо- вую долю натрия в смеси. 20. Сплав Mg и А1 массой 75 г растворили в серной кисло- те и получили 411 г смеси сульфатов. Какую массу Mg надо сплавить с 540 г А1, чтобы получить такой же по составу сплав? 21. Смесь железа и цинка обработали соляной кислотой и получили 26,3 г растворенных солей. Вторую такую же порцию смеси металлов обработали сухим хлором и получили 29,85 г смеси хлоридов. Найдите массовую долю железа в смеси. 22. При прокаливании некоторой массы смеси хлорида калия и нитрата калия выделяется 0,56 дм3 (н.у.) газа, а при добавлении к такой же массе смеси избытка раствора AgN03 выпадает 14,35 г осадка. Найдите массовую долю нитрата в исходной смеси. 23. Массовая доля меди в ее смеси с оксидом меди (II) равна 50 %. Эту смесь растворили в разбавленной азотной кислоте и получили 2,24 дм3 газа(н.у). Определите: а) массу смеси, взятую для растворения; б) объем затраченного ра- створа кислоты (w = 32 %, р = 1,20 г/см3).
132 § 9- Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии 24. Металлическая палочка, состоящая из 60 % меди и 40 % цинка по массе, опущена в стакан с соляной кислотой (w = = 30 %, р = 1,149 г/см3). Какое химическое количество и ка- кого газа получено, если масса палочки составляла 10 г? Ка- кой объем кислоты затрачен? 25. Смесь Fe, FeO и Fe203 общей массой 2 г обработали соляной кислотой и получили 0,02 г газа. Такие же 2 г смеси восстановили водородом и получили 0,45 г воды. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси. 26. Смесь хлорида и иодида натрия массой 104,25 г ра- створили в воде и через полученный раствор пропустили из- быток хлора. Потом раствор выпарили и остаток прокалили, получив при этом 58,5 г сухого остатка. Найдите массы ве- ществ в исходной смеси. 27. При прокаливании смеси нитратов калия и меди (II) получено 2,688 дм3 (н.у.) газов. После обработки водой твер- дого остатка его масса уменьшилась на 3,4 г. Найдите массу нитрата меди в исходной смеси. 28. Сплав магния и алюминия массой 3,9 г полностью ра- створили в 500 г соляной кислоты (w = 0,05), при этом полу- чено 4,48 дм3 (н.у.) газа. Найдите: а) мольное отношение ме- таллов в сплаве; б) массовые доли веществ в конечном ра- створе. 29. На растворение 31,8 г оксида меди (II) израсходовано 100 г раствора, содержащего соляную и азотную кислоты. Полученный раствор упарили, остаток прокалили и полу- чили 37,3 г твердого остатка. Найдите массовые доли кис- лот в смеси. 30. В воде растворили 3,855 г смеси бромида калия, хло- рида натрия и хлорида бария. Полученный раствор обрабо- тали необходимым количеством раствора AgN03 и получили 6,185 г осадка. Осадок отделили, а фильтрат обработали из- бытком серной кислоты и получили 2,33 г нового осадка. Найдите массовые доли солей в исходной смеси.
ff 9. Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии 133 31. После длительного прокаливания на воздухе масса по- рошка меди возросла на 1/8. Найдите массовые доли веществ в конечной смеси. 32. Порошок магния при нагревании на воздухе частично окислился, при этом его масса возросла на 10 %. Найдите мольное отношение продуктов в конечной смеси. 33. Смесь меди и оксида меди (II) массой 235,8 г нагревали в токе водорода, после чего масса твердого остатка стала рав- ной 228,6 г. Найдите массу полученной при этом воды. 34. Смесь газообразных хлора и хлороводорода объемом 22,4 дм3 (н.у.) пропустили над нагретыми железными опил- ками, масса опилок при этом возросла на 42,6 г. Найдите объем хлора в исходной смеси. 35. При обжиге навески пирита ее масса уменьшилась на 20 %. Найдите массовые доли веществ в конечной смеси. 36.* Смешали 10 г раствора NaOH (w = 5 %) и 5 г раствора НС1 (w = 10 %). Укажите число молекул воды в полученном растворе? 37. В растворе массой 100 г, содержащем смесь соляной и азотной кислот, может максимум раствориться 24 г оксида меди (II). После упаривания раствора и прокаливания ос- татка масса твердого остатка равна 29,5 г. Найдите массовые доли кислот в исходной смеси. 38. Прокалили смесь нитратов натрия и серебра (I). При обработке твердого остатка водой объемом 124,2 см3 был по- лучен раствор с массовой долей соли 10 %, а 7,2 г вещества не растворилось. Найдите суммарный объем газов, выделенных при прокаливании нитратов (н.у). 39. При взаимодействии 72,8 г смеси неизвестного металла и его карбоната (степень окисления металла равна +2) с соля- ной кислотой выделилось 8,96 дм3 (н.у.) газов. После сжигания газов и конденсации водяных паров получили 6,72 дм3 (н.у.) газа. Определите металл и его массовую долю в смеси.
134 § 9- Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии 40. К остатку массой 25,2 г, полученному после прокали- вания 50 г смеси карбоната кальция, фосфата кальция и кар- боната аммония, добавили воду и пропустили избыток С02, при этом не растворилось 14 г вещества. Найдите массу кар- боната аммония в исходной смеси. 41. Потеря массы после прокаливания 50 г смеси сульфата натрия, карбоната аммония и хлорида калия составила 9,8 г. Полученный твердый остаток растворили в воде и затем до- бавили избыток раствора хлорида бария, выпало 46,6 г осад- ка. Найдите w(KCl) в исходной смеси. 42. При прокаливании 18,2 г смеси хлорида натрия, гидро- карбоната натрия и карбоната аммония получили 11,15 г твер- дого остатка, который обработали соляной кислотой и полу- чили 0,05 моль газа. Найдите: а) химическое количество со- лей в исходной смеси; б) состав и химическое количество соли в конечной смеси после выпаривания раствора. 43. При прокаливании 24 г смеси сульфата, нитрата и гидро- карбоната натрия получили 2,24 дм3 газа (н.у). После пропуска- ния этого газа через избыток известковой воды выпало 5 г осадка. Определите химические количества веществ в исходной смеси. 44. Смесь бромида и иодида калия массой 2,85 г раствори- ли в воде и через полученный раствор пропустили избыток хлора. Затем раствор упарили. Полученная в итоге соль с из- бытком раствора нитрата серебра (I) образует 2,87 г осадка. Найдите массовую долю бромида калия в исходной смеси. 45. Имеется 20 г раствора, в котором суммарная массовая доля хлорида и бромида натрия равна 22 %. После пропуска- ния хлора через этот раствор, выпаривания раствора и про- каливания остатка получили 3,51 г сухого остатка. Найдите массовые доли солей в исходном растворе. 46. При добавлении к 40 г раствора, содержащего серную и азотную кислоты, избытка хлорида бария получено 9,32 г осадка. Для нейтрализации оставшегося раствора нужно 24 см3
$ 9. Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии 135 раствора NaOH (w = 18 %, р = 1,2 г/см3). Найдите массовые доли кислот в исходном растворе. 47. При взаимодействии соляной кислоты со смесью маг- ния и карбоната магния получено 11,2 дм3 газа (н.у). После сжигания газа и конденсации водяных паров объем газа уменьшился до 4,48 дм3 (н.у.). Определите массовую долю карбоната магния в смеси. 48. При полном растворении в соляной кислоте 1,82 г сме- си А1 и неизвестного металла, стоящего в электрохимическом ряду за водородом, получено 672 см3 (н.у.) газа. Чтобы окис- лить эту смесь металлов, нужно 0,56 дм3 (н.у.) кислорода, при- чем неизвестный металл окисляется до степени окисления (II). Найдите металл и его массовую долю в исходной смеси. 49. При прокаливании смеси, содержащей равные хими- ческие количества сульфата, нитрата и карбоната Ме(П), масса смеси уменьшилась на 46,6 г. Определите металл, мас- сы солей в смеси, если массовая доля элемента металла в сме- си равна 30 %. 50. К 20 см3 водного раствора смеси НВг и НС1 добавили избыток карбоната натрия и получили 67,2 см3 (н.у.) газа. При действии на тот же объем смеси раствора нитрата серебра (I) выпало 0,948 г осадка. Найдите химическое количество НС1 и НВг в 1 дм3 исходной смеси. 51. При термическом разложении 25 г СаС03 получено 17,3 г твердого остатка. Определите степень разложения соли к массы веществ в твердом остатке. 52. К раствору, содержащему 41,8 г смеси нитрата, суль- фата и карбоната натрия, прилили 92 см3 раствора серной кислоты (w = 10 %, р = 1,065 г/см3). При этом выделилось 2,24 дм3 (н.у.) газа. При последующем добавлении в полу- ченный раствор хлорида бария выпало 46,6 г осадка. Определите химические количества солей в исходной сме- си, учитывая, что сульфат натрия не образуется.
136 § 9- Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии 53. Имеется смесь Fe и FeO, при обработке которой раз- бавленной серной кислотой выделилось 112 см3 (н.у.) газа. При взаимодействии такой же смеси при нагревании с из- бытком водорода масса смеси уменьшается на 0,048 г. Най- дите массовые доли веществ в исходной смеси. 54. Имеется смесь Fe и Fe203, при обработке которой соля- ной кислотой выделилось 224 см3 (н.у.) газа. При обработке та- кой же массы смеси избытком СО при нагревании масса смеси уменьшается на 0,04 г. Найдите w(Fe) в исходной смеси. 55. На растворение смеси цинка и его оксида нужно 132,8 см3 раствора с w(HCl) = 20 % (р = 1,1 г/см3). Полученный газ сожгли и получили 3,6 г воды. Какова массовая доля просто- го вещества металла в смеси? 56. Из 0,7242 г смеси сульфатов железа (II) и (III) получено в результате химических операций 0,3264 г оксида железа (III). Найдите массовые доли компонентов в смеси сульфатов. 57. Для перевода в гидрокарбонаты смеси карбонатов кальция и магния через раствор этих солей, содержащий в сумме 4,68 г карбонатов, пропускают углекислый газ. Газа по- требовалось столько, сколько его нужно для полной нейтра- лизации раствора, полученного растворением в воде 7,65 г ВаО. Найдите массу карбоната кальция в смеси. 58. Для полного растворения 7,42 г смеси магнетита и ок- сида цинка нужно 43,8 г раствора с w(HCl) = 20 %. Какой объем водорода (н.у.) необходим для полного восстановле- ния исходной смеси? 59. Смесь железа, магнетита и оксида кремния (IV) мас- сой 10,0 г реагирует без остатка с 66,4 см3 раствора с w(HCl) = = 12,5 % (плотность 1,00 г/см3), при этом выделилось 0,56 дм3 газа (н.у). Найдите массы веществ в исходной смеси. 60. Порошок А1 некоторое время нагревали на воздухе, после чего его масса возросла на 32 %. Какова массовая доля оксида алюминия в порошке после нагревания?
£ 9. Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии 137 61. Прокалили 18,36 г смеси нитратов К, Ag(I) и Cu(II). Объем выделенных газов (н.у.) составил 4,032 дм3. Твердый остаток обработали водой, после чего его масса уменьшилась на 3,4 г. Найдите массовые доли солей в исходной смеси. 62. Смесь железных и цинковых опилок массой 2,51 г обра- ботали 30,7 см3 раствора серной кислоты (w = 19,6 %, р = 1,14 г/см3). Для нейтрализации избытка кислоты нужно 6 г КНС03. Определите массовые доли металлов в смеси и объем газа (н.у), выделившегося при растворении металлов. 63. Имеется смесь хлорида аммония и карбоната аммо- ния, в которой массы солей равны. Какая масса этой смеси нужна для получения 8,00 дм3 (н.у.) NH3? 64. К 40 г смеси, содержащей по массе 30 % MgO, 20 % ZnO и 50 % ВаО, прибавили 600 см3 раствора с w(H2S04) = 12 % (р = 1,08 г/см3). Найдите химическое количество воды в по- лученном растворе. 65. Гидрокарбонат натрия и карбонат натрия смешали в мольном отношении 1:1. Какой объем газа (н.у.) вьщелится при действии на 15 г такой смеси избытка соляной кислоты? 66. Смесь железа и железной окалины массой 7,2 г полностью восстановили водородом. Далее на продукты реакции подейство- вали соляной кислотой, при этом выделилось 2,24 дм3 газа (н.у). Определите массовые доли веществ в исходной смеси. 67. В твердом остатке после окисления цинка кислоро- дом массовая доля металлического цинка составила 8,2 %. Какая часть (в % по массе) исходного цинка подверглась окислению? 68. На взаимодействие с 80 г раствора Ca(N03)2 понадо- билось 50 г раствора Na2C03. Выпавший осадок отделили. При обработке его соляной кислотой выделилось 2,24 дм3 (н.у.) газа. Каковы массовые доли солей в исходных растворах? Какова массовая доля NaN03 в растворе после отделения осадка?
138 § 9- Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии 69. Смесь карбонатов кальция и магния массой 3,05 г про- калили при температуре, достаточной для полного разложе- ния солей. Выделившийся газ пропустили через стеклянную трубку, наполненную гидроксидом калия, масса которого при этом выросла на 1,42 г. Определите массовые доли (%) кар- бонатов в навеске. 70. Газ, выделившийся при нагревании 2,88 г смеси хло- рида натрия и дигидрата хлорида меди (II) с избытком кон- центрированной серной кислоты, поглощен 17,7 см3 раство- ра с w(NaOH) = 20 % (р = 1,13 г/см3). Образовавшийся ра- створ может быть полностью нейтрализован 15 см3 раствора серной кислоты с молярной концентрацией 0,67 моль/дм3. Вычислите массовые доли солей в исходной смеси и объем выделившегося газа (н.у). 71. Определите w(NaCl) в смеси с NaBr, если при обработ- ке раствора этой смеси избытком AgN03 масса выпавшего осадка равна массе вступившего в реакцию нитрата. 72.* Прокалили смесь гидрокарбоната и нитрата натрия и получили 20 дм3 (н.у.) смеси газов с относительной плотнос- тью по водороду 20. Определите массовые доли солей в их исходной смеси. 73.* Имеется 10,0 г смеси сульфита и гидросульфита на- трия, на взаимодействие с которой нужно 3,1 г гидроксида натрия. Какая максимальная масса гидроксида кальция мо- жет прореагировать с 5,0 г исходной смеси солей (основная соль не образуется)? 74.* Имеется смесь NaHC03 и Na2C03, в которой на I атом водорода приходится 9 атомов кислорода. Какой объем С02 (н.у.) выделится при действии на 14,8 г этой смеси избытка серной кислоты при нагревании? 75.* При нагревании гидрокарбоната натрия массой 42,00 г масса твердого остатка составила 34,25 г. Какой объем газа (н.у.) выделится при обработке этого твердого остатка избыт- ком соляной кислоты?
£ 9. Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии 139 76. Смесь содержит равные химические количества окси- да и гидроксида двухвалентного металла. Массовая доля эле- мента металла в смеси равна 49 %. Определите металл. 77. К смеси сульфатов бария, меди (II) и натрия массой 30 г добавили воду. Масса нерастворившегося остатка составила 10 г. Надосадочную жидкость отделили и через нее пропус- тили избыток сероводорода, получили 9,6 г осадка. Опреде- лите массу сульфата натрия в смеси. 78. Образец оксида магния массой 40 г частично восста- новили водородом и получили 32 г твердого вещества. Опре- делите массу полученного магния. 79. К раствору, содержащему соляную и азотную кисло- ты, добавили избыток AgN03 и получили 7,175 г осадка. Оп- ределите массу азотной кислоты в исходном растворе, если известно, что при взаимодействии такого же раствора кис- лот с избытком Na2C03 выделяется 0,84 дм3 (н.у.) газа. 80. Какой объем (н.у.) С02 выделился при нагревании 300 г NaHC03, если массовая доля Na2C03 в твердом остатке рав- на 39 %? 81. Сплав Си (р = 8,92 г/см3) и Ag (p = 10,5 г/см3) общей массой 20,9 г имеет объем 2123 мм3. Укажите w(Ag) в сплаве. 82. В результате сжигания навески сплава Mg и Zn в избытке 02 образуется смесь продуктов с массой, вдвое меньшей, чем масса смеси продуктов, образующихся при сжигании такой же навески сплава в избытке С^. Найдите w(Mg) в сплаве. 83. При нагревании смеси NaHC03 и Na2C03 до постоянной массы при температуре 600 °С выделяется газ, объем которого составляет 80 % от объема газа, вьщеляющегося при действии избытка соляной кислоты на полученный твердый остаток. Найдите отношение Az(NaHC03)/«(Na2C03) в исходной смеси. Ответы 1. 0,192.2.1,5 г HjSO^ 1,9 г НО. 3.65,4%. 4. 3,6 г NaH; 4 г КН. 5.90,7% Си. 6. 47 %. 7. 336 см3. 8. 2,84 г Fe и 3,21 г Zn. 9. 0,64 г. 10. 5,05 г. 11. 59,1 %.
140 § 9- Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии 12. 50,3 % А1; 49,7 % A1(N03)3.13. 12,7 %. 14. 70,4 %. 15. 0,83 г/дм3.16. 24 %. 17. 2,08 г Zn и 0,22 г Mg. 18. 7,8 г Fe; 2,6 г А1. 19. 70,2 %. 20. 960 г. 21. 46 %. 22. 40,4 %. 23. а) 19,2 г; б) 105 см3. 24. 0,062 моль Н2 и 13,0 см3 кислоты. 25. 28 % Fe; 20,5 % FeO и 51,5 % Fe2Or 26. 75,00 г Nal; 25,25 г NaCl. 27. 7,52 г. 28. а) 0,10 моль А1; 0,05 моль Mg; б) w(MgCl2) = 0,9 %; w(A1C13) = 2,7 %; w(HCl) = 2,1 %. 29. w(HCl) = 7,3 %; vt<HN03) = 37,8 %. 30. 30,9 % KBr; 15,2 % NaCl; 53,9 % BaClr 31. w(Cu) = 44,4 %; w(CuO) = 55,6 %. 32. n(Mg) :n(MgO) = = 5,7:1. 33. 8,1 r. 34.4,48 дм3. 35. 50 % FeS2 и 50%Fe2O3. 36. 4,76 • 1023. 37. 7,3 % HC1 и 25,2 % HN03.38.4,48 дм3.39. Барий; 19 %. 40.16 г. 41.23,6 %. 42. а) 0,1 моль NaHC03; 0,1 моль NaCl и 0,04 моль (NH4)2C03; б) 0,2 моль NaCl. 43.0,1 моль NaHC03; 0,1 моль NaN03 и 0,05 моль Na2S04. 44. 41,75 %. 45. 10,3 % NaBr и 11,7 % NaCl. 46. 9,8 % H2S04h 7,8 % HN03.47. 70 %. 48. Си; 70,3 %. 49. Са; 83,39 г CaS04; 61,32 г СаСОэ; 100,56 г Ca(N03)2. 50. 0,2 моль HCl и 0,1 моль НВг. 51. 70 %; 7,5 г СаС03 и 9,8 г СаО. 52. 0,1 моль Na2C03; 0,1 моль Na2S04 и 0,2 моль NaN03. 53. 56,4 % Fe; 43,6 % FeO. 54. 81 %. 55. 44,5 %. 56. 59,7 % Fe2(S04)3; 40,3 % FeS04. 57. 3,0 г. 58. 2,688 дм3. 59. 1,4 г Fe; 5,1 г Fe304. 60. 51,5 %. 61.22 % KN03; 37 % AgN03; 41 % Cu(N03)2.62. w<Zn) = 77,6 %; w(Fe)= = 22,4 %; 0,896 дм3.63.18,2 г. 64.32,2 моль. 65. 3,5 дм3.66.81 % Fe304 и 19 % Fe. 67. 90 %. 68. 20,5 % Ca(N03)2; 21,2 % Na2C03; 14,2 %. 69. 68,85 % CaC03 и 31,14 % MgC03.70.40,6 % NaCl; 59,4 % CuCL^Rp; 0,896 дм3 HCl. 71.27,69 %. 72. 66,4 % NaHC03; 33,6 % NaN03. 73. 3,4 r. 74. 3,36 дм3. 75. 8,4 дм3. 76. Mg. 77. 4 г. 78. 12 г. 79. 1,575 г. 80. 20,2 дм3. 81. 62,41 %. 82. 40,3 %. 83. 1: 0,125.
с § 10. Элементы термохимии. Скорость химической реакции и химическое равновесие Расчеты по термохимическим уравнениям (т. е. уравне- ниям, в которых указан тепловой эффект химической реак- ции) основаны на прямо пропорциональной зависимости теплового эффекта от химического количества (массы, объе- ма). Отметим, что в термохимическом уравнении стехиомет- рические коэффициенты могут быть и дробными числами. ПРИМЕР 10-1. Теплота образования 1 моль Fe203 равна 821,3 кДж. Какое количество теплоты выделится при сжига- нии железной проволоки массой 1,4 г (образуется оксид же- леза (III))? Решение 1. Записываем термохимическое уравнение реакции об- разования 1 моль Fe203: 2Fe(T) + 3/202(r) = Fe203(T) + 821,3 Дж. 2. Находим химическое количество железа и составляем пропорцию: „(Fe) = -^^ = bi = 0,025 (моль). M(Fe) 56 Из термохимического уравнения следует: >мольРе выделяется g2 теплоты 0,025 моль О при сжигании 2 моль Fe выделяется 821,3 кДж. теплоты
142 § №- Элементы термохимии . 0,025-821,3 <2Л = = 10,3 (кДж). Ответ: Q= 10,3 кДж. 1. Учитывая термохимическое уравнение: 2H2S(r) + 302(г) = 2Н20(Г) + 2S02(r) + 857 кДж, найдите: а) сколько теплоты выделится при сгорании 17 г сероводорода; б) какой объем кислорода (дм3, н.у.) нужен для реакции, чтобы получить 600 кДж теплоты? 2. Учитывая термохимическое уравнение: 3Fe(T) + 202(r) = Fe304(T) +1117,7 кДж, найдите массу магнетита, если выделилось 451,9 кДж теплоты. 3. При взаимодействии 13 г цинка с серой выделилось 40,2 кДж теплоты. Чему равен тепловой эффект реакции об- разования 1 моль сульфида цинка? 4. При сжигании 3,6 г алюминия в кислороде выделяется 111,3 кДж теплоты. Найдите теплоту образования 1 моль А1203 из простых веществ. 5. Даны термохимические уравнения реакций горения угля и разложения известняка: а) С(т)+02(г)=С02(г)+412 кДж; б) СаС03(т) =СаО(т)+СО2(г)-180 кДж. Какую минимальную массу угля надо сжечь для получе- ния 112 кг негашеной извести? Рассмотрим пример решения задачи на определение ско- рости химической реакции. ПРИМЕР 10-2. При гидролизе сахарозы в 2,5 дм3 ее вод- ного раствора за 10 мин образовалась глюкоза массой 54 г. Определите среднюю скорость реакции гидролиза сахарозы (в ^£21). дм3-с
§ 10. Элементы термохимии 143 Решение Скорость химической реакции v находится по формуле /\с Ал гдес- си, t- At VAt ' - молярная концентрация; V- - время. В данном случае: т(глюк.) Ди = — - = МГглюк.) 54 _ 180 " ■ объем реакционной = 0,3 (моль); сме ^=2,5 дм3; At = 10 мин = 10 • 60 = 600 (с). Находим: v = __023_ = 2l0.4 ^*оль_ 2,5-600 дм3-с ~ ~ *~ л МОЛЬ Ответ: V =2-10"4 дм3-с' 6. Определите среднюю скорость химической реакции (в моль/(дм3,мин)) С02 + Н2 = СО + Н20, если через 80 с после начала реакции молярная концентрация воды была 0,24 моль/дм3, а через 2 мин 07 с после начала реакции — 0,28 моль/дм3. 7. Через 5 с после начала реакции 2NO + 02 = 2N02 мо- лярная концентрация NO снизилась на 0,2 моль/дм3. Опре- делите среднюю скорость образования N02 (моль/(дм3-с)). 8. В сосуде объемом 2 дм3 протекает реакция: 2СО(г) + 02(г) = = 2С02(г). Через 2 с после начала реакции химическое коли- чество С02 увеличилось на 0,1 моль. Определите среднюю скорость образования С02. 9. В сосуде объемом 2 дм3 протекает реакция N2 + ЗН2 = = 2NH3. Через 2 с после начала реакции образовалось 1,7 г NH3. Определите среднюю скорость образования аммиака. 10. Средняя скорость образования S02 в реакции между простыми веществами равна 0,01 моль/(дм3*с). Определите
144 §W- Элементы термохимии химическое количество образовавшегося S02 в сосуде объе- мом 2 дм3 через 5 с после начала реакции. 11. Химической реакции отвечает уравнение: А + В = С. В начальный момент времени молярные концентрации ве- ществ А, В и С составляли соответственно (моль/дм3) 0,80; 0,65 и 0. Через 10 мин молярная концентрация вещества А стала равной 0,55 моль/дм3. Определите среднюю скорость реакции за это время. Чему стали равны молярные концентрации ве- ществ В и С к этому моменту времени? 12. В сосуде объемом 2 дм3 смешали 4,5 моль газа Аи 3,0 моль газа В. Через 20 с в системе образовалось 2 моль газа С по уравнению А + В = С. Определите среднюю скорость реак- ции за этот промежуток времени и молярные концентрации непрореагировавших газов А и В. 13. Реакция протекает по уравнению: 4НС1(г) + 02(г) = 2Н20(г)+ + 2С12(г). Через некоторое время после начала реакции мо- лярные концентрации веществ (моль/дм3) стали равны 0,25 (НС1); 0,20 (02) и 0,10 (С12). Найдите исходные молярные концентрации НС1 и 02. 14. Исходные молярные концентрации N2 и Н2 равны со- ответственно 5 и 6 моль/дм3. Найдите их равновесные моляр- ные концентрации в реакции синтеза аммиака, если равно- весная молярная концентрация NH3 равна 3 моль/дм3. 15. При равновесии в системе: 2NO(r) + 02(г) <-> 2N02(r) рав- новесные молярные концентрации (моль/дм3) равны 0,10 (NO); 0,20 (02) и 0,20 (N02). Найдите исходные моляр- ные концентрации NO и 02, считая, что начальная моляр- ная концентрация N02 равна нулю. 16. Для реакции с участием газов ЗА + В <-> 2С исходные молярные концентрации равны (моль/дм3): 1,00 (А); 2,00 (В) и 0,01 (С). В момент, когда наступило равновесие, моляр- ная концентрация вещества А уменьшилась на 30 %. Найди- те равновесные молярные концентрации веществ А, В и С.
§ 10. Элементы термохимии 145 17. *Для реакции 2N0 + C12<->2N0C1 исходные молярные концентрации (моль/дм3) N0, С12 и N0C1 соответственно равны 0,50; 0,20 и 0,05. Найдите равновесные молярные кон- центрации всех трех веществ, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20 % исходного количества NO. 18. *При некоторой температуре равновесные молярные концентрации в системе: 2S02(r) + 02(г) <-> 2S03(r) равны для S02,02 и S03 соответственно (моль/дм3) 0,04; 0,06 и 0,02. Най- дите исходные молярные концентрации S02 и 02, если исход- ная молярная концентрация S03 равна 0,01 моль/дм3. 19. В системе установилось равновесие: N2 + ЗН2 <^ 2NH3. В состоянии равновесия химическое количество аммиака в системе равно 4 моль. Определите исходную массу водоро- да, если известно, что к моменту установления равновесия прореагировало 80 % Н2. 20. В системе установилось равновесие: 2S02(r) + 02(г) <-> 0 2S03(r). Равновесная молярная концентрация S03 равна 0,1 моль/дм3. Определите равновесную молярную концент- рацию 02, если известно, что к моменту установления равно- весия прореагировало 40 % кислорода. 21. В растворе установилось равновесие: ЗА + 2В <-> С. Ис- ходная молярная концентрация А равна 0,1 моль/дм3. Рав- новесная молярная концентрация С равна 0,02 моль/дм3. Определите долю вещества А (в %), не прореагировавшего к моменту наступления равновесия. 22. Исходные молярные концентрации веществ в реак- ции 4НС1 + 02н 2Н20 +2С12 были равны (моль/дм3): 1 (НС1), 1 (02), 0 (Н20), 0 (О). Полагая, что реакция велась в замкнутом сосуде, вычислите, какими стали молярные концентрации исходных и полученных веществ, когда мо- лярная концентрация НС1 стала равной 0,6 моль/дм3. 23. Для реакции РС15 <-» РС13 + С12 к моменту наступления равновесия осталось 50 % PCL. Чему равно общее химическое
146 § 10- Элементы термохимии количество всех веществ в реакционной смеси в состоянии равновесия, если исходное химическое количество РС15 со- ставляло 2 моль? 24. При некоторой температуре в замкнутом сосуде дос- тигается равновесие 4НС1(г) + 02(г) <-> 2Н20(г) + 2С12(г). Исход- ная смесь хлороводорода и кислорода имела относительную плотность по водороду 16,9. При наступлении равновесия концентрация хлора составляет 50 % от той концентрации хлора, которая получилась бы при условии необратимости реакции. Найдите объемное соотношение между газами при равновесии. 25. Некоторые химические количества N2 и Н2 смешали в сосуде в присутствии катализатора и нагрели до установления равновесия. Определите исходные химические количества N2 и Н2, если равновесная смесь содержала 0,6 моль N2; 1,8 моль Н2 и 0,8 моль NH3. 26. Оксид азота (IV) нагревали при некоторой температу- ре, при этом часть его разложилась на N0 и 02 и установи- лось химическое равновесие. Определите объемные доли ве- ществ в равновесной смеси, если ее относительная плотность по воздуху 1,269. 27. В системе установилось равновесие 2СО + 02 о 2С02. Химические количества СО, 02 и С02 в системе равны 1, 2 и 3 моль соответственно. Определите исходные химические количества СО и 02. 28. В сосуде смешали 4,4 г С02 и 0,4 г Н2. Смесь нагрели, в системе установилось равновесие С02 + Н2 <-> СО + Н20. К моменту наступления равновесия прореагировало 25 % во- дорода. Определите выход СО. 29. В сосуде смешали 25,4 г иода и 0,4 г водорода. В систе- ме установилось равновесие Н2 + 12 <-» 2HI. К моменту на- ступления равновесия прореагировало 40 % водорода. Опре- делите выход HI.
$ 10. Элементы термохимии 147 30. В замкнутый сосуд поместили 2 моль иода и 4 моль водорода. Определите массовую долю HI в смеси, когда в ре- акцию вступит 25 % водорода. 31 • В замкнутый сосуд поместили 3 моль водорода и 2 моль азота. Определите массовую долю аммиака в смеси, когда в реакцию вступило 15 % азота. ПРИМЕР 10-3. Скорость некоторой реакции увеличива- ется в три раза при повышении температуры на 10 °С. Во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры от 10 °С до 40 °С? Решение Отношение скоростей реакций при двух температурах на- ходится по формуле: где у -температурный коэффициент реакции, равный в дан- ном случае 3. Находим: *40Т)=3^=3> = 27. и(10°С) Ответ: увеличится в 27 раз. 32. При повышении температуры на 10 °С скорость реак- ции возрастает в 2 раза. Как увеличится скорость при повы- шении температуры с 25 °С до 75 °С? 33. Для реакции у = 4. Как изменится ее скорость при по- нижении температуры на 40 °С? 34. Для некоторой реакции у = 3. На сколько градусов надо по- высить температуру, чтобы увеличить скорость реакции в 81 раз? 35. Температурный коэффициент реакции равен 2. При 20 °С реакция протекает за две минуты. Определите время проте- кания реакции для: а) 50 °С; б) 0 °С.
148 § Ю- Элементы термохимии 36. Скорость некоторой реакции увеличивается в 2,5 раза при повышении температуры на 10°. Во сколько раз увеличится скорость при повышении температуры от 10 °С до 50 °С? 37. При 30 °С реакция протекает за 24 мин, а при 50 °С — за 4 мин. Найдите значение у для этой реакции. 38.* Константа скорости некоторой реакции при 273 К и 298 К соответственно равна 1,17 и 6,56 (дм3/(моль-с)). Найдите тем- пературный коэффициент этой реакции. 39. При понижении температуры на 40 °С скорость реакции уменьшилась в 16 раз. Вычислите значение у для этой реакции. 40. Две реакции при 290 К протекают с одной скоростью. Значения у для этих реакций равны 2,0 и 3,0. Как будут отно- ситься скорости этих реакций, если первую из них провести при 350 К, а вторую (у = 3,0) при 330 К? 41. Как изменится скорость реакции СО (г) + С^ (г) = СОС^ (г) при одновременном понижении давления в 4 раза и повы- шении температуры с 25 до 75 °С (у = 2)? 42. Растворение образца цинка в соляной кислоте при 20 °С заканчивается через 27 мин, а при 40 °С такой же по массе образец цинка растворяется за 3 мин. За какое время (с) дан- ный образец цинка растворится в соляной кислоте при 60 °С? 43.* Во сколько раз увеличится объем выделяющегося в единицу времени Н2 в реакции между Fe и H2S04 (разб.), если железо массой 1 г измельчить на 125 одинаковых кубиков? 44. Образец железа при 20 °С растворяется в серной кис- лоте за 15 мин, а при 30 °С — за 6 мин. За какое время данный образец железа растворится в серной кислоте при 40 °С? 45. При температуре 100 °С скорость некоторой реакции равна 3,6 • Ю-2 моль/(дм3 • с). При какой температуре следует проводить эту реакцию, чтобы ее скорость стала равной 9 • 10~3 моль/(дм3 • с)? Температурный коэффициент реакции равен 2.
§ ]0. Элементы термохимии 149 46. За счет тепла, полученного при сгорании 20 г магния в кислороде, можно нагреть 1 дм3 воды от 0 °С до 100 °С. Составь- те термохимическое уравнение реакции горения магния, если известно, что при нагревании теряется 16,7 % теплоты, а удель- ная теплоемкость воды равна 4,2 кДжДкгград). 47.* Смесь водорода и кислорода массой 10 г и плотнос- тью 0,357 г/дм3 взорвали. Найдите тепловой эффект взрыва, если теплота образования 1 моль воды при этих условиях рав- на 242,8 кДж/моль. 48. Найдите тепловой эффект реакции ЗН2(г) + N2(r) = = 2NH3(r), если энергии связей Н—Н, N = N и N—Н соответ- ственно равны (кДж/моль) 435, 945 и 390. 49. Даны два термохимических уравнения реакций: Н2(г) + 1/202(г) = Н20(г) + 242 кДж; СН4(г) + 202(г) = С02(г) + 2Н20(г) + 1039 кДж. Найдите тепловой эффект реакции сжигания 33,6 дм3 (н.у.) смеси водорода и метана, если молярная масса смеси равна 9? 50. При сжигании 1 моль углерода выделяется 402 кДж теплоты. Какую массу угля, содержащего 0,80 массовой доли углерода, нужно сжечь для получения энергии, за счет кото- рой можно разложить 1 т известняка, содержащего 20 % при- месей по массе, если для разложения 1 моль карбоната каль- ция требуется 180 кДж? 51. Кислород и водород смешаны в объемном соотноше- нии 1:2. Какое количество теплоты выделится при взрыве 8,4 дм3 (н.у.) этой смеси, если термохимическое уравнение реакции горения водорода имеет вид: 2Н2(г) + 02(г) = 2Н20(г) + 484,0 кДж? 52. В табл. 1 и 2 даны энергии кристаллических решеток некоторых ионных соединений (табл. 1) и энергии гидрата- ции ионов (табл. 2).
150 § М- Элементы термохимии Таблица 1 Формула электролита Екр.реш, КДЖ/МОЛЬ NaCl NaOH NaN03 KC1 КОН KN03 752 884 699 730 790 614 Таблица 2 Ионы Егидр, кДж/моль Н+ Na+ К+ СГ ОН" N03 1100 410 339 330 511 310 Пользуясь этими данными, найдите тепловой эффект ра- створения 1 моль: а) КС1; б) КОН. 53. Растворение 1 моль безводного СаС12 происходит с выделением 76,0 кДж теплоты, а реакция гидратации 1 моль СаС12 - с выделением 95,1 кДж теплоты. Найдите тепловой эффект реакции растворения 1 моль кристаллогидрата СаС12 • 6Н20. 54. На основании термохимических уравнений а) СаС03 = СаО + С02 - 201 кДж; б) С + 02 = С02 + 402 кДж определите массу угля, которая нужна для разложения 1 т известняка, если 20 % тепла расходуется на обогрев корпуса печи и тепловое излучение. 55. Тепловая электростанция потребляет 1 млн т угля в год. Учитывая термохимическое уравнение: С(т) + 02(г) = С02(г) + 393,5 кДж, определите, на сколько масса продуктов сгорания угля мень- ше массы исходных веществ. Расчет сделайте, сопоставляя массы угля и углекислого газа. 56. Дихромат аммония при нагревании разлагается по ре- акции: (NH4)2Cr207 - 503 кДж = N2 + 4Н20 + Сг203. Сколько энергии выделилось при разложении некоторой порции соли, если масса твердого остатка оказалась на 10 г меньше массы исходного вещества?
$ 10. Элементы термохимии 151 57. Считая объемную долю кислорода в воздухе равной 20 %, установите, при каком объемном отношении водород/воз- дух их смесь одного и того же объема даст при взрыве макси- мальное количество энергии. 58. Начальные молярные концентрации НС1, 02 и С12, уча- ствующих в реакции 4 НС1 + 02 = 2С12 + 2Н20, были соответ- ственно равны (моль/дм3) 4,2; 1,8 и 0,01. Определите моляр- ные концентрации всех реагирующих веществ после того, как молярная концентрация 02 уменьшится до 1 моль/дм3. 59. Учитывая, что давление газа (или смеси газов) пропор- ционально его химическому количеству, определите, как из- менится (в %) давление в системе N2 + 3H2 «-> 2NH3, если начальные молярные концентрации N2 и Н2 были соответ- ственно равны 2 моль/дм3 и 6 моль/дм3, а к данному моменту времени прореагировало 10 % азота. 60. Взаимодействие S03 с Н20 протекает по термохими- ческому уравнению: so3W + h2ow = h2so4(p.p)+i30i^. Оксид серы (VI) растворили в воде объемом 50 см3, при этом выделилось 1,95 кДж теплоты. Рассчитайте массовую долю H2S04 в полученном растворе. 61. В системе установилось равновесие: 2S02(r) + 02(г) о 2S03(r). Равновесная молярная концентрация S03 равна 0,20 молъ/дм3. Найдите равновесную молярную концентрацию 02, если из- вестно, что к моменту установления равновесия прореагиро- вало 60 % начального химического количества кислорода. 62с В герметичный сосуд поместили СО и 02, через неко- торое время установилось равновесие: 2СО(г) + Оад о 2СОад. известно, что исходные молярные концентрации СО и 02 равны по 0,15 моль/дм3, а равновесная молярная концентрация
152 §№• Элементы термохимии 02 — 0,075 моль/дм3. Как изменилось давление в сосуде к моменту установления равновесия? 63. Теплота сгорания метана и ацетилена соответственно равна 802 кДж/моль и 1256 кДж/моль. Рассчитайте объемные доли этих газов в их смеси, при сгорании 44,8 дм3 (н.у.) кото- рой вьщелилось 1876,4 кДж теплоты. 64. При образовании двух молекул N0 из N2 и 02 поглоща- ется 3,0 • 10~19 Дж теплоты. Найдите теплоту образования 1 моль NO из простых веществ. 65. Пероксид водорода при нагревании разлагается с вы- делением 02: 2Н202(ж) = 2Н20(ж) + 02(г). При начальной молярной концентрации Н202 0,156 моль/дм3 половина его разложилась за 2,5 ч. Считая, что объем не из- менялся, найдите: моль а) среднюю скорость реакции разложения (в ——); б) какой объем 02 (н.у.) выделится за это время из раство- ра Н202 объемом 1 дм3? 66.* При некоторой температуре скорость реакции 2NO+02= = 2N02 равна 1,52 • 10~3 мольДдм3 • с). Как нужно изменить температуру, чтобы скорость этой реакции составила 3,80 • 10~4 моль/(дм3 -с), если температурный коэффициент реакции равен 2,0? 67.* На образец фосфора массой 9,3 г подействовали бро- мом и получили смесь бромидов Р(Ш) и P(V), вьщелилось 58,2 кДж теплоты. Теплоты образования РВг3 и РВг5 равны соответственно 176 и 230 кДж. Какая масса Н3Р04 образуется после обработки смеси бромидов избытком воды? Ответы 1.214 кДж; б) 47 дм3.2.93,8 г. 3.201 кДж. 4.1670 кДж. 5.10,5 кг. 6.0,051 моль/ (дм3 • мин). 7.0,04 мольДдм3 • с). 8. 0,025 мольДдм3 • с). 9. 0,025 мольДдм3 • с). 10. ОД моль. 11.0,025 мольДдм3-мин); с(С) = 0,25 моль/дм3; с(В) = 0,40 моль/дм3.
§ 10. Элементы термохимии 153 12. 0,05 моль/(дм3-с); с(А) = 1,25 моль/дм3; с(В) = 0,5 моль/дм3.13. со(НС1) = = 0,45 моль/дм3; со(02) = 0,25 моль/дм3.14. с(Н2) = 1,5 моль; c(N2) = 3,5 моль. 15. co(NO) = со(02)°= 0,3 моль/дм3.16. с(А) = 0,7 моль/дм3; с(В) = 1,9 моль/дм3; с(С)°= 0,21 моль/дм3.17. c(NO) = 0,4 моль/дм3; с(02) = c(NOCl) = 0,15 моль/дм3. 18. co(SO,) = 0,05 моль/дм3; со(02) = 0,065 моль/дм3.19.15 г. 20. 0,075 моль/дм3. 21. 40 %.~22. с(02) = 0,9 моль/дм3; с(Н20) = с(С12) = 0,2 моль/дм3. 23. 3 моль. 24. F(HC1):V(02):К(Н20):V(C\2) = 4:11:2:2.25. 3 моль Н2; 1 мольN2.26.40 % N02; 40 % NO; 20 % 02.27.4 моль СО и 3,5 моль 02.28.50 %. 29.80 %. 30.50 %. 31.16,45%. 32. В 32 раза. 33. В 256 раз понизится. 34. На 40°. 35. а) 15с;б)8мин. 36. В 39 раз. 37. 2,44. 38. 1,99. 39. 2,0. 40. v(Y = 3) = 1,266. 41. Увеличится в 4 v(y = 2) раза. 42.20 с. 43. В пять раз. 44.144 с. 45.80 °С. 46.613 кДж/моль. 47.121,4 кДж. 48. 90 кДж. 49. 961 кДж. 50. 53,73 кг. 51. 60,5 кДж. 52. 61 кДж/моль и 60 кДж/моль соответственно. 53.19,1 кДж. 54. 75 кг. 55. ~ 0,37 кг. 56. 50,3 кДж. 57. 2 :5. 58. По 1 моль/дм3 НС1 и 02; 1,6 моль/дм3 С12. 59. Уменьшилось на 5 %. 60.2,87 %. 61.0,067 моль/дм3.62. Уменьшилось в 1,33 раза. 63.70 % СН4; л моль 30 % C,HV 64. -90,3 кДж/моль. 65. а) 5,2 • 10"4 —г—; б) 0,87 дм3 О,. 2 2 дм -с 2 66.* Понизить на 20 °С. 67.* 9,8 г.
§ 11. Электролитическая диссоциация. Водородный показатель (рН) Для количественной оценки электролитической диссо- циации используется понятие «степень электролитической диссоциации (а)»: ЛГ а = - N. -(•100%) общ ИЛИ а = общ -(•100%). (11-1) (П-2) ТО6 ^дис' "лис число молекул (формульных единиц) или хи- оличество электролита, распавшихся (продиссо^ циировавших) на ионы; #общ, яобщ — общее число или хими^ :Ггворенн£1х молскул- ниц) электролита. ПРИМЕР 11-1. Определите химическое количество ани- онов HS~ в растворе, содержащем 0,25 моль Н^если сте- пень диссоциации кислоты по первой ступени равна 0»40_ (диссоциацией по второй ступени можно пренебречь). Най- дите рН раствора (объем раствора равен 1 дм3). Записываем уравнение электролитической диссоциации: НО-3 моль : моль h2s<->h+ + hs-. 1 моль 1 моль Используя формулу (11-2), находим:
§11. Электролитическая диссоциация 155 naJH2S) = «o6lu(H2S) -а = 0,25 -0,004 = 1 • 10"3 (моль). По уравнению электролитической диссоциации рассчи- тываем: x = h(HS") = 1'10 ''=Ь10"3 (моль). По определению, рН — это отрицательный логарифм мо- лярной концентрации ионов водорода: pH = -lgc(H+). Из уравнения электролитической диссоциации следует: А2(Н+) = «(Н28)дис=1-10-3(моль). Находим: с(Н+) = к(Н+)/Г(р-ра) = 1 • Ю-3 /1=1- Ю-3 моль/дм3; -pH"="-lgc(H+) = —lg 1 • Ю-3 = 3. Ответ: /j(HS") = 1 • 10~3 моль; рН = 3. ПРИМЕР 11-2. Раствор сульфата металла (степень окис- ления + 1) массой 200 г с массовой долей соли 7,1 % содер- жит в сумме 0,3 моль ионов соли. Считая диссоциацию пол- ной, определите металл. Решение Записываем уравнение электролитической диссоциации: х моль 0,3 моль 1 * 19 Me2S04 = 2Ме+ + S04' 1 моль 2 + 1 = 3 моль Находим химическое количество соли: x = KMe2SO4) = ^^ = 0,l (моль). Рассчитываем массу соли в растворе: /72(Me2S04) = /и(р-ра Me2S04) • w(Me2S04) = 200-0,071 = 14,2 (г).
156 § И* Электролитическая диссоциация Определяем молярную массу соли: М = —= —= 142 (г/моль). л 0,1 Поскольку M(Me2S04) = 2М(Ме+) + M(S024~), имеем: 142 = 2М(Ме+) + M(SOl') = 2M(Me+) + 96; 142-96 М(Ме+) = = 23 (г/моль). Это натрий. Ответ: натрий. 1. Найдите степень диссоциации уксусной кислоты, со- держащей в некотором объеме 5 • 1019 ее молекул и 1,8 • 1018 ионовН+иСН3СОО-. 2. В некотором объеме одноосновной кислоты содержит- ся 2 • 106 ее молекул и 4 • 103 ионов кислотного остатка. Най- дите значение а для кислоты. 3. Найдите число молекул и ионов хлорноватистой кис- лоты НСЮ, содержащихся в 100 см3 ее раствора с w = 0,525 % (р = 1 г/см3), если а = 1 %. 4. Найдите химическое количество ионов водорода, обра- зующихся при диссоциации по первой ступени 0,01 моль се- роводородной кислоты, если а для этой ступени равно 0,3 %. 5. Считая диссоциацию Ва(ОН)2 полной, найдите химичес- кое количество ионов ОН" в 1 дм3 раствора с w(Ba(OH)2) = 1 % (р = 1,026 г/см3). Укажите рН раствора. 6. В 20 г раствора с w(MqCL) =11,1% содержится 0,36 • 1023 частиц соли. Считая диссоциацию полной, назовите металл. 7. Найдите химическое количество ионов водорода в 1 дм3 раствора фтороводородной кислоты (w = 0,2 %, р = 1 г/см3), считая а = 2 %. Укажите рН раствора.
§ 11. Электролитическая диссоциация 157 8. В 1 дм3 содержится 0,5 моль хлорида кальция, а = 78 %. Найдите массу ионов О" в 2 дм3 такого раствора. 9. Масса ионов хлора в 1 дм3 раствора ВаС12 равна 50 г, зна- чение а для этой соли равно 70 %. Найдите химическое ко- личество соли в 1 дм3 раствора. 10. В 20 г раствора с массовой долей сульфата однозаряд- ного металла 4,35 % содержится 9 • 1021 ионов соли. Считая диссоциацию полной, установите металл. 11. В 1 дм3 воды на ионы распадается 6 • 1016 молекул воды. Какова степень диссоциации воды при этих условиях? 12. Вычислите степень диссоциации уксусной кислоты в растворе с массовой долей ее 3 % (р = 1,0 г/см3), если в 1 см3 ее раствора содержится 1,8 • 1018 ионов водорода. 13. В воде растворили 5,0- Ю-3 моль СН3СООН. Определи- те степень диссоциации (в процентах, с точностью до це- лых) уксусной кислоты в этом растворе, если известно, что раствор содержит 3,13 • 1021 частиц (молекул и ионов) уксус- ной кислоты. 14. В воде растворили 13,80 г муравьиной кислоты. Опре- делите общее химическое количество частиц всех видов (мо- лекул и ионов) муравьиной кислоты в растворе, если степень диссоциации муравьиной кислоты в нем составляет 2 % (с точностью до тысячных). 15. Вычислите степень диссоциации азотистой кислоты в ее растворе с w(HN02) = 0,47 % (плотность раствора 1 г/см3), если в 1 см3 раствора содержится 3,6 • 1018 ее ионов. 16. В 500 см3 воды растворили 0,05 моль одноосновной кислоты. Полученный раствор содержит в сумме 5,42 • 1022 различных частиц кислоты (молекул и ионов). Какова сте- пень диссоциации кислоты? Укажите рН раствора, считая его объем равным 500 см3. 17. В растворе муравьиной кислоты объемом 0,5 дм3 с мас- совой долей ее 10 % (р = 1 г/см3) содержится 0,01 моль ионов
158 £77. Электролитическая диссоциация водорода. Вычислите степень диссоциации этой кислоты в растворе. 18. В воде растворили азотистую кислоту массой 4,7 г, общее число ионов Н+, N02 и молекул HN02 в нем составляет 6,4-1022. Вычислите степень диссоциации кислоты в растворе. 19. Какое число ионов водорода содержится в 100 см3 ра- створа азотистой кислоты (массовая доля кислоты 47 %, плот- ность раствора 1,08 г/см3), если степень диссоциации кис- лоты равна 6 %? 20. Степень диссоциации двухосновной кислоты Н2А по первой ступени равна 80 %, по второй — 20 %. Определите химическое количество анионов НА" в растворе, в котором растворили 1 моль Н2А. 21.* Степень диссоциации одноосновной кислоты равна 40 %. Какое суммарное число ионов приходится в ее растворе на каж- дые 100 нераспавшихся молекул (ответ округлите до целых)? 22.* На каждую нераспавшуюся молекулу НХ приходится 2 иона Н+ и 3 иона Х~. Найдите значение степени диссоциа- ции электролита НХ. 23. При н.у. в 1 дм3 Н20 растворяется 1700 см3 С02. Найди- те химическое количество ионов Н+ в полученном растворе, если известно, что в угольную кислоту превращается 6,8 % растворенного вещества, а степень диссоциации Н2С03 по первой ступени 0,08 % (диссоциацией воды и диссоциацией кислоты по второй ступени можно пренебречь). 24. Общее число ионов Н30+, СН3СО~ и молекул СН3СООН в водном растворе уксусной кислоты равно 6,1 • 1022, масса ра- створа 100 г. Найдите массовую долю кислоты в этом растворе, если степень диссоциации кислоты в нем равна 1,34 %. 25. Раствор массой 10 г некоторой одноосновной кисло- родсодержащей кислоты с массовой долей ее 3 % содержит 2,3 • 1020 ее ионов, степень диссоциации кислоты равна 3 %. Что это за кислота?
8 11. Электролитическая диссоциация 159 26. Определите степень диссоциации азотистой кислоты в растворе, содержащем 0,3 моль ионов NO"2 и 1 моль ее молекул. 27. Степень диссоциации основания Ме(ОН)2 по первой ступени равна 90 %, по второй - 30 %. Определите химичес- кое количество ионов МеОН+ в растворе, в котором раство- рили 2 моль основания. 28. Хлорид бария массой 41,6 г растворили в воде, в полу- ченном растворе содержится 0,35 моль хлорид-ионов. Рас- считайте химическое количество ионов Ва2+ и степень дисо- циации соли. 29. К 20 г СаС03 добавили 400 см3 раствора HC1 с молярной концентрацией 6 моль/дм3. Рассчитайте химическое количе- ство ионов Н+ в полученном растворе (диссоциация полная). 30. В 1 дм3 раствора содержатся 0,3 моль NaCl и 0,1 моль К3Р04. Какие химические количества KC1 и Na3P04 нужно взять, чтобы приготовить 1 дм3 раствора с таким же содержа- нием ионов? 31. В 1 дм3 раствора содержатся 0,2 моль NaN03 и 0,1 моль I^SO^ Какие химические количества KN03 и Na2S04 нужно взять, чтобы приготовить 1 дм3 раствора такого же состава? 32. Степень диссоциации кислоты в ее растворе с моляр- ной концентрацией 0,1 моль/дм3 равна 1,3 %. Рассчитайте массу ионов Н+ в 250 см3 этого раствора. 33. Какую массу А1С13 следует растворить в 150 г воды, что- бы получить раствор с массовой концентрацией хлорид-ионов 87,0 г/дм3 (р = 1,09 г/см3, диссоциация соли полная)? 34. В каком соотношении по массе нужно смешать раствор Na2S04 (w = 2 %) и раствор KCl (w = 3 %), чтобы в получен- ном растворе химическое количество ионов Na+ было в 4 раза больше химического количества ионов К+? 35.* К раствору Ва(ОН)2 добавили иодоводородную кис- лоту. В полученном растворе молярная концентрация ионов Ва2+ равна 0,02 моль/дм3, а рН раствора равен 2. Укажите
150 £7/. Электролитическая диссоциация молярную концентрацию иодид-ионов в образовавшемся ра- створе. 36.* К раствору Ва(ОН)2 добавили бромоводородную кис- лоту. В образовавшемся растворе с(ВГ) = 0,061 моль/дм3, а рН = 3. Рассчитайте с(Ва2+) в полученном растворе. 37.* В растворе HF суммарная молярная концентрация ионов Н+, F" и непродиссоциировавших молекул HF равна 0,011 моль/дм3, а рН раствора равен 3. Укажите степень дис- социации кислоты и ее исходную молярную концентрацию. 38.* В растворе HN02 число непродиссоциировавших мо- лекул равно сумме чисел ионов Н+ и N0^. Найдите рН ра- створа, если раствор получен растворением 0,0705 г HN02 в 500 см3 воды (изменением объема при растворении можно пренебречь). 39.* В растворе HF число непродиссоциировавших моле- кул в 5 раз больше суммарного числа ионов Н+ и F-, исходная молярная концентрация кислоты равна 0,0011 моль/дм3. Рас- считайте рН раствора. 40.* В растворе HN02 суммарная молярная концентрация ионов Н+, NO; и непродиссоциировавших молекул кислоты равна 0,0092 моль/дм3, а исходная молярная концентрация кислоты составляла 0,0091 моль/дм3. Рассчитайте рН полу- ченного раствора. Ответы 1. 1,77 %. 2. 0,2 %. 3. N(H+) = 6,02-10'9; N(CIO) = 6,02 1019; N(HClO) = = 5,9598 • 1021. 4. 3 105. 5.0,12 моль; рН = 13,1. 6. Кальций. 7.0,002 моль; рН = = 2,7, 8.55,4 г. 9.1 моль. 10. Калий. И. 1,8-10'9.12.6 %. 13.4 %. 14.0,306 моль. 15. 3 %. 16. 80 %; рН = 1,1. 17. 0,9 %. 18. 6,3 %. 19. 0,39 • 1023. 20. 0,64 моль. 21.133. 22.75 %.23.4,13-106моль. 24.6%. 25. HN02.26.23%.27.1,26моль. 28. 0,175 моль; 87,5 %. 29. 2 моль ионов Н*. 30. 0,3 моль KC1; 0,1 моль Na3P04.31.0,2 моль KN03; 0,1 моль Na2S04.32.3,3 • 10"4 г. 33.16,7 г. 34. т(р-ра Na2S04)//w(p-pa KC1) = 5,72 : 1. 35.* 0,05 моль/дм3. 36.* 0,03 моль/дм3. 37.* а = 10%; c0(HF) = 0,01 моль/дм3. 38.* 3. 39*. 4. 40.* 4.
§ 12. Связь между классами неорганических соединений В настояшем разделе приводятся задания, в которых про- веряются ваши знания по свойствам основных классов неор- ганических соединений: оксидов, кислот, оснований и со- лей. Химические свойства этих классов соединений подроб- но описаны в учебном пособии [3]. Выполняя цепочки химических превращений, следует иметь в виду: а) не все переходы осуществляются в одну ста- дию; б) для реакций ионного обмена следует приводить со- кращенные ионные уравнения; в) в окислительно-восстано- вительных реакциях коэффициенты следует расставлять, пользуясь методом электронного баланса. Ниже показан пример решения типичного задания на эту тему. ПРИМЕР 12-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакций: Си ' > Си(ОН)2 2 > CuS04 3 > 5 > Na2S03 6 > NaHS03 7 > Na2S03 8 > S02. Решение 1. Медь в воде нерастворима, переход осуществляем в две стадии: а) вначале получаем соль, например: СиЧС1°=Си+2С1"; 6 3ак. 3451
152 § №• Связь между классами неорганических соединений Cu°-2e = Cu+2| ll 2 С1°+2е = 2СГ| |1 б) на соль действуем раствором щелочи: CuCl2 + 2KOH = Cu(OH)2i + 2KC1; Cu2+ + 20Н- = Cu(OH)2>l. 2. Обрабатываем гидроксид меди (И) серной кислотой (но не солью серной кислоты!): Cu(OH)2 + H2S04 = CuS04 + 2H20; Cu(OH)2 + 2Н+ = Cu2+ + 2Н20. 3. Из водного раствора сульфата меди (II) вытесняем медь более активным металлом (но не щелочным или щелочнозе- мельным): Cu+2S04 + Zn° = Zn+2S04 + Cu°; Cu+2+2e = Cu°| ll Zn°-2e = Zn+2| |l 4. Растворяем медь в H2S04(kohii.): Cu° + 2H2SO? = Cu+2S04 +SO^ t +2H20; Cu°-2e = Cu+2| ll S+6+2e = S+4 I |l 5. Пропускаем S02 в избыток раствора NaOH: 2NaOH + S02 =Na2S03 + H20; 20H- + S02 = SO*- + H20. 6. Для превращения средней соли (Na2S03) в кислую (NaHS03) обрабатываем первую сернистой кислотой: Na2S03 + H2S03 = 2NaHS03. SO2 -+H2S03 = 2HS03-.
S12. Связь между классами неорганических соединений 163 7. Кислую соль превращаем в среднюю с помощью щелочи: NaHS03 + NaOH = Na2S03 + Н20; hso3_+oh-=so^+h2o. 8. Обрабатываем сульфит натрия раствором сильной кис- лоты (но не прокаливаем!): t° Na2S03 + 2HC1 -= 2NaCl +H20 + S02T; SO3"+2H+=H20 + S02t. I. Закончите уравнения практически осуществимых реак- ций (между растворимыми в воде соединениями реакции протекают в водном растворе): Оксиды 1)А1203+Н20->; 2)Мп207+Ва(ОН)2->-; 3)CaC03+Si02—<-»; 4)Na20 + Cr03->; 5)NO+K20->; 6)Cl205+NaOH->; 7)N20+H20->; 8)ZnO + H20->; 9)CuO + H2S04->; 10)MgO+Cu(OH)2-»; 11) P205 + Ba(OH)2 (изб.)-> 12)CuS+02(H36.)->; 13)FeO + HCl->; 14)CaO + K20->; 15)BaO+P205->; 16)S03+HN03->; 17)CuO+KCl->; 18)Si02+H20->; 19)Si02+NaOH->; 20) Cr03+KOH->.
154 § 12- Связь между классами неорганических соединений Основания 1) Си(ОН)2^->; 2) NaOH + BaS04->; 3) FeS04+Ba(OH)2->; 4) В\С03+КОН->; 5) LiOH + Na20->; 6) КОН(изб.) + С02->; 7) КОН(изб.)+Н3Р04->; 8) FeS+NaOH->; 9) Ba(OH)2(ro6.)+S02-»; 10) Al(OH)3 + H2S04(разб.,изб.)-»; 11) NH3 • Н20(изб.)+С02 ->; 12)NH3H20 + NaCl->; 13)КОН(изб.)+803->; 14) Ва(ОН)2 (изб.) + Н3Р04 ->; 15)Ba(OH)2 + K2S04->; 16)Ca(OH)2+CuCl2->; 17)NaCl+Ba(OH)2->; 18) Fe(OH)3 + НС1(изб.) ->; 19)Cu(OH)2+Na2S04->; 20) Al(OH)3—i-к Кислоты 1) Си + НС1(разб.)->; 2) Fe+H2S04(pa36.)->; 3) KCl + H2S->; 4) KN03 (разб.) + H2S04 (разб.) ->; 5) NaCl(T)+H2S04(kohu,) ->; 6) NaCl + HN03(pa36.)->; 7) Ca(N03)2 + HCl->; 8) Na2C03 + H2S04-»; 9) HCl + AgN03->; 10) CuS+HC!->;
. Связь между классами неорганических 11) FeS04(pa36.)+HN03(pa36.)-»; 12) HN03+P205->; 13) KN03(t)+H2S04(kohu.) ->; 14) K2S04+HCl->; 15) NaF + HCl->; 16) MgCl2(pa36.)+H2S04(pa36.) ->; 17) K2S03 + HCl->; 18) CaC03+HN03->; 19) K2Si03 + H2S04-»; 20) H2S+KOH(ro6.)->. Соли. Средние l)CaCl2+NaHC03->-; 2) BaCl2+K2C03-»; 3) AgN03 + HF->; 4) Ca(OH)2+HF->; 5) K2S04(t)+H2S04(kohu.)->; 6) СаС12 + КОН(изб.)->; 7) CuCl2+H2S-»; 8) Fe(NO,)2 + H2S-»; 9) ZnS04+H2S-»; 10) CuS+HCl-»; 11) ZnS+HCl->; 12) Na2C03+KOH->; 13) NaF + HCl->; 14) ВаС12(разб.)+H2S04(pa36.) -ч>; 15) K2S04+HN03(kohu.)->; 16) Cu(N03)2(pa36.)+H2S->; 17) CuS04+Na2S->; 18) CuS04+Zn-*; 19) AgN03+Cu->; 20) ZnS04+Fe->; 21) NaCl + K->;
156 § 12- Связь между классами неорганических соединений 22) AgN03(pa36.)+ Н3Р04 -»; 23) PbCI2+K2S04->; 24) CuS04 + HN03->; 25) AgNOj + HBr^-; 26) A"gF+HBr->; 27) AgI + HF->; 28) A1(N03)3 + NH3 • H20 (изб.) ->; 29) NaN03+K2S04-»; 30) KN03+HCl-> . Кислые (если необходимо, указаны мольные отношения реагирующих веществ) 31) 2Ва(ОН)2+1Р205->; 32) Ba(OH)2+S02(H36.)->; 33) NaHC03+NaOH->; 34) Ba(HS03)3 + Ba(OH)2 ->; 35) NaHS03 + КОН (изб.) -»; 36) 1Ва3(Р04)2+ЗН3Р04->. ; 37) Ва(Н2Р04)2 +Н3Р04 ->; 38) K2S03+H20+S02->; 39) Ва(Н2Р04)2+1Ва(ОН)2->; 40) Са(Н2Р04)2 +Са(ОН)2 (изб.) -»; 41) NaH2P04+HCl->; 42) К2НР04+Н3Р04->; 43) Са(НС03)2+КС1->; 44) Са(НС03)2 +Са(ОН)2 ->; 45) Ca(HC03)2 +(NH4)2C03 ->; 46) Ва(ОН)2 +Р205 (изб.) ->; 47) КН2Р04+СаС12->; 48) Na2HP04 +Ba(N03)2 ->; 49) СаС12+КНС03->-; 50) NaHC03(T)^^; 51) 1К3Р04 + 1НС1->; 52) КН2Р04 + НС1->;
612. Связь между классами неорганических соединений 157 53) lNa2HP04+lHN03->; 54) 1Са3(Р04)2+4Н3Р04->; 55) ШаН2Р04+ШН3->; 56) KHS03+NH3->; 57) NH3 • Н20 + С02(изб.) ->; 58) S02 + NH3 • Н20 (изб.) ->; 59) K2S + H2S->; 60) NaHS+H2S->; 61) KHS+KOH->; 62) KHS04(t)+KC1->; 63) lK2C03+lHN03->; 64) lNa2S03+lHCl->. Основные (если необходимо, указаны мольные отношения реагирующих веществ). В заданиях № 75—80 найдите коэф- фициенты и формулы неизвестных веществ X. 65) lMg(OH)2+lHCl->; 66) (CuOH)Cl + NaOH->; 67) (CuOH)N03 + HN03 -»; 68) lAlCl3+2NaOH->; 69) lCr(N03)2+lKOH->; 70) 1А1(ОН)2С1 + 1НС1->; 71) [Fe(OH)2]2S04 + КОН (изб.) ->; 72) 1 Fe2 (S04 )3 + lBa(OH)2 -»; 73) lAl2(S04)3+4KOH->; 74) lCr2(S04)3+2KOH->; 75) ?Fe2(S04)3 + ?NaOH -+ ?FeOHS04 + ?X; 76) ?Cr2(S04)*+?NaOH -> ?[Cr(OH)2]2S04 + ? X; 77) ?FeOHS04 + ?KOH ->?[Fe(0H)2]2S04 +?X; 78) ?[Fe(OH)2]2S04 +?H2S04 -> ?(FeOH)S04 + ?H20; 79) ?(A10H)C12 + ?Ba(OH)2 -> ?[Al(OH)2]Cl + ?BaCl2; 80) ?ZnS04 + ?Ba(OH)2 -> ?(ZnOH)2S04 + ? X .
158 § 12- Связь между классами неорганических соединений II. Осуществите превращения... 1. С -> С02 -> NaHC03 -> Na2C03 -> C02. 2. S -> S02 -> K^SOj -> KHS03 -> KjSOj. 3. Си -> Си(ОН)2-> Cu(N03)2 -> СиО -> Си. 4. Р205 -> Н3Р04 -> СаНР04 -> Са(Н2Р04)2 -> Са3(Р04)2. 5. Fe 4 FeCl2 -> Fe(OH)2 -> FeS04 -> Fe. 6. Zn -> ZnO -> Zn(OH)2 -> Zn(N03)2 -> ZnO. 7. CuS -> S02 -> KHS03 -> CaS03 -> S02. 8. S02 -> H2S04 -> CuS04 -> СиО -> Cu(N03)2. 9. S -> CaS03 -> Ca(HS03)2 -> S02 -> IC,S04. 10. S02 -> CaS03 -> S02 -> NaHS03 -> К^э- 11. NaHC03 -» Na2C03 -> NaCl -> NaHS04 -> Na2S04. 12. К -> КОН -> KC1 -> KNO3 -> KjSO, -> KC1. 13. Na20 -> Na2S04 -> NaOH -> Na2S04 -> NaN03. 14. Al -> AICI3 -» Al(OH)3 -> A1203 -> A1(0H)3. 15. Cu(N03)2 -> Си -> CuClj -> CuS04 -> CuS. 16. Fe -> FeS04 -> Fe(OH)2 -> Fe -> Fe(OH)3. 17. Fe -> Fe(OH)2 -> FeCl2 -> Fe(N03)2 -> Fe. 18. Fe(N03)3 -> Fe203 -> FeCl3 -> Fe -> Fe(N03)2. 19. CuO -> CuS04 -> Cu(OH)2 -> СиО -> Си. 20. MgC03 -> MgO -> MgCl2 -> Mg(OH)2 -> Mg(N03)2. 21. Mg -> Mg(OH)2 -> MgS04 -> MgC03 -> Mg(HC03)2. 22. CaO -> Ca(OH)2 -> CaCl2 -> CaC03 -> C02. 23. CaC03 -> Ca(HC03)2 -> CaCl2 -> Ca(N03)2 -> 02. 24. FeS -> Fe203 -> Fe(OH)3 -> Fe2(S04)3 -> FeCl3. 25. KC1 -> К,804 -> KOH -> KjCOj -> KOH. 26. CuS -> CuO -> Cu(OH)2 -> CuS04 -> Си. 27. Fe -> Fe(OH)3 -> Fe(N03)3 -> FeCl3 -> Fe2(S04)3. 28. CuS04 -> CuO -> Cu(N03)2 -> CuO -> CuS. 29. ZnS -> H2S -> S02 -> Na2S04 -> NaOH. 30. Al -> Al(OH)3 -> A12(S04)3 -» АЦО, -> Al(OH)3. 31. CaCl2 -> CaC03 -> Ca(HC03)2 -> СаСОэ -> CaSi03. 32. S -> ZnS -> H2S -^ Ca(HS03)2 -> S02. 33. Na2S04 -> NaCl -> HCl -> CaCl2 -> Ca(N03)2. 34. Na2S03 -> S02 -> H2S04 -> HCl -> FeCl2.
х 12. Связь между классами неорганических соединений 159 35. С -» Na2C03 -» СаС03 -> CaSi03 -» H2Si03. 36. Р -> Р205 -> Са(Н2Р04)2 -> СаНР04 -> Н3Р04. 37. А1 -> А1203 -» А1(ОН)3 -> AlClj -> A1(N03)3. 38. НС1 -» CuCl2 -» Cl2 -» HC1 -» H2. 39. P205 -* Na2HP04 -> Na3P04 -> Ca3(P04)2 -> CaS04. 40. NH3 -> NH4C1 -* NH3H20 -» NH4HC03 -» NH3. 41. NH4C1 -> KC1 -> HC1 -» CuCl2 -> Cu(OH)2. 42. NH3 -* NH4H2P04 -» (NH4)2HP04 -> NH3 -> NH4N03. 43. KOH -» KHC03 -» KjCOj -» C02 -> Ca(HC03)2. 44. Na -> NaOH -4 NaHC03 -» Na2S04 -> NaOH. 45. KNO3 -» I^SO, -> KC1 -> KNO3 -» KN02. 46. CI, -> KC1 -> KjS04 -» KNO3 -* KHS04. 47. FeS04 -> FeS -» S02 -» KHS03 -» K2S04. 48. KOH -* Cu(OH)2 -» CuS04 -» Cu(OH)2 -> Cu. 49. Fe203 -> FeCl3 -> Fe(OH)3 -> Fe(N03)3 -> Fe203. 50. Al -» A1203 -> A1(N03)3 -» A1203 -> Al(OH)3. 51. CaO -» CaC03 -» CaSi03 -> Ca(N03)2 -> 02. 52. Cu -» Cu(OH)2 -» Cu -> CuS04 -> CuCl2. 53. H2S -> S02 -» ZnS04 -» ZnS -> ZnO. 54. Cl2 -» NaCl -> HC1 -» CuCl2 -» CuO. 55. Cl2 -> FeCl3 -> Fe203 -> Fe(OH)3 -» Fe(N03)3. 56. P205 -» Ca3(P04)2 -> H3P04 -» CaHP04 -» Ca(H2P04)2. 57. ZnS -» ZnO -> Zn -» ZnCl2 -» Zn(N03)2. 58. ZnO -» ZnS04 -» Zn(N03)2 -» ZnO -> Zn(OH)2. 59. H3P04 -> NH4H2P04 -> (NH4)2HP04 -» Na3P04 -» -» Ca3(P04)2. 60. CaC03 -» Na2C03 -» Na3P04 -» NaH2P04 -» Ca3(P04)2. 61. CaCl2 -» CaS03 -» Ca(OH)2 -> CaCl2 -> Ca(N03)2. 62. NaOH -> Na2C03 -» NaHS04 -» NaN03 -> NaHS04. 63. Na2Si03 -> Na2C03 -» Na2S04 -» NaCl -» Na2S04. 64. KN03 -» KHS04 -» K^SO, -» KCl -» KOH. 65. Si02 -> KjSiOj -> H2Si03 -> Si02 -> CaSi03. 66. Cu -> CuCl2 -> Cu(N03)2 -» 02 -» P205. 67. Ca(N03)2 -> 02 -> Si02 -» H2Si03 -* Si02. 68. P -> H3P04 -> Ca3(P04)2 -> CaHP04 -> Ca(H2P04)2. 69. CuSQ4 -» Cu -» CuS -» CuO -> CuCl2.
170 § 12- Связь между классами неорганических соединений 70. Al -» A12(S04)3 -» А1(ОН)3 -» А1С13 -» A1(N03)3. 71. S -> S03 -> H2S04 -» KHS04 -> BaS04. 72. N205 -> HN03 -> Cu(N03)2 -> CuO -> Cu(OH)2. 73. Al -» A1203 -» Al(OH)3 -» A12(S04)3 -» A1(N03)3. 74. Ca -> Ca(OH)2 -» Ca(HC03)2 -» CaO -* CaCl2. 75. NH3>H20 -» NH4C1 -» NH3 -> NH4HC03 -> (NH4)2C03. 76. Cu(OH)2 -» H20 -» HN03 -» Fe(N03)3 -> Fe. 77. S02 -» Ca(HS03)2 -> CaCl2 -» Ca(OH)2 -> Ca(HC03)2. 78. NHj-HjO -* NH4HC03 -> CaC03 -* CaSi03 -> CaCl2. 79. CuS04 -> Cu -> CuO -> Cu(OH)2 -» Cu. 80. Fe(OH)3 -> Fe -> FeCl3 -» Fe(N03>3 -» Fe. 81. MgO -> MgCl2 -> (MgOH)Cl -> MgCl2 -> MgS04. 82. Cu -» Cu(OH)2 -> (CuOH)Cl -> Cu(OH)2 -» Cu. 83. Al(N03)3:-> [Al(OH)2]N03 -» Al(OH)3 -» A10H(N03)2 -4 -> A1(N03)3. 84. Fe -> Fe304 -> FeCl2 -» Fe -» FeCl3. 85. H2S04 -» S03 -> NaHS04 -» К,804 -> KBr. 86. FeCl3 -> [Fe(OH)2]2S04 <-> Fe2(S04)3 о FeOHS04 о <-» Fe(OH)3. 87. CuS04<-> (CuOH)2S04 <-> Cu(OH)2 -> (CuOH)N03 -> ->CuO. 88. NH3H20 -» (NH4)2S04 -> NH3 -> NH4C1 -» NH4N03. 89. KHC03 -» KOH -> KjC03 -> CaC03 -> Ca(OH)2. 90. NH4H2P04 -» Na3P04 -> NaOH -> NaHS -> NaCl. 91. NH4H2P04 -» NH4NaHP04 -> Na3P04 -> NaN03 -> -» NaN02 -» HN02. 92. NaHS -> Na2S04 -> NaOH -» NaHS03 -> Na2S04. 93. (CuOH)2C03 -» CuS04 -» CuS -» CuO -> (CuOH)2S04. 94. Na2HP04 -» Ca3(P04)2 -» H3P04 -4 BaHP04 -> Na3P04. 95. NaHS03 -» NaOH -> NH3 -> (NH4)2HP04 -> Ba3(P04)2. 96. CuCl2 -» CuS -> S03 -» Na2S04 -> Na2C03 -> NaOH. 97. Si02 -» CaSi03 -» Si02 -» H2Si03 -> Na2Si03. 98. KH2P04 -> KNH4HP04 -» NH3 -» NH4HC03 -> C02. 99. K2HP04 -» CaHP04 -> H3P04 -» NaNH4HP04 -» -» (NH4)2S04. 100. Zn(OH)2 -> Zn -» ZnS -» S03 -> X -» S02.
§ \2, Связь между классами неорганических соединений 171 101. Cu(N03)2 -* X, -> CuCl2 -» \ -> Cu(OH)2. 102. MgS04 -» X, -> MgI2 -> X, -> Mg(OH)2. 103. Mg(N03)2 -» X, -> X, -» Mg(N03)2. 104. FeS -» X, -> \ -* FeS: а) все реакции обменные; б) все реакции окислительно-восстановительные. 105. ZnO -> X, -> Xj -» ZnO: а) все реакции обменные; б) все реакции окислительно-восстановительные. 106. СиВг2 -» X, -> Xj -» CuBr2: а) все реакции обменные; б) первые две реакции окислительно-восстановительные, последняя — обменная. 107. СиС12 -» X, -> Си(ОН)2 -> X, -> CuCl,. 108. A1(N03)3 -» X, -» А1(ОН)3 -> Xj -> А1203. 109. Ca(HS03)2 -» X -» S02 -> Y -» K,S03 -» Z -» BaS04. ПО. Определите качественный и количественный состав веществ, полученных при взаимодействии: 1) 1 моль КОН и 1,5 моль Р205; 2) 0,3 моль КОН и 0,1 моль Р205; 3) 8,0 моль NaOH и 1,0 моль Р205; 4) 0,6 моль Ва(ОН)2 и 0,9 моль Р205; 5) 3,0 моль Ва(ОН)2 и 1,5 моль Р205; 6) 3,0 моль КОН и 1 моль S02; 7) 2,0 моль Ва(ОН)2 и 3,0 моль Н3Р04; 8) 1,0 моль Ва(ОН)2 и 1,0 моль Н3Р04; 9) 2,0 моль Ва(ОН)2 и 3 моль КНС03; 10) 0,5 моль Са(ОН)2 и 1 моль KHS03; 11) 0,6 моль Ва(НС03)2 и 3,5 моль КОН; 12) 0,2 моль Са(НС03)2 и 0,3 моль NaOH; 13) 0,8 моль Ва(ОН)2 и 0,3 моль Р205; 14) 0,1 моль Ва3(Р04)2 и 0,2 моль H2S04; 15) 0,2 моль IC,C03 и 0,15 моль НС1; 16) 0,3 моль А1С13 и 0,8 моль NaOH; 17) 0,1 моль CuS04 и 0,15 моль КОН; 18) 0,2 моль Fe2(S04)3 и 0,7 моль КОН;
172 §12. Связь между классами неорганических соединений 19) 0,8 моль Н3Р04 и 0,7 моль К,0; 20) 0,3 моль Са3(Р04)2 и 0,18 моль Н3Р04; 21) 0,2 моль Н3Р04 и 0,3 моль ВаО; 22) 0,15 моль Н3Р04 и 0,25 моль NH3; 23) 0,2 моль Са3(Р04)2 и 0,3 моль H2S04; 24) 0,15 моль СаНР04 и 0,25 моль Н3Р04; 25) 0,25 моль Си(ОН)2 и 0,15 моль H2S04; 26) 0,10 моль А1С13 и 0,15 моль КОН; 27) 0,20 моль CuS04 и 0,30 моль КОН; 28) 0,15 моль Fe2(S04)3 и 0,25 моль Ва(ОН)2; 29) 0,15 моль К3Р04 и 0,25 моль Н3Р04; 30) 0,25 моль (A10H)S04 и 0,35 моль КОН. III. Осуществите превращения согласно схемам реакций: 1) Mg(HC03)2 2) FeCl3 MgO; Fe203 ; 3) А12Оэс X »-Al203 4) Fe304 Л КОН „ разб., изб. _AgNO^ D изб.
$ 12. Связь между классами неорганических соединений 173 ? -► FeSC>4N. J> X *Y ► Fe(OH)3 ; rA- кон кон 5) К3Р04 -^< AgNQ3 > /° р-р - ... р-р ВаСЬ » AgNQ3 Р-Р - 6)^0(1 МОТТк) +Н20(изб.) > А +2мольС02 ) Р -н! моль NaOH ) ♦ 1)¥^СОг (1мгшт.) +НС1(р-р)изб. ) А -ИмольВа(ОН)2 ) К +0,5мольСО2 у 8)FeCl (} M™Jh) +2мольЫаОН(р-р) А +1мольНС1 ) R +1 мольВа(ОН)2 у Q) A1 (1 МОТТЬ.) + H2SQ4 (разб.) юб. Д + 0,5 моль Ва(ОН)2 ft +1 моль КОН ^ . 10) Ва(НС03)2 (1 МОЛЬ) + 2мольЫаОН(р-р) ^ -ЫмольСаС12 ) +1мольСаС12 g +С02(изб.) > 11) Ba(HS03)2 (1 моль) +* моль кон ) +im№koh ) р-р +1,5 моль НС1 Р-Р -», 12) Ва(НС03)2 (1 мол^ААмол^КОН. 0,7 моль HNCb а КОН гА -z—► изб. Lr СаСЬ /°
i 0?^ш\ § 13. Задачи по разделу «Оксиды», %^&П&М «Основания», «Кислоты», «Соли» \. ж^^ОЩр ■ * Set T Цель задач настоящего раздела состоит в том, чтобы зак- репить ваши знания о связи между основными классами не- органических соединений. Все методические приемы реше- ния этих задач рассмотрены ранее. 1. При пропускании избытка сероводорода через 16,0 г ра- створа сульфата меди (II) получено 1,92 г осадка. Найдите массовую долю сульфата меди в использованном растворе и объем израсходованного сероводорода. 2. Для полного осаждения меди в виде сульфида из 291 см3 раствора сульфата меди (II) (w = 10 %) был использован газ, полученный взаимодействием 17,6 г сульфида железа (II) с избытком соляной кислоты. Найдите плотность исходного раствора сульфата меди. 3. Газ, выделенный при взаимодействии избытка раство- ра K^S с разбавленной серной кислотой, пропущен через из- быток раствора нитрата свинца (II). Полученный осадок имеет массу 71,7 г. Найдите объем прореагировавшей серной кислоты, если ее w = 25 %, р = 1,176 г/см3. 4. К раствору, содержащему 8,00 г сульфата меди (II), при- бавили раствор, содержащий 4,68 г сульфида натрия. Оса- док отфильтровали, фильтрат выпарили. Определите массы веществ в фильтрате после выпаривания и массу осадка суль- фида меди. 5. Некоторую массу сульфида железа (II) обработали избыт- ком соляной кислоты. Полученный газ в реакции с 12,5 см3
$J3. Задачи по разделу «Оксиды», «Основания», «Кислоты», «Соли» 175 раствора NaOH (w = 25 %, р = 1,28 г/см3) образовал кислую соль. Найдите массу исходного сульфида железа. 6. Сульфид железа (II) массой 176 г обработали избытком соляной кислоты, а полученный газ сожгли в избытке воздуха. Какой объем раствора КОН (w = 40 %, р = 1,4 г/см3) нужен для полной нейтрализации полученного при сжигании газа? 7. При обжиге 100 г технического пирита получили газ, которым полностью нейтрализовали 400 см3 раствора NaOH (w = 25 %, р = 1,28 г/см3). Определите массовую долю при- месей в пирите. 8. К 2,00 г смеси железа, оксида железа (II) и оксида железа (III) добавили 16 см3 раствора НС1 (w = 20 %, р = 1,09 г/см3). Для нейтрализации избытка кислоты нужно 10,8 см3 раство- ра NaOH с w = 10 % (р = 1,05 г/см3). Найдите массы веществ в смеси, если объем выделенного водорода равен 224 см3 (н.у). 9. Имеется смесь Са(ОН)2, СаС03 и BaS04 массой 10,5 г. При обработке смеси избытком соляной кислоты выдели- лось 672 см3 (н.у.) газа, а в реакцию вступило 71,2 г кислоты с w(HCl) = 10 %. Определите массы веществ в смеси. 10. Имеется смесь хлорида бария, карбоната кальция и гидрокарбоната натрия. При растворении 10 г этой смеси в воде нерастворимый остаток равен 3,5 г. При прокаливании 20 г исходной смеси масса ее уменьшается на 5,2 г. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси. 11. Имеется раствор, содержащий одновременно серную и азотную кислоты. Для полной нейтрализации 10,0 г этого раствора расходуется 12,5 см3 раствора КОН (w = 19 %, р = =1,18 г/см3). При добавлении к 20,0 г этой же смеси раствора кислот избытка хлорида бария выпадает 4,66 г осадка. Най- дите массовые доли кислот в смеси. 12. Весь хлороводород, полученный из 100 г смеси КС1 и KN03, растворили в 71,8 см3 воды. При прокаливании 100 г этой же смеси солей остается 93,6 г твердого остатка. Найдите массовую долю хлороводорода в воде.
176 § 13. Задачи по разделу «Оксиды», «Основания», «Кислоты», «Соли» 13. При пропускании 2 м3 воздуха (н.у.) через раствор Са(ОН)2 получено 3 г осадка соли угольной кислоты. Найди- те объемную и массовую доли С02 в воздухе. 14. Углекислый газ пропускают через суспензию, содер- жащую 50,0 г СаС03. В реакцию вступило 8,96 дм3 газа (н.у.). Какая масса GaC03 осталась в твердой фазе? 15. При добавлении воды к СаО его масса возросла на 30 %. Какая часть СаО (в % по массе) была погашена? 16. Оксид свинца (II) массой 18,47 г нагрели в токе водо- рода. После реакции масса полученного свинца и непрореа- гировавшего оксида составила 18,07 г. Какая масса оксида свинца не вступила в реакцию? 17. Угарный газ пропущен через оксид железа (III) при на- гревании. Масса твердого остатка после реакции на 2 г мень- ше исходной массы оксида железа. Какой объем СО вступил в реакцию (оксид восстанавливается полностью)? 18. Имеется 8,96 дм3 (н.у.) смеси N2, C02 и S02 с относи- тельной плотностью по водороду 25. После ее пропускания через избыток раствора КОН объем смеси уменьшился в 4 раза. Найдите объемы газов в исходной смеси. 19. В двух стаканах находится по 100 г раствора НО с w = 2,5 %. В один стакан добавили 10 г СаС03, в другой - 8,4 г MgC03. Как будет отличаться масса стаканов после реакции? 20. Какой объем (н.у.) сернистого газа надо пропустить через 200 см3 раствора с w(NaOH) = 0,1 % (р = 1 г/см3), чтобы полу- чить кислую соль? 21. Какой максимальный объем (н.у.) углекислого газа может поглотать 25 см3 раствора с w(NaOH) = 25 % (р = 1,1 г/см3)?* 22. Каким минимальным объемом раствора с w(KOH) = 20 % (р = 1,19 г/см3) можно поглотать весь углекислый газ, получен- ный при полном восстановлении 23,2 г магнетита угарным газом? * Растворимостью С02 в Н20 здесь и в других задачах можно пренебречь.
§ 13. Задачи по разделу «Оксиды», «Основания», «Кислоты», «Соли» \]~/ 1Ъ. Какая минимальная масса КОН должна прореагиро- вать с 24,5 г ортофосфорной кислоты, чтобы продуктом был только дигидрофосфат калия? 24. Какую минимальную массу Са(ОН)2 надо добавить к 16 г раствора гидрокарбоната кальция с массовой долей соли 5 % для получения средней соли? 25. Какую массу гидрофосфата калия надо добавить в ра- створ, содержащий 12,25 г Н3Р04, чтобы после этого раствор содержал только дигидрофосфат калия? 26. В растворе в виде суспензии содержалось 56,1 г смеси карбонатов Са и Mg. Для превращения их в гидрокарбона- ты затратили весь углекислый газ, полученный сжиганием 7,00 дм3 (н.у.) этана. Найдите массу карбоната кальция в ис- ходной смеси. 27. Чтобы перевести в среднюю соль 9,5 г смеси гидро- и дигидрофосфата натрия, нужно 10 см3 раствора с w(NaOH) = = 27,7 % (р = 1,3 г/см3). Найдите массу гидрофосфата в смеси. 28. При пропускании углекислого газа через раствор, со- держащий 6 г NaOH, получили 9,5 г смеси кислой и средней солей. Найдите объем затраченного углекислого газа. 29. После пропускания 11,2 дм3 (н.у.) С02 через раствор КОН получили 57,6 г смеси кислой и средней солей. Найди- те массу средней соли. 30. Какую массу ортофосфорной кислоты надо нейтрализо- вать, чтобы получить 1,2 г дигидро- и 4,26 г щдрофосфата натрия? 31. К раствору серной кислоты прибавили NaOH и получи- ли 3,6 г гидро- и 2,84 г сульфата натрия. Определите химичес- кие количества кислоты и щелочи, вступивших в реакцию. 32. После пропускания хлороводорода через 200 см3 ра- створа NaOH с массовой долей его 10 % (р = 1,1 г/см3) массо- вая доля NaOH в полученном растворе снизилась вдвое. Оп- ределите массовую долю NaCl в образовавшемся растворе.
178 § 13. Задачи по разделу «Оксиды», «Основания», «Кислоты», «Соли» 33. На растворение 14,4 г смеси меди и ее оксида (II) зат- рачено 48,5 г раствора с w(HN03) = 80 %. Найдите массовые доли меди и оксида в исходной смеси. 34. Оксид натрия массой 6,2 г растворили в 100 см3 воды и получили раствор № 1. Затем к этому раствору прибавляли соляную кислоту (w = 10 %) до тех пор, пока среда не стала нейтральной, и получили раствор № 2. Определите: а) мас- совые доли веществ в растворах №1,2; б) массу раствора НС1, пошедшую на нейтрализацию раствора № 1. 35. Взаимодействуют 3,00 г цинка с 18,69 см3 раствора НС1 (w= 14,6 %, р = 1,07 г/см3). Полученный газ при нагре- вании пропускают над раскаленным СиО массой 4,0 г. Ка- ким минимальным объемом соляной кислоты (н> = = 19,6%,р=1,14 г/см3) надо обработать полученную смесь для вьщеления из нее металлической меди? Какая масса меди при этом получается? 36. Газ, вьщелившийся после обработки гидрида кальция из- бытком воды, пропустили над FeO. В результате масса оксида уменьшилась на 8 г. Найдите массу СаН2, обработанную водой. 37. При прокаливании образца СаС03 его масса уменьши- лась на 35,2 %. Твердые продукты реакции растворили в из- бытке соляной кислоты и получили 0,112 дм3 (н.у.) газа. Оп- ределите массу исходного образца карбоната кальция. 38. Разложили нитрат меди, а полученный оксид меди (II) полностью восстановили водородом. Полученные при этом продукты пропустили через трубку с Р205, причем масса труб- ки после этого возросла на 3,6 г. Какой минимальный объем серной кислоты с w(H2S04) = 88 % (р = 1,87 г/см3) нужен для растворения полученной в опыте меди и какова масса разло- жившейся соли? 39. При поглощении оксида азота (IV) избытком раствора КОН на холоде в отсутствии кислорода получено 40,4 г KN03. Какое вещество еще образовалось и какова его масса?
S13. Задачи по разделу «Оксиды», «Основания», «Кислоты», «Соли» 179 40. Для нейтрализации 400 г раствора, содержащего соля- ную и серную кислоты, израсходовано 287 см3 раствора ед- кого натра с w(NaOH) = 10 % (р = 1,115 г/см3). Если к 100 г исходного раствора прилить избыток раствора хлорида ба- рия, то выпадет 5,825 г осадка. Определите массовые доли кислот в исходном растворе. 41. После пропускания углекислого газа через раствор гид- роксида натрия получили 13,7 г смеси средней и кислой со- лей. Для превращения их в хлорид натрия нужно 75,0 г соля- ной кислоты с w(HCl) = 10 %. Найдите объем поглощенного углекислого газа. 42. Смесь соляной и серной кислот с общей массой ра- створа 600 г с одинаковыми массовыми долями кислот обра- ботали избытком гидрокарбоната натрия и получили 32,1 дм3 газа (н. у.). Найдите массовые доли кислот в исходной смеси. 43. Для нейтрализации 1 дм3 раствора NaOH израсходова- но 66,66 см3 раствора HN03 (w = 63 %, р = 1,5 г/см3). Какой объем раствора серной кислоты (w = 24,5 %, р = 1,2 г/см3) потребовался бы для нейтрализации того же количества ще- лочи? 44. В каком объемном соотношении следует взять раствор серной кислоты (w = 5 %, р = 1,03 г/см3) и раствор гидрокси- да бария (w = 5 %, р = 1,1 г/см3) для полной нейтрализации? Ответ представьте как частное от деления объема раствора щелочи на раствор кислоты. 45. Рассчитайте минимальный объем раствора аммиака (р = = 0,9 г/см3, w = 25 %), который необходим для полного погло- щения углекислого газа, полученного при разложении 0,5 кг природного известняка с массовой долей карбоната кальция, равной 92 %. 46. Для полного превращения 2,92 г смеси гидроксида и карбоната натрия в хлорид натрия нужно 1,344 дм3 хлорово- дорода (н.у). Найдите массу карбоната натрия в смеси.
130 § 13. Задачи по разделу «Оксиды», «Основания», «Кислоты», «Соли» 47. К 25 г раствора сульфата меди (II) (w = 16 %) прибавили некоторое количество раствора гидроксида натрия (w = = 16 %). Образовавшийся осадок отфильтровали, после чего фильтрат имел щелочную реакцию. Для полной нейтрализа- ции фильтрата потребовалось 25 см3 раствора серной кисло- ты с молярной концентрацией кислоты 0,1 моль/дм3. Вычис- лите массу прибавленного раствора гидроксида натрия. 48. Вещество, полученное при полном восстановлении СиО массой 15,8 г водородом объемом 11,2 дм3 (н.у), растворили при нагревании в концентрированной серной кислоте. Какой объем газа (н.у.) выделился в результате реакции? 49. Для полной нейтрализации 50 см3 соляной кислоты с w(HCl) = 20 % (р = 1,10 г/см3) был использован раствор гид- роксида калия с w(KOH) = 20 %. Какое химическое количе- ство воды содержится в полученном растворе? 50.1аз, полученный при пропускании избытка С02 над 0,84 г раскаленного угля, направлен в реакцию с 14,0 г нагретого окси- да меди (II). Какой объем раствора азотной кислоты (w = 63 %, р = 1,4 г/см3) нужен для полного растворения полученного в последней реакции вещества? 51. При прокаливании нитрата меди (II) масса соли умень- шилась на 6,5 г. Какая масса соли подверглась разложению? 52. При действии избытка соляной кислоты на смесь алю- миния с неизвестным одновалентным металлом выделилось 6,72 дм3 (н.у.) газа, и масса смеси уменьшилась вдвое. При обработке остатка разбавленной азотной кислотой вьщелилось 0,373 дм3 (н.у.) NO. Определите неизвестный металл. 53. Масса образца мела равна 105 г, а химическое количе- ство атомарного кислорода в его составе равно 1 моль. Опре- делите массовую долю СаС03 в образце мела (кислород вхо- дит только в состав карбоната кальция). 54. При взаимодействии оксида серы (VI) с водой получи- ли раствор с w(H2S04) = 25 %. При добавлении к этому ра-
£7J. Задачи по разделу «Оксиды», «Основания», «Кислоты», «Соли» -jg-j створу избытка Ва(ОН)2 выпал осадок массой 29,13 г. Какие массы S03 и Н20 были затрачены на образование раствора кислоты? 55. При пропускании S02 через 200 г раствора с w(NaOH) = = 16% образовалась смесь солей, в том числе 41,6 г кислой соли. Какая масса серы, содержащей 4,5 % примесей по массе, ис- пользовалась для получения S02? Какова масса средней соли? 56. На взаимодействие с 80 г раствора Ca(N03)2 понадо- билось 50 г раствора Na2C03. Выпавший осадок отделили, при обработке его избытком соляной кислоты выделилось 2,24 дм3 (н.у.) газа. Каковы массовые доли солей в исходных растворах? Какова массовая доля нитрата натрия в растворе после отделения осадка? 57. При взаимодействии Zn с H2S04 образовалось 10 дм3 (н.у.) смеси S02 и H2S с относительной плотностью по арго- ну 1,51. Какое химическое количество Zn растворили? Како- ва массовая доля S02 в смеси газов? 58. Для получения раствора Na^Oj в раствор с w(NaHS03) = 8 % (р = 1,084 г/см3) объемом 496,2 см3 внесли точно рассчитан- ное количество NaOH (т). Определите w(Na2S03) в получен- ном растворе. Ответы 1. 20 %; 0,448 дм3. 2. 1,1 г/см3. 3. 100 см3. 4. 4,8 г CuS; 0,78 г Na2S; 7,1 г Na2S04. 5. 8,8 г. 6.400 см3. 7. 4 %. 8. 0,56 г Fe; 0,69 г FeO и 0,75 г Fe203. 9. 3,0 г СаС03; 5,0 г Са(ОН)2 и 2,5 г BaS04. 10. 36 % ВаС12; 35 % СаС03; 29 % NaHC03. П. 9,8 % H2S04; 18,9 % HN0312.28,9 %. 13. w = 0,05 %; cp = 0,034 %. 14.10 г. 15.93,3%. 16.12,90 г. 17.2,8 дм3.18.2,24 дм3 N2; 2,24 дм3 С02 и 4,48 дм3 S02. 19. Первый на 1,6 г тяжелее. 20. 0,112 дм3. 21. 3,85 дм3. 22. 94,1 см3. 23.14 г. 24.0,37 г. 25.21,75 г. 26.22,5 г. 27.7,1 г. 28. 2,24 дм3.29.27,6 г. 30.3,92 г. 31. 0,05 и 0,07 моль соответственно. 32. 6,7 %. 33. 47 % Си; 53 % СиО. 34. а) 7,6 %; 6,6 %; б) 73 г. 35. 3,26 см3; 2,56 г. 36.10,5 г. 37. 2,5 г. 38. 24,7 см3. 39. 34 г KN02. 40. 2,45 % H2S04; 5,48 % HCl. 41. 3,36 дм3. 42. 5 % НС1 и 5 % H2S04. 43.166,7 см3. 44. V(Ba(OH)2)/V(H2S04) = 1,64. 45.715,6 см3. 46. 2,1 г. 47. 13,75 г. 48. 4,41 дм3. 49. 6,5 моль. 50. 40 см3. 51.11,3 г. 52. Ag. 53. 31,7 %. 54.10 г S03; 39 г Н20. 55.20,1 г S; 25,2 г Na2S03. 56.20,5 % Ca(N03)2; 21,2 % Na2C03; 14,2 % NaN03. 57. 0,61 моль Zn; 93,2 % S02. 58.9,4 %.
§ 14. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия Для решения задач и цепочек химических превращений на эту тему необходимо учитывать, что оксиды и гидрокси- ды Al, Zn и Be обладают амфотерными свойствами, т. е. мо- гут взаимодействовать как с кислотами, так и со щелочами. Ниже приведены уравнения реакций этих соединений с растворами щелочей на примере КОН; также даны уравне- ния реакций металлов Al, Zn и Be с раствором КОН. 2А1 + 6КОН + 6Н20 = 2К3[А1(ОН)6] + ЗН2Т; Zn + 2KOH + 2Н20 = Кз[гп(ОН)4] + H2t; Be + 2КОН + 2Н20 = К2[Ве(ОН)4] + H2t; А1203 + 6КОН + ЗН20 = 2К3[А1(ОН)6]; ZnO + 2KOH + 2Н20 = K,[Zn(OH)4]; ВеО + 2КОН + 2Н20 = К2[Ве(ОН)4]; А1(ОН)3 + ЗКОН = К3[А1(ОН)6]; Zn(OH)2 + 2KOH = K2[Zn(OH)4]; Ве(ОН)2 + 2КОН = К,[Ве(ОН)4]. Алюминий, цинк, бериллий, их оксиды и гидроксиды вза- имодействуют также с твердыми щелочами при сплавлении: 2А1 + 6КОН(т) = 2КА102 + 2К.0 + ЗН2Т; t° Zn + 2KOH(T) = KjZnOj + H.t;
£ 14. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия -|33 Ве + 2К0Н(т) = К^ВеОз + Н^; /° А1203 + 2К0Н(т) = 2КА102 + Н20; /° AIjOj + KjO = 2КАЮ2; ZnO + 2KOH(T) = ICjZnOj + HjO; ZnO + I^O^: KjZnO,; /° ВеО + 2КОН(т) = К,Ве02 + Н20; /° BeO + KjO = KjBeOjj /° А1(ОН), + КОН(т) = КАЮ2 + 2Н20; t° 2Al(OH), + KjO = 2КА102 + ЗН20; Zn(OH)2 + 2КОН(т) = K.ZnOj + HjO; t° Zn(OH)2 + 1^0 = KjZnO, + H20; Be(OH)2 + 2К0Н(т) = KjBe02 + 2H20. Полученные в этих реакциях соли обладают рядом спе- цифических свойств, например, разлагаются кислотами. Следует обратить внимание, что состав полученных продук- тов зависит от соотношения химических количеств соли и кислоты. Реакции с избытком соли В этом случае образуются гидроксиды Al, Zn и Be: К3[А1(ОН)6] + ЗНС1 = ЗКС1 + А1(0Н),1 + ЗН20; КА102 + НС1 + Н20 = КС1 + А1(0Н)31; K2[Zn(OH)4] + 2НС1 = 2КС1 + Zn(OH)2l + 2Н20;
184 § №. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия l^ZnOj + 2НС1 = 2КС1 + Zn(OH)24; К2[Ве(ОН)4] + 2НС1 = 2КС1 + Be(OH)2i + 2Н20; K^BeOj + 2НС1 = 2КС1 + Ве(ОН)24. Реакции с избытком кислоты В этом случае образуются соответствующие соли Al, Zn и Be: К3[А1(ОН)6] + 6НС1 = ЗКС1 + А1С13 + 6Н20; КА102 + 4НС1 = КС1 + А1С13 + 2Н20; KJZntOHX,] + 4НС1 = 2КС1 + ZnCl2 + 4Н20; l^ZnOj + 4НС1 = 2КС1 + ZnCl2 + 2Н20; K2[Be(OH)J + 4НС1 = 2КС1 + ВеС12 + 4Н20; I^BeO, + 4НС1 = 2КС1 + ВеС12 + 2Н20. При промежуточных соотношениях химических коли- честв комплексной соли и кислоты образуются основные соли. Покажем это на примере реакции между Na3[Al(OH)6] и H2S04: а) мольное отношение реагентов 2:3(1:1,5): 2Na3[Al(OH)6] + 3H2S04 = 3Na2S04 + 2Al(OH)3i + 6H20. б) мольное отношение 2 :6 (1:3), т.е. взят избыток кислоты: 2Na3[Al(OH)6] + 6H2S04 = 3Na2S04 + A12(S04)3 + 12H20. Промежуточные мольные отношения, например: в) мольное отношение 2:4(1:2): 2Na3[Al(OH)6] + 4H2S04 = 3Na2S04 + [Al(OH)2]2S04 + 8H20; г) мольное отношение 2:5 (1:2,5): 2Na3[Al(OH)6] + 5H2S04 = 3Na2S04 + 2(A10H)S04 + 10H2O. При других мольных соотношениях могут образовывать- ся смеси: Na2S04 + [Al(OH)2]2S04 + Al(OH)3 или Na2S04 + A10HS04 + [Al(OH)2]2S04.
S 14. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия 185 При нагревании комплексные соли теряют воду и превра- щаются в средние соли: t° Na3[Al(OH)6] = NaA102 + 2NaOH + 2Н20; t° Kjzn(OH)j = к^по. + гнр. Особенности решения заданий на эту тему иллюстрируем на двух примерах. ПРИМЕР 14-1. Осуществите превращения по схемам ре- акций: AI _L_> Кз[А1(ОН)6] _*_> А1(ОН)3 _2_» _L_> KA102 _JL_> К,[А1(ОН)6]. Решение 1. 2А1° + 6КОН + 6Н2'0 = 2Кз[АГ3(ОН)6] + 3H2t, А1°-Зе = А1+3| |2 2Н++2е = Н°| |3 2. Кз[А1(ОН)6] + ЗНС1 = ЗКС1 + А1(ОН)34 + ЗН20; [А1(ОН)6]3- + ЗН+ = Al(OH)3i + ЗН20. 3. А1(ОН)3 + КОН(т) = КА102 + 2Н20. 4. а) КА102 + НС1 + Н20 = КС1 + Al(OH)3i, А102 + Н+ + Н20 = А1(ОН),4, б) А1(ОН)3 + ЗКОН = К3[А1(ОН)6], А1(ОН)3 + ЗОН- = [А1(ОН)6]3". ПРИМЕР 14-2.* К раствору, содержащему 6,84 г A12(S04)3, прибавили раствор, содержащий 8,4 г NaOH. Определите массу полученного при этом осадка.
185 § 14. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия Решение Записываем уравнение реакции образования гидроксида алюминия (осадок): A12(S04)3 + 6NaOH = 2А1(ОН)31 + 3Na2S04; M[A12(S04)3] = 342 г/моль; M(NaOH) = 40 г/моль; М[А1(ОН)3] = 78 г/моль. Проводим расчеты: W[Al2(SO4)3] = |^ = 0,02 '{моль); Так как n(NaOH) = ^ = 0,21 (моль). w[Al2(S04)3] w(NaOH) 1 6 0,02 моль 0,035 моль расчеты проводим по данным для соли (соль в недостатке). Находим: л[А1(ОН)3] = 2«[A12(S04)3] = 0,02 -2 = 0,04 (моль); A(NaOH)npopear = 6a[A12(S04)3] = 0,02-6 = 0,12 (моль); «(NaOH)H36biT = 0,21 - 0,12= 0,09 (моль). Избыточная щелочь реагирует с А1(ОН)3, частично раство- ряя его: А1(ОН)3 + ЗНаОНизбь1т = Na3[Al(OH)6]. Так как 1 3 0,04 моль 0,09/3 = 0,03 моль то осадок растворится не полностью, т. е. А1(ОН)3 находится в избытке. Проводим расчеты: «[А1(ОН)3]прореаг = i«(NaOH)ro6blT = ^ = 0,03 (моль);
£ 14. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия я[А1(ОН)3]непрореаг = 0,04 - 0,03 = 0,01 (моль); ffi[Al(OH)3] = 0,01 -78 = 0,78 (г). Ответ: т[А1(ОН)3] = 0,78 г. Закончите уравнения реакций: 1)СаО + А1203 ' >; 2) Na20 + ZnO ' >; 3)Al(OH)3+NH3H20->; 4)К2гп02 + НС1(изб.)->; 5)K3[Al(OH)6]+H2S04(H36.)-^; 6) Na2[Zn(OH)4] + C02 (p-p) ->; 7)BeO + BaO—'-*; 8) K2Be02 + HN03(ra6.) ->; 9) Al(OH)3 + КОН(т)—'->; 10) Al203+Na20—<->; 11)КОН(т)+А1203—'->; 12) Ba(OH)2(T) + ZnO^-^; 13) ZnO + Ba(OH)2(p-p)->; 14) Al203+CaC03—!->; 15) ZnS04 + КОН(р-р, изб.) -»; 16) A1C1, + NaOH(p - p, изб.) ->; 17)K3[Al(OH)6]+C02(p-p)-4; 18) BaZn02 + H2S04(hs6.) ->; 19) Zn(OH)2+K20—^->; 20) Al + Ba(OH)2(p-p)->; 21) Cr(OH)3 + KOH(p-p)->; 22) Сг203 + КОН(т)—<->; 23) СгС13 + Ва(ОН)2(р-р,изб.)->; 24) Al2(S04)3 + Ba(OH)2 (p - p, изб.) ->; 25) 1мольА12(804)3+6мольКОН(р-р)->; 26) ZnCl2 + KOH(p-p, изб.) ->; 27) Be(N03)2 + Ва(ОН)2(р-р,изб.) ->;
188 § №. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия 28) 1 моль К3[А1(0Н)6]+3 моль НС1->; 29) 1моль№3[А1(ОН)6]+6мольНЖ>3 ->; 30) 1мольК2[гп(ОН)4]+ЗмольНС1->; 31) 1 моль Na2[Zn(OH)4]+1,5мольH2S04 ->; 32) 1 моль K2[Zn(OH)J+l моль H2S04 ->; 33) 1 мольNa3[Al(OH)6]+3мольHN03 ->; 34) 1моль№3[А1(ОН)6]+4мольНЖ>3->; 35) 1мольЫа3[А1(ОН)6]+5мольНЖ)3-> . 1. Осуществите превращения по схемам: I) Zn-> Zn(OH)2 -» Na^ZntOH),] -> Zn(OH)2 -> Na2Zn02 -» ->Zn; -> 5) Zn -> Na2[Zn(OH)4] -> Na2Zn02 -> Zn(N03)2 -> —> ZnO —» Zn; 6) NajfZnCOH),] -> ZnO -> (ZnOH)2S04 -» Zn -> BaZn02 -> ->. (ZnOH)N03; 7) Zn(OH)2 -> Zn -> (ZnOH)N03 -> (ZnOH)Cl -> -> Zn(OH)2 -> (ZnOH)2S04 -> (ZnOH)N03; 8) Al -> K3[A1(0H)6] -» Al(OH)3 -> Na3[Al(OH)6] -> -» A1C13 -> Al(OH)3; 9) Aip3 -» KA102 -> Al(OH)3 -> A^Oj ->Na3[Al(OH)6] -» Aip,; 10) Al(OH)3 -> A1203 -» K3[A1(0H)6] ->A12(S04)3 -> -> A1(N03)3; II) A1C13 -> K3[A1(0H)6] -> A1(N03)3 -> NaA102 -+ A1203; 12) Al(0,5 моль) +8(изб)''° > ... +H*0 >... + 2мольНЫО, 2) Zn -> ZnO -> -► Na2[Zn(OH)4] -> ZnCl2; 3) Zn -> K2Zn02 -» -» Zn(N03)2 -> ZnO; 4) ZnO -» Zn(OH)2 -» ZnCl2 -» ZnO; Na ,Zn02 ZnS04 -> -» K2ZnO -> Zn(OH)2 K2[Zn(OH)4] 2 -> ZnS04 + KOH(p-p), изб.) + 2,5 моль HNCU - >.. + 1,25 моль H2SQ4
§ 14. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия igg 13) Be -> Na2[Be(OH)4] -> Ве(ОН)2 -> Na2Be02 -> BaBe02; 14) ВеО -> Na2Be02 -> (BeOH)2S04 -> Be(OH)2 -> -> (BeOH)Cl _> BeCl2; 15) Zll (0,5 МОЛЬ) 1мольКОН(р-р) ) _ 1,5моль HNQ3 ) _ . 16) Zn(N03)2 (1 МОЛЬ) '° > А +2моль^ОН(т),,° > Б ^ 1 моль H2SQ4 (разб.) w 1,5 мольН2804 (разб.) 17) A12S3 (1 МПТТК) +Н20(изб.) > _ 1 мольH2SQ4 (разб.) ) _ КОН (р-р, изб.) v 8мольНС1 v 2N«MbAgN03 v ^ ... } ... ^ ... , 18) NaA102 (1 МП ПК) 0,5 моль H,SQ4 (разб.) ) ... 2мол„НМ03 ? ... 1 моль НС1 1 моль AgNQ3 v 19) K2Zn02 (1 МОЛЬ) ... H2SQ4(разб.),изб. ) _ 1мольКОН(р-р) ) _ 0,5 моль BaCl, v NaOH (р-р), изб. ч ^ ... 7 .•• , 20) ВаВе02 (0,5 МОЛЬ) U5 моль HNO3 (разб.) ) _ 0,5 моль КОН > _ NaOH (р-р), изб. ^ 0,75 моль H2SQ4 ф# 0,25 моль Ba(NQ3 )2 ^ • 21) А1 (NQ3)3 (1 МОЛЬ) 2 моль NaOH (р-р) ) _ 1 моль КОН (р-р) ) _ Na2Q (сплавление) v 3 моль НС1 (р-р) . 22) ВеО КОН (р-р), изб. ### HNQ3(H36.) _ NaOH (р-р), изб. ^ H2SQ4 (р-р), изб. _ • 23) Na3[Al(OH)6] со2(Р-Р),изб. > А (1 моль) _л^ Б ^ Ва(ОН)2(т),/° v H2SQ4 (разб.), изб. . и1б\ * — > — ' 24) Zll (1 МОЛЬ) С12(изб.),/° > _ 2мольВа(ОН)2(р-р) ) _
190 § 14. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия 25)Zll(l МППТЛ 2мольКОН(р-р) _ ЗмольНМОз _ 1 моль НО (р-р) 1 моль AgNQ3 26) AI4C3 (0,2 моль) н2°(шб> Ва(ОН)2 (т), / 0,8 моль НС1 (р-р) (изб.) А-^— с 02(изб.)?/> 0,3 моль Ва(ОНЬ / > д №frH2Q(io6J^ kg 02(изб.)л ^ (Р-Р) 27) A12S3 (1 моль) нуб)< 4 моль HCI ^ 1,5 моль Ва(ОН)т Р-Р 28) A12S3 (1 моль) н2°(изб> > ... змольн25о4 ) б _> бмольКаОН g 4мольНЖ)3 р 29) А1203 (расплав) электР°лиз > ... s>'° > ... Н20(изб.) д КОН (р-р) О; (И3б), / ^ 30) A^SO^ (1 МОЛЬ) »мольВа(ОН)2 ) _ КОЩизб.) 8 моль HCI ^ # 2 моль NaOH
£ 14. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия igi 2.1 Образец смеси цинковых и алюминиевых опилок об- щей массой 11 г растворили в избытке раствора щелочи. Най- дите объем (н.у.) выделившегося газа, если массовая доля цинка в смеси равна 30 %. 3. Гидроксид натрия массой 4,0 г сплавили с гидроксидом алюминия массой 9,8 г. Рассчитайте массу полученного ме- таалюмината натрия. 4. При обработке 10,0 г смеси Си и А1 концентрирован- ной азотной кислотой при комнатной температуре выдели- лось 2,24 дм3 газа (н.у). Какой объем (н.у.) газа выделится при обработке такой же массы смеси избытком раствора КОН? 5. Сплав меди и алюминия массой 20 г обработали избыт- ком щелочи, нерастворившийся остаток растворили в кон- центрированной азотной кислоте. Полученную при этом соль выделили, прокалили до постоянной массы и получи- ли 8,0 г твердого остатка. Определите объем израсходован- ного раствора NaOH (w = 0,4 и р = 1,4 г/см3). 6. Смесь А1 и оксида металла (II) (оксид не амфотерен) масой 39 г обработали избытком раствора КОН, выделившийся газ сожгли и получили 27 г воды. Нерастворившийся остаток полностью растворили в 25,2 см3 раствора НС1 (w = 36,5 %, р = 1,19 г/см3). Назовите оксид. 7. Смесь стружек Zn и Си обработали избытком раствора КОН, выделился газ объемом 2,24 дм3 (н.у). Для полного хлорирования такого же образца металлов потребовался хлор объемом 8,96 дм3 (н.у). Рассчитайте массовую долю меди в образце. 8. Смесь опилок железа, алюминия и магния массой 49 г обработали избытком разбавленной H2S04, получив при этом 1 Во всех случаях состав внешней сферы комплексных соединений алю- миния [А1(ОН)6]3-.
192 § 14. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия 1,95 моль газа. Другую порцию той же смеси массой 4,9 г об- работали избытком раствора щелочи, получили 1,68 дм3 (н.у.) газа. Найдите массы металлов в смеси. 9.* Какая масса осадка образуется при сливании раство- ров, содержащих 10 г NaOH и 13,6 г ZnC^? 10. Имеются две одинаковые по мольному составу пор- ции смеси Al, Mg, Fe, Zn, каждая массой 7,4 г. Одну порцию растворили в соляной кислоте и получили 3,584 дм3 газа (н.у), другую — в растворе щелочи и получили 2,016 дм3 газа (н.у). Известно, что в обеих смесях на один атом А1 приходится 3 атома Zn. Найдите массы металлов в смеси. 11. Смесь меди, магния и алюминия массой 1 г обработа- ли избытком соляной кислоты. Раствор отфильтровали, к фильтрату добавили избыток раствора NaOH. Полученный осадок отделили и прокалили до постоянной массы, равной 0,2 г. Нерастворившийся после обработки соляной кислотой остаток прокалили на воздухе и получили 0,8 г вещества чер- ного цвета. Найдите массовую долю алюминия в смеси. 12. При нагревании в токе кислорода сплава цинка, маг- ния и меди масса смеси возросла на 9,6 г. Продукт частично растворяется в щелочи, причем для растворения нужно 40 см3 раствора КОН (w = 40 %, р = 1,4 г/см3). Для реакции с такой же порцией сплава нужно 0,7 моль НС1. Найдите хи- мические количества металлов в сплаве. 13. Сплав меди с цинком массой 5 г обработали избытком раствора NaOH. Затем твердый остаток отделили и обрабо- тали концентрированной HN03, полученную при этом соль вьщелили, прокалили до постоянной массы и получили 2,5 г твердого остатка. Определите массы металлов в сплаве. 14. Сплав меди и алюминия массой 12,8 г обработали из- бытком соляной кислоты. Нерастворившийся остаток ра- створили в концентрированной азотной кислоте, получен- ный раствор упарили, сухой остаток прокалили до постоян-
$ 14. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия ^дЗ ной массы и получили 4 г твердого вещества. Определите массовую долю меди в сплаве. 15. В каком соотношении масс следует взять две порции А1, чтобы при внесении одной в раствор щелочи, а другой — в соляную кислоту выделились равные объемы водорода? 16. При обработке смеси А1 и оксида меди (II) избытком раствора КОН выделилось 6,72 дм3 (н.у.) газа, а при раство- рении такой же порции смеси в Н1ЧЮ3(конц.) при комнат- ной температуре получили 75,2 г соли. Найдите массу ис- ходной смеси веществ. 17. Какую массу оксида меди (II) можно восстановить во- дородом, полученным при взаимодействии избытка AJ с 139,87 см3 раствора NaOH (w = 40 %, р = 1,43 г/см3)? 18. При полном окислении 7,83 г сплава двух металлов об- разовалось 14,23 г оксидов, при обработке которых избытком щелочи осталось нерастворенным 4,03 г осадка. Определите качественный состав металлов, образующих сплав, если их катионы имеют степень окисления +2 и +3, а мольное соот- ношение оксидов 1:1 (считайте, что оксид металла со степе- нью окисления +3 обладает амфотерными свойствами). 19. Две порции алюминия, имеющие одинаковые массы, растворили: одну в растворе гидроксида калия, другую — в соляной кислоте. Как относятся между собой объемы вы- делившихся газов (н. у.)? 20. Сплав меди с алюминием массой 1,000 г обработали избытком раствора щелочи, нерастворившийся осадок ра- створили в азотной кислоте, затем раствор выпарили, оста- ток прокалили до постоянной массы. Масса нового остатка равна 0,398 г. Каковы массы металлов в сплаве? 21. Сплав цинка и меди массой 20 г обработали избытком раствора NaOH с массовой долей его 30 % (р = 1,33 г/см3). Твердый остаток выделили и обработали избытком концен- трированного раствора HN03. Образовавшуюся при этом соль 7 Чаы 1А51
ig4 § 14. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия выделили и прокалили до постоянной массы. Масса твердо- го остатка составила 10,016 г. Вычислите массовые доли ме- таллов в сплаве и израсходованный объем раствора щелочи. 22. Сплав меди и алюминия массой 2,00 г обработали из- бытком раствора щелочи. Остаток отфильтровали, промыли, растворили в HN03, раствор выпарили и прокалили до посто- янной массы. Масса остатка после прокаливания составила 0,736 г. Рассчитайте массовые доли металлов в сплаве. 23. На хлорирование смеси железа, меди и алюминия нуж- но 8,96 дм3 хлора (н.у), а на взаимодействие такой же навес- ки с хлороводородом его нужно 5,6 дм3 (н.у). При взаимо- действии такой же массы смеси металлов со щелочью выде- ляется 1,68 дм3 (н.у.) газа. Найдите химические количества металлов в смеси. 24*. Гидрид калия массой 5,0 г растворили в воде объемом 80 см3 и в полученный раствор внесли алюминий массой 0,81 г. Найдите массовые доли веществ в полученном растворе. 25.* К раствору Al^SO^ массой 100 г с массовой долей соли 17,1 % прилили раствор NaOH объемом 100 см3 (р = 1,20 г/см3) с концентрацией щелочи 6,0 моль/дм3, а затем в полученный раствор пропустили хлороводород объемом (н.у): а) 67,2 дм3, б) 6,72 дм3. Найдите массовую долю вещества с меньшей мо- лярной массой в полученном растворе для обоих случаев. 26. Газ, полученный при растворении алюминия массой 54 г в избытке раствора КОН, полностью прореагировал с по- рошком СиО массой 254 г. Полученный продукт обработали раствором с w(HCl) = 30 % (масса раствора 400 г). Определи- те массовую долю соли в полученном растворе. 27. Навеску смеси А14С3 и А1С13 растворили в избытке ра- створа NaOH, выделилось 20,16 дм3 (н.у) газа. Через полу- ченный раствор пропустили С02 до прекращения выпаде- ния осадка, масса которого составила 117 г. Определите мас- совые доли веществ в исходной смеси.
£ 14. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия 1д5 28.* К раствору КОН объемом 500 см3 добавили хлорово- дород объемом 11,2 дм3 (н.у.). В полученный раствор (окра- шивает фенолфталеин в малиновый цвет) внесли избыток порошка цинка и получили газ объемом (н.у.) 5,6 дм3. Най- дите с(КОН) в исходном растворе. Ответы 2.10,7 дм3.3.8,2 г. 4.8,46 дм3.5.107,9 см3.6. СЮ. 7.74,7 %. 8.11,8 г Fe; 13,5 г А1; 24,0 г Mg. 9. 7,425 г. 10. 0,54 г А1; 3,9 г Zn; 2,24 г Fe и 0,72 г Mg. 11. 24 %. 12. 0,2 моль Zn; 0,15 моль Mg и 0,25 моль Си. 13. 2 г Си; 3 г Zn. 14. 25 %. 15.1:116. 19,3 г. 17. 238,5 г. 18. А1 и Mg. 19.1:1.20. 0,32 г Си; 0,68 г А1.21.60 % Zn; 40 % Си; 37 см3.22.29,44 % Си; 70,56 % А1.23.0,05 моль А1; 0,05 моль Fe; 0,25 моль Си. 24.* 2,29 % КОН; 8,64 % KJAKOH),]. 25.* а) 26,6 % HC1; б) 7,6 % NaCl. 26. 5,71 % СиС12. 27. 51,9 % А14С3; 48,1 % А1С13. 28.* 2 моль/дм3.
§ 15. Приготовление и смешивание растворов 15.1. Массовая доля Массовая доля вещества X находится по формуле: т(р-ра X) ПРИМЕР 15-1. Какие массы СаС12 и Н20 нужно взять для приготовления раствора соли массой 95,00 г с массовой до- лей СаС12 6,5 %? Решение Используя формулу (15-1) для расчета массовой доли ра- створенного вещества w(CaCl2)= w(CaCI^ m(p-paCaCl2) получаем: ю(СаС12) = >w(p-pa CaCl2) -w(CaCl2) = 95 -0,065 = 5,85 (r). Поскольку m(p-pa CaCl2) = w(CaCl2) + m(H20), находим: w(H20) = m(p-pa CaCl2) - /я(СаС12) = 95 - 5,85 = 89,15 (r). Ответ: m(CaCl2) = 5,85 r; m(H20) = 89,15 r. Следующий пример иллюстрирует подход к решению за- дач на смешивание растворов.
§15. Приготовление и смешивание растворов 197 ПРИМЕР 15-2. Какие массы растворов с массовыми до- лями 5 % и 25 % нужно взять для приготовления раствора данной соли с массовой долей 20 % и массой 150 г? Решение Пусть искомые массы растворов равны х и у. Тогда массы соли в них составляют: аи^соли) = mj(p-pa) -w{ = х-0,05; /и2(соли) = w2(p-pa) -w2 = у -0,25. Составляем выражение для массовой доли конечного ра- створа: т(в-ва) т, (в-ва) + т? (в-ва) w = — - = —^ - ^ - ; w(p-pa) щ (р-ра) + т2 (р-ра) 02 = x>0,05 + j;»0,25 х + у Находим: £-1 Это означает, что на одну часть массы раствора cw = 0,05 нужно взять три части массы раствора с w = 0,25, т.е.: w,(p-pa) = -m(p-pa) = --150 = 37,5 (г); m2(p-pa) = -m(p-pa) = —150 = 112,5 (г). Ответ: /и, (р-ра с w = 0,05) = 37,5 г; т2(р-ра с w = 0,25) = 112,5 г. 1. Какую массу КОН нужно взять для приготовления ра- створа объемом 200 см3 с w(KOH) = 18 % (р = 1,17 г/см3)? 2. Какую массу NaOH нужно добавить к 100 см3 его ра- створа с w(NaOH) = 9 % (р = 1,1 г/см3), чтобы получить ра- створ с w(NaOH) = 18 %?
198 § 15. Приготовление и смешивание растворов 3. Какую массу воды надо добавить к 500 см3 раствора с w(KOH) = 20 % (р = 1,2 г/см3) для получения раствора с ЦКОН) = 5 %? 4. Какие массы воды и раствора H2S04 (w = 96 %) нужно взять для получения 250 г раствора кислоты с w = 10 %? 5. Какой объем раствора серной кислоты (w = 88 %, р = = 1,8 г/см3) надо взять для приготовления 300 см3 раствора этой кислоты с w = 0,4 (р = 1,3 г/см3)? 6. Какую массу раствора с w = 45 % надо прилить к 350 г раствора с w = 12 %, чтобы получить раствор с w = 20 %? 7. Какую массу СаС12 нужно добавить к 100 см3 раствора с w(CaCl2) = 5 % (р = 1,02 г/см3), чтобы получить раствор с wCCaCl,) = 7,5 %? 8. К 250 г раствора с w = 50 % прилили раствор с w = 22 % до получения раствора с w = 36 %. Какая масса раствора с w = = 22 % при этом израсходована (не решайте задачу правилом «креста»)? 9. Для приготовления растворас>у=43 %к4 кг раствора с w= = 69 % прилили воду. Какая масса воды израсходована? 10. К 7 дм3 раствора HN03 с w = 20 % (р = 1,115 г/см3) прилили воду и получили раствор с w = 3 %. Какова масса прилитой воды? 11. Надо приготовить 1,5 дм3 раствора AgN03 с w = 8 % (р = = 1,08 г/см3) разбавлением водой раствора с w = 60 %. Какой объем воды (в дм3) для этого потребуется? 12. В каких массовых соотношениях нужно смешать ра- створы см>=8%и35% для получения раствора с w = 18 %? 13. При растворении в одном объеме воды 450 объемов НС1 получили раствор с плотностью 1,21 г/см3. Найдите мас- совую долю НС1 в полученном растворе и химическое коли- чество НС1 в 100 см3 этого раствора.
x IS. Приготовление и смешивание растворов igg 14. Какие объемы растворов вещества с w = 0,2 (р = 1,2 г/см3) и w = 0,05 (р = 1,05 г/мл) надо взять для получения 2 дм3 раствора с w = 0,1 (р = 1,1 г/см3)? 15. Какой объем воды нужен для растворения 8 г нитрата калия, если в полученном растворе химические количества соли и воды относятся соответственно как 1: 8? 16. Нужно приготовить 8,0 кг раствора кислоты с массо- вой долей ее 25 %, используя для этого воду и раствор кисло- ты с массовой долей 72 %. Какие массы воды и раствора кис- лоты для этого потребуются? 17. Из 3,0 дм3 соляной кислоты (w = 37 %, р = 1,19 г/см3) надо приготовить раствор с массовой долей НС120 %. Какой объем воды надо добавить к исходному раствору? 18. Какой объем хлороводорода надо растворить в 100 дм3 воды, чтобы получить соляную кислоту с w = 30 %? 19. Какие объемы хлора и водорода нужны для получения 200 г соляной кислоты с w(HCl) = 18,25 %? 20. При упаривании 20 кг раствора соли с массовой долей 3 % масса раствора уменьшилась на 4 кг. Какова массовая доля соли в растворе после упаривания? 21. В каком объеме воды надо растворить хлороводород, полученный при слабом нагревании 234 г NaCl с концентри- рованной H2S04, чтобы получить раствор с w(HCl) = 20 %? Какой минимальный объем серной кислоты (w = 86 %, р = 1,84 г/см3) потребуется для этого? 22. Имеется 30 г раствора с w = 10 % и 100 г раствора этого же вещества с w = 50 %. Какую массу каждого из этих раство- ров надо взять, чтобы получить максимальную массу раство- ра с w = 40 %? 23. К 200 г раствора с w(Mel) = 4 % прибавили 0,0803 моль соли Mel, при этом w(Mel) возросла в 2,5 раза. Укажите сим- вол металла Me.
200 § 15. Приготовление и смешивание растворов 24. Определите массу раствора этанола (С2Н60) в воде, со- держащего 12,04 • 1022 атомов С и 24,08 • 1022 атомов О. 25. Раствор серной кислоты объемом 1 дм3 (w = 40 %, р = 1,3 г/см3) упарили до 1000 г. Какова массовая доля H2S04 в полученном растворе? Какой объем газа (н.у.) выделится при растворении в этой кислоте меди? 26. Найдите w(KN02) в водном растворе, если известно, что такой раствор массой 101,1 г содержит 3,19 • 1024 атомов кислорода. 27.* К 500 см3 раствора NaCl с массовой долей соли 10 % (р = = 1,1 г/см3) добавили 200 г раствора NaCl с неизвестной мас- совой долей и получили раствор с w(NaCl) = 20 %. Какова была w(NaCl) в добавленном растворе? 28. В колбе находится 500 г раствора с массовой долей соли 20 %. Отлили 100 г раствора и к оставшемуся раствору прили- ли 100 г воды. Затем от полученного раствора вновь отлили 100 г и к оставшемуся раствору добавили 100 г воды. Какова массовая доля соли в конечном растворе? 29. Вычислите массовую долю соли в растворе, получен- ном в результате нейтрализации раствора с w(HN03) = 30 % раствором с w(NaOH) = 20 %. 30. Во сколько раз химическое количество воды в раство- ре, полученном при нейтрализации раствора с w(NaOH) = = 20 % раствором с w(H2S04) = 35 %, превышает химическое количество воды в исходном растворе щелочи? 31. Имеется раствор с w(NaOH) = 30,2 % (р = 1,33 г/см3). К ка- кому объему этого раствора необходимо прибавить 200 г воды для получения раствора с w(NaOH) = 10 %? 32. К раствору с wCMgCy = 3 % добавили еще 2 г этой соли. При этом w(MgCl2) стала равной 4,59 %. Какой была масса исходного раствора? 33. Какой была исходная w(NaN03), если при упаривании
£ /5. Приготовление и смешивание растворов 201 300 г раствора масса раствора уменьшилась на 5 %, a w(NaN03) стала равной 9 %? 34. Какой объем раствора с w(HCl) = 10,5 % (р = 1,05 г/см3) можно приготовить из 50 см3 раствора с w(HCl) = 20,4 % (р = = 1,10 г/см3)? 35. К раствору СаВг2 прибавили 9 г этой же соли. При этом масса раствора увеличилась в 1,05 раза, а массовая доля ве- щества - в 1,5 раза. Найдите w(CaBr2) в исходном и конечном растворах. 36. Какую массу НВг нужно растворить в 20 г раствора с w(HBr) = 5 %, чтобы получить раствор с w(HBr) = 20 %? 37. Какую массу КВг необходимо добавить к 180 г раство- ра с w(KBr) = 8 %, чтобы массовая доля вещества увеличи- лась до 12%? 38. При добавлении 5 г глюкозы к 200 г ее раствора массо- вая доля вещества стала равной 20 %. Какой была массовая доля глюкозы в исходном растворе? 39. Какой была массовая доля вещества в исходном раство- ре, если из 30 г его, добавив воду, приготовили 80 г раствора с массовой долей вещества 4,5 %? 40. Смесь равных химических количеств (NH4)2C03 и NH4HC03 растворили в холодной воде. Масса раствора ока- залась в 5 раз больше массы исходной смеси солей. Сколько атомов Н приходится в этом растворе на один атом N? 15.2. Растворы газов Решая задачи на эту тему, не следует забывать, что объем раствора не равен сумме объемов растворяемого газа и, напри- мер, воды. ПРИМЕР 15-3. В одном объеме воды растворили 300 объе- мов (н.у.) бромоводорода. Найдите массовую долю вещества в полученном растворе.
202 § 15- Приготовление и смешивание растворов Решение Можно принять, что объем Н20 равен 1 дм3, тогда объем НВг составляет 300 дм3. Характерная ошибка состоит в том, что w(HBr) находят, используя непосредственно эти объемы: w(HBr) = ^-. 300 + 1 Не забываем, что массовая доля — это отношение масс, но не объемов. Находим массы Н20 и НВг: /я(Н20) = К(Н20) • р(Н20) = 1000 см3 I г/см3 = 1000 г; т(НВг) = л(НВг) • М (НВг) = V(HBr) • М (НВг) = т 300-81 «1085 (г). 22,4 Имеем: т(НВг) т(НВг) w(HBr) = т(р-ра НВг) т(НВг) + т(Н20)' м/(НВг) = — = 0,52 (52%). 1085 + 1000 Ответ: w(HBr) = 52 % v. 41. Вычислите массовую долю хлороводорода в растворе, полученном растворением 1,00 дм3 этого газа (н.у.) в 1,00 дм3 воды. 42. Вычислите массовую долю аммиака в растворе, полу- ченном при растворении 1,00 дм3 этого газа (н.у.) в 5,00 см3 воды. 43. При 0 °С в одном объеме воды растворяется 500 объе- мов хлороводорода. Вычислите массовую долю растворен- ного вещества в насыщенном водном растворе.
ft 15. Приготовление и смешивание растворов 203 44. При 0 °С в одном объеме воды растворяется 4,6 объе- ма хлора. Вычислите массовую долю хлора в его насыщен- ном водном растворе (взаимодействием хлора с водой пре- небречь). 45. Вычислите объемные доли газов в смеси хлороводоро- да и фтороводорода, при пропускании которой через воду образуется раствор с равными массовыми долями галогено- водородов. 46. Какой объем НС1 (н.у.) нужно взять для приготовле- ния 40 г раствора с w(HCl) = 10 %? 47. Какой объем НС1 (н.у.) нужно пропустить в раствор НС1 объемом 200 см3 (р = 1,1 г/см3) с w(HCl) = 20 % для получе- ния раствора с w(HCl) = 36,5 %? 48.* Смесь газов НС1 и НВг объемом 400 дм3 (н.у.) с относи- тельной плотностью по воздуху 2,41 растворили в 1 дм3 воды. Найдите массовую долю НВг в полученном растворе. 49. Через 150 г соляной кислоты с w(HCl) = 17 % пропус- тили 30,0 дм3 хлороводорода (н.у.). Вычислите массовую долю хлороводорода в получившемся растворе. 50.* Смесь газов НС1 и НВг объемом 400 дм3 (н.у.) раство- рили в 1 дм3 воды и получили раствор с w(HCl) = 7,25 %. Рас- считайте объемную долю НВг в исходной смеси газов. 51. Какой объем хлороводорода (н.у.) надо пропустить че- рез 150 г раствора с w(HCl) = 10 % для получения раствора с w(HCl) = 25,0 %? 52. Какой объем аммиака (н.у.) надо пропустить через 50,0 г раствора с w(NH3) = 5 % для получения насыщенного раство- ра (растворимость аммиака равна 89,7 г в 100 г воды)? 53. Растворимость аммиака в метаноле составляет 1,41 моль на 100 г растворителя. Какой объем аммиака (н.у.) следует про- пустить через 150 г метанола для получения насыщенного раствора?
204 § 15. Приготовление и смешивание растворов 54. Растворимость хлороводорода в диэтиловом эфире равна 33,2 г на 100 г растворителя. Какой объем хлороводо- рода (н.у.) следует пропустить через 1,50 моль диэтилового эфира для получения насыщенного раствора? 55. Через 250 г раствора с w(NH3) = 5,75 % пропустили 10,5 дм3 аммиака (н.у), при этом получился раствор с плотностью 0,963 г/см3. Вычислите молярную концентрацию NH3 в по- лученном растворе (здесь и далее взаимодействием амми- ака с водой можно пренебречь). 56. Какой объем (н.у.) аммиака нужно пропустить через 150 г его раствора с w(NH3) = 2,35 % для получения раствора с моляр- ной концентрацией аммиака 7 моль/дм3 (р = 0,948 г/см3)? 57. Какой объем аммиака (н.у.) надо пропустить через 500 см3 раствора аммиака с молярной концентрацией 1,10 моль/дм3 (р = 0,990 г/см3) для получения раствора с w(NH3) = 20 %? 58. Какой объем хлороводорода (н.у.) надо пропустить че- рез 300 см3 раствора с молярной концентрацией хлороводоро- да 8,12 моль/дм3 (р = 1,130 г/см3) для получения насыщенно- го раствора (растворимость НС1 равна 82,3 г в 100 г воды)? 59.* Плотность газовой смеси 02 и НС1 равна 1,5625 г/дм3. Такую смесь объемом 500 дм3 (н.у.) растворили в 1 дм3 Н20. Пренебрегая растворимостью кислорода, определите массо- вую долю хлороводорода в полученном растворе. 15.3. Массовая концентрация. Молярная концентрация Массовая концентрация у равна отношению массы ра- створенного вещества к объему раствора и показывает массу вещества в единице объема раствора: Y(X) = -^-- (15-2) V(p-pa X)
и(КС103)= '"^^ =i±Lfl = o,l (моль). x IS. Приготовление и смешивание растворов 205 ПРИМЕР 15-4. Хлорат калия массой 12,25 г растворили в воде объемом 120 см3 и получили раствор с плотностью 1,05 г/см3. Найдите массовую концентрацию ионов К+ в по- лученном растворе. Решение Находим химическое количество и массу ионов К+ в со- ставе хлората калия массой 12,25 г: т(КС103) _ 12,25 М(КС103)~ 122,5 Из формулы соли следует: п(К+) = л(КСЮ3) = 0,1 (моль); т(К+) = л(К+)-М(К+) = 0,1 -39 = 3,9 (г). Находим объем конечного раствора: V (р.ра) = m<P-Pa> = m(H2Q) + m(KC103) = Р Р 120 + 12,25 Л„ f зч = = 126 (см3). 1,05 Используем формулу (15-2): т(К+) =319=0031 (г/см3) У(р-ра) 126 Ответ: у(К+) = 0,031 г/см3. Гораздо более распространены задачи, связанные с поня- тием «молярная концентрация». Молярная концентрация вещества с(В) равна отношению его химического количества (моль) к объему раствора (дм3): .<В) = -^ [Щ (15.3) V (р-ра В) ^ дм )
206 § 15- Приготовление и смешивание растворов Отсюда следует: и(В) = с(В)-У(р-раВ), (15-4) У(р-раВ) = ^. (15-5) с(В) ПРИМЕР 15-5. Какую массу NaF нужно взять для приго- товления раствора объемом 700 см3 с молярной концентра- цией соли 2 моль/дм3? Решение Используя формулу (15-4), находим химическое количе- ство соли в растворе объемом 700 см3 (700 см3 = 0,7 дм3): n(NaF) = c(NaF)-V(p-paNaF) = 2-0,7 = 1,4 (моль). Рассчитываем массу соли (Af(NaF) = 42 г/моль): m(NaF) = n(NaF) -М(NaF) = 1,4-42 = 58,8 (г). Ответ: w(NaF) = 58,8 г. 60. В 150 см3 раствора находится 150 мг гидроксида каль- ция. Вычислите молярную концентрацию щелочи. 61. Необходимо приготовить 300 см3 раствора, в котором молярная концентрация сульфат-ионов равна 0,5 моль/дм3. Какую массу сульфата алюминия необходимо взять для этого? 62. Вычислите молярную концентрацию раствора с w(H2S04) = = 40 %(р= 1,30 г/см3). 63. Вычислите массовую долю гидрокарбоната натрия в растворе, имеющем молярную концентрацию этой соли 0,616 моль/дм3 (р = 1,035 г/см3). 64. Массовая доля серной кислоты в ее растворе с моляр- ной концентрацией 9,303 моль/дм3 равна 60,62 %. Найдите объем такого раствора массой 100 г.
15. Приготовление и смешивание растворов 207 65. Массовая доля фосфорной кислоты в ее растворе с мо- лярной концентрацией 17,0 моль/дм3 равна 93,37 %. Найди- те массу такого раствора объемом 100 см3. 66. Сколько атомов водорода приходится на 1 атом калия в растворе гидрокарбоната калия с молярной концентраци- ей 1,067 моль/дм3 (р = 1,067 г/см3)? 67. В растворе сульфита калия, имеющем плотность 1,22 г/см3, на один атом калия приходится 15 атомов кислорода. Вы- числите молярную концентрацию соли в этом растворе. 68. К 150 г раствора с w(NaOH) = 20 % добавили 31,8 г гидроксида натрия, плотность полученного раствора оказа- лась равной 1,37 г/см3. Вычислите молярную концентрацию щелочи в полученном растворе. 69. В каком соотношении по массе следует смешать гепта- гидрат сульфата железа (II) и сульфат калия, чтобы при ра- створении этой смеси в достаточном объеме воды получился раствор с равными молярными концентрациями ионов же- леза и калия? 70. Смешали 150 г раствора гидросульфата натрия (w = 8 %, р = 1,06 г/см3) и 150 см3 раствора с молярной концентраци- ей этой же соли, равной 1,93 моль/дм3. Вычислите моляр- ную концентрацию соли в получившемся растворе (изме- нением объема раствора при смешивании можно пренеб- речь). 71. Смешали 2,3 кг раствора с w(KN03) = 12 % и 2,3 дм3 раствора с молярной концентрацией этой же соли, равной 2,24 моль/дм3 (р = 1,133 г/см3). Вьиислите массовые доли веществ в растворе. 72. К раствору Mg(N03)2 объемом 250 см3 (молярная кон- центрация 0,1 моль/дм3) добавили раствор Ва(ОН)2 объемом 200 см3 (молярная концентрация 0,25 моль/дм3). Определи- те молярные концентрации веществ в полученном растворе, если его объем равен 440 см3.
208 § 15- Приготовление и смешивание растворов 73. Какой объем раствора уксусной кислоты с молярной концентрацией 1,98 моль/дм3 (р = 1,015 г/см3) был добавлен к 10,0 см3 раствора того же вещества с массовой долей 40,2 % (р = 1,05 г/см3), если при этом получился раствор с массовой долей СН3СООН 27,2 %? 74. Какая масса раствора фосфорной кислоты (w = 4 %) была добавлена к 50 г раствора того же вещества с молярной концентрацией 3 моль/дм3 (р = 1,15 г/см3), если при этом по- лучился раствор с молярной концентрацией 1,01 моль/дм3 (р= 1,035 г/см3)? 75. В каком соотношении по объему смешали раствор гид- роксида натрия (w = 4,2 %, р =1,045 г/см3) и раствор того же вещества с молярной концентрацией 6,12 моль/дм3 (р = = 1,22 г/см3), если при этом получился раствор с w = 10,1 %V 76. В 1 дм3 воды растворили 100 дм3 НС1 (н.у). Получен- ный раствор имеет объем, равный 1,09 дм3. Найдите w(HCl) и с(НС1) в полученном растворе. 77. Нитрат щелочного металла массой 20,7 г растворили в воде, объем раствора довели до 500 см3. В полученном раство- ре молярная концентрация нитрат-ионов оказалась равной 0,6 моль/дм3. Установите, какой нитрат растворили в воде. 78. Сульфат металла (катион имеет заряд +2) массой 32,2 г растворили в воде, объем раствора довели до 250 см3. В полу- ченном растворе молярная концентрация сульфат-ионов оказалась равной 0,8 моль/дм3. Установите, какой сульфат растворили в воде. 79. Какую массу А1С13 нужно растворить в 150 г Н20, что- бы получить раствор с массовой концентрацией ионов С1~, равной 87,0 г/дм3 (р = 1,09 г/см3)? 80. Растворимость КМп04 при 20 °С равна 6,40 г в 100 г Н20, плотность насыщенного раствора 1,041 г/см3. Вычис- 1 В этой, а также задачах №№ 83, 84 этого параграфа конечный объем равен сумме смешиваемых объемов.
§ 15. Приготовление и смешивание растворов 209 лите массовую концентрацию (г/дм3) ионов К+ в насыщен- ном растворе КМп04. 81. Дихромат калия К^Сг^ массой 7,35 г растворили в 100 г воды, получили раствор с плотностью 1,047 г/см3. Вы- числите массовую концентрацию (г/см3) ионов К+ в этом растворе. 82. Массовая концентрация ионов Fe3+ в растворе Fe2(S04)3 равна 150 г/дм3. Вычислите массовую концентра- цию (г/дм3) ионов S042" в этом растворе. 83. Смешали 0,5 дм3 раствора ВаС12 (молярная концент- рация 1 моль/дм3) и 1,0 дм3 раствора K^SC^ (молярная кон- центрация 0,5 моль/дм3). Найдите молярные концентрации всех ионов, оставшихся в растворе после отделения осадка. 84. Смешали 600 см3 раствора AgN03 (молярная концент- рация 0,05 моль/дм3) и 400 см3 раствора NaCl (молярная кон- центрация 0,1 моль/дм3). Рассчитайте молярные концент- рации всех ионов в растворе после отделения осадка. 85. К 250 см3 раствора с молярной концентрацией NaOH 5 моль/дм3 (р = 1,185 г/см3) добавили 200 см3 воды. Какова молярная концентрация и массовая доля NaOH в получен- ном растворе, если его плотность 1,11 г/см3? 86. Какой объем раствора с молярной концентрацией азот- ной кислоты 0,8 моль/дм3 можно приготовить из 1 дм3 ее ра- створа с массовой долей 30 % (р = 1,18 г/см3)? 87. Какую массу воды нужно добавить к 200 см3 раствора с молярной концентрацией Н3Р04 2,8 моль/дм3 (р = 1,14 г/см3), чтобы получить раствор с массовой долей кислоты 14,6 %? 88. Вычислите массовую долю хлороводорода в смеси НС1 и НВг, при пропускании которой через воду образуется раствор с равными молярными концентрациями галогеноводородов. 89. Водный раствор щелочи с молярной концентрацией 6,40 моль/дм3 имеет плотность 1,27 г/см3, массовая доля щело- чи в растворе равна 28,29%. Установите формулу щелочи.
210 § 15. Приготовление и смешивание растворов 90. Какой объем (см3) серной кислоты (w=50,3 %; р = 1,40 г/см3) следует добавить к воде объемом 100 см3 для получения раствора с концентрацией кислоты 2,0 моль/дм3 (р = 1,12 г/см3)? 91. Какой объем (дм3, н.у.) хлороводорода следует пропус- тить через соляную кислоту массой 500 г с w(HCl) = 5 %, что- бы получить раствор с с(НС1) = 2,0 моль/дм3 (р = 1,03 г/см3)? 92. К какому объему воды (4 °С, см3) следует прибавить раствор H2S04 объемом 50 см3 (w = 80 %, р = 1,73 г/см3), что- бы получить раствор с c(H2S04) = 2,0 моль/дм3 (р = = 1,12 г/см3)? 93. Молярная концентрация раствора HN03 равна 5,6 моль/дм3 (плотность 1,18 г/см3). Рассчитайте массовую долю (%) кисло- ты в этом растворе. 94. Имеется раствор с w(HF) = 20 % (р = 1,07 г/см3). Найдите молярную концентрацию (моль/дм3) HF в данном растворе. 95. Рассчитайте объем концентрированной хлороводород- ной кислоты (р = 1,19 г/см3) с w(HCl) = 38 %, необходимый для приготовления раствора с с(НС1) = 2 моль/дм3. 96. Известно, что раствор объемом 50 см3, содержащий Mg(N03)2 и HC1, может максимально прореагировать с раство- ром КОН объемом 34,5 см3 (w = 16,8 %, р = 1,16 г/см3), а про- каливание до постоянной массы выпавшего при этом осадка дает твердое вещество массой 0,8 г. Рассчитайте молярные концентрации веществ в исходном растворе. 97. К раствору объемом 250 см3 с c[Mg(N03)2] = 0,1 моль/дм3 добавили 194 см3 раствора с м>[Ва(ОН)2] = 4,3 % (р = 1,03 г/см3). Определите молярные концентрации соединений, содержа- щихся в полученном растворе, если суммарный объем раство- ра после отделения осадка уменьшился на 4 см3. Ответы 1.42,1 г. 2.12,1 г. 3.1800 г. 4. 224 г воды и 26 г раствора кислоты. 5. 98,5 см3. 6. 112 г. 7. 2,76 г. 8. 250 г. 9. 2,418 кг. 10. 44,2 кг. 11. 1,4 дм3.12. 17:10.13. 42%; 1,39 моль. 14. 611 см3 и 1397 см3. 15. 11,4 см3. 16.5,2кгводыи2,8кграство-
§ 15. Приготовление и смешивание растворов 211 ра кислоты. 17. 3,03 дм3. 18. 26301 дм3. 19. По 11,2 дм3. 20. 3,75 %. 21. 584 см3 воды; 247,7 см3 раствора кислоты. 22. 30 г раствора с w = 10 % и 90 г раствора с w = 50 %. 23. К. 24. 10 г. 25. 52 % H2S04; 59,4 дм3 SOr 26. 10 %. 27. 47,5 %. 28. 12,8 %. 29. 0,21. 30. В 1,68. 31. 74,4 см3. 32. 120 г. 33. 8,55 %. 34.101,8 см3.35. 8,7 %; 13,05 %. 36. 3,75 г. 37. 8,18 г. 38.18 %. 39.12 %. 40. = 30. 41. 0,163 %. 42. 13,2 %. 43. 44,9 %. 44. 1,44 %. 45. 35,4 % НС1. 46. 2,46 дм3. 47. 35,1 дм3.48.48,3 %. 49. w(HCl) = 37,4 %. 50. 75 %. 51.19,1 дм3.52. 52,9 дм3. 53.47,4 дм3.54.22,6 дм3.55.4,79 моль/дм3.56.23,1 дм3.57.148 дм3.58.71,9 дм3. 59. 35,2 %. 60. 0,0135 моль/дм3. 61. 17,1 г. 62. 5,31 моль/дм3. 63. 5,00 %. 64. 66,5 см3. 65. 178 г. 66. 101. 67. 1,89 моль/дм3. 68. 11,6 моль/дм3. 69. Соли железа надо взять по массе в 3,2 раза больше. 70. 1,34 моль/дм3. 71. 16,2 % KN03; 83,8 % Н20. 72. 0,057 моль/дм3 Ba(N03)2; 0,057 моль/дм3 Ва(0Н)2. 73. 8,55 см3. 74. 143,7 г. 75. 1,97 : 1 76. 14 %; 4,1 моль/дм3. 77. LiN03. 78. ZnS04.79.16,7 e 80.15,5 г/дм3.81.0,019 г/дм3.82. 386 г/дм3.83. с(К+) = с(С1") = = 0,67 моль/дм3. 84. c(Na+) = 0,04 моль/дм3; с( NO3) = 0,03 моль/дм3; с(С1") = = 0,01 моль/дм3. 85. 10,1%; 2,8 моль/дм3. 86. 7 дм3. 87. 147,9 г. 88. 31,1 %. 89. КОН. 90. 38,1 см3. 91. 6,9 дм3. 92. 309 см3. 93. 29,9 %. 94. 10,7 моль/дм3. 95.161,4 см3.96.0,4 моль/дм3 Mg(N03)2; 1,6 моль /дм3 HC1.97. По 0,0568 моль/дм3 Ba(N03)2 и Ва(ОН)2.
§ 16. Реакции в растворах В задачах на данную тему приготовление или смешивание растворов сопровождается протеканием химической реак- ции (реакций). При нахождении массы конечного раствора в этом случае необходимо обращать внимание на природу продуктов реакции: 1. Если в результате реакции образуется газ или осадок (или газ и осадок одновременно), то масса конечного раствора меньше суммы масс смешиваемых растворов (растворов и веществ) на массу газа и осадка: m(p-pa) = A72j(p-pa) + m2(p-pa) + ... — т(газа) - т(осадка). Или: т(р-ра) = Aw^p-ра) + т(в-ва) - т(газа) - яг(осадка). 2. Если при смешивании растворов (растворов и веществ) газ или осадок не выделяются, то масса конечного раствора в точности равна сумме масс всех смешиваемых компонентов: т (р-ра) = /яДр-ра) + т2(р-ра) + ..., ю(р-ра) = m^p-pa) + /и(в-ва). Массу конечного раствора можно найти суммированием масс всех веществ, находящихся в растворе (включая воду!), но при этом массы газа или осадка не вычитаются. ПРИМЕР 16-1. В воде массой 80 г растворили натрий мас- сой 10 г. Найдите массовую долю щелочи в полученном ра- створе. Решение Записываем уравнение реакции:
§16. Реакции в растворах 213 0,435 моль 0,435 моль х у 2Na + 2Н20 = 2NaOH + H2t. 2 моль 2 моль 1 моль M(Na) = 23 г/моль; M(NaOH) = 40 г/моль; Л/(Н2) = 2 г/моль. Находим: ,-т ч w(Na) 10 . .„, . . n(Na) = ——- = — = 0,435 (моль). M(Na) 23 Из уравнения реакции следует: х = «(NaOH) = 0,435 (моль); m(NaOH) = 0,435 -40 = 17,4 (г); j, = „(H2) = ^^i = 0,2175 (моль); /и(Н2) = 0,2175 -2 = 0,435 (г). Рассчитываем массовую долю NaOH: /w(NaOH) _ w(NaOH) w(NaOH) = m(p-pa NaOH) w(H20) + m(Na) - m(H2) 17 4 17 4 w(NaOH) = - = —^— = 0,194(19,4%). 80+10-0,435 89,57 По-другому массу конечного раствора можно найти сум- мированием масс полученного NaOH (17,4 г) и оставшейся воды: да(Н2О)ост=80-0,435-18 = 72,П (г). Имеем: /w(p-paNaOH) = 17,4+72,17 = 89,57 (г). Ответ: w(NaOH) = 19,4%.
214 § 16. Реакции в растворах 1. В 400 г раствора с w(KOH) = 1,5 % растворили 3,1 г КД Определите массовую долю щелочи в полученном растворе. 2. К 200 см3 раствора NaOH (w = 10 %, р = 1,1 г/см3) доба- вили 5 г натрия. Найдите массовую долю щелочи в получен- ном растворе с точностью до тысячных долей процента. 3. К 500 см3 раствора с w(BaCl2) = 5% (р = 1,04 г/см3) при- бавили 44,5 см3 раствора К^СОз (w = 25%, р = 1,24 г/см3). Найдите массовые доли веществ в полученном растворе. 4. Медь массой 12,7 г прокалили на воздухе, полученный продукт растворили в соляной кислоте. Какой объем раство- ра Na2S (w = 8%, р = 1,1 г/см3) нужен для полного осаждения ионов меди из полученного раствора? 5. Какой объем водорода выделился при взаимодействии NaH с водой, если для нейтрализации полученного раствора нужно 83 см3 соляной кислоты (w = 0,2 и р = 1,1 г/см3)? 6. Какова массовая доля азотной кислоты в растворе, по- лученном при полном окислении аммиака в реакции: NH3 + 202 = HN03 + Н20? 7. Сероводород объемом 22,48 дм3 (н.у.) растворили в воде и к полученному раствору добавили 10 г NaOH. В какой цвет окрасится лакмус в конечном растворе? 8. Аммиак объемом 4,48 дм3 (н.у.) полностью реагирует с 32,2 см3 раствора НС1 (р = 1,1 г/см3). Какой была массовая доля НС1 в растворе? 9. При растворении FeS в соляной кислоте ее было израсхо- довано 350 см3 (р = 1,05 г/см3), при этом выделилось 11,2 дм3 (н.у.) газа. Какова была массовая доля НС1 в использованном растворе? 10. При добавлении к раствору НС1 избытка раствора AgN03 выпало 2,87 г осадка. Какая масса раствора КОН (w = = 2 %) нужна для полной нейтрализации исходного раство- ра кислоты?
§16. Реакции в растворах 215 11. К 250 см3 раствора с w(NH4Cl) = 24 % (р = 1,07 г/см3) прибавили 224 г раствора NaOH (w — 25 %). Полученный ра- створ прокипятили до полного удаления аммиака, при этом также испарилось 71,1 см3 воды. Найдите массовые доли ве- ществ в конечном растворе. 12. К 400 г раствора сульфата железа (III) прибавили из- быток раствора аммиака, осадок отфильтровали, прокалили и получили 0,48 г твердого остатка. Найдите массовую долю соли в исходном растворе сульфата железа (III). 13. К 1 дм3 раствора с w(FeS04) = 10 % (р = 1,07 г/см3) прибавили 400 см3 раствора с w(KOH) = 5 % (р = 1,05 г/см3). Какой объем раствора с w(NaOH) = 18 % (р = 1,2 г/см3) нуж- но дополнительно добавить к полученному раствору, чтобы осадить все ионы железа в виде гидроксида? 14. Из 10 см3 раствора серной кислоты можно получить 0,233 г сульфата бария. Какой объем раствора NaOH (w = 8 %, р = 1,09 г/см3) нужен для полной нейтрализации 75 см3 та- кого раствора кислоты? 15. Для образования сульфата калия к 40 см3 раствора сер- ной кислоты (р = 1,025 г/см3) достаточно добавить 43,2 см3 раствора КОН (w = 7,4 %, р = 1,06 г/см3). Какова массовая доля кислоты? 16. Для полной нейтрализации 50 см3 раствора НС1 (w = 20 %, р = 1,1 г/см3) был использован раствор КОН (w = 20 %). Ка- кое химическое количество воды было в растворе КОН? 17. К 150 см3 раствора СаС12 (w = 10,6 %, р = 1,05 г/см3) добавили 30 см3 раствора Na2C03 (w = 38,55 %, р = 1,1 г/см3). Определите w(NaCl) в полученном растворе. 18. При нагревании раствора КНС03 (вода не испарялась) получили раствор с массовой долей соли 3,49 %. Найдите w(KHC03) в исходном растворе. 19. Раствор с массовой долей NaHC03 6 % кипятили до прекращения выделения газа (вода не испарялась). Найдите массовую долю соли в новом растворе.
216 £76. Реакции в растворах 20. Сколько молекул воды приходится на каждую фор- мульную единицу NaOH в растворе, полученном при раство- рении 4,6 г натрия в 21,6 см3 воды? 21. В 28,2 см3 воды растворили 0,23 г натрия. Какова w(NaOH) в полученном растворе? Ответ дайте с точностью до десятитысячных долей процента. 22. Какие массы натрия и воды нужны для приготовления 300 г раствора NaOH с w = 20 %? 23. Какая масса натрия должна прореагировать с 89 см3 воды для получения раствора с w(NaOH) = 20 %? 24. Между собой полностью реагируют раствор К^СХ^ (w=20 %, р = 1,19 г/см3) и раствор HN03 (w = 20 %, р = 1,12 г/см3). Как относится использованный объем кислоты к использован- ному объему соли? 25. Растворы HN03 и NaOH объемом по 1 дм3 каждый со- держат 18,9 г кислоты и 3,2 г щелочи. Как должен относить- ся объем кислоты к объему щелочи, чтобы реакция нейтра- лизации прошла полностью? В заданиях на эту тему весьма оригинальны задачи на из- менение массы находящихся в равновесии сосудов в резуль- тате протекания химических реакций. ПРИМЕР 16-2.* На весах уравновешены два сосуда с ра- створами NaOH и HN03(pa36.). В первый сосуд добавили цинк массой 26 г, металл полностью растворился. Какую мас- су меди нужно добавить во второй сосуд для сохранения рав- новесия (растворимостью газов можно пренебречь)? Решение M(Zn) = 65 г/моль; М(Си) = 64 г/моль; М(Н2) = 2 г/моль; M(NO) = 30 г/моль.
§16. Реакции в растворах 217 1. В сосуде с NaOH протекает реакция, в результате кото- рой выделяется водород: 0,4 моль х моль Zn + 2NaOH + 2H20 = Na2[Zn(OH)4] + Н2Т. 1 моль 1 моль Находим массу водорода: ._ m(Zn) 26 Л . , ч n(Zh) = —т^п- = — = 0,4 (моль); Af(Zn) 65 0 41 х = и(Н2) = — = 0,4 (моль); ш(Н2) = л(Н2)-ЛГ(Н2) = 0,4-2 = 0,8 (г). Масса сосуда с NaOH возросла на массу цинка и уменьши- лась на массу водорода: Дт(1) = tfi(Zn) - m(H2) = 26 - 0,8 = 25,2 (г). 2. В сосуде с HN03(pa36.) при добавлении меди протекает реакция: у моль z ЗСи + 8HN03 = 3Cu(N03)2 + 2NOt + 4Н20. 3 моль 2 моль Для сохранения равновесия необходимо, чтобы и во вто- ром сосуде изменение массы с учетом массы добавленной меди и выделяющегося газа (NO) составило 25,2 г: Aiw(II) = т(Си) - m(NO) = 25,2 (г). Обозначим химическое количество меди у моль. Тогда имеем: т(Си) = п(Си) • АГ(Си) = 64j; (г); n(NO) = z = — = 0,667 у (моль); m(NO) = #i(NO) • M(NO) = 0,667j • 30 = 20j> (г). Получаем: Am(II) = m(Cu) - m(NO) = 64j; - 20y = 44y.
218 § 16. Реакции в растворах Поскольку Дая(1) = Am(II), получаем: 25,2 = 44у; у = 0,573 (моль); т(Си) = «(Си) -М(Си) = 0,573 • 64 = 36,7 (г). Ответ: т(Си) = 36,7 г. 26. На весах уравновешены два сосуда с растворами NaOH и НС1. К первому добавили 10,7 г NH4C1 и сосуд прокипяти- ли до полного удаления аммиака. Какую массу карбоната натрия надо добавить во второй сосуд для сохранения равно- весия (соли реагируют полностью, вода при кипячении не испарялась)? 27. Какую массу оксида натрия надо растворить в 1014 г раствора, содержащего 240 г NaOH, чтобы получить раствор с w (NaOH) 40 %? 28. Массовые доли бромида и хлорида калия в растворе одинаковы. Для полного осаждения солей из 1000 г раствора к нему нужно добавить 1 дм3 раствора AgN03 с w = 8 % (р = = 1,07 г/см3). Определите массовые доли солей в исходном растворе. 29. К1200 г раствора NaOH добавили 490 г раствора H2S04 (w = 0,4). Для нейтрализации полученного раствора нужно 143 г кристаллической соды. Какова массовая доля NaOH в исходном растворе? 30. К 416 г раствора ВаС12 (w = 10 %) прилили избыток раствора Na2C03 с w = 14 %. Осадок отфильтровали, а к филь- трату добавляли раствор НС1 (w = 5 %) до прекращения вы- деления газа. Определите массу раствора карбоната, если раствора кислоты было израсходовано 438 г. 31. К 250 г раствора CaCL, прилили 500 г раствора Na2C03 (w = 8,48 %). Осадок отфильтровали, а к фильтрату добавля- ли раствор НС1 (w = 10 %) до прекращения выделения газа,
§16. Реакции в растворах 219 причем затрачено 146 г раствора кислоты. Найдите массо- вую долю СаС12 в исходном растворе. 32. К раствору MgCl2 массой 31,65 г (w = 15 %) прилили 125 г раствора Na2C03 (w = 8,48 %). Осадок отфильтровали, к фильтрату добавляли раствор НС1 до прекращения выделе- ния газа. Какая масса раствора НС1 с массовой долей 15 % израсходована? 33. Раствор с массовой долей питьевой соды 4,2 % кипя- тили до прекращения выделения газа, а затем массу раствора довели до первоначальной добавлением воды. Найдите мас- совую долю соли в растворе после кипячения. 34. Массовая доля кислорода в оксиде щелочного металла 25,8 %. Этот оксид массой 12,4 г растворили в 150 см3 воды. Какова массовая доля щелочи в полученном растворе? 35. Какой объем оксида серы (IV) нужен для получения та- кой массы серной кислоты, которая содержится в 400 см3 ее раствора с массовой долей 20 % и плотностью 1,14 г/см3? 36. К 400 г раствора НС1 (w = 7,3 %) прибавили 300 г ра- створа карбоната натрия. После этого для полной нейтрали- зации раствора нужно 50 г раствора КОН с w = 22,4 %. Опре- делите w(Na2C03) в прибавленном растворе. 37. Смесь N2 и Н2 объемом 28,0 дм3 пропущена над ката- лизатором. Из-за образования NH3 объем смеси уменьшился до 20,6 дм3. Какая масса раствора H3P04 (w = 20 %) должна вступить в реакцию с полученным аммиаком, чтобы образо- вался дигидрофосфат аммония? 38. Найдите массу воды, при растворении в которой 6,02-1022 молекул S03, получится раствор с w(H2S04), равной 10 %. 39. К 400 г раствора с w(NaOH) =1,5% добавили 3,1 г Na20. Определите w(NaOH) в полученном растворе. 40. На чашках весов уравновешены стаканы, содержащие водные растворы NaOH и Pb(N03)2 с одинаковой массовой
220 §16- РеаЩии в растворах долей веществ. Как изменится равновесие после насыщения обоих растворов сероводородом? 41. К 100 г раствора КОН добавили 50 г раствора НС1 (w = = 3,65 %). Какой была w(KOH) в исходном растворе, если в конечном она составила 1,87 %? 42. На весах уравновешены два стакана, содержащие по 60 см3 раствора НС1 (w = 20 %, р = 1,1 г/см3). В один стакан внесли 10 г мела, в другой — 10 г кальция. Какой из стаканов и на какую массу станет тяжелее после окончания реакций? 43. На весах уравновешены два стакана, в одном содержит- ся соляная кислота, в другом - раствор КОН. В стакан с КОН добавили 8 г нитрата аммония и сосуд прокипятили до полно- го удаления газа (водане испарялась). Какую массу СаС03 надо добавить в раствор НС1, чтобы восстановить равновесие? 44. Уравновешены два сосуда с разбавленными раствора- ми НС1 и H2S04. В сосуд с HC1 добавили 1 г мела. Какую массу цинка надо добавить к раствору серной кислоты для восста- новления равновесия? 45. К 200 г раствора серной кислоты прилили 1040 г ра- створа ВаС12 (w = 10 %). Выпавший осадок отфильтровали, а для полной нейтрализации оставшегося фильтрата нужно 250 см3 раствора NaOH (w = 25 %, р = 1,28 г/см3). Найдите массовую долю кислоты в исходном растворе. 46. К 107 г раствора с w(NH4Cl) = 20 % прибавили 150 г раствора с w(NaOH) = 20 %, затем раствор прокипятили. Определите, какие вещества после этого остались в раство- ре, каковы их массовые доли, а также массу раствора с w(H3P04) = 60 %, нужную для поглощения газа, выделивше- гося при кипячении, если образуется дигидрофосфат аммо- ния (вода при кипячении не испарялась). 47. Для перевода в раствор оксида металла IIА группы мас- сой 10,0 г потребовалось 83 см3 соляной кислоты (w = 20 %, р = 1,1 г/см3). Установите металл.
§ 16. Реакции в растворах 221 48. Какую массу воды нужно взять для приготовления ра- створа с w(NaF) = 5,25 % посредством смешивания воды, ра- створа с w(HF) = 20 % и раствора с w(NaOH) = 10 %? 49. Два стакана одинаковой массы, в одном из которых находится 100 г соляной кислоты (w = 18,25 %), а в другом - 100 г раствора сульфата меди (II) (w = 16 %), поместили на две чаши весов. К соляной кислоте добавили 2 г карбоната кальция. Вычислите массу железа, которую нужно добавить в другой стакан, чтобы весы уравновесились. 50. В стакан, содержащий 150 г раствора с массовой долей НС1 20 %, опустили цинковую пластинку. Когда ее вынули, масса пластинки оказалась на 6,5 г меньше, чем до реакции. Найдите массовую долю НС1 в растворе после реакции. 51. К45,45 см3 раствора нитрата аммония (w=24 %, р = 1,1 г/см3) прибавили 80 г раствора NaOH (w = 10 %). Полученный раствор прокипятили (вода не испарялась). Какие вещества остались в конечном растворе и каковы их массовые доли? 52. В соляную кислоту погрузили металлическую пластин- ку массой 50 г. После того как вьщелилось 336 см3 водорода (н.у.), масса пластинки уменьшилась на 1,68 %. Из какого металла изготовлена пластинка, если, реагируя с кислотой, металл образует двухзарядный катион? 53. К90Д см3 растворанитрата аммония (w= 12 %, р= 1,11 г/см3) прибавили 75 г раствора КОН (w = 25 %). Раствор выпарили, остаток прокалили. Найдите массовые доли веществ в остат- ке после прокаливания. 54. К 100 см3 раствора соли кальция добавили избыток ра- створа карбоната натрия. Полученный осадок отделили и прокалили, масса прокаленного осадка равна 0,28 г. Какую массу кальция содержит 1 дм3 исходного раствора? 55. Раствор NaOH массой 300 г с w(NaOH) = 5 % нейтрализо- вали раствором с w(HCl) = 8 %. Какую массу воды нужно уда- лить из этого раствора, чтобы получить раствор с w(NaCl)=20 %?
222 § 16- Реакции в растворах 56. Раствор гидрокарбоната натрия массой 120 г с w(NaHC03) = = 5 % прокипятили (вода не испарялась). Найдите массовую долю вещества в растворе, полученном после окончания ре- акции. 57. В 500 г раствора с w(H3P04) = 2 % растворили оксид калия массой 9,6 г. Какой объем воды выпарили из получен- ного раствора, если массовая доля вещества в нем стала рав- ной 5 %? 58. Какую массу натрия нужно растворить в 100 г воды, чтобы 10 г полученного раствора могли нейтрализовать 4,9 г серной кислоты? 59. При добавлении к 50 г воды 2 г смеси натрия и его ок- сида получили раствор с массовой долей щелочи 5,4 %. Ка- кова массовая доля натрия в исходной смеси? 60. К раствору КОН прибавили 14,7 г Н3Р04, после чего в растворе оказалось 22,45 г смеси КН2Р04 и К^НРО^ Найдите массу КОН в исходном растворе. 61.* Какую массу натрия нужно добавить к 200 см3 раство- ра NaOH (w = 10 %, р = 1,1 г/см3), чтобы получить раствор с w(NaOH) = 20 %? Ответ дайте с точностью до сотых долей грамма. 62. К 107 г раствора с w(NH4Cl) = 20 % добавили 150 г ра- створа с w(NaOH) = 18 %. Раствор прокипятили до прекраще- ния выделения газа (вода не испарялась). Определите массо- вую долю образовавшейся соли и минимальную массу раство- ра с w(H3P04) = 60 %, необходимую для образования дигидро- фосфата аммония в реакции с выделившимся аммиаком. 63. Через 100 см3 раствора NaOH (p = 1,1 г/см3) пропустили 4,928 дм3 (н.у.) С02 и получили 22,88 г смеси двух солей. Опре- делите массовые доли этих солей в полученном растворе. 64. Какую массу раствора с w(KHC03) = 5 % надо приба- вить к 200 г раствора с w(HCl) = 10 %, чтобы понизить массо-
§ 16. Реакции в растворах 223 вую долю НС1 в два раза (растворимостью С02 можно пре- небречь)? 65. В раствор, содержащий 51 г нитрата серебра (I), при- лили 16,59 см3 раствора НС1 (массовая доля 10 %, р = 1,1 г/см3). Какой объем раствора хлорида натрия (массовая доля 26 %, р = =1,2 г/см3) нужен для полного осаждения ионов серебра в виде соли из оставшегося раствора нитрата серебра? Какова общая масса осажденного хлорида серебра? 66. К соляной кислоте массой 80 г (массовая доля НС1 30 %) прибавили 140 г раствора нитрата серебра (I). Какова массовая доля азотной кислоты в полученном растворе, если массовая доля хлороводорода снизилась втрое? 67. Для реакции между А1 и раствором НС1, которая проте- кает в закрытом сосуде, взято 10,95 г А1 и 109,5 г кислоты (мас- совая доля хлороводорода 10 %). Найдите химическое коли- чество всех веществ в сосуде после окончания реакции. 68. Какова массовая доля соли в растворе, полученном при нейтрализации раствора с w(HN03) = 30 % раствором с w(NaOH) = 20 %? 69. Какой объем раствора с w(H2S04) = 50 % (р = 1,4 г/см3) нужно добавить к 200 г раствора с w(NaHC03) = 9 %, чтобы получился раствор с w(NaHC03) = 5 %? 70.* Имеется смесь NaHSO и Na2S03, в которой на 1 атом водорода приходится 9 атомов кислорода. Такую смесь мас- сой 35,6 г обработали избытком разбавленной серной кис- лоты при нагревании и вьщелившиися газ пропустили через раствор, содержащий 0,15 моль Ва(ОН)2. Установите состав полученной соли. 71. В раствор серной кислоты с массовой долей ее 25 % по- местили железный шарик массой 10 г. Через некоторое время, когда диаметр шарика уменьшился вдвое, массовая доля кис- лоты стала равной 10 %. Найдите массу исходного раствора.
224 § J6. Реакции в растворах 72. К 25 г раствора с w(KHC03) = 10 % добавили 28 г ра- створа с w(KOH) = 10 %. Установите массовые доли веществ в конечном растворе. 73. К 200 см3 раствора НС1 (р = 1,1 г/см3) с неизвестной массовой долей добавили 10 см3 воды. К пробе полученного раствора массой 20 г прилили избыток раствора нитрата се- ребра (I) и получили осадок массой 13,5 г. Найдите массовую долю НС1 в исходном растворе. 74. На полную нейтрализацию раствора КОН понадоби- лось 44 г раствора HN03. После нейтрализации в растворе массой 80 г массовая доля соли составляет 20,3 %. Найдите массовые доли реагентов в исходных растворах. 75. Медь массой 3,2 г растворили в 100 г раствора с w(H2S04) = = 98 %. Выделившийся с выходом 90 % газ растворили в 100 г воды. Определите w(H2S03) в полученном растворе, считая, что весь газ переходит в кислоту. 76. Выделившийся при растворении серебра в избытке H2S04 (конц.) газ растворили в воде и получили раствор с w(H2S03) = 5 % массой 60 г (весь газ перешел в кислоту) Оп- ределите массу растворенного серебра. 77. Нужно приготовить 50 г раствора с w(Na2C03) = 5,3 % смешиванием С02, раствора с w(NaOH) = 20 % и воды. Ка- кую массу воды нужно взять для этого? 78. Определите, какие массы Ij^CO^ раствора с w(HCl) = 10 % и Н20 нужно взять для приготовления раствора LiCl массой 30 г с w(LiCl) = 10 %. 79. Для нейтрализации 50 г муравьиной кислоты исполь- зовали раствор NaOH массой 70 г. В растворе после реакции массовая доля соли 4,93 %. Найдите массовые доли реаген- тов в исходных растворах. 80. Калий массой 5,85 г растворили в воде. Полученный ра- створ нейтрализовали соляной кислотой массой 74,8 г. Масса
§16. Реакции в растворах 225 раствора после нейтрализации 223,5 г. Какую массу воды ис- пользовали для растворения калия? Каковы массовые доли КС1 в конечном растворе и НС1 в соляной кислоте? 81. Приготовили два раствора Na2C03. Если смешать 100 г первого и 150 г второго растворов, то при действии H2S04 на эту смесь образуется 5,82 дм3 (н.у.) газа. Если же смешать 150 г первого и 100 г второго растворов, то под действием H2S04 получили 4,70 дм3 (н.у.) газа. Найдите w(Na2C03) во втором растворе. 82. В результате полного взаимодействия соляной кислоты с карбонатом кальция получили раствор с w(CaCl2) = 6,82 %. Рассчитайте w(HCl) в исходном растворе кислоты. 83. В результате частичного разложения Н202 в растворе масса раствора уменьшилась на 10,0 % и образовался раствор с w(H202) = 32,5 %. Найдите w(H202) в исходном растворе. 84. Какую массу Na2C03 следует прибавить к раствору мас- сой 100 г с w(H2S04) = 8 %, чтобы w(Na+) в полученном ра- створе составила 5 %? Ответы 1. 2,4 %. 2. 13,66 %. 3. w(BaCl2) = 0,94 %; w(KCl) = 2,68 %. 4. 177 см3. 5. 11,2 дм3. 6. 77,8 %. 7. Синий. 8. 20,61 %. 9. 9,94 %. 10. 56 г. 11. 2 % NaOH; 17,6 % NaCl. 12. 0,3 %. 13. 193 см3. 14. 6,88 см3. 15. 7,22 %. 16. 3,74 моль. 17. 7,9 %. 18. 5,00 %. 19. 3,8 %. 20. 5 формульных единиц. 21. 1,4075 %. 22. 34,5 г Na и 267 г Н20. 23. 11,5 г. 24. 0,97:1. 25. 1:3,75. 26. 12,5 г. 27. 186 г. 28. 2,34 %. 29. 10 %. 30. 378,6 г. 31. 8,9 %. 32. 24,3 г. 33. 2,65 %. 34. 9,85 %. 35. 20,85 дм3. 36. 10,6 %. 37. 161,7 г. 38. 90 г. 39. 2,48 %. 40. Тяжелее стакан с NaOH. 41. 5,6 %. 42. Тяжелее стакан с Са на 3,9 г. 43. 11,25 г. 44.0,58 г. 45.49 %. 46.4,4 % NaOH и 9,4 % NaCl; 65,3 г раствора Н3Р04. 47. Mg. 48. 15 г. 49.1,12 г. 50. 14,52 %. 51. 1,57 % NaOH; 10,0 % NaN03. 52. Fe. 53. 12,75 г KN02; 10,36 г КОН. 54. 2 г. 55. 361,4 г. 56. 3,2 % Na2C03. 57. 154,6 см3. 58. 29,5 г. 59. 0,25. 60. 11,42 г. 61. 14,21 г. 62. 9,35 %; 65,3 г. 63. 17,7 % Na2C03; 1,4 % NaHCOr 64. 149 г. 65. 46,87 см3; 43,05 г. 66. 2,75 %. 67. 0,6 моль Н2; 0,1 моль А1С13; 4,575 моль Н20; 0,3 моль А1(ОН)3.68.21 % NaNOr 69.6,46 см3.70. Ba(HS03)r 71. 107,7 г. 72.6,5 % К^; 2,6 % КОН. 73. 17,9 %. 74.25 % КОН; 23 % HN03. 75. 3,59 %. 76. 7,9 г. 77. 38,9 г. 78. 2,63 г ЦС03; 25,9 г p-pa HC1; 3,03 г Н20. 79. 8 % НСООН; 9,6 % NaOH. 80. 143 г Н20; 5 % КС1; 7,32 % НС1.81. 15,3 %. 82. 4,64 %. 83. 0,505. 84. 12,35 г. 8 3ак. 3451
§ 17. Кристаллогидраты Кристаллогидраты — это твердые вещества, в состав кото- рых входит вода, называемая кристаллизационной. Покажем, как следует находить состав кристаллогидрата по его массе. ПРИМЕР 17-1.* Найдите массы воды и безводной соли в медном купоросе массой 120 г. Решение Формула медного купороса — CuS045H20. Решаем задачу двумя способами. Вариант 1 («по молям»). M(CuS04) = 160 г/моль; Jl/(CuS04-5H20) = 250 г/моль; Af(H20) = 18 г/моль; еп с^ ш ™ ™(CuS04 5Н20) 120 nAQf ч fl(CuS04 5HLO) = — *—^- = = 0,48 (моль). 42 Af(CuS04 5Н20) 250 Из стехиометрической схемы 0,48 моль хмоль у моль CuS04-5H20 -> CuS04 + 5Н20 1 моль 1 моль 5 моль следует: х = /i(CuS04) = ^^- = 0,48 (моль); m(CuS04) = az(CuS04) • M(CuS04) = 0,48 • 160 = 76,8 (г);
§ 17. Кристаллогидраты 227 у = л(Н20) = 9i^l = 2,4 (моль); m(H20) = w(H20) -Л/(Н20) = 2,4 • 18 = 43,2 (г). Или: m(H20) = w(CuS04 -5Н20) - m(CuS04) = 120 - 76,8 = 43,2 (г). Вариант 2 («по массам») Решение также проводим по стехиометрической схеме: 120 г х г ут CuS04-5H20 _ п = 1 моль m = 250 г x = tw(CuS04) = v = wfH.ftt = CuS04 + 5H20. п = 1 моль п = 5 моль m = 160 г m = 90 г 120160 ., 0/ч = -2i0T = 76'8(r); :Mi0=«,frV Ответ: m(CuS04) = 76,8 г; ю(Н20) = 43,2 г. Кристаллизационную воду следует учитывать при реше- нии задач, связанных с приготовлением растворов с исполь- зованием кристаллогидратов. ПРИМЕР 17-2. Какие массы кристаллической соды Na2CO3-10H2O и воды нужно взять для приготовления раствора карбоната натрия массой 240 г с массовой долей Na2C03 6 %? Решение M(Na2CO3-10H2O) = 286 г/моль; M(Na2C03) = 106 г/моль. Вариант 1 Находим массу безводной соли в составе кристаллогидрата: х m Na2CO3-10H2O Na2C03. 286 г 106 г 106Х П?71 т = = 0,371х. 286
228 £77. Кристаллогидраты Составляем выражение для массовой доли Na2C03 в ра- створе: WCN..CO,)- -J^NbOO,) - • m(p-paNa2C03) 240 Отсюда: х = m(Na9C03 10Н,О) = 2400'06 = 33,8 (r). 23 2 0,371 Далее: w(H20) = /и(р-ра) - /w(Na2CO3-10H2O) = = 240-38,8 = 201,2 (r). Вариант 2 Из формулы w(Na2C03) = - m(Na2CQ3) m(p-paNa2C03) находим: m(Na2C03) = m(p-pa Na2C03) • w(Na2C03) = 14,4 (r). По массе безводной соли рассчитываем массу кристалло- гидрата: 14,4 г х Na2C03 Na2CO310H2O. 106 г 286 г 14 4-286 jc = m(Na,CO310H7O) = — — = 38,9 (г). Тогда: /и(Н20) = m(p-pa Na2C03) - m(Na2CO3-10H2O) = = 240-38,9 = 201,1 (г). Результаты расчетов обоими методами практически совпа- дают; точнее результат, полученный в варианте 2, так как в этом
§17. Кристаллогидраты 229 случае не было округлений в промежуточном действии — оп- ределении массы Na2C03 в кристаллогидрате. Ответ: w(Na2C03- 10Н2О) = 38,9 г; т(Н20) = 201,1 г. Следующий пример показывает способ определения фор- мулы кристаллогидрата по данным для растворов. ПРИМЕР 17-3. Кристаллогидрат Na2C03 • яН20 массой 2,86 г растворили в воде и получили раствор массой 50 г с массовой долей Na2C03 2,12 %. Определите формулу крис- таллогидрата. Решение Рассмотрим только один вариант решения данной задачи. Найдем массу безводной соли в составе кристаллогидрата: 2,86 г х Na2C03-«H20 Na2C03 106 + 18л г 106 г лм тл 1062>86 303,16 2 3 106 + 18п 106 + 18* Составляем выражение для массовой доли Na2C03 в ко- нечном растворе: w(Na2C03) = m(Na2CQ3) m(p-paNa2C03) 303,16 Находим: 0,0212 = Ж±!8п 50 0,0212-50 = -303Д6 106 + 18и 303,16 = 1,06(106 + 18л); 286 = 106 + 18л; 18л = 180; «=10.
230 £77. Кристаллогидраты Формула кристаллогидрата Na2CO310H2O. Ответ: Na2CO310H2O. 1. В воде массой 120 г растворили 10 г медного купороса Най- дите массовую долю сульфата меди в полученном растворе. 2. Какую массу медного купороса надо растворить в 150 см3 воды для получения раствора с w(CuS04) = 0,05? 3. Какая масса воды нужна для растворения 14,3 г декагидра- та карбоната натрия, если образуется раствор с w(Na2C03) = = 5,3 %? 4. Какие массы воды и медного купороса надо взять для приготовления 10 дм3 раствора с w(CuS04) = 2 % и плотнос- тью 1,0 г/см3? 5. В каком объеме воды надо растворить гептагидрат суль- фата цинка массой 100 г, чтобы получить раствор с w(ZnS04) = = 0,01? 6. В 20 г раствора с w(Na2S04) = 20 % растворили 4 г дека- гидрата сульфата натрия. Найдите w(Na2S04) в полученном растворе. 7. Какие массы медного купороса и раствора с w(CuS04) = 8 % надо взять для приготовления 420 г раствора с w(CuS04) = = 16%? 8. В какой массе раствора с w(Na2C03) = 5 % надо раство- рить 100 г кристаллической соды для получения раствора с массовой долей карбоната натрия 15 %? 9. Какая масса ионов Са2+ находится в 15 см3 раствора, ко- торый в 100 см3 содержит 5 г СаС12- 6Н20? 10. Кристаллогидрат сульфата цинка массой 5,38 г раство- рили в 92 см3 воды и получили раствор с w(ZnS04) = 3,3 %. Сколько молей воды входит в состав 1 моль кристаллогидрата? 11. Какой объем воды надо взять для растворения 27,8 г гептагидрата сульфата железа (II) для получения раствора
§17. Кристаллогидраты 231 с w(FeS04) = 8 %? Какую массу кристаллогидрата следует до- бавить к этому раствору, чтобы w(FeS04) возросла до 15 %? 12. Кристаллогидрат хлорида магния массой 6,09 г раство- рили в воде и к полученному раствору добавили избыток ра- створа AgN03, выпало 8,61 г осадка. Установите формулу кри- сталлогидрата. 13. Из 400 см3 раствора CuS04 (w = 25 %, р = 1,19 г/см3) при охлаждении выпал осадок CuS04*5H20 массой 50 г. Най- дите массовую долю оставшегося в растворе сульфата меди. 14. Смесь медного купороса и гептагидрата сульфата маг- ния массой 3 г после обезвоживания теряет 50 % массы. Най- дите массовую долю гептагидрата сульфата магния в смеси. 15. Смесь CuS04-5H20 и FeS047H20 массой 1,202 г ра- створили в воде и к полученному раствору добавили избыток ра- створа хлорида бария. Масса полученного осадка равна 1,085 г. Найдите массовые доли компонентов в исходной смеси. 16. Металлический магний массой 0,96 г растворили в азотной кислоте и из полученного раствора вьщелили 10,24 г кристаллогидрата соли магния. Установите формулу крис- таллогидрата. 17. Гидроксид цинка массой 19,8 г обработали избытком азотной кислоты, а из полученного раствора выделили 59,4 г кристаллогидрата. Определите формулу кристаллогидрата. 18. Масса сульфата бария, полученная из смеси сульфата ка- лия и декагидрата сульфата натрия общей массой 0,966 г равна 1,253 г. Найдите массовые доли компонентов в исходной смеси. 19. Какие массы воды и дигидрата хлорида бария нужно взять для приготовления 400 см3 раствора с м>(ВаС12) = 20 % (р= 1,2 г/см3)? 20. Оксид меди (II) массой 8 г растворили в 20 см3 раство- ра серной кислоты (w = 4,9 %, р = 1,03 г/см3), полученный раствор осторожно выпарили при 100 °С. Какое вещество при этом получено и какова его масса?
232 #77. Кристаллогидраты 21. Нужно приготовить 1000 г раствора соли с массовой до- лей 20 %. Какие массы воды и кристаллогидрата этой соли нуж- но для этого взять, если известно, что в 239,5 г кристаллогидра- та масса безводной соли на 79,5 г больше, чем масса воды? 22. Установите формулу кристаллогидрата нитрата меди (II), если при прокаливании 4,3294 г кристаллогидрата до постоянной массы твердый остаток имеет массу 1,4312 г. 23. При полном обезвоживании кристаллогидрата суль- фита натрия масса твердого остатка в два раза меньше исход- ной массы кристаллогидрата. Установите формулу кристал- логидрата. 24. Установите формулу кристаллогидрата сульфата на- трия, если при его полном обезвоживании потеря массы со- ставляет 47 % от массы кристаллогидрата. 25. Массовая доля воды в смеси кристаллогидратов, со- стоящих из медного купороса CuS04*5H20 и железного ку- пороса FeS04-7H20, составляет 40 %. Вычислите массовую долю CuS04-5H20 в смеси. 26. При прокаливании до постоянной массы кристалло- гидрата нитрата меди (II) массой 2,42 г масса кристаллогид- рата уменьшилась на 1,62 г. Установите формулу кристалло- гидрата. 27. При взаимодействии кристаллогидрата бромида на- трия массой 1,39 г с избытком раствора нитрата серебра (I) получено 1,88 г осадка. Установите формулу кристаллогид- рата бромида натрия. 28. Вычислите массу кристаллогидрата сульфата натрия (кристаллизуется с 10 молекулами воды), которую следует до- бавить к 50 см3 раствора сульфата натрия (w = 5 %, р = 1,1 г/см3), чтобы удвоить массовую долю вещества в растворе. 29. Какую массу Cu(N03)2 • ЗН20 нужно прибавить к 250 см3 раствора с w(Cu(N03)2 = 8 % (р = 1,07 г/см3), чтобы получить раствор с w(Cu(N03)2) = 20 %?
§17. Кристаллогидраты 233 30. В каком объеме раствора с w(FeS04) = 10 % (р = 1,05 г/см3) нужно растворить 27,8 г FeS04 • 7Н20, чтобы получить ра- створ cw(FeS04) = 15%? 31. Какую массу кристаллогидрата Na2S04 • 10Н2О нужно добавить к 100 см3 раствора Na2S04 (w = 8 %, р = 1,07 г/см3), чтобы массовая доля безводной соли возросла вдвое? 32. Кристаллогидраты ZnS04- 6H20 и ZnS04* H20 смеша- ли в массовом соотношении 1:3 соответственно. Какую мас- су такой смеси нужно растворить в 5 моль Н20 для получе- ния раствора с w(ZnS04) = 15 %? 33. К 300 г раствора Na2S04 добавили 20 г Na2S04- ЮН20, при этом w(Na2S04) в растворе стала 6 %. Какова была w(Na2S04) в исходном растворе? 34. После прибавления 5 г Bi(N03)3 * ХН20 к 100 г раствора с w(Bi(N03)3)= 4 % массовая доля соли стала равной 7,69 %. Установите формулу кристаллогидрата. 35. Массовая доля безводной соли в кристаллогидрате рав- на 64,0 %. Какую массу кристаллогидрата нужно взять для приготовления 150 г раствора с массовой долей безводной соли 50,0 %? 36. В порции кристаллогидрата ацетата калия содержится 3,612 1023 атомов углерода и 1,084-1024 атомов водорода. Найди- те число атомов кислорода в этой порции кристаллогидрата. 37. Гексагидрат нитрата железа (III) массой 7 г прокалили до постоянной массы, твердый остаток полностью перевели в раствор с помощью H2S04, а объем раствора довели до 1 дм3. Рассчитайте молярную концентрацию соли в приготовленном растворе. 38. Раствор, полученный обработкой 18 г смеси Fe и Си серной кислотой (w = 70 %) при нагревании, выпарили и по- лучили 153,53 г смеси кристаллогидратов (массовая доля Н20 в соли железа 28,85 %, а в соли меди — 36,07 %). Определите массовую долю железа в исходной смеси и химическое коли- чество затраченной кислоты.
234 £77. Кристаллогидраты 39. Какую массу FeS04 • 7Н20 необходимо растворить в 250 г воды, чтобы каждый грамм полученного раствора со- держал 0,1 г безводной соли? 40. В какой массе воды следует растворить 10 г CuS04 x х 5Н20, чтобы каждый грамм полученного раствора содер- жал 0,01 г ионов меди? 41.* Какая масса FeS047H20 нужна для получения 32,1 г Fe(OH)3? 42. При растворении в 86,1 г воды 13,9 г кристаллогидрата FeS04 • лН20 массовая доля FeS04 стала равной 0,076. Опре- делите формулу кристаллогидрата. 43. Кристаллогидрат Na3P0412H20 химическим количе- ством 1,0 моль растворили в 75,0 моль воды. Плотность по- лученного раствора равна 1,09 г/см3. Вычислите молярную концентрацию ионов Na+ в этом растворе. 44. Смесь равных масс моногидрата гидросульфата натрия и декагидрата сульфата натрия растворили в воде. Масса ра- створа оказалась больше массы исходной смеси кристалло- гидратов в 10 раз. Вычислите, сколько атомов водорода при- ходится в этом растворе на 100 атомов кислорода. 45. В каком мольном отношении следует смешать соот- ветственно Na2S04 и CuS04 • 5H20, чтобы при растворении этой смеси в необходимом объеме воды получился раствор с равными массовыми долями ионов Na+ и Си2+? 46. В каком соотношении по массе следует смешать соот- ветственно воду и кристаллогидрат, в котором массовая доля безводной соли 63,7 %, чтобы получить раствор с массовой долей безводной соли 20 %? 47. Химическое количество СгВг36Н20 в 90 раз меньше химического количества воды, взятой для растворения кри- сталлогидрата. Плотность полученного раствора 1,20 г/см3. Вычислите молярную концентрацию безводной соли в этом растворе.
§17. Кристаллогидраты 235 48. Чему равны соответственно массы ВаС12 и ВаС12-2Н20, которые надо взять для приготовления 1,5 дм3 раствора (р = 1,072 г/см3) с м>(ВаС12) = 8 %? 49.* Кристаллогидрат состава Ме2С03хН20 массой 14,3 г растворили в воде массой 128,7 г и получили раствор с w(Me2C03) равной 3,71 %. При добавлении к полученному раствору избытка соляной кислоты и нагревании выделился газ объемом (н.у.) 1,12 дм3. Установите формулу кристалло- гидрата. 50. В кристаллогидрате CaS04 • хН20 число атомов кисло- рода в 1,5 раза больше числа атомов водорода. Укажите мо- лярную массу кристаллогидрата. 51. В результате взаимодействия кристаллогвдрата Ba(N03)2H20 с раствором H2S04 образовался раствор HN03, на взаимодей- ствие с 3,25 г которого расходуется раствор NaOH объемом 6,2 см3 с c(NaOH) = 1,0 моль/дм3. Найдите w(H2S04) в исход- ном растворе. Ответы: 1. 4,92 %. 2. 12,7 г. 3. 85,7 г. 4. 9687,5 г воды и 312,5 г кристаллогидрата. 5. Примерно 5,5 дм3. 6.24 %. 7. 360 г раствора и 60 г медного купороса. 8.220 г. 9.0,137 г. 10.6 моль. 11.162,2 см3 R,0; 33,5 г кристаллогидрата. 12. MgCl2-6H20. 13. 20,4 %. 14. 91,8 %. 15. w(FeS04«7H20) = 59,7 %; w(CuS04-5H20) = 40,3 %. 16. Mg(N03)2-6H20.17. Zn(N03)2-6H20.18. w^SO,) = 93,3 %; w(Na2S04x x 10H2O) = 6,7 %. 19. 367,4 г Н20 и 112,6 г ВаС12-2Н20.20. 2,575 г CuS04-5H20. 21. 300,3 г кристаллогидрата и 699,7 г воды. 22. Cu(N03)2«3H20.23. Na2S03x х7Н20. 24. Na2S04-7H20. 25. 57 %. 26. Cu(N03)2 • 3H20. 27. NaBr-2H20. 28.8,06 г. 29.55,6 г. 30.210 см3.31.30,5 г. 32.20,0 г. 33. 3,46 %. 34. Bi(N03)3«5H20. 35. 117 г. 36. 6,32 • 1023. 37. 0,01 моль Fe2(S04)3. 38. 75 %; 0,87 моль. 39. 56 г. 40. 244,6 г. 41. 83,4 г. 42. FeS04«7H20. 43. 1,90 моль/дм3. 44. 193. 45. 1,39:1. 46.2,19:2.47.0,594 моль. 48.128,6 ги 150,9 г. 49. Na2CO3«10H20.50.172 г/моль. 51. 9,86 %.
§ 18. Определение состава и массовой доли солей При взаимодействии различных классов соединений в общем случае могут образоваться соль одного состава (сред- няя, кислая или основная) или же смесь кислой и средней соли или средней и основной соли (кислые и основные соли в растворе совместно не существуют)1. Решать такие задачи нужно по следующей схеме: 1) рассчитываем химические количества реагентов; 2) записываем уравнения возможных реакций между реа- гентами; 3) на основании анализа химических количеств реаген- тов и их стехиометрических коэффициентов делаем вывод о составе продуктов. ПРИМЕР 18-1.* Оксид фосфора (V) массой 7,1 г полнос- тью растворили в растворе гидроксида калия массой 56 г с массовой долей щелочи 20 %. Найдите состав и массовую долю соли в полученном растворе. Решение Этап 1 М(?205) = 142 г/моль; М(КОН) = 56 г/моль; и(Р205) = m(P2°s) = -^ = 0,05 (моль); v 2 5 М(Р205) 142 1 Следует иметь в виду, что совместно в растворе не существуют фосфа- ты и дигидрофосфаты: К3Р04 + КН2Р04 = 2К2НР04.
§ 18. Определение состава и массовой доли солей 237 w(KOH) = m(p-pa КОН) • w(KOH) = 56 0,2= 11,2 (г); ,„лттч w(KOH) 11,2 ... о(КОН) = — - = —2- = 0,2 (моль). М(КОН) 56 Этап 2 Р205 + 2КОН + Н20 = 2КН2Р04. (18-1) Р205 + 4КОН = 2К2НР04 + Н20. (18-2) Р205 + 6КОН = 2К3Р04 + ЗН20. (18-3) Этап 3 Согласно данным задачи (см. этап 1), находим отноше- ние химических количеств щелочи и оксида: й(КОН) : и(Р205) = 0,2: 0,05 = 4:1. Видим (см. этап 2), что такое отношение отвечает стехио- метрическим коэффициентам для КОН и Р205 в уравнении (18-2). Следовательно, образуется гидрофосфат калия. Находим массу и массовую долю соли в растворе. 0,05 моль х Р205 + 4КОН = 2К2НР04 + Н20. 1 моль 2 моль х = и(К2НР04) = 0,°5'2 = 0,1 (моль); /и(К2НР04) = «(KjHPO,,) • M(K2HP04) = 0,1-174= 17,4 (г); m(p-pa KjHPO^ = /и(р-ра КОН) + /и(Р205) = = 56+ 7,1 =63,1 (г); w(K2HP04) = ^K2HPQ4) =lZil = o>276 (27,6 %). 2 4 /и(р-раК2НР04) 63,1 Ответ: м>(К,НР04) = 27,6 %. Конечно, если вы помните все уравнения реакций (с ко- эффициентами!) оксида фосфора (V) со щелочами, то вам
238 § 18- Определение состава и массовой доли солей нет необходимости записывать в этапе 2 все уравнения. Най- дя по данным этапа 1 отношение химических количеств КОН и Р205, вы сразу можете записать нужное уравнение и прово- дить дальнейшие расчеты. 1. Газ, полученный при сжигании 44,8 дм3 (н.у) метана, про- пустили через 0,5 дм3 раствора NaOH (w = 25 %, р = 1,28 г/см3). Определите состав и массовую долю полученной соли. 2. Определите состав и массовую долю соли, полученной растворением в 160 г раствора с w(NaOH) = 5 % оксида фос- фора (V) массой 14,2 г. 3. Газ, выделившийся при нагревании 10,7 г хлорида аммо- ния с избытком щелочи, поглотился раствором, содержащим 19,6 г Н3Р04. Найдите состав и массу полученной соли. 4. После сжигания смеси сероводорода с избытком кислоро- да ее объем уменьшился на 67,2 дм3 (н.у). Полученный газ про- пустили через 285,7 см3 раствора NaOH (w = 40 %, р = 1,4 г/см3). Определите состав и массовую долю полученной соли. 5. Сожгли 5,6 дм3 (н.у.) газа, состоящего (% по массе) из 20 % водорода и 80 % углерода и имеющего относительную плот- ность по водороду 15. Образовавшийся газ пропустили через раствор, полученный взаимодействием 20 г неизвестного ме- талла с водой. Определите состав и массу полученной соли, если известно, что при взаимодействии 20 г металла с водой получа- ется гидроксид металла (II) и выделяется 11,2 дм3 газа (н.у). 6. Оксид железа (III) массой 48 г полностью восстановили до металла нагреванием в токе СО. Полученный при этом газ про- пустили через раствор, образованный взаимодействием 36 г Са с избытком воды. Установите состав и массу полученной соли. 7. Фосфор, полученный из 15,5 г ортофосфата кальция, полностью окислили избытком кислорода и продукт раство- рили в 250 см3 раствора, содержащего 0,8 моль NaOH (p = = 1 г/см3). Найдите состав и массовую долю соли в получен- ном растворе.
§ 18. Определение состава и массовой доли солей 239 8. Оксид, полученный при полном окислении 1,55 г фос- фора избытком кислорода, пропущен через 3,7 дм3 раствора с w[Ca(OH)2] = 0,1 % (р = 1 г/см3). Укажите молярную массу полученной соли. 9. В воде растворили оксид натрия и вещество, полученное при сжигании фосфора в избытке кислорода, затем раствор выпарили. Какое вещество находится в сухом остатке, если использовались равные массы оксида натрия и фосфора? Рассмотрим пример решения задачи, когда образуется смесь солей. ПРИМЕР 18-2.* Оксид фосфора (V) массой 14,2 г полно- стью растворили в растворе КОН массой 140 г с массовой до- лей щелочи 20 %. Определите химические количества полу- ченных солей. Решение Находим: п(Р205) = ^| = 0,1 (моль); /я(КОН)=140-0,2 = 28(г); 2R п(КОН) = — = 0,5 (моль); 56 я(КОН): л(Р205) -0,5:0,1=5:1. Видим, что такому отношению химических количеств КОН и Р205 не удовлетворяет ни одно из уравнений реакций (18-1)—(18-3) (см. пример 18-1). Что делать дальше? Можно заметить, что коэффициент 5 для КОН лежит в промежутке между стехиометрическими коэффициентами для КОН, равными 4 и 6, в уравнениях реакций (18-2) и (18-3). Это как раз и свидетельствует о том, что образуется смесь со- лей ¥^Н?0Л и К3Р04.
240 § 18. Определение состава и массовой доли солей Дальнейшие расчеты можно проводить двумя способами. Вариант 1 (составление системы двух уравнений) Выписываем уравнения реакций (18-2) и (18-3): х 4х я, 0,1 моль Составляем систему двух уравнений по химическим ко- Р205+4КОН 1 моль У 6v Р205+6КОН 1 моль = 2К2НР04 + Н20 2 моль > 0,5 моль = 2К2НР04 + Н20 2 моль личествам КОН и Р205: [* + ;у = 0,1, Ujc + 6>; = 0?5. Находим: л: = 0,05 моль, у = 0,05 моль. Из уравнений реакций следует: /11=л(К2НГО4) = —= 2-0,05 = 0,1 (моль); л2=КК3РО4) = ^ = 2-0,05 = 0,1 (моль). Вариант 2 (автор данного пособия называет его методом «выкручивания рук») Допустим, образовался дигидрофосфат калия: 0,1 моль 0,5 моль 0,2 моль Р205 + 2КОН + Н20 = 2КН2Р04.
§ 18. Определение состава и массовой доли солей 241 Видим, что КОН взят с избытком; соли образовалось 0,2 моль, а избыточное химическое количество КОН равно 0,5-0,1-2 = 0,3 моль. В избытке щелочи протекает вторая реакция, в которую вступают 0,2 моль КН2Р04 и 0,3 моль КОН: 0,2 моль 0,3 моль 0,2 моль КН2Р04 + КОН = К2НР04 + Н20. В этой реакции КОН опять находится в избытке; образу- ется 0,2 моль К2НР04, а в избытке остается 0,3-0,2 = 0,1 моль КОН. В избытке щелочи протекает третья реакция (теперь вам понятно, почему автор называет такой подход методом «вык- ручивания рук»?), в которую вступают 0,2 моль К2НР04 и 0,1 моль КОН: 0,2 моль 0,1 моль 0,1 моль К,НР04 4- КОН = К,РО, + НО. 2 4 3 4 2 В этой реакции в избытке находится К^НРО^ образуется 0,1 моль К3Р04 и останется 0,2 - 0,1 = 0,1 моль К2НР04. Ответ: /KK^HPO,) = я(К3Р04) = 0,1 моль. Еще раз подчеркнем: выбор способа решения таких задач целиком зависит от вашей математической и химической эрудиции. Отметим, однако, что второй способ, несмотря на кажущуюся громоздкость, химически более грамотен и, по мнению автора, предпочтительнее. Полезный совет: в ре- акциях щелочей с Р20. удобнее перевести Р205 в Н3Р04: Р205 + ЗН20 = 2Н3Р04 и расчеты вести по химическому количеству щелочи и кис- лоты, используя реакции с кислотой, например: NaOH + Н3Р04 = NaH7P04 + Н20; NaH2P04 + NaOH = Na2~HP04 + H90; Na,HPOd + NaOH = Na,POd + H70. 2 4 3 4 2 To же самое рекомендуем делать для реакций с участием оксидов металлов: К20 + Н20 = 2КОН
242 § 18- Определение состава и массовой доли солей и дальше расчеты проводить по химическому количеству щелочи. 10. Углекислый газ объемом 1,568 дм3 (н.у) пропускают че- рез раствор, содержащий 3,2 г гидроксида натрия. Определи- те состав и химические количества полученных солей. 11. Сероводород объемом 11,2 дм3 (н.у.) пропускают через раствор, содержащий 40 г КОН. Найдите состав и массы по- лученных веществ. 12. Хлорид натрия массой 117 г обработали при нагреве концентрированной серной кислотой, содержащей 147 г H2S04. Определите химическое количество солей в смеси после реакции. 13. Аммиак объемом 8,96 дм3 (н.у.) пропустили через 250 г раствора с w(H3P04) = 10 %. Определите состав и химические количества полученных солей. 14. Смешали растворы, содержащие 5,88 г Н3Р04 и 8,4 г КОН. Определите состав и массы полученных солей. 15. Сожгли 5,6 дм3 (н.у.) бутана и полученный газ пропус- тили через раствор, содержащий 102,6 г Ва(ОН)2. Определите состав и химические количества полученных продуктов. 16. Смесь газов массой 60 г пропустили через раствор КОН, при этом образовалось 2,07 г средней и 6 г кислой соли. Найди- те массовую долю углекислого газа в смеси, если известно, что соли представляют производные угольной кислоты. 17. Через суспензию, содержащую 7,4 г Са(ОН)2, пропус- тили 8 дм3 (н.у.) газовой смеси, содержащей 39,2 % углекис- лого газа по объему. Найдите химическое количество полу- ченного карбоната кальция. 18. Какой объем смеси оксида серы (IV) и азота (смесь содер- жит 20 % оксида серы по массе) надо пропустить через 1000 г (н.у.) раствора с vv(NaOH) = 4 %, чтобы массовые доли полу- ченных при этом солей стали одинаковы?
§ 18. Определение состава и массовой доли солей 243 19. Сожгли 3,1 г фосфора и полученный оксид P(V) ра- створили в 70 см3 раствора КОН (w = 14 %, p=l,14 г/см3). Определите массовую долю полученной соли. 20.* Реагируют 0,05 моль Р205 и 0,08 моль NaOH. Найдите состав и химическое количество полученной соли. 21.* Газ, выделившийся при обжиге 250 г известняка с мас- совой долей примесей 12 %, пропустили через раствор, по- лученный при растворении 9,75 г калия в 180 см3 воды. Най- дите состав и массу полученной соли. 22.* Определите состав и химическое количество солей, об- разовавшихся при добавлении к раствору, содержащему 32 г NaOH, оксид фосфора (V) массой 42,6 г. 23. При полном сгорании 6,8 г вещества образовалось 14,2 г Р205 и 5,4 г Н20. К полученным продуктам реакции прибави- ли 37 см3 раствора NaOH (массовая доля щелочи 32 %, плот- ность раствора 1,35 г/см3). Установите формулу вещества и массовую долю соли в растворе. 24. В 200 г раствора с массовой долей дигидрофосфата ам- мония 23 % пропущен газ, полученный при взаимодействии 10,7 г хлорида аммония с избытком гидроксида калия. Опре- делите массовые доли солей в полученном растворе. 25. Газ, полученный при полном обжиге в избытке кисло- рода смеси пирита и сульфида Fe(II) массой 20,8 г, пропус- тили через раствор гидроксида калия массой 200 г и получи- ли раствор с массовой долей средней соли 21,63 %. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси, учитывая, что кис- лая соль не образовалась. 26. Продукты полного сгорания 4,48 дм3 сероводорода (н.у) в избытке кислорода поглощены раствором NaOH объемом 53 см3 (w = 16 %, р = 1,18 г/см3). Найдите массовые доли веществ в полученном растворе и массу осадка, который вы- делится при обработке полученного раствора избытком гид- роксида бария.
244 § №. Определение состава и массовой доли солей 27. Газ, полученный действием избытка НС1 на 36,6 см3 раствора К^СОз (w = 0,4; р = 1,414 г/см3), пропустили через раствор, содержащий 7,4 г Са(ОН)2. Определите массу обра- зовавшегося осадка. 28. Оксид углерода (IV), полученный при полном сжига- нии 0,3 г углерода, пропустили через 200 г раствора Ва(ОН)2 (w =3,42 %). Определите массу образовавшегося осадка. 29. Продукты полного сгорания 3,36 дм3 H2S (н.у.) погло- щены 50,4 см3 раствора КОН (w = 23 %; р = 1,21 г/см3). Най- дите массовые доли веществ в полученном растворе. 30.* Смесь К3Р04 и Р205 массой 14,15 г, в которой w(P) = = 21,91 %, растворили в 100 г горячей воды. Определите мас- совые доли веществ в полученном растворе. 31.* Рассчитайте массовые доли веществ в растворе, полу- ченном при растворении 134,4 объема НС1 (н.у.) в одном объе- ме раствора l^CO-j (w = 40 %; р = 1,38 г/см3). Растворимос- тью С02 в воде можно пренебречь. 32. Газ, полученный при обжиге 36 г технического пири- та, содержащего неокисляющиеся примеси, растворили в 347,1 см3 раствора с w(KOH) = 11 % (р = 1,1 г/см3). В результа- те образовался раствор, содержащий равные химические ко- личества кислой и средней солей. Определите массовую долю примесей в техническом пирите. 33.* В трех объемах раствора с w(Na2C03) = 6,145 % (р = = 1,15 г/см3) растворили 67,2 объема НВг. Пренебрегая ра- створимостью С02 в воде, определите массовые доли веществ в полученном растворе. 34. Газ, полученный при нагревании меди в избытке H2S04 (конц.), пропустили через 18,2 см3 раствора с w(Na2S03) = = 9,44 % (р = 1,1 г/см3);, образовался раствор двух солей с равными массовыми долями. Определите массу прореаги- ровавшей меди и массовые доли солей в полученном ра- створе.
§ 18. Определение состава и массовой доли солей 245 35. Газ, выделившийся в результате полного спиртового брожения 100 г глюкозы, пропустили через 704,8 см3 извест- кового молока с w(Ca(OH)2) = 8 % (р = 1,05 г/см3). Осадок отделили от раствора и прокалили. Определите массу твер- дого остатка после прокаливания и массовую долю вещества в оставшемся растворе (выход в реакции брожения 90 %). 36. Осадок, образовавшийся после смешивания растворов, содержащих 6,8 г ZnCl2 и 5,85 г Na2S, обработали избытком соляной кислоты. Выделившийся газ сожгли в избытке кис- лорода и продукты сгорания растворили в избытке раствора NaOH. Определите массу полученной соли. 37.* Газообразную смесь (н.у), полученную после сгора- ния 18,368 дм3 (н.у.) смеси NH3 и 02 за счет содержащегося в смеси кислорода, пропустили последовательно через 49 г раствора с w(H3P04) = 20 %, а затем над раскаленной медью. При пропускании над медью объем газа не изменился и со- ставил 4,48 дм3 (н.у.). Найдите массовые доли солей в раство- ре, образовавшемся после пропускания газов в раствор фос- форной кислоты. Ответы 1. 29 % Na2C03. 2. 13,8 % NaH2P04. 3. 23 г NH4H2P04. 4. 48 % Na2SOr 5. 50 г CaC03. 6. 90 г СаСОэ. 7. 6,38 % Na3P04. 8. 136 г/моль. 9. NaH2P04. 10. 0,06 моль NaHC03 и 0,01 моль Na2C03. 11. 20,9 г KHS и 23,1 г bL,S. 12. 0,5 моль Na2S04 и 1 моль NaHS04. 13. 0,11 моль NH4H2P04 и 0,145 моль (NH4)2HP04. 14. По 0,03 моль К^ и I^HPO^ 15. 0,4 моль Ва(НС03)2 и 0,2 моль ВаС03. 16. 5,5 %. 17. 0,06 моль. 18.156,9 дм3 смеси газов, в которой содержится 15,5 дм3 SOr 19. 20 % К2НР04. 20. 0,08 моль NaH2P04. 21. 25 г КНС03. 22.0,2 моль Na2HP04 и 0,4 моль NaH2P04.23. РН3; 40,8 % Na2HP04. 24. 11,3 % NH4H2P04; 13,0 % (NH4)2HP04. 25. 57,8 % FeS2; 42,2 % FeS. 26. 19,8 % NaHS03; 8,0 % Na2S03; 43,4 г BaS03. 27. 5 r. 28. 4,93 r. 29. 8,19 % KHS03; 21,56 % K.SO,. 30. 7,62 % I^HPO,; 5,96 % KH2P04. 31. 29,58 % KCl; 13,24 % KHC03. 32. 16,7 %. 33. 8,9 % NaBr; 2,4 % NaHCOr 34. 0,3622 г Си; no 5,776 % Na2S03 и NaHS03. 35. 33,6 % CaO; 4,32 % Ca(HC03)r 36. 6,3 г Na2S03. 37. 18,03 % NH4H2P04, 5,17 % (NH4)2HP04.
iJr*c § 19. Растворимость Способность веществ растворяться в том или ином раство- рителе количественно характеризуется коэффициентом ра- створимости (или просто растворимостью). Коэффициент растворимости к равен массе вещества, ко- торая может при данной температуре раствориться в той или иной массе (или объеме) растворителя. Как правило, коэф- фициент растворимости приводится для воды массой 100 г или воды объемом 1 дм3. В расчетах используются следующие формулы: растворимость в г на 100 г Н20: к= "*в(г)—100; (19-1) т(Н20)(г) растворимость в г на 1 дм3 Н20: к= "°(Г) з . (19-2) К(Н20)(дм3) ПРИМЕР 19-1. В насыщенном водном растворе массой 450 г содержится соль массой 85 г. Рассчитайте раствори- мость соли: а) в г на 100 г воды; б) в г на 1 дм3 воды. Решение Находим массу воды в растворе: w(H20) = /w(p-pa) - т(соли) = 450 - 85 = 365 (г), а) Используем формулу (19-1): 85 к = 100 = 23,2 г на 100 г воды. 365
§ 19. Растворимость 247 Задачу можно решить составлением пропорции: в 365 г Н20 растворяется соль массой 85 г в ЮО г — к 100•85 к = = 23,29 г на 100 г воды. 365 б) Находим объем воды (т(Н20) = 365 г): ТЛ/ТТ ^Ч /Я(Н,0) 365 Г --_ I Ъ^ГГ 3 F(H20) = v 2 J = = 365 см3 = 0,365 дм3. 2 р(н2о) 1л. см3 Используем формулу (19-2): 85 к = = 232,9 г на 1 дм3 воды. 0,365 Совершенно ясно, что растворимость в 1 дм3 воды в 10 раз больше, чем растворимость в 100 г Н20, так как масса 1 дм3 Н20 равна 1000 г (1000:100 =10). Ответ: а) 23,29 г на 100 г Н20; б)232,9гна1дм3Н20. Растворимость может также характеризоваться массовой долей насыщенного раствора вещества. ПРИМЕР 19-2. В воде массой 150 г при 20 °С может мак- симально раствориться соль массой 20 г. Найдите: а) массо- вую долю соли в насыщенном растворе при данной темпера- туре; б) какие массы воды и соли нужно взять для приготов- ления насыщенного при 20 °С раствора соли массой 500 г? а) и>(соли) = Решение т(соли) ая(соли) т(р-ра соли) m(H20) + т(соли) 20 н<соли) = —^—= 0,1176 (11,76%); V 150 + 20
248 § 19- Растворимость б) /я(соли) = т(р-ра) -м;(соли); аи(соли) = 500-0,1176 = 58,8 (г); /я(Н20) = т(р-ра) - /я(соли) = 500 - 58,8 = 441,2 (г). Ответ: а) м>(соли) = 11,76 %; б) т(соли) = 58,8 г; m(H20) = 441,2 г. 1. В насыщенном растворе нитрата калия массой 300 г со- держится 82,45 г соли. Какова растворимость нитрата калия (вгна100гН2О)? 2. Растворимость КС1 при 20 °С равна 344 г на 100 г Н20. Какая масса КС1 содержится в 400 г насыщенного раствора соли? 3. Растворимость сульфата лития при некоторой темпе- ратуре равна 341 г на 100 г Н20. Какую массу соли и воды надо взять для приготовления 600 г насыщенного раствора? В случае кристаллогидратов в расчетах следует учитывать кристаллизационную воду. ПРИМЕР 19-3. Растворимость Na2C03 при 20 °С составля- ет 21,8 г на 100 г Н20. Какой минимальный объем (см3) Н20 нужен для растворения при этой температуре Na2CO310H2O массой 29,4 г? Решение Существует несколько способов решения таких задач. Рас- смотрим наиболее рациональный. 1. Находим массу безводной соли в кристаллогидрате: 29,4 г х г Na2CO310H2O Na2C03. 286 г 106 г 106-29 4 x = m(Na2C03)= ' =10,9 (г). 286
§ 19. Растворимость 249 2. Рассчитываем массовую долю насыщенного при 20 °С раствора Na2C03: MNa,C03) = ""Na^> = 2'-8 = 0,179. 2 3 m(p-paNa2C03) 100+21,8 3. Пусть масса искомой воды равна у г. Составляем и реша- ем уравнение для массовой доли насыщенного раствора Na2C03: 0,179 = m(Na2C03) _ m(Na2C03) m(p-paNa2C03) m(Na2C03 10H2O) + m(H2O) 0,179 = ^-; 29,4 +У у = 31,5 г; V(H20)=^£); 2 />(H20)' V(H20) = ^£I = 31,5cm3. i_L_ 3 CM Ответ: К(Н20) = 31,5 см3. 4. Растворимость безводного сульфата цинка при 30 °С рав- на 32,2 г на 100 г Н20. Какой минимальный объем воды ну- жен для растворения при этой температуре 143,5 г гептагид- рата сульфата цинка? 5. При 30 °С в 100 г воды растворяется 25 г сульфата меди. Будет ли насыщенным при этой температуре раствор с мас- совой долей соли 18 %? 6. Массовая доля соли в насыщенном растворе при неко- торой температуре равна 45 %. Какая масса соли может ра- створиться при этих условиях в 250 см3 воды?
250 § 19- Растворимость 7. Растворимость бромида калия при О °С и 45 °С соответ- ственно равна 50 г и 80 г на 100 г воды. Найдите: а) массовые доли растворов, насыщенных при указанных температурах; б) какую массу соли можно дополнительно растворить при 45 °С в 2 кг раствора, насыщенного при 0 °С? 8. Через 293 г раствора, содержащего 22 г NaOH, пропус- тили С02 до прекращения реакции. Найдите массу получен- ного осадка, если растворимость продукта реакции в услови- ях опыта составляет 6,9 г на 100 г воды. 9. Массовая доля сульфата калия в насыщенном при 10 °С водном растворе равна 8,44 %. Какая максимальная масса сульфата калия растворится в 100 г воды при этой темпера- туре? 10. Из 12,86 г насыщенного при 15 °С водного раствора ВаС12 путем выпаривания получено 4,11 г кристаллогидрата BaCl^HjO. Какова растворимость ВаС^ при 15 °С (в г на 100 г воды)? 11. Массовая доля СиС12 в насыщенном растворе при 20 °С равна 42,7 %. Найдите растворимость соли (в г на 100 г воды) при этих условиях. 12. В воде массой 100 г при 20 °С растворяется 108,7 г NaOH. Какие массы воды и щелочи нужно взять для приго- товления 140 г насыщенного при этой температуре раствора щелочи? 13. В 100 г воды при 0 °С растворяется 127 г МпВг2. Массо- вая доля этой соли в насыщенном при 40 °С растворе равна 62,8 %. Насыщенный при 0 °С раствор массой 250 г нагрели до 40 °С. Какую массу соли можно дополнительно раство- рить в этом растворе? 14. В результате охлаждения до 20 °С 12,45 г насыщенного при 80 °С раствора нитрата натрия в осадок выпало 0,317 г соли. Определите ее растворимость в г на 1 дм3 воды при 20 °С, если при 80 °С она составляет 149 г соли на 1 дм3 воды.
§ 19. Растворимость 251 15. При 20 °С насыщенный раствор Na2C03 имеет массо- вую долю соли 17,7 %. Определите растворимость Na2C03 (в г на 1 дм3 Н20) при 20 °С. 16. Растворимость хлорида аммония в воде при 15 °С рав- на 35 г на 100 г воды. Найдите массовую долю насыщенного раствора хлорида аммония при этой температуре. 17. В 100 г воды при н.у. растворяется 82,3 г хлороводоро- да. Какой объем (дм3, н.у.) НС1 нужно взять для приготовле- ния насыщенного раствора НС1 при н.у. массой 300 г? 18. В 100 г воды при 30 °С растворяется 40,8 г Na2S04. Ка- кую массу воды нужно взять для приготовления насыщенно- го при 30 °С раствора Na2S04 из 161 г глауберовой соли? 19. При 90 °С в 100 г Н20 растворяется 60 г соли. При ох- лаждении 450 г раствора, насыщенного при 90 °С, до 20 °С из него выкристаллизовалось 68,75 г соли. Какова раствори- мость (на 100 г Н20) соли при 20 °С? 20. Рассчитайте объем воды, затраченной на приготовле- ние насыщенного при 0 °С раствора газа, выделившегося пос- ле обработки 585 г NaCl избытком H2S04. Растворимость газа при 0 °С составляет 82 г в 100 г воды. 21. Какой объем раствора с w(FeS04) = 10 % (р = 1,1 г/см3) надо взять для растворения 55,6 г FeS047H20, чтобы полу- чить насыщенный при 20 °С раствор FeS04? Растворимость FeS04 при этих условиях равна 266 г на 1 дм3 воды. 22.* Рассчитайте растворимость (в дм3 на 1 дм3 воды) S02 в воде, если известно, что в H2S03 переходит 38,8 % S02, степень диссоциации H2S03 по первой ступени 8,6 % (диссоциацией по второй ступени пренебречь), а хими- ческое количество ионов Н+ в 1 дм3 раствора равно 0,061 моль (изменением объема при растворении S02 пре- небречь). 23.* Растворимость КВг при 0 °С и 45 °С составляет 50 г и 80 г на 100 г воды соответственно. Вычислите, какой объем
252 £79. Растворимость (н.у.) хлора прореагирует с раствором, полученным насыще- нием бромидом калия при 45 °С такого количества его ра- створа, насыщенного при О °С, которое при взаимодействии с избытком AgN03 образует 56,4 г осадка (считайте, что хлор реагирует только с солью). 24. Определите массу и состав осадка, выпавшего после смешивания 120 г раствора с w(BaCl2) = 26 % и 150 г раствора с w(NaN03) = 50 %, если известно, что в данных условиях растворимость (в г на 1 дм3 воды) NaCl и Ba(N03)2 равна со- ответственно 330,0 г и 90,45 г. 25. Определите массу осадка КС103, выпавшего из раство- ра, полученного смешиванием 100 г раствора NaC103 (w = = 31,95 %) и 100 г раствора КС1 (w = 22,35 %), если раствори- мость КС103 в условиях опыта равна 73 г на 1 дм3 воды. 26. Оксид углерода (IV) объемом 28 дм3 (н.у.) растворили в 100 см3 раствора с w(NaOH) = 40 % (р = 1,4 г/см3). Определи- те массу выпавшей в осадок кислой соли и массовые доли веществ в оставшемся растворе, если растворимость NaHC03 в этих условиях равна 10 г на 100 г воды. 27. Какой объем С02 (н.у.) надо растворить в 100 см3 ра- створа с w(NaOH) = 40 % (р = 1,4 г/см3), чтобы из него выпа- ло в осадок 84 г NaHC03, если известно, что растворимость NaHC03 в этих условиях равна 10 г на 100 г воды? 28. В 100 см3 раствора с w(NaOH) = 20 % (р = 1,2 г/см3) пропустили 11,2 дм3 (н.у.) С02. Определите массу выпавшего осадка NaHC03 и массовые доли веществ в оставшемся ра- створе, если растворимость NaHC03 в этих условиях равна 90 г на 1 дм3 воды. 29. Продукты сжигания 7 дм3 бутана (н.у.) в избытке кис- лорода растворили в 100 см3 раствора с w(NaOH) = 40 % (р = = 1,4 г/см3). Определите массу осадка и массовые доли ве- ществ в оставшемся растворе, если известно, что раствори- мость Na2C03 и NaHC03 в данных условиях равна соответ- ственно 22,0 г и 9,5 г на 100 г воды.
§ 19. Растворимость 253 30. Растворимость оксида серы (IV) в 100 г воды при 0 °С равна 22,8 г. После нагревания 200 г насыщенного раствора при 0 °С до 20 °С его масса составила 181,6 г. Определите ра- створимость оксида серы (IV) при 20 °С (в г на 100 г воды). 31. В 100 г Н20 при 20 °С растворяется 20,5 г CuS04. Ка- кую массу Н20 нужно взять для приготовления насыщенно- го при 20 °С раствора из 125 г медного купороса? 32. При н.у. в 100 г воды растворяется 44,8 дм3 (н.у.) газа, молярная масса которого 25 г/моль. Определите массовую долю газа в насыщенном при н.у. растворе. 33. Растворимость CuS04 равна 20,7 г в 100 г воды при 20 °С. Какую массу соли нужно растворить в 100 г раствора с w(CuS04) = 15 % для получения насыщенного раствора? 34. Массовые доли MnS045H20 и MnS04H20 в их смеси равны. Какая максимальная масса этой смеси может раство- риться в 8 моль воды, если растворимость безводной соли MnS04 равна 65 г на 100 г воды? 35. Растворимость S02 при 0 °С равна 79,8 объемов на 1 объем воды, а при 40 °С — 18,8 объемов в 1 объеме воды. Как изменится масса (в %) 350 г насыщенного при 0 °С раствора при его нагревании до 40 °С? Испарением воды можно пре- небречь, молярный объем газа при 0 °С и 40 °С считайте рав- ным 22,4 дм3/моль. 36. Растворимость NH3 равна при 0 °С 1300 объемов в 1 объе- ме воды, а при 20 °С — 710 объемов в 1 объеме воды. Какой объем аммиака может раствориться дополнительно в 150 г на- сыщенного при 20 °С раствора при его охлаждении до 0 °С? Молярный объем газа при 0 °С и 20 °С считайте равным 22,4 дм3/моль. 37. Массовая доля К2Сг207 в насыщенном при 70 °С ра- створе составляет 36,2 %. Найдите массу соли, которая оста- нется нерастворенной, если для получения насыщенного при 70 °С раствора были взяты 60 г соли и 80 см3 воды.
254 § №- Растворимость Ответы 1. 37,9 г. 2. 102,4 г. 3. 152,6 г соли и 447,4 см3 воды. 4. 187 см3. 5. Нет. 6. 204,6 г. 7. а) 33,33 % и 44,44 %; б) 400 г. 8. 27,5 г. 9.9,22 г. 10. 37,4 г. 11. 74,5 г. 12. 67,2 г Н20 и 72,8 г NaOH. 13. 46 г. 14. 119,7 г. 15. 215 г/дм3. 16. 25,9 %. 17. 83 дм3. 18. 84 г. 19. 35,5 г. 20. 443,5 см3. 21. 155 см3. 22. 41,66 дм3 на 1 дм3 Н20. 23. 5,376 дм3. 24. 24,33 г Ba(N03)r 25. 26,11 г. 26. 83,73 г осадка NaHC03; 7,79 % NaHC03; 14,29 % Na2C03. 27. 28 дм3. 28. 24,8 r NaHC03; 7,51 % NaHC03 и 9,04 % Na2C03. 29. 81,5 г осадка; 7,7 % NaHC03 и 11,23 % Na2C03.30.11,5 г. 31.345 г. 32.33,3 %. 33.2,6 г. 34.155 г. 35.49,7 г. 36. 57,5 дм3. 37. 14,5 г.
1 § 20. Выпадение солей в осадок при охлаждении растворов Растворимость веществ зависит от температуры. Если с повышением температуры растворимость вещества увеличи- вается, то при охлаждении насьпценного при более высокой температуре раствора часть вещества выпадает в осадок (и наоборот). Наиболее рациональный способ нахождения массы вы- павшего осадка основан на использовании в расчетах массо- вых долей насыщенных растворов вещества при двух задан- ных температурах. ПРИМЕР 20-1. Массовая доля соли в ее насыщенных при 80 °С и 10 °С растворах соответственно равна 45 % и 20 %. Какая масса соли выпадет в осадок при охлаждении до 10 °С насыщенного при 80 °С раствора массой 500 г? Решение Находим массу соли в ее насыщенном при 80 °С растворе: го(соли) = /и(р-ра 80 °С) -и>(80 °С) = 500 -0,45 = 225 (г). Пусть при охлаждении раствора в осадок выпадет соль массой х г. При этом, очевидно, массовая доля вещества в ра- створе при 10 °С будет равна 20 %. Составляем и решаем уравнение для массовой доли соли в насыщенном при 10 °С растворе: ж(соли1ГС) т(р-ра 10 "С)
256 § 20. Выпадение солей в осадок при охлаждении растворов х= 156,3 г. Ответ: т(соли) = 156,3 г. 1. Какая масса бертолетовой соли выделится при охлаж- дении 700 г ее насыщенного раствора при понижении тем- пературы от 80 °С до 20 °С, если растворимость соответствен- но равна 40 г и 5 г соли на 100 г воды? 2. Насыщенный при 80° раствор KI массой 125 г охладили до 20 °С, вьшавший осадок отфильтровали. Какой объем хлора нужен для полного выделения иода из оставшегося в фильт- рате KI, если массовая доля насыщенного раствора при 80 °С и 20 °С соответственно равна 0,68 и 0,60? 3. Через раствор карбоната натрия, содержащий 1000 см3 воды и 132,5 г соли, пропустили избыток углекислого газа. Какая масса соли выпадет в осадок после окончания реак- ции, если ее растворимость в этих условиях равна 8 г на 100 г воды? 4. Растворимость бромида калия при 20 °С и 80 °С соот- ветственно равна 65 г и 95 г на 100 г воды. Найдите массу насы- щенного раствора при 80 °С, охлаждая который до 20 °С, мож- но выделить 150 г соли. Какие массы воды и соли надо взять для приготовления такого раствора? 5. Какая масса хлорида аммония выделится из насыщен- ного при 100 °С и охлажденного до 0 °С раствора, содержа- щего 50 см3 воды? Растворимость соли при 100 °С и 0 °С со- ответственно равна 77 г и 37 г на 100 г воды. 6. Массовая доля соли в ее насыщенном растворе при 20 °С равна 20 %. Найдите массу выпавшей в осадок соли при ох- лаждении до 20 °С раствора массой 250 г с массовой долей соли 30 %.
§ 20. Выпадение солей в осадок при охлаждении растворов 257 7. Массовая доля соли в насыщенных при 18 °С и 78 °С растворах соответственно равна 10 % и 40 %. Какая масса соли выделится из 300 г насыщенного при 78° раствора при его охлаждении до 18 °С? 8. К 40,3 см3 раствора HN03 (w = 37,8 %; р = 1,24 г/см3) прибавлен раствор КОН (w = 33,6 %) до полной нейтрализа- ции. Какая масса соли выпадет в осадок при охлаждении ра- створа до 0 °С, если массовая доля насыщенного при 0 °С ра- створа равна 11,6%? 9. Раствор соли, насыщенный при 80 °С, имеет массу 310 г, причем воды в нем содержится на 90 г больше, чем соли. Ка- кая масса этой соли выделится из данного раствора при его охлаждении до 0 °С, если растворимость соли (на 100 г воды) при 0 °С равна 14,3 г? 10. Определите массу насыщенного при 70 °С раствора сульфата магния, из которого при охлаждении до 20 °С вы- падет в осадок 460 г гексагидрата соли. Растворимость без- водной соли при 70 °С и 20 °С соответственно равна 59,0 г и 44,5 г на 100 г воды. 11. Какие массы воды и соли надо взять для приготовле- ния раствора, из которого при охлаждении от 80 °С до 10 °С выпадет 25 г соли? Растворимость соли при 80 °С и 10 °С со- ответственно равна 100 г и 20 г на 100 г воды. 12. Из 200 см3 раствора с массовой долей нитрита калия 63 %, насыщенного при 80 °С (р = 1,35 г/см3), при охлажде- нии до 25 °С выпал осадок массой 120 г. Укажите массовую долю оставшейся в растворе соли. 13. В воде массой 100 г при 0 °С растворяется 4,1 г NaF, а при 40 °С — 4,5 г. Какая масса соли выпадет в осадок при охлажде- нии 500 г насыщенного раствора NaF от 40 °С до 0 °С? 14. Раствор с массовой долей AgN03, равной 0,82, насы- щен при 60 °С. При охлаждении 140 г этого раствора до 10 °С 9 Зак. 3451
258 S 20. Выпадение солей в осадок при охлаждении растворов в осадок выпало 71,2 г соли. Найдите растворимость AgN03 при 10 °С в граммах на 100 г воды. 15. При охлаждении 400 см3 раствора CuS04 (w = 25 %, р = = 1,2 г/см3) в осадок выпало 50 г медного купороса. Осадок отфильтровали, а через фильтрат пропустили 11,2 дм3 (н.у.) се- роводорода. Найдите массу полученного осадка и массу суль- фата меди в фильтрате после пропускания сероводорода. 16. К раствору массой 100 г с w(HN03) = 31,5 % добавили раствор с w(KOH) = 50 % до полной нейтрализации. Раствор затем охладили до 10 °С. Определите массу полученного осад- ка, если растворимость соли при 10 °С равна 21,2 г на 100 г воды. 17. Через раствор массой 50 г с w(NaOH) = 6 % пропустили избыток С02, затем раствор охладили до 0 °С. Определите массу выпавшего осадка, если растворимость соли при 0 °С равна 6,9 г на 100 г воды. 18. Растворимость KN03 в 100 г воды при 60 °С равна 110 г. При охлаждении насыщенного при 60 °С раствора соли мас- сой 400 г до 20 °С выпал осадок массой 148,9 г. Определите растворимость соли при 20 °С (в г на 100 г воды). 19. Растворимость ВаС^ при 0 °С - 31,6 г, а при 20 °С — 35,7 г в 100 г воды. Какую массу насыщенного при 20 °С ра- створа охлаждали, если при этом выпало 20 г осадка? 20. При охлаждении 500 г насыщенного при 90 °С раство- ра КВг до 0 °С выпало 114,7 г осадка. Определите раствори- мость соли при 90 °С, если при 0 °С она составляет 53,5 г в 100 г воды. 21. Какую массу раствора с w(KOH) = 25,9 % следует нейтра- лизовать раствором с w(H2S04) = 10 %, чтобы при охлаждении полученного раствора до 0 °С выделилось 5 г кристаллов K^SO^ Растворимость K2S04 при 0 °С равна 73,5 г на 1 дм3 воды. 22. Растворимость AgN03 в 100 г воды при 30 °С равна 274,5 г. При охлаждении насыщенного при 30 °С раствора AgN03
§ 20, Выпадение солей в осадок при охлаждении растворов 259 массой 200 г до 0 °С выпал осадок массой 81,3 г. Определите растворимость (в г на 100 г воды) соли при 0 °С. 23.* Какую массу воды надо выпарить из раствора KN03 объемом 50 дм3 (w = 9 %, р = 1,056 г/см3), чтобы получить насыщенный при 20 °С раствор? Растворимость соли при этой температуре равна 299 г на 1 дм3 воды. 24. Коэффициент растворимости Pb(N03)2 при 60 °С и 10 °С соответственно равен 90 г и 46 г на 100 г воды. Какую массу Pb(N03)2 можно получить при охлаждении до 10 °С такого раствора, на приготовление которого при 60 °С было затра- чено 200 см3 воды? 25. Для получения насыщенного при 75 °С раствора NaN03 была взята вода объемом 500 см3. Полученный раствор охла- дили до 10 °С. Определите массу выпавшей в осадок соли, если ее растворимость (в 100 г воды) при 75 °С и 10 °С равна соответственно 142 г и 10 г. 26. Какую массу NH4C1 нужно взять для получения раство- ра, при охлаждении которого от 90 °С до 0 °С в осадок выпа- дает 400 г NH4C1? Какой объем воды потребуется для приго- товления такого раствора? Коэффициент растворимости соли при 90 °С и 0 °С равен 70 г и 30 г на 100 г воды. 27. Для очистки СиС12- 2Н20 от примеси NaCl образец мас- сой 52 г с массовой долей NaCl 33,27 % растворили при 90 °С в воде объемом 40 см3. Затем раствор охладили до 20 °С, вы- павшие кристаллы отфильтровали и высушили. Какова мас- са кристаллов, если растворимость СиС12 и NaCl при 20 °С соответственно равна (на 100 г Н20) 49,5 г и 36,0 г? Ответы 1.175 г. 2.4,05 дм3. 3.131,8 г. 4. 975 г раствора; 500 г Н20 и 475 г КВг. 5. 20 г. 6. 31,25 г. 7.100 г. 8. 21,15 г. 9.81,4 г. 10.1594 г. 11. По 31,25 г каждого. 12.33,4 %. 13. 1,91 г. 14. 173 г. 15. 48 г CuS; 8 г CuS04. 16. 28,1 г. 17. 3,06 г. 18. 31,8 г. 19. 661,95 г. 20.99,2 г. 21.24,1 г. 22.122,7 г. 23. 33,1 кг. 24. 88 г. 25. 660 г. 26.700 г; 1,0 дм3. 27. 6,5 г.
§ 21. Растворимость и кристаллогидраты Задачи на эту тему ничем принципиально не отличаются от рассмотренных в § 20. Если требуется найти массу крис- таллогидрата, выпавшего в осадок при охлаждении раство- ра, то требуется всего лишь учесть, что масса раствора при этом уменьшается на массу всего кристаллогидрата, а масса безводной соли — только на ту ее часть, которая входит в со- став кристаллогидрата. ПРИМЕР 21-1. Массовая доля Na2C03 в ее насыщенных при 10 °С и 80 °С растворах соответственно равна 10 % и 30 %. Какая масса кристаллогидрата Na2CO310H2O выпадет в оса- док при охлаждении до 10 °С насыщенного при 80 °С раство- ра Na2C03 массой 400 г? Решение Находим массу Na2C03 в ее насыщенном при 80 °С растворе: m(Na2C03 80 °С) = m(p-pa Na2C03 80 °С) w(Na2C03 80 °C) = = 400-0,3 =120 (г). Пусть при охлаждении раствора в осадок выпал кристал- логидрат массой х г. Находим массу Na2C03 в кристаллогид- рате массой х г: х т Na2CO310H2O Na2CO310H2O 286 г 106 г m(Na2C03) = ^^ = 0,371*. 286
§ 21. Растворимость и кристаллогидраты 261 Составляем и решаем уравнение для массовой доли насы- щенного при 10 °С раствора Na2C03: ЖКа2С031(ГС)= ">(Na2CO310°C) 23 w(p-paNa2CO310°C) Л ,120-0,371*. и, 1 — ) 400-х х = 295,2 г. Ответ: m(Na2CO310H2O) = 295,2 г. 1. Насыщенный при 30 °С раствор сульфата меди (II) имеет массовую долю безводной соли 20 %. Какая минимальная мас- са воды нужна для растворения 50 г медного купороса? 2. Какая масса медного купороса может быть получена из 300 г насыщенного раствора сульфата меди, если раство- римость CuS04 при этих условиях равна 20 г на 100 г воды ? 3. Растворимость сульфата меди (И) в насыщенном при 80 °С растворе равна 55 г на 100 г воды. При охлаждении это- го раствора массой 155 г до 20 °С выпало в осадок 53,6 г мед- ного купороса. Определите массовую долю оставшегося в растворе при 20 °С сульфата меди (II). 4. Раствор карбоната натрия объемом 500 см3 (w = 32 %; р = = 1,28 г/см3) приготовили при 60 °С, а затем раствор охлади- ли до 10 °С, в результате чего в осадок выпало 404,4 г декагид- рата соли. Определите массовую долю оставшегося в раство- ре при 10 °С карбоната натрия. 5. Насыщенный при 100 °С раствор сульфата цинка мас- сой 300 г охладили до 10 °С. Какая масса ZnS04-7H20 выпа- дет в осадок, если при 100 °С в 100 г воды растворяется 60,5 г соли ZnS04, а при 10 °С массовая доля насыщенного раство- ра ZnS04 равна 32,2 %?
262 § 21. Растворимость и кристаллогидраты 6. Какая масса Al^SO^-ieHjO выпадет в осадок при охлаж- дении от 100 °С до 20 °С раствора безводной соли массой 1134 г? Растворимость безводного сульфата алюминия при 100 °С и 20 °С соответственно равна 89 г и 36,2 г на 100 г воды. 7. Медный купорос массой 4,9 г растворен при 80 °С в 82,2 см3 воды. При охлаждении этого раствора до 10 °С выпало в оса- док 15 г медного купороса. Был ли медный купорос чистым, если растворимость безводного сульфата меди при 10 °С рав- на 17,4 г на 100 г воды? 8. Массовая доля безводного карбоната натрия в его насы- щенном при 8 °С и 70 °С растворе соответственно равна 10 % и 30 %. Найдите массу декагидрата карбоната натрия, которая выпадет в осадок из 200 г насыщенного при 70 °С раствора при его охлаждении до 8 °С. Рассмотрим пример решения более сложной задачи. ПРИМЕР 21-2. Какие массы воды и ZnS047H20 нужно взять для приготовления раствора, охлаждая который от 100 °С до 10 °С, можно выделить кристаллогидрат ZnS04-7H20 мас- сой 10 г? Массовые доли насыщенных растворов ZnS04 при 100 °С и 10 °С соответственно равны 0,38 и 0,32. Решение 1) Пусть для приготовления насыщенного при 100 °С ра- створа нужно взять х г Н20 и у г ZnS04-7H20. Находим массу безводной соли в у г кристаллогидрата: У гпх ZnSO, 287 г ,7Н20 — 161? тх = = ZnS04 161 г = 0,561j. 287 Для массовой доли ZnS04 в растворе при 100 °С имеем: vt;(ZnSO4100oC) = m(ZnSQ4) m(p-paZnS04)
§ 21. Растворимость и кристаллогидраты 263 m(ZnS04) ~ra(H20) + m(ZnS04-7H20) ; 0,38 = °^. (21-1) х+у 2) При охлаждении раствора в осадок выпадает 10 г ZnS04-7H20, поэтому при 10 °С масса раствора равна: т(р-ра80°С)=х + у- 10. Находим массу ZnS04 в кристаллогидрате массой 10 г: Юг т2 ZnS04-7H20 ZnS04; 287 г 161 г 10-161 _ _ , ч т, = = 5,61 (г). 2 287 Следовательно, в растворе при 10 °С находится безводная соль массой m(ZnS04 10°С) = m(ZnS04 10°С) - т2 = 0,56\у - 5,61 (г). 3) Составляем выражение для массовой соли ZnS04 в на- сыщенном при 10 °С растворе: 0,561,-5,61 * + у-10 v ' 4) Решаем совместно уравнения (21-1) и (21-2): 0,561, 0,38 = 0,32 = х+у 0,561у-5,61 лг+,-10 0,561, , .„ л:+у = — ^- = l,467v; ' 0,38 '
264 § 21. Растворимость и кристаллогидраты 0.561У-5,61 1,467 у у = 63,0 г. Из выражения х + у= 1,467); находим: х = 0,467у; х = 0,467-63 = 30 (г). Ответ: w(ZnS04) = 63,0 г; т(Н20 10 °С) = 30 г. 9. Какие массы воды и FeS04-7H20 надо взять для приго- товления раствора, охлаждая который от 50 °С до 0 °С, мож- но выделить 5 г кристаллогидрата FeS047H20, если раство- римость FeS04 на 100 г воды равна 48,6 г и 15,7 г при 50 °С и 0 °С соответственно. 10. Какие массы воды и кристаллической соды надо взять для приготовления раствора, при охлаждении которого до 0 °С выделится 20 г декагидрата карбоната натрия? Раствори- мость декагидрата при температуре опыта и 0 °С равна 30,8 г и 6,4 г на 100 г воды. 11. При температуре 80 °С в 100 г воды растворяется 55,5 г безводного сульфата меди (II), а при 20 °С — 20,5 г. Найдите массу медного купороса, которая выпадет в осадок из раство- ра CuS04 массой 350 г, насыщенного при 80 °С, а охлажден- ного до 20 °С. 12. Какие объем раствора сульфата железа (II) (w = 5 %, р = = 1 г/см3) и масса гептагидрата сульфата железа (II) нужны для приготовления раствора FeS04 объемом 200 см3 с w = 20 % и р= 1,1 г/см3? 13. Оксид магния, полученный при прокаливании 50,4 г MgC03, растворен в строго необходимом количестве серной кислоты с массовой долей ее 25 %. Полученный раствор ох-
§21. Растворимость и кристаллогидраты 265 ладили, при этом в осадок выпал гептагидрат соли, а массо- вая доля безводной соли в растворе составила 26,2 %. Най- дите массу выпавших кристаллов. 14. Из 500 г раствора с w(FeS04) = 40 % при охлаждении выпало 100 г железного купороса FeS04*7H20. Какова массо- вая доля вещества в оставшемся растворе? 15. Из 300 г насыщенного при 40 °С раствора ZnCl2 (ра- створимость равна 452,5 г на 100 г воды) при охлаждении до 0 °С выпало 254 г кристаллогидрата, а массовая доля соли в растворе понизилась до 73,1 %. Установите формулу крис- таллогидрата. 16. Какие массы раствора с w(CuS04) = 10 % и CuS045H20 нужно взять, чтобы получить раствор с w(CuS04) = 0,3, при охлаждении которого до 0 °С из него выделится 10 г CuS04 x х 5Н20, если растворимость CuS04 при 0 °С равна 143 г на 1 дм3 воды? 17. Оксид меди (II) массой 20 г растворили в строго необ- ходимом объеме теплого раствора с w(H2S04) = 40 %. Какая масса CuS04*5H20 выпадет в осадок при охлаждении полу- ченного раствора до 20 °С, если при 20 °С растворимость CuS04 равна 20,9 г на 100 г воды? 18. Определите массу осадка, выпавшего после сливания 80 см3 насыщенного раствора ВаС12 (р = 1,25 г/см3) и 100 г раствора NaN03 (w = 40 %), если известно, что в этих условиях раство- римость ВаС12-2Н20, Ba(N03)2 и NaCl соответственно равна 288 г, 90,5 г и 330 г на 1 дм3 воды. 19. Раствор СаС12 объемом 352 см3 (w = 6 %, р = 1,051 г/см3) смешали с 251 см3 раствора Na2S04 (w = 8 %, р = 1,06 г/см3), в результате чего из раствора выпало некоторое количество CaS04-2H20. Определите массу осадка кристаллогидрата, если растворимость CaS04 равна 2,5 г на 1 дм3 Н20. 20. Железо массой 11,2 г растворили в 129 см3 раствора с w(H2S04) = 20 % (р = 1,14 г/см3). Раствор охладили до
266 § 21- Растворимость и кристаллогидраты 10 °С, при этом из него выпало 13,9 г осадка FeS04*7H20. Опре- делите массовые доли веществ в оставшемся растворе. 21. Растворимость Na2C03 при 50 °С составляет 47 г на 100 г воды, а кристаллической соды при 0 °С - 6,7 г на 100 г воды. Рассчитайте массу кристаллической соды, которая выделит- ся из 1 дм3 раствора Na2C03 (p = 1,2 г/см3), насыщенного при 50 °С, после его охлаждения до 0 °С. 22. Растворимость Na2C03 при 20 °С равна 21,8 г в 100 г воды. Вычислите массу кристаллической соды, которую надо растворить в 400 г воды для получения насыщенного раство- ра Na2C03, а также массовую долю вещества в полученном растворе. 23.* Растворимость сульфата марганца (II) при 10 °С равна 60 г на 100 г воды. Какую максимальную массу MnS04-7H20 можно растворить при этой температуре в воде массой 50 г? 24. В 100 г воды при 30 °С растворяется 40,8 г сульфата на- трия. Какую массу воды надо взять для приготовления насы- щенного при 30 °С раствора этой соли из 161 г мирабилита? 25. В 100 г воды при 20 °С растворяется 74,5 г хлорида каль- ция. Растворимость его кристаллогидрата, содержащего 6 моль воды на один моль соли, при 0 °С составляет 37,3 на 100 г воды. Вычислите массовую долю хлорида кальция в растворе при 0 °С и массу кристаллов, которые выделятся из 250 г раствора, насыщенного при 20 °С и охлажденного до 0 °С. 26. К 100 г насыщенного при 20 °С раствора MgS04 доба- вили 1,00 г безводного сульфата магния. В осадок выпал кри- сталлогидрат, содержащий 1,56 г безводной соли. Опреде- лите формулу кристаллогидрата, если растворимость суль- фата магния при 20 °С равна 35,1 г безводной соли на 100 г воды. 27. Определите массу насыщенного при 70 °С раствора MgS04, из которого при охлаждении до 20 °С выпадет в оса- док 460 г гексагидрата соли. Растворимость безводной соли
§ 21. Растворимость и кристаллогидраты 267 при 70 °С и 20 °С соответственно равна 59,0 г и 44,5 г на 100 г воды. 28. При некоторой температуре растворимость безводной соли равна 50 г на 100 г воды, а ее кристаллогидрата - 80 г на 100 г воды. Найдите массовую долю безводной соли в крис- таллогидрате. 29. Какой объем раствора сульфата Fe (II) (массовая доля соли 5 %, плотность раствора 1 г/см3) и какая масса гептагид- рата сульфата железа (II) нужны для приготовления раство- ра FeS04 объемом 200 см3 с массовой долей соли 20 % и плот- ностью 1,1 г/см3? 30. Растворимость карбоната натрия при 0 °С и 100 °С рав- на 70 г и 455 г на 1 дм3 воды. Какую массу воды и декагидрата карбоната натрия надо взять, чтобы при охлаждении насы- щенного при 100 °С раствора Na2C03 до 0 °С из него выпало 5 г осадка Na2CO310H2O? 31. Оксид кальция, полученный при прокаливании 60 г СаС03, растворен в строго необходимом количестве раство- ра с w(HCl) = 36,5 %. Полученный раствор охлажден до 0 °С, при этом выпал осадок CaCi^ • 6Н20. В насыщенном растворе при этой температуре массовая доля кристаллогидрата 27,2 %. Найдите массу выпавших кристаллов кристаллогидрата. 32. Оксид железа (II), полученный восстановлением 8 г оксида железа (III), растворен в строго необходимом коли- честве раствора с w(H2S04) = 24,5 %. Полученный раствор охлажден до 0 °С. При этом выпал в осадок FeS04* 7Н20. На- сыщенный раствор при указанной температуре содержит 5 % безводной соли по массе. Вычислите массу выпавших кристаллов. 33. Под стеклянным колпаком помещают в открытых со- судах 400 г насыщенного раствора MgS04 и 20 г безводного сульфата натрия. В результате поглощения паров воды суль- фат натрия превращается в декагидрат. Найти массу MgS04x
268 S 21' Растворимость и кристаллогидраты х 7Н20, которая выделится из раствора после окончания гид- ратации сульфата натрия, если растворимость сульфата маг- ния равна 35,5 г на 100 г воды. 34. При охлаждении насыщенного при 70 °С раствора суль- фата меди (II) до 0 °С выделилось 150,0 г медного купороса CuS04- 5H20. Определите массу раствора медного купороса (в граммах, с точностью до целых), которая была взята для перекристаллизации, если при 70 °С в 100,0 г воды растворя- ется 31,4 г безводной соли, а при 0 °С — 12,9 г той же соли. 35. Растворимость CuS04 при 20 °С равна 20,7 г в 100 г воды. а) Какую массу CuS04- 5Н20 надо растворить в 400 г воды для получения насыщенного раствора? б) Какая масса воды нужна для растворения 100 г медного купороса? в) Какие массы воды и медного купороса нужны для полу- чения 2000 г насыщенного раствора? г) Какую массу медного купороса нужно растворить в 100 г раствора с w(CuS04) = 15 % для получения насыщенного ра- створа? д) Какая масса воды нужна для приготовления 8 кг насыщен- ного раствора CuS04 при использовании медного купороса? 36. Из 600 г раствора Na2C03 с молярной концентрацией 6,72 моль/дм3 (р = 1,6 г/см3), нагретого до 80 °С, при охлажде- нии до 20 °С выпал кристаллогидрат. Масса надосадочной жидкости оказалась равной 494,5 г, а массовая доля соли Na2C03 в ней 52,5 %. Установите формулу кристаллогидрата. 37. При охлаждении 250 г насыщенного при 70 °С раство- ра Ва12 (растворимость 241,3 г в 100 г воды) до 0 °С выпало в осадок 173 г кристаллогидрата, а молярная концентрация Ва12 оказалась равной 6,91 моль/дм3 (р = 2,0 г/см3). Установите формулу кристаллогидрата. 38. Определите массу насыщенного раствора MgS04, при- готовленного при 70 °С, если при его охлаждении до 20 °С в
§ 21. Растворимость и кристаллогидраты 269 осадок выпало 228 г MgS04 • 6Н20. Растворимость MgS04 (в 100 г воды) при 70 °С и 20 °С соответственно равна 58 г и 38 г. 39. Для очистки методом перекристаллизации был взят 1 кг технического медного купороса с массовой долей при- месей 2 %. Какую массу чистого CuS04- 5H20 можно полу- чить при охлаждении до 10 °С раствора, насыщенного при 100 °С? Растворимость CuS04 при 100 °С и 10 °С равна соот- ветственно 72 г и 16 г на 100 г воды. 40. Отношение масс соли и воды в растворах NiS04 при 10 °С и 70 °С соответственно равно 1,1:10 и 3,3:10. Найдите массу NiS04* 7Н20, которая выделится при охлаждении до 10 °С ра- створа массой 805 г, насыщенного при 70 °С. 41. Какую массу раствора с w(KOH) = 25,9 % следует нейт- рализовать раствором с w(H2S04) = 10,0 %, чтобы при охлаж- дении полученного раствора до 0 °С выделились кристаллы K^SC^ массой 5,00 г? Растворимость K^SC^ при 0 °С составля- ет 7,35 г на 100 г Н20. Ответы: 1. 110 г. 2. 78,1 г. 3. 20,4 %. 4. 23,3 %. 5. 68,95 г. 6. 939 г. 7. Нет. 8. 147,8 г. 9. 4,3 г Н20 и 6,5 г FeS04- 7Н20. 10. 82,2 г Н20 и 25,3 г Na2C03- 10Н2О. 11. 139,3 г. 12.153,6 см3 и 66,4 г. 13.18,lrMgS047H20.14. 36,33%. 15.ZnCl2x х 1,5Н20.16. 18,5 гр-ра и 10,9 г CuS04-5H20.17. 32,9 г. 18. 11,15 г. 19. 23,94 г. 20. 6,81 % H2S04; 15,84 % FeS04.21. 863,1 г. 22. 373,6 г Na2CO310H2O; 17,9 % Na2C03. 23. ПО г. 24. 84 г. 25. 13,5 %; 195,5 г кристаллогидрата. 26. MgS04x х7Н20.27. 927,7 г. 28. 62,5 %. 29.153,6 см3; 66,4 г. 30. 5,2 г. 31. 123,1 г СаС12х х6Н20. 32. 5,2 г. 33. 29,4 г. 34. 632 г. 35. а) 146,4 г; б) 273,2 г; в) 1464,1 г Н20 и 535,9 г купороса; г) 4,59 г; д) 5856,3 г. 36. К,С03-6Н20. 37. Ва12-30Н2О. 38. 790 г. 39. 762,5 г CuS04-5H20. 40. 265 г. 41. 24,1 г.
§ 22. Водород. Галогены Рассмотренный ниже пример иллюстрирует некоторые химические свойства и получение водорода и галогенов. ПРИМЕР 22-1. Осуществите превращения по схемам: СаН, Са(ОН)2 HC1—L. CL Са(СЮ), КСЮ, НСЮ ->Р,0 2^5' Решение 1. Обрабатываем гидрид кальция водой или кислотой: СаН;1 + т^О = Са(ОН)2 + Н° t. 2U-l-2e = nl Н+1+е = Н° 2. Пропускаем хлор в холодную (!) известковую воду: Са(ОН)2 + 2С1° = СаС12' + Са(С1+10)2 + 2Н20. С1^+2е = 2СГ1 С1"-2е = 2СГ' 3. Вытесняем слабую хлорноватистую кислоту из водного раствора гипохлорита кальция: Са(С10)2 + Н20 + С02 = СаС03>1 + 2НС10. 4. Хлорноватистая кислота НСЮ неустойчива и со временем на свету распадается с выделением атомарного кислорода: НСГ'О-2 = НС1-1 + О0.
§ 22. Водород. Галогены 271 С1+|+2е = С1" СГ2-2е = О0 5. Хлор из соляной кислоты легко получить, обрабатывая последнюю любым из окислителей (КМп04, КС103, Мп02, К2Сг207): КС1+503 +6НСГ1 = КСГ1 +ЗС1" t +ЗН20. С1+5+6е = СГ' 2Cr'-2e = Ctf 6. Пропускаем хлор в горячий (!) раствор щелочи: ЗС1° + 6КОН /° 5КСГ+КС1+503+ЗН20. С1°+е = СГ' С1°-5е = СГ5 7. Хлорат калия КСЮ3 (бертолетова соль) — сильный окис- литель, окисляет фосфор: 5КСГ03 +6Ри = 5КСГ1 +ЗР2+505. С1+5+6е = СГ' Р°-5е = Р+5 30 1. Осуществите превращения по схемам: 1) Н20 -» СаН2 -> Н2 -> НС1 -> Н20; 2) NaOH -> Н2 -> КН -> l^COj -» KC1; 3) КС1 -» НС1 -> С12 -» CuCl2 -> FeCl3; 4) NaBr -> NaCl -» Cl2 -> КС103 -> КС1; 5) Mn02 -» Cl2-> NaCl -> NaHS03 -» NaCl; 6) Cl2 -> НС10 -> НС1 -> NH4C1 -► NH4N03; 7) KMn04 -> С12 -> КСЮ3 -> KC1 -> AgCl; 8) H2S04 -> HCl -> FeCl3 -► Fe203 -> FeCl3;
272 § 22. Водород. Галогены 9) НС1 -» NH4C1 -> Cl2 -» КС103 -> Р205; 10) NaCl -> С12 -> СаС12 -> КС1 -» КН; 11) а)КСЮ3 '° > А+Б; б) А + H2S04(kohu.) -» НС104 + KHS04; в) Б + AgN03 -» AgCl + KN03; 12) a) NaOH + А-» Н20 + Б + В; б) Б Лиг ) в + 02; в)С2Н4 + А->С2Н4С12; 13) С12 КОоН<р-р>. Р (краен), t йзб! т? электролиз '■" расплава NaOH(p-p^ изо Ва(ОН)2,50С 14) а) КМп04 + X->Y+Z+M + H20; б) С12 + X -> НС1 + Y; в) Z + H2S04(kohu.) -> S02 + Y + K^SO, + Н20; 15) CuS04 ВаЬ > X Cl2 (изб.) 1 моль NaOH (разб.) P-P 1 моль NaOH (разб.) ^ lMQJibAgN03 fyj • P-P 16) BaH2 HCl (изб.) P-P A^S^* g 02 (И3б.), t электролиз% 17) KI (6 МОЛЬ) KMnQ4/H;SQ4 ) _ А1(изб.) ) _ CI, (изб.) } _ 4 моль NaOH P-P -> 18) КВГ(Т) H2S04(kohuM° ) _ Cu,/° ) ... КОН(р-р,изб.) ■> Cl2 (изб.) 19) Плавиковый шпат h2so4(kqhu),/° ) А (газ) н2° > SiO, H2Q )Б a->
§ 22. Водород. Галогены 273 20) Карналит кон(Р-Р,изб.) ) ^ _ нас».*.) > ... AgNQ3 ... • 21)CuS04 —р~-> А (содержит медь) сМизб.) ) ... элеюролиз н Q (5 оС) р-ра ••• > •*• ' 22) С12 -> СГ5 -> С1-1 -* С12° -» СГ1; 23) Мп02 -![&£_> А (г) -^^ Б со-н'° ) СР2,Н20 В НСКконц) ) Д (р) КОН (р-р), 1° t, кат. КОН (р-р), г" | + "^ l+AgN03(p-p)> 24) НС1 -> X -» КС103 -» Y -» НС1 -» Z -> С12; 25) С1, -» КС103 -> 02 -> Р205 -» Н3Р04 -4 Са3(Р04)2 -> СаНР04 -»Н3Р04; Qz ^ F ВаО » Г ^ >Д ж<юбУ в 1ЙГП ^° ^ \ '-лиг. ZO)CH4 м,850°С\ ^ К 27)РС15-^ 3-»»Ж <*^™> з i-^и д КОН > КОН > КОН > Р NaOH > AgNQ3 > ' > А С02 > AgN03 > 28)Са(ОН)2 Cl2,5°C н2о Б Na2CQ3> COz (изб.) ^
274 § 22. Водород. Галогены 29) СаН2~ вакуум А С1? >- H7S04 (концЛ ... о ^ ... g Вг2, / > H?S04(kohu.^ КМп04, КОН "" 5 °С Н20 1(Х\ If ГЧ мкмуиипз^ 3V) Jv^l водного р-ра сь,/ Р (краен.)/ H,SOd (kohu.L о ^ / КОН(разб.) w юб > Рассмотрим примеры решения типичных задач на данную тему. ПРИМЕР 22-2. Через горячий раствор КОН пропустили хлор, затем раствор упарили, а полученный твердый остаток прокалили до постоянной массы. Масса твердого остатка до и после прокаливания соответственно равна 49,45 г и 44,65 г. Определите объем израсходованного раствора щелочи, если молярная концентрация КОН равна 10 моль/дм3. Решение Записываем уравнения реакции: у моль ЗС12 + 6КОН 6 моль t° 0,10 моль 5КС1 + КС103 + ЗН20. 1 моль (22-1) В твердом остатке после упаривания находятся соли КС1 и КСЮ3, а после их прокаливания — только хлорид калия:
522. Водород. Галогены 275 КС1 т== КС1 49,45 г -i хмоль /о 0,15 моль > + 44,65 г; 2КС103 = 2КС1+ 302Т 2 моль 3 моль М(02) = 32 г/моль. Видим, что разница в массах твердого остатка до и после прокаливания равна массе кислорода: т(02) = 49,45 - 44,65 = 4,8 (г). Находим: J*(Q2)=4,8. М(02) 32 х = п(КСЮ3) = ^^ = 0Л0(ыолъ). Из уравнения (22-1) следует: у = л(КОН) = °'10'6 = 0,60 (моль). Из формулы для молярной концентрации _ п (моль) С" К (дм3) рассчитываем: и(КОН)_ 0,6 моль _лл^_яз с(КОН)~ 10 моль/дм Ответ: К(р-ра КОН) = 60 см3. и(02)= ..Л1 ,=^г = 0Л5 (моль); К(р-раКОН) = ^^ = ^^^з = 0,06дм3 (60 см3). ПРИМЕР 22-3. После обработки при нагревании избыт- ком хлора смеси NaCl и Nal массой 52,90 г масса смеси умень- шилась до 31,25 г. Найдите массу NaCl в исходной смеси. Решение Записываем уравнения реакции (с хлором взаимодействует только иодид натрия):
276 § 22. Водород. Галогены 51,90 г J 2NaI + Cl2 = 2NaCll+lT 2 моль 2 моль > 31,25 г. у у NaCl NaCl В остатке после реакции находится только NaCl — исход- ный и полученный в реакции с Nal. Показываем два варианта решения подобных задач. MNaCl) = 58,5 г/моль; M(NaI) = 150 г/моль. Вариант 1 Обозначим химические количества Nal и NaCl в исход- ной смеси как х и у моль соответственно. Тогда для масс на- чальной и конечной смеси получаем: Jl50jc + 58,5;y = 52,90; [58,5* + 58,5у = 31,25. Решая систему вычитанием из верхнего уравнения ниж- него, получаем: 91,5* = 21,65; х = 0,237 (моль); w(Nal) = /i(Nal)- M(NaI) = 0,237- 150 = 35,5 (г). Тогда имеем: /w(NaCl) = /и(смеси) - /w(Nal) = 52,9 - 35,5 = 17,4 (г). Вариант 2 Изменение массы обусловлено протеканием реакции между Nal и С12. Составляем схему реакции Nal NaCl 150 г 58,5 г
$22. Водород. Галогены 277 Из схемы видим, что когда в реакцию вступает 1 моль Nal (150 г), то образуется 1 моль NaCl (58,5 г), т.е. масса смеси уменьшается на 150 - 58,5 = 91,5 г. В данном конкретном случае изменение массы составило 52,90 -31,25 = 21,65 (г). Составляем и решаем пропорцию: Для 150 г Nal изменение массы 91,5 г; хт 21,65 г 150-21,65 х = = 35,5 (г). 91,5 m(NaCl) = т(смеси) - m(Nal) = 52,9 - 35,5 = 17,4 (г). Ответ: /w(NaCl) = 17,4 г. 2. Для синтеза хлороводорода взяли 6 г водорода и 142 г хлора. Смесь подожгли. Найдите состав газовой смеси после реакции (в объемных процентах), а также w(HCl) в растворе, полученном после растворения хлороводорода в 854 см3 воды. 3. Хлороводород, полученный из 12 г технического NaCl, использовали для получения соляной кислоты. Вся полученная кислота вступила в реакцию с Мп02 с образованием 1,12 дм3 газа (н.у.). Найдите массовую долю примесей в техническом хло- риде натрия. 4. Смесь хлоридов калия и магния массой 8,50 г превратили в смесь сульфатов этих металлов. Масса сульфатов составляет 10,35 г. Найдите массу каждого хлорида в исходной смеси. 5. Смесь хлорида и бромида натрия, содержащая 10% по массе последнего, растворена в воде и через раствор пропу- щен избыток хлора. После завершения реакции раствор вы- парили, сухой остаток прокалили. На сколько процентов из- менилась масса смеси? 6. Хлорат калия массой 12,25 г разложили при нагревании в присутствии катализатора и получили 336 см3 кислорода
278 § 22. Водород. Галогены (н.у). Найдите массовую долю КС1 в сухом остатке и степень разложения бертолетовой соли. 7. Какую массу Мп02 и объем соляной кислоты с w(HCl) = = 36 % (р = 1,18 г/см3) нужно взять для получения хлора, которым можно вытеснить 30,48 г иода из раствора иодида калия, если выход равен 80 % на каждой стадии? 8. Газовая смесь объемом 3,67 дм3 (н.у), предназначен- ная для синтеза хлороводорода (относительная плотность смеси по водороду равна 20), пропущена через 200 г раство- ра, содержащего 26,2 г смеси бромида и иодида калия. Хлор и соли прореагировали полностью. Определите массовые доли солей в исходном растворе. 9. К раствору, содержащему 1,600 г бромида калия, при- бавили 5,0 г технического брома, содержащего примесь хло- ра. После упаривания раствора и прокаливания твердых ве- ществ после реакции получено 1,155 г твердого остатка. Ка- кова массовая доля хлора в препарате брома? 10. Газ, полученный при полном электролизе 22,2 г рас- плава СаС12, пропустили через 400 г горячего раствора с w(NaOH) = 2 %. Определите массовые доли солей в получен- ном растворе, пренебрегая растворимостью хлора в воде. 11. Смесь хлорида, бромида и иодида калия обработали избытком брома, затем нагрели до постоянной массы, кото- рая составила 6,55 г. Остаток обработали избытком хлора, затем также нагрели до постоянной массы, равной 5,215 г. Найдите массы бромида и иодида калия в исходной смеси. 12. Смесь трех газов смешали в замкнутом сосуде и взорва- ли. Какое вещество при этом получено и какова его массовая доля в растворе, если первый газ получен действием соляной кислоты на 21,45 г цинка, второй — разложением 25,5 г нитра- та натрия, третий — взаимодействием 2,61 г Мп02 с избыт- ком соляной кислоты? 13. Имеется смесь хлорида калия, калийной селитры и бертолетовой соли. При каталитическом термическом раз-
§ 22. Водород. Галогены 279 ложении 8,49 г смеси выделяется 1,12 дм3 газа (н.у.), а при взаимодействии такой же массы смеси с избытком соляной кислоты получено 1,344 дм3 газа (н.у.). Каковы массы солей в исходной смеси? 14. Смесь нитрата, иодида и хлорида калия массой 68,3 г растворена в воде и обработана хлорной водой, при этом вы- пал осадок массой 25,4 г. Такой же по составу и массе раствор исходной смеси солей обработали избытком раствора нит- рата серебра (I) и получили 75,7 г осадка. Определите массы солей в исходной смеси. 15. При полном разложении бертолетовой соли, содер- жащейся в ее смеси с хлоридом калия (масса смеси равна 20,00 г), получен хлорид калия массой 12,32 г. Найдите мас- совые доли солей в исходной смеси. 16. При действии соляной кислоты при нагревании на смесь Мп02 и КМп04 получено 7,84 дм3 газа (н.у.), а при нагревании такой же смеси (Мп02 не разлагался) вьщелился газ объемом 672 см3 (н.у). Определите массу исходной смеси веществ. 17. К раствору, содержащему 3,88 г смеси бромида калия и иодида натрия, добавили 78 см3 раствора с w(AgN03) = 10 % (р = 1,09 г/см3). Выпавший осадок отфильтровали. Фильтрат может прореагировать с 13,3 см3 соляной кислоты с моляр- ной концентрацией 1,5 моль/дм3. Каковы массовые доли со- лей в исходной смеси и объем хлороводорода (дм3, н.у.), не- обходимый для приготовления израсходованной соляной кислоты? 18. Найдите массу технического препарата, содержащего по массе 90% Мп02, и объем соляной кислоты с w(HCl) = 20 % (р = 1,10 г/см3), которые нужны для получения 142 кг хлора, если суммарные производственные потери равны 15 %. 19. В раствор, содержащий 2,38 г бромида калия и неко- торую массу хлорида натрия, пропущен избыток хлора. Затем раствор выпарили, сухой остаток прокалили. Как и на какую массу изменилась при этом масса смеси?
280 § 22. Водород. Галогены 20. Смесь двух газов взорвали в замкнутом сосуде и про- дукты растворили в 100 г воды. Какова массовая доля про- дукта в растворе, если первый газ был получен действием из- бытка разбавленной серной кислоты на 42,9 г цинка, а вто- рой — взаимодействием избытка соляной кислоты с оксидом марганца (IV) массой 5,22 г? 21. Смесь хлоридов натрия и калия массой 7,0 г обрабо- тали избытком горячего раствора серной кислоты. Полу- ченный газ растворили в воде. При взаимодействии полу- ченного раствора с избытком цинка выделяется газ объе- мом 1,176 дм3 (н.у). Определите массовые доли солей в ис- ходной смеси. 22. Газ, полученный при взаимодействии железа массой 2,24 г и соляной кислоты объемом 77,68 см3 с массовой до- лей хлороводорода 7,3 % (р = 1,03 г/см3), пропущен через трубку, содержащую оксид меди (II) массой 6,4 г, при нагре- вании. Какие вещества находятся в трубке и какой объем ра- створа азотной кислоты с w(HN03) = 32 % (р = 1,2 г/см3) ну- жен для их растворения? 23.* Хлорат калия прокалили до постоянной массы в при- сутствии Мп02. Полученный твердый остаток растворили в воде и к раствору добавили избыток нитрата серебра (I), полу- чив при этом осадок массой 43,05 г. Определите объем (н.у.) выделившегося при разложении хлората калия кислорода. 24.* При термическом разложении в присутствии Мп02 бертолетовой соли массой 36,75 г получили твердый остаток массой 31,95 г. Этот остаток после удаления катализатора обработали избытком соляной кислоты и получили газ объе- мом 6,72 дм3 (н.у). Найдите степень разложения соли и мас- совые доли веществ в твердом остатке. 25.* Через раствор карбоната калия массой 138 г с w(¥^C03) = = 40 % осторожно пропустили хлороводород, полученный с выходом 80 % из поваренной соли массой 16,25 г, содержа- щей 10 % примесей по массе. Найдите массовые доли веществ
§ 22. Водород. Галогены 281 в конечном растворе, считая, что оксид углерода (IV) из ра- створа не выделялся. 26.* Кислород, полученный при термическом разложении в присутствии катализатора смеси хлората и перманганата калия массой 15,692 г, при взаимодействии с избытком водо- рода образует жидкость, которая без остатка реагирует с гид- ридом кальция массой 4,2 г. Рассчитайте массовые доли со- лей калия в исходной смеси. 27.* Смесь оксидов железа (II) и меди (II) массой 20 г полнос- тью восстановили смесью водорода и аргона объемом 15,68 дм3 (н.у.) с относительной плотностью по неону, равной 1,2943. Найдите массовые доли оксидов в исходной смеси. 28.* Смесь гидридов калия и натрия общей массой 2,24 г обработали избытком воды и полученным газом полностью восстановили оксид меди (II) массой 6,4 г. Найдите массо- вые доли гидридов в смеси. 29. Образец железа прореагировал с соляной кислотой. Другой образец железа такой же массы прореагировал с хло- ром. Оказалось, что масса прореагировавшего хлора больше массы НС1 на 3,35 г. Определите массу железа в образце. 30. Образец железа прореагировал с соляной кислотой. Другой образец железа такой же массы прореагировал с хло- ром. Масса соли, полученной во второй реакции, больше массы соли, образовавшейся в первой реакции, на 3,55 г. Определите массу железа в образце. 31. Смесь NaBr и Nal обработали избытком хлорной воды, полученный раствор выпарили. Масса сухого остатка оказалась в 2,363 раза меньше массы исходной смеси. Во сколько раз мас- са осадка, полученного после обработки такой же исходной смеси избытком AgN03, будет больше массы исходной смеси? 32. Рассчитайте объем (н.у.) хлора, вступившего в реак- цию с гидроксидом калия в горячем растворе, если после ре- акции в растворе обнаружено 0,46 моль С1".
282 § 22. Водород. Галогены 33. Оксид марганца (IV) массой 8,7 г обработали избыт- ком соляной кислоты; полученный с выходом 90 % газ сме- шали с 2,24 дм3 (н.у.) водорода. Определите относительную плотность полученной газовой смеси по кислороду. 34. Смесь хлора и брома массой 16,5 г пропустили через избыток раствора КВг. После упаривания (бром удалили пол- ностью) масса твердого остатка оказалась на 4,45 г меньше массы КВг в растворе. Определите массовую долю брома в исходной смеси. 35. Смесь КС1 и КВг массой 16,5 г растворили в воде и че- рез раствор пропустили избыток хлора. После упаривания (хлор и бром удалены полностью) масса твердого остатка оказалась на 4,45 г меньше исходной массы солей. Опреде- лите массовую долю КВг в исходной смеси солей. 36. Смесь хлора, водорода и хлороводорода объемом 1 дм3 пропустили через избыток раствора KI и получили 2,54 г иода, объем непоглотившегося газа составил 500 см3. Опре- делите объемные доли газов в исходной смеси. 37. Через раствор FeC^ объемом 100 см3 с vKFeCy = 12,33 % (р = 1,03 г/см3) пропускали хлор до тех пор, пока массовые доли солей FeC^ и FeCl3 не стали равными. Найдите объем израсходованного хлора (дм3, н.у). 38. Хлор объемом 6,72 дм3 (н.у.) пропустили через 250 см3 (р = 1,11 г/см3) горячего раствора с w(KOH) = 12,1 %. Хлорат калия был выделен и использован для получения кислорода. Найдите массовые доли солей в растворе после пропускания хлора. Какой объем кислорода (н.у.) получен? 39. Избыток хлора пропустили через 200 г горячего раство- ра КОН. При разложении одной из полученных солей полу- чили 4 дм3 (н.у.) кислорода. Какой была w(KOH) в растворе? 40. Оксид марганца (IV) растворили в необходимом коли- честве соляной кислоты. В растворе после реакции массой 200 г массовая доля соли составляет 31,5 %. Какова массовая доля НС1 в исходном растворе?
§ 22. Водород. Галогены 283 41. После электролиза водного раствора NaCl получен ра- створ, содержащий щелочь массой 20 г. Выделившийся на аноде газ пропустили через раствор KI объемом 66 см3 (w = 10 %, р = 1,1 г/см3). Найдите массу полученного иода. 42. В результате полного разложения бертолетовой соли по двум направлениям (до перхлората и с выделением кис- лорода) масса навески уменьшилась на 22,3 %. Найдите w(KCl) в образовавшейся твердой смеси. 43.* Смесь Н2 и Ne общим объемом (н.у.) 4,48 дм3 пропус- тили над нагретым порошком магнетита. Произошло пол- ное восстановление магнетита, причем Н2 прореагировал ко- личественно. Масса твердого остатка после реакции на 0,8 г меньше массы исходного магнетита. Рассчитайте объемную долю Н2 в его смеси с Ne. 44.* Над смесью FeO и СиО пропустили избыток Н2 при нагревании. После реакции масса твердого остатка на 1,6 г меньше суммарной массы оксидов металлов. Найдите массы оксидов в их исходной смеси, если известно, что в ней на один атом меди приходится три атома кислорода. 45.* Смесь КН и NaH полностью растворили в воде и полу- чили 11,2 дм3 (н.у.) Н2. Какой объем раствора с w(HCl) = 26 % (р = 1,13 г/см3) потребуется для нейтрализации полученно- го раствора? 46.* Вода массой 180 г при 300 °С прореагировала с избыт- ком кокса. В полученной равновесной смеси объемная доля Н2 25 %. Какую массу магнетита можно восстановить до же- леза полученным водородом? 47.* Смесь равных химических количеств КН и NaH пол- ностью растворили в воде и получили водород объемом (н.у.) 11,2 дм3. Какая масса А1 может максимально прореагировать с образовавшимися щелочами? 48. Через избыток раствора NaBr пропустили смесь НС1, N2 и С12 общим объемом (н.у.) 1,50 дм3. В результате реакции
284 § 22. Водород. Галогены образовался бром массой 1,20 г, а объем непоглощенного газа составил 400 см3 (н.у.). Вычислите объемные доли газов в исходной смеси. 49. При обработке избытком хлорной воды смеси FeBr2 и CuBr масса сухого остатка, полученного после выпаривания раствора, уменьшилась в 1,20 раза по сравнению с массой исходной смеси солей. Вычислите массовые доли веществ в конечной смеси. 50. Нагревание соляной кислоты с 30 °С до 50 °С снижает массовую долю хлороводорода втрое. Какая масса газа выде- лится при нагревании от 30 °С до 50 °С раствора массой 250 г с w(HCl) = 24,0 %? 51.* Смесь хлора с неизвестным газом общим объемом 3,53 дм3 (н.у.) имеет массу 8,22 г. Определите молярную массу неиз- вестного газа, если известно, что при получении С^, входя- щего в состав смеси по реакции Мп02 с соляной кислотой объемом 50 см3 с и>(НС1) = 30,0 % (р = 1,15 г/см3) массовая доля НС1 снизилась до 26,9 % (растворимостью С12 в воде можно пренебречь). 52. В закрытом сосуде объемом 26 дм3 над раствором с w(H2S04) = 90 % объемом 60 см3 (р = 1,82 г/см3) подожгли смесь Н2 с избытком воздуха. После поглощения образовав- шейся воды w(H2S04) снизилась до 87 %. Определите объем- ные доли газов в смесях до и после сжигания, считая, что объемная доля 02 в воздухе 21 %. 53. После нагревания КМп04 массой 22,12 г получили твердую смесь массой 21,16 г. Эту смесь обработали избыт- ком концентрированной соляной кислоты (продукты реак- ции К2Мп04 с НС1 такие же, как и для КМп04). Найдите объем (н.у.) полученного хлора. 54.* Для получения кислорода из бертолетовой соли к ней добавили катализатор. В конечной смеси после реакции мас- совая доля катализатора равна 8,0 %. Чему равна массовая
§ 22. Водород. Галогены 285 доля катализатора в смеси до начала реакции (соль разложи- лась полностью)? Ответы 2. 80 % НС1 и 20 % Н2; 14,6 % НС1. 3. 2,5 %. 4. 4,0 г КС1 и 4,5 г MgClr 5. Уменьшилась на 4,3 %. 6. 6,33 % КС1; степень разложения 10 %. 7. 16,3 г; 64 см3. 8. 4,8 % КВг; 8,3 % KI. 9. 7,1 %. 10. 0,87 % NaC103 и 2,39 % NaCl. 11. 2,38 г КВг и 1,66 г KI. 12. 28,9 % НС1.13. 2,45 г КСЮ3; 2,00 г КС1 и 4,04 г KN03. 14. 33,2 г KI; 14,9 г KC1 и 20,2 г KN03. 15. 98 % КС103, 2 % KC1. 16. 26,88 г. 17.61,3 % КВг; 38,7 % Nal и 448 см3 НС1.18.228 кгМп02 и 1561 дм3 кислоты. 19. Уменьшилась на 0,89 г. 20. 4,2 % НС1. 21. 42,9 % NaCl; 57 Д % КС1.22. 0,04 моль Си; 0,04 моль СиО; 30,6 см3.23. 10,1 дм3.24. 66,7 %; 54,9 % КС1 и 45,1 % КСЮ3. 25.10,3 % КС1; 13,8 % КНС03; 19,0 % К^. 26. 34,1 % КС103; 65,9 % КМп04. 27. 36 % FeO; 64 % СиО. 28. 35,7 % КН; 64,3 % NaH. 29. 5,6 г. 30. 5,6 г. 31. В 1,62 раза. 32. 6,2 дм3. 33. 1,08. 34. 78,5 %. 35. 72,1 %. 36. 22,4 % С12; 50,0 % Н2 и 27,6 % НС1. 37. 0,49 дм3. 38. 4,1 % КС103; 12,5 % КС1; 3,36 дм3 02.39.20 %. 40.38 %. 41.5,588 г. 42.5 %. 43.25 %. 44.4,80 г FeO; 2,67 г СиО. 45. 62,1 см3. 46. 193 г. 47. 4,5 г. 48. 11,2 % С12; 26,7 % N2; 62,1 % НС1.49. 50,8 % FeCl3; 49,2 % СиС12.50.43,5 г. 51.44 г/моль. 52. До сжигания: 4,7 дм3 Н2; 4,47 дм3 02; 16,83 дм3 Nr После сжигания: 2,13 дм3 02; 16,83 дм3 N2. 53. 6,50 дм3. 54.* 5,0 %.
\ § 23. Халькогены Кислород. Сера Основные химические свойства серы и ее соединений рас- смотрим на следующем примере. ПРИМЕР 23-1. Осуществите превращения по схеме: H2S -»SO, ■> h2so4 -»so. ^Us^+ _>FeS —£-* H2S —Z-». KHS. Решение 1. Окисляем сероводород избытком кислорода: 2H2S-2 +30!! = 2S+40^2 +2H20. 2,+4е = 20~2 2 г с+4 S"'-6e = S+ 12 2. Переход осуществляем в две стадии: a)2S+402+02 ^ t,p, кат. ± 2s+6o;2. °+4е = 20"2 +4 о^ С+6 S+4-2e = S+ б) SO, + FLO = H2SO 2 4(конц.)* 3. При взаимодействии H2SO (конц.) с металлами образу- ется S02:
§ 23. Халькогены 287 Cu° + 2H,S+604, . 2 4(конц.) Cu+2S04 + S+402 + 2H20. S+6+2e = S+4 Cu°-2e = Cu+2 4. Оксид серы (IV) обладает окислительными свойства- ми, в частности, окисляет сероводород: S+402 + 2H2S"2 = 3S° + 2Н20. S+4+4e = S° S_2-2e = S° 5. При взаимодействии серы с металлами образуются суль- фиды — соли слабой сероводородной кислоты: Fe° + S° = Fe+2S"2. Fe°-2<? = Fe+2| ll 2 S°+2e = S'2 I |1 6. Действием на сульфиды металлов более сильными, чем сероводородная, кислотами можно получить сероводород: FeS + 2HC1 = FeCl2 + H2St, FeS + 2H+ = Fe2+ + H2St. 7. Пропуская сероводород в раствор сульфида калия или гидроксида калия, можно получить кислую соль — гидросуль- фид калия: H2S + K,S = 2KHS, или H„S + S2- = 2HS- H,S + КОН = KHS + H,0, H2S + ОН" = HS" + H20.
288 § 23. Халъкогены 1. Осуществите превращения по схемам: 1) КМп04 -> 02 -> Н20 -> Н2 -* H2S; 2) AgN03 -»• 02 -> S03 -> H2S04 -> S; 3) КСЮ3 -> 02 -> S02 -> Ca(HS03)2 -> S02; 4) H2S-> S -► FeS -> S02 -> NaHS03; 5) H2S -> S02 -> Na2S03 -> Na2S04-> BaS04; 6) FeS2 -> S03 -> KHS04 -> KCl -> KN03; 7) S02 -► Na2S03 -> NaHS03 -> S02 -> Na2S04; 8) ZnS -» S02 -> S -> CuS -> CuO; 9) FeS -> H2S -> NaHS -> Na2S -> NaCl; 10) H2S04 -> FeS04 -> FeS -» Fe203 -> FeS04; 11) H2S04 -> Fe2(S04)3 -» Na2S04 -> NaCl ->• NaHS04; 12) Cu -> CuS04 -► CuS -> S03 -* H2S. A Mg >в (газ) cuci2 > i -з\ о HNOjQcohu.) /^ ^Б Q* H2°> E Cu0 > С"С|*>Г <* >Д C'2,H2°>A CuO -Ж 14) Cu(N03)2 '° ) A c,>° ) Б h;so)(kohu.) ? r h,s ) -Ц£->Г <w° > Д; 15) HBr h^o4(kohu.) ) а (простое вещество) н^'° > ■ Б Fe ) В №ОН(раз6.,изб.) ) Г; 16)Н20 Тз^Г>А л «г. , Б (газ) =»,,- ) в _«£_» Г; 17) Na202 Н?° > А (т) А1(он)3,/° ) б НС1(изб> > р-р НС1 (изб.) v D КОН (изб.) р
§23. Халькогены 289 18)Н20-^о^Ана изб. Б AgNO,^ /°,вст>Е ,вкш(^)>ж L_^3 HN03(kohu.)> р /° > 3 Н^изб.),/^ д СаСОНЬСр-р^ H2S04(kohu.) 19)Н20- s,r SiO, Н20 20) H2S041 моль (конц.) ™><° > ... +1 М0ЛЬкон(Ра3б.) ) ... 0,5 моль Ва(ОН) Р-Р .^ 0,5 моль H2SQ4 Zn А ^ > ... НС1 (изб.) 21)H2S о> ^Б(1М0ЛЬ) НЖМконц)» х ' — N02 НС1 (изб.) ИВ—§^ ... rNaQH(p-p^ 1 изо 2 моль К2НР04 тт . г? ВаС12 (р-р) 22) H2S04 (конц.) *££* > 02 (изб.), /° Ва(ОН)2 (р-р, изб.) ... SQ2,H2Q ... НС1(изб.) ... • 10 Зак. 3451
290 § 23. Халъкогены ■ Bad, > 1 моль NaCl (т), /" 23) H2SO4 (конц., 1,5 моль) - cNaOH(p-p^ ВаСЬ > + 1мольА^Оя >• ... NaOH (p-pL a 0,5 моль РЬС^ электролиз > > А ^ ••• водного р-ра водного р-ра А HoSO^kohu)^, в Ва^Н)2> г 24) Na ftW> ...-^ Б **, >Д РеУ > Е + Ж 25) К02 -^ SQ2 (Юб.) А Ва > ... н2° ВаСЬ ' тп na^i2 ^ Ь Р-Р — Са(ОН)2(юб.)> 9^НП KMnQ4>H2SQ4 ) А(ТТП) Fe3Q4,/° ) Н2804(разб.),изб. ) Zn v ПРИМЕР 23-2. При полном каталитическом разложении при нагревании смеси КСЮ3 и КМп04 массой 56,1 г получен кислород объемом 8,96 дм3 (н.у). Найдите массовую долю хлората калия в смеси.
§23. Халькогены : 291 Решение Записываем уравнения реакций: 56, Ы х 0,5х 2КМп04 = К2Мп04 + Мп02 + 02 Y У U>> 2КСЮ,=2КС1+ЗОЛ 0,4 моль; „(02) = r-^lL = ^pL = 0,4 (моль). Л/(КМп04) = 158 г/моль; Л/(КСЮ3) = 122,5 г/моль; V = 22,4 дм3/моль. Находим: V(Q2) = 8,96 У, ~22>4 Обозначая химические количества солей как х и у моль, составляем систему двух уравнений: |158х + 122,5^ = 56,1; [0,5x + l,5j; = 0,4. Получаем: х = 0,2 моль; у = 0,2 моль; w(KC103) = и(КС103) • Af(KC103) = 0,2 • 122,5 = 24,5 (г); ,т^1^ ч w(KC103) 24,5 л .„ w(KC103) = -^ 3Z = ^ = o,437 (43,7%). т(смеси) 56,1 v Ответ: w(KC103) = 43,7%. 2. Из 320 г серного колчедана, содержащего 45 % серы по массе, было получено 397 г серной кислоты с w = 100 %. Чему равен выход кислоты?
292 § 23. Халькогены 3. В какой массе раствора серной кислоты с массовой до- лей ее 73,5 % нужно растворить 100 г оксида серы (VI), что- бы получить раствор с w(H2S04) = 83,3 %? 4. Какая масса пирита нужна для получения 1000 дм3 ра- створа с w(H2S04) = 0,9 (р = 1,84 г/см3)? 5. Найдите массовую долю серной кислоты, если при пол- ном растворении меди в 78,4 г горячего раствора этой кисло- ты выделяется газ, взаимодействие которого с избытком се- роводорода дает 19,2 г серы. 6. При сжигании пирита и сульфида цинка массой 251,2 г в избытке кислорода получено 71,68 дм3 S02 (н.у). Опреде- лите массы веществ в исходной смеси. 7. При разложении 40 г КМп04, содержащего 21 % терми- чески устойчивых примесей, получено 37,44 г твердого ос- татка. Определите массы веществ в этом твердом остатке. 8. Какие массы воды и раствора серной кислоты с w(H2S04) = = 98 % нужны для приготовления 500 г раствора с w(H2S04) = = 25%? 9. К 500 см3 раствора серной кислоты (w = 10 %, р = 1,07 г/см3) добавили 200 см3 раствора этой же кислоты (w = 20 %, р = = 1,14 г/см3). Какова массовая доля кислоты в полученном растворе? 10. Какую массу S03 нужно растворить в 200 см3 воды для получения раствора с w(H2S04) = 80 %? 11. В закрытом сосуде смешали 4 моль S02 и 2 моль 02. К моменту наступления равновесия прореагировало 90 % первоначального количества оксида серы (IV). Определите объемные доли газов в конечной смеси (S03 в условиях опы- та — газ). 12. Оксид серы (VI), полученный при полном окисле- нии 8 дм3 S02, растворили в 57,2 см3 раствора с w(H2S04) = = 60 % (р = 1,5 г/см3). Какова массовая доля H2S04 в получен-
§ 23. Халькогены 293 ном растворе? Какую массу оксида железа (III) можно ра- створить в 12 г полученного раствора? 13. Смесь меди и оксида меди (II) обработали 100,85 см3 ра- створа хлороводородной кислоты с w = 36,5 % (р = 1,19 г/см3). Осадок отфильтровали и растворили в концентрированной серной кислоте, при этом выделилось 11,2 дм3 газа (н.у). Филь- трат нейтрализовали раствором (р = 1,28 г/см3) с w(NaOH) = = 25 %, при этом образовалось 39,2 г осадка. Рассчитайте мас- совые доли компонентов в исходной смеси и объем использо- ванного раствора гидроксида натрия. 14. Газ, полученный при растворении 7,15 г цинка в разбав- ленной серной кислоте, смешали с газом, полученным при полном разложении 4,08 г бертолетовой соли в присутствии Мп02. К этой смеси добавили 0,224 дм3 (н.у.) хлора и подо- жгли. Какова массовая доля НС1 в полученном растворе? 15. Содержащую примеси смесь MnS03 и CaS03 массой 34 г обработали H2S04, получили 6,72 дм3 (н.у.) газа и 36,64 г смеси сульфатов. Найдите массы сульфитов и массовую долю примесей в исходной смеси солей. 16. Какой объем оксида серы (IV) нужно пропустить через контактный аппарат для получения 10 дм3 раствора с w(H2S04) = 98 % (р = 1,84 г/см3)? 17. Относительная плотность смеси S02, C02 и СО по ге- лию равна 10,4. При пропускании 20 дм3 этой смеси через избыток раствора КОН ее объем уменьшился до 8 дм3. Чему равны объемные доли газов в исходной смеси? 18. Имеется смесь карбоната кальция, сульфида цинка и хло- рида натрия. Если на 40 г этой смеси подействовать избытком соляной кислоты, выделится 6,72 дм3 газов (н.у), при взаимо- действии которых с избытком оксида серы (IV) образуется 9,6 г осадка. Определите массы компонентов в смеси. 19. Сплав цинка с металлом, стоящим в ряду напряжений после водорода, общей массой 32,05 г обработали избытком
294 § 23. Халькогены разбавленной серной кислоты, выделилось 4,48 дм3 (н.у.) газа. К нерастворившемуся остатку добавили горячую концент- рированную серную кислоту, выделилось 6,72 дм3 (н.у.) газа. Определите массы металлов в смеси, если катион неизвест- ного металла двухзаряден. 20. Некоторую массу S03 растворили в 55,56 см3 раствора с w(H2S04) = 91 % (р = 1,8 г/см3), при этом массовая доля кислоты возросла до 96,25 %. Определите массу поглощен- ного оксида серы (VI). 21. Образец, содержащий пирит и сульфид железа (II), подвергнут обжигу в избытке кислорода. Полученный газ пропущен в раствор с w(NaOH) = 25 % (р = 1,25 г/см3), в ре- зультате получено 1 моль средней соли и 0,5 моль кислой соли. Определите объем взятого раствора щелочи и массу исход- ного образца. 22. После нагревания перманганата калия масса твердого вещества уменьшилась на 7,5 %. Найдите степень разложе- ния соли. 23. Равномолекулярную смесь двух оксидов состава МеО массой 30 г растворили в соляной кислоте и получили смесь солей массой 57,5 г. Установите формулы оксидов, если их молярные массы относятся как 1:2. 24. При обжиге в избытке 02 4,465 т руды,содержащей FeS, FeS2 и 14 % (по массе) не окисляющихся примесей, получено 3,825 т твердого остатка. Какой объем раствора с w(H2S04) = = 95 % (р = 1,88 г/см3) можно получить из выделившегося при обжиге газа? 25. В растворе с w(H2S04) = 98,0 % растворили при нагрева- нии медь, вследствие чего массовая доля кислоты снизилась до 86,5 %. Вычислите w(CuS04) в полученном растворе. 26. Определите массовые доли всех веществ в растворе, по- лученном сливанием 300 г раствора с w(NaOH) = 5 % и 200 г раствора с w(H2S04) = 9,8 %.
§23. Халькогены 295 27. При нагревании 63,2 г перманганата калия получено 3,36 дм3 (н.у.) кислорода. Определите степень разложения КМп04 и массы веществ в твердом остатке после прокалива- ния. 28. Кислород, полученный при нагревании перманганата калия массой 4,74 г, полностью прореагировал с фосфором массой 0,31 гс образованием оксида фосфора (V). Найдите массовую долю атомов марганца в твердом остатке, получен- ном после нагревания КМп04. 29. Смесь 02 и 03 имеет относительную плотность по ге- лию 8,2. После частного разложения 03 относительная плот- ность смеси по гелию уменьшилась на 1,50 %. Найдите мас- совую долю 03 в полученной смеси газов. 30. К некоторому объему Н2 в закрытом сосуде добавили 02 объемом 2,00 дм3. Смесь подожгли и получили воду мас- сой 3,21 г. После охлаждения объем непрореагировавшего газа составил 6,00 дм3 (н.у.). Найдите исходный объем Н2 (н.у.). 31. В замкнутом сосуде объемом 5,60 дм3 находится смесь H2S с избытком 02. Смесь подожгли, а полученные продук- ты растворили в воде массой 200 г. Получили раствор кисло- ты, которой достаточно для обесцвечивания раствора брома массой 100 г с w(Br2) = 8 %. Найдите: а) массовую долю кис- лоты, реагирующей с бромом; б) объемы газов в исходной смеси. 32.* В газовой смеси S02 и 02 с DH =24 часть S02 прореа- гировала и образовалась газовая смесь с DH на 25 % больше, чем для исходной смеси (S03 в условиях опыта — газ). Най- дите объемные доли газов в равновесной смеси. 33. При взаимодействии S03 с Н20 получили раствор с мас- совой долей кислоты 25 %. При добавлении к этому раствору избытка Ва(ОН)2 выпал осадок массой 29,13 г. Какие массы S03 и Н20 были затрачены на получение раствора кислоты?
296 § 23. Халъкогены 34. Через раствор Na2C03 объемом 100 см3 с c(Na2C03) = = 0,100 моль/дм3 пропустили S02 объемом (н.у.) 448 см3. Ра- створ осторожно выпарили. Установите состав и массу сухо- го остатка. 35.* В воде объемом 1 дм3 растворили H2S объемом (н.у.) 2,688 дм3. В полученный раствор пропустили S02, образо- вавшийся при полном обжиге пирита массой 1,2 г. Найдите массовую долю вещества в полученном растворе с точнос- тью до тысячных долей процента. Олеум Олеум — это раствор S03 в H2S04. Олеум получают раство- рением оксида серы (VI) в растворе серной кислоты. При этом необходимо учитывать расход S03 на взаимодействие с Н20 в растворе кислоты. ПРИМЕР 23-3.* В раствор H2S04 массой 100 г с массо- вой долей кислоты 82 % прибавили оксид серы (VI) массой 100 г. Найдите массовую долю оксида серы (VI) в получен- ном олеуме. Решение Оксид серы (VI) взаимодействует с водой, находящейся в растворе серной кислоты: 1,25 моль 1 моль S03 + Н20 = H2S04; M(S03) = 80 г/моль; М(Н20) = 18 г/моль. Находим: m(H20) = ю(р-ра H2S04) w(H20) = 100 • (1 - 0,82) = 18 (г); ш „л т(Н20) 18 и(Н70) = — 2 = — = 1 (моль); 2 М(Н20) 18 /о^ ч w(S03) 100 n(SO«) = ——— = = 1,25 (моль). 3 M(S03) 80
§ 23. Халькогены 297 В реакции S03 и Н20 оксид серы (VI) находится в избыт- ке, причем: «(S03)H36= 1,25-1 = 0,25 (моль); m(SO})m6 = 0,25-80 = 20 (г). Находим массовую долю S03 в олеуме: >Пьи3;изб - /я(олеума) w(p-pa H2S04) + m(S03) 20 100 + 100 Ответ: w(S03) = 10 %. = 0,1 (10%). Взаимодействие оксида серы (VI) с водой следует учиты- вать и при решении задач, в которых олеум разбавляют водой. ПРИМЕР 23-4.* Какую массу воды следует добавить к оле- уму массой 120 г с w(S03) = 20 %, чтобы получить раствор серной кислоты с w(H2S04) = 80 %? Решение Вариант 1 Из условия задачи следует, что весь S03 израсходовался на взаимодействие с Н20: 0,3 моль 0,3 моль so3 + н2о = h2so4. Рассчитываем состав исходного раствора: m(S03) = ю(олеум) • w(S03) = 120 • 0,2 = 24 (г); 24 rc(SO0 = — = 0,3 (моль); - 80 m(H2S04) = /и(олеум) - /w(S03) = 120 - 24 = 96 (г); 96 98 rc(H2S04) = —= 0,98 (моль).
298 S 23. Халькогены Из уравнения реакции следует, что в реакции с 0,3 моль S03 образуется также 0,3 моль или 0,3 • 98 = 29,4 (г) H2S04. Таким образом, при разбавлении олеума водой суммарная масса H2S04 будет равна 96 + 29,4 = 125,4 (г). Используя формулу: «вцю.)- °,(H's0-) . 2 m(p-paH2S04) находим массу раствора H2S04: тт о^ч ч m(H9S04) 125,4 m(p-pa H2S04) = 2 4 = —^ = 156,75 (г). w(H2S04) 0,8 Рассчитываем массу воды в этом растворе: /я(Н20) = m(p-pa H2S04) - w(H2S04) = = 156,75- 125,4 = 31,35 (г). Учтем, что на взаимодействие с S03 израсходовалась вода химическим количеством 0,3 моль или массой 0,3-18 = 5,4 (г). Тогда искомая масса воды будет равна: т(ЩО) = 31,35 Н- 5,4 = 36,75 (г). Вариант 2 Итак, мы нашли, что суммарная масса H2S04 в ее растворе равна 125,4 г. Пусть искомая масса воды равна х г. Составляем и решаем уравнение для массовой доли кислоты в конечном растворе: «*&>.). m(H'S0') . "l(H'SO') ; m(p-pa H2S04) т(олеума) + m(H20) 0,8 -,M-4- 120 + х х = 36,75 г. Ответ: m(H20) = 36,75 г.
§ 23. Халъкогены 299 36. Какую массу оксида серы (VI) нужно растворить в 300 г раствора с w(H2S04) = 49 %, чтобы получить олеум с w(S03) = = 20%? 37. Какие массы оксида серы (VI) и раствора с w(H2S04) = = 82 % будут израсходованы на получение 200 г олеума с w(S03) = 40 %? 38. Определите массу пирита, необходимого для получения такого количества S03, при растворении которого в 54,95 см3 раствора с w(H2S04) = 91 %, (р = 1,82 г/см3) получается оле- ум с w(S03) = 12,5 %. Считайте, что выход на стадии окисле- ния серы (IV) в оксид серы (VI) равен 75 %. 39. Какую массу воды следует добавить к 300 г олеума с w(S03) = = 40 %, чтобы получить раствор с w(H2S04) = 70 %? 40. К олеуму массой 8,8 г с w(S03) = 7 % добавили 60 г раство- ра с w(H2S04) = 30 %. Какова w(H2S04) в полученном растворе? 41. К олеуму массой 29 г с w(S03) = 7 % добавляли раствор с молярной концентрацией КОН 0,1 моль/дм3 до полной ней- трализации олеума. Каков объем добавленного раствора ще- лочи? 42. Смешали 30 г олеума с w(S03) = 10 % и 20 г олеума с w(S03) = = 5 %. Какова w(S03) в полученном растворе? 43. Какую массу раствора с w(H2S04) = 70 % можно полу- чить из 240 г олеума с w(S03) = 25 %? 44. На полную нейтрализацию 34,5 г олеума нужно 74,5 см3 раствора КОН (w = 40 %, р = 1,41 г/см3). Сколько молей ок- сида серы (VI) приходится на 1 моль серной кислоты в олеу- ме? 45. К100 г раствора серной кислоты с массовой долей ее 27,2 % добавили 20 г олеума с w(S03) = 40 %. Какую массу ВаС12 нужно добавить к полученному раствору, чтобы осадить все сульфат-ионы?
300 § 23. Халькогены 46. В каких массовых соотношениях надо взять раствор с w(H2S04) = 78 % и олеум с w(S03) = 10 % для получения 100 %-ной H2S04? 47. Вычислите массовую долю S03 в олеуме, если w(S) в нем равна 0,341. 48. Во сколько раз изменится w(H2S04) в водном растворе после добавления к 500 г раствора с w(H2S04) = 40 % олеума массой 40 г с w(S03) = 50 %? 49. Какую массу олеума с w(S03) = 30 % нужно добавить к 131 г раствора с w(H2S04) = 40 %, чтобы получить олеум с w(S03) = 5 %? 50.* Какую массу олеума с w(S03) = 30 % нужно добавить к 200 г раствора H2S04 с w(H2S04) = 10 %, чтобы получить раствор с w(H2S04) = 20 %? 51. Какие массы олеума с w(S03) = 10 % и раствора серной кислоты с w(H2S04) = 60 % нужно взять для приготовления 480 г раствора с w(H2S04) = 90 %? 52. Вычислите, на сколько изменится массовая доля оксида серы (VI) в олеуме после добавления к 500 г олеума с w(S03) = 40 % раствора серной кислоты массой 40,0 г с w(H2S04)= 50 %. 53. Вычислите массы олеума с w(S03) = 20,0 % и раствора серной кислоты с w(H2S04) = 20,0 %, необходимые для при- готовления 20,0 г раствора с w(H2S04) = 80,0 %. 54. Вычислите массы олеума с w(S03) = 20,0 % и раствора с w(H2S04) = 80,05 %, необходимые для приготовления 20,0 г олеума с w(S03) = 10,0%. 55. В каком соотношении по массе нужно смешать раствор с w(H2S04) = 90,0 % и олеум с w(H2S04) = 30,0 % для получе- ния 100 %-ной серной кислоты? 56. В олеуме мольное соотношение кислоты и оксида рав- но 1:1. Вычислите массовую долю оксида после добавления олеума к воде в соотношении по массе 20 :1.
§ 23. Халькогены 301 57. В олеуме мольное соотношение кислоты и оксида рав- но 1:1. Вычислите массовую долю кислоты в растворе после добавления олеума к десятикратной по массе порции воды. 58. К 5,00 г олеума с w(S03) = 20,0 % добавили 20,0 г ра- створа с w(H2S04) = 5,0 %. Какой объем водорода (н.у.) мо- жет выделиться при взаимодействии полученного раствора с избытком железа? 59. Массовая доля серы в олеуме равна 0,350. Вычислите, какой объем раствора с w(BaCl2) = 26,0 % (р = 1,28 г/см3) может вступить в реакцию с 1,52 г этого олеума. 60. Какие объемы необходимо взять олеума с w(S03) = 60 % (р = 1,98 г/см3) и серной кислоты с w(H2S04) = 70 % (р = = 1,60 г/см3) для приготовления 200 г олеума с w(S03) = 15 %? 61. В каком массовом отношении надо смешать серную кислоту с w(H2S04) = 98 % и олеум с w(S03) = 60 % для полу- чения олеума с w(S03) = 35 %? 62. Какую массу S03 надо растворить в растворе с w(H2S04) = = 98 %, чтобы получить 100 г олеума, в котором массовая доля элемента серы равна 34,96 %? Какова массовая доля S03 в этом олеуме? 63. Какой объем S02 (н.у.) надо затратить, чтобы получить олеум с w(S03) = 20 % из 39,28 см3 раствора с w(H2S04) = = 95 % (р = 1,833 г/см3), если известно, что превращение S02 в S03 проходит с выходом 75 %? 64. Какую массу S03 растворили в 1000 г олеума, если в олеуме w(S03) возросла с 19,5 % до 20,5 %? 65.* К 500 г олеума с w(S03) = 18 % добавили 200 г олеума с w(S03) = 19 %. Какова массовая доля вещества в получен- ном растворе? Какую массу S03 нужно добавить к получен- ному олеуму для получения раствора с w(S03) = 20 %? 66.* В олеуме массовая доля элемента серы равна 34,1 %. К такому олеуму массой 150 г прилили 100 г воды. Рассчи- тайте массовую долю вещества в полученном растворе.
302 § 23. Халькогены 67.* При восстановлении серной кислоты массой 0,49 г атомы серы присоединили 2,408-1022 электронов. Какова формула продукта восстановления кислоты? 68. К раствору Na2HP04 объемом 350 см3 с c(Na2HP04) = = 0,250 моль/дм3 добавили олеум с w(S03) = 5,00 %, после чего массовые доли кислых солей фосфорной кислоты срав- нялись между собой. Найдите массу добавленного олеума. 69. Краствору l^SC^ объемом 350 см3 с cfK^SO^ = 0,25 моль/дм3 добавили олеум с w(S03) = 10 %. При этом массовые доли средней и кислой солей стали равными. Найдите массу до- бавленного олеума. 70.* После добавления олеума массой 100 г к воде массой 80 г был получен раствор с w(H2S04) = 60 %. Найдите w(S03) в олеуме. 71. Какую массу олеума с w(S03) = 50 % добавили к воде массой 100 г, если получили раствор с w(H2S04) = 70 %? 72. К воде массой 100 г добавили олеум массой 150 г с w(S03) = 60 %. Найдите w(H2S04) в конечном растворе. Ответы 2. 90 %. 3. 400 г. 4. 1014 кг. 5. 50 %. 6. 155,2 г ZnS и 96,0 г FeSr 7. 6,32 г КМп04; 15,76 г KjMnO^ 6,96 г Мп02 и 8,4 г примесей. 8. 127,6 г раствора кислоты и 372,4 г воды. 9. 13 %. 10. 376,5 г. И. 9,5 % S02; 4,7 % 02 и 85,7 % S03. 12. 75,6 %; 4,9 г. 13. w(Cu) = w(CuO) =50 %; 150 см3. 14. 28,85 % НС1. 15. 27,04 г MgS03; 4,80 г CaS03; 6,35 %. 16. 4,122 м3. 17. 40 % СО; 40 % С02 и 20 % S02. 18. 10 г СаС03; 19,4 г ZnS и 10,6 г NaCl. 19. 40 % Zn, 60 % Си. 20. 20 г. 21. 320 см3, 104 г. 22. 74 %. 23. MgO; CuO. 24. 10,97 дм3. 25. 9,39 %. 26. 0,60 % NaHS04, 4,97 % Na2S04. 27. Степень разложения 75 %; 15,8 г КМп04, 29,6 г byvii^ и 13,1 г МпОг 28. 38,0 %. 29. 2,88 %. 30. 10,0 дм3. 31. 1,97 %; 4,48 дм3 02; 1,12 дм3 H2S. 32. 50 % S03; 12,5 % S02; 37,5 % 02. 33. 10 г S03; 39 г Н20. 34. 2,08 г NaHS03. 35. 0,271 % H2S. 36. 925 г. 37. 133,2 г S03; 66,8 г р-ра H2S04. 38. 60 г. 39. 167,1 г. 40. 39 %. 41. 6,01 дм3. 42. 8 %. 43. 362,1 г. 44. 0,5 моль. 45. 104 г. 46. тол :тн^0= 9,78 : 1. 47. 19,7 %. 48. Увеличится в 1,13 раза. 49. 1423,5 г. 50. 2°3,05 г. 51. 340,8 г олеума; 139,2 г раствора кислоты. 52. Уменьшится на 19,4 %. 53.14,2 г олеума и 5,8 г кисло- ты. 54. 18,2 г олеума и 1,8 г кислоты. 55. тол : пь^ = 1,48 :1. 56. 21,6 %. 57. 10,0 %. 58. 1,42 дм3. 59. 10,4 см3. 60. 77,5°см3 олеума; 29,1 см3 кислоты. 61. 1:1,756. 62. 37 rS03; 31,4 % S0r 63. 14,19 дм3. 64.12,6 г. 65. 18,29 %; 14,96 г. 66.62,6 % HL^SO^ 67. R,S. 68.2,3 г. 69. 3,259 г. 70.* 84,3 % S03.71.169,7 г. 72.80 %.
§ 24. Азот Свойства азота и его соединений иллюстрирует следую- щая цепочка химических превращений. ПРИМЕР 24.1. Осуществите химические превращения согласно схеме: NH4N02 ->N, -> NH, ->N0, -^HNO, -> NH4N03 ->NH, -^N2<=±Ca3N2. Решение 1. При нагревании нитрита аммония образуются азот и вода (лабораторный способ получения азота): N-3H4N+302 N°t+2H20. N-3-3e = № N+3+3e = № 2. Аммиак получаем синтезом из простых веществ: N5+3H»? г,р, кат. ±2n-3h;'. N^+6e = 2N"3 H°-2e = 2H+1 3. Переход осуществляем в две стадии:
304 § 24. Азот а) каталитическое окисление аммиака при повышенной температуре: 4N"3H°+50° /°, кат. 4N+20 + 6Н20. N"3-5e = N+2 0°+4е = 2СГ2 20 б) окисление оксида азота (II) кислородом при обычных условиях: +4 N+2-2e = N 0°+4е = 2СГ 4. При растворении оксида азота (IV) в воде в присутствии кислорода получаем азотную кислоту: 4N+402+0° + 2H20 <-> 4HN+5Of. N+4-^ = N +5 0°+4е = 20 -2 5. Нитрат аммония можно получить несколькими спосо- бами: a) NH3 + HN03(pa36) = NH4N03; nh3 + h+=nh;. 6) 4Mg° + 10HN+5O3(o4ipe&) = 4Mg+2(N03)2 + N-3H4N03 + + 3H20. Mg°-2e = Mg+2 N+5+8e = N-3 8 6. Все соли аммония взаимодействуют с водными раство- рами щелочей с выделением аммиака:
§ 24. Азот 305 t° NH4N03 + NaOH NaNO, + NH/T + H,0; nh; + OH- t° NH,f + НЮ. *3 2 7. Азот из аммиака можно получить разными способами, например, в реакции с кислородом: 4N'3H3+30° 2N°+6H20-2. 2N"3-6e = N° 0° + 4е = 20'2 12 8. Взаимодействуя с металлами, азот образует нитриды: 3Ca° + N" CafN"3 +2 Са°-2е = Са N°+6e = 2N"3 9. Нитриды разлагаются водой с вьщелением аммиака: Ca3N2 + 6Н20 = Са(ОН)2 + 2NH3t. 1. Осуществите превращения по схемам: 1) NH3 -> N2 -» N02 -> NaN03 -> HN03; 2) NaCl -> Na2S04 -» NaN03 -» NaN02 -» NaN03; 3) NH4C1 -» NH3 -» NO -» HN03 -> Cu(N03)2; 4) NH4N03 -> NH3 -> NH3H20 -> (NH4)2S04 -> NO; 5) KN02 -> KN03 -> KHS04 -> K.SO, -> KN03; 6) N02 -> NO -»HN03 -> 02 -» NO; 7) AgN03 -» N02 -» HN03 -» 02 -» P205; 8) NH4C1 -» NH3 -> (NH4)2S04 -» NH4C1 -> NH4N03; 9) N2 -> N02 -» HN03 -> AgN03 -» Ag; 10) N2 -» NH3 -> N02 -> HN03 -» NO; 11) NaN03 -» 02 -» N02 -> HN03 -» Fe(N03)3; 12) NH4N02 -> N2 -» NH3 -» NH4N03 -» N20;
306 §24. Азот 13) N2 -> N02 -> HN03 -> NO -> NH4N03; 14) NH3 -> N02 -> HN03 -> N02 -> KN02. 15) FeS (1 моль) hno,(«^ ) _ koiw) изб. „36. ->...-il* 0,5 моль H2,/° v : 2 > ... , 16) KNO3 (2 МОЛЬ) ЗмольСЛмольЗ > Д НС1(изб.) > g _> g 02(изб.) g 0,5 моль Ва(ОН)2 17)P + HN03 + H20—L ,д СаСОН); > 02,Н2О SiO^C Са,/ НС1 А1203 КОН(р-р) гоб. J 18)Ca3N2-^- Cl2, 5 С CQ2 Б_021Л1кат^ q,, H2Q > K.S Р205 19)NaN3—L А 2-^ Б_Н21каЬ> 1 >. НС1 02,/ Mg,/
§24. Азот 307 -*&-► _!_*. H20 > HNO, 20)МЕ(1моль)^^ А«^В(ш)^> г: 1 моль КОН w HNO3 w Ъ j^ ► ... 2-^ 21) KNO, ai,/° ... кон(т),/° ... на (изб.) ' 3 * г П-П Ba(OH)2 (изб.) P-P 22) NaNQ3(T) h2so4(kohu. NaOH BaCl2 A P-P > ■fi H* >B(tb) cm > AgNQ3 >► O2 (изб.), t > ПРИМЕР 24-2. Из азота объемом 67,2 дм3 (н.у.) и водорода объемом 224 дм3 (н.у.) синтезировали аммиак, из которого по- лучили раствор объемом 400 см3 с массовой долей HN03 40 % (плотность 1,25 г/см3). Определите выход азотной кислоты.
308 §24. Азот Решение Записываем уравнение реакции синтеза аммиака и про- водим расчеты: 67,2 дм3 х N2+3H2<=±=±2NH3. 1 дм3 2 дм3 Так как уткут (б7,2<^>, делаем вывод: водород взят с избытком, объем аммиака на- ходим по данным для азота: x = F(NH3) = ^^ = 134,4 (дм3); "(NH3) = —р-2- = -^j = 6,0 (моль). Составляем стехиометрическую схему получения азотной кислоты из аммиака и находим теоретическое химическое количество азотной кислоты: 6,0 моль х NH3 HN03 1 моль 1 моль х = w(HN03) = ^°1 = 6,0 (моль). По данным задачи находим практическое химическое ко- личество азотной кислоты: /и(р-ра HN03) = F(p-pa HN03) p = 400 1,25 = 500 (г); m(HN03) = /w(p-pa HN03) • w(HN03) = 500 • 0,4 = 200 (г); /TTXTA ч m(HN03) 200 0 лп , и(НШ3) =—1 1L = = 3,17 (моль). V зУпракт М(ННОз) 63 Находим выход кислоты:
§ 24. Азот 309 ^ННОз)^^^403^ = ^ = 0,529 (52,9 %). «(HN03)Teop 6,0 Ответ: /7(HN03) = 52,9 %. 2. Из 7,84 дм3 (н.у.) аммиака с выходом 40 % получили 200 г раствора азотной кислоты. Какова w(HN03) в полученном растворе? 3. Какой объем аммиака надо сжечь, чтобы получить 350 кг раствора азотной кислоты с w(HN03) = 99 %, если в процессе производства в кислоту превращается 98,56 % ам- миака? 4. В производстве азотной кислоты с массовой долей ее 98 % на каждую тонну раствора кислоты расходуется 0,29 т амми- ака. Найдите выход кислоты. 5. Колонна для синтеза аммиака дает 1500 т продукта в сутки. Какую массу азотной кислоты с w(HN03) = 50 % мож- но теоретически получить из этой массы аммиака? Необходимо хорошо знать химические особенности азот- ной кислоты и отношение ее солей к нагреванию. ПРИМЕР 24-3.* При взаимодействии смеси железных и медных опилок с концентрированной азотной кислотой при температуре 20 °С получена соль, при нагревании которой выделилась смесь газов объемом (н.у.) 5,6 дм3. Найдите мас- су меди в смеси и массу полученной соли. Решение М(Си) = 64 г/моль; MCu(N03)2] = 188 г/моль; Vm = 22,4 дм3/моль. При комнатной температуре с концентрированной азотной кислотой взаимодействует только медь (железо, алюминий,
310 S 24-Азот хром при обычных условиях с данной кислотой не реаги- руют): Си + 4HN03(KOH„.) = Cu(N03)2 + 2NO/T + 2H20. При нагревании нитрата меди (II) выделяется смесь ок- сида азота (IV) и кислорода: jc г 5,6 дм3 t° i Л 1 2Cu(N03)2 = 2Cu + 4N02T + 02t. 2188 = 376 (г) 5-22,4 = 112 (дм3) Задачу удобно решать по массам: x = m[Cu(N03)23 = 376<5,6=18,8 (г). Используя стехиометрическую схему ут 18,8 г Си Cu(N03)2, 64 г 188 г находим массу меди: ,п ч 18,8-64 , . t ч у = m(Cu) = ——— = 6,4 (г). loo Ответ: iw(Cu) = 6,4 г; m[Cu(N03)2] = 18,8 г. 6. Какую массу азотной кислоты с w(HN03) = 8 % (р = = 1,04 г/см3) следует прилить к 400 см3 азотной кислоты с w(HN03) = 96 % (р = 1,50 г/см3), чтобы получить азотную кислоту с w(HN03) = 10 %? Какая масса меди может раство- риться в приготовленном растворе? 7. Смесь меди, железа и алюминия массой 17,8 г обрабо- тали при комнатной температуре азотной кислотой и полу- чили 4,48 дм3 (н.у) бурого газа. При действии на такую же смесь соляной кислотой получили 8,96 дм3 (н.у.) водорода. Чему равны массы металлов в смеси? 8. Какой минимальный объем раствора азотной кислоты с w(HN03) = 80 % (р = 1,45 г/см3) нужен для растворения
§ 24. Азот 311 серебра, полученного взаимодействием 2,8 г железа с 24 г нитрата серебра (I) (образуется соль Fe(II))? 9. В 100 г раствора с w(HN03) = 26 % внесли 0,64 г меди. Найдите массовые доли веществ в полученном растворе. 10. При взаимодействии 12,8 г металла с раствором азотной кислоты с массовой долей ее 60 % (р = 1,375 г/см3) выделяется 8,96 дм3 (н.у.) бурого газа и образуется соль металла (II). Уста- новите металл и объем израсходованного раствора кислоты. 11. На взаимодействие с 29,4 г смеси Fe, СииА1нужно 17,94 дм3 (н.у.) хлора. При обработке такой же по массе и составу сме- си металлов азотной концентрированной кислотой при ком- натной температуре выделилось 8,96 дм3 (н.у.) бурого газа. Найдите массы металлов в смеси. 12. Смесь железа и меди обработали при комнатной тем- пературе HN03 (конц.). Осадок отфильтровали, прохлори- ровали и получили 16,25 г хлорида. Фильтрат упарили, оста- ток прокалили и получили 15,90 г твердого остатка. Опреде- лите химические количества металлов в смеси. 13. При обработке 6,2 г смеси Fe, Си и А1 азотной концен- трированной кислотой при комнатной температуре масса нерастворимого остатка равна 4,6 г. Этот остаток обработали соляной кислотой и получили 3,9 дм3 (н.у.) газа. Найдите массы металлов в смеси. 14. При взаимодействии смеси железных и медных опи- лок с разбавленной серной кислотой получено 8,96 дм3 (н.у.) газа. При обработке при комнатной температуре такой же смеси Н1Ч03(конц.) получена соль, термическое разложение которой дает 11,2 дм3 (н.у.) газов. Чему равна массовая доля меди в смеси? 15. При обработке медной стружки НЫ03(конц.) выдели- лось 11,2 дм3 (н.у.) газа. Полученный раствор выпарили и пос- ле частичного термического разложения соли получили 33,5 г твердого остатка. Найдите степень разложения соли.
312 § 24. Азот 16. Металл НА группы с азотом образует нитрид, из кото- рого получают NH3. При двухстадийном окислении аммиа- ка с выходом 98 % получили N02 объемом 21,95 дм3 (н.у). Установите металл. 17. При частичном термическом разложении 15,04 г нитра- та меди (II) получили 8,56 г твердого остатка. Найдите состав остатка (по массе) и степень разложения нитрата меди (II). 18. На смесь, содержащую цинк и его оксид, подействова- ли очень разбавленной азотной кислотой, полученный ра- створ выпарили, сухой остаток прокалили при температуре, когда нитрат цинка не разлагается. При прокаливании полу- чено 2,24 дм3 газа (н.у.) и 113,4 г сухого остатка. Определите массовую долю цинка в смеси. 19. Прокалили 27,25 г смеси нитратов натрия и меди (II). Полученные газы пропустили в 89,2 см3 воды, при этом 1,12 дм3 (н.у.) газа не поглотилось. Найдите массовые доли солей в исходной смеси и массовую долю вещества в полученном растворе. 20. Имеется смесь азота и водорода. Азот получен терми- ческим разложением 12,8 г нитрита аммония, водород - ра- створением 19,5 г цинка в разбавленной серной кислоте. В присутствии катализатора эти газы прореагировали, а затем полученную смесь пропустили через 100 см3 раствора серной кислоты с массовой долей ее 32 % (р = 1,22 г/см3). Определите химическое количество избыточного газа и массовую долю соли в растворе. 21. Для окисления 8,96 дм3 (н.у.) аммиака в присутствии платины использовали кислород, полученный разложени- ем хлората калия. Продукт далее окислили кислородом воз- духа и растворили в 78,4 см3 воды в присутствии избытка воз- духа. Какая потребовалась масса хлората калия и чему равна массовая доля конечного продукта? 22. Газы, выделившиеся при прокаливании 6,43 г смеси нитратов калия и серебра (I), пропустили при нагревании
§ 24. Азот 313 через воду, при этом 448 см3 (н.у.) газа не поглотилось. Най- дите массу нитрата серебра в смеси. 23. Для получения азотной кислоты 505 г нитрата калия обработали 450 г раствора с w(H2S04) = 98 %. Определите состав остатка по массе после выпаривания раствора. 24. При прокаливании 15,0 г смеси хлорида и нитрата ка- лия до постоянной массы получено 14,04 г твердого остатка. Найдите массы веществ в исходной и конечной смесях. 25. При действии азотной кислоты на некоторое количе- ство смеси меди и ее оксида (II) получено 11,2 дм3 (н.у.) газа (NO), причем в реакцию вступило 189 г кислоты. Какой объем серной кислоты с w(H2S04) = 94 % (р = 1,83 г/см3) нужен для растворения такого же количества исходной смеси? 26. К раствору, содержащему 9,66 г карбоната калия, по каплям прибавили раствор, содержащий 6,3 г азотной кис- лоты. Определите массы полученных продуктов. 27. В 100 см3 раствора азотной кислоты с массовой долей ее 65 % (р = 1,4 г/см3) внесли 8 г меди. Какова массовая доля соли в полученном растворе? 28. Смесь N2 и Н2 объемом 560 дм3 с относительной плот- ностью по водороду 3,6 пропустили над катализатором, пос- ле чего ее относительная плотность по водороду возросла на 25 %. На какую массу увеличится масса раствора кислоты, если полученную смесь газов пропустить через ее раствор? 29. Какой объем (н.у.) смеси аммиака и водорода с отно- сительной плотностью по водороду 2,0 надо пропустить че- рез 100 г раствора с w(H3P04) = 9,8 %, чтобы массовые доли обеих кислых солей стали равны между собой? 30. Смесь азота с водородом объемом 5 дм3 (н.у.) пропу- щена над катализатором, а затем через раствор азотной кис- лоты. В реакцию вступило 46,3 см3 раствора с w(HN03) = = 14 % (р = 1,08 г/см3). Определите состав исходной смеси газов в массовых долях.
314 § 24. Азот 31. Хлорид натрия обработали H2S04(kohu.), полученный газ растворили в воде и получили 92,6 см3 соляной кислоты с w(HCl) = 15,5 % (р = 1,08 г/см3). Аммиак, полученный с вы- ходом 20 % при пропускании над катализатором 50 дм3 сме- си газов N2 и Н2 (объемное отношение 1:3), ввели в реакцию с указанным раствором кислоты. Определите массовые доли веществ в образовавшемся растворе. 32. В концентрированной азотной кислоте растворено 20,1 г ртути. Выделившийся газ поглощен в отсутствие воз- духа 80 см3 охлажденного раствора NaOH с массовой долей щелочи 16 % (р = 1,25 г/см3). Определите массовые доли всех веществ (кроме воды) в образовавшемся растворе. 33. В разбавленной азотной кислоте растворено 128 г меди. Какая масса HN03 (в расчете на 100 %-ную) была израсходо- вана на окисление и какая масса на солеобразование? 34.* При частичном разложении аммиака на простые ве- щества получена газовая смесь, в которой объемная доля азо- та составляет 15 %. Какая часть аммиака (%) разложилась? 35.* Какой объем аммиака нужно пропустить в 50 см3 ра- створа с w(HCl) = 24 % (р = 1,121 г/см3), чтобы массовая доля хлороводорода снизилась вдвое? 36.* Из насыщенного при 60 °С раствора KN03 массой 400 г (растворимость при этой температуре 110,0 г на 100 г воды) при охлаждении до 20 °С выпало 197,4 г кристаллогидрата, а массовая доля соли в растворе снизилась до 31,6 %. Устано- вите формулу кристаллогидрата. 37. При пропускании 10,0 дм3 (н.у.) смеси N2 и Н2 через ап- парат для синтеза аммиака ее объем уменьшился в 1,172 раза. Какую массу гидросульфата аммония можно синтезировать из полученного аммиака при его взаимодействии с H2S04? 38. При прокаливании смеси KN03 с нитратом металла (сте- пень окисления +2 в электрохимическом ряду находится меж- ду Mg и Си) образовалось 6,72 г твердого остатка и выделилась
§ 24. Азот 315 смесь газов общим объемом 1,792 дм3 (н.у.) и общей массой 3,12 г. Установите строение нитрата, входившего в состав смеси. 39. При пропускании смеси газов, образовавшихся при разложении азотной кислоты, через 212,1 см3 раствора с w(KOH) = 12 % (р = 1,1 г/см3) произошла полная нейтрализа- ция щелочи. Какой объем раствора с w(HN03) = 63 % разлага- ли (р = 1,43 г/см3)? Определите массу меди, которая могла бы раствориться в этом объеме азотной кислоты. 40. При термическом разложении нитрата щелочного ме- талла выделился газ объемом 4,48 дм3 (н.у). Массовая доля кислорода в составе нитрата равна 47,52 %. Определите мас- су разложившегося нитрата. 41. После прокаливания 25 г Cu(N03)2 масса твердого ос- татка составила 22,84 г. Определите объем (дм3, н.у.) кисло- рода, выделившегося при прокаливании. 42. Найдите массовые доли веществ в твердом остатке при разложении 60 % исходной массы нитрата железа (III). 43. Прираепворении 19,2гмедив 100см3 paciBopacM<HN03)=50 % (р = 1,44 г/см3) выделилось 8,96 дм3 (н.у.) смеси N02 и NO. Опре- делите массовые доли веществ в полученном растворе. 44. Неизвестный двухвалентный металл массой 13 г обра- ботали разбавленным раствором HN03. К полученному ра- створу добавили щелочь и раствор прокипятили до полного удаления аммиака, которого выделилось 1,12 дм3 (н.у). Оп- ределите металл. 45. Смесь солей Cu(N03)2, ВаС12 и NH4HC03 массой 17,71 г растворили в воде. Полученный раствор обработали H2S04 и получили газ и 6,99 г осадка. При разложении такого же ко- личества Cu(N03)2, как и в исходной смеси, объем выделив- шегося газа в 2 раза больше, чем в первом случае. Определите массы солей в исходной смеси. 46. При нагревании смеси Pb(N03)2, CaC03 и KN03 полу- чено 51,34 г смеси твердых оксидов и выделилось 17,92 дм3
316 § 24-Азот (н.у.) смеси газов, в которой объемная доля С02 равна 25 %. Найдите массу исходной смеси. 47. Какой объем (н.у.) NH3 нужно пропустить в раствор HN03 объемом 75 см3 (w = 46 %; р = 1,29 г/см3), чтобы массо- вые доли кислоты и соли стали равными? 48.* При полном разложении смеси нитрата и нитрита ам- мония при нагревании до 150 °С получена смесь газов объе- мом 5,824 дм3 (н.у.) с DHz 19,538. Найдите w(NH4N02) в ис- ходной смеси. 49.* В каком минимальном соотношении масс следует сме- шать KN03 и NH4N02, чтобы вода, полученная при нагрева- нии нитрита аммония, полностью растворила KN02, полу- ченный при нагревании KN03? Растворимость KN02 при- нять равной 25 г на 100 г Н20. 50. В замкнутый сосуд поместили 2 моль N2 и 4 моль Н2, затем смесь нагрели в присутствии катализатора. Опреде-^ лите w(NH3) в смеси к моменту, когда в реакцию вступило 75 % Н2. 51. При смешивании насыщенных при 60 °С растворов NH4C1 и NaN02 образуется азот. Растворимость NH4C1 и NaN02 при 60 °С отвечает соответственно насыщенным ра- створом с массовыми долями 35,6 % и 52,9 %. Определите массы таких растворов, необходимые для получения N2 объе- мом (н.у.) 4,25 дм3, если выход газа равен 85 %. 52. При прокаливании до постоянной массы смеси KN03 с нитратом металла (степень окисления +2, в ряду напряже- ний находится между Mg и Си) образовался твердый остаток массой 6,72 г и выделилась смесь газов объемом (н.у.) 1,792 дм3 и массой 3,12 г. Установите металл. 53. На нейтрализацию раствора КОН потребовалось 44 г раствора HN03. После нейтрализации в растворе массой 80 г массовая доля соли 20,3 %. Найдите массовые доли КОН и HN03 в исходных растворах.
§ 24. Азот 317 54. Через раствор массой 15,0 г с w(HN03) = 9,45 % пропу- стили NH3, в результате в образовавшемся растворе массовая доля атомов азота оказалась равной 3,50 %. Вычислите мас- совые доли веществ в полученном растворе. 55. На растворение металла понадобилось 52,17 см3 ра- створа азотной кислоты (w = 13,48 %, р = 1,075 г/см3). В полу- ченном растворе массовая доля нитрата металла (II) 17,63 %. При растворении выделился газ с DN 1,071. Установите металл. 56. В закрытом сосуде смешали N0 с избытком 02. После окончания реакции давление в сосуде уменьшилось в 1,25 раза. Найдите объемные доли газов в исходной и конечной смесях. Ответы 2. 4,41 %. 3. 125 м3. 4. 91 %. 5. 11 117 т. 6. 25,8 кг; 1005,6 г Си. 7. 6,4 г Си; 6,2 г Fe и 5,2 г А1.8.10,9 см3. 9.1,86 % Cu(N03)2 и 24,2 % HNOr 10. Си; 61,1 см3. И. H,2rFe;5,4rAlH 12,8 г Си. 12.0,1 моль Fe и 0,2 моль Си. 13. 1,6 г Си; 2,5 г А1 и 2,1 г Fe. 14. 36 %. 15. 50 %. 16. Са. 17. 3,76 г Cu(N03)2; 4,80 г СиО; 75 %. 18.62 %. 19.31,2 % NaN03; 68,8 % Cu(N03)2; 12,6 % HN03.20. 0,1 моль избытка N2; 18,34 % NH4HS04. 21. 40,8 г КС103; 25,2 % HN03. 22. 3,4 г. 23. 87 г K,S04 и 544 г KHS04. 24. Исх. смесь: 8,94 г KC1 и 6,06 г KN03. Кон. смесь: 8,94 г КС1 и 5,1 г KNOr 25. 114 см3. 26. 10,1 г KN03 и 4,0 г КНС03. 27. 17,2 %. 28. На 85 г. 29.24,6 дм3.30. 82,4 % N2; 17,6 % Н2.31.11,5 % NH4C1; 7,1 % НС1. 32. 6,32 % NaN02; 7,78 % NaN03; 7,33 % NaOH. 33. 84 г на окисление, 357 г на солеобразование. 34.42,9 %. 35. 3,9 дм3.36. KN03-2H20. 37. 7,54 г. 38. Zn(N03)2. 39. 35 см3; 8 г. 40. 40,4 г KN03 • 2H20. 41. 0,224 дм3. 42. 33,2 Fe203; 66,8 % Fe(N03)3. 43. 6,15 % HN03; 38,52 % Cu(N03)2. 44. Zn. 45. 7,52 г Cu(N03)2; 3,95 г NH4HC03; 6,24 г ВаС12. 46. 109,9 г. 47. 6,97 дм3. 48. 73,8 %. 49. w(NH4N02)/m(KN03) = 1,604. 50. 53,1 %. 51. 33,5 г NH4C1; 29,1 г NaN02. 52. Zn. 53. 25 % KOH; 23 % HN03. 54. 2,82 % HN03; 8,21 % NH4N03. 55. Cd. 56. Кон.: 50 % N02; 50 % 02; исх.: 40 % NO; 60 % 02.
§ 25. Фосфор Особенности химических свойств фосфора и его соеди- нений рассмотрим на следующем примере. Пример 25-1. Осуществите химические превращения со- гласно схеме: Са3(Р04)2 —U Р -*-> Н3Р04 -*-► Ca3(P04)2 —*-> —*-+ СаНР04 —*-► Са(Н2Р04)2 —*-► —*-* Са3(Р04)2 —*-► Са3Р2 —*-> РН3 —*-» Р205. Решение 1. Фосфор получают, прокаливая смесь ортофосфата каль- ция, кокса и песка: t° Са3(Р+504)2 + 5С° + 3Si02 = 3CaSi03 + 5С+20 + 2Р°. 2Р+5+10е = 2Р° С°-2е = С+2 10 2. Фосфорную кислоту из фосфора можно получить либо в две стадии: P_tu-»pn +W° >н,РО,, либо в одну: Р° + 5HN+50 12"5 t° 3(конц.) N+5+e = N+4 Р°-5е = Р+5 З1 ^4 Н3Р+504 + 5N+402t + Н20.
§ 25. Фосфор 3. Фосфат кальция можно получить рядом способов: а) ЗСа(ОН)2 + 2Н3Р04 = Са3(Р04)2>1 + 6Н20; б) ЗСаО + 2Н3Р04 = Са3(Р04)21 + ЗН20; в) ЗСа + 2Н3Р04 = Са3(Р04)21 + 3H2t; 319 +2 Са°-2е = Са 2Н+1+2е = Н° г) ЗСа(НС03)2 + 2Н3Р04 = Са3(Р04)21 + 6Н20 + 6СО/Г. 4. Переходы № 4—5 осуществляем, действуя на соли фос- форной кислотой: Са3(Р04)2 + Н3Р04 = ЗСаНР04. 5. СаНР04 + Н3Р04 = Са(Н2Р04)2. 6. Кислую соль переводим в среднюю с помощью щелочи, например: Са(Н2Р04)2 + 2Са(ОН)2 = Са3(Р04)24- + 4Н20. 7. Вначале получаем фосфор (см. переход № 1), затем на- греваем смесь фосфора и кальция: ,о ,™о __. Са:2Р_3. ЗСа° + 2Р Са°-2е = Са+2 Р°+Зе = Р_3 8. Обрабатывая фосфид кальция водой или кислотами, получаем фосфин РН3: Са3Р2_3 + бН+'О = ЗСа(ОН)2 + 2Р°Н31. 2Р-3-6е = 2Р°. 1 Н+1+1е = Н° I 6 9. Сжигаем фосфин в избытке кислорода:
320 § 25. Фосфор 2Р°Н° + 40° = Р;50"2 + ЗН2"10"2. Р°-5е = Р+51 Н°-е = Н+1}6 0°+4е = 20-2 41 12 Р; 1. Осуществите превращения по схемам: 1) Н3Р04 -> NH4H2P04 -+ Na3P04 -► Са3(Р04)2 2) Na2HP04 -> СаНР04 -> Н3Р04 -> Са3(Р04)2 -> -> Са(Н2Р04)2; 3) Р -> Р205 -> (NH4)2HP04 -> NH3 -> NO; 4) СаС12 -> Ca(N03)2 -> Ca3(P04)2 -> Ca(H2P04)2 -> -> СаНР04; 5) Са3(Р04)2 -> Р205 -> КН2Р04 -> К3Р04 -» I^HPO,; 6) Р -> Р205 -> Са3(Р04)2 -> СаНР04 -> Са(Н2Р04)2; 7) Н3Р04 -> Р -> СаНР04 -> Са3(Р04)2 ->• Н3Р04; 8) Са(ОН)2 -> Са(Н2Р04)2 -> Са3(Р04)2 -> CaHP04 -> -> Са(Н2Р04)2; 9) Н3Р04 -► (NH4)2HP04 ->.Ca3(P04)2 -> Са(Н2Р04)2 -► -► Н3Р04; 10)(NH4)2HP94->H3PO4 11) Р (1 МОЛЬ) НЫ^(конц.) ) 0,5маяь№;О ) _ Р -» Н,РО. -> КН,РО.. 3 4 2 4 2 моль NaOH Г, изб. 0,5 моль Н3РР4 12) р2о5 конгр-р). гА^ш^ в ^Б н^р°4> Г К.ОН Са(ОН)2 (юб.) 13) Р (1 моль) + HN03 + Н20
§25. Фосфор 321 гд 0,25 моль Ca3(PQ4)2 > 0,5 моль Са(ОН)7> ■Б О» > ... Н2°^> ... А8 > 14) Са3(Р04)2 (1 моль) c'Si(V° > ... HN03(kohu), t° изб. -> ... 1,5 моль Ва(ОН), v - *—> ••• » 15) Са3Р2(0,5 моль) Hgp(ic6)< 1 моль Ва(ОНЬ > Ог(шб.) ,Б_Щ^ ^ 16) р2о5 Na0H^p; д СаС12 ^ СаГОЩ С, SiO; w Б_ВаС|2^ Н,Ю4> Н,Ю4> ПРИМЕР 25-2. К раствору массой 242,9 г с массовой до- лей Н3Р04 8 % прибавили оксид фосфора (V) массой 7,1 г и раствор прокипятили. Найдите массовую долю вещества в полученном после завершения реакции растворе. Решение При добавлении Р205 к раствору кислоты и дальнейшем нагревании протекает химическая реакция образования но- вой порции фосфорной кислоты: 0,05 моль jo р2о5 + зн2о = 1 моль 2 моль Р205 + ЗН20 = 2Н3Р04. ИЗак. 3451
322 § 25. Фосфор Находим массу Н3Р04 в исходном растворе: ™(Н3Р04)исх = *<р-ра Н3Р04)исх- w(H3P04)mcx = = 242,9 • 0,08 = 19,4 (г). По уравнению химической реакции рассчитываем массу образовавшейся кислоты: Л/(Р205) = 142 г/моль; М(Н3Р04) = 98 г/моль; ,р_. m(P,05) 7,1 ... п(Р205) = =—— = = 0,05 /МГШ1л. 2 5 М(Р205) 142 (моль;, х = и(Н3Р04)образ=-:—— = 0,1 (моль); «(HjPO^ = «(Н3Р04)образЛ/(Н3Р04) = 0,1-98 = 9,8 (г). Рассчитьгеаем общую массу кислоты: т(Н3Р04) = т(Н3Р04)исх + «ОуЮ^ - = 19,4 + 9,8 = 29,2 (г). Масса конечного раствора равна сумме масс исходного раствора кислоты и оксида фосфора (V): /я(р-ра Н3Р04) = m(p-pa Н3Р04)исх + /и(Р205) = = 242,9+ 7,1 =250 (г). Находим массовую долю Н3Р04 в конечном растворе: w(H3P04)= ^1°;1 =|^ = 0,117 (11,7%). m(p-paH3P04) 250 Ответ: w(H3P04) = 11,7%. 2. В воде объемом 600 см3 растворили при нагревании 71 г оксида фосфора (V). Какова массовая доля ортофосфорной кислоты в полученном растворе? 3. В 600 см3 раствора с w(H3P04) = 85 % (р = 1,7 г/см3) при нагревании растворили 71 г Р205. Найдите массовую долю кислоты в полученном растворе.
§ 25. Фосфор 323 4. Какую массу Р205 нужно прибавить к 500 г раствора с w(H3P04) = 64 %, чтобы после нагревания получить кислоту с массовой долей ее 100 %? 5. Какую массу Р205 нужно добавить к 85,8 г раствора с w(H3P04) = 6,3 %, чтобы после нагревания получить раствор с w(H3P04) = 25%? 6. К 400 г раствора с w(H3P04) = 24,5 % прибавили оксид фосфора (V), полученный при сжигании 62 г фосфора. Ка- кой объем раствора с w(NaOH) = 10 % (р = 1,11 г/см3) нужно добавить к полученному раствору для превращения всей кис- лоты в гидрофосфат натрия? 7. К раствору NaOH объемом 60 см3 (р = 1,2 г/см3) приба- вили 80 см3 воды. Образец полученного раствора массой 20 г полностью нейтрализовали 36 см3 ортофосфорной кислоты с w(H3P04) = 4 % (р = 1,02 г/см3). Какова была w(NaOH) в первоначальном растворе объемом 60 см3? 8. Оксид фосфора (V) растворили в 500 см3 раствора с w(H3P04) = 85 % (р = 1,7 г/см3), при этом массовая доля кис- лоты стала равной 92,6 %. Какая масса фосфора была затра- чена на получение оксида? В случае фосфора и его соединений очень много конкурс- ных задач связано с определением состава солей. ПРИМЕР 25-3.* Оксид фосфора (V) массой 4,26 г смешали с раствором Na2HP04 массой 71 г с массовой долей соли 20 %. Найдите состав и химические количества веществ в получен- ном растворе после завершения реакций. Решение При растворении оксида фосфора (V) в водном растворе соли вначале образуется фосфорная кислота: 0,03 моль х Р205 + ЗН20 = 2Н3Р04; (25-1) 1 моль 2 моль
324 § 25. Фосфор М(?205) = 142 г/моль. Находим химическое количество полученной кислоты: 2 5 М(Р205) 142 О 03-2 х = и(Н3Р04) = = 0,06 (моль). Далее кислота реагирует с гидрофосфатом натрия, обра- зуя дигидрофосфат натрия: Z моль 0,06 моль у Na2HP04 + Н3Р04 = 2NaH2P04. (25-2) 1 моль 1 моль 2 моль Находим химическое количество Na2HP04 и устанавлива- ем, какое из веществ (Na2HP04 или Н3Р04) взято с избытком. M(Na2HP04) = 142 г/моль; M(NaH2P04) = 120 г/моль; m(Na2HP04) = m(p-pa Na2HP04)w(Na2HP04) = = 71-0,2 =14,2 (г); /хт uda л ™(Na2HP04) 14,2 n(Na7HPOJ = —-—- — = = 0,10 (моль). 2 4 M(Na2HP04) 142 Так как fl(Na2HP04) > л(Н3Р04), приходим к выводу: с из- бытком взята кислая соль, расчет ведем по химическому ко- личеству кислоты. Из уравнения (25-2) видно: у = n(NaH2P04) = 0?06'2 =0,12 (моль). Рассчитываем химическое количество прореагировавшей соли Na2HP04 (см. уравнение (25-2)): z = n(Na2HPO4)npop=^i = 0,06 (моль). Тогда избыточное (непрореагировавшее) химическое ко- личество Na2HP04 равно:
§ 25. Фосфор 325 "(Na2HP04)Henpop = "(Na2HP04)Hcx - *(Na2HP04)npop = = 0,10 - 0,06 = 0,04 (моль). Таким образом, в растворе после завершения реакции бу- дут находиться 0,12 моль NaH2P04 и 0,04 моль Na2HP04. Ответ: «(NaH2P04) = 0,12 моль; A*(Na2HP04) = 0,04 моль. 9. Раствор Н3Р04 массой 100 г с массовой долей ее 9,8 % смешали с 200 г раствора с w^HPO^ = 17,4 %. Определите массовые доли веществ в полученном растворе. 10. Какая масса КМп04 разложилась и какая масса фос- фора окислилась полученным кислородом, если после ра- створения полученного Р205 в воде получено 100 г раствора с w(HP03) = 4,8 %? 11. Насыщенный раствор NH4H2P04 массой 100 г (раство- римость равна 35,3 г на 100 г Н20) полностью поглощает газ, полученный нагреванием 5,25 г NH4C1 с избытком щелочи. Определите массовые доли веществ в полученном растворе. 12. Фосфаткальция массой 62 г обработали 49 г раствора с w(H2S04) = 64 %. Определите состав остатка (по массе) пос- ле выпаривания раствора. 13. Продукт, полученный при взаимодействии красного фосфора и бертолетовой соли, растворили при нагревании в 400 см3 раствора с w(H3P04) = 85 % (р = 1,7 г/см3), при этом массовая доля кислоты стала равной 94,4 %. Найдите массы израсходованных красного фосфора и хлората калия. 14. Какова должна быть исходная массовая доля метафос- форной кислоты, чтобы при нагревании ее раствора получить раствор ортофосфорной кислоты с w(H3P04) = 19,6 %?1 15. Фосфор, количественно выделенный из 31,0 г орто- фосфата кальция, окислили в избытке кислорода и получен- ный продукт растворили в 200 см3 раствора КОН, с молярной 1 Уравнение реакции: НРОэ + Н20 = Н3Р04.
326 '. § 25- Босфор концентрацией щелочи 1,5 моль/дм3. Какие соли и в каких химических количествах содержатся в полученном растворе? 16. К 10,0 г насыщенного раствора Ва(ОН)2 (раствори- мость 3,89 г на 100 г воды) прибавили 0,500 см3 раствора с молярной концентрацией Н3Р04 6,00 моль/дм3. Найдите хи- мические количества (ммоль) полученных солей бария. 17. К 2 г смеси гидрофосфата калия и дигидрофосфата ка- лия, в которой массовая доля фосфора равна 20 %, добавили 20 г раствора с w(H3P04) = 2 %. Чему равны массовые доли веществ в полученном растворе? 18. Оксид фосфора (V), полученный сжиганием 9,3 г фос- фора в избытке кислорода, растворили в 500 см3 воды при на- гревании, а затем в полученный раствор внесли 6,9 г натрия. Определите массовую долю вещества в конечном растворе. 19. Смесь Р205 и Na3P04, в которой w(P) = 26,38 % (масса смеси 47 г), растворили в 0,5 дм3 горячей воды. Определите массовые доли веществ в полученном растворе. 20. Смешали 150 г раствора дигидрофосфата калия (w = 5 %) и 5,00 г раствора гидроксида калия (w = 20 %). Найдите мас- совые доли веществ в получившемся растворе. 21. К смеси фосфата натрия, дигидрофосфата натрия и гидрофосфата натрия общей массой 15 г (мольное соотно- шение 3:2:1 в порядке перечисления) добавили 100 г раство- ра с w(NaOH) = 4 %. Установите массовые доли веществ в полученном растворе. 22. Для реакции с раствором, содержащим равные массо- вые доли серной и ортофосфорной кислот, нужно 4 г NaOH, причем в обоих случаях образуется средняя соль. К получен- ной смеси солей добавили избыток раствора нитрата магния. Найдите массу осадка. 23.* В какой массе раствора с w(H3P04) = 62 % нужно раство- рить при кипячении весь Р205, полученный при сжигании 3,1 г фосфора, чтобы получить раствор с w(H3P04) = 71 %?
§ 25. Фосфор 327 24. Массовая доля Са3(Р04)2 в составе фосфорита равна 95 %. Какую массу раствора Н3Р04 (в кг) с w = 80 % можно получить из 600 кг фосфорита при выходе продукта реакции 85 %? 25. Фосфор, полученный из 1 кг фосфорита с массовой долей примесей 12,5 %, окислили. Полученный Р205 раство- рили в 2 дм3 раствора с w(H3P04) = 9,43 % (р = 1,05 г/см3). Какой стала массовая доля кислоты в растворе, если выход продукта на первой стадии 75 %, на второй — 80 %? 26. Определите состав и массовую долю соли в растворе, полученном при взаимодействии 13,77 г ВаО со 100 см3 ра- створа с w(H3P04) = 16,18 % (р = 1,09 г/см3). 27. В 1000 г раствора находится смесь нитрата калия, хло- рида аммония и фосфата натрия общей массой 70,0 г. При обработке 100 г такого раствора избытком раствора щелочи выделяется 448 см3 (н.у.) газа. При обработке 10 г исходного раствора избытком нитрата серебра выпадает 1,544 г осадка. Вычислите массовые доли веществ в исходном растворе. 28. Фосфор, полученный восстановлением 221,4 кг фос- форита, содержащего 30 % примесей по массе, сожгли в из- бытке кислорода и оксид фосфора (V) растворили в 138,6 дм3 аммиачной воды с w(NH3) = 20 % (р = 0,92 г/см3). Определи- те массовые доли веществ в полученном растворе. 29. Рассчитайте массовые доли веществ в растворе, образу- ющемся при добавлении к 200 см3 раствора K3P04 (w = 20 %, р = 1,06 г/см3) такого количества Р205, при растворении ко- торого в 50 г раствора Н3Р04 ее массовая доля возрастает с 20 % до 69 %. 30. Смесь Са и Р нагрели, полученный продукт растворили в соляной кислоте и получили газ объемом 28 дм3 (н.у). Этот газ сожгли в избытке 02; продукт сгорания образует 142 г гидро- фосфата натрия. Найдите массы Са и Р в исходной смеси. 31.* В какой массе воды надо растворить 14,2 г оксида фос- фора (V), чтобы на каждую молекулу Н3Р04 приходилось 10 молекул воды?
328 § 25- фосФ°Р 32. Имеется смесь Са и Р, при нагревании которой в отсут- ствие 02 получили сплав массой 52,95 г. При растворении этого сплава в соляной кислоте выделилось 16,8 дм3 (н.у.) газа с относительной плотностью по водороду 10,6. Определите массовые доли веществ до и после сплавления. 33.* В растворе с w(H3P04) = 10 % массой 80 г растворили при нагревании Р205. В результате w(H3P04) стала равной 15 %. Определите массу растворенного оксида. 34.* При обработке водой смеси фосфида и гидрида ще- лочного металла с равными массовыми долями получили га- зовую смесь с относительной плотностью по азоту 0,2926. Установите металл. 35.* Какой объем смеси NH3 и Н2 (относительная плот- ность по водороду 2,00) надо пропустить через 100 г раствора с и>(Н3Р04) = 9,80 %, чтобы массовые доли обеих кислых со- лей стали равными? 36.* В воде массой 500 г растворили 48,0 г гидрида натрия и в полученный раствор внесли 106,5 г Р205. Найдите массо- вые доли солей в полученном растворе. 37.* Какую массу КОН нужно добавить к раствору Н3Р04 массой 500 г (w = 49 %), чтобы массовые доли средней соли и гидрофосфата калия стали равными? 38.* Какую массу Р205 нужно добавить к 290 г раствора с w(K3P04) = 40 %, чтобы массовая доля К2НР04 была в два раза больше массовой доли К3Р04? Чему равны массовые доли этих солей? 39.* К раствору КН2Р04 массой 340 г с w(KH2P04) = 14,0 % добавили 38 г кристаллогидрата этой соли, после чего w(KH2P04) стала равной 19,79 %. Установите формулу крис- таллогидрата. 40. Определите w(H3P04) в растворе, полученном при на- гревании раствора с w(HP03) = 8,0 %.
§ 25. Фосфор 329 41. При нагревании водного раствора дифосфорной кис- лоты Н4Р207 последняя превращается в ортофосфорную кис- лоту. Какой должна быть w(H4P207) в растворе, при кипяче- нии которого можно получить раствор с w(H3P04) = 9,8 %? 42.* Имеется смесь фосфина и газа Х2 общим объемом (н.у.) 6,72 дм3 и массой 9,0 г. Фосфина в смеси содержится столько, сколько его теоретически можно получить из ортофосфата кальция массой 15,5 г. Установите газ Х2. 43.* Какой объем (н.у.) кислорода потребуется для сжига- ния смеси белого фосфора и ромбической серы массой 10,0 г с одинаковым числом атомов серы и фосфора (образуются S02 и Р205)? 44. Сосуд некоторого объема заполнили воздухом массой 145 г, после чего в нем сожгли фосфор массой 6,2 г, а затем темпе- ратуру привели к исходной. Пренебрегая объемом твердого продукта, найдите отношение конечного и начального дав- лений в сосуде. 45. При нагревании 9,8 г Н3Р04 образуется линейный по- лимер состава (НР03)п Н20 и 1,71 г Н20. Определите сред- нюю молярную массу полимера (все цепочки имеют одина- ковую длину). Ответы 2. 14,6 %. 3. 88,5 %. 4. 473,3 г. 5.14,2 г. 6.2162 см3. 7. 19 %. 8. 62 г. 9. 5,8 % К2НР04 и 9,1 % КН2Р04.10.23,7 г КМп04 и 1,9 г Р. 11. 12,98 % (NH4)2HP04; 14,35 % NH4H2P04. 12. 43,52 г CaS04; 28,08 г Ca(H2P04)2; 21,76 г СаНР04. 13. 62 г Р и 205,2 г КС103.14.16,0 %. 15.0,1 моль КН2Р04 и 0,1 моль I^HPO^ 16. 0,81 ммоль Ва(Н2Р04)2 и 1,38 ммоль ВаНР04.17. 9,05 % КН2Р04 и 1,87 % К2НР04. 18. 0,0682 NaH2P04. 19. 5,19 % Na2HP04 и 4,39 % NaH2P04. 20. 3,25 % KR^PC^ и 2,02 % K,HP04. 21. 14,7 % Na3P04; 0,5 % NaOH. 22. 2,62 г. 23. 52,9 г. 24. 383 кг. 25. 22,64 %. 26. 24,26 % Ва(Н2Р04)2. 27. 1,01 % KN03; 4,92 % Na2P04; 1,07 % NH4C1. 28. 28,46 % NH4H2P04; 33,25 % (NH4)2HP04. 29. 39,97 % KH2P04; 3,96 % H3P04. 30. 70 г Са; 31 г P. 31. 41,4 r. 32. До сплавления: 73,65 % Са и 26,35 % Р. После сплавления: 22,66 % Са и 77,34 % Са3Р2. 33. 3,25 г. 34. Na. 35. 25,2 дм3. 36. 18,4 % NaH2P04; 10,9 % Na2HP04. 37. 343,3 г. 38. 12,0 г Р205; 14,6 % ЬЦРС^ и 29,3 % К2НР04. 39. КН2Р04«ЗН20. 40.9,8 %. 41.8,9 %. 42. Ny 43.7,9 дм3.44. Ркон/Рисх = 100,8/112 = 0,9.45.1618 г/моль.
§ 26. Углерод Химия углерода и его неорганических соединений доста- точно проста. Это связано с тем, что для углерода в этих со- единениях в основном характерна степень окисления +4. Понять основные химические свойства углерода и его соеди- нений поможет следующий пример. ПРИМЕР 26-1. Осуществите химические превращения согласно схеме: СаС03 1 > С02 2 > СО 3 > С02 4 > 4 > Na2C03 5 > NaHC03 6 > Na2C03 7 > _Z_> С02 _!_> С _JU А14С3 _Ji_> СН4. Решение 1. Карбонат кальция подвергаем обжигу (нагреванию): СаС03 = CaO + C02t. 2. Пропускаем углекислый газ над раскаленным коксом: С+402 + С° = 2С+20. С+4+2е = С+2 С°-2е = С+2 3. Окисляем монооксид углерода: 2С+20 + 0°=2С+402.
§ 26. Углерод 331 0°+4е = 2СГ С+2-2е = С+ 4. Пропускаем С02 в избыток раствора щелочи: СО, + 2NaOH = Na,C03 + H,0; Или: С02+20Н-=С032"+Н20. C02 + Na20 = Na2C03. 5. В водный раствор Na2C03 пропускаем углекислый газ: Na2C03 + Н20 + С02 = 2 NaHC03; СО2- + Н20 + С02 = 2НСО;. 6. Осуществить переход можно а) нагреванием соли: t° 2NaHC03 = Na2C03 + H20 + C02t; б) обработкой кислой соли щелочью: NaHC03 + NaOH = Na2C03 + H20; HCO^+OH^CO^+H.O. 7. Обрабатываем карбонат натрия сильной кислотой (на- помним, что при умеренном нагревании карбонаты Na, К, Rb и Cs не разлагаются): Na2C03 + 2HC1 = 2NaCl + H20 + C02t; C02-+2H+=H20 + C02t 8. Данный переход осуществляем с помощью магния: t° C+402 + 2Mg° = C° + 2Mg+20. С+4+4е = С+<) Mg°-2e = Mg+21 4
332 £-26. Углерод 9. При нагревании углерод реагирует с металлами, обра- зуя карбиды: 4А1°+ЗС0=А14"3С3Ч 12 А1°-3<? = А1+31 10. Карбиды металлов разлагаются водой. В случае карби- да алюминия выделяется метан: А14С3 + 12Н20 = 4Al(OH)3i + ЗСНД. Из других свойств углерода и его соединений отметим восстановительные свойства самого углерода (берется в виде кокса) и оксида углерода(И): t° Fe203+3C = 2Fe + 3CO; t° CuO + CO = Cu + C02. 1. Осуществите превращения по схемам: 1) С -> С02 -»СО -> КНС03 -» С02; 2) СаС03 -> Са(НС03)2 -» СаС03 -> С02 -> СО; 3) С02 -> СО -> С02 -> Na2C03 -» NaHC03; 4) С02 -» Ва(НС03)2 -> ВаС03 -> С02 -> СО; 5) С -> Na2C03 -> NaHC03 -> CaC03 -» СаС2; 6) СН4 -> С02 -> КНС03 -> С02 -> С; 7) С -> СН4 -> С02 -> NH4HC03 -> Na^O,; 8) (NH4)2C03 -> NH4HC03 -» C02 -> С -» СаС2; 9) NH4HC03 -> CaC03 -» KHC03 -> I^CO, -* СО; 10) КНС03 -» Na2C03 -» С02 -» MgO -> Mg(HC03)2. 11) Na2C03 (1 моль) гмоньс,!» ) а 1м°"ьреЛ > iMcuibFc^O, ч х; 4 моль Н2 . tj 1 моль Н20 i^\ p HNO3 (КОНЦ), / Cu _ Zn,20°C Ca-' ». н2о
§26. Углерод 333 r^-M ILS AU io\ p H2S04 (конц.)^ к Ва(ОН)2 (p-p) Б (гобЛ гоб. Н20 Cl2, H2Q , 14) СаС, (0,5 моль)- н2о изб. д 0,5 моль SO? О2 (гоб.) 0,5 моль SO? КОН (гоб.) Р-Р 0,5 моль Ва(ОН)? НС1 (гоб.) FP - р-р 15) АЩ- НгО А H&^SSOC^ ГЮ,/^ HQ(p-p)> д КОН (изб.) > С0^ Р-Р изб. 16) ко2 -^Р2- .Л н2о, со,. C,t изо. _ад_со2^в—^Г(газ) c*'° >Д н2,г,иг-^Е С г rob. -»ОК-^-**3
334 #26. Углерод 17) С02 H9SO^(K0H4) Na202 t кБ ВаСОШгСр-р)^ : ^ г NaOH (p-p) t изб * ... ► Mg,f ПРИМЕР 26-2. Какую массу известняка с массовой долей СаС03 80% нужно взять для получения углекислого газа объе- мом 84 дм3 (н.у.) при выходе продукта реакции 75 %? Решение М(СаС03) = 100 г/моль; V = 22,4 дм3/моль. Записываем уравнение реакции и проводим расчеты: х 5,0 моль tO СаС03 = СаО + С02Т. 1 моль 1 моль Находим теоретический объем С02: ^(С02)теор = ПС^7=-^- = 112(дмЗ). Т](С02) 0,75 Рассчитываем химические количества С02 и СаС03: „(СО,) = У(С°2) = — = 5,0 (моль); Vm 22,4 х = и(СаС03) = ^^- = 5,0 (моль). Находим массу СаС03: /я(СаС03) = и(СаС03) Л/(СаС03) = 5,0 • 100 = 500 (г).
§26. Углерод 335 Учитывая, что в известняке массовая доля СаС03 равна 80%, находим массу известняка: ч m(CaC03) 500 _ , ч тшзвестн.) = — = = 625 (г). w(CaC03) 0,8 Или же: 500 г составляет 80 %; хт 100%. 500 100 ^с/ ч jc = = 625 (г). 80 Ответ: т(известн.) = 625 г. 2. При прокаливании 54 г известняка потеря массы со- ставила 22 г. Найдите массовую долю СаС03 в известняке. 3. При обжиге 200 т СаС03 получили 116,4 т твердого ос- татка. Определите степень разложения соли и объем полу- ченного газа. 4. После нагревания известняка массой 200 г, содержа- щего 10 % не разлагающихся при нагревании примесей по массе, масса твердого остатка составила 147,2 г. Чему равна степень разложения СаС03? 5. Смесь карбоната натрия и гидрокарбоната натрия об- щей массой 400 г нагревали до постоянной массы при темпе- ратуре, когда Na2C03 не разлагается. Масса твердого остатка составила 276 г. Чему равна массовая доля средней соли в исходной смеси? 6. В каком мольном соотношении надо смешать карбона- ты кальция и магния, чтобы при прокаливании смеси ее масса уменьшилась наполовину? 7. В каком отношении масс надо смешать карбонаты каль- ция и магния, чтобы после прокаливания смеси массовая доля элемента Mg была такой же, как и массовая доля элемента Са?
336 § 26. Углерод Многие задачи на данную тему связаны с определением состава солей, полученных в реакциях С02 или карбонатов с различными веществами. Подход к решению таких задач рас- смотрен в §18. 8. Оксид углерода (IV) объемом 5,6 дм3 (н.у.) пропустили через 164 см3 раствора с w(NaOH) = 20% (р = 1,22 г/см3). Опре- делите массовые доли веществ в полученном растворе. 9. Через 800 см3 раствора КОН с молярной концентрацией щелочи 2 моль/дм3 пропустили 56 дм3 (н.у.) смеси СО и С02, относительная плотность которой по гелию равна 8,6. Опре- делите химические количества полученных солей. 10. Какая масса осадка может быть получена при слива- нии 33,3 г раствора с w(CaCl2) = 20 % с некоторой массой раствора карбоната натрия, если известно, что при обработ- ке этой массы карбоната натрия избытком соляной кислоты выделяется 1,12 дм3 газа (н.у.)? 11. При действии избытка соляной кислоты на смесь ВаС03 и Na2C03 массой 8,03 г получено 1,12 дм3 газа (н.у.). Какую массу осадка можно получить при добавлении в полу- ченный раствор избытка сульфата калия? 12. Относительная плотность по Н2 смеси СО и 02 равна 15. Через некоторое время после начала реакции между ними относительная плотность газовой смеси по Н2 стала равной 18,75. Найдите объемную долю С02 в этой смеси. 13. После продувания некоторого количества кислорода че- рез раскаленный уголь полученный газ пропустили через избы- ток известковой воды и получили 300 г осадка. Непрореагиро- вавший с водой газ пропустили над нагретым оксвдом меди (II) и получили 254 г меди. Найдите массу прореагировавшего угля и объем прореагировавшего с ним кислорода. 14. Смесь азота, угарного газа и углекислого газа восста- навливает до металла 15,9 г оксида меди (II). После этого га- зовая смесь реагирует с 50 см3 раствора NaOH с массовой до-
§26. Углерод 337 лей щелочи 30 % (р = 1,333 г/см3) с образованием кислой соли, причем 5,6 дм3 (н.у.) газа не прореагировало. Найдите химические количества газов в исходной смеси. 15. На нейтрализацию 6,0 г влажного образца гидроксида натрия с примесью карбоната натрия пошло 55 см3 раствора с w(H2S04) = 10 % (р = 1,069 г/см3). При этом выделилось 224 см3 (н.у.) газа. Определите массовые доли влаги и карбо- ната натрия в образце. 16. При пропускании углекислого газа через 200 г раство- ра с w(Ca(OH)2) = 0,148 % вначале выпал осадок, затем он растворился. Какой минимальный объем газа при этом зат- рачен? Найдите массу вещества, выпадающего в осадок при кипячении раствора. 17. Газ, полученный при сжигании 5,6 дм3 (н.у.) смеси эта- на и пропана, относительная плотность которой по водоро- ду равна 19,9, пропустили в 160 г раствора с массовой долей NaOH 20 %. Чему равны массы всех веществ в конечном ра- створе? 18. К раствору массой 90,0 г, в котором w(NaOH) = 1,33 % и w(Na2C03) = 2,36 %, добавили 4,2 г NaHC03. Найдите мас- совые доли веществ в полученном растворе. 19. После пропускания над раскаленным углем без доступа воздуха смеси угарного и углекислого газов объемом 22,4 дм3 (н.у.) ее объем увеличился на 5,6 дм3 (н.у.). Смесь газов, полу- ченную при этом, пропустили через раствор Са(ОН)2, получи- ли 20,25 г гидрокарбоната кальция. Определите объемные доли газов в исходной смеси. 20. Газ, полученный при прокаливании 8,0 г фосфорита с избытком угля и песка, пропущен при нагревании над 12,0 г СиО. Полученная при этом смесь веществ была обработана 87,7 см3 раствора с w(H2S04) = 19,6 % (р = 1,147 г/см3), в ре- зультате массовая доля кислоты снизилась до 14,1 %. Найдите w[Ca3(P04)2] во взятом образце фосфорита.
338 £26. Углерод 21. К раствору массой 150 г, в котором массовые доли NaOH и Na2C03 соответственно равны 1,87 % и 2,83 %, доба- вили некоторое количество NaHC03, при этом массовая доля NaOH снизилась до 1,05 %. Найдите массовые доли осталь- ных веществ в растворе (включая воду). 22. Оксид углерода (IV) объемом 836 см3 (н.у.) пропускали над раскаленным углем массой 0,105 г и затем полученную смесь газов - над раскаленным СиО массой 1,4 г. Какой объем раствора с w(HN03) = 20 % (р = 1,12 г/см3) нужен для полно- го растворения твердого продукта реакции? 23. Через избыток известковой воды пропустили смесь га- зов объемом 5 дм3 (н.у), состоящую из СО, С02 и N2. При этом образовался осадок массой 5 г. Оставшуюся смесь газов пропустили над нагретым оксидом железа (III) и получили железо массой 5,6. Определите массовые доли (%) газов в смеси. 24. В 28 дм3 (н.у.) С02 сожгли 18 г Mg и получили смесь белого и черного порошков. Найдите массовые доли продук- тов в смеси. 25. Образец NaHC03 после нагревания потерял 18,5% сво- ей массы. К полученному сухому остатку добавили в 10 раз большую массу соляной кислоты с w(HCl) = 3,84 %. Рассчи- тайте массовые доли веществ в полученном растворе (раство- римостью С02 пренебречь). 26. Газ, образовавшийся при прокаливании 29,2 г смеси СаС03 и NaHC03, количественно прореагировал с 200 см3 водного раствора с массовой долей фенолята натрия 10 % (р = 1,16 г/см3). Определите массу твердого остатка после прокаливания. 27. В сосуде, наполненном кислородом (н.у), сожгли 3,6 г углерода и полученный газ пропустили через избыток раство- ра NaOH. При этом получили 15,9 г соли, а 3,36 дм3 (н.у.) газа не поглотилось. Найдите объем сосуда с кислородом.
§26. Углерод 339 28. Рассчитайте массовые доли Ca(HS03)2 и Са(НС03)2 в их смеси, при обработке которой избытком соляной кисло- ты образуется смесь газов с относительной плотностью по аргону 1,50. 29.* При термическом разложении 25,2 г NaHC03 образо- вался твердый остаток массой 22,1 г, который обработали избытком соляной кислоты. Выделившийся во второй реак- ции газ пропустили в раствор Ва(ОН)2 объемом 872 см3 (р = = 1,06 г/см3) с w(Ba(OH)2) = 3,7 %. Определите массу образо- вавшегося при этом осадка. 30. Относительная плотность по Н2 смеси СО и 02 равна 15,5. Через некоторое время после реакции между ними про- реагировало 10 % 02. Найдите w(C02) в смеси к этому момен- ту времени. 31.* Смешали равной массы растворы НС1 и Na2C03. Пос- ле завершения реакции масса раствора изменилась на 10 % по сравнению с суммарной массой исходных растворов. Най- дите w(NaCl) в конечном растворе. 32.* Через раствор массой 480 г с w(NaOH) = 10 % пропус- тили смесь S02 и С02 общим объемом (н.у) 8,96 дм3 с отно- сительной плотностью по воздуху 2,034. Вычислите массо- вые доли веществ в полученном растворе. Ответы 2. 92,6 %. 3. 95 %; 42560 м3. 4. 66,67 %. 5. 16 %. 6. 1:3 соответственно. 7. Уменьшится в 1,64 раза. 8. 9,48 % NaOH; 12,56 % Na2COr 9. 0,6 моль К^СОз и °>4 моль КНС03.10. 5,0 г. 11. 6,99 г. 12. 50 %. 13. 84 г С и 112 дм3 02. 14. 0,25 моль^2; 0,2 моль СО и 0,3 моль С02. 15. 15,7 % Н20 и 17,7% Na2C03.16. 179,2 см3 и 0,4 г. 17. 13,3 г Na2C03; 46,2 г NaHC03 и 130,2 г Н20. 18. 1,78 % NaHC03; 5,63 % Na2C03. 19. По 0,5 моль СО и С02. 20. 77,2 %. 21. 4,86 % Na2C03; 94,1 % Н20. 22. 13,1 см3. 23. 31,2 % С02; 59,6% СО; 9,2 % N2. 24. 87 % MgO; 13 % С. 25. 5,70 % NaCl; 4,35 % NaHC03.26. 18,6 г. 27.5,04 дм3. 28. 16,7 % Са(НС03)2; 83,3 % Ca(HS03)2. 29. 29,55 г ВаС03. 30. 21,3 %. 31. 29,5 %. 32. 3,18 % NaOH; 2,10 % Na2C03; 7,51 % Na2S03.
E&dr0 § 27. Кремний Особенности химии кремния и его соединений поможет понять следующий пример. ПРИМЕР 27-1. Осуществите химические превращения согласно схеме: Si02_U Si Ca,Si SiH. _» Na2Si03 _> H2SiO, SiO, Si02^L_> L_> CaSi03. Решение 1. Восстанавливаем оксид кремния (IV) магнием или уг- леродом (коксом): t° Si+402 + 2Mg° = Si° + 2Mg+20. Si+4+4e = Si° Mg°-2e = Mg+21 2. При взаимодействии кремния с металлами образуются силициды: 2Са° + Si0 /° CafSi"4. Са°-2е = Са+2 2 И Si^^Sf4 | |1 3. Силициды разлагаются водой или кислотами (обрати- те внимание на схемы электронного баланса): Ca2Si-" +4Н;'0 = 2Са(0Н)2 +Si+4H^11.
§27. Кремний 341 Sf4-8e = Si44 2H+1+2e = 2H_1 4. Силан (SiH4) сгорает в кислороде (обратите внимание на схемы электронного баланса): SiH;1 + 20° = Si02 + 2H^O"2. 4H"1-8e = 4H+I 02,+4е = 20~2 5. Осуществить переход можно по-разному, например: a)Si02 + Na20 = Na2Si03; б) SiO, + 2NaOH (конц.) Na,SiO, + H,0; t° Si02 + 20H- Si032" + H20. 6. Кремниевая кислота очень слабая (слабее угольной) и легко образуется при обработке силикатов кислотами: Na2Si03 + Н20 + С02 = H2Si034 + Na2C03, Si03" + Н20 + С02 = H2Si034 + C03". 7. Кремниевая кислота легко разлагается при нагревании: H2Si03 Н20 + SiOr 8. Осуществить переход можно: а) сплавлением оксидов: СаО + SiO, /° CaSi03; б) нагреванием смеси песка и карбоната кальция; при этом тугоплавкий оксид Si02 будет вытеснять летучий оксид угле- рода (IV): CaCO, + SiO, —— CaSiO, + CO,t.
342 § 27- кремний 1. Осуществите превращения по схемам: 1) Si02 -> Mg2Si -» SiH4 -> Si02 -» Na2Si03; 2) Si02 -» H2Si03 -> Si02 -> Si -> SiC; 3) Si -> Na2Si03 -» Si02 -» H2Si03-> Si; 4) Si -» Si02 -> Si -> Mg2Si -» SiH4; 5) SiH4 -» Si02 -» Si -» Na2Si03 -» H2Si03; 6) Si02 -» SiH4 -» Si -» Mg2Si -» MgCl2; 7) Si -> Mg2Si -» SiH4 -» Si02 -» CaSi03; 8) Si02 -» Na2Si03 -» CaSi03 -» Si02 -» SiCl4; 9) Na2C03 -* Na2Si03 -» Si02 -» Si -> SiF4; 10) H2Si03 -» I^SiOj -» KOH -> K.SiOj -> KpD,. 11) Si02 ^oh.'° ? со2,н2о ) !l_> b_> ...; 12)SiCl4 н2<изб> ) c,<° ) ... о,(изб.)./' ^ ... hf rA-^V ... 13) Ca2 Si >► Б 02 (изб.) CaC03> t Другие особенности химии кремния вам поможет понять следующая задача. ПРИМЕР 27-2.* Прокалили смесь оксида кремния (IV) мас- сой 60 г и углерода массой 30 г. Какой минимальный объем ра- створа NaOH с молярной концентрацией щелочи 2 моль/дм3 потребуется для растворения полученного кремния? Решение При нагревании смеси углерод восстанавливает оксид кремния (IV): 1,0 моль Si02H 1 моль 2 моль 1 моль Si02 + 2C = Si + 2COt.
§27. Кремний 343 M(Si02) = 60 г/моль; М(С) = 12 г/моль. Находим, какое из веществ будет в избытке: ,_._ m(SiO,) 60 п(С) = ^). = ^ = 2,5(моль). М(С) 12 Углерод взят с избытком, так как и(С) n(SiQ2) 2 > 1 2 5 (ii± = l,25>l). 2 Следовательно, образовался кремний химическим коли- чеством: х = n(Si) = = 1,0 (моль). В реакцию с Si02 вступил углерод химическим количе- ством: У = "(С)прор=-^ = 2,0(моль). 1,0-2 1 Следовательно, избыточное (непрореагировавшее) хими- ческое количество углерода равно: »(СЦ = "(С)исх - "(Qnpop = 2,5 - 2,0 = 0,5 (моль). Внимание: Этот избыточный углерод вступает в реакцию с получен- ным кремнием: 1,0 моль р 0,5 моль Si + C = SiC. Легко видеть, что в этой реакции в избытке находрггся крем- ний, причем в реакцию вступило 0,5 моль Si, а осталось 1,0 — 0,5 = 0,5 (моль) кремния.
344 §27- Кремнии Вот этот кремний и реагирует со щелочью: 0,5 моль z Si + 2NaOH + H20 = Na2Si03 + 2Н2Т. 1 моль 2 моль Находим: z = n(NaOH) = ^-^ = 1,0 (моль); т// хт ™тч fl(NaOH) 1,0 зч V(р-ра NaOH) = = = 0,5 (дм3). FF c(p-paNaOH) 2,0 Ответ: К(р-ра NaOH) = 0,5 дм3 (500 см3). 2. При сгорании смеси силана и угарного газа образуются газ и 12 г твердого остатка. После пропускания газа через из- быток раствора NaOH получено 5,3 г соли. Определите объе- мы газов в исходной смеси. 3. Какая масса кремния может прореагировать с 200 см3 го- рячего раствора NaOH с массовой долей его 35 % (р = 1,38 г/см3) и какой объем газа при этом выделится? 4. Какой объем раствора с w(NaOH) = 32 % (р = 1,35 г/см3) нужен для растворения всего кремния, оставшегося после прокаливания 12 г Mg и 12 г кремния? 5. Определите массовые доли компонентов в смеси, полу- ченной при сплавлении 6 г магния и 24 г песка. 6. Какой объем раствора с w(KOH) = 34 % (р = 1,37 г/см3) нужен для растворения кремния, полученного в результате прокаливания 19,8 г магния с 18,9 г оксида кремния (IV)? 7. Для получения стекла смесь поташа и известняка про- калили с кремнеземом, а выделившийся газ поглощен 125 см3 раствора Ва(ОН)2 (р = 1,1 г/см3). При этом выпал осадок мас- сой 4,925 г, причем газ и щелочь реагировали в мольном от- ношении 1:1. Определите объем поглощенного газа и w(Ba(OH)2) в растворе.
§27. Кремний 345 8. Какую массу поташа (массовая доля карбоната калия равна 80 %), мела (массовая доля карбоната кальция равна 90 %) и песка (массовая доля оксида кремния (IV) равна 95 %) нужно взять для получения 300 кг стекла состава Кр • СаО • 6Si02? 9. При обработке соляной кислотой смеси веществ, по- лученных при прокаливании 30 г оксида кремния (IV) и 30 г магния, выделилось 4,48 дм3 (н.у.) водорода. Определите хи- мическое количество полученного кремния. 10. Смесь, состоящую из кремния, алюминия и железа, массой 13,8 г обработали при нагревании гидроксидом на- трия. При этом выделилось 11,2 дм3 газа (н. у). При действии на такую же массу смеси избытка соляной кислоты выделя- ется 8,96 дм3 газа (н. у). Определите массы и химическое ко- личество каждого из компонентов смеси. 11. Смесь оксида кремния (IV), алюминия и железа мас- сой 13,8 г обработали при нагревании раствором гидроксида калия. При этом выделилось 6,72 дм3 газа (н.у). При дей- ствии на такое же количество исходной смеси избытка ра- створа хлороводородной кислоты вьщелилось 8,96 дм3 газа (н.у). Определите массовые доли (%) веществ в исходной смеси. 12. Навеску смеси кремния, алюминия и карбоната кальция обработали щелочью и получили 17,92 дм3 (н.у.) газа. Эту же навеску обработали соляной кислотой и получили 17,92 дм3 (н.у.) смеси газов. Смесь газов, полученных при обработке навески хлороводородной кислотой, пропустили через из- быток раствора гидроксида кальция и получили 20 г осадка. Определите массы веществ в смеси. 13. При обработке 40 г смеси меди, цинка, оксида крем- ния и оксида цинка разбавленной серной кислотой вьщели- лось 4,48 дм3 газа (н.у). Нерастворившийся осадок сплавили с карбонатом натрия, получили 3,36 дм3 газа (н.у). После
346 £27. Кремний обработки сплава водой твердый остаток растворили в кон- центрированной серной кислоте и получили 2,24 дм3 газа (н.у). Рассчитайте массовую долю оксида цинка в смеси. 14. Смесь, содержащую ~48 г Mg и 14 г Si, прокалили, а затем обработали избытком соляной кислоты. Определите объем (дм3, н.у.) выделившегося при этом газа. 15. Определите массовые доли веществ в растворе, полу- ченном при растворении в 57 см3 раствора с w(NaOH) = 40 % (р = 1404 кг/м3) всего кремния, образовавшегося в результате прокаливания 28,8 г Mg с 24 г Si02. 16.* Твердый остаток массой 9,2 г, образовавшийся после прокаливания смеси Si02 и С (при этом выделялся моноок- сид углерода) сожгли в избытке 02 и получили газ (н.у.) объе- мом 6,72 дм3. Найдите w(Si02) в исходной смеси. Ответы 2. 4,48 дм3 SiH4M 1,12 дм3 СО. 3. 33,8 г; 54,1 дм3. 4. 33,3 см3. 5. 55 % Si02; 33.3 % MgO и 11,7 % Si. 6. 52,42 см3. 7. 0,56 дм3; 3,1 %. 8. 101,5 кг поташа; 65.4 кг мела и 222,9 кг песка. 9.0,475 моль. 10.2,8 г (0,1 моль) Si; 5,4 г (0,2 моль) А1; 5,6 г (0,1 моль) Fe. 11. 39,13 % А1; 40,58 % Fe; 20,29 % SiOr 12. 2,8 г Si; 10,8 г Al; 20 г CaC03. 13. 29 %. 14. 33,6 дм3. 15. 28,77 % Na2Si03; 18,87 % NaOH. 16. 66,7 %.
§ 28. Ряд стандартных электродных потенциалов В этот раздел включены так называемые задачи «на плас- тинку». Следующий пример поможет вам разобраться в под- ходах к решению таких задач. ПРИМЕР 28-1. Железную пластинку массой 20,4 г опус- тили в раствор сульфата меди (II) массой 200 г с массовой долей соли 2 %. Какова будет масса пластинки после завер- шения реакции? Найдите массовую долю соли в получен- ном растворе. Решение При погружении железной пластинки в водный раствор сульфата меди (II) протекает реакция замещения; железо как более активный металл вытесняет медь из соли: х 0,025 моль z у Fe + CuS04 = FeS04 + Ci4. 4 4 1 МОЛЬ 1 МОЛЬ 1 МОЛЬ 1 МОЛЬ В результате этого процесса масса пластинки изменяется; она (масса) возрастает на массу меди, которая осаждается на пластинке, и уменьшается на массу растворившегося железа. Следовательно, изменение массы пластинки равно: Ат(пл.) = т(Си) — w(Fe). Найти искомые массы меди и железа легко по данным для раствора соли: М(Си) = 64 г/моль; M(Fe) = 56 г/моль; Af(CuS04) = 160 г/моль;
348 § 28- Ряд стандартных электродных потенциалов M(FeS04) = 152 г/моль. w(CuS04) = /и(р-ра CuS04) ->v(CuS04) = 200-0,02 = 4 (г); n(CuS04) = m(CuS°4) = — = 0,025 (моль). 4 M(CuS04) 160 По уравнению химической реакции находим: х = n(Fe) = 0,025 моль; у = «(Си) = 0,025 моль. Тогда имеем: Дт(пл.) = m(Cu) - m(Fe) = /i(Cu) M(Cu) - /i(Fe) M(Fe) = = 0,025-64 - 0,025-56 = 0,2 (r). Следовательно, после завершения реакции масса пластин- ки будет равна: Дт(пл.) = Д/я(пл.)исх + Am = 20,4 + 0,2 = 20,6 (г). Отвечаем на второй вопрос задачи. В растворе после реак- ции будет находиться соль — сульфат железа (II). Находим массу этой соли по уравнению химической реакции: z = fl(FeS04) = 0,025 моль; m(FeS04) = w(FeS04) M(FeS04) = 0,025 -152 = 3,8 (г). Находим массу раствора соли. Внимание: В результате протекания химической реакции масса ра- створа изменяется, т. е. масса раствора FeS04 не будет равна исходной массе раствора CuS04, равной 200 г! Запомним: а) на какую массу возросла масса пластинки, на такую же массу уменьшилась масса раствора; б) на какую массу уменьшилась масса пластинки, на та- кую же массу увеличилась масса раствора. В данном конкретном случае масса пластинки возросла на 0,2 г. Следовательно,
§ 28. Ряд стандартных электродных потенциалов 349 w(p-pa FeS04) = /я(р-ра CuS04) - Д/я(пл.); m(p-pa FeS04) = 200 - 0,2 = 199,8 (г). Тогда имеем: w(FeSQ4)= m(FeS0*} = -*»- = 0,019 (19%). 4 m(p-paFeS04) 199,8 Ответ: Дт(пл.) = 20,6 г; w(FeS04) = 19 %. 1. Как изменится масса железной пластинки при выдер- живании ее в растворе, содержащем 5 г медного купороса, если сульфат меди прореагирует полностью? 2. Железный стержень, выдержанный в растворе с w(CuS04) = = 1 % (р = 1,01 г/см3), прибавил в массе 8 мг. Чему равен объем использованного раствора сульфата меди? 3. В раствор сульфата меди (II) опустили железную плас- тинку массой 40 г. Через некоторое время масса пластинки возросла на 5 %. Определите массу выделенной меди и хими- ческое количество полученного сульфата железа (II). 4. Медный стержень массой 140,8 г выдержали в раство- ре нитрата серебра (I), после чего его масса составила 171,2 г. Какой объем раствора с w(HN03) = 32 % (р = 1,2 г/см3) ну- жен для растворения стержня после реакции? 5. Медная пластинка на некоторое время была погруже- на в 200 г раствора нитрата ртути (II) с массовой долей соли 20 %, при этом масса пластинки изменилась на 6,85 г. Най- дите массу выделенной ртути и массовые доли солей в ра- створе после реакции. 6. Масса железного стержня после выдерживания в вод- ном растворе нитрата меди (II) увеличилась на 1,6 г и соста- вила 23,2 г. Найдите состав стержня по массе после реакции. 7. Для извлечения серебра из раствора, содержащего его растворимые соли, раствор прокипятили с гранулированным
350 § 28. Ряд стандартных электродных потенциалов цинком, после чего масса цинка возросла на 7,5 г. Какая масса серебра была при этом получена? 8. Медную пластинку массой 20 г выдерживали в растворе нитрата серебра (I) до полного окончания реакции, после чего масса пластинки возросла на 19 %. Найти массу нитрата серебра (I) в исходном растворе. 9. Железную пластинку массой 8 г выдержали в 250 г ра- створа сульфата меди (II) с w = 15 %, после чего масса плас- тинки составила 8,77 г. Найдите массовую долю сульфата меди в растворе после реакции. 10. При обработке 4,72 г смеси железа, оксида железа (II) и оксида железа (III) избытком водорода получили 3,92 г железа (включая исходное железо). Если такую же исходную смесь об- работать раствором сульфата меди (II), то масса смеси возрастет до 4,96 г. Чему равны массы веществ в исходной смеси? 11. Цинковая пластинка помещена в раствор сульфата не- которого двухвалентного металла, масса раствора равна 50 г. Через некоторое время масса пластинки возросла на 1,08 г, а массовая доля сульфата цинка стала равной 6,58 %. Какой металл выделялся на пластинке? 12. Железная пластинка массой 20 г помещена в 80 г ра- створа с массовой долей AgN0312 %. Через некоторое время массовая доля нитрата серебра составила 8 %. Определите массу железной пластинки к этому моменту времени. 13. Смешали раствор, содержащий 5,00 г смеси хлоридов натрия и калия, с раствором, содержащим 27,2 г нитрата се- ребра (I). Осадок отделили, а в раствор ввели медную прово- локу, в результате 2,54 г меди перешло в раствор. Найдите массы хлоридов в исходной смеси. 14. После выдерживания в растворе AgN03 первоначаль- ная масса медного стержня, равная 38,4 г, возросла на 15,2 г. Какой объем раствора с w(H2S04) = 93 % (р = 1,81 г/см3) ну- жен для полного растворения стержня после реакции?
§ 28. Ряд стандартных электродных потенциалов 351 15. Железную пластинку погрузили вначале в разбавлен- ную серную кислоту, а затем в раствор сульфата меди (II). При этом собрано 1,12 дм3 газа (н.у), а масса пластинки в результате этих двух операций возросла на 2,4 г. Какая масса железа в сумме прореагировала? 16. Порошок магния массой 40 г поместили в раствор суль- фата цинка массой 596 г. Через некоторое время металличес- кий порошок отделили и взвесили, его масса оказалась равной 56 г. Чему равна массовая доля сульфата магния в растворе, ос- тавшемся после отделения металлического порошка? 17. В раствор хлорцда двухвалентного металла, содержа- щего 3,2 г ионов металла, погрузили железную пластинку мас- сой 50 г. После полного выделения металла масса пластинки возросла на 0,8 %. Хлорид какого металла был взят? 18. Смешали 300 г раствора сульфата меди (II) с массовой долей его 16 % и 100 г раствора с массовой долей сульфида натрия 7,8 %. В полученный раствор поместили железную пластинку. Через некоторое время пластинку вынули, и ока- залось, что ее масса возросла на 0,8 г. Чему равны массовые доли веществ в оставшемся растворе? 19. Медный стержень массой 70,4 г выдержали в растворе AgN03, и его масса стала равной 85,6 г. Затем стержень вынули из раствора нитрата серебра и полностью растворили в 400 см3 раствора с w(HN03) = 64 % (р = 1,4 г/см3). Какова стала массо- вая доля кислоты в растворе после растворения стержня (ра- створимостью N02 можно пренебречь)? 20. В раствор хлорида олова (II) массой 131,79 г опустили алюминиевую пластинку. Через некоторое время масса пла- стинки изменилась на 9,09 г. Найдите массовую долю хлори- да алюминия в растворе после реакции. 21. В растворе массой 50 г с w(HCl) = 12 % некоторое время выдерживали пластинку массой 4,0 г, изготовленную из ме- талла, который с соляной кислотой образует соль МеС12. При этом масса пластинки уменьшилась на 42 % и вьщелилось
352 § 28. Ряд стандартных электродных потенциалов 672 см3 газа (н.у). Определите: а) металл, из которого изго- товлена пластинка; б) массовую долю хлороводорода после реакции; в) массу осадка, который образуется при добавле- нии к конечному раствору избытка карбоната натрия. 22. Медную проволоку массой 40 г опустили в 500 г ра- створа с w(AgN03) = 20 % до выравнивания массовых долей солей. Определите массу проволоки после реакции и хими- ческие количества солей в растворе. 23. Железная пластинка массой 5,0 г длительное время вы- держивалась в растворе, содержащем 1,60 г сульфата меди (II). Чему стала равна масса пластинки после реакции? 24. Цинковую пластинку массой 20 г погрузили в 340 г ра- створа с w(AgN03) = 2 %. Какова масса пластинки после окон- чания реакции? 25. В раствор, содержащий 4,2 г смеси КС1 и NaCl, прилили раствор, содержащий 17,0 г AgN03. После отделения осадка в фильтрат поместили медную пластинку, при этом растворилось 1,27 г меди. Определите массы хлоридов в исходной смеси. 26. Чтобы посеребрить медную пластинку массой 10 г, ее опустили в раствор массой 250 г с w(AgN03) = 20 %. Когда пластинку вынули, оказалось, что масса AgN03 в растворе уменьшилась на 20 %. Какая масса меди прореагировала? Какова массовая доля AgN03 в оставшемся растворе? 27. Раствор сульфата двухвалентного металла содержит 1,120 г металла в виде ионов. В раствор погрузили цинковую плас- тинку. После полного выделения металла на пластинке мас- са ее увеличилась на 0,470 г. Установите название неизвест- ного металла. 28. Вычислите массовую долю вещества в растворе, полу- ченном при внесении 1 г железных опилок в раствор массой 30rcw(CuSO4) = l,6%. 29. Масса железной пластинки, которая на некоторое вре- мя была опущена в раствор массой 200 г с w(CuS04) = 20 %,
§ 28. Ряд стандартных электродных потенциалов 353 изменилась на 0,77 г. Найдите массовые доли солей в раство- ре после окончания реакции. 30. Кусочек железа поместили в раствор нитрата неизвес- тного металла, который проявляет степень окисления +1. Масса образца металла увеличилась на 16 г. В полученный раствор Fe(N03)2 добавили избыток Na2S, получив при этом осадок FeS массой 8,8 г. Какой металл выделен из раствора? 31. В раствор AgN03 поместили медную пластинку мас- сой 80 г. После полного вытеснения серебра масса пластин- ки увеличилась на 3,8 %. Какая масса соли была в исходном растворе? 32. Железную пластинку выдержали в растворе хлорово- дорода, а затем на некоторое время погрузили в раствор CuS04. Масса пластинки оказалась равной массе пластинки до опыта. Определите массу железа, вступившего в реакцию с соляной кислотой и с сульфатом меди, если в реакции с НС1 выделилось 2,24 дм3 (н.у.) газа. 33. После полного растворения образца сплава меди с ни- келем в растворе AgN03 выделяется 53,95 г серебра. При по- гружении образца этого сплава такой же массы в раствор CuS04 масса образца по окончании реакции увеличивается на 0,24 г. Определите массовую долю никеля в сплаве. 34. Пластинку из сплава Мп и Zn поместили в раствор СиС12. Через некоторое время масса пластинки увеличилась на 0,875 г, a w(MnCl2) в 120 г раствора составила 10,5 %. Ка- кая масса меди выделилась на пластинке? 35*. Цинковую пластинку опустили в 120 см3 раствора соли МеС12 (w = 0,15; р = 1,15 г/см3). Через некоторое время масса пластинки уменьшилась на 0,2 г, а массовая доля ZnCl2 стала равной 19,739 %. В раствор какой соли была опущена цинко- вая пластинка? 36.* Цинковую пластинку массой 24,0 г опустили сначала в со- ляную кислоту—выделилось 3,36 дм3 (н.у.) газа, а затем — в раствор 12 3ак.3451
354 § 28. Ряд стандартных электродных потенциалов FeS04. В результате этих двух операций масса пластинки стала равной 13,35 г. Какой объем раствора H2S04 (w = 20 %, р = 1,14 г/см3) нужен для растворения пластинки после двух реакций? 37. В 192 см3 раствора Pb(N03)2 (w = 30 %, р = 1,15 г/см3) опустили пластинку из Zn массой 100 г. Через некоторое вре- мя пластинку вынули, высушили и взвесили, ее масса оказа- лась равной 121,3 г. Определите массовые доли веществ в ос- тавшемся растворе. 38. Две одинаковые по массе пластинки металла (II) опу- стили в растворы с одинаковой массовой долей: одну — в ра- створ соли РЬ(П), другую — в раствор соли Cu(II). Через не- которе время масса первой пластинки увеличилась на 19 %, а второй — уменьшилась на 9,6 %. Установите металл плас- тинки. 39. В 60 см3 раствора (р = 1,182 г/см3), содержащего Pb(N03)2 и Cu(N03)2 с массовыми долями солей соответ- ственно 16,34 % и 2,65 %, насыпали 5,6 г железных опилок. Через некоторое время раствор отфильтровали, масса твер- дых веществ составила 8,7 г. Определите массовые доли ве- ществ в полученном растворе. 40. В раствор массой 250 г, содержащий KN03, AgN03 и Cu(N03)2, поместили 1,0 г железных опилок. Какие металлы и какой массы выделяются на пластинке, если исходные мас- совые доли солей в порядке перечисления равны 0,5 %; 1,2 % и 0,84 %? 41. В раствор, приготовленный из 2,1 смеси КС1 и NaCl, добавили 8,5 г AgN03, а затем опустили медную пластинку. В раствор перешла медь химическим количеством 0,01 моль. Определите массовую долю КС1 в исходной смеси и измене- ние массы пластинки. 42. Смесь хлоридов натрия и калия массой 25 г раствори- ли в воде, затем добавили 500 г раствора AgN03 (w = 14,3 %).
§ 28. Ряд стандартных электродных потенциалов 355 Осадок отфильтровали и в фильтрат опустили медную про- волоку массой 100,00 г. Через некоторое время масса плас- тинки стала равной 101,52 г. Найдите массовые доли солей в исходной смеси. 43. Образец цинка массой 73,0 г поместили в раствор суль- фата никеля (II) массой 240 г. Через некоторое время масса образца стала равной 71,8 г. Определите массовую долю суль- фата цинка в растворе после реакции. 44. Пластинку из неизвестного металла, степень окисле- ния которого в соединениях +2, опустили в 500 г раствора с w(FeS04) = 15,2 %. Через некоторое время w(FeS04) умень- шилась на 6,11 %, а масса пластинки уменьшилась на 1,8 г. Определите металл пластинки. 45.* К 250 см3 раствора с w(FeS04) = 15 % (р = 1,168 г/см3) добавили 13,8 г натрия. Найдите массовые доли (в %) веществ в образовавшемся растворе. 46.* К 310 см3 раствора с w(FeCl2) = 12 % (р = 1,113 г/см3) добавили 15,6 г калия. Найдите массовые доли (в %) веществ в образовавшемся растворе. 47. В раствор Pb(N03)2 массой 50 г опустили железную пла- стинку. Через некоторое время пластинку вынули из раство- ра, просушили и взвесили. Ее масса увеличилась на 2,160 г. При действии на 1,00 г полученного раствора избытка K^S выделился осадок, масса которого в 1,5 раза меньше, чем осадка, полученного из 1,00 г исходного раствора Pb(N03)2 при действии K2S. Рассчитайте массовую долю Pb(N03)2 в исходном растворе соли. 48. Навеску Fe массой 1,456 г поместили в раствор AgN03 массой 200 г с w(AgN03) = 6,00 %. После окончания реакции полученный осадок отфильтровали, а фильтрат выпарили и твердый остаток прокалили при температуре 600 °С до посто- янной массы. Укажите: а) массовые доли солей в фильтрате; б) массу твердого остатка после прокаливания.
356 § 28. Ряд стандартных электродных потенциалов 49. Комок медной проволоки массой 40,00 г выдержали в растворе Hg(N03)2, масса проволоки возросла до 45,48 г. Пос- ле этого проволоку нагревали до постоянной массы без дос- тупа воздуха. Чему равна окончательная масса проволоки? Ответы 1.ВозрастетнаО,16г.2.15,8 см3.3.16,0 г Си; 0,25 моль FeS04.4.962,4 см3. 5. 10,0 г Hg; 4,87 % Cu(N03)2 и 12,30 % Hg(N03)r 6. 12,8 г Си и 10,4 г Fe. 7. 10,8 г. 8. 8,6 г. 9. 8,63 %. 10. 1,68 г Fe; 1,44 г FeO и 1,60 г Fe203. 11. Sn. 12. 21,6 г. 13. 3,51 г NaCl и 1,49 г КС1.14. 70 см3.15. 39,2 г. 16. 8,07 %. 17. Си. 18.3,90 % FeS04; 4,11 % CuS04 и 3,64 % Na^O,. 19.14,9 %. 20.6,52 %. 21. a) Fe; б) 7,36 %; в) 3,48 г. 22. 68,9 г; 0,19 моль Cu(N03)2 и 0,208 моль AgN03. 23. 5,077 г. 24.23,02 г. 25.0,987 г NaCl; 3,213 г КС1.26.1,88 гСи; 16,3 % AgN03. 27. Кадмий. 28. 1,52 %. 29. 12,34 %; 7,35 %. 30. Ag. 31. 6,8 г. 32. 39,2 г; 5,6 г. 33. 17,97 % Ni. 34. 8,0 г. 35. СиС12. 36. 94,2 см3. 37. 14,2 % Zn(NOs)2; 8,3 % Pb(N03)2.38. Cd. 39. 5,31 % Fe(N03)2; 7,32 % Pb(N03)2.40.1,9 г Ag; 0,58 г Cu. 41. 76,5 % KCL; увеличилась на 1,52 г. 42. 70 % NaCl; 30 % КС1. 43. 13,3 %. 44. Zn. 45. 0,344 % NaOH; 14,645 % Na2S04. 46. 8,71 % KCl; 4,68 % FeCl2. 47. 26 %. 48. a) 1,61 % AgN03; 2,39 % Fe(N03)2; 6) 4,08 г. 49. 37,46 r.
§ 29. Металлы главных групп (групп А) В данный раздел включены задания по химическим свой- ствам щелочных, щелочноземельных металлов, магния и алюминия. Решим цепочку химических превращений с уча- стием соединений натрия и алюминия. ПРИМЕР 29-1. Осуществите превращения по схемам: NaCl _L_> Na 2 > NaH 3 > NaOH 4 > NaCl 5 > 5 > NaHS04 6 > Na2S04 7 > NaOH * > _^ Na3[Al(OH)6] _L+ A12(S04)3 _2<L_> Al(OH)3 -^ _J^L_> [Al(OH)2]2S04. Решение 1. Натрий получаем электролизом расплава соли: электролиз 2NaCl 2Na + Cl2t; расплава катод (-): Na+ + е = Na°; анод (+): 2С1- - 2е = С12. 2. Натрий реагирует с водородом, образуя гидрид натрия: 2Na0+H^=2Na+1H_1. Yl\+2e = 2Wx Na°-e = Na+1 3. Гидриды металлов разлагаются водой или кислотами:
358 §29. Металлы главных групп (групп Л) н-'-е = н°| li н+,+е=н°| |i 4. Проводим реакцию нейтрализации: NaOH + НС1 = NaCl + Н20; он- + н+ = н2о. 5. Обрабатываем твердую (сухую, кристаллическую) соль NaCl концентрированной серной кислотой при слабом на- гревании (при сильном нагревании образуется средняя соль Na2S04): NaCl(T) + Na2S04(KOHU, = NaHS04 + HClt. 6. Кислую соль переводим в среднюю с помощью щелочи, например: NaHS04 + NaOH = Na2S04 + Н20; HSO; + OH"=SOf+ Н20. 7. Обрабатываем водный раствор сульфата натрия гидро- ксидом бария: Na2S04 + Ва(ОН)2 = BaS04i + 2NaOH; Ва2++ SO^BaSO^. 8. При взаимодействии А1(ОН)3 с водными растворами щелочей образуются комплексные соединения (комплекс- ные соли): А1(ОН)3 + 3NaOH = Na3[Al(OH)6]; А1(ОН)3 + ЗОН- = [А1(ОН)6]3-. 9. Данные комплексные соли разлагаются кислотами: 2Na3[Al(OH)6] + 6H2S04 = 3Na2S04 + A12(S04)3 + 12H20; 6Na+ +2[A1(0H)6]3_+12H+ + 6SO^ = = 6Na+ + 3SOf + 2A13+ + 3SO^ +12H20;
§ 29. Металлы главных групп (групп А) 359 [А1(0Н)б]3- + 6Н+ = А13+ + 6Н20. 10. Обрабатьшаем соль избытком водного раствора аммиака: A12(S04)3 + 6NH3H20 = 2Al(OH)3i + 3(NH4)2S04; Al3+ + 3NH3H20 = Al(OH)3l + 3NH; 11. Основную соль получаем в реакции между кислотой и избытком основания: 2А1(ОН)3 + H2S04 = [Al(OH)2]2S04 + 2H20; А1(ОН)3 + Н+ = [А1(ОН)2]+ + Н20. 1. Осуществите превращения по схемам: 1) NaN03 -» 02 -» Na2S04 -> NaCl -» С12; 2) Са(ОН)2 -> СаС03 -» СаС12 -> Ca(N03)2 -> CaSi03; 3) Na2S03 -> Na2S04 -> NaCl -> NaN03 -> NaN02; 4) A1203 ->Al(OH)3 -> A1(N03)3 -» A1203 -* Al^SO^; 5) A1C13 -> Na3[Al(0H)6] -> Al^SO,), -> A1(N03)3 -» A1C13; 6) NaCl -» Na2S04 -» NaN03 -» NaN02 -> NaN03; 7) KN02 -» KN03 -> KHS04 -> KjS04 -> KCl; 8) NaCl -» Na -> NaOH -> NaHC03 -> Na2C03; 9) Ca -» CaH2 -> Ca(OH)2 -»Ca(HC03)2 -> Ca; 10) Na -> NaOH ->NaHC03 -> Na2C03 -» Na2S04; 11) NaCl -> NaOH -> H2 -> Ca(OH)2 -> Ca; 12) К -» KjO -> KOH -> Cu(OH)2 -» Cu; 13) Al -> Al(OH)3 -» A1203 -> Al(OH)3 -» KA102; 14) Mg -> MgS04 -> MgCl2 -» MgOHCl -» Mg(OH)2; 15) Ca3(P04)2 -> P -»X -» PH3 -> H3P04 -» Ca(H2P04)2 -> Ca3(P04)2 -» CaHP04 -» H3P04; 16) KC104 -» KCl ->Cl2 -»KCIO -> HCIO -» HC1 -» AuCl3; 17) KjCO, -» X -» C02 -> Y -> A1203 -» Z -» Na3[Al(OH)6]. 18)A14C3 A « NaOH (та),/ : ^ 07 изб. —- >• .. В (1моль)— Ba(OH)2.(p-p) гоб. моль HCL р-р *• *►
360 § 29. Металлы главных групп (групп Л) С, г 19)СаО^Г дН,О,20°С>с ОО, >г НСКр-р^ Б °*' >Д с< >Е-^- 20) СаО(4моль) 2мольА|- '< А 2 моль НС1 Р.* 2 моль НС1, Р-Р в{^^-. p,f Н20 гоб. Ог (юб.) 21) A12S3- ♦х, ; сь Х2^ АН 22)Na20(l МОЛЬ) 0>5мольО2 )А Н20(изб.) )Б Р205(изб.) > g_> ч КОН (изб.) . 7 ^ ) ... , 23) КСЮ lMQiibS,/0 \ A HN03(kohu))/° f; 0,5 моль Ba(OH)2 g _^ 24) СаО (1 МОЛЬ) 0,5мольА1,/° > А 1мольН2504(разб.) ) g _^ g 1 моль КОН g 0,25 моль H2SQ4 ^ • 7S) A1 (1 моттк) Вг2(из6.) )А ^NaOH ^ g 1мольНВг } В _> В 2 моль AgNQ3 ч
§ 29. Металлы главных групп (групп А) 361 26) СаС12 "Zr )А <У° , Б _!!£_+ В ^2^ Г -> ->_£2^Д -39-»...; 27) С (1 МОТТК) 0,5 моль Na2C03 ) Д Н2(изб.),>° ^ Б Н20(изб.) ? В-> v 0,5 моль ВеО КОН (изб.) 28)К1(1,26модь) KMno4,H2so4 )А дкизб.) ) Б ™m~-J > В-> __^ 1,26 моль H2SQ4 г^СаСЦ ЭЛР13Г >А р./° > Б н?° > В <ъ <■*■>, ** ) Г__> _^ Са(ОН)2 (изб.) ... ; о зо) к2о2 -!££<; ВаС12 w г г, кат. ♦►Б (Г) ре>550С>.р(1л^п^1мольН2<> BaCI2 n AgNO, r <_ -д 31) А1 (1 моль)- д 1 моль HBrw Г Р-Р СаО изб. д Н2(изб.); 2 моль HC1W NaOH(p-p) C02 w ^ - изб. ^ .- ^ НС1 (р-р)^ NaOH, f ^ Q2, t, кат.^ изо
362 S 29- Металлы главных групп (групп А) ПРИМЕР 29-2. Двухвалентный металл массой 2,0 г про- реагировал с избытком хлора. Полученную соль растворили в воде, а затем добавили избыток нитрата серебра (I), выпал осадок массой 14,35 г. Установите металл. Решение Записываем уравнения реакций и проводим расчеты. Ме+ С12 = МеС12; (29-1) МеС12 + 2AgN03 = Me(N03)2 + 2AgCl4; (29-2) M(AgCl) =143,5 г/моль; ,A _n m(AgCl) 14,35 n(AgCl) = —^-2—- = = 0,10 (моль). M(AgCl) 143,5 Из уравнений (29-1) и (29-2) следует: n(MeCl2) = -n(AgCl) = 0,05 (моль); «(Me) = /iCMeCy = 0,05 моль. Тогда имеем: w/a/ч т(Ме) 2>° лъ / / ч М (Me) = —-—- = = 40 (г/моль). л(Ме) 0,05 Металл — кальций Са. Ответ: кальций Са. ПРИМЕР 29-3. Какой минимальный объем растворах w(NaOH) = 30 % (р = 1,33 г/см3) потребуется для растворе- ния навески, состоящей из алюминия массой 5,4 г и гидро- ксида алюминия массой 15,6 г? Решение Записываем уравнения реакций и проводим расчеты: 2А1 + 6Н20 + 6NaOH = 2Na3[Al(OH)6] + 3H2t; (29-3) А1(ОН)3 + 3NaOH = Na3[Al(OH)6]. (29-4)
§29. Металлы главных групп (групп Л) 363 М(М) = 27 г/моль; М[А1(ОН)3] = 78 г/моль; M(NaOH) = 40 г/моль; = J«(A1)_ = М = о,20 (моль); М(А1) 27 r , m[Al(OH)J 15,6 п А1(ОН)3 = -4— Ц = — = 0,20 (моль). L 3J Af[Al(OH)3] 78 Из уравнений (29-3) и (29-4) следует: /^(NaOH) = 3/i(Al) = 3 -0,20 = 0,60 (моль); «2(NaOH) = Зл[А1(ОН)3] = 3 -0,20 = 0,60 (моль); w(NaOH) = fl(NaOH) M(NaOH) = (пх + п2) M(NaOH) = = (0,6+ 0,6)-40 = 48 (г); m(p-pa NaOH) = — = = 160 (г) VV w(NaOH) 0,30 „т ЛТтх ra(p-paNaOH) 160 ,„ , ,4 V(p-pa NaOH) = —^-^ = = 120 (см3). p 1,33 Ответ: К(р-ра NaOH) = 120 см3. 2. При сжигании 27,4 г неизвестного металла в избытке воздуха получили оксид металла (И), который полностью растворили в соляной кислоте. К полученному раствору при- бавили избыток сульфата калия и получили 46,6 г белого осадка. Установите металл. 3. Для анализа сплава бария и магния его навеску раство- рили в азотной кислоте и к полученному раствору прибави- ли избыток сульфата натрия. Масса выпавшего осадка ока- залась равной массе сплава. Чему равна массовая доля маг- ния в сплаве?
364 § 29. Металлы главных групп (групп А) 4. Какую массу натрия следует добавить к 1 дм3 воды, что- бы получить раствор с w(NaOH) = 1,000 %? 5. Смесь гидридов лития и натрия растворили в 193 см3 воды. Масса полученного раствора оказалась на 1 г меньше суммы масс гидридов и воды, а массовая доля щелочи в сум- ме составила 8 %. Определите массы исходных гидридов. 6. При прокаливании смеси СаС03 и NaN03 получили смесь газов, плотность которой равна 1,509 г/дм3. Чему рав- на массовая доля СаСОэ в смеси? 7. При полном взаимодействии некоторого количества кальция с 500 г воды образуется раствор Са(ОН)2, которым можно нейтрализовать 25 см3 раствора H2S04 (w = 56 %, р = 1,49 г/см3). Определите массовую долю гидроксида каль- ция в растворе. 8. К100 г раствора с w(NaOH) = 20 % прилили 100 г раство- ра с w(HCl) = 18,25 %. Сколько формульных единиц соли и сколько молекул воды содержится в полученном растворе? 9. Какую массу Zn(OH)2 нужно добавить к 15,6 г А1(ОН)3, чтобы после прокаливания до постоянной массы масса продуктов составила 80 % от первоначальной массы гид- роксидов? 10.1 Какой минимальный объем раствора с w(KOH) = 40 % (р = 1,49 г/см3) следует добавить к 50 г раствора с w(A1C13) = = 10 % для того, чтобы первоначально выпавший осадок пол- ностью растворился? 11. Какая максимальная масса гидроксида бария вступит в реакцию с 150 г раствора с массовой долей A12(S04)3 5 %? 12. К 50 см3 раствора сульфата алюминия (р = 1,03 г/см3) с молярной концентрацией соли 0,2 моль/дм3 добавили 10,26 г гидроксида бария. Найдите массу раствора после реакции. 1 Во всех задачах внутреннюю сферу комплексов алюминия записывай- те в виде [А1(ОН)6]3".
,<j> 29. Металлы главных групп (групп Л) 365 13.* Смешали раствор КОН массой 756 г с массовой долей щелочи 20 % с раствором A1(N03)3 объемом 250 см3 с моляр- ной концентрацией соли 2 моль/дм3 (р = 1,2 г/см3). Найдите массовые доли веществ в растворе после завершения реак- ции с точностью до сотых долей процента. 14. При обработке 100 г смеси Ag, A1 и MgO избытком кон- центрированной HN03 при обычных условиях выделяется 8,96 дм3 газа (н.у). При взаимодействии такой же навески исход- ной смеси с избытком раствора NaOH вьщелилось 13,44 дм3 газа (н.у.). Определите массовые доли веществ в исходной смеси. 15. Имеется смесь порошков алюминия и оксида неизвес- тного металла (степень окисления +2). Образец смеси мас- сой 7,16 г поместили в избыток раствора щелочи и получили газ, при сгорании которого образовалось 2,16 г воды. На ра- створение твердого остатка израсходовали 53,6 см3 раствора серной кислоты с массовой долей ее 20 % (р = 1,140 г/см3). Какой был взят оксид? 16.* Смешали раствор КОН массой 378 г с массовой долей щелочи 20 % с раствором A1(N03)3 объемом 125 см3 с моляр- ной концентрацией соли 2 моль/дм3. Полученный осадок отфильтровали и прокалили. Определите состав и массу твер- дого остатка после прокаливания. 17. Смесь оксида натрия и оксида калия общей массой 6 г растворили в 100 г раствора с w(KOH) = 15 %. На нейтрализа- цию полученного раствора нужно 72,89 см3 раствора с w(HCl) = = 20 % (р = 1,1 г/см3). Рассчитайте массовые доли оксидов в исходной смеси. 18. Двухвалетный металл массой 2,4 г прореагировал с из- бытком хлора. Полученный хлорид растворили в воде, а за- тем в раствор добавили избыток AgN03. Выпал осадок мас- сой 28,7 г. Установите металл. 19. Какой минимальный объем раствора NaOH (w = 30 %, р = 1,33 г/см3) нужен для растворения навески, состоящей из 2,7 г А1; 10,2 г А1203 и 7,8 г А1(ОН)3?
Збб § 29. Металлы главных групп (групп А) 20. Оксид щелочного металла массой 24,8 г растворили в 175,2 г Н20 и получили раствор щелочи с массовой долей ее 16 %. Определите формулу оксида. 21. Алюминий массой 7,56 г растворили в 100 см3 раство- ра с w(KOH) = 48,25 % (р = 1,3 г/см3). Найдите массовые доли веществ в растворе после реакции. 22. Смесь LiH и СаН2 массой 12,1 г обработали водой (вода прореагировала полностью). В полученной смеси гидрокси- дов w(LiOH)= 20,6 %. Найдите массы гидридов в исходной смеси и объем (н.у.) выделившегося газа. 23. Сплав алюминия и магния массой 10 г растворили в со- ляной кислоте. Вьщелившийся газ пропустили через нагретый оксид меди (II), а затем — через оксид фосфора (V). Масса труб- ки с фосфорным ангидридом увеличилась на 9 г. Определите массовую долю магния в сплаве. 24. Смесь порошков алюминия и оксида металла (II) мас- сой 3,58 г смешали с избытком раствора NaOH. Полученный при этом газ сожгли с образованием 1,08 г воды. Твердый ос- таток растворили в 25,8 см3 раствора с w(H2S04) = 10 % (р = = 1,18 г/см3). Определите оксид. 25. Гидроксид натрия массой 13,3 г полностью израсходо- ван при взаимодействии со смесью меди, железа и алюминия. Для хлорирования этой же смеси металлов требуется 12,5 см3 хлора (н.у) или 343,64 см3 раствора с w(HCl) = 10 % (р = = 1,1 г/см3). Определите массовые доли металлов в смеси. 26.* Смешали 20,0 г раствора NaHC03 (w = 6,20 %) и 50,0 г раствора Ва(ОН)2 (w = 3,42 %). Найдите массы веществ в по- лученном растворе. 27. В 156 см3 раствора с w(HCl) = 18,25 % (р = 1,09 г/см3) постепенно растворили некоторое количество кристалличес- кой соды. Определите массовые доли веществ в полученном растворе, если известно, что при растворении выделилось 7,84 дм3 (н.у.) газа.
§ 29. Металлы главных групп (групп Л) 367 28.* Сплав Mg и А1 общей массой 7,8 г полностью раство- рили в 100 г раствора с w(HCl) = 29,2 %. К полученному ра- створу добавили 200 см3 раствора с молярной концентраци- ей КОН 8 моль/дм3 (р = 1,45 г/см3). Найдите массовые доли веществ в конечном растворе. 29. Приготовлена смесь оксида и пероксида натрия с моль- ным отношением Na : О = 8 :7. Вычислите массовую долю пероксида в смеси. 30. На воздухе прокалили смеси А1 и A1(N03). Масса твер- дого остатка оказалась равной массе исходной смеси. Най- дите массовую долю соли в исходной смеси. 31. После обработки водой 3,6 г смеси NaH и КН образо- валось 500 см3 щелочного раствора. Найдите массу каждого гидрида и суммарный объем выделившегося газа, если для нейтрализации 100 см3 щелочного раствора требуется 0,02 моль HN03. 32. Определите состав и массовую долю соли в растворе, полученном при взаимодействии 13,77 г ВаО со 100 см3 ра- створа с w(H3P04) = 16,18 % (р = 1,09 г/см3). 33. К 200 г раствора с массовой долей иодида одновалент- ного металла 4 % прибавили 0,0803 моль этой же соли. При этом массовая доля вещества увеличилась в 2,5 раза. Устано- вите формулу соли. 34. Растворимость LiOH в 100 г Н20 при 30 °С равна 12,7 г. К раствору, полученному смешением Li20 массой 12,0 г и ра- створа LiOH массой 200 г (w = 1,5 %), добавили Li массой 2,1 г. Найдите массу образовавшегося осадка. 35. Определите состав и массы продуктов, полученных при добавлении 50 г раствора с w(NaOH) = 16 % к 89 г раствора с w(A1C13) = 15 %. 36. Смесь А1, А1203 и СиО обработали избытком соляной кислоты и получили 160,5 г смеси солей. При обработке
368 § 29. Металлы главных групп (групп А) такого же количества исходной смеси избытком раствора NaOH получено 198 г соли и выделилось 26,88 дм3 (н.у) газа. Найдите массы компонентов в исходной смеси. 37. При окислении смеси Mg и Li масса твердой фазы уве- личилась в 2 раза. Каковы массовые доли металлов в смеси? 38. После разложения 80 % исходного количества КНС03 масса твердого остатка составила 300,8 г. Какой объем С02 (н.у.) можно было получить при взаимодействии исходного количества КНС03 с избытком соляной кислоты? 39. Калий массой 5,85 г растворили в воде. Полученный раствор нейтрализовали соляной кислотой массой 74,8 г. Масса раствора после нейтрализации 223,5 г. Какую массу воды использовали для растворения калия? Каковы w(HCl) в соляной кислоте и w(KCl) в конечном растворе? 40. При растворении 39,16 г смеси карбонатов натрия, маг- ния и кальция в соляной кислоте выделилось 8,96 дм3 (н.у.) газа. При умеренном нагревании смеси до постоянной мас- сы ее масса уменьшается на 9,68 г. Найдите массы солей в исходной смеси. 41. При нагревании смеси гидрокарбонатов кальция и ка- лия получено 21,28 г смеси средних солей, а при обработке такого же количества исходной смеси избытком соляной кислоты выделилось 8,512 дм3 (н.у.) газа. Найдите массовые доли солей в смеси. 42.* Газ, полученный при нагревании NaHC03, массой 12,6 г пропустили через избыток известковой воды и получили 5 г осадка. На твердый остаток, образовавшийся после прока- ливания, подействовали избытком соляной кислоты. Най- дите объем (дм3, н.у.) полученного в последней реакции газа. 43.* Смешали горячие растворы КНС03 и NaCl, содержа- щие равные химические количества солей. Затем раствор ох- ладили до 20 °С, при этом в осадок выпало 6,5 г NaHC03. Определите растворимость NaHC03 (в г на 100 г воды) при
§29. Металлы главных групп (групп Л) 369 20 °С, если были использованы раствор NaCl массой 39 г с массовой долей соли 30 % и раствор КНС03 с массовой до- лей 20 %. 44. Навеску сплава массой 0,960 г, в которой на 1 атом Mg приходится 8 атомов А1, обработали соляной кислотой объе- мом 20 см3 (w = 8,49 %, р = 1,04 г/см3). Металлы и кислота полностью прореагировали. Найдите объем (н.у.) выделив- шегося газа и объем (н.у.) воздуха, необходимый для полного сжигания сплава. 45.* Насыщенный при 30 °С раствор СаС12 массой 150 г охладили до 10 °С. Выпавший при этом осадок отфильтрова- ли, а на фильтрат подействовали избытком раствора AgN03 и получили новый осадок массой 53,1г. Какова растворимость СаС12 (в г на 100 г Н20) при 10 °С, если при 30 °С она равна 90 г на 100 г Н20? 46.* При нагревании до постоянной массы смеси КМп04 и КСЮ3 получили газ (н.у.) объемом 17,92 дм3, а при обра- ботке такой же смеси избытком концентрированной соля- ной кислоты вьщеляется газ (н.у.) объемом 39,2 дм3. Чему равна w(KC103) в исходной смеси солей? Ответы 2. Ва. 3. 41,2 %. 4. 5,784 г. 5. 2 rLiH и 6 rNaH. 6. 9,4 %. 7. 0,029. 8. 3-Ю23 формульных единиц NaCl и 5,7 • 1023 молекул Н20. 9. 114 г. 10. 21,2 см3. И. 22,5 г. 12.61,76 г. 13.14,45 % KN03; 9,38 % KJAKOH^]. 14.43,2 % Ag; 10,8 % А1; 46,0 % Mg. 15. MgO. 16. 2,55 г А12Оэ. 17. 65 % Na20; 35 % КД 18. Mg. 19. 120,3 см3. 20. Na20. 21. 11,469 % КОН; 50,322 % [К^ОН^]. 22. 1,6 г LiH; 10,5 г СаН2; 15,68 дм3 Н2.23. 40 %. 24. MgO. 25. 75 %А1; 8,9 % Fe; 16,1 % Си. 26. 0,530 г Na2COs; 0,200 NaOH. 27. 16,08 % NaCl; 2,15 % НС1.28.15,24 % KC1; 12,58 % Кз[А1(ОН)6]; 2,86 % КОН. 29. 79,1 %. 30. 53,9 %. 31.0,6 rNaH и 3 г KH; 2,24 дм3. 32. 24,26 % Ва(Н2Р04)г 33. KI. 34. 5,98 г. 35. 11,7 г NaCl; 9,65 г [А1(ОН)2]С1. 36. 21,6 г А1; 10,2 г А1203; 16 г СиО. 37. 30 % Mg; 70 % Li. 38. 89,6 дм3. 39. 143 г Н20; 7,32 % НС1; 5 % КС1. 40. 19,08 Na2C03; 10,08 г MgC03; 10 г СаС03. 41. 36,3 % КНС03; 63,7 % Са(НС03)2. 42. 3,36 дм3. 43. 9,6 г на 100 г Н20. 44. 0,542 дм3 Н2; 2,22 дм3 воздуха. 45. 26 г. 46. 79,5 %.
§ 30. Металлы побочных групп (групп В) В этом разделе предлагаются задания по химическим свой- ствам металлов В групп (побочных групп): железу, меди, цин- ку, серебру. Предлагаемые ниже две цепочки химических превраще- ний помогут вам освежить в памяти химические свойства железа и меди; особенности химических свойств цинка рас- смотрены ранее в § 14. ПРИМЕР 30-1. Осуществите химические превращения по схемам: FeS2 ' > Fe 2 > FeCL 3 > Fe(OH)3 4 > -i-> Fe2(S04) 4'3 FeSO, FeS -UFe(N03) 3'3 -> Fe203. Решение 1. Переход осуществляем в две стадии: а) подвергаем пирит FeS2 обжигу: 4Fe+2S2~l +1Ю°2= 2Fet3032 + 8S^02. ,+2 Fe~-e = Fe+3 I 02Ч4е = 2СГ2}4 11 44 11 б) восстанавливаем оксид железа (III) коксом: Fe2303+3C° = 2Fe°+3C+20.
§ 30. Металлы побочных групп (групп В) 371 2Fe+3+6e = 2Fe° С°-2е = С+2 6 2. Хлорид железа (II) образуется в реакции железа с соля- ной кислотой (в реакции с хлором продуктом будет хлорид железа (III)): Fe°+2H+,Cl = Fe+2Cl2+H^t. 2H+l+2e = Hi Fe°-2e = Fe +2 3. В данном переходе изменяется степень окисления же- леза от +2 (FeCl2) до +3 (Fe(OH)3). Переход осуществляем в две стадии: a) FeCl2 + 2KOH = Fe(OH)24 + 2KC1; б) Fe2+ + 20Н- = Fe(OH)2l. 4Fe+2 (OH)2 + 0° + 2H20 = 4Fe+3 (0H)3. j2-i w2 -r iii2 Fe+2-e = Fe+3 0^+4e = 20"2 4. Обрабатываем гидроксид железа (III) серной кислотой: a) 2Fe(OH)3 + 3H2S04 = Fe2(S04)3 + 6Н20; 6) Fe(OH)3 + ЗН+ = Fe3+ + 3H20. 5. Переход связан с изменением степени окисления желе- за от +3 (Fe2(S04)3) до +2 (FeS04), поэтому осуществляем его в две стадии: a) Fe;3(S04)3 +3Mg° =3Mg+2S04 + 2Fe°; 2Fe+3+6e = 2Fe°| |l Mg°-2e = Mg+2| |3 6) Fe° +h;'S04 = Fe+2S04 +H°2T.
372 § 30. Металлы побочных групп (групп В) Fe°-2e = Fe+2 1 2 2Н+,+2е = Н°| |1 6. Сульфвд железа (II) образуется в реакции сульфата железа (II) с любой растворимой солью — сульфидом (но не с H2S!): FeS04 + Na2S = FeSi + Na2S04; Fe2+ + S2- = FeSi. 7. Переход можно осуществить в одну стадию, обрабаты- вая сульфид железа (II) концентрированной азотной кисло- той. При этом степень окисления железа повышается (!)': Fe+2S-2 + 12HN+503 = = Fe+3(N03)3 + 9N+402 + H2S+604 + 5H20. Fe+2-e = Fe+3] S_2-8e = S+6 J N+5+e = N+4}l Переход также можно осуществить по схеме: ^Fe(N03)3. FeS ^ Fe203 +HNO, 8. Нагреваем нитрат железа (III): 4Fe(N+50;2) 2Ffe203+12N+*02T+302't 3N+5+3e = 3N+4 2СГ2-4е = 0° 12 ПРИМЕР 30-2. Осуществите химические превращения по схемам: 1 Степень окисления металлов также повышается в реакциях с HNO, таких соединений, как FeO, FeS2, Cu20, Cu2S.
§ 30. Металлы побочных групп (групп В) 373 Си .» CuS 2 > СиО 3 > Си(ОН), Си -> Cu(NO,) VI -1_>СиО Си _L CuS04. Решение 1. Нагреваем смесь серы и меди: Cu° + S0 Cu+2S"2. I U 2 Си°-2е = Си+21 S° + 2e = S_2 2. Обжигом сульфида меди (II) получаем оксид меди (И): 2CuS_2+30° 2CuO"2 + 2S+402t- 0°+4е = 20-2 S_2-6e = S44 12 3. Оксид меди (II) в воде нерастворим, переход осуществ- ляем в две стадии, вначале получив соль: а) СиО + 2НС1 = СиС12 + Н20; СиО + 2Н+ = Си2+ + Н20; б) CuCLj + 2KOH = Cu(OH)2i + 2KC1; Си2+ + 20Н- = Си(ОН)24. 4. Данный переход также осуществляем в две стадии: Р a)Cu(OH)2 = CuO+H20; б) Cu+20 + H t° Cu°+H?0. Cu+2 + 2e = Cu°| H°-2e = 2H+1
374 § 30. Металлы побочных групп (групп В) 5. Растворяем медь в азотной кислоте: Cu° + 4HN+503(KOHU > = Cu+2(N03)2 + 2N+402T + 2H20. Си°-2е = Си+21 N+5 + e = N4 В случае HN03(pa36.) вместо N02 образуется N0. Кроме того, переход можно осуществить принципиально другим путем: Cu° + 2Ag+N03 = Cu+2(N03)2 + 2Ag°sl. Си°-2е = Си+2 Ag+1+e = Ag° 6. Прокаливаем нитрат меди (II) и получаем оксид меди (II): t° 2Cu(N+50;2)2 = 2Cu0 + 4N+402T+0°T. 2N+5 + 2«? = 2N4 20"2-4e = 0° 7. Восстанавливаем оксид меди (II) водородом (или С, СО, А1): Cu+20 + H° = СиЧШ'О. Cu+2 + 2e = Cu° H°-2e = 2H+1 8. Растворяем медь в концентрированной серной кислоте (в H2S04(pa36.) медь не растворяется): t° Cu° + 2H2S+604 Cu+2S04 + S+402T + 2Н20. S+6 + 2e = S+4 Си°-2е = Си+2 1. Осуществите превращения по схемам: Железо 1) Fe203 ->FeCl2 -> Fe(OH)2 -> Fe(OH)3 -> Fe203; 2) FeS2 -> S02 -> H2S04 -> Fe2(S04)3 -> FeCl3;
§ 30. Металлы побочных групп (групп В) 375 3) Fe -» FeCl3 -» Fe(N03)3 -> Fe2(S04)3 -» Fe(N03)3; 4) Fe -> FeS -> Fe203 -» FeS04 -» Fe2(S04)3; 5) Fe -» Fe2(S04)3 -» FeCl3 -» Fe(N03)3 -4 Fe203; 6) Fe -> Fe2(S04)3 -» FeS04 -»FeCl3 -> Fe(OH)3; 7) FeCl2 -» Fe(OH)2 -> Fe -> FeCl3 -> Fe(N03)3; 8) Fe203 -» Fe -> FeCl2 -> Fe(OH)2 -» Fe(OH)3; 9) Fe -» Fe(N03)3 -> Fe203 -* FeS04 ->Fe; 10) Fe -» FeS04 -» Fe(OH)3 -> FeCl3 -> Fe; 11) FeS -> H2S -> S02 -> FeS -» Fe203; 12) Fe(N03)3 -> Fe(N03)2 -> Fe(OH)2 -> Fe(OH)3 -> Fe; 13) FeCl3 -» FeCl2 -> FeCl3 -> FeS04 -> Fe2(S04)3. Медь. Цинк 14) CuS04 -> CuS -» CuO -> Cu -> CuCLj 15) Cu(OH)2 -> Cu -> Cu(N03)2 -> CuO -> Cu(OH)2; 16) ZnS -» ZnO -> Zn -> Zn(N03)2 -> Na2Zn02; 17) CuO -» Cu(OH)2 -> Cu -» Cu(N03)2 -> Cu; 18) Cu -^ CuS04 -> Cu(OH)2 -> Cu(N03)2 -> N02 19) CuO -» Cu(OH)2 -» Cu -> CuS04 -* CuS; 20) Zn -> ZnO -> Zn(OH)2 -> ZnS04 -» ZnCl2; 21) Cu -> CuCl2 -> CuOHCl -» Cu(OH)2 -> Cu; 22) CuS -> S02 -> CuS04 -» CuO -» Cu(N03)2; 23) ZnS04 -»Zn(OH)2 -» ZnCl2 -> Zn -> ZnS; 24) Zn(N03)2 -> Na2Zn02 -> ZnS04 -» ZnCl2 -» Zn(N03)2; 25) ZnS -> ZnO -> Na2[Zn(OH)4] -> Zn(OH)2 -> KjZnOj; 27) CuCl, ->X ->Cu(N03)2 -» Y -> Cu -»Z -> (CH3COO)2Cu; 28) Cu20 -» X -> Cu(N03)2 -» Y -> HN03 -> Z -» Ag20; 29) Cu(N03)2 гАпростое -±^ ... —*&-•* ...-^^*
376 § 30. Металлы побочных групп (групп В) 30) Zn _!_> А (газ) _нс1_> В NaQH > А (газ) °2 > Н20; 31) Zn(N03)2 -> N02 -► KN03 -> 02 -► S02 -> H2S04 -» -> Ag2S04; 32) Fe(N03)2 -> X -» Fe(N03)2: а) обе реакции окислительно-восстановительные (ОВР); б) ОВР только вторая; в) ОВР только первая; 33)AgN03- / „А кон>°?> в '—> С НС1(р"р)> D ™^F-^M—^N ЩСгП (iMOTTT.) КОН (тв)? f ) 2мольНС1 ) NaOH(p-p,M36.) > 2V3 8 моль HNQ3 (разб.) 35) МаГНеТИТ (1 МОЛЬ) 1мольСО,г° > _ 3мольH2S04(разб.) > Б ЗмольНаОН R 3 моль КОН ~ 2мольН2804(разб.) v P-P P-P ► *•• ' 36) Малахит _i!_> ... H>sw> > ... ко"(ризб) > - ^-> -g^->- Н2-/0 > ■■■; 37) FeS (0,6 моль) °iW > А 1мольСО'/0 > Б -> 0,2 моль Н2,/° В НЫ03(конц.),/° f • 38) 1 моль CilS Qi№)>t° д hno3(m36.) б 1моль^он р-р _^ В 1 моль НС1 р • 39)FeO hno3(kohu.),/° ^ /° ^ на (изб.) AgNo3 ' изб. '" *" р-р "" "'' 40) AgN03 '° > А н2°-°2 > Б (очень разб.) Mg -Mg(N03)2 t°_^ HN03 V t° v -Mg(N03)2 ' "# -KN03 Mg v KQH(P-PM° у HNQ3 v t° .
§30. Металлы побочных групп (групп В) 377 41)КМпО ' К,Мп04 л НС1 (конц.^ кБ(изб.) -^ кон,< р,' ... Na,CO, CaCl, Cu(N03)2 42)NH4N03 %- 02; KNO3 .FeS. A 43) Fe2Of ■*- Fe(N03)2 ; Fe Cu(OH)2 44)Cu(N03)f CuS04 ; CuO 45) CuS + HNO, (конц.) -> A+...; 2A + В -> CO, + 2H20 + N 2 "'Г x,2" ПРИМЕР 30-3. Смесь стружек цинка и меди обработали избытком раствора КОН, выделился газ объемом 2,24 дм3 (н.у.). Для полного хлорирования такого же образца потре- бовался хлор объемом 8,96 дм3 (н.у.). Определите массовую долю меди в образце.
378 § 30- Металлы побочных групп (групп В) Решение Со щелочью реагирует только цинк, а с хлором - как цинк, так и медь. Записываем уравнения реакций и проводим расчеты. Zn + 2KOH + 2Н20 = KJZnfOH),] + H2T; (30-1) Си + КОН*. (30-2) л, Zn + Cl2 п2 Си+С12 ZnCl2, > 0,40 моль СиС12. (30-3) M(Zn) = 65 г/моль; М(Си) = 64 г/моль; VYH ") 2 24 n(H,) = 1^2i = ±^ = 0,10 (моль). 2 V 22,4 Из уравнения (30-1) следует: «(Zn) = и(Н2) = 0,10 моль; m(Zn) = «(Zn)-M(Zn) = 0,10-65 = 6,5 (г). Суммарное химическое количество хлора равно: П(С1,) = ^Ю1 = ^ = 0,40 (моль). 2 Vm 22,4 Из уравнения (30-2) следует: л,(С12) = n(Zn) = 0,10 моль. Тогда имеем: «2(С12) = л(С12) - я,(С12) = 0,40 - 0,10 = 0,30 (моль). Из уравнения (30-3) следует: и(Си) = я2(С12) = 0,30 моль; m(Cu) = л(Си) -Af(Cu) = 0,30-64 = 19,2 (г).
§ 30. Металлы побочных групп (групп В) 379 Находим: w(Cu)= m(Cu) =-J^- = 0,747 (74,7 %). m(Cu) + m(Zn) 6,5 + 19,2 Ответ: w(Cu) = 74,4 %. ПРИМЕР 30-4. Оксид железа массой 7,2 г полностью про- реагировал с хлороводородом массой 7,3 г. Установите фор- мулу оксида железа. Решение МНС1) = 36,5 г/моль; M(Fe) = 56 г/моль. Пусть степень окисления железа в оксиде равна х, тогда формула оксида имеет вид FeOx/2. Записываем уравнение реакции оксида с хлороводородом и проводим расчеты. FeOx/2 + xHCl = FeClx + 0,5хН2О. Из уравнения реакции следует, что: /Гк. х л(НС1) 7,3 Л1П/ ч л(О) = - = v = ——г = 0,10 (моль). 2 2 36,5-2 Находим: т(0) = л(О)-МО) = 0,10-16 = 1,6 (г); m(Fe) = m(FeOx/2) - /w(O) = 7,2— 1,6 = 5,6 (г); л(Ре) = Л^1 = М = од0 (моль). Af(Fe) 56 В оксиде железа, следовательно: /i(Fe):/i(O) = 0,10:0,10= 1:1. Формула оксида FeO. Ответ: FeO. 2. При взаимодействии 19,2 г неизвестного металла с раз- бавленным раствором азотной кислоты получена соль металла (II) и 4,48 дм3 (н.у.) газа, содержащего по массе 46,67 % азота
380 § 30. Металлы побочных групп (групп В) и 53,3 % кислорода (относительная плотность газа по водо- роду равна 15). Назовите металл. 3. В каком соотношении по массе следует взять две навес- ки металлической меди, чтобы при внесении одной в кон- центрированную серную, а второй — в разбавленную азот- ную кислоту выделились равные объемы газов? 4. Над раскаленным оксидом меди (II) пропустили избы- ток водорода. Во сколько раз масса твердого остатка меньше массы оксида? 5. Для полного восстановления 11,6 г одного из оксидов железа нужно 4,48 дм3 (н.у.) водорода. Что это за оксид? 6. При растворении 13,9 г кристаллогидрата FeS04* XH20 в 86,1 г воды w(FeS04) в растворе стала равной 0,076. Опреде- лите формулу кристаллогидрата. 7. Какова степень разложения Fe(OH)2, если в получен- ной смеси w(FeO) = 33,15 %? 8. Сплав железа, меди и цинка массой 6 г (массы всех веществ в сплаве одинаковы) поместили в 150 г раствора с w(HCl) = 15 %. Найдите массовые доли всех веществ в полученном растворе. 9.1аз, полученный при действии 38,84 см3 раствора с и>(НС1) = = 7,3% (р = 1,03 г/см3) на 1,12 г железа, пропущен через труб- ку, содержащую 1,6 г СиО. Какой объем раствора с w(HN03) = = 32 % (р = 1,2 г/см3) нужен для растворения содержимого трубки после реакции? 10. Смесь веществ, полученных после реакции алюминия со смешанным оксидом железа, обработали избытком раство- ра щелочи и получили 1,344 дм3 (н.у.) газа. После обработки такого же количества этой смеси избытком соляной кислоты получено 5,376 дм3 (н.у.) газа. Найдите массовые доли веществ в смеси алюминия и смешанного оксида. 11. После алюминотермического восстановления Fe203 без доступа воздуха продукты восстановления разделили на
§ 30. Металлы побочных групп (групп В) 381 две равные части. Одну из них обработали раствором щелочи и получили 6,72 дм3 (н.у.) газа, другую — избытком раствора НС1 и получили 16,8 дм3 (н.у.) газа. Найдите массовую долю непрореагировавшего с Fe203 алюминия от его первоначаль- ной массы. 12. Вещества, полученные после прокаливания смеси А1 и Fe304 без доступа воздуха, растворили в щелочи и получили 13,44 (н.у.) дм3 газа. При растворении такого же количества этих веществ в избытке соляной кислоты выделилось 53,76 (н.у.) дм3 газа. Чему равны массы компонентов в исходной смеси алю- миния и магнетита? 13. При взаимодействии смеси железа и ртути с H2S04(pa36.) получили 3,36 дм3 (н.у.) газа. При обработке такой же смеси металлов избытком концентрированной азотной кислоты при комнатной температуре получена соль, при термичес- ком разложении которой выделилось 1,344 (н.у.) дм3 газов. Найдите массовые доли металлов в смеси. 14. Взята смесь железа и оксида железа (II) массой 12,8 г. Для полного окисления оксида железа (II) требуется весь кис- лород, выделившийся при разложении 2,042 г хлората ка- лия. Определите массу железа и оксида железа (II) в смеси. 15. Раствор хлороводорода объемом 150 см3 с w(HCl) = 20 % (р = 1,1 г/см3) сначала реагирует с 10 г железной окалины, а затем — с избытком металлического железа. Какова массо- вая доля соли в конечном растворе? 16. Смесь железа и оксида железа (III) общей массой 14,4 г полностью восстановили водородом. Продукты реакции без доступа воздуха обработали избытком соляной кислоты, при этом выделилось 4,48 дм3 (н.у.) газа. Определите массовые доли веществ в исходной смеси. 17. Из одной тонны железной руды с массовой долей Fe304 80 % по массе выплавили 570 кг чугуна, содержащего 95 % железа по массе. Чему равен выход железа?
382 § 30. Металлы побочных групп (групп В) 18. При прокаливании до постоянной массы 15,0 г Cu(N03)2 масса уменьшилась на 6,5 г. Какая масса соли подверглась разложению? 19. При восстановлении железа из 1 моль Fe203 методом алюминотермии выделяется 762 кДж теплоты. Определите количество теплоты, которое выделяется при восстановле- нии железа из 100 г Fe203. 20. Неизвестный двухвалентный металл массой 13 г раство- рили в очень разбавленной азотной кислоте. К полученному раствору добавили щелочь и раствор прокипятили до полного удаления аммиака, которого выделилось 1,12 дм3 (н.у). Опре- делите металл. 21. Какова масса твердого остатка при прокаливании AgN03 массой 27 г к моменту, когда выделилось 3,36 дм3 (н.у.) газов? 22. При восстановлении РЬО оксидом углерода (II) масса твердой фазы уменьшилась на 5 % по сравнению с исходной. Какая часть РЬО подверглась разложению? 23. Газ, полученный при полном обжиге FeS2, растворили в 136,4 см3 раствора с w(NaOH) = 8 % (р = 1,1 г/см3), после чего образовался раствор с равными химическими количествами кис- лой и средней солей. Определите массу использованного пири- та, если выход продукта в реакции обжига 80 %. 24. Газ, образовавшийся при нагревании Fe с избытком H2S04 (конц.), пропустили через 14, 79 см3 раствора К^Оз (w = 0,178, р = 1,08 г/см3). При этом образовался раствор с равными химическими количествами двух солей. Определи- те массу прореагировавшего железа и массовые доли веществ в конечном растворе. 25. Технический сульфид железа (II) массой 30 г обработа- ли избытком соляной кислоты и полученный газ растворили в 126,6 см3 раствора с w(KOH) = 15 % (р = 1,18 г/см3). Массовая доля кислой соли в конечном растворе составила 9 %. Опреде- лите массу примесей в исходном образце сульфида железа (II).
§ 30. Металлы побочных групп (групп В) 383 26. Газ, выделившийся при обработке СаН2 водой, пропус- тили над раскаленным Fe203. Оксид прореагировал полностью, твердый остаток стал легче оксида на 32 г, при этом использова- лась половина газа. Определите массу взятого гидрида. 27. Определите химическое количество Zn, полностью вступившего в реакцию с раствором NaOH, если образова- ния осадка не наблюдалось, но выделилось 2,81 дм3 (н.у.) газа. 28. После обработки эквимолярной2 смеси Mg и Zn из- бытком раствора NaOH получено 4,48 дм3 (н.у.) газа. Найди- те массу смеси металлов. 29. Некоторый металл массой 22,85 г прореагировал с H2S04 (конц.). Получены соль металла (II) и 7,997 дм3 (н.у.) газа, в котором w(S) = w(0) = 50 % (остальное кислород). Что это за металл? 30. При обжиге технического пирита (степень чистоты 56 %) получают 1 т твердого продукта (примеси инертны). Рассчи- тайте взятую массу технического пирита, а также объем ра- створа с w(HCl) = 22 % (р = 1,11 г/см3), затраченный на пере- вод в раствор 28 г твердого продукта обжига. 31. Имеется 5,974 г смеси Al, Si, Си и СиО. После ее обра- ботки избытком соляной кислоты выделилось 2,016 дм3 (н.у.) газа, а на фильтре осталось 1,65 г осадка веществ в равном мольном отношении. Найдите мольную долю каждого веще- ства в исходной смеси. 32. Смесь Ag и А1 общей массой 2,12 г обработали избытком раствора КОН. Твердый остаток отфильтровали и обработали HN03 (разб.). Полученный при этом раствор выпарили, сухой остаток прокалили, масса остатка после прокаливания соста- вила 0,84 г. Определите w(Al) в исходной смеси. 33.* Имеется сплав Си и Zn, в котором масса Си равна 30,00 г. Этот сплав обработали разбавленной серной кислотой 2 Содержащей равные химические количества.
384 § 30. Металлы побочных групп (групп В) объемом 50 см3 с молярной концентрацией 1,45 моль/дм3. При этом массовая доля Zn в сплаве стала такой же, как если бы к исходному сплаву добавили медь массой 26,67 г. Укажи- те массовую долю Zn в исходном сплаве. 34. Для хлорирования 27,1 г железа, содержащего 7 % при- месей по массе, взяли двойной избыток хлора. Найдите мас- сы веществ в твердом остатке после хлорирования, если в реакцию не вступило 16,8 дм3 (н.у.) хлора. 35. Какую массу раствора с w(H2S04) = 90 % использовали для растворения серебра, если объем выделившегося газа 0,86 дм3 (н.у.) при выходе 96 %? Какова была масса навески серебра, если растворилось 84,7 % от исходной массы? 36. Определите массы Си и разбавленного раствора HN03, если при их взаимодействии получили 493,2 г раствора, со- держащего только соль с массовой долей ее 11,44 %. Какова массовая доля кислоты в исходном растворе? Растворимос- тью NO в воде можно пренебречь. 37. Смесь двухвалентного металла и его карбоната массой 8,0 г растворили в избытке соляной кислоты. При этом выде- лился газ объемом 1720 см3 (н.у), при пропускании которого через избыток известковой воды выпал осадок массой 5,0 г. Установите металл и его массу в смеси. 38.* При нагревании AgN03 произошло уменьшение мас- сы на 6,24 г. Полученный при этом твердый остаток обрабо- тали избытком разбавленной азотной кислоты. Найдите объем (н.у.) выделившегося во второй реакции газа. 39. В пробирку массой 5,6 г налили раствор Н202 объемом 5,5 см3 с w(H202) = 28,8 % (плотность 1,18 г/см3). Затем в пробирку внесли Мп02 массой 0,5 г, наблюдалось выделе- ние газа и через некоторое время масса пробирки стала рав- ной 11,79 г. Найдите объем (н.у.) выделившегося газа и w(H202) в оставшемся растворе. 40. В раствор CuS04 массой 200 г с w(CuS04) = 16 % опус- тили железную пластинку. Через некоторое время пластин-
§ 30. Металлы побочных групп (групп В) 385 ку вынули и обработали HN03 (конц.), при этом выделился газ (н.у.) объемом 0,448 дм3. Найдите массу твердого остатка, который получится при упаривании первого раствора после удаления из него пластинки. 41. При прокаливании смеси нитратов железа (II) и меди (II) образовалась газовая смесь, которая на 10 % тяжелее ар- гона. Во сколько раз уменьшилась масса твердой смеси после прокаливания? 42. К раствору объемом 10 см3, содержащему FeS04 и Fe2(S04)3, добавляли раствор с c(NH3) = 1,25 моль/дм3 до пре- кращения выпадения осадка. Всего израсходовали 4,0 см3 ра- створа. Осадок отфильтровали и прокалили в инертной атмос- фере до постоянной массы, равной 152 мг. Найдите молярные концентрации солей в исходном растворе. Ответы 2. Си. 3. 2:3. 4. В 1,25 раза. 5. Fe304. 6. FeS04«7H20. 7. 38,3 %. 8. 2,95 % FeCl2; 2,72 % ZnCl2; 11,46 % HC1. 9. 8,75 см3.10. 27,95 % Al и 72,05 % Fe304. 11. 31 %. 12. 54,0 г Al и 139,2 г Fe304. 13. 67,68 % Fe и 32,32 % Hg. 14. 5,6 Fe; 7,2 % FeO. 15. 29,8 % FeClr 16. 25,9 % Fe; 74,1 % Fe203.17. 93,5 %. 18. 11,3 r. 19. 476 кДж. 20. Zn. 21. 20,8 r. 22. 69,7 %. 23. 15 r. 24. 0,244 г Fe; 8,74 % KHC03; 11,5 % K^SOj. 25. 3,6 г. 26. 84 г. 27. 0,125 моль. 28. 17,8 г. 29. Си. 30. 1,5 т; 157 см3. 31. 46,15 % А1, по 13,85 % Si и Си; 26,15 % СиО. 32. 60,4 %. 33. 25 %. 34. 2,8 г Fe; 65 г FeCl3. 35. 8,71 г р-ра; 10,2 г Ag. 36. 19,2 г Си; 480 г р-ра; 10,5 %. 37. 1,75 г Zn. 38. 0,751 дм3 NO. 39. 0,56 дм3 02; 2,99 %. 40. 50,3 г. 41. В 2,26 раза. 42. 0,1 моль/дм3 FeS04; 0,05 моль/дм3 Fe2(S04)3. 13 3ак. 3451
§ 31. Изотопы Изотопы — нуклиды одного химического элемента. Меж- ду собой эти нуклиды отличаются числом нейтронов в ядре, а следовательно, и массой. Относительная атомная масса элемента находится как средняя величина с учетом мольного содержания каждого из нуклидов в их смеси. ПРИМЕР 31-1. Образец фосфора содержит два нуклида: 3ip и ззр Мольная доля нуклида 33Р равна 10 %. Рассчитайте относительную атомную массу элемента фосфора в данном образце. Решение Сумма мольных долей всех нуклидов данного элемента равна единице (100 %): хх +х2 + х3 + ... = 1. В случае двух нуклидов имеем: хх +х2= 1. Следовательно: х(31Р) = 1 - х(33Р) = 1 - 0,1 = 0,9. Если известны мольные доли нуклидов, то относитель- ная атомная масса элемента находится по формуле: Ar(3)-xxAl+xt42 + xxAl + ...9 где А. — массовое число нуклида. В случае двух нуклидов получаем: Аг(Э) = ххАх + х2А2.
§31. Изотопы 387 В данном случае Ах = 31, х{ = 0,9, А2 = 33, х2 = 0,1, поэтому имеем: ЛГ(Р) = 31 • 0,9 + 33 • ОД = 31,2. Ответ: Аг(Р) = 31,2. 1. Медь имеет два изотопа с массовыми числами 63 и 65, причем их мольные доли в природной меди соответственно равны 73 % и 27 %. Найдите относительную атомную массу элемента меди. 2. Природный хлор содержит два изотопа с массовыми числами 35 и 37. Зная, что относительная атомная масса эле- мента хлора равна 35,45, найдите мольные доли изотопов хлора в природном хлоре. 3. Природный бром состоит из двух изотопов, причем мольная доля нуклида с массовым числом 79 равна 0,55. Учи- тывая, что относительная атомная масса брома 79,9, найди- те массовое число второго нуклида. 4. Имеется смесь обычной и тяжелой воды. Определите массовую долю тяжелой воды в смеси, если массовая доля элемента кислорода в смеси равна 86 %. 5. Химический элемент состоит из двух изотопов. Ядро первого нуклида содержит 10 протонов и 10 нейтронов. В ядре второго нуклида нейтронов на 2 больше, чем в первом. На 9 атомов более легкого нуклида приходится один атом более тяжелого нуклида. Найдите среднюю относительную атом- ную массу элемента. 6. Относительная атомная масса водорода, полученного из воды, равна 1,008. Сколько атомов дейтерия содержится в 1 г воды? 7. Природная медь состоит из двух изотопов с массовыми числами 63 и 65, относительная атомная масса меди равна 63,54. Какова массовая доля нуклида меди с массовым чис- лом 63 в медном купоросе?
388 §31. Изотопы 8. Водород состоит из изотопов с массовыми числами 1 и 2. В 1 г воды содержится 5,35 • 1020 атомов нуклида с массовым числом 2. Рассчитайте значение относительной атомной мас- сы элемента водорода с точностью до сотых. 9. Элемент азот состоит из двух изотопов с массовыми числами 14 и 15. Относительная атомная масса элемента азо- та равна 14,01. Сколько атомов нуклида с массовым числом 15 находится в 5,6 дм3 молекулярного азота (н.у)? 10. Элемент неон имеет два изотопа с массовыми числами 20 и 22, и его относительная атомная масса равна 20,20. Ка- кой объем (дм3, н.у.) приходится на нуклид с массовым чис- лом 22 в 1 моль природного неона? 11. Имеется смесь хлороводорода и хлорида дейтерия, причем массовая доля элемента хлора в смеси равна 96,73 %. Чему равна массовая доля хлорида дейтерия в смеси? 12.* Нуклид некоторого элемента массой 1,2 г с массовым числом 120 содержит 3,01 • 1023 электронов. Что это за элемент? 13.* Учитывая, что мольные доли (%) изотопов 63Си и 65Си в природной меди соответственно равны 73 % и 27 %, найди- те число атомов нуклида 65Си в 1 г природной меди. 14.* Образец моноклинной серы химическим количеством 0,2 моль образован только одним нуклидом серы и содержит в сумме 4,816 • 1025 элементарных частиц (протонов, нейтро- нов и электронов). Определите массовое число нуклида серы. Ответы 1 63,54. 2. 77,5 % 35С1 и 22,5 % 37С1. 3. Вг. 4. 32,6 %. 5. 20,2. 6. 5,35 • 1020. 7.18,7 %. 8.1,01. 9.1,505-Ю21.10.2,24дм3.11.20,4 %. 12. Олово. 13. 2,55-Ю21. 14. 34.
§ 32. Электролиз Электролиз — это окислительно-восстановительный про- цесс, протекающий в результате прохождения постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита. Для успешного решения задач на эту тему в первую очередь необходимо знать особенности электролиза водных раство- ров электролитов. ПРИМЕР 32-1. При полном электролизе водного раство- ра хлорида натрия на катоде получен газ объемом 5,6 дм3 (н.у). Найдите химические количества других веществ, образовав- шихся при электролизе. Решение В электрохимическом ряду катион натрия расположен до алюминия, поэтому на катоде восстанавливаются молекулы воды (но не ионы натрия!). Катод (-): 2Н20 + 2е = Н2 + 20Н". Хлорид-ион относится к числу бескислородных анионов, поэтому на аноде будут окисляться именно хлорид-ионы (а не молекулы воды!). Анод (+): 2С1- - 2е = С12. Сложив два полученных уравнения, получаем ионное уравнение электролиза: 2Н20 + 2С1- = Н2 + С12 + 20Н-. Связывая анионы С1~ и ОН" катионами Na+, получаем молекулярное уравнение электролиза, с помощью которого и будем производить расчеты:
390 §32. Электролиз 0,25 моль х 2Н20 + 2NaCl = Н2Т + С12Т + 2NaOH. 1 моль 2 моль На катоде выделился водород объемом 5,6 дм3. Видим, что на аноде выделился хлор, объем которого также равен 5,6 дм3: n(CU) = n(H2) = V(Cl2)=^- = 0,25 (моль). 2 Vm 22,4 В катодном пространстве образовалась щелочь, NaOH. Из уравнения реакции электролиза следует: х = n(NaOH) = °'25'2 = 0,50 (моль). Ответ: Az(NaOH) = 0,25 моль; «(NaOH) = 0,50 моль. Рассмотрим пример решения более сложной задачи. ПРИМЕР 32-2. На нейтрализацию кислоты, полученной после неполного электролиза раствора CuS04 массой 200 г с мас- совой долей соли 18 % затрачен раствор NaOH объемом 2 дм3 с молярной концентрацией щелочи 0,1 моль/дм3. Определите массовые доли электролитов в растворе, образовавшемся после электролиза. Решение В данном случае уравнение реакции электролиза соли бу- дет таким: у z k 0,1 моль 2CuS04 + 2Н20 = 2Cui + 02Т + 2H2S04. (32-1) 2 моль 2 моль 1 моль 2 моль При неполном электролизе сульфат меди (II) полностью не разложился; следовательно, в растворе после электролиза требуется найти массовые доли полученной кислоты H2S04 и неразложившейся соли CuS04. Записываем уравнение реакции нейтрализации кислоты щелочью и проводим расчеты:
§32. Электролиз 391 х 0,2 моль H2S04 + 2NaOH = Na2S04 + 2Н20. (32-2) 1 моль 2 моль Jlf(CuS04) = 160 г/моль; Л/(Си) = 64 г/моль; М(02) = 32 г/моль; M(H2S04) = 98 г/моль. H(NaOH) = c(p-pa NaOH) • F(p-pa NaOH) = = 0,1 2 = 0,2 (моль). Из уравнения (2) следует: x = n(H2SO4) = ^-^ = 0,l (моль); m(H2S04) = «(H2S04) M(H2S04) = 0,1 98 = 9,8 (г). По уравнению (32-1) находим химические количества и массы разложившейся соли CuS04, осадившейся на катоде меди и выделившегося кислорода: 2^1 2 у = n(CuS04)^ = -^- = 0,1 (моль); /n(CuS04)paM = aKCuSO^-MCuSO,) = 0,1 160 = 16 (г); 2-0 1 z = n(Cu) = — = 0,1 (моль); т(Си) = п(Си)-М(Си) = 0,1-64 = 6,4 (г); £ = n(O2) = i^ = 0,05 (моль); т(02) = п(02)М(02) = 0,05-32 = 1,6 (г). Находим исходную массу CuS04 и оставшуюся после элек- тролиза массу этой соли: w(CuS04)Hcx = /и(р-ра CuS04) -w(CuS04) = 200 0,18 = 36 (г); ™(CuS04)Hepa3;i = m(CuSOXcx - ™(CuS04)paM = = 36 - 16 = 20 (г).
392 §32. Электролиз Итак, раствор после электролиза содержит CuS04 массой 20 г и H2S04 массой 9,8 г. Находим массу раствора после элек- тролиза (конечную массу раствора): /и(р-ра конечн.) = т(р-ра исх.) — т(Си) — т(02) = = 200-6,4-1,6 =192 (г). Находим искомые массовые доли электролитов: w(CuS04)= m(CuS°4>i- =JgL = 0,1042 (Ю,42%); m(p-pa конечн.) 192 w(H2SOJ = m(H2SQ4) = M = о,0510 (5,10%). m(p-pa конечн.) 192 Ответ: w(CuS04) = 10,42 %; w(H2S04) = 5,10 %. 1. При полном электролизе водного раствора КС1 на аноде получено 2,8 дм3 газа (н.у). Какие вещества и в каком хими- ческом количестве образовались в катодном пространстве? 2. При полном электролизе 300 г водного раствора NaCl на электродах в сумме получено 22,4 дм3 (н.у.) газов. Какова массовая доля исходного раствора? 3. При электролизе раствора NaCl собрано 5,5 дм3 хлора (н.у). Определите массовую долю вещества в полученном ра- створе, если его объем равен 180 см3, а плотность 1,12 г/см3. 4. Имеется 500 г раствора, содержащего 12,8 г смеси нит- ратов меди (II) и серебра (I). Раствор подвергли полному элек- тролизу и получили 5,34 г смеси металлов. Найдите массо- вые доли нитратов в смеси. 5. При электролизе 300 см3 раствора с w(KOH) = 22,4 % (р = = 1,2 г/см3) на катоде получили 89,6 дм3 (н.у.) газа. Найдите массовую долю КОН в полученном растворе. 6. Продукт, накопившийся в катодном пространстве при электролизе раствора КС1, полностью взаимодействует с 12,6 г
§32. Электролиз 393 азотной кислоты. Какая масса А1 может прореагировать с продуктом, накопившемся в катодном пространстве? 7. Раствор с w(NaOH) = 9 % объемом 350 см3 (р = 1,1 г/ см3) подвергли электролизу, получив на аноде 28 дм3 (н.у.) газа. Найдите массовую долю вещества в растворе после электро- лиза. 8. При электролизе раствора NaOH получено 280 дм3 (н.у.) кислорода. Найдите массу вещества, разложившегося при электролизе. 9. При полном электролизе раствора хлорида натрия (w = = 14,6 %, р = 1,12 г/см3) получено 125 г NaOH. Какой объем раствора NaCl был израсходован? 10. При неполном электролизе 250 г раствора w(NaCl) = 30 % получено 11,2 дм3 водорода (н.у.). Найдите массовые доли электролитов в растворе к этому моменту времени. 11. При электролизе водного раствора бромида металла (I), содержащего 41,2 г этой соли, получено 4,48 дм3 (н.у.) водорода. Найдите металл. 12. Гидроксид калия массой 10 г, содержащий примеси КС1, растворили в воде и раствор подвергли электролизу, по- лучив при этом 224 см3 (н.у.) хлора. Найдите массовую долю примесей в гидроксиде калия. 13. При полном электролизе 33,3 г хлорида металла (II) получено 6,72 дм3 (н.у.) хлора. Установите металл. Имеет ли значение, подвергался ли раствор или расплав электролизу, для ответа на вопрос задачи? 14. Раствор NaOH объемом 500 см3 (w = 4,6 %, р = 1,05 г/см3) подвергали электролизу до тех пор, пока массовая доля гид- роксида натрия стала равной 10 %. Определите объемы га- зов, выделенных на электродах. 15. При электролизе водного раствора NaCI получили ра- створ, содержащий 20 г NaOH. Газ, выделенный на аноде,
394 §32. Электролиз пропущен через раствор иодида калия (w = 10 %, р = 1,1 г/см3). Найдите объем израсходованного раствора иодида калия. 16. При электролизе водного раствора NaCl на катоде по- лучено 13,44 дм3 газа (н.у). Газ, выделенный на аноде, про- пущен через избыток горячего раствора КОН. Какие соли и в каком химическом количестве при этом образовались? 17. Хлор, полученный при электролизе 250 г раствора NaCl, пропустили через избыток раствора KI и получили 6,35 г иода. Найдите массовую долю соли в исходном растворе. 18. После электролиза раствора NaCl получили раствор, содержащий 20 г NaOH. Газ, полученный на аноде, пропус- тили через 66 см3 раствора с w(KI) = 10 % (р = 1,1 г/см3). Най- дите массу выпавшего осадка. 19. Газ, образовавшийся на аноде при электролизе раствора КС1, полностью реагирует с 750 см3 раствора с w(Nal) = 20 % (р = = 1,2 г/см3). Какая масса КОН получена при электролизе? 20. Раствор NaOH объемом 1 дм3 (р = 1,08 г/см3) подвергли электролизу, при этом массовая доля щелочи изменилась в пол- тора раза. Найдите массы веществ, выделенных на электродах. 21. При электролизе 500 г водного раствора нитрата серебра (I) с массовой долей соли 17 % получено 2,8 дм3 газа (н.у). Найдите: а) массу раствора к этому моменту времени; б) химическое количество продукта, выделенного на катоде; в) массовую долю электролита к этому времени. 22. Хлор, полученный при электролизе 40 см3 раствора NaCl (w = 25 %, р = 1,17 г/см3), полностью прореагировал с 4,4 г смеси меди и железа. Определите массовые доли металлов в смеси. 23. В воде объемом 10 дм3 растворили весь Са, полученный при электролизе расплава CaCL,, при этом выделилось 9,52 дм3 водорода (н.у). Затем в раствор добавили Р205 до образова- ния дигидрофосфата кальция. Определите массовую долю дигидрофосфата в полученном растворе.
$ 32. Электролиз 395 24. Хлор, полученный электролизом раствора КС1, пропу- щен через раствор иодида натрия объемом 50 см3 (и> = 20 %, р = 1,2 г/см3). Хлор и соль прореагировали полностью. Най- дите: а) объем хлора; б) массовую долю соли в конечном ра- створе. 25. При неполном электролизе 200 г раствора с w(Na2S04) = = 20 % на катоде выделилось 22,4 дм3 газа (н.у). Какой про- дукт и в каком химическом количестве выделился на аноде? Как изменилась массовая доля соли? 26. При электролизе раствора КС1 (w = 20 %) получили 5,6 дм3 хлора (н.у), при этом массовая доля соли стала равной 10,5 %. Найдите: а) начальную массу раствора соли; б) массу разло- жившегося КС1. 27. Раствор массой 300 г с массовой долей хлорида натрия 11,7 % подвергли электролизу и после этого к раствору ка- тодного пространства прибавили 50 г раствора ортофосфор- ной кислоты (w = 39,2 %). Какая соль образовалась и какова ее масса? Какая масса А1 может прореагировать с веществом, выделившимся на аноде? 28. Раствор с массовой долей хлорида натрия 11,7% под- вергли полному электролизу, а газ, полученный на аноде, пропустили через раствор бромида калия. Для обесцвечива- ния полученного при этом раствора нужно пропустить через него 11,2 дм3 сернистого газа (н.у). Найдите массу исходного раствора NaCl. 29.* Продукт, выделенный на аноде при полном элект- ролизе 200 см3 раствора K^S (w = 10 %, р = 1,1 г/см3), прореагиро- вал с 5,6 дм3 (н.у.) кислорода. Полученное вещество растворили в растворе NaOH (объем раствора 40 см3, w = 20 %, р = 1,2 г/см3). Найдите химическое количество солей в растворе после ре- акции. 30. При электролизе водного раствора сульфата меди (II) получена кислота, на нейтрализацию которой затрачено
396 §32. Электролиз 6 см3 раствора КОН (w = 16 %, р = 1,05 г/см3). Какая масса меди получена на катоде? 31. Электролиз 400 см3 раствора медного купороса (w = 16 % купороса, р = 1,02 г/см3) продолжали до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 10 г. Найдите массовые доли ве- ществ в оставшемся растворе и химическое количество про- дуктов, выделенных на электродах. 32. К 200 г раствора сульфата меди (II) с w(CuS04) = 16 % прилили 200 г раствора с и>(КС1) = 29,8 % и полученный ра- створ подвергли электролизу с инертными электродами. Электролиз закончили, когда массовая доля сульфат-ионов стала равной 5,61 %. Рассчитайте массы продуктов, выделив- шихся на электродах. 33. При пропускании электрического тока силой 0,402 А в течение 4 ч через 200 см3 раствора нитратов меди (II) и серебра (I) на катоде выделилось 3,44 г металлов. Определите моляр- ную концентрацию нитратов меди и серебра в растворе. 34.* Электролиз водного раствора сульфата меди (II) с w(CuS04) = 15 % продолжали до тех пор, пока массовая доля сульфата меди не стала равной 7 %. Найдите массы всех ве- ществ, выделившихся на электродах, и массовую долю кис- лоты в конечном растворе, если масса исходного раствора сульфата меди равнялась 500 г. 35. Смешали 27 г раствора хлорида меди (II) с w(CuCl2) = = 20 % и 170 г раствора нитрата серебра (I) с w(AgN03) = = 10 %. Полученный осадок отфильтровали, а оставшийся раствор подвергали электролизу до тех пор, пока на катоде не начал выделяться водород. Определите химическое ко- личество веществ, выделившихся на электродах, и массо- вую долю вещества, оставшегося в растворе после прекра- щения электролиза. 36. После электролиза 500 г раствора сульфата меди (II) масса раствора уменьшилась на 7,96 г. Оставшийся раствор
§32. Электролиз 397 нацело прореагировал с 8,96 дм3 сероводорода (н. у). Опре- делите массовую долю сульфата меди в исходном растворе. Какие вещества остались в растворе после обработки серово- дородом и каковы их массовые доли? 37. На нейтрализацию кислоты, полученной после электро- лиза раствора нитрата серебра (I) массой 200 г с w(AgN03) = = 15,75 %, пошло 102 г раствора с w(NaOH) = 5 %. Определи- те массу вьщелившегося на катоде серебра и массовую долю соли в оставшемся растворе. 38. При электролизе раствора соли на катоде выделилось 31,8 г меди, а на аноде - 8 г газа. Какой это газ? 39. Раствор какой соли меди подвергался электролизу, если на катоде выделилось 31,8 гмеди, на аноде— 11,2 дм3 газа (н .у)? 40.* Смесь хлорида и нитрата меди (II) массой 20,0 г ра- створили в 250 см3 воды и полученный раствор подвергли электролизу до полного разложения солей, получив при этом 8,15 г металла. Найдите массовую долю электролита в полу- ченном после электролиза растворе. Ответы 1. 0,125 моль Н2; 0,25 моль КОН. 2. 19,5 %. 3. 9,7 %. 4. 0,68 % и 1,88 %. 5. 28 %. 6. 1,8 г. 7. 10,2 %. 8. 450 г Н20. 9. 118 см3. 10. 7,7 % NaCl; 18,74 % NaOH. 11. Натрий. 12.14,9 %. 13. Са. 14.176,4 дм3 02; 352,8 дм3 Н2.15.754 см3. 16. 1 моль KC1 и 0,2 моль КС103.17. 1,17 %. 18. 5,588 г. 19. 67,2 г. 20. 40 г Н2; 320 г 02.21. а) 442 г; б) 0,5 моль Ag; в) 7,13 % HN03.22. w(Fe) = 63,6 %; w(Cu) = = 36,4 %. 23. 0,99 %. 24. 0,896 дм3 Cl2; 8,9 % NaCl. 25. 0,5 моль 02; возросла на 2 %. 26. а) 372 г; б) 37,25 г. 27.32,8 г Na3P04; 5,4 г A1.28. 500 г. 29.0,04 моль Na2S03 и 0,16 моль NaHSOr 30. 0,576 г. 31. 5,47 % CuS04; 3,1 % H2S04; 0,125 моль Си и 0,0625 моль 02. 32. Катод: 12,8 г Си и 2,2 г Н2; анод: 28,4 г С12, и 14,4 г 02. 33. 0,1 моль AgN03 и 0,1 моль Cu(N03)2. 34. 16,58 г Си; 4,16 г 02; 5,42 % H2S04. 35. 0,025 моль 02; 0,020 моль Ag; 0,048 моль Си; 3,5 % HNOr 36. 16 % CuS04; остался раствор H2S04 с w(H2S04) = 9,96 %. 37. 13,77 г Ag; 5,30 % AgN03. 38. Кислород. 39. CuCl2. 40. 2,61 %.
§ 33. Алканы. Циклоалканы Химические свойства алканов рассмотрим на примере следующей цепочки превращений. ПРИМЕР 33-1. Осуществите химические превращения согласно схемам: Пропионат натрия L_» этан L_> бромэтан !_» L_> бутан 1_> углекислый газ. Решение 1. В реакциях сплавления солей насыщенных карбоновых кислот со щелочами образуются алканы: ol-chH |С { + NaO|H —£-» С2Н61 +Na2C03. XONa х3 ^n2 пропионат натрия этан Обратите внимание, что в результате этой реакции обра- зуется алкан, в молекуле которого на один атом углерода мень- ше, чем в исходной соли. 2. Алканы вступают в реакцию замещения с галогенами, образуя галогеналканы: Н3С - СН3 + Вг2 * > НВг + Н3С - СН2Вг. бромэтан 3. Проводим реакцию Вюрца: Н3С - СН2 - Br + 2Na + Вг - СН2 - СН3 —^ -> 2NaBr + Н3С - СН2 - СН2 - СНГ бутан
$33. Алканы 399 4. Алканы сгорают в избытке кислорода с образованием воды и углекислого газа: 2С4Н10'+ 1302 '° > 8С02 + 10Н2О. бутан Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Метан -> этилен -» этан -> хлорэтан -» бутан -> ->изобутан. 2. Бутан -> этан -+ бутан -> 1-хлорбутан -» октан -> бутан. 3. Ацетат натрия -> метан -» ацетилен -> этан -> бутан -> ->оксид углерода (IV). 4. Метан -> водород -> метан -» ацетилен -> этан -> -» 1,1 -дихлорэтан. 5. 1-хлорпропан -> гексан -> пропан -> 2-хлорпропан -> -> 2,2-дихлорпропан -> 1,2,2-трихлорпропан. 6. CH3CH2CH2Br -» CH3CH2CH2MgBr -> СН3СН2СН3-> -> сн3сн = сн2 -> сн3сн2сн3. 7 г- и +1мольС12(/?у) ч + Ыа(изб.) v + AlCl3,f° v /. С0НЛ > ... » ... * > ... -с: +1мольВг2(Г°,/гу) ,...ч 8. CH3COONa +Na0H(T)^° ) .., +lMOJIbCl2(/7V) > +Na (изб.), + c2hsci (изб.) г»;•; 9. Циклопропан +НВг ) ... +Na(H36'} > + А1С13,Г° U... L>... 10. 1,3-Дибромпропан —+Mg > + HBr v + Br2 +Zn о ONa П. Ък Л NaOH(T),/0 v... 1мольС12>/гу Ыа(изб.)
400 §ЗЗ.Алканы \1 ^7\ 1мольС12,Ау v Mg . Н20 Вг2 (1 моль),/?У v .^I \ > эфир ' > >" Ыа(изб.) Следующий пример иллюстрирует подход к решению за- дач на выведение формул алканов. ПРИМЕР 33-2. Смесь алкана и кислорода, объемное от- ношение которых равно стехиометрическому в реакции их полного горения, сожгли. После сгорания, конденсации па- ров воды и приведения к исходным условиям объем смеси сократился в два раза по сравнению с исходной смесью алка- на и кислорода. Установите формулу алкана. Решение Записываем уравнение реакции горения алкана в общем виде: С„Н2л+2 +^02 -> пС02 +(и + 1)Н20. После конденсации паров воды единственным газообраз- ным веществом будет С02, объем которого по условию в два раза меньше объема смеси алкана и кислорода. Учтем, что отношение объемов газов равно отношению их стехиометрических коэффициентов. В левой части уравне- ния сумма стехиометрических коэффициентов перед фор- мулами алкана и кислорода равна , Зи + 1 Зл + 3 2 2 а в правой — п (коэффициент перед формулой углекислого газа). Согласно условию задачи, имеем: Зи + 3 —2 2. п
§ЗЗ.Алканы 401 Находим: Зл + 3 ^ Ъп + 3 = 4л; л = 3. Формула алкана — С3Н8. Ответ: С3Н8. Установление формул алканов 1. При полном сгорании 0,2 моль алкана получено 26,88 дм3 (н.у.) углекислого газа. Установите формулу алкана. 2. Алкан массой 8,6 г сожгли в избытке кислорода и выде- лившийся газ пропустили через раствор гидроксида натрия. Установите формулу алкана, если при этом было получено 33,6 г кислой соли и 21,2 г средней соли. 3. Объем кислорода, необходимый для полного сгорания алкана, в 6,5 раз больше объема алкана. Установите формулу алкана, зная, что он газообразный. 4. При сгорании газообразного алкана в избытке кислоро- да объем продуктов сгорания (вода + газ) такой же, как и объем исходной смеси. Установите формулу алкана. 5. Для сгорания 6 дм3 паров алкана нужно 39 дм3 кислоро- да. Определите формулу алкана и объем (н.у.) полученного оксида углерода (IV). 6. На сжигание алкана нужно 10 дм3 (н.у.) кислорода, при этом было получено 6 дм3 (н.у.) углекислого газа. Установите формулу алкана. 7. При сгорании некоторой массы углеводорода получено 7,7 г С02 и 3,6 г Н20. Определите формулу углеводорода и его массу. 8. Газообразный алкан объемом 224 см3 (н.у.) полностью сожгли и продукты сгорания пропустили через известковую воду с w[Ca(OH)2] = 0,148 % объемом 1 дм3 (р =1,00 г/см3).
402 §ЗЗ.Ллканы Осадок, который вначале выпал, затем частично растворился. Масса не растворившегося осадка 1,0 г. Какова формула алкана? 9. Газ, полученный при сжигании 3,6 г некоторого веще- ства, сначала пропустили через поглотитель с Р205 (масса по- глотителя возросла на 5,4 г), а затем через известковую воду (получили 16,2 г кислой соли и 5,0 г средней соли). Устано- вите формулу вещества. 10. Алкан сожгли в избытке кислорода и продукты реак- ции пропустили через избыток раствора NaOH массой 99,2 г. В результате масса раствора стала равной 100 г, а массовая доля карбоната натрия в растворе составила 1,06 %. Опреде- лите формулу алкана. 11. Масса 1 дм3 (н.у.) газообразного вещества равна 1,34 г, а массовая доля водорода в нем — 20 %. При сгорании 3 г этого вещества получено 4, 48 дм3 (н.у.) СОг Определите формулу вещества. Галогенпроизводные алканов ПРИМЕР 33-З.Установите формулу алкана, при полном хлорировании 7,2 г которого масса полученного хлорпроиз- водного алкана на 41,4 г больше массы исходного алкана. Решение Записываем уравнение реакции полного хлорирования алкана и проводим расчеты 7,2 + 7,2 г + 41,4 = 48,6 СН2л+2 + (2л+ 2)01, -> СС12л + 2 + (2л + 2)НС1. 14/7 + 2 12л + 35,5(2/2 + 2) = = 83л+ 71 Имеем: 7,2 = 48,6 14n + 2~~83n + 7l' Находим: /1 = 5.
§ЗЗ.Алканы 403 Формула алкана С5Н12. Ответ: С5Н12. 12. При хлорировании 17,92 дм3 (н.у.) метана получено 109,4 г смеси трихлорметана и тетрахлорметана. Найдите массовые доли продуктов хлорирования метана в их смеси. 13. Нахлорирование 2016см3 (н.у.) метана затрачено0,10моль хло- ра. Определите химическое количество продуктов хлорирования. 14. Массовая доля хлора в составе монохлорпроизводного алкана 55,04 %. Определите его формулу. 15. Массовая доля хлора в составе дихлорпроизводного ал- кана 0,7171. Какова его формула? 16. Определите формулу хлорпроизводного пропана, в 32 г которого содержится 20,1 г хлора. 17. Алкан массой 7,2 г прореагировал с 14,2 г хлора с обра- зованием дихлорпроизводного. Какова формула алкана? 18. Установите формулу алкана, при полном хлорирова- нии 7,2 г которого масса полученного хлорпроизводного на 41,4 г больше массы исходного алкана. 19. Какая масса Мп02 и объем соляной кислоты с w(HCl) = = 35 % (р = 1,2 г/см3) нужны для получения такого количе- ства хлора, которое необходимо для полного хлорирования 11,2 дм3 (н.у.) метана? 20. Для нейтрализации хлороводорода, полученного при хлорировании 112 см3 (н.у.) газообразного алкана, нужно 7,26 см3 раствора NaOH (w = 10 %, р = 1,1 г/см3). Сколько атомов водорода заместилось на хлор в алкане? Комбинированные задачи ПРИМЕР 33-4. При сплавлении калиевой соли НМК1 массой 12,6 г с гидроксидом калия вьщелился газ объемом 2,24 дм3 (н.у). Установите формулу выделившегося газа. 1 Здесь и далее НМК — насыщенная монокарбоновая кислота.
404 §ЗЗ.Алканы Решение Записываем уравнение реакции солей НМК со щелочами при нагревании в общем виде и проводим расчеты: 12,6 г 0,1 моль СН2я+1СООК + КОН _<Ц C.H^jt + KjCO,; 14л + 84 1 моль Л/(СяН211+1СООК) = 12л + 2л + 1 + 12 + 32 + 39 = 14и + 84; п(СяН,я+,) = V(C"H2n+2) = -^ = 0,1 (моль). п 2п+г> у 22 4 12,6 ОД 14п + 84~ 1 л = 3. Формула газа С3Н8 (пропан). Ответ: С3Н8. 21. При сплавлении с NaOH натриевой соли НМК массой 28,8 г с выходом 70 % получили 4,704 дм3 (н.у.) газа. Какова формула газа? 22. При пропускании 11,2 дм3 (н.у.) смеси СН4, СО и С02 через избыток раствора щелочи объем смеси сократился на 4,48 дм3, а на полное сжигание оставшейся смеси газов нуж- но 6,72 дм3 (н.у.) кислорода. Определите объемные доли га- зов в исходной смеси. 23. Какой объем (н.у.) кислорода нужен на сжигание 14 дм3 (н.у.) смеси СН4 и С2Н6 с относительной плотностью по во- дороду 13,25? 24. Смесь, содержащую 2 дм3 СН4 и 4 дм3 02, сожгли. Опре- делите относительную плотность полученной газовой смеси по водороду. Температура смеси 120 °С, давление нормальное. 25. При прокаливании 49,0 г смеси, состоящей из ацетата натрия и избытка гидроксида калия, выделился газ, прореа-
§ 33. Ллканы 405 гировавший при освещении с парами брома. В результате было получено 25,3 г трибромметана с выходом 50 %. Най- дите массовые доли веществ в исходной смеси. 26. Какая щелочь состава МеОН использовалась для по- глощения газа, выделившегося при сгорании 20,85 см3 гек- сана (р = 0,66 г/см3), если образовалось 0,80 моль кислой соли и 22,08 г средней соли? 27. Углекислый газ, выделившийся при сжигании смеси про- пана и бутана, с объемной долей пропана 70 % полностью по- глотили, пропустив через раствор, содержащий 14,8 г Са(ОН)2. Выпавший вначале осадок затем частично растворился, и в конце его масса составила 15,0 г. Чему равен объем (н.у.) ис- ходной газовой смеси? 28. На сгорание гексана потребовалось в 4,5 раза больше кислорода, чем на сгорание пентана. Найдите отношение массы гексана к массе пентана. 29. Для получения метана взяли 146,4 г смеси ацетата на- трия с гидроксидом натрия в мольном отношении 1:1. Чему ра- вен объем (н.у.) полученного метана кмоменту, когда масса твер- дого остатка составит 90,16 % от исходной массы реагентов? 30. При сгорании смеси СН4 и С3Н8 объемом 16,8 дм3 (н.у.) получен С02 объемом 39,2 дм3 (н.у). Найдите объемную долю СН4 в смеси. 31. Смесь С3Н8 и С4Н10 объемом 0,15 дм3 (н.у.) смешали с 02 объемом 950 см3 (н.у.) и взорвали. После приведения к н.у. объем составил 0,60 дм3. Определите объемную долю бутана в исходной смеси. 32. Метан получили синтезом из простых веществ. Вы- числите степень превращения Н2, если в результате реакции получена смесь, в которой объемные доли СН4 и Н2 соответ- ственно равны 92 % и 8 %. 33. При нагревании хлорэтана массой 32,25 г с 0,5 моль на- трия получили 5,2 дм3 (н.у.) бутана. Определите выход бутана.
406 §ЗЗ.Ллканы 34. Из метана по реакции, схема которой СН4 <-> С2Н2 + Н2, образуется ацетилен и водород. Рассчитайте степень превра- щения СН4, если в полученной смеси объемная доля С2Н215 %. 35. * Для полного сгорания 2,00 дм3 (н.у.) этана нужно 6,23 дм3 (н.у.) озонированного кислорода. Найдите w(03) в озониро- ванном кислороде. 36. Натриевую соль НМК массой 24 г прокалили с избыт- ком NaOH, реакция прошла с выходом 75 %. Для сжигания полученного УВ1 потребовалось 14,7 дм3 (н.у.) 02. Определи- те формулу исходной соли. 37.* Массовая доля элемента С в смеси двух алканов, отличаю- щихся на одну гомологическую разность, равна 82,35 %. Хими- ческие количества алканов в смеси равны. Что это за алканы? 38.* Молярные массы двух соседних членов гомологичес- кого ряда алканов относятся как 1:1,4667. Какой объем 02 (н.у.) нужен для сжигания 23,6 г смеси этих алканов, в кото- рой отношение числа атомов водорода к числу атомов угле- рода равно 2,75? 39. При крекинге алкана получена смесь двух УВ, содер- жащих одинаковое число атомов С в молекуле. Относитель- ная плотность газовой смеси по Н2 равна 28,5. Укажите фор- мулу исходного алкана. 40. Укажите число атомов Н, заместившихся на атомы О при хлорировании алкана объемом (н.у.) 0,056 дм3 с образо- ванием смеси изомерных хлоралканов массой 0,36875 г. 41. Укажите число образовавшихся структурных изомеров, если при бромировании алкана объемом (н.у.) 1,12 дм3 полу- чили смесь монобромалканов массой 6,15 г. 42. На полное сгорание циклоалкана потребовался в шесть раз больший объем кислорода. Укажите формулу циклоалкана. 43.* Циклогексан массой 12,6 г сожгли в избытке кисло- рода и полученный углекислый газ пропустили через раствор 1 УВ — углеводород.
§ЗЗ.Алканы 407 Ва(ОН)2 массой 91,2 г с массовой долей щелочи 15 %. Найди- те массу выпавшего при этом осадка. 44. Смесь циклопропана и бутана общим объемом (н.у.) 24 дм3 с относительной плотностью по водороду 25,8 полностью прогидрировали. Найдите объем (дм3, н.у.) израсходованно- го водорода. 45. Смесь циклопропана и циклобутана массой 16,1 г пол- ностью прогидрировали, затратив при этом водород объе- мом (н.у.) 7,84 дм3. Найдите объемную долю циклопропана в исходной смеси. 46. При сгорании 1,00 г этана выделяется 52,0 кДж тепло- ты, а 1,00 г бутана - 49,7 кДж теплоты. При сгорании смеси этих алканов массой 35,6 г выделилось 1822 кДж теплоты. Найдите массовые доли веществ в смеси продуктов сгорания алканов. 47. Алкан, для сгорания которого требуется кислород объемом, в 8 раз большим объема паров алкана, подвергли хлорированию. Масса алкана 75 г, а выход реакции монохло- рирования равен 65,0 %. Найдите суммарную массу получен- ных галогеналканов. 48. Имеется смесь пентана с неизвестным УВ, в которой w(C) = = 85 %. Объем 02, необходимый для полного сжигания этой смеси, в 6,5 раза больше объема смеси. Установите УВ. Ответы 1. С6Н14. 2. С6Н14. 3. СД0. 4. СН4. 5. СД0; 24 дм3. 6. СД. 7. СД6; 2,5 г. 8. С3Н8. 9. С5Н12. 10. СН4. 11. С2Н6. 12. 43,7 % СНС13; 56,3 % СС14. 13. 0,08 моль СН3С1; 0,01 моль СН2С1Г 14. С2Н5С1. 15. С2Н4С12. 16. С3Н6С12. 17. С5Н12.18. СД2.19.174 г; 695 см3.20. 4 атома. 21. СД. 22. 40 % С02; 40 % СО и 20 % СН4. 23. 43,8 дм3. 24. 13,35. 25. 40 % CH3COONa; 60 % NaOH. 26. КОН. 27.1,7 дм3.28.4,526.29. 20,16 дм3.30. 33,33 %. 31.66,6 %. 32. 95,8 %. 33. 92,8 %. 34. 42,9 %. 35. 33 %. 36. CH3CH2COONa. 37. СД; СД0. 38. 60,48 дм3. 39. СД8. 40. Три атома. 41. Два изомера. 42. СД. 43. 1,97 г. 44. 14,76 дм3. 45. 71,4 %. 46. 63,4 % С02; 36,6 % Н20. 47. 72,1 г. 48. СД или
§ 34. Алкены. Циклоалкены Химические свойства алкенов рассмотрим на примере следующей цепочки химических превращений. ПРИМЕР 34-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакции: Пропан L_> пропен —1_» 2-хлопропан !_> —L_» пропен —1_» полипропилен. Решение 1. Дегидрированием алканов при нагревании в присут- ствии катализатора получают алкены: Н3С - СН2 - СН3 Ni>'° > Н3С - СН = СН2 + Н2. пропан пропен 2. Алкены легко присоединяют галогеноводороды. В слу- чае алкенов с несимметричным расположением двойной свя- зи присоединение галогеноводородов (а также воды) опре- деляется правилом Марковникова — водород в основном при- соединяется к наиболее гидрогенизированному (гидриро- ванному) атому углерода: Н3С - СН = СН2 + Н - С1 -> Н3С - СН - СН3. I С1 2-хлорпропан 3. Действуя на галогеналканы спиртовым раствором ще- лочи получают алкены:
ff 34. Алкены. Циклоалкены 409 н I Н3С ~ СН — С - Н + КОН спиртовой раствор > г-| |-л 1 С1 Н ' спиртовой раствор ) ftQ _ СН = СН2 + КС1 + Н20. 4. Благодаря наличию в молекулах двойной связи, алкены вступают в реакции полимеризации: 1°, р, кат. иН2С = СН — I СН, 4 н2с - сн \ \ СН3/я полипропилен Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Метан -> этан -» этилен -» бутан -> этилен -> полиэтилен. 2. Этилен -> этанол -> бутан -> бутен-2 -> бутан -» 2-ме- тилпропан. 3. Октан -» бутан -» бутен-1 -> бутан -> бутен-2 -> 2,3- бутандиол. 4. Пропан -> пропен -> 1,2-дибромпропан -> пропен -> -> пропанол-2 -> пропан. 5. Метан -> этанол -» 1,2-дихлорэтан -> этилен -> этан -> -> полиэтилен. 6. Гексан -> пропан -> пропанол-1 -> пропен.-> 1,2-ди- бромпропан -> полипропилен. 7. Ацетат натрия -» этилен -> 1,2-дихлорэтан -> этен -> -» этанол -> этиленгликоль. ^ этилен- оксид
410 §34.Алкены. Циклоалкены 8. 2-хлорбутан -> бутан -> бутен-2 -> 2,3-дибромбутан -> -> бутен-2 -> 2-бромбутан. п 1 а о * + КОН (спирт) ч +Н90/Н+ Ч 9.1-бром-2-метилбутан -—tl-i—> ... s > ... + H2SQ4 (конц.), 170°С +KMn04(H2Q,5 °С) 10.2-бром-2-ме1ияпропан +К0Н(спирт) > ... + "2/Ni ) ... ... +1мольВг2(/гУ) )(А+В)... +Na(m6) )(C+D). 11. Бутан ... '° у ... +н2о/н+ ) ... "С2Н6 + H2SQ4 (конц.), 170°С + Q2/Ag > + сн3сооон 12 СН Br +Na(H36.) ^ +1мольС12(/гу) ^ + NaOH/H2Q + H2SQ4(kohu,), 170°C + HBr + Na (изб.) + КОН (спирт) + Na (изб.) +1мольС12(/еу) + НВг 11 С Н С\ ^ ' > +1мольи2(ЛУ) ■> -» + КМпО4(Н2О,50С) 14 С Н Br +Na(H36.) +1мольВг2(/°,/гу) + NaOH (спирт) +Н2Р/Н* 1С /-тт +1мольС12(/7У) +Ыа(изб.) . ID. ^ll4 7 ... " 7 ... +1мольВг2(/°,/?у) + КОН (спирт) 16.1,6-дихлоргексан _z^i2 > ... lM0JIbC1^v >... кон/спирт >
§ 34. Алкены. Циклоалкены 411 KMn04,5°C,H10 v НВг(изб.) v Mi > Н,0/Н+ . ... = у ••• ^ ••• -MgBr2 ••• — т ••• * Вг2/СС14 -С2Н6, -С6Н,4 СН3СОООН -> 20. Этанол "^Т* > °2'Ag > ^°-> ... • 180 °С д 1 моль СЬ. hv ^ о s^ 4П10' 21. С,Н ' ^Б н2о,н+ Mg Н20 эфир H,S04 (конц.^ иСН2=СН2 180 с *'* /,/?, кат. Расчетные задачи. Установление формул алкенов ПРИМЕР 34-2. В реакции алкена с хлором в темноте об- разуется вещество, относительная плотность паров которого по водороду равна 63,5. Установите молекулярную формулу алкена.
412 §34. Алкены. Циклоалкены Решение Записываем уравнение реакции присоединения хлора к алкену в общем виде: СН2й + С12 -> СН2лС12; МДСН2лС12)=14л + 71. С другой стороны, ^(CnH2wCl2) = DH2.2 = 63,5-2 = 127. Таким образом: 14л + 71 = 127. Находим: л = 4. Молекулярная формула алкена С4Н8. Ответ: С4Н8. 1. Алкен массой 0,7 г нормального строения с концевой двойной связью присоединяет 1,6 г брома. Назовите алкен. 2. Относительная молекулярная масса (Мг) продукта вза- имодействия алкена с НВг в 2,45 раза больше, чем Мг алкена. Установите формулу алкена. 3. Относительная плотность паров по кислороду продук- та взаимодействия избытка бромной воды с алкеном 6,75. Какова формула алкена? 4. При реакции алкена с избытком хлора в темноте обра- зуется 42,3 г дихлорида, а в такой же реакции с избытком бром- ной воды — 69,0 г дибромида. Установите формулу алкена. 5. Некоторый алкен массой 14 г присоединяет 40 г брома, а при окислении алкена раствором КМп04 образуется сим- метричный двухатомный спирт. Назовите алкен и найдите массу спирта, если выход реакции окисления 80 %. 6. На гидрирование алкена затрачено 672 см3 (н.у.) водоро- да, а при взаимодействии алкена с избытком бромной воды по- лучено 6,48 г бромпроизводного. Какова формула алкена?
§34. Алкены. Циклоалкены 413 7. Алкен присоединяет 24,3 г НВг. При взаимодействии про- дукта с избытком водного раствора щелочи с выходом 60 % по- лучен спирт массой 10,8 г. Что это за алкен? 8. При полном сжигании газообразного соединения объе- мом 2,24 дм3 (н.у.) получили 4,48 дм3 С02 (н.у.) и 3,6 г Н20. На сжигание затрачено 6,72 дм3 (н.у.) кислорода. Определи- те формулу вещества. 9. Смесь алкана и алкена объемом 6,72 дм3 (н.у.) пропус- тили через избыток бромной воды. В результате объем смеси уменьшился на 1/3, а масса уменьшилась на 5,6 г. Определи- те формулу алкена. 10. Смесь алкана и алкена объемом 4,48 дм3 (н.у.) с одина- ковым числом атомов С в молекуле реагирует с 1,12 дм3 (н.у.) НВг, причем полученный бромалкан в 61,5 раза тяжелее во- дорода. Что это за углеводороды и каковы их объемные доли в исходной смеси? 11. Газовая смесь состоит из алкана и алкена с одинако- вым числом атомов С в молекуле, причем объемная доля ал- кана 0,8. Относительная плотность газовой смеси по гелию 10,9. Установите углеводороды. Комбинированные задачи ПРИМЕР 34-3. При полном гидрировании смеси бутана и одного из изомерных бутенов получено 22,4 дм3 (н.у.) бута- на. При гидратации исходного алкена с выходом 74 % полу- чен бутанол-2 массой 20 г. Установите объемные доли газов в исходной смеси. Решение В реакцию гидрирования вступает только бутен: 0,365 моль у С4Н8 + Н2 Л». )С4Н|0. (34-1) 1 МОЛЬ 1 МОЛЬ
414 § 34. Алкены. Циклоалкены В реакцию гидратации также вступает только алкен, т. е. бутен: х 0,365 моль С4Н8 + Н20 «".«г- > С4Н9ОН; (34-2) 1 моль 1 моль М(С4Н9ОН) = 74 г/моль. Находим теоретическую массу спирта и его химическое количество: m(cAoHU=e!W=_^=27(r); п(С4Н9ОН) = т(С4Н9°Н)теор = — = 0,365 (моль). 49 М(С4Н9ОН) 74 Из уравнения (34-2) следует, что химическое количество бутена также равно 0,365 моль: х = л(С4Н8) = Ь0,365 = 0,365 (моль). Тогда объем бутена в исходной смеси составляет: К(С4Н8) = А2(С4Н8) • Vm = 0,365-22,4 = 8,2 (дм3). Из уравнения (34-1) следует, что при гидрировании буте- на образовалось 0,365 моль бутана: y = n(C4H10) = -J = 0,365 (моль), объем которого равен 0,365-22,4 = 8,2 (дм3). Следовательно, в смеси объемом 22,4 дм3 объем исходно- го бутана составляет ПС4Н10)исх = Псмеси) - К(С4Н10)получ = = 22,4 - 8,2 = 14,2 (дм3). Таким образом, исходная смесь состояла из бутана объе- мом 14,2 дм3 и бутена объемом 8,2 дм3; общий объем смеси равен 8,2 + 14,2 = 22,4 (дм3). Находим объемные доли газов:
§ 34. Алкены. Циклоалкены 415 Ф(С4Н10) = ^Ц = ^4 = 0,634 (63,4 %); У (смеси) 22,4 Ф(С4Н8) = 100 % - Ф(С4Н10) = 100 % - 63,4 % = 36,6 %. Или: Ф(С4Н8) = 1^Я%\ =^- = 0,366 (46,6 %). V (смеси) 22,4 Ответ: ср(С4Н8) = 36,6 %; ср(С4Н10) = 63,4 %. 12. Смесь этилена и пропана общим объемом 10 дм3 сме- шали с 10 дм3 водорода и пропустили над катализатором, после чего ее объем уменьшился до 16 дм3. Найдите объем- ные доли газов в исходной и конечной смесях (условия нор- мальные). 13. Смесь пропана, бутана и пропена имеет относительную плотность по водороду 23,25. Такая смесь объемом 4,48 дм3 (н.у.) присоединяет 16 г брома. Определите объемные доли алканов в смеси. 14. Какой объем водорода (н.у.) нужен для полного гидри- рования 40 г смеси пропена и бутана, в которой объемная доля пропена 60 %? 15. Масса продуктов присоединения избытка хлора к сме- си этена и пропена в 3,2 раза больше массы углеводородов. Каковы объемные доли алкенов в смеси? 16. Смесь пропана и пропена, полученная при гидрировании 4 г пропина, обесцвечивает 100 г бромной воды с w(Br2) = 3,2 %. Определите массовую долю пропана в смеси углеводородов. 17. Относительная плотность по водороду газовой смеси, состоящей из пропена и водорода, равна 11. Смесь помести- ли в замкнутый сосуд с катализатором. К моменту установле- ния равновесия прореагировало 30 % водорода. Определите массовую долю пропана в конечной смеси.
416 § 34. Алкены. Циклоалкены 18. Над катализатором пропустили 20,16 дм3 (н.у.) пропе- на и газ, полученный при взаимодействии 63 г гидрида каль- ция с избытком воды. В каком объемном отношении нахо- дятся газы после реакции? 19. Какова объемная доля этена в его смеси с этаном, если при реакции 10 дм3 этой смеси с 10 дм3 водорода получено 18 дм3 новой смеси (условия нормальные)? 20. После полного гидрирования смеси этана и пропена получили смесь газов с относительной плотностью по водо- роду 20,6. Чему равно мольное отношение этана к пропену в исходной смеси? 21. Смесь бутена-2 и водорода с относительной плотнос- тью по гелию 3,20 пропустили над катализатором, после чего ее относительная плотность по гелию составила 3,55. Чему равен выход реакции гидрирования? 22. Смесь, состоящую из 1 дм3 пропена, 1 дм3 пропана и 3 дм3 водорода (н.у), пропустили над катализатором, реакция гид- рирования прошла с выходом 80 %. Найдите относительную плотность полученной газовой смеси по воздуху. 23. Смесь бутена-1 и пропана объемом 896 см3 (н.у.) с от- носительной плотностью по гелию 13,35 полностью погло- щена 48,0 г раствора с w(Br2) = 5 %. Найдите массовые доли веществ в конечной смеси. 24. После полного гидрирования смеси метана и этилена ее относительная плотность по водороду составила 12,2. Опреде- лите мольное отношение метана и этилена в исходной смеси. 25. После полного гидрирования смеси метана с этиле- ном ее относительная плотность по водороду возросла на 0,25. Найдите объемную долю этилена в исходной смеси. 26. Смесь метана и этилена с молярной массой 22 г/моль подверглась неполному гидрированию, после чего ее отно- сительная плотность по водороду составила 11,25. Какая часть этилена подверглась гидрированию?
§34. Алкены. Циклоалкены 417 27. Каротин имеет формулу С40Н56. Сколько двойных свя- зей содержится в молекуле каротина, если 1,072 г его полно- стью присоединяет 492,8 см3 (н.у.) водорода? 28. Имеется газовая смесь объемом 20 дм3, содержащая этан, этилен и водород. Эту смесь пропустили под катализа- тором. После приведения к исходным условиям объем смеси составил 13 дм3, из которых 1 дм3 приходится на водород. Каковы объемные доли газов в исходной смеси? 29. Смесь пропена и водорода, имеющая плотность (н.у.) 0,534 г/дм3, пропущена над платиной. Выход целевого про- дукта составил 75 % и степень превращения исходных ве- ществ равна 75 %. Во сколько раз уменьшился объем газовой смеси после реакции? 30. Смесь пропена, бутена-2 и бутана объемом 5,6 дм3 (н.у.) имеет относительную плотность по водороду 23 и может при- соединить 32,0 г брома. Какой объем (дм3, н.у.) кислорода нужен на сжигание 15,0 дм3 такой смеси? 31. Газообразная смесь содержит одинаковые химические количества алкана и алкена, имеющих в молекуле равное чис- ло атомов С. Некоторая масса такой смеси способна обесц- ветить 80 г раствора с w(Br2) = 20 %, а при полном сгорании образует 13,44 дм3 (н.у.) С02. Определите формулы УВ и их массы в смеси. 32. Этен, полученный дегидрированием 300 м3 (н.у.) эта- на, подвергли гидратации. Какая масса этанола (кг) получе- на, если выход на каждой стадии равен 70 %? 33. Смесь пропена, этана и метана имеет относительную плотность по водороду 14,67. Смесь пропустили через избы- ток бромной воды, после чего относительная плотность га- зовой смеси по водороду стала равной 11,50. Определите объемную долю пропена в исходной смеси. 34. Относительная плотность по водороду газовой смеси алкана и алкена равна 33,5. Оба соединения имеют одинаковое число атомов Н в молекуле. Чему оно равно? НЗак. 3451
418 § 34. Алкены. Циклоалкены 35. Относительная плотность по Не смеси алкана и алке- на 16. Оба соединения имеют одинаковое число атомов Н. Рассчитайте объемную долю алкена в смеси. 36. Смесь пропана и этена массой 14,4 г прореагировала с водородом с образованием смеси алканов массой 14,8 г. Оп- ределите объемную долю этена в исходной смеси. 37. Избыток пропена пропустили через холодный водный раствор КМп04. После испарения всей жидкости масса су- хого остатка составила 10,0 г. Какой объем (дм3, н.у.) пропена вступил в реакцию? 38. Относительная плотность паров хлоралкана по алке- ну, из которого он получен, равна 1,87. Установите алкен. 39. Из технического образца 2-бромбутана массой 30 г был получен алкен, который затем пропустили через водный ра- створ перманганата калия. Масса образовавшегося двух-атом- ного спирта составила 9,54 г. Вычислите массовую долю при- месей в исходном образце бромалкана, если известно, что выход реакции отщепления равен 90 %, а выход реакции окис- ления — 60 %. 40. Через избыток холодного водного раствора перманга- ната калия пропустили смесь пропена, пропана и азота с от- носительной плотностью по водороду 20,14. Относительная плотность по воздуху газовой смеси на выходе из склянки оказалась равной 1,241. Вычислите массовые доли газов в исходной смеси. 41. Алкен смешали с водородом и нагрели в присутствии катализатора. В исходной смеси объемная доля алкена со- ставила 25,0 %; в смеси газов после установления равновесия она снизилась ровно в 2 раза. Вычислите выход продукта ре- акции. 42. Смесь бутена-1 и водорода с относительной молеку- лярной массой 38,0 пропустили над платиновым катализа- тором, после чего относительная молекулярная масса газо-
$34. Алкены. Циклоалкены 419 вой смеси увеличилась на 33,3 %. Вычислите выход продук- та реакции гидрирования. 43. Алкен сожгли в избытке 02. Объем продуктов реакции в 8 раз больше объема газообразного алкена. Все объемы из- мерены при 200 °С и нормальном давлении. Определите фор- мулу алкена. 44.* Какое химическое количество брома может присоеди- нить смесь этана и изомерных бутенов общим объемом 22,4 дм3 (н.у), если известно, что массовая доля атомов углерода в ис- ходной смеси равна 82,76 %? 45.* Имеется смесь алкена и кислорода с относительной плотностью по гелию 8,294. После полного сгорания алкена и приведения смеси к н.у. получили смесь газов с относитель- ной плотностью по гелию 9,5. Найдите молекулярную фор- мулу алкена. 46.* Имеется смесь пропена и водорода, в которой массо- вая доля атомов водорода равна 25,50 %. Смесь пропустили над платиной. Найдите относительную плотность по гелию (н.у.) смеси после реакции, если в реакцию гидрирования вступило 90 % пропена. 47. Имеется смесь СН4, С2Н6 и С2Н4 с молярной массой 23,2 г/моль. После полного гидрирования молярная масса смеси стала равной 24,3 г/моль. Укажите объемную долю (%) С2Н6 в исходной смеси. 48. Укажите объемную долю С2Н4 в смеси пропена, мета- на и этена с относительной плотностью по водороду 14,9, если при пропускании 1 дм3 этой смеси вместе с 1 дм3 Н2 над платиной объем смеси уменьшился до 1,4 дм3 (Н2 и алкены прореагировали полностью). 49.* Смесь одного объема бутена-1 и шести объемов водо- рода пропустили над платиной. Во сколько раз изменился объем смеси (н.у.) после реакции, если степень превраще- ния алкена равна 80 %?
420 §34. Алкены. Циклоалкены 50.* Для проведения реакции гидрирования была приго- товлена смесь CLHL иН.с относительной плотностью по во- 2 4 2 дороду 2,625. Найдите относительную плотность по водоро- ду газовой смеси после реакции, если степень превращения алкена равна 75 %. 51.* Степень превращения алкена в реакции с Н2 равна 45 %. Установите, какой алкен был взят, если относительная плот- ность по воздуху реакционной смеси после удаления избы- точного Н2 равна 1,48. 52.* Рассчитайте степень превращения пропена в реакции гидрирования, если после удаления избыточного Н2 отно- сительная плотность газовой смеси по водороду равна 21,7. 53.* При сгорании 8,6 г смеси алкана и алкена с одинако- вым числом атомов С в молекуле выделяется газ объемом (н.у.) 13,44 дм3. Такая же смесь может обесцветить 320 г бромной воды с w(Br) = 5 %. Установите качественный и количествен- ный состав исходной смеси. Ответы 1. Пентен-1. 2. С4Н8. 3. С4Н8. 4. С5Н10. 5. Бутен-2; 18,0 г. 6. С4Н8. 7. Пропен. 8. С2Н4. 9. С4Н8. 10. 75 % пропан и 25 % пропен. 11. Пропан и пропен. 12. Исх.: 40 % С2Н4 и 60 % С3Н8. Кон.: 25 % С2Н6; 37,5 % СД и 37,5 % Н2.13. Каждого по 25 %. 14.11,2 дм3.15. 69,5 % этен; 30,5 % пропен. 16. 81 %. 17. 30 %. 18. К(Н2)/К(СД) = 2,3/1. 19. 20 %. 20. 1 : 4. 21. 49,3 %. 22. 0,755. 23.6,46 % 1,2-дибромбутан; 0,761 % пропан; 1,82 % бутен-1.24. 2:3.2>5.25 %. 26. 50 % 27. Одиннадцать. 28. 25 % С2Н6; 35 % С2Н4; 40 % Н2.29. В 1,23 раза. 30.74,8 дм3.31. 4,4 г С3Н8; 4,2 г С3Н6. 32. 301,88 кг. 33. 33,37 %. 34. 10.35. 50 %. 36. 50 %. 37.2,35 дм3.38. Пропен. 39.10,4 %. 40.15,6 % СД; 9,94 % N2; 74,5 % С3Н6.41. 57,1 %. 42. 75,0 %. 43. СД,. 44.0,334 моль. 45. СД.. 46. 3,87.47. 4 %. 48. 12,9 %. 49. Уменьшился в 1,167 раза. 50. 3,517. 51. Пропен. 52. 70 %. 53. 48,8 % С3Н6; 51,2 % СД.
§ 35. Алкины Химические свойства алкинов рассмотрим на следующем примере. ПРИМЕР 35-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакции: Карбид кальция L^. ацетилен —L_^ —1_> 1,2-дихлорэтен L_» ацетилен i_> —i_> хлористый винил (винилхлорид) 1_> 5 > поливинилхлорид. Решение 1. При обработке карбида кальция водой образуется аце- тилен: СаС2 + 2Н20 = Са(ОН)2 + C2H2t. 2. Как и все ненасыщенные соединения, ацетилен всту- пает в реакции присоединения, в частности, с галогенами: НС=СН + С12 ► НС=СН. I I С1 С1 1,2дихлорэтен 3. Отщепляя атомы хлора в реакции таких дигалогеналке- нов с натрием (Mg, Zn), получают алкины: НС= СН + 2Na —^ НС = СН + 2NaCl. I I С1 С1
422 : §35.Алкины 4. Ацетилен присоединяет хлороводород, образуя хлор- этен (винилхлорид): кат. НС=СН + НС1 -Н2С=СН. I С1 5. Полимеризацией винилхлорида получают поливинил- хлорид: /°, р, кат. / \ пП2С = СИ —^ 4 Н2С - CH-V С1 \ С1 Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Ацетат натрия -> метан -> хлорэтан -+ этан -» винил- хлорид -> поливинилхлорид. 2. Этан -» хлорэтан -» этен -> 1,2-дихлорэтан -> ацети- лен -> бензол. 3. Углерод -» карбид кальция -> этилен -> этанол -» аце- тилен -> уксусный альдегид. 4. Этилен -> винилхлорид -> хлорэтан -> бутан -» ацети- лен -> 1,2-дибромэтен. 5. Пропан -> 1-бромпропан -> пропен ->1,2-дихлорпро- пан -> пропин -» 2-бромпропен. 6. Этан -> этин -> 1,2-дибромэтан -> хлорэтен -> хлор- этан -» изобутан. 7 1 vuAnrrnnTTOiT + КОН (СПИРТ) v +ВГ2/СС14 v 7. 1-хлорпропан —F ' ) ... —■> ... + 2 моль КОН (спирт) + H2Q/Hg2+,H+ Я К 1 +Вг2/СС14 + 2 моль КОН (спирт) + H20/Hg2+,H+ v алкин - > ... 9. 1-бромбутан +К0Н(спирт) > ... +ВГ2/СС1< ) ... + Мё(изб.) +КМп04 (Н20,5 °С)
§35.Алшны 423 1Л ^ u +Br2/CCl4 v + КОН (спирт, изб.) ч IU. ^лП. 7 ... 7 ... "2 "4 +2мольС2Н2,г°,кат. ■>... 11. 3,3-диметилбутин-1 H2>Ni > ... Вг2/СС14 ) ... КОН (спирт) H2Q,Hg2+,H+ v 12. БуТИН-1 H2Q,Hg2+,H+ _ H2>Ni > _ Н^О^ковдОЛЮ^ КМп04,5°С,Н20 ^ НВг(изб.) _ КОН/спирт Расчетные задачи ПРИМЕР 35-2. Дихлоралкан, в котором атомы хлора на- ходятся у соседних атомов углерода, обработали избытком спиртового раствора щелочи. Масса выделившегося газа ока- залась в 2,825 раза меньше массы исходного дихлоралкана. Установите строение дихлоралкана и продукта реакции. Решение При обработке дигалогеналканов (атомы галогенов нахо- дятся у соседних атомов углерода) избытком спиртового ра- створа щелочи образуются алкины: С Н9 CL + 2КОН с™рт > СН9 , + 2КС1 + 2Н90. п in 1 г п in — 1 1 Поскольку химические количества алкина и дихлоралка- на одинаковые, отношение масс этих веществ равно отноше- нию их относительных молекулярных (молярных) масс. Находим: МДСлН2лС12) = 14/1 + 71; М/С Н2л_2) = 14л - 2. Следовательно: 14/7 + 71 14и-2 = 2,825;
424 §35.Алкины Исходный дихлоралкан имеет строение: Н3С - СН - СН2 I I С1 С1 1,2-дихлорпропан В реакции избытка спиртового раствора щелочи и 1,2-ди- хлорпропана образуется пропин: Н С1 I I спирт СН3 - С - С - Н + 2КОН С1 Н спирт •* СН3-С=СН + 2КС1 + 2Н20. пропин Ответ: 1,2-дихлорпропан; пропин. ПРИМЕР 35-3. К смеси этена и этана общим объемом 2 дм3 (н.у.) добавили водород объемом 4 дм3 (н.у.) и смесь пропус- тили над катализатором. Объем смеси (н.у.) после реакции стал равен 3,2 дм3. Определите объемные доли газов в исход- ной смеси этена и этана (этин гидрируется до этана). Решение В реакцию гидрирования вступают оба углеводорода: XX X С2Н4+Н2 -С2Н6; (35-1) Y 2Y Y С2Н4 + 2Н2 С2Н6. (35-2) Обозначим объемы этена и этана как Хи Yjm3 соответ- ственно. Согласно условию, имеем: X+Y=2. В конечную смесь газов входят этан, полученный по реак- циям (1) и (2), и возможно — избыточный водород. Объем этана равен:
$35.Алкины 425 V(C2H6)=X+Y. В реакцию с С2Н4 вступил водород объемом Jf дм3, и в ре- акцию с ацетиленом — водород объемом 2 К дм3. Тогда объем избыточного водорода равен: К(Н2)изб - К(Н2)исх - V(H2)npop; ПН2)и* = 4-Х-2¥. Таким образом, для объема смеси после реакции получаем: Псмеси)конечн = ИОД) + Г(Н2)изб; К(смеси)конечн = X + Y+ 4 - Х- 2Y= 4 - К Находим: 3,2 = 4- У. 7=0,8 дм3. Поскольку Х+ Y= 2 дм3, имеем: Х= 2 - У= 2 - 0,8 = 1,2 (дм3); 9(C2H4) = ^Hii = bf = 0,6 (60 %); У (смеси) 2 ф(С2Н,) = ^&1 = ^ = 0,4 (40%). У (смеси) 2 Ответ: ср(С2Н4) = 60 %; ср(С2Н2) = 40 %. 1. Для полного сгорания одного объема алкина требуется 35 объемов воздуха. Считая, что объемная доля кислорода в воздухе 20 %, установите формулу алкина. 2. При полном гидрохлорировании 16,0 г алкина его мас- са возросла на 29,2 г. Какова формула алкина? 3. При сжигании 0,1 моль УВ получено 5,4 г Н20 и 8,96 дм3 (н.у.) С02. Изобразите возможные структуры УВ.
426 § 35. Алкины 4. Смесь газообразных алкена и алкина с одинаковым чис- лом атомов С в молекуле объемом 7,84 дм3 (н.у.) может при- соединить 80 г брома, полученная смесь бромпроизводных имеет массу 94,4 г. Определите УВ и их массовые доли в ис- ходной смеси. 5. К 560 см3 смеси этена и этана добавили водород до 2 дм3 и смесь пропустили над платиной. После этого объем реак- ционной смеси уменьшился на 33,6 %. Найдите объем аце- тилена в исходной смеси. 6. Какой объем ацетилена можно получить из 1 т карбида кальция, содержащего 5 % примесей по массе, при выходе ацетилена 80 %? Какой объем природного газа с объемной долей метана 95 % нужен для получения такого же объема ацетилена? 7. Смесь ацетилена и водорода занимает объем 56 дм3. Пос- ле пропускания этой смеси над катализатором ее объем уменьшился до 44,8 дм3, причем ацетилен прореагировал полностью с образованием этана. Найдите объемы газов в ис- ходной и конечной смесях. 8. При сжигании 13,44 дм3 смеси СО, СН4 и С2Н2 получе- но 17,92 дм3 С02 и 9 г Н20. Найдите объемы газов в исходной смеси. 9. К смеси метана и ацетилена объемом 4 дм3 прибавили вдвое больший объем водорода, смесь пропустили над пла- тиной, после чего ее объем составил 8 дм3. Определите объем- ную долю ацетилена в исходной смеси. 10. Из ацетилена получают винилхлорид, а из него — 1т по- ливинилхлорида со средней молярной массой 20 000 г/моль. Какова степень полимеризации поливинилхлорида и какой объем ацетилена прореагировал, если выход реакции поли- меризации 80 %? 11. При пропускании смеси этана и ацетилена через склянку с бромной водой масса склянки возросла на 1,3 г.
^35.Алкины 427 При полном сгорании исходной смеси получено 14 дм3 (н.у.) С02. Определите объемы газов в исходной смеси. 12. Какая масса технического карбида кальция, содержа- щего 20 % примесей по массе, нужна для получения из него двухстадийным синтезом 12,5 г винилхлорида, если выход на каждой стадии 80 %? 13. Из 22,4 г СаО получили СаС2, а из него — ацетилен. Ацетилен сожгли и газ (н.у.) пропустили через избыток Са(ОН)2. Найдите массу осадка, если выход на всех стадиях равен по 90 %. 14. Ацетилен объемом 56 см3 (н.у.) полностью поглощен 10 г раствора с w(HBr) = 3,04 %. Определите химические ко- личества полученных продуктов. 15. Смесь пропена и пропина обесцветила максимально 500 г раствора с массовой долей брома 12,8 %. Масса бром- производных больше массы исходных УВ в 5,384 раза. Най- дите объемные доли газов в исходной смеси. 16. После гидрирования 107,52 дм3 ацетилена смесь со- держала 4,48 дм3 этана, 14,56 дм3 водорода и этилен. Какой объем этилена образовался и какой объем водорода был взят для гидрирования? 17. При дегидрировании 20 дм3 смеси ацетилена и этана получили 30 дм3 смеси ацетилена и водорода. Определите объемную долю ацетилена в исходной смеси. 18. В каких мольных соотношениях находятся в смеси СаС2 и СаН2, если при обработке этой смеси водой образу- ются газы, которые полностью реагируют между собой с об- разованием УВ, на сжигание которого нужен в 3,5 раза боль- ший объем кислорода (по сравнению с объемом УВ)? 19. Смесь пропена и ацетилена объемом 896 см3 (н.у.) про- пущена через 800 г бромной воды с w(Br2) = 2 %. Для после- дующего обесцвечивания бромной воды потребовалось
428 §35.Алкины добавить 3,25 г цинковой пыли. Чему равны объемные доли газов в исходной смеси? 20. При гидрировании ацетилена получили смесь равных объемов этана и этилена общей массой 96 г. Какая масса аце- тилена прореагировала? 21. Какой объем пропина (н.у.) пропустили через 50 г ра- створа с w(Br2) = 3,2 %, если в результате получили смесь рав- ных химических количеств различных бромпроизводных? 22. 1,2-дибромпропан массой 4,04 г обработали 20 г ра- створа с w(KOH) = 20 % в этаноле. Найдите массу сухого ос- татка, который был получен после окончания реакции и вы- паривания раствора. 23. Из дихлоралкана, в котором w(Cl) = 62,8 %, с выхо- дом 80 % получено 500 см3 (н.у.) алкина. Какая масса дихлор- алкана вступила в реакцию? 24. При пропускании смеси бутана и пропина через склян- ку с бромной водой масса склянки возросла на 0,800 г. Такую же смесь УВ сожгли, а продукты реакции пропустили через трубку с Р205, масса трубки возросла на 7,92 г. Найдите объем- ную долю бутана в исходной смеси. 25. При обработке 7,04 см3 бромэтана (р = 1,52 г/см3) из- бытком спиртового раствора КОН был получен ацетилен., из которого синтезировали 1,20 см3 бензола (р = 0,879 г/см3). Найдите выход обеих реакций, если для второй реакции вы- ход в 2 раза меньший, чем для первой. 26.* Смесь алкина и пентана массой 11,6 г может макси- мально присоединить бром массой 64 г. Для полной нейтра- лизации С02, полученного при сгорании этой смеси в избытке 02, потребовался раствор NaOH объемом 355,6 см3 (и> = 17 %, р = 1,125 г/см3). Определите алкин и его массовую долю в смеси. 27. При гидрировании 3,9 г ацетилена образовалась смесь этана и этилена. При пропускании этой смеси через раствор
§35. Алкины 429 брома в СС14 образовалось 9,4 г дибромэтана. Определите массовую долю этана в его смеси с этиленом. 28. Смесь этана, пропена и ацетилена объемом 672 см3 (н.у.) обесцвечивает 60 см3 раствора с w(Br2) = 5 % (р = 1,6 г/см3). При пропускании продуктов полного сгорания этой смеси через избыток известковой воды выпал осадок массой 7,5 г. Най- дите объемные доли газов в исходной смеси. 29. Смесь СаС2 и А14С3 массой 2,72 г обработали избыт- ком воды. Полученную смесь УВ сожгли, а продукты сгора- ния пропустили через избыток водного раствора Ва(ОН)2 и получили осадок массой 13,8 г. Вычислите объемные доли газов, образовавшихся при гидролизе карбидов. 30. Дихлоралкан, в котором атомы О находятся у сосед- них атомов С, обработали избытком спиртового раствора ще- лочи. Масса выделившегося газа оказалась в 2,825 раза мень- ше массы исходного дихлоралкана. Установите строение ис- ходного соединения и продукта реакции. 31.* При сгорании 14,8 г смеси двух алкинов, отличаю- щихся по составу на один атом С, получили углекислый газ объемом (н.у.) 24,64 дм3. Установите молекулярные форму- лы алкинов и их массы в смеси. 32. Смесь этилена и пропина, в которой атомов углерода в 1,5 раза меньше, чем водорода, смешали с объемом Н2 в 5 раз большим, чем объем исходной смеси углеводородов, и на- грели над никелевым катализатором до прекращения реак- ции. Вычислите относительную плотность по гелию исход- ной и конечной газовой смесей. 33. К смеси ацетилена и этана общим объемом 5,00 дм3 до- бавили равный объем водорода, после чего газы пропустили над никелевым катализатором. Объем смеси на выходе оказался в 1,25 раза меньше исходного. Считая, что выход реакции равен 100 %, а объемы газов измерялись при одинаковых условиях, рассчитайте объемную долю водорода в конечной смеси.
430 § 35. Алкины 34. При пропускании 22,4 дм3 смеси (н.у.) углекислого газа, бутена-1 и пропина через избыток известковой воды образуется 20 г осадка. Такая же порция этой смеси может вступить при определенных условиях в реакцию гидрата- ции, при этом образуется 54,4 г смеси кислородсодержа- щих соединений. Вычислите массу исходной смеси газов. 35. Смесь пропина и 1,3-дихлорпропана общей массой 26,6 г обработали избытком НС1 в присутствии катализато- ра. Масса изомерных дихлоралканов по окончании реакции оказалась равной 39,9 г. Вычислите массовую долю УВ в ис- ходной смеси. 36. К смеси ацетилена и этилена общим объемом 200 см3 добавили водород объемом 400 см3 и пропустили над Pt. Пос- ле реакции объем смеси стал равен 300 см3. Какую массу бром- ной воды с w(Br2) = 4 % может обесцветить исходная смесь газов? Ответы 1. С5Н8. 2. С3Н4. 3. С4Н6. 4. 41,7 % пропин; 58,3 % пропен. 5. 112 см3. 6. 266 м3 С2Н2; 560 м3 природного газа. 7. Исх.: 5,6 дм3 С2Н2 и 50,4 дм3 Н2. Кон.: 5,6 дм3 С2Н6 и 39,2 дм3 Нг 8. 5,6 дм3 СО; 3,36 дм3 СН4; 4,48 дм3 С2НГ 9. 50 %. 10. 320; 448 м3. 11. 1,12 дм3 С2Н2; 5,88 дм3 С2Н6. 12. 25 г. 13. 52,5 г. 14. По 0,00125 моль бромэтана и дибромэтана. 15. 85,7 % пропен; 14,3 % пропин. 16. 103,04 дм3 С2Н4 и 126,56 дм3 Н2. 17. 75 %. 18. 1 : 1. 19. 75 % пропен; 25 % ацетилен. 20. 86 г. 21. 149 см3. 22. 6,52 г. 23. 3,15 г. 24. 80 %. 25.90 % и 45 %. 26.69 % С3Н4.27.68,2 %. 28. По 25 % СД. и С2Н2; 50 % С3Н6. 29. 60 % СН4; 40 % С2Н2. 30.1,2-дихлорпропан; пропин. 31.4,0 г С3Н4; 10,8 г С4Н6. 32. Исх.: 9,00. Кон.: 2,65. 33. 37,5 %. 34. 48,8 г. 35. 27,4 %. 36. 53,56 г.
§ 36. Алкадиены Химические свойства диеновых углеводородов рассмот- рим на следующем примере. ПРИМЕР 36-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакции: Бутан —!_» бутадиен-1,3 !_> 1,4-дихлорбутен-2 —L_> !_> 1,4-дихлорбутан 1_> бутадиен-1,3 1_» —L_> /я/?ш/с-полибутадиен. Решение 1. Дегидрированием бутана получаем бутадиен-1,3: Н3С - СН2 - СН2 - СН3 '°>«ат- > Л«г. ) Н2С = СН - СН = СН2 + Н2. 2. В реакции бутадиена с хлором при комнатной темпера- туре преимущественно образуется 1,4-дихлорбутен-2: Н2С = СН - СН = СН2 + С12 -> Н2С - СН = СН - СН2. I I С1 С1 3. При гидрировании 1,4-дихлорбутена-2 образуется 1,4-дихлорбутан: н2с- сн = сн - сн2 + н2 '°.«г. ) н2с - сн2 - сн2 - сн2. II II С1 С1 С1 С1 4. Бутадиен-1,3 получаем, обрабатывая 1,4-дихлорбутан избытком спиртового раствора щелочи:
432 §36. Алкадиены Н2С - СН - СН - СН2 + 2К0Н с™рт > . С1 Н . ,Н С1. спирт > 2КС1 + 2Н20 + Н2С = СН - СН = СН2. 5. Алкадиены вступают в реакцию полимеризации с обра- зованием каучуков; при этом могут образоваться полимеры как с цис-, так и с m/ишс-строением макроцепи: /°, а кат. п Н2С = СН - СН = СН2 — ► Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Бутан -> этилен -> этанол -> бутадиен-1,3 -> 1-бромбу- тен-2 -> 1-бромбутан. 2. Метан -> хлорметан -> этан -> этилхлорид -> бутади- ен-1,3 -> полибутадиен. 3. Кальций -> этин -> винилхлорид -> бутан -> бутади- ен-1,3 -> бутен-2. 4. Хлорэтан -> этен -> бутан -> бутадиен-1,3 -> 1,4-ди- бромбутен-2 -> 1,2,3,4-тетрабромбутан. 5. 1-хлорпентан -» пентен-1 -> пентан -> 2-метилбутан -> -> изопрен -> изопреновый каучук. 6. Ацетат натрия -» метан -> ацетилен -> винилацети- лен-> хлоропрен -> хлоропреновый каучук. 7. Бутадиен-1,3 -> бутен-2 -> бутан -> этилен -> бутади- ен-1,3 -> ^«с-бутадиеновый каучук. 8. Карбонат кальция -> оксид кальция -> ацетилен -> ви- нилацетилен -> бутан -> бутадиен-1,3.
SJ6. Алкадиены 433 а г\тпжг^„ /°,кат. v +1 мольН? 9. Этанол — ' —> ... —— 2- > ... -2 Н20, -Н2, 1,4-присоединение + Вг2/СС14 ч + Zn +H,0/H+ ч ... > ... ? ... = >... 10. 2,3-диметилбутадиен-1,3 —±J^°ii—L_> А + В ... + Ыа(изб.) Г + П +Н2,кат. .« _ . ~ +1 мольВг2 /СС14 v +2мольЫаОН(Н20) ч 11. Бутадиен-1,3 —п —*... —*... ii.brjiurtnvn x,^ 1,4-присоединение + КМп04(5°С,Н20) 12. Бугадиен-1,3 (1 моль) ,^SS,e> ... -Jfc=L_> ... KOH/H2Q ##e КМп04/Н+ (изб.) ^ ^ 1 моль Ва(ОН)2 13. Декадиен-1,6 (1 моль) НВг<изб-> > ... Na<"36-> > ... 2мольС12>/»у v 2мольЫаОН 1 моль Вг2 (СС14) ... у ... спирт *•• ~ •*• 14. Бутадиен-1,3 (1 моль) НВг<изб> > ... Ма<изб-> > ... 2мольС12,*у v 1моль^ОН > 1мольВг2 > *** г ••• спирт •** СС14 Расчетные задачи ПРИМЕР 36-2.* Какой объем растюра этанола (р = 0,8 г/см3) потребуется для получения бутадиенового каучука массой 5,2 г по способу Лебедева, если выход каучука равен 80 %, а в ра- створе этанола массовая доля воды равна 4 %? Решение По способу Лебедева бутадиеновый каучук из этанола по- лучают в две стадии: х 1,2 моль 2С2Н5ОН *•.«"• > С4Н6 + Н2 + 2Н20; (36-1) 2 моль 1 моль бутадиен-1,3
434 § 36. Ллкадиены п С4Н6 Л,ш. ? (_ С4Н6 -)„. (36-2) Находим теоретическую массу каучука: , ч т(кауч.) 5,2 т(кауч.)теор. = —-*— = — = 6,5 (г). '/ ", о Из уравнения (36-2) видно, что масса мономера (бутадие- на-1,3) равна массе полимера: /и(С4Н6) = 6,5 г. Находим химическое количество бутадиена-1,3 и по урав- нению (36-1) — массу этанола: Ж(С4Н6) = 54 г/моль; М(С2Н5ОН) = 46 г/моль; = m(C4He) = М = о, 12 (моль); 4 б М(С4Нб) 54 jc = и(С2Н5ОН) = °,П'2 = 0,24 (моль); /я(С2Н5ОН) = и(С2Н5ОН)М(С2Н5ОН) = = 0,24-46 =11,0 (г). В растворе этанола массовая доля его равна 1 — 0,04 = 0,94. Поэтому: ^и^гтч т(С2Н5ОН) 11,0 11С/Ч т(р-раС2Н5ОН) = -^-2—= — = 11,5 (г). и>(С2Н5ОН) 0,96 Находим объем раствора этанола: У(р-РаС7Н5ОН) ™(Р-РаСАОН) 1Ы 14,4(смЗ). Р 0,8 Ответ: К(р-ра С2Н5ОН) = 14,4 см3. 1. Определите строение УВ, при сгорании 0,1 моль кото- рого образуется 5,4 г Н20 и 8,96 дм3 (н.у.) С02. Углеводород
§36. Алкадиены 435 имеет открытую цепь атомов С, и 1 моль его, реагируя с 1 моль брома, образует дибромалкен, у которого атомы брома нахо- дятся на концах цепи. 2. Изопрен, полученный при дегидрировании 2-метил- бутана, пропустили через избыток бромной воды и получи- ли 58,2 г тетрабромпроизводного. Найдите массу алкана, взя- тую для реакции. 3. Смесь бутадиена-1,3 и бутена-2 общей массой 22,1 г под- вергли каталитическому гидрированию и получили 8,96 дм3 (н.у.) бутана. Найдите массовую долю бутадиена-1,3 в исход- ной смеси. 4. При гидрировании 8,1 г бутадиена-1,3 получили смесь бутана и бутена-1. При пропускании этой смеси через бром- ную воду получили 10,8 г 1,2-дибромбутана. Определите мас- совые доли УВ в полученной смеси. 5. Какие вещества образуются и каковы их массы, если при обычных условиях взаимодействуют 64 г брома и 16,2 г бутадиена-1,3? Учтите, что бром вначале присоединяется в положениях 1,4. 6. Какую массу бутадиена-1,3 можно получить из 230 дм3 этанола (р = 0,8 г/см3), содержащего 5 % воды по массе, при выходе реакции 66 %? 7. Смесь пропена и бутадиена-1,3 прореагировала с избыт- ком брома, при этом масса присоединившегося брома оказа- лась в 10 раз больше, чем объем исходной смеси газов (масса брома — в граммах, объем смеси — в дм3). Каково мольное от- ношение бутадиен/пропилен в исходной смеси? 8. Какой объем раствора брома в тетрахлорметане с w(Br2) = - 5 % (р = 1,6 г/см3) может полностью прореагировать с 5,4 г смеси бутана-1, бутадиена-1,3 и бутина-2? 9. Какая масса водорода поглотилась при гидрировании 16,8 дм3 бутадиена-1,3 (н.у), если полученная смесь, состоящая
436 § 36. Алкадиены из изомерных бутенов, обесцвечивает 800 г раствора брома в CCI4cw(Br2)=10%? 10. Какой объем водорода нужен для гидрирования 17 г изопрена, если в результате реакции образовались 2-метил- бутан массой 9 г и смесь изомерных алкенов состава С5Н10? 11. Смесь бутана и бутена-2, полученная при гидрирова- нии 5,4 г бутадиена-1,3, обесцветила 80 г бромной воды с массовой долей брома 4 %. Определите массовую долю бута- на в смеси углеводородов. 12. В результате пропускания смеси бутана и бутена-2, полу- ченной при гидрировании 10,8 г бутадиена-1,3, через избыток раствора брома образовалось 17,28 г 2,3-дибромбутана. Опре- делите массовую долю бутана в смеси углеводородов. 13. К смеси этана, ^ис-бутена-2 и тря//с-бутена-2 объемом 12,0 дм3 (н.у.) добавили 12,0 дм3 водорода (н.у.). Полученную смесь пропустили над платиной, в результате чего общий объем газов составил 19,2 дм3 (н.у). Рассчитайте объемную долю этана в исходной смеси. 14. Некоторое количество алкадиена присоединяет С12 с образованием 23,8 г тетрахлорида или же присоединяет Вг2 с образованием 41,6 г тетрабромида. Назовите алкадиен, если известно, что при замене любого атома Н в его молекуле на атом О получается одно и то же соединение. 15. Смесь изопрена, циклогексена и 1-метилциклопентена с относительной плотностью паров по водороду 39,83 полнос- тью сожгли. Полученную смесь газообразных продуктов про- пустили через взвесь мела в воде. Оказалось, что масса осадка при этом уменьшилась на 70,0 г. Найдите, какой объем раство- ра брома в СС14 с w(Br2) = 10% (р = 1,6 г/см3)может обесцве- тить исходная смесь. Ответы 1. Бутадиен-1,3. 2. 10,8 г. 3. 36,65 %. 4. 32,6 % бутен-1; 67,4 % бутан. 5. 42,8 г 1,4-дибромбутена-2 и 37,4 г 1,2,3,4-тетрабромбутана. 6. 67,72 кг. 7. 2/3. 8. 400 см3. 9. 1 г. 10. 8,4 дм3. 11. 81 %. 12. 61 %. 13. 60,0 %. 14. 2,4- диметилпентадиен-2,3. 15. 140 см3.
§ 37. Арены Химические свойства аренов рассмотрим на примере сле- дующей цепочки химических превращений. ПРИМЕР 34-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакции: Оксид кальция —L_» карбид кальция !_> L_> ацетилен 1_» бензол ±_» толуол !_> 1_» бензиловый спирт. I—!L-> 2,4,6- трихлор- толуол Решение 1. Оксид кальция прокаливаем с избытком кокса: t° СаО + ЗС = CaC2 + COf. карбид кальция 2. Обрабатываем карбид кальция водой: СаС2 + 2Н20 -> Са(ОН)2 + НС = СН t. ацетилен 3. Вводим ацетилен в реакцию тримеризации: /°, С(актив.) зсн = сн —-—~ бензол 4. Обрабатываем бензол хлорметаном в присутствии ката- лизатора:
438 §37. Арены f. AlCb r^V" СНз + CH3CI I J +HCl толуол 5. Переход осуществляем в две стадии: а) обрабатываем толуол хлором при освещении; в этом случае замещению подвергаются атомы хлора в метальной группе: ОГс\с,2 -^ 0ГСН2С,+на бензилхлорид б) в реакции бензилхлорида с водным раствором щелочи образуется бензиновый спирт: СН2С1 но + КОН н2° S^s^ СН2ОН + КС1 + Н20. бензиловый спирт 6. При обработке толуола хлором в присутствии катализа- тора замещению подвергаются атомы водорода в положени- ях 2, 4, 6 бензольного кольца: 2,4,6-трихлортолуол Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Карбид кальция -» ацетилен -> бензол -> толуол -> бен- зойная кислота. 2. Метан -> ацетилен -> бензол -> бромбензол -> толу- ол -> 2,4,6-тринитротолуол.
6J7. Арены 439 3. Этилен -> этан -> 1,2-дибромэтан -> этин -> бензол -> -> гексахлорциклогексан. 4. Гексан -> пропан -> гексан -» бензол -» этил бензол -> -» стирол. 5. Этилен -> 1,2-дихлорэтан -> ацетилен -» бензол -> нит- робензол -> азот. 6. Бензол -> оксид углерода (IV) -^ карбонат кальция -> -> карбид кальция -> бензол -> циклогексан. 7. 1,6-дихлоргексан -> циклогексан -> бензол -» хлорбен- зол -> толуол -> оксид углерода (IV). 8. Пропан -» гексан -> циклогексан -> бромбензол -> ме- тилбензол -» бензилхлорид. q p p +Н20 + 2мольС2Н2,/°,кат. + HNO3/H2SO4,60 °C + 02(изб.),/° -> ... т. н3с-(сн2)4-сн3 +pt,450°c > + Н2 / Ni, t° ч + СН3С1/А1С13 1t г + СН3Вг/АШг3 ч 11. Бензол - —> + NaOH(p-p) ч + КМп04/Н + 12. Циклогексан +1 моль Вг2 (t°, /?v) Г, кат. + С2Н5С1/А1С13 ЗН2, + КОН (спирт) 13.C6H-COONa +Na0H(T)'f° ) + Вго / Fe v + СН3С1/А1С13 14. 1,3-Циклогександиен —г ;*ат' > +1 моль СЬ / hv -н2, + КОН (спирт) > - пропен/H + НВг
440 §37- Арены 15. Бензол решшия ) ... Е£=! > . замещения дегидрирования реакция полимеризации лс v реакция ч реакция v реакция 1о. А ' ... 7 ... ? тримеризации присоединения замещения -» хлорциклогексан. лп г- \л +H2C = CH2/H+ ч +1 мольBr2 (hv) ч 1/. с6н6 >... >... + KOH/H20 + H2SO4,180°C +НВг + КОН (спирт) 18. Гептан (1 моль) -> _;£ > А (аРен) 2MOJIbHN°3>/° > КМп04,/° 1 моль HC1 (р-р) 19. ПрОПИН H2Q,Hg2+,H+ ^ NaBH4 ) H3PQ4,/° ) .. с6н6,н* v ... 20. Этилбензол (1 моль) Вг2/ре > ... 1мольВг2»^ > ... КОН/Н20 . H2S04(kohu.) Вг2/СС14 . > "• 180°С •" > ••* 21. ТОЛУОЛ (1 МОЛЬ) ЗмольНЖ)3,/° ) ... КМп04,/° ) ... NaOH(T),/° Fe/НСНизб.) v NaOH(H36., H2Q) v — т ... ^ ... > ... Расчетные задачи ПРИМЕР 37-2.* Вычислите, какой объем этина (дм3, н.у.) потребуется для получения такой массы бензола (выход реак- ции 80 %), при бромировании которого (выход реакции 95 %) образуется бромоводород, который в реакции с нитратом се- ребра (I) даст осадок массой 20,0 г (выход реакции 100 %).
§_37. Арены 441 Решение Первый способ 1. Записываем уравнения всех трех реакций и проводим расчеты: z О, И моль ЗС2Н2 ^ > С6Нб; (37-1) 3 моль 1 моль у 0,112 моль С*Н6 + Вг2 ^ ) С6Н5Вг + НВг; (37-2) 1 моль 1 моль х 0,106 моль НВг + AgN03 ,Иоо% > AgBrl + HN03; (37-3) 1 моль 1 моль M(AgBr) = 188 г/моль; Vm = 22,4 дм3/моль; .. _ ч ra(AgBr) 20,0 . ... . . «(AgBr) = v &—- = —— = 0,106 (моль). 6 M(AgBr) 188 Из уравнения (37-3) следует: 0,106 1 1 Находим теоретическое химическое количество бромово- дорода: w(HBr)np„cr= 0,106 _ 106 //(НВг) щ 0,95 Из уравнения (37-2) следует: У = "(С6Н6)прает = ^р± = 0,112 (моль). Находим теоретическое химическое количество бензола: (Г о ч ffl(C6H6) 0,112 "(С6Н6)теор = р— = —— = 0,14 (моль). х = «(НВг)практ = -!—t = 0,106 (моль). w(HBr)Teop = '"^Г = — = ^ = 0,112 (моль).
442 §37. Арены Из уравнения (37-1) следует: z = л(С2Н2) = 9*1*2. = 0,42 (моль). Г(С2Н2) = л(С2Н2) • К = 0,42-22,4 = 9,41 (дм3). Второй способ (более рациональный) Из уравнений (37-1—37-3) видно: л(С6Н6) = л(НВг) = /j(AgBr) = 0,106 моль. Из уравнения (37-1) следует: "(С2Н2)пРакт = 3«(С6Н6) = 0,106-3 = 0,318 (моль). Тогда имеем (см. §7): ^(С2Н2)праст= 0,318 Л,-Л2-Лз 0,8-0,954 "(С2Н2)теор = v 2 2Jnp™ = ^ZZ ,=0,418 (моль); К(С2Н2) = л(С2Н2) • Vm = 0,418-22,4 = 9,36 (дм3). Данный результат точнее, чем полученный при решении задачи по первому способу, так как содержит меньшее число промежуточных вычислений с приближенными числами. Ответ: К(С2Н2) = 9,36 дм3. 1. При сжигании 0,92 г гомолога бензола получили С02, при пропускании которого через избыток известковой воды обра- зуется 7 г осадка. Определите формулу гомолога бензола. 2. При сжигания 3,9 г органического вещества, относи- тельная плотность паров которого по водороду 39, получено 13,2 г С02 и 2,7 г Н20. Установите формулу вещества. 3. Установите формулу УВ, при сгорании которого образу- ются углекислый газ и пары воды в объемном отношении 2:1, а относительная плотность паров вещества по водороду 39. 4. При действии брома на 78 г бензола получено 78 г бром- бензола. Чему равен выход бромбензола?
$37. Арены 443 5. При бромировании бензола получен бромоводород, об- разующий с нитратом серебра (I) 7,52 г осадка. Найдите мас- су продукта монобромирования бензола. 6. При хлорировании на свету бензола, полученного де- гидрированием 151 см3 циклогексана (р = 0,779 г/см3), полу- чили 300 г хлорпроизводного. Определите выход продукта. 7. Какая масса Мп02 в реакции с соляной кислотой нуж- на для получения хлора, необходимого для превращения в гексахлоран 9,75 см3 бензола (р =0,8 г/см3)? 8. При хлорировании 25,4 г бензола получили хлорбен- зол с выходом 82 %, а выделившийся при этом газ пропусти- ли в 100 г раствора гидрокарбоната натрия (w = 21 %). Най- дите объем полученного в последней реакции газа. 9. Газ, образовавшийся при получении бромбензола из 30 см3 бензола (р = 0,78 г/см3), пропустили в бензольный раствор 2-метилпропена. Найдите массу прореагировавшего алкена, если обе реакции протекают с выходом 80 %. 10. Бензол, полученный с выходом 80 % при дегидриро- вании 16,8 г циклогексана, был подвергнут нитрованию нит- рующей смесью. Какая масса нитробензола получена, если выход реакции нитрования 90 %? 11. Какой объем ацетилена нужно взять для получения та- кого количества бензола, при нитровании которого образу- ется 153,9 дм3 (р = 1,12 г/см3) нитробензола, если выход нит- робензола равен 80 %? 12. Какой объем бензола можно получить двухстадийным синтезом из 100 кг карбида кальция (массовая доля приме- сей 5 %), если выход на каждой стадии 90 %, а плотность бен- зола 0,8 г/см3? 13. При гидрировании 7,8 г бензола до циклогексана по- глотилось 3,36 дм3 (н.у.) водорода. Чему равен выход цикло- гексана?
444 ' §37. Арены 14. При гидрировании бензола до циклогексана масса по- глощенного водорода составила 6,15 % от массы исходного бензола. Найдите выход реакции гидрирования. 15. Реакция присоединения хлора к бензолу на свету про- текает с выходом 85 %. Найдите массу гексахлорана, получен- ного при обработке 1 моль бензола равной массой хлора. 16. При бромировании бензола в присутствии катализа- тора получен газ, который с избытком нитрата серебра (I) дает 4,70 г осадка. Какая масса бензола вступила в реакцию и какая масса бромбензола получена? 17. Газ, полученный при монобромировании 9 г бензола, полностью прореагировал с 2,24 дм3 (н.у.) пропена. Чему ра- вен выход реакции бромирования бензола? 18. Из метана объемом 1 м3 (н.у) в 2 стадии получили бензол с общим выходом 45 %. Другую партию бензола получили из гексана объемом 781,8 см3 (р = 0,66 г/см3) с выходом 52 %. В каком случае и на сколько масса полученного бензола больше? 19. Какой объем С2Н2 (н.у.) нужно пропустить над углеро- дом в присутствии катализатора с выходом продукта 80 %, чтобы после сгорания полученного вещества для поглоще- ния образовавшегося газа (н.у.) потребовалось 205 см3 раство- ра с w(NaOH) = 20 % (р = 1,22 г/см3) с образованием кислой соли? Какова масса этой соли? 20. Смесь паров бензола, этана и этилена имеет плотность 1,695 г/дм3. Такая смесь количеством 0,1 моль присоединяет 1,6 г брома, содержащегося в бромной воде. Найдите хими- ческие количества всех веществ в исходной смеси. 21. Для хлорирования 44,5 см3 бензола (р = 0,88 г/см3) в присутствии катализатора взяли 14 дм3 (н.у.) смеси хлора, во- дорода и хлороводорода. После реакции смесь полученных газов пропустили через избыток раствора иодида натрия и получили 12,7 г иода. Чему равна объемная доля хлора в ис- ходной смеси газов?
gJZ Арены 445 22. Относительная плотность по озону газовой смеси, со- стоящей из паров бензола и водорода, равна 0,2, а после ре- акции между бензолом и водородом стала равной 0,25. Оп- ределите объемную долю циклогексана в конечной смеси и степень превращения бензола в циклогексан. 23.* При полном сгорании 34,6 г смеси двух гомологов бен- зола, отличающихся по составу на один атом С, получили воду массой 30,6 г. Установите молекулярные формулы аре- нов и их массы. 24. Смесь бензола, циклогексана и циклогексена, реаги- руя с бромной водой, присоединяет 16 г Вгг При дегидриро- вании данной смеси образуются 0,5 моль бензола и Н2. От- ношение химического количества Н2, образовавшегося при дегидрировании смеси, к химическому количеству Н2, необ- ходимого для полного гидрирования исходной смеси (обра- зуется циклогексан), равно 8 :7. Определите химическое ко- личество бензола в исходной смеси. 25. Смесь бензола и стирола прореагировала с бромной водой массой 320 г с w(Br2) = 4 %. При сгорании такой же массы смеси УВ образовался С02 объемом 35 дм3 (н.у). Най- дите массовую долю бензола в смеси УВ. 26. Смесь циклогексена и бензола массой 5 г полностью реагирует с бромной водой массой 140 г с w(Br2) = 4 %. Най- дите массу воды, которая образуется при полном сжигании 15 г смеси УВ. 27. Раствор изопрена и пентина-2 в толуоле общей массой 4,56 г может присоединить 12,8 г брома. Вычислите массо- вую долю толуола в исходном растворе. 28. Смесь циклогексена и циклогексана может обесцве- тить 320 г раствора брома в СС14 с w(Br2) = 10 %. При полном дегидрировании смеси с образованием бензола выделяется водород объемом 22,4 дм3 (н.у). Определите массовую долю Циклогексана в исходной смеси УВ.
446 §37. Арены 29.* В смеси этана и бензола массовая доля атомов водорода равна 14,37 %. Укажите массовую долю (%) бензола в смеси. 30. Нитропроизводное массой 6,85 г было получено при нитровании гомолога бензола массой 4,6 г. Установите гомо- лог бензола. Ответы 1. С7Н8. 2. С6Н6. 3. С6Н6. 4. 49,7 %. 5. 6,28 г. 6. 73,9 %. 7. 26,1 г. 8. 5,6 дм3. 9. 10,75 г. 10. 17,71 г. 11. 117,6 м3.12. 39,9 дм3.13. 50 %. 14. 80 %. 15. 90,6 %. 16.1,95 г С6Н6 и 3,93 г С6Н5Вг. 17.87 %. 18. Больше из СН4 на 17,8 г. 19.70 дм3; 105 г. 20.0,073 моль С2Н6; 0,01 моль С2Н4 и 0,017 моль С6Н6.21.88 %. 22.8,34 % С6Н12; 66,7 %. 23.10,6 г С8Н10; 24,0 г С9Н12.24.0,2 моль 25. 59,04%. 26.13,878 г. 27. 40,4 %. 28. 50,6 %. 29. 45,74 %. 30. Толуол.
§ 38. Насыщенные одноатомные 0tf%) 1 спирты (алканолы). Простые эфиры '■ид. Химические свойства насыщенных одноатомных спиртов рассмотрим на следующем примере. ПРИМЕР 38-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакции: Оксид углерода (II) L_^ метанол —L_» бромметан L_> !_)> этан ±-> этанол 1_> этен —<L_» этанол Z_> Z_> диэтиловый эфир. Решение 1. Гидрированием оксида углерода (II) получаем метанол: СО + 2Н2 zno,,y > СН3ОН. метанол 2. Спирты вступают в реакцию замещения с галогеново- дородами, образуя галогеналканы: СН3ОН + НВг -> СН3Вг + Н20. бромэтан 3. Проводим реакцию Вюрца: 2CH3Br + 2Na <° > С2Н6 + 2NaBr. этан 4. Переход осуществляем в две стадии: а) хлорируем этан: С2Н6 + С12 *" > С2Н5С1 + НС1. хлорэтан
448 § 38. Насыщенные одноатомные спирты (алканолы) б) обрабатываем хлороэтан водным раствором щелочи: С2Н5С1 + КОН н?° > С2Н5ОН + КС1 + Н20. этанол 5. При нагревании алканолов с водоотнимающими веще- ствами образуются алкены: С2Н5ОН H2so4j7o°c > С2Н4 + Н20. этен 6. При гидратации алкенов образуются спирты: С2Н4 + Н20 h2so4>2o°c ) С2Н5ОН. 7. В реакциях алканолов с серной кислотой при темпера- туре, меньшей 140 °С, образуются простые эфиры (межмо- лекулярная гидратация): 2С2Н5ОН H2so4,i30'c > С2Н5 - О - С2Н5 + Н20. диэтиловый эфир Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Ацетат натрия -» ацетилен -> этанол -> ацетальдегид -> -> этилат натрия -» этанол. 2. Кальций -> ацетилен -> этанол -> бутан -> этанол -> -> диэтиловый эфир. 3. Этин -> этанол -» оксид углерода (II) -> метанол -> -> диметиловый эфир -> оксид углерода (IV). 4. Пропан -> 1-хлорпропан -> пропанол-1 -> гексан -> -> пропанол-2 -> изопропилат калия. 5. Пропен -> пропанол-2 -> 2-хлорпропан -» пропен -> -> 1-бромпропан -> пропанол-1. 6. Метан -> этан -> хлорэтан -> этанол -> бутадиен-1,3 -> -> 1,2,3,4-тетрабромбутан. п ги +1500°С ч +Н,/Pt ч + Н.О/Н+ V /. L^ll, 7 ... > ... 7 ... + Na +HC1 о ^rj +1мольС12(/гу) + Ыа(изб.) +1мольС12 jhv) + NaOH(H2Q) +H2SQ4 (конц.), 170 °C
Простые эфиры 449 О этан +1мольС12(/лО +Na(H36.) ^ Л кат. ^ _ н^ + H2Q/H+ > +HC1 > +КОН/Н20 . +СиО,/° 1Л - ^ +NaOH(H,0) v + Na v + H>0 v 10.2-бромпропан 2 )... >... *—> ... + H2S04(kohu.), 140°C + 02(изб.),/° 1t^ +1мольС12(Лу) v +NaOH/H20 v 11.Толуол 2 ) ... l—> ... + CH3COOH/H+ + CuO,/° v + HC1 12. Циклопентан +1мольС12^ ) ... +Na0H(crmpT) ) + KMn04(H2Q,5°C) + НВг(изб.) i о ^ + КОН /H?0 + H?S04 (конц.), 180°C v 13.2-хлорпропан - ^—> ... —— > + С12/СС14 + КОН (изб., спирт) 14. ПрОПаНОЛ-1 + А12О3,400°С ) _ + HBr > _ + KOH/H>0 v + А12О3,400°С v + Br2/CCl4 v ••• ■—> — — > — - ±—» — 15.СН^^СН СН3ОН,кат. > H2>Ni > _ 02 (изб.),/° ) _ 16. АЛЛИЛОВЫЙ СПИРТ H2>Ni > ... НВг > ... КОН/спирт > ... с6н6,н+ > _ Расчетные задачи Установление формул алканолов ПРИМЕР 38-2. Определите молекулярную формулу на- сыщенного одноатомного спирта, если известно, что при вза- имодействии 7,2 г его с натрием выделяется водород в коли- честве, достаточном для полного гидрирования 1,344 дм3 (н.у.) этена. 15 Зяь- -\АЧ\
450 § 38. Насыщенные одноатомные спирты (алканолы) Решение Записываем уравнения химических реакций и проводим расчеты: у 0,06 моль 2СиНь+1ОН + 2Na -4 2C/)H2n+1ONa + Н/Г. (38-1) 2 моль 1 моль 0,06 моль х С2Н4+Н2^н^С2Н6. (38-2) 1 МОЛЬ 1 МОЛЬ ,_ „ ч V(C2H4) 1,344 А л. . . и(С,Нд) = 2 4 = = 0,06 (моль). Ут 22,4 Из уравнения (38-2) следует: Л(Н2) = х = ^-^ = 0,06 (моль). Из уравнения (38-1) находим: у = n(C„H2w+1OH) = ^^ = 0,12 (моль). Находим молярную массу спирта: М (С„Н2я+1ОН) = ^ffi^nm = ^ = 60 (г/моль). "(С„Н2я+1ОН) 0,12 Учитывая, что Мг(СлН2л+1ОН) = 12/1 + 2и + 16 + 1 = 14л + 18,' имеем: 14л + 18 = 60; я = 3. Молекулярная формула спирта С3Н7ОН (С3Н80). Ответ: Л/Ф(С(1Н2(1+1ОН) = С3Н7ОН. 1. Алкен массой 10,5 г, полученный из некоторого спир- та, может присоединить 40 г брома. Установите формулу спирта.
Простые эфиры 451 2. Из 8,96 дм3 (н.у.) алкена с выходом 75 % получено 18 г спирта. Установите формулы спирта и алкена. 3. Определите строение третичного алканола, при дегид- ратации 64,8 см3 (р = 0,8 г/см3) которого получили 39,2 г ал- кена. 4. При дегидратации вторичного спирта с выходом 80 % получено 201,6 г алкена, а при взаимодействии такой же мас- сы спирта с избытком натрия с выходом 100 % выделяется 67,2 дм3 (н.у.) водорода. Что это за спирт? 5. При взаимодействии алканола с НВг образуется вторич- ный бромалкан, а при действии избытка натрия на то же ко- личество спирта выделяется водород, которого достаточно для полного гидрирования 2,24 дм3 (н.у.) дивинила. Что это за спирт, если его было взято 30 см3 (р = 0,8 г/см3)? 6. При межмолекулярной дегидратации алканола образу- ется 7,4 г простого эфира, а при внутримолекулярной дегид- ратации — алкен, который может присоединить 4,48 дм3 (н.у.) хлора. Установите формулу спирта. 7. При дегидратации алканола выделяется газообразный алкен, объем которого в 3 раза меньше объема С02, получен- ного при сжигании такой же массы спирта. Какова формула спирта? 8. При сжигании алканола объем полученного С02 в 8 раз больше объема водорода, выделившегося при действии на алканол избытка натрия. Что это за спирт, если он содержит три метальные группы? 9. Какова формула алканола, если при его сжигании образу- ются С02 и Н20 в мольном отношении соответственно 5 : 6? 10. На сжигание органического вещества потребовалось 3,36 дм3 (н.у.) кислорода, а после реакции получено 2,24 дм3 (н.у.) С02 и 3,6 г Н20. Плотность паров вещества 1,43 г/дм3. Ус- тановите его формулу.
452 § 38- Насыщенные одноатомные спирты (алканолы) 11. При взаимодействии алканола с избытком натрия об- разовался алкоголят с массовой долей натрия в нем 0,2805. Какова формула спирта? 12. При сгорании алканола образовалось 2 моль С02, а при взаимодействии такого же количества спирта с избытком Na выделилось 5,6 дм3 (н.у) Н2. Определите формулу спирта. 13. При взаимодействии алканола с избытком Na выдели- лось 11,2 дм3 (н.у.) Н2 и образовалось 82 г алкоголята натрия. Установите формулу спирта. 14. Калий массой 4,68 г растворили в 100 см3 алканола (р = 0,792 г/см3), получив раствор с массовой долей алкого- лята 10,03 %. Установите формулу спирта. 15. Массовая доля кислорода в алканоле 21,62 %. Назови- те первичные спирты, удовлетворяющие этим данным. 16. В водном растворе с массовой долей алканола 40 % со- отношение между числами молекул воды и спирта составля- ет соответственно 8:3. Установите формулу спирта. 17. При взаимодействии равных химических количеств двух алканолов образовались три простых эфира массой 18 г и 0,3 моль Н20. Определите число атомов Н в молекуле более легкого спирта. 18. При дегидратации 22,2 г алканола получили смесь двух изомеров в мольном соотношении 1 : 9. Масса побочного продукта равна 1,68 г. Назовите алканол. 19.* Порция алканола массой 3,0 г содержит 10,234 • 1023 электронов. Найдите молекулярную формулу алканола. 20. При межмолекулярной дегидратации двух соседних по гомолологическому ряду алканолов выделилось 10,8 г Н20 и образовалось 36 г смеси простых эфиров. Что это за спирты? 21. Вещество состоит из элементов С, Н и О. При полном сгорании некоторой его массы расходуется 3,36 дм3 (н.у.) 02,
Простые эфиры 453 получено 4,4 г С02 и 2,7 г Н20. Такая же масса вещества полно- стью реагирует с Na массой 1,15г. Укажите формулу вещества. Ответы 1. С3Н7ОН. 2. С3Н7ОН; С3Н6. 3. 2-метилпропанол-2. 4. Пропанол-2. 5. Пропанол-2. 6. Этанол. 7. С3Н7ОН. 8. 2-метилпропанол-2. 9. С.НпОН. 10. СН3ОН. 11. Сз^ОН. 12. С4Н9ОН. 13. С3Н7ОН. 14. СН3ОН. 15. Бутанол-1 и 2-метилпропанол-1. 16. СН3ОН. 17. 4 атома. 18. Бутанол-2. 19. С3Н80. 20. Метанол и этанол. 21. С2Н5ОН.
§ 39. Алканолы: Комбинированные задачи ПРИМЕР 39-1. Определите массу газа, полученного при взаимодействии 47,8 г натрия с водным раствором этанола массой 90 г с массовой долей спирта 95 %. Решение Учитывая, что натрий реагирует как с водой, так и со спир- том, записываем два уравнения реакции: 2С2Н5ОН + 2Na -> C2H5ONa + H2t; (39-1) 2Н20 + 2Na -> 2NaOH + H2t. (39-2) M(Na) = 23 г/моль; M(H20) = 18 г/моль; M(C2H5OH) = 46 г/моль; M(H2) = 2 г/моль. Находим: /и(С2Н5ОН) = m(p-pa C2H5OH) • w(C2H5OH) = = 90 • 0,96 = 86,4 (г); „(С2Н5ОН) = ^ЩОН1 = 8М = 25 Л/(С2Н5ОН) 46 /и(Н20) = /я(р-ра С2Н5ОН) - /и(С2Н5ОН) = = 90 - 86,4 = 3,6 (г); и(Н2О) = ^^ = М = 0,2(моль); 2 М(Н20) 18
§_39.Алканолы 455 /-кт ч /H(Na) 47,8 . л„0 , w(Na) = —-—L = —— = 2,078 (моль). M(Na) 23 Из уравнений (39-1) и (39-2) видно, что /i(Na) = /f(H20) + л(С2Н5ОН) = = 1,878 + 0,2 = 2,078 (моль). Таким образом, весь Na вступил в реакцию полностью, также прореагировали спирт и вода. Из уравнений (39-1) и (39-2) следует: *(H2) = ±n(Na) или ^ Л(Н2) = |[Л(Н20) + Л(С2Н5ОН)]. Находим: я(Н2) = --2,078 = 1,039 (моль); т(Н2) = л(Н2) • Af(H2) = 1,039 • 2 = 2,078 (г). Ответ: т(Н2) = 2,078 г. 1. Какую массу полиэтилена можно получить из 100 дм3 этанола (р = 0,78 г/см3) при выходе 70 %? 2. Смесь первых двух членов гомологического ряда алка- нолов обработали натрием и получили 8,96 дм3 (н.у.) газа. При обработке такой же массы спиртов избытком НВг получили 78,8 г алкилбромидов. Найдите массы спиртов в смеси. 3.* Определите массовую долю метанола в водном раство- ре, содержащем 7,224-1023 атомов Н и 3,01-1023 атомов О. 4. При дегидратации смеси этанола и пропанола-1 выде- лилось 8,96 дм3 (н.у.) газа, а при окислении того же количе- ства спиртов получили 20,12 г смеси альдегидов. Каковы мас- сы спиртов в исходной смеси? 5. Какую массу калия надо добавить к 240 г раствора эти- лата калия в этаноле, чтобы массовая доля алкоголята, рав- ная 4 %, возросла в 2 раза?
456 § 39. Алканолы 6. При дегидратации смеси этанола и пропанола получи- ли 18 г воды и 35 г смеси алкенов. Определите массу этанола в смеси. 7. При нагревании 23 г этанола в присутствии катализато- ра получили 17,6 г смеси различных органических продук- тов. Какую массу бромной воды с w(Br2) = 4,0 % может обес- цветить эта смесь? 8. К смеси этанола и пропанола-1 массой 16,6 г добавили избыток натрия. Полученный газ смешали с аргоном объе- мом 4,48 дм3 (н.у.) и получили смесь с относительной плот- ностью по воздуху 0,818. Найдите массовые доли спиртов в исходной смеси. 9. Имеется 10 дм3 (н.у.) смеси метаналя и водорода с отно- сительной плотностью по воздуху 0,793. К продукту, полу- ченному с выходом 100 % после реакции между метаналем и водородом, добавили 4,6 г натрия. Чему равен объем полу- ченного при этом газа? 10. Какой объем 100 %-ного этанола (р = 0,8 г/см3) нужен для получения дивинила с выходом 75 %, если выделяющего- ся при этом водорода достаточно для гидрирования 5,376 дм3 (н.у.) этилена? 11. Какие массы натрия и этанола нужно взять для приго- товления 400 г спиртового раствора с массовой долей этила- та натрия 8,5 %? 12. Этанол объемом 250 см3 (р = 0,8 г/см3), в котором мас- совая доля воды 4,5 %, реагирует с избытком натрия. Чему равен объем выделившегося водорода (н.у)? 13. Из 4 г технического карбида кальция можно полу- чать 1,12 дм3 (н.у.) газа. Какую массу такого карбида кальция надо взять для получения 240 г раствора этанола в воде с мас- совой долей воды 6 %? 14. Какую массу бутадиена-1,3 можно получить из 230 дм3 этанола (р = 0,8 кг/дм3), если массовая доля этанола 95 %, а выход продукта равен 60 %?
$39.Алканолы __ 457 15. Смесь метанола и этанола общей массой 11 г пропус- тили над 32 г оксида меди (II), при этом 8 г оксида не проре- агировало. Найдите массовую долю метанола в смеси. 16. Газ, полученный при сжигании 21,2 г смеси этанола и пропанола-1, поглощен с образованием средней соли 200,5 см3 раствора NaOH (w = 30 %, р = 1,33 г/см3). Найдите массовую долю этанола в исходной смеси. 17. При дегидратации пропанола-2 получили пропен, ко- торый обесцвечивает 200 г бромной воды с w(Br2) = 3,32 %. Определите массу взятого для реакции спирта. 18. Газ, выделившийся при получении бромбензола из 15 см3 бензола (р = 0,78 г/см3), ввели в реакцию с 4,48 дм3 (н.у.) 2-метилпропена. Продукт этой реакции нагрели с водным ра- створом КОН. Учитывая, что выход бромбензола равен 80 %, определите состав и массу продукта реакции с КОН. 19. В водном растворе этанола массовая доля спирта рав- на 96 %. Обезвоживание достигается добавлением СаО. Ка- кую массу СаО нужно взять для обезвоживания 450 см3 та- кого спирта (р = 0,8 г/см3)? 20. При действии 95 г водного раствора этанола на избы- ток натрия выделился газ, на сжигание которого нужно 25,2 дм3 (н.у.) кислорода. Найдите массы этилена и воды, не- обходимые для получения указанной массы водного раство- ра этанола. 21. Вычислите массовые доли веществ в растворе, полу- ченном при добавлении 1,00 г Н20 к 75,0 г раствора этилата натрия в воде с массовой долей алкоголята 6,00 %. Ответы 1. 32,3 кг. 2. 9,2 г СН3ОН; 9,2 г С2Н2ОН. 3. 0,77 %. 4. 0,12 г этанола; 10,8 г пропанола-1.5. ,62 г. 6. 3 г. 7.00 г. 8.7,7 % этанол; 72,3 % пропанол-1.9. ,24 дм3. Ю. 36,8 см3.11. 11,5 г Na; 389 г СД.ОН. 12. 52,1 дм3.13. 392,3 г. 14. 61,56 кг. 15. 58,4 %. 16. 43,4 %. 17. 2,49 г. 18. 8,88 г 2-метилпропанола-2. 19. 44,8 г. 20. 14 г и 81 г. 21. 2,92 % NaOH; 0,951 % C2H5ONa; 96,1 % С2Н5ОН.
§ 40. Многоатомные насыщенные спирты Особенности химических свойств и методов получения насыщенных многоатомных спиртов рассмотрим на приме- ре следующей цепочки химических превращений. ПРИМЕР 40-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакции: Этен —L_> 1,2-этандиол —L_> 1,2-дибромэтан —L_» L_» этиленгликоль —L_» щавелевая кислота. Решение 1. Окисляем этен холодным водным раствором перманга- ната калия: СН2 = СН2 + [О] + Н20 5°с'КМп0^ Сн2 - СН2. I I он он 1,2-этандиол (этиленгликоль) 2. Подобно насыщенным одноатомным спиртам много- атомные насыщенные спирты вступают в реакцию замеще- ния с галогеноводородами: СН2 ~ СН2 + 2НВг *- СН2 ~ СН2 + 2Н20. II II ОН ОН Br Br 1,2-дибромэтан
6 40. Многоатомные насыщенные спирты 459 3. При взаимодействии дигалогеналканов с водным ра- створом щелочи образуются двухатомные спирты: СН2 - СН2 + 2NaOH Нз° » I I Br Br Н2° » СН2 - СН2 + 2NaBr + 2Н20. I I ОН ОН этиленгликоль 4. Каталитическим окислением этиленгликоля можно получить щавелевую кислоту: СН2 - СН2 + 202 Лкат- > ^ С - С + 2Н20. || НО ОН ОН ОН щавелевая кислота Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Карбонат кальция -> этин -> этанол -> бутен-2 -> -> 2,3-бутандиол -» 2,3-дибромбутан. 2. Этан -> бутан -> бутен-1 -> 1,2-дибромбутан -» 1,2-бу- тандиол -> 1,2-дихлорбутан. 3. Метан -> 1,2-дибромэтан -» этиленгликоль -> U 2-хлорэтанол -> 1,2-дихлорэтан -> ацетилен -> бензол. 4. 1,2,3-трибромпропан -» глицерин -> тринитроглицерин-> L> глицерат натрия -> азот. Расчетные задачи ПРИМЕР 40-2. Назовите алкен, для бромирования 0,112 г которого необходимо 0,32 г брома, а при окислении этого
460 § 40. Многоатомные насыщенные спирты алкена водным раствором перманганата калия образуется двухатомный насыщенный симметричный спирт. Решение Записываем уравнения химических реакций и проводим расчеты: х 0,002 моль СЛ. + Вг2 -> С^Вг,; (40-1) 1 МОЛЬ 1 МОЛЬ C„Hto + [О] + Н20 ™*>« ) СяН2л(ОН)2. (40-2) М(Вт2) = 160 г/моль; М(СйН2л) = 14и г/моль; и(Вг2) = -^)- = ^ = 0,002 (моль). М(Вг2) 160 Из уравнения (40-1) следует: х = tt(CnH2„) = °'°02'1 = 0,002 (моль). Находим молярную массу алкена и его формулу: 1//птт ч т(СиН,и) 0,112 сг , . М(СпН2п)= ; н ч=7П^ = 56 (г/моль); w(CnH2„) 0,002 14л = 56; я = 4. Такому значению числа атомов углерода в молекуле отве- чают четыре алкена (с учетом цис-, транс-томерии), одна- ко симметричный двухатомный спирт в реакции (40-2) об- разуется только при окислении бутена-2. г^-, тт ^ КМп04 сн3- сн = сн - сн3 + [О] + н2о и* бутен-2
§ 40. Многоатомные насыщенные спирты 461 КМп04 12 3 4 сн3- сн - сн - сн3. I I он он 2,3-бутандиол Ответ: бутен-2. 1. Какое органическое вещество и в каком объеме (н.у.) следует пропустить через водный раствор КМп04, чтобы по- лучить 15,5 г простейшего двухатомного спирта? 2. При обработке 11,2 г алкена водным раствором КМп04 по- лучили 18,0 г диола симметричного строения. Что это за алкен? 3. При обработке 10,5 г алкена водным раствором КМп04 получили 15,2 г диола. При реакции этого спирта с избыт- ком натрия выделяется 4,48 дм3 (н.у) газа. Определите стро- ение спирта и его выход в первой реакции. 4. Вещество, полученное присоединением 6,72 дм3 (н.у.) хлора к алкену, в водном растворе щелочи превращается в насыщенный двухатомный спирт массой 22,8 г. Определите формулу алкена. 5. При пропускании 3,78 г смеси этена и пропена через избыток водного раствора КМп04 была получена смесь спир- тов, которая после полного удаления воды с избытком калия образует 2,69 дм3 газа (н.у). Определите суммарную массу полученных алкоголятов. 6. Соединение химическим количеством 0,2 моль при ре- акции с избытком натрия выделяет 4,48 дм3 (н. у.) водорода. Это же соединение массой 6,20 г при взаимодействии с равным химическим количеством НС1 образует 8,05 г орга- нического вещества, содержащего 1 атом кислорода на 1 атом хлора. Что это за вещество? 7. При добавлении избытка натрия к 21,82 г смеси метано- ла, этанола и глицерина выделилось 7,178 дм3 (н.у.) водорода.
462 § 40. Многоатомные насыщенные спирты Из такого же количества исходной смеси, используя HN03, можно получить 27,24 г вещества, являющегося основой ди- намита. Определите массы веществ в исходной смеси. 8. Газ, полученный при взаимодействии избытка этилен- гликоля с 2,3 г натрия, прореагировал с 4,48 дм3 (н.у.) оксида углерода (II) в присутствии катализатора. Определите массу полученного в последней реакции спирта. 9. При взаимодействии 31 г насыщенного двухатомного спирта с избытком натрия выделилось 11,2 дм3 (н.у.) газа. Что это за спирт? 10. При взаимодействии 0,2 моль спирта с избытком на- трия выделилось 4,48 дм3 (н.у.) газа. При сгорании 6,2 г спирта получено 8,8 г С02. Определите формулу спирта. 11. При взаимодействии 0,2 моль спирта с избытком на- трия вьщелилось 6,72 дм3 (н.у.) Н2, а при сгорании 9,2 г этого спирта образовалось 13,2 г С02. Что это за спирт? 12. Смесь равных химических количеств этанола и глице- рина полностью прореагировала с натрием. Выделившегося водорода хватает для гидрирования 14 дм3 (н.у.) смеси этиле- на с бутадиеном-1,3, в котором объемная доля этилена 80 %. Найдите массы спиртов в исходной смеси. Ответы 1. 5,6 дм3 СН4. 2. Бутен-2. 3. Пропандиол-1,2; 80 %. 4. С3Н6. 5. 17,0 г. 6. Этиленгликоль. 7.11,04 г глицерина; 5,98 г этанола; 4,8 г метанола. 8. 0,8 г. 9. Этиленгликоль. 10. С2Н4(ОН)2. 11. Глицерин. 12. 17,25 г С2Н5ОН и 34,5 г глицерина.
§ 41. Фенол Особенности химических свойств фенола и способов его получения рассмотрим на примере следующей цепочки хи- мических превращений. ПРИМЕР 41-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакции: 1-хлорпропан —L_» гексан —L_> циклогексан —!_» —L_> бензол —1_> фенол !_> фенолят калия 1_> фенол I—7—+ 2,4,6-трихлорфенол. Решение 1. Проводим реакцию Вюрца: 2СН3СН2СН2С1 + 2Na —^ 1-хлорпропан —^ 2СН3СН2СН2СН2СН2СН3 + 2NaCL гексан 2. При дегидроциклизации гексана образуется циклогексан: СН2 Н2С^ \СН2 СН3(СН2)4СН3 л» > Н2 + | | Н2С\^СН2 сн2 циклогексан
464 § 41. Фенол 3. Дегидрированием циклогексана получаем бензол: СН2 н2с/ \сн2 I I Н2С\^СН2 сн, сн НС^\СН -> зн2 + нс^^сн сн бензол 4. Из бензола фенол можно получить тремя способами: способ 1 а) ,С1 + С12 '*'«"•• ) + НС1; хлорбензол .С1 б) + NaOH t , p, кат. г^^ГОЯ Ч^ + NaCl. Ч^ способ 2 ■ СН-, а) СН,- СН = СН, -*JL СН СН, пропен ЧУ изопропилбензол (кумол) . CKL б) -СН сн ЧУ з + О, ЧУ сн, СН-0 -О -Н сн, гидропероксид кумола
$ 41. Фенол 465 сн, в) ^\^СН - О - О - Н ч^ H2SQ4 сн, он + сн3-с- сн3. II о ацетон способ 3 ОН + Н202 _*!_» Ч^ + н2о. 5. Подобно спиртам, фенол реагирует с активными метал- лами; в отличие от спиртов фенол реагирует с водными ра- створами щелочей: .ОН .ONa + NaOH Нг° > ^^ фенолят натрия + н2о или ОН ONa + 2Na ■*- 2 "^У ч>^ + H9f 6. Фенол — слабая кислота (слабее угольной) и легко вы- тесняется из фенолятов минеральными кислотами:
466 §41. Фенол .ONa ЧУ + Н20 + С02 Чх + NaHCO, 7. Фенол легко бромируется и хлорируется водными ра- створами брома или хлора; замещению подвергаются атомы водорода в положениях 2, 4, 6 бензольного кольца: С1 ОН + ЗС1, "з° ) ci-^-^ci 2,4,6-трихлорфенол + НС1. Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Ацетат натрия -» метан -> ацетилен -> хлорбензол -> -> фенолят натрия -» фенол. 2. Карбид кальция -» этин -» бензол -» кумол -> фенол -> -> 2,4,6-трибромфенол. 3. Этанол -> этилен -> ацетилен -» бромбензол -> -> фенол -> пикриновая кислота. 4. Пропан -> гексан -> бензол -> фенол -> фенолят калия -» -»2,4,6-трибромфенол. 5. Гексан -> циклогексан -> бензол -» фенол -> фенолят натрия -> гидрокарбонат натрия. 6. БеНЗОЛ +Br*/Fe ) ... +NaOH(H20,'<» ) + NaOH(H2Q) + НС1 ——+...— \ + Na + CQ2+H2Q ■> ... +ЗмольН2/ЫЬг° +1мольНСНО ■>... 7. Циклогексан +1 моль °2 f hv > ... +К0Н(спирт) /°,кат. + СН3СН = СН2 /Н+ ч + 02,кат. * .. - 2мольН2 + H2SQ4 (50 %)
££7. Фенол 467 л ^ +С1,/Fe v +2моль№ОН(Г°,/>) v +HC1 v 8. Бензол s > ... > ... > ... + HN03/H2S04 +Na2CQ3 Расчетные задачи ПРИМЕР 41-2. Раствор фенола в воде массой 20 г нейтрали- зовали раствором КОН объемом 6,25 см3 (плотность 1,4 г/см3) с массовой долей щелочи 40 %. Какая масса бромной воды с массовой долей брома 2 % может прореагировать с такой же массой раствора фенола в воде? Решение Записываем уравнения реакций и проводим расчеты: х 0,0625 моль С6Н5ОН + КОН -> С6Н5ОК + Н20; (41-1) 1 моль 1 моль 0,0625 моль у С6Н5ОН +3Br2 -> C6H2Br3OHl + ЗНВг. (41-2) 1 моль 3 моль М(КОН) = 56 г/моль; М(Вг2) = 160 г/моль; т(р-ра КОН) = F(p-pa КОН) -р = 6,25 • 1,4 = 8,75 (г); т(КОН) = м(р-ра КОН) • iv(KOH) = 8,75 • 0,4 = 3,5 (г); = ЧКОЩ =315 = Ш5 М(КОН) 56 Из уравнения (41-1) следует: х = и(С6Н5ОН) = 0?°625'1 = 0,0625 (моль). Из уравнения (41-2) следует: у = п(Вг2) = °'°625'3 = 0,1875 (моль). Находим: m(Br2) = л(Вг2) -М(Вг2) = 0,1875 • 160 = 30 (г);
468 §4J- Фен(ы «(„.^-^.-^.ISOOW. w(Br2) 0,02 Ответ: w(p-pa Br2) = 1500 r. 1. Имеется смесь этанола и фенола. К одной половине смеси добавили избыток натрия и получили 672 см3 (н.у.) во- дорода, а к другой прилили избыток бромной воды и полу- чили 6,62 г осадка. Определите массовые доли веществ в ис- ходной смеси. 2. Для нейтрализации смеси этанола и фенола нужно 25 см3 раствора КОН (w = 40 %, р = 1,4 г/см3). При обработке исход- ной смеси избытком натрия получено 6,72 дм3 газа (н.у). Опре- делите массовые доли компонентов в исходной смеси. 3. На нейтрализацию 50 г спиртового раствора фенола затрачено 98 см3 раствора NaOH (w = 2,25 %, р = 1,02 г/см3). Чему равна массовая доля фенола в смеси? 4. При добавлении избытка бромной воды к 6,48 г раство- ра фенола в этаноле образовалось 6,62 г осадка. Какая масса натрия может прореагировать с исходным раствором? 5. Какой объем раствора фенола в бензоле с м>(фенола) = 9,4% (р = 0,9 г/см3) должен прореагировать с натрием, чтобы по- лученного водорода хватило на полное гидрирование 1,12 дм3 (н.у.) ацетилена? 6. Бензольный раствор фенола массой 20 г обработали из- бытком водного раствора КОН, после чего водный слой отде- лили. При обработке оставшегося вещества бромом в присут- ствии катализатора получили 15,7 г монобромида с выходом 50 %. Найдите массы фенола и бензола в исходной смеси. 7. Смесь гомолога бензола и фенола общей массой 14 г обработали бромной водой, выпало 33,1 г осадка. Установи- те гомолог бензола, если в смеси его химическое количество равно 0,05 моль. 8. Смесь фенола и гомолога бензола общей массой 14,7 г обработали избытком бромной воды и получили 33,1 г осадка.
Чнол 469 11. При действии на бензольный раствор фенола избытка бромной воды выпало 99,3 г осадка, а при сгорании такой же массы исходной смеси выделилось 67,2 дм3 газа (н.у.). Най- дите массовую долю фенола в исходной смеси. 12. Из 135 г хлорбензола в две стадии получили 153,9 г пикриновой кислоты. Определите выход продукта на второй стадии, если на первой он равен 80 %. 13. Смесь стирола и фенола может присоединить 1,8 г Н20 и вступить в реакцию с 64,0 г раствора с w(NaOH) = 12,5 %. Вычислите массы веществ в исходной смеси. 14. Фенол массой 28,2 г нагрели с избытком формальде- гида в присутствии кислоты и получили воду массой 5,116 г. Определите среднюю молярную массу полученного полиме- ра, считая, что реакция поликонденсации протекает только линейно и весь фенол прореагировал. 15. Через 50 г раствора фенолята натрия пропустили избы- ток С02. Сухой остаток, полученный после удаления воды, обработали смесью хлороводородной и бромоводородной кислот, при этом выделился газ объемом (н.у.) 193 см3. Вычис- лите массовую долю фенолята натрия в исходном растворе. Ответы 1. 49,5 % С2Н5ОН; 50,5 % С6Н5ОН. 2. 40,6 % этанол; 59,4 % фенол. 3-10,6 %. 4.2,76 г. 5.222 см3.6.4,4 г фенола и 15,6 г бензола. 7. С7Н8 (толуол). 8- С8Н10. 9. 15 г. 10. 29,2 дм3. 11. 64,4 %. 12. 70 %. 13. 18,8 г фенола; 10,4 г стирола. 14.2002 г/моль. 15. 2,00 %.
§ 42. Альдегиды Особенности химических свойств альдегидов и способов их получения рассмотрим на примере следующей цепочки химических превращений. ПРИМЕР 41-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакции: 2 v 1-хлорпропан L-» пропанол-1 < ; 2 v < ? пропаналь —1_> пропановая кислота. Решение 1. Пропанол-1 получаем взаимодействием 1-хлорпропана и водного раствора щелочи: СН3СН2СН2С1 + NaOH н2° > СН3СН2СН2ОН + NaCl. 1 -хлорпропан пропанол-1 2. Окислением пропанола-1 получаем альдегид: О СН3СН2СН2ОН + СиО '° > СН3СН2 - С + Си + Н20 . н пропаналь 3. Спирт получаем восстановлением альдегида: сн3сн2- с. ЦА1Н< ) сн3сн2сн2он. н
§42.Альдегиды 471 4. Окислением альдегида получаем соответствующую кар- боновую кислоту: СН3- СН2 - С. + Ag20 """^ > Н *° ^миачн-р-р > 2Ag 1 + СН3 - СН2 ~ С ОН пропановая кислота Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Метан -> ацетилен -» этаналь -> этанол -> этилен -> -» уксусный альдегид. 2. Ацетальдегид -> этанол -> этилбромид -» этанол -> ->этаналь -» диэтиловый эфир. 3. Оксид углерода (II) -> метаналь -» оксид углерода (IV)-> -» метанол -> формальдегид -» муравьиная кислота. 4. Карбонат кальция -> карбид кальция -» ацетилен -> -> этилен -» ацетальдегид -» уксусная кислота. 5. Метан -> метаналь -> метанол -> хлорметан -> этан -> -> этаналь. 6. Этаналь -» оксид углерода (IV) -> метанол -> метаналь -» -» бромметан -> этан. L> гидрат метаналя 7 #~чл +2мольС12(Лу) v +2мольЫаОН(Н20) ч /. сн4 > ... ^5 > - +Н2,кат.,/° v +CuO,/° v +Ag2Q, f -> ... ^^ > ПрОПеН +C12/CC14 ) + 2 моль NaOH (спирт) ) > ... + H2Q(Hg2+,H+) v +Н2,кат.,;° + H2SO4(KOHu.),i70oC Бутаналь + NaBH* >... +h2so4 (конц.),180°с > „jHgi^ + NaOH/H2Q
472 S 42. Альдегиды Ю. Пропан +'мольС'2(/л,) ) ... + Вг*/СС'4 ) ... ... + КОН (спирт) , алкин + H2Q(Hg*,H+) ? +Н2,кат.,;° П. гексан '"'Г )... +н*°/н* > ... + Си0''° ) ... -с3н8 +Н2,кат.,;° +СН3СН(ОН)СН3,кат.,;° 12. CH3COONa + NaOH(T),r° ) ... +2мольС12(/2У) ) _ +HCN + ЫаОН(изб.,Н20) *.../ + Н*° ).. п L J. .. _ (T^i С - ^ сн = сн2 ;0 -н + СиО(изб.),У° +1мольСН3ОН v +1мольСН3ОН * » ... з + 2 моль НС1 +2мольЫаОН(Н20) 14 РН СН = СН + Вг2 / СС*4 + NaOH (спирт, изб.) + H2Q(Hg2+,H+) +H2/Ni +HC1 + Ыа(йзб.) 1С п Л +HBr,f° ч + КОН (спирт) v 15. Пропанол-1 ■ > ... *—lL±-> ... + Вг2/СС14 + КОН (изб., спирт) + H2Q(Hg2+,H+) + СН3ОН (изб.) 16 Этап +lMOJIbC12(6v) ) + КОН (спирт) + Q2/PdCl2,r° + фенол, кат.
£42 Альдегиды 473 17. Пропан +1 моль Br2 (/,v) ) ... + КОН (спирт) ) + Вг2/СС14 + КОН (изб., спирт) + H2Q(Hg2+,H+) 18. NaBr +h2sq4(kqhu.) ) _ + с2н4 > _ + кон (спирт) ) _ + H2Q(Hg2+,H+) +СН30Н/Н+ ) 19. ЭтеН +СО,+Н2,кат.,г°,р ... LiAlH4 > _ НВг . Иа(изб) 20. Гександиол-2,5 Н2^4П(0ТЦ) > 1мольН^кат- > ... ^ОН ^Вг 22. СН3 СН2 СН2С1 (1 МОЛЬ) NaOH/H2Q > ^ CuO,/ w 1 моль Н0-(СН2)3-0Н **... *5 > Расчетные задачи Установление формул альдегидов и соответствующих спиртов ПРИМЕР 42-2. Определите формулу насыщенного аль- дегида, если известно, что в реакции «серебряного зеркала» с 0,725 г альдегида получено серебро массой 2,7 г.
474 § 42. Альдегиды Решение Записываем уравнение реакции и проводим расчеты: х 0,025 моль СяН2йО + Ag20 ^нго ) СйН2я02 + 2Agi. 1 моль 2 моль M(Ag) = 108 г/моль; М(СпП2пО) = 14я + 16 г/моль; И(А§) = 7^ = ^Г0'025 (моль); M(Ag) 108 х = n(CnH2wO) = Ь0,°25 = 0,0125 (моль); д-(с.нг.о)=^ЬЬ°> =_9^21=58 (г/моль). " 2п п(СлН2пО) 0,0125 Имеем: 14л + 16 = 58. Формула альдегида С2Н5СНО. Ответ: МФ(СН2пО) = С2Н5СНО. 1. К водному раствору массой 4 г с массовой долей альде- гида 22 % прилили избыток аммиачного раствора оксида серебра (I)1 и при нагреве получили 4,32 г осадка. Установи- те альдегид. 2. Углекислый газ, полученный при сжигании 0,9 г аль- дегида, нейтрализовал 8,2 см3 раствора NaOH (w = 20 %, р = 1,22 г/см3) с образованием кислой соли. Определите формулу альдегида, составьте структурные формулы его изомеров (только альдегидов). 1 Далее упрощенно Ag20/NH3 или Ag20.
$42. Альдегиды 475 3. Имеется 7,25 г смеси спирта (массовая доля 20 %) и альдегида (массовая доля 80 %), которые содержат одинако- вое число атомов С в молекулах и взаимопревращаемы. Эта смесь с избытком Ag20/NH3 дает 21,6 г осадка. Что это за спирт и альдегид? 4. При нагревании 60 г алканола с серной кислотой с вы- ходом 80 % получено 17,92 дм3 (н.у.) алкена, а при окисле- нии спирта получают вещество, дающее реакцию серебря- ного зеркала. Что это за спирт? 5. При сгорании 0,005 моль альдегида получили С02, ко- торый с 56 г раствора КОН (w = 2 %) образует кислую соль. Какова формула альдегида? 6. К 1,17 г смеси пропанола-1 и неизвестного альдегида добавили избыток Ag20/NH3, в котором масса оксида сереб- ра равна 12,76 г. Осадок отделили, а непрореагировавший оксид серебра перевели в хлорид серебра массой 2,87 г. Оп- ределите строение альдегида, если его химическое количе- ство в смеси в три раза больше, чем спирта. 7. При сгорании 5,8 г насыщенного альдегида получено 6,72 дм3 (н.у.) С02. Определите формулу альдегида. 8. Смесь общей массой 50,8 г пропаналя и другого насы- щенного альдегида (его массовая доля в смеси 2,95 %) пол- ностью восстановили водородом и получили 52,6 г смеси спиртов. Какова формула примесного альдегида? 9. Установите формулу насыщенного альдегида, в кото- ром суммарная масса С и Н в 3,5 раза больше массы О. 10. При сжигании 2,24 дм3 (н.у.) газообразного органичес- кого вещества получили 2,24 дм3 (н.у.) С02 и 1,8 г Н20. На горе- ние было затрачено 3,2 г 02. Определите формулу вещества. П. Для количественного дегидрирования 15,2 г смеси двух алканолов нужно 24 г СиО. На полученную смесь подейство- вали избытком Ag20/NH3 и получили 86,4 г осадка. Опреде- лите спирты и их химические количества в исходной смеси.
476 § 42. Альдегиды 12. При окислении альдегида состава CwH2wO получили осадок массой 10,8 г и кислоту, которая с этанолом образует 4,4 г сложного эфира. Определите формулу альдегида. 13. Смесь массой 4,6 г содержит равные химические ко- личества двух алканолов. Для их окисления в альдегиды нуж- но 8,0 г СиО, а полученные альдегиды с избытком Ag20/NH3 дают 22,68 г осадка. Что это за спирты? 14. Газообразное органическое вещество объемом 200 см3 смешали с 300 см3 газообразного кислорода, смесь взорвали, после чего ее объем составил 500 см3. После удаления паров воды объем уменьшился до 300 см3, а после пропускания че- рез раствор щелочи - до 100 см3. Этот оставшийся газ полно- стью поглотился при пропускании его над раскаленной ме- дью. Какова формула вещества? 15. При окислении алканола оксидом меди (II) с выходом 50 % получено 11,6 г вещества, которое с избытком Ag20/NH3 дает 43,2 г осадка. Что это за спирт и какова его масса? 16. При окислении 2,875 г алканола с помощью СиО по- лучили альдегид и 3,2 г меди. Какой альдегид был получен и какова его масса, если выход реакции равен 80 %? Комбинированные задачи ПРИМЕР 42-3. Смесь метаналя с водородом объемом 11,2 дм3 (н.у.) и относительной плотностью по водороду 11,5, пропустили над катализатором при нагревании. К получен- ному с выходом 80 % продукту добавили 4,6 г натрия. Опре- делите объем (дм3, н.у.) полученного при этом водорода. Решение Определим объемы и химические количества газов в ис- ходной смеси: М(НСНО) = 30 г/моль; М(Н2) = 2 г/моль; М(смеси) = 2 • DH? = 2 • 11,5 = 23 г/моль.
f 42. Альдегиды 477 Пусть объемная доля метаналя в смеси равна х. Тогда для молярной массы смеси получаем: М(смеси) = М1<р1 + М2ф2 = М,ф, + М2(1 - ф,); Мсмеси) = М(НСНО)х + М(Н2)(1 - х); 23 = 30-х+2-0-*); х = 0,75. Следовательно: К(НСНО) = И(смеси) • ф(НСНО) = 11,2-0,75 = 8,4 (дм3); л(НСНО) = V(HCH0) = id. = 0,375 (моль). Vm 22,4 V(H7) = Г(смеси) - К(НСНО) = 11,2 - 8,4 = 2,8 (дм3); л(Н2) = ^^ = ^- = 0,125 (моль). Ут 22,4 т ' Записываем уравнения реакций и проводим расчеты: 0,375 моль 0,125 моль х НСНО + Н2 '°>*ат. > СН3ОН; (42-1) 1 моль 1 моль 0,1 моль у 2СН3ОН + 2Na -> 2CH3ONa + H2T; (42-2) 2 моль 1 моль M(Na) = 23 г/моль. В реакции (42-1) в избытке находится альдегид, так как его химическое количество больше, чем водорода. Поэтому: х = п(СН3ОН)теор = ^р^ = ОД25 (моль); п(СН3ОН)прает = п(СН3ОН)теор .т](СНзОН) = = 0,125-0,8 = 0,1 (моль).
478 § 42. Альдегиды Находим химическое количество Na и устанавливаем, ка- кое из веществ в реакции (42-2) взято с избытком: ,жт ч m(Na) 4,6 n(Na) = —-—- = —2—= 0,2 (моль). Af(Na) 23 Так как fl(Na) > я(СН3ОН), то с избытком взят натрий. Сле- довательно: у = П(Н2) = ^-^ = 0,05 (моль); К(Н2) = л(Н2) • К = 0,05 • 22,4 = 1,12 (дм3). Ответ: К(Н2) = 1,12 дм3. 17. Какое химическое количество карбида кальция нужно для получения 28,16 г ацетальдегида в две стадии, если на каждой стадии выход равен 80 %? 18. При окислении этанола получили альдегид с выхо- дом 80 %. При взаимодействии такой же массы спирта с на- трием получено 2,8 дм3 (н.у.) водорода с выходом 100 %. Опре- делите массу полученного в первой реакции альдегида. 19. Какова массовая доля формальдегида в растворе, по- лученном при растворении в 680 см3 воды всего формальде- гида, полученного при окислении 200 см3 метанола (р = = 0,80 г/см3), если выход реакции окисления равен 80 %? 20. Какой объем формалина с массовой долей метаналя 40 % (р = 1,1 г/см3) можно получить из 44,8 дм3 (н.у.) метана при его каталитическом окислении? 21. При дегидрировании метанола получили спирт, кото- рый с натрием образует 8,96 дм3 (н.у.) водорода. Определите исходную массу альдегида, если выход на каждой стадии ра- вен 80 %. 22. При взаимодействии 1,04 г смеси формальдегида и аце- тальдегида с избытком Ag20/NH3 получено 10,8 г металла. Какой объем занял бы формальдегид в виде газа при н.у?
§42. Альдегиды 479 23. Какая масса метанола нужна для получения 182 см3 раствора с массовой долей метаналя 37,5 % (р = 1,1 г/см3), если окисление метанола в альдегид идет с выходом 90 %? 24. При каталитическом окислении ацетальдегида кисло- родом получили с выходом 75 % уксусную кислоту. Эта кис- лота с избытком Na2C03 дает газ, который с NaOH образует 5,04 г кислой соли. Чему равен объем затраченного на окис- ление кислорода? 25. Смесь, полученная при окислении 15 г пропанола-1 оксидом меди (II), с избытком Ag20/NH3 образует 32,4 г ме- талла. Считая реакцию с оксидом серебра количественной, определите выход реакции окисления спирта. 26. При взаимодействии продуктов гидрирования 14,9 г сме- си метаналя и этаналя с избытком натрия получено 4,48 дм3 (н.у.) газа. Какой объем водорода потребовался для перевода альдегидов в спирты? 27. На смесь этаналя и пропаналя подействовали избыт- ком Ag20/NH3 и получили 64,8 г осадка. При гидрировании такой же массы альдегидов получили 15,2 г смеси спиртов. Чему равна масса смеси альдегидов? 28. При окислении некоторой массы этанола с выходом 80 % получили альдегид. При взаимодействии такой же массы эта- нола с натрием получили 0,125 моль водорода. Найдите хими- ческое количество альдегида, полученного в первой реакции. 29. Из 20 г технического СаС2 получили этаналь. При ре- акции этаналя с избытком Ag20 получают осадок, на раство- рение которого нужно 100 г раствора с w(HN03) = 63 %. Ка- кова массовая доля примесей в карбиде кальция? 30. На лабораторных занятиях получали из фенола 2,4,6- три-бромфенол и проводили реакцию пропаналя с Ag20/NH3. Масса осадков в обоих случаях оказалась равной, а масса про- пановой кислоты составила 11,1 г. Найдите массы исходных органических реагентов и массу затраченного брома.
480 § 42. Альдегиды 31. При частичном окислении этанола получили смесь альде- гида и спирта. Массовая доля элемента водорода в смеси 10 %. Определите массовую долю альдегида в полученной смеси. 32. При окислении 100 г раствора формальдегида и этанола в воде избытком К^Сг^/Н^С^ получили 30 г карбоновой кис- лоты и газ, который с избытком Ва(ОН)2 дает 20 г осадка. Опре- делите массовые доли веществ в исходном растворе. 33. Смесь метаналя и этаналя общей массой 3,88 г обра- ботали избытком Ag20/NH3, полученный осадок с Н1Ч03(конц.) дает 9,856 дм3 (н.у.) газа. Рассчитайте массовые доли альде- гидов в смеси. 34. Водный раствор массой 56,8 г, содержащий смесь этана- ля и метаналя, обработали избытком натрия и получили 28 дм3 (н.у.) водорода. При обработке такой же массы исходного ра- створа избытком Ag20/NH3, получили 86,4 г серебра. Найди- те массовые доли альдегидов в исходной смеси. 35. При взаимодействии 12,5 г смеси веществ, получен- ных при окислении метанола (смесь не содержит С02) из- бытком Ag20, получено 43,2 г осадка. При обработке такого же количества смеси избытком ВаС03 получено 1,12 дм3 (н.у.) газа. Какова массовая доля метанола в смеси, полученной после окисления? 36.* Насыщенный одноатомный спирт содержит примесь соответствующего альдегида. Установите альдегид и его мас- совую долю в смеси, если при полном сжигании исходной смеси массой 50,4 г образуется газ (н.у.) объемом 49,28 дм3, а при обработке такой же массы исходной смеси избытком Ag20/NH3 выделяется осадок массой 21,6 г. 37. Смесь метаналя и водорода объемом 15,0 дм3 (н.у.) с плотностью 0,4018 г/дм3 пропустили над платиной, реакция прошла с выходом 60 %. Продукт реакции охладили и обра- ботали натрием массой 2,60 г. Найдите объем выделенного при этом газа.
§41_Альдегиды 481 38. Смесь метаналя и водорода с относительной плотнос- тью по водороду 4,5 пропустили над катализатором, после чего ее относительная плотность по водороду при н.у. стала равной 3,0 Чему равен выход реакции? 39. К бензойному альдегиду массой 6,36 г добавили Си(ОН)2, полученный из 22,4 г CuS04. Рассчитайте массу полученно- го при нагревании осадка Cu20. 40. При окислении 39,27 г насыщенного альдегида с мас- совой долей примесей 4 % с выходом 80 % получили 38,48 г кислоты. Установите формулу альдегида. Ответы 1. Этаналь. 2. С3Н7СНО (2 изомера). 3. Пропанол-1 и пропаналь. 4. Пропанол-1. 5. С4Н80. 6. Пропаналь. 7. С2Н5СНО. 8. НСНО. 9. С4Н80. 10. СН20. И. 0,2 моль СН3ОН и 0,1 моль С.НиОН. 12. С,Н40.13. Метанол и пропанол-1.14. СН20.15. 24 г; пропанол-1.16. 1,65 г СН3СНО. 17.1 моль. 18. 8,8 г. 19. 15 %. 20. 136,4 см3. 21. 37,5 г. 22. 0,448 дм3. 23. 89 г. 24. 1,79 дм3. 25.60 %. 26. 8,96 дм3. 27. 14,6 г. 28.0,2 моль. 29. 20 %. 30. 8,7 г альдегида, 9,2 г фенола, 46,89 г брома. 31. 77 %. 32. 5,26 % альдегид; 23 % спирт. 33. 22,7 % СН3СНО; 77,3 % СН20. 34. 15,5 % СН3СНО; 5,28 % НСНО. 35. 29,6 %. 36. 8,73 % СН3СНО. 37. 1,12 дм3. 38. 60 %. 39. 8,64 г. 40. СН3СН2СНО. 163ак. 3451
с § 43. Карбоновые кислоты: химические свойства, установление формул Особенности химических свойств и способов получения карбоновых кислот рассмотрим на примере следующей це- почки химических превращений. ПРИМЕР 43-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакций: Метанол L_» уксусная кислота !_> —L_> ацетат натрия —L_» метан —L^ ±_» метановая кислота L_» оксид углерода (IV). Решение 1. Уксусную кислоту получаем карбонилированием мета- нола: СН3ОН + СО '°.*ат. ) СН3СООН. 2. Ацетат натрия можно получить несколькими способами: а) 2СН3СООН + 2Na -> 2CH3COONa + H2t; б) 2СН3СООН + Na20 -» 2CH3COONa + H20; в) СН3СООН + NaOH -> CH3COONa + Н20; г) СН3СООН + NaHC03 -> CH3COONa + H20 + C02t. 3. Метан получаем сплавлением ацетата натрия и гидро- ксида натрия: CH3COONa + NaOH <° > CH4t + Na2C03.
§ 41Карбоновые кислоты 483 4. Непосредственным окислением метана получаем мета- новую (муравьиную) кислоту: 2СН4 + 302 '°>*ат. > 2НСООН + 2Н20. 5. Данный переход можно осуществить несколькими спо- собами: а) сжигаем кислоту в избытке кислорода: 2НСООН + 02 '° > 2С02 + 2Н20; б) метановая кислота > альдегидная группа содержит альдегидную группу, поэтому легко окисляется аммиачным раствором оксида серебра (I) с образованием неустойчивой угольной кислоты: Н - СООН + Ag,0 шз,н2о > 2Agi + CO,t + Н,0. I—1^ U н2со3 Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Ацетилен -> этанол -» этилен -> уксусная кислота -» -» ангидрид уксусной кислоты -> уксусная кислота. 2. Карбид кальция -> ацетилен -> уксусная кислота -> -> ацетат натрия -> уксусная кислота -> хлоруксусная кислота. 3. Оксид углерода (II) -> метанол -> метаналь -> формиат натрия -> муравьиная кислота -> угольная кислота. 4. Оксид углерода (II) -> формиат натрия -> муравьиная кислота -> оксид углерода (II) -> метаналь -> метанол. 5. Этилен -> этанол -> этановая кислота -> ацетат аммо- ния -> уксусная кислота -> монохлоруксусная кислота. 6. Бутан -> этановая кислота -> оксид углерода (IV) -> ок- сид углерода (II) -» муравьиная кислота -> серебро. 7. Гексан -> пропан -> 1-хлорпропан -> пропанол-1 -> "^пропионовая кислота -> 2-хлорпропановая кислота.
484 § 43. Карбоновые кислоту 8. Ацетат натрия -» метан -» метанол -» этановая кислота -* -> ацетат кальция -> хлорид кальция. 9.CH3COONa +Na0H(T)-/0 > ... +3MOJlbCl2(/?v) > ... + Ыа0Н(Н20)изб. + NaHCQ3 ... -Що — > — 10 СяС +Н20 +2мольНС1 + Н20/ЫаОН(изб.) —Н20 + Cu(OH)2,f° 11.CJL — 2 4 H20/H+ V +CuO,/° v +Ag20,/° . 7 ... 7 ... — 7 + CaCQ3 12 Этан -ИмольС12(/?у) + NaOH (спирт) + С12/СС14 + NaOH (изб., спирт) + H2Q(Hg2+,H+) + Cu(OH)2,/° ) 10 г +CH3Cl,AlCl3 v +l моль Cl2 (for) v 13. Бензол — —> ... 2 > ... + KOH/H20 +CuO,f° + Ag2Q/NH3,/° 14. А /'кэтн ) - 4мольН2 +1 моль Вг2 (for) + К2Сг207/Н+(изб.) +С6Н5СН20Н/Н+ 1С гт -I +НС1 v +С6Н6/А1С13 ч 15. Пропанол-2 > ... — ^-» ... „ + КМп04 / H2SQ4 + пропанол-2 /Н+ 16. С Н СН3-СН=СН2,Н* ... 1мольВг2,Ау КОН/спирт £ g : ^ ••• ■? ••• ^ Вг2/СС14 v KOH/H2Q НСООН,Н+ 7 •*• изб. •" изб! г "" 17. СН СН СООН 1 моль Вг2/фосфор ^ 2 моль КОН/спирт . 2мольНВг #ee NH3 (изб.),/°
§41Карбоновые кислоты 485 Установление формул карбоновых кислот ПРИМЕР 43-2.* На нейтрализацию насыщенной моно- карбоновой кислоты массой 13,5 г затрачен раствор NaOH объемом 112,5 см3 с молярной концентрацией 2 моль/дм3. Установите формулу кислоты. Решение Записываем уравнение реакции и проводим расчеты: х 0,225 моль С Н, О, + NaOH ->CH, ,ONa + Н,0. я 2я 2 я 2я-1 2 1 МОЛЬ 1 МОЛЬ fl(NaOH) = K(p-pa NaOH) c(NaOH) = = 0,125 дм3 -2 моль/дм3 = 2,225 (моль); 0 225-1 х = п(СД2пО) = ' = 0,225 (моль). Находим молярную массу кислоты: Л/(С„Н2„0) = W(C"H2"0) = iM. = 60 (г/моль). V " 2" ' л(С„Н2иО) 0,225 С другой стороны: Л/(СяН2п02) = 14л + 32. Таким образом: 14и + 32 = 60; п = 2. Формула кислоты С2Н402 или СН3СООН. Ответ: МФ(С„Н2и02) = СН3СООН. 1. На нейтрализацию насыщенной одноосновной карбоно- вой кислоты массой 3,7 г нужно 5 см3 раствора с w(KOH) = 40 % (р = 1,4 г/см3). Определите кислоту. 2. Массовая доля элемента кислорода в насыщенной од- ноосновной карбоновой кислоте 53,3 %. Что это за кислота?
486 § 43. Карбоновые кислоты 3. Спирт подвергли окислению и получили насыщенную одноосновную карбоновую кислоту, при сжигании 13,2 г кото- рой образовался С02, для поглощения которого с образовани- ем средней соли нужно 192 см3 раствора КОН (w = 28 %, р = 1,25 г/см3). Установите спирт. 4. При окислении 5,75 г кислородсодержащего органи- ческого вещества получена этановая кислота. Для поглоще- ния газа (образуется средняя соль), полученного при сжига- нии кислоты, нужно 80 см3 раствора КОН (w = 28 %, р = 1,25 г/см3). Какое вещество было взято для окисления и какая масса кислоты получена? 5. К42гНМК1 прибавили 36,3 см3раствораNaOH (w= 20%, р = 1,1 г/см3), а затем избыток NaHC03, выделилось 11,2 дм3 (н.у.) газа. Назовите кислоту. 6. При реакции 16,6 г смеси двух НМК с избытком Ag20 получено 21,6 г металла, а такое же количество исходной смеси может нейтрализовать 11,1 г Са(ОН)2. Какие это кис- лоты и каковы их массы в смеси? 7. При окислении альдегида состава СяН2лО оксидом се- ребра (I) получили 10,3 г металла, а также кислоту, которая с этанолом дает 2,2 г эфира с выходом 50 %. Что это за альдегид? 8. Какова структурная формула НМК, если объем С02, полученный при сгорании некоторой ее массы, в 3 раза боль- ше объема С02, выделившегося при обработке такой же мас- сы кислоты избытком NaHC03? 9. Молярные массы алканола и НМК, в которой на один атом С больше, относятся как 7,5:11. Установите формулы веществ. 10. НМК массой 14,56 г растворили в 80 г воды и получили раствор кислоты с ее молярной концентрацией 2,61 моль/дм3 (р = 1,02 г/см3). Установите формулу кислоты. 1 НМК — насыщенная монокарбонсвая (одноосновная) кислота.
х 43. Карбоновые кислоты 487 11. Натриевую соль НМК растворили в избытке раствора Н S04 массой 27,54 г. Образовался раствор массой 32,46 г, в котором w(Na2S04) = 13,12 %. Установите формулу исход- ной соли. 12. Смесь пропанола-1 и НМК с мольным отношением со- ответственно 2:1 при 20 °С обработали избытком цинка. Вы- делившийся при этом газ полностью реагирует с 3,56 дм3 (н.у.) дивинила с образованием одного из изомерных бутенов. Что это за кислота? 13. Образец НМК массой 3,7 г нейтрализовали NaHC03, а по- лученный при этом газ с избытком Са(ОН)2 образует 5,0 г осадка. Что это за кислота и чему равен объем полученного газа? 14. Натриевую соль НМК массой 24 г прокалили с избыт- ком NaOH и с выходом 75 % получили УВ, на сжигание кото- рого нужно 14 дм3 (н.у.) кислорода. Определите формулу ис- ходной соли. 15. При сплавлении натриевой соли НМК с NaOH полу- чено 11,2 дм3 газа, плотность которого 1,965 г/дм3. Какая мас- са соли вступила в реакцию, какой газ выделился? 16. Для нейтрализации 9,7 г смеси двух НМК нужно 54,5 см3 раствора NaOH (w=10%,p=l,l г/см3). При обработке тако- го же количества исходной смеси НМК избытком оксида се- ребра (I) получено 10,8 г осадка. Что это за кислоты и каковы их массы в исходной смеси? 17. Для полной нейтрализации НМК в ее раствор массой 100 г добавили 50 г раствора NaOH (w = 8 %) и получили ра- створ с массовой долей соли 6,4 %. Какая кислота находи- лась в растворе? 18. В водный раствор НМК массой 100 г опустили избы- ток магния и получили 4,48 дм3 (н.у.) газа и раствор с массо- вой долей соли 27,2 %. Какая кислота находилась в растворе и какова была ее массовая доля?
488 § 43. Карбоновые кислоты 19. Смесь содержит равные химические количества алкано- ла и НМК с одинаковым числом атомов С в молекуле. При об- работке этой смеси избытком NaHC03 получили газ, объем ко- торого в 6 раз меньше объема С02, полученного при сжигании такой же массы смеси. Что это за спирт и НМК? 20. *Молярные массы НМК и альдегида, отличающихся по составу на 2 атома С, относятся соответственно как 1:1,759. Установите альдегид и кислоту. 21. При действии избытка натрия на 13,8 г смеси этанола и НМК получено 3,36 дм3 (н.у.) газа, а при действии на ту же смесь избытка NaHC03 — 1,12 дм3 (н.у.) газа. Установите кис- лоту и массовые доли веществ в исходной смеси. 22. Неизвестную НМК массой 37 г нейтрализовали избыт- ком NaHC03, выделившийся газ с избытком известковой воды дает 50 г осадка. Определите кислоту и объем газа. 23. Смесь двух НМК массой 26,8 г полностью реагирует с 0,4 моль NaOH, а половина такой же массы смеси НМК с оксидом серебра (I) дает 21,6 г осадка. Определите формулы кислот и их массы в смеси. 24. Массовая доля кислорода в двухосновной насыщен- ной карбоновой кислоте 54,23 %. Что это за кислота и какая масса ее нужна для полной нейтрализации 2 г NaOH с обра- зованием средней соли? 25. В результате реакции между 2,08 г некоторой органи- ческой кислоты и 1,56 г щелочного металла получено 448 см3 (н.у.) водорода; Мг кислоты 104. Определите формулу кисло- ты и металл. 26. При сгорании 6 г НМК получено 4,48 дм3 (н.у.) С02. Определите формулу НМК. 27. Некоторый спирт подвергли окислению и получили 13,2 г НМК, после сжигания которой полученный С02 (н.у.) реаги- рует со 192 см3 раствора с w (КОН) = 28 % (р = 1,25 г/см3) с образованием средней соли. Определите формулу спирта.
s 43. Карбоновые кислоты 489 28. На взаимодействие с НМК взяли 200 г раствора с w(KOH) = = 12,6 %. При этом получили 37,8 г соли, реакция конечного раствора — кислая. Установите формулу кислоты. 29. Ненасыщенная одноосновная органическая кислота химическим количеством 1 моль может присоединить 1 моль брома. При полном сгорании некоторой массы кислоты об- разуется 15,84 г С02 и 4,86 г Н20. Установите кислоту, если известно, что она может существовать в виде цис- и транс- изомеров. Ответы 1. Пропионовая. 2. Уксусная. 3. Буганол-1.4. Этанол; 7,5 г. 5. Уксусная. 6.12 г уксусной; 4,6 г муравьиной. 7. Уксусный. 8. СН3СН2СООН. 9. С3Н80; С4Н802. 10. СН3СООН. 11. CH3COONa. 12. Пропионовая. 13. Пропионо- вая; 1,12 дм3. 14. CH3CH2COONa. 15. 55 г; С3Н8. 16. 2,3 г НСООН; 7,4 г СН3СН2СООН. 17. СН3СН2СООН. 18. СН3СООН; 24,0 %. 19. С3Н7ОН; С2Н5СООН. 20. С3Н60; С5Н10О2. 21. 83,34 % этанол; 16,66 % НСООН. 22. СН3СН2СООН; 11,2 дм3. 23. 9,2 г НСООН; 17,6 г С3Н7СООН. 24. 2,95 г НООС-(СН2)2-СООН. 25. НООС-СН2-СООН; калий. 26. СН3СООН. 27. С4Н9ОН. 28. НСООН. 29. СН3СН = СНСООН.
§ 44. Карбоновые кислоты: комбинированные задачи. Функциональные производные карбоновых кислот Особенности химических свойств и способов получения функциональных производных карбоновых кислот рассмот- рим на примере следующей цепочки химических превраще- ний. ПРИМЕР 44.1.* Осуществите химические превращения согласно схемам реакций: 1 <, Уксусный ангидрид 2=zzi уксусная кислота —^—> хлоран- -> амид уксусной кислоты. гидрид уксусной кислоты - Решение 1. Уксусная кислота образуется при растворении уксусно- го ангидрида в виде: О СН, - С - О - С СН3 +Н20 ->2СН, <? ОН о о 2. Под действием водоотнимающих средств (Р205, Н2804(конц.)) уксусная кислота превращается в уксусный ан- гидрид: OL-C - О ОН + "Н- сн, р,о, О
g 44. Карбоновые кислоты 491 Р2°5 > сн3- с - о - с - сн3 +н2о. II II о о 3. Хлорангидриды карбоновых кислот образуются при дей- ствии на последние таких реагентов, как SOCl2, PC15, РС13. Например: ^ О + soci2 v ^> О СН3-С. -so2,-hci ) СН3~С . ОН С1 4. При взаимодействии с аммиаком хлорангидриды пре- вращаются в амиды: сн - с^ +2Шз , гн _ г^ ° ^пз ^\ -nh4ci > снз с\ CI NH2 Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Пропаналь -> пропановая кислота -» хлорангидрид про- пановой кислоты -> амид пропановой кислоты. 2. Бензальде™ ^ШЁШЬ^ ... .р0^нс| . ... -HC1 + CH3NH2 -НС1 + H2Q + NH3,200°C 3. С2Н5СООН СН,СН?СН,ОН,Н^>А NaOHfr-pj^ _^ ,. НС1 (p-p)w СуР(красн.)^ NH-, (изб.)^ J?& ^ ••• ^ ... ^ ... kp CuO,/^ Ag2Q/NH3,^ SOCI,
492 § 44. Карбоновые кислоты д NaOH(T); /> ,Б_НВ1_^ л тт NaOH 4. Пропилацетат —п-рг- кат., / 2 моль С2Н2, кат. NaOH КМп04, 5 °С, Н20 спирт ••• 5. СН3СН2СООН в^р^н. > ... н2о,NaOH ) H2SQ4(kohu.) НС1 ЫН3(изб.) v tQ 180°С >•" > ••' > •'• 6 СН *° v НС1 (г), изб. v NaOH,H2Q v Ag2Q/NH3,/° Вг^Р^ _ CH3NH2 _ ;° Получение карбоновых кислот и их растворов ПРИМЕР 44-2.* Какую массу раствора с массовой долей этановой кислоты 9 % можно получить окислением ацеталь- дегида массой 30 г при выходе кислоты 80 %? Решение Записываем уравнение реакции и проводим расчеты: 0,682 моль х СН3СНО + [О] -> СН3СООН. 1 моль 1 моль М(СН3СНО) = 44 г/моль; М(СН3СООН) = 60 г/моль; КСН3СНО)=т(СНзСНО) =^ = 0,682 (моль); 3 М(СН3СНО) 44 х = «(СН3СООН)теор = °'682,1 = 0, 682 (моль); ^(СН3СООН)практ = «(СН3СООН)теор • Л(СН3СООН) = = 0,682-0,8 = 0,545 (моль);
,у Л^Карбоновые кислоты 493 /я(СН3СООН) = л(СН3СООН)Мпра1сг(СН3СООН) = = 0,545-60 = 32,7 (г); ригтш w(CH3COOH) 32,7 _аа/ч т(р-ра СНХООН) = —-— = = 363,3 (г). VFF w(CH3COOH) 0,09 Ответ: /и(р-ра CH3COOH) = 363,3 г. ПРИМЕР 44-3.* Уксусный ангидрид массой 50 г раство- рили в воде массой 100 г. Найдите массовую долю вещества в полученном растворе. Решение При растворении уксусного ангидрида в воде образуется уксусная кислота: 0,49 моль х сн3- с - о - с - сн3 +н2о - 2сн3соон. II II 1 моль 2 моль М[(СН3СО)20] = 102 г/моль; Л/(СН3СООН) = 60 г/моль. Проводим расчеты: *[(СН3СО)20] = "ШЕШ..*-^*, (моль); J 2 М[(СН3СО)20] 102 0 49-2 х = и(СН3СООН) = -L-L± = о,98 (моль); «j(CH3COOH) = л(СН3СООН) • Л/(СН3СООН) = = 0,98-60 = 58,8 (г); w(CH3COOH) = m(CH3COOH) 58,8 m(H20) + w[(CH3CO)20] ~ 100 + 50 Ответ: w(CH3COOH) = 39,2 %. w(CH3COOH) w(p-pa CH3COOH) ~ = 0,392(39,2%)
494 § 44. Карбоновые кислоты 1. Какую массу уксусной кислоты можно получить трех- стадийным синтезом из 80 г технического карбида кальция (массовая доля примесей 20 %), если выход на каждой ста- дии равен 80 %? 2. Уксусную кислоту получили из технического карбида кальция, содержащего 4 % примесей по массе. Какая масса карбида была израсходована, если на нейтрализацию полу- ченной кислоты нужно 224 г раствора КОН (w = 20 %), а реак- ция Кучерова протекает с выходом 80 %? 3. Какая масса СаС03 нужна для получения такого коли- чества СаС2, которое достаточно для получения из ацетиле- на 15 г СН3СООН? 4. Какой объем уксусной эссенции с w(CH3COOH) = 30 % (р = 1,04 г/см3) можно получить из 500 кг технического СаС2 (массовая доля примесей 4 %), если выход кислоты равен 80 %? 5. Какую массу раствора с массовой долей метановой кис- лоты 25 % можно получить из формиата натрия, для получе- ния которого были взяты избыток NaOH и 560 дм3 (н.у.) мо- нооксида углерода (выход соли 70 %)? 6. Какую массу раствора с массовой долей уксусной кис- лоты 90 % можно получить при каталитическом окислении 56 дм3 (н.у) бутана (выход реакции 60 %)? 7. Какой объем метанола (р = 0,8 г/см3) нужен для полу- чения в реакции с СО уксусной кислоты массой 90< кг при выходе 75 %? 8. Объемная доля метана в природном газе 94,08 %. Ка- кую массу муравьиной кислоты при выходе 60 % можно по- лучить из 100 дм3 (н.у.) природного газа? 9. Какой объем СО нужен для получения 80,5 кг безвод- ной муравьиной кислоты двухстадийным синтезом из NaOH, если выход на второй стадии равен 87,5 %?
£ 44. Карболовые кислоты 495 10. Какую массу уксусного ангидрида надо растворить в 74,5 г воды, чтобы получить раствор с w(CH3COOH) = 30 %? 11. Какую массу уксусного ангидрида нужно внести в 500 г водного раствора уксусной кислоты (w = 82 %), чтобы полу- чить безводную уксусную кислоту? Какова масса получен- ной кислоты? 12. Какую массу уксусного ангидрида надо добавить к 447 г раствора с w(CH3COOH) = 120 г, чтобы получить раствор с w(CH3COOH) = 50 %? 13. Какие объемы растворов уксусной кислоты (w = 20 % и р = 1,026 г/см3) и уксусной эссенции с w(CH3COOH) = 70 % (р = 1,069 г/см3) нужно взять для приготовления 150 г ра- створа с w(CH3COOH) = 30 %? 14. Какие массы уксусного ангидрида и воды нужно взять, чтобы, смешав их, получить 400 г водного раствора с >v(CH3COOH) = 60 %? 15. При нагревании уксусного ангидрида с водным раство- ром уксусной кислоты с массовой долей ее 10 % получено 200 г раствора кислоты с массовой долей ее 50 %. Найдите массы использованных ангидрида и раствора кислоты. Смеси карбоновых кислот При решении задач этого раздела учтите, что метановая кис- лота как альдегидокислота окисляется раствором Ag20/NH3 и гидроксидом меди (II): н - соон + Ag2o Ш;;Н2° > 2Agi + со2Т + н2о. 16. Имеется смесь муравьиной и масляной кислот, которая с избытком оксида серебра (I) дает 4,32 г осадка. Такой же образец смеси кислот реагирует с избытком КНС03, выделяя 0,336 дм3 (н.у.) газа. Найдите массовые доли кислот в смеси. 17. Для нейтрализации 38 г смеси муравьиной и уксусной кислот нужно 300 г раствора с w(NaOH) = 10 %. Какой объем
496 § 44. Карбоновые кислоты газа выделится при действии на такое же количество смеси избытка Ag20? 18. Для нейтрализации 200 г водного раствора смеси му- равьиной и уксусной кислот нужно 382 см3 раствора КОН (w = 10 % и р = 1,1 г/см3). После упаривания нейтрального раствора получили сухой остаток массой 68,6 г. Определите массовые доли кислот в исходной смеси. 19. На нейтрализацию смеси муравьиной и уксусной кис- лот нужно 8 см3 раствора КОН (w = 40 % и р = 1,4 г/см3), а такая же масса смеси с избытком Ag20 дает 10,8 осадка. Най- дите массовые доли кислот в смеси. 20. К15,2 г смеси муравьиной и уксусной кислот прибави- ли 50 г раствора с w(NaOH) = 40 %. После этого полученная смесь может прореагировать с 4,48 дм3 (н.у.) С02 с образовани- ем кислой соли. Найдите массы кислот в исходной смеси. 21. Имеется водный раствор, содержащий муравьиную и уксусную кислоты. При обработке 10 г этого раствора избыт- ком КНС03 получено 1,12 дм3 (н.у.) газа, а при действии из- бытка оксида серебра (1) — 4,32 г осадка. Найдите массовые доли кислот в смеси. Смеси карбоновых кислот со спиртами, альдегидами и фенолом ПРИМЕР 44-4. На нейтрализацию 100 г раствора этано- вой кислоты и фенола в воде затратили 91 см3 раствора с мас- совой долей NaOH 10 % (плотность 1,1 г/см3). При добавле- нии к 200 г такого же раствора избытка бромной воды обра- зовался осадок массой 33,1 г. Определите массовые доли ве- ществ в исходном растворе. Решение Записываем уравнение реакции и проводим расчеты: х 0,1 моль С6Н5ОН + 3Br2 -> C6H2Br3OHi + ЗНВг. (44-1) 1 моль 1 моль
ff 44. Карбоновые кислоты 497 Л/(С6Н5ОН) =94 г/моль; М(С6Н2Вг3ОН) = 331 г/моль; Л/(СН3СООН) =60 г/моль; п(С6Н,Вг3ОН)="(С^ВгзОН)=1М = од (моль); 6 ' 3 М(С6Н2Вг3ОН) 331 jc = п(СбН5ОН) = ^- = 0,1 (моль); /я(С6Н5ОН) = и(С6Н5ОН)-М(С6Н5ОН) = 0,1 • 94 = 9,4 (г); W(C6H5OH) = ^^ = M = 0,047 (4,7 %). m(p-pa) 200 В реакцию с NaOH вступают оба вещества, причем я(фенола) = 0,1/2 = 0,05 моль, так как масса раствора в этом случае в 2 раза меньше (200 г / 100 г = 2). д>моль 0,20 моль -> CH3COONa + Н20 (44~2) <—0,25 моль CH3COOH + NaOH 1 моль 1 моль 0,05 моль C6H5OH+NaOH ->C6H5ONa + H20 (44-3) Находим химическое количество щелочи: „, лттч Vow 911,10,1 п Лс. , ч n(NaOH) = -*— = ■—— = 0,25 (моль). М 40 Так как в реакции (44-3) «(NaOH) = 0,05 моль, то в реак- ции (44-2) «(NaOH) = 0,25 - 0,05 = 0,20 (моль); у = и(СН3СООН) = «(NaOH) = 0,20 (моль); /и(СН3СООН) = 0,2-60 = 12 (г); w(CH3COOH) = —= 0,12 (12%). 3 100 Ответ: и(СН3СООН) = 12 %; /я(С6Н5ОН) = 4,7 %.
498 § 44. Карбоновые кислоты 22. Смесь бутанола и пропановой кислоты обработали из- бытком КНС03, объем выделенного при этом газа в 15 раз мень- ше объема того же газа, полученного при сжигании такой же массы смеси. Определите массовые доли веществ в смеси, если на ее сгорание нужно 48,16 дм3 (н.у) кислорода. 23. При обработке 0,74 г смеси метаналя и метановой кис- лоты избытком оксида серебра (I) получено 6,48 г металла. Определите массы веществ в смеси. 24. Смесь уксусной кислоты, этанола и ацетальдегида мас- сой 30,9 г обработали избьггком КНС03 и получили 11,2 дм3 (н.у.) газа. При обработке такой же массы смеси избытком оксида серебра (I) выделилось 2,16 г осадка. Найдите массо- вые доли альдегида и спирта в смеси. 25. На нейтрализацию смеси пропанола и пропановой кисло- ты нужно 100 см3 раствора с w(NaHC03) = 4 % (р = 1,05 г/см3). Выделившийся при этом газ занимает объем в 18 раз меньший, чем объем С02, образующийся при полном сгорании такого же количества исходной смеси. Определите химические ко- личества компонентов в исходной смеси. 26. При обработке смеси этанола и этановой кислоты из- бытком натрия выделяется 8,4 дм3 (н.у.) газа. Такое же коли- чество исходной смеси полностью реагирует с 200 г раствора с w(NaOH) = 5 %. Найдите массовые доли веществ в исход- ной смеси. 27. При добавлении к 150 г смеси пропанола-1, пропио- новой кислоты и муравьиной кислоты избытка КНС03 вы- делилось 44,8 дм3 (н.у.) газа, при обработке такой же по со- ставу и массе смеси избытком Ag20 выпало 2,16 г осадка. Най- дите массовые доли веществ в исходной смеси. 28. Для нейтрализации 26,6 г смеси уксусной кислоты, уксус- ного альдегида и этанола нужно 44,8 г раствора с w(KOH) = 25 %. При взаимодействии такого же количества смеси с избыт- ком натрия выделилось 3,36 дм3 (н.у.) газа. Найдите массо- вые доли веществ в исходной смеси.
£ 44. Карбоновые кислоты 499 29. При обработке избытком оксида серебра смеси фор- мальдегида и муравьиной кислоты массой 5,3 г образовалось 54,0 г осадка. Найдите массовую долю элемента кислорода в исходной смеси. 30. Этановая кислота содержит примесь метановой кис- лоты и этанола. К раствору такой кислоты массой 80 г доба- вили избыток NaHC03 и получили 29,76 дм3 (н.у.) газа. Такая же масса смеси с избытком Ag20 дает 3,456 г осадка. Чему равны массовые доли примесей в кислоте? 31. При нагревании 10,08 г раствора ацетальдегида в му- равьиной кислоте с избытком гидроксида меди (II) в присут- ствии щелочи получили 31,68 г осадка. Найдите массовые доли веществ в исходном растворе. 32. Для нейтрализации 100 г раствора уксусной кислоты и фенола в воде нужно 91 см3 раствора с w(NaOH) = 10 % (р = 1,1 г/см3). При добавлении к 200 г исходного раствора избытка бромной воды получено 33,1 г осадка. Определите массы компонентов в исходной смеси. 33. На 114 г смеси этанола, фенола и этановой кислоты в воде подействовали раствором NaOH массой 140 г (w = 20 %), гидроксид натрия прореагировал полностью. При действии на эту же смесь избытка бромной воды выпадает 165,5 г осадка. Найдите химические количества веществ в исходном растворе. 34. Раствор фенола и уксусной кислоты в диэтиловом эфи- ре (общая масса раствора 16 г) обработали избытком натрия и получили 493 см3 газа (н.у.) газа. Найдите массовые доли фенола и кислоты в исходной смеси. Ненасыщенные карбоновые кислоты 35. Для полного гидрирования по связи С=С смеси олеи- новой и стеариновой кислот массой 250 г нужно 16,8 дм3 (н.у.) водорода. Найдите массы веществ в исходной смеси и массу кислоты после гидрирования.
500 § 44. Карбоновые кислоты 36. Какой объем водорода нужен для гидрирования по свя- зи С=С олеиновой кислоты, полученной после кислотного гидролиза 0,1 моль триолеина? 37. При обработке 20 г смеси олеиновой и пальмитиновой кислот избытком бромной воды получено 13,26 г продукта бромирования. Найдите массы кислот в исходной смеси. Разные задачи 38. Аммиак химическим количеством 1,05 моль пропус- тили через 200 см3 раствора с w(CH3COOH) = 60 % (р = = 1,064 г/см3). Какова массовая доля кислоты в растворе пос- ле окончания реакции? 39. Пропаналь массой 12,4 г окислили в кислоту, которую за- тем обработали избытком суспензии ВаС03 и получили 2,24 дм3 (н.у.) газа. С каким выходом прошла реакция окисления? 40. Серебро массой 8,64 г перевели в оксид, а оксид ра- створили в водном растворе аммиака. Полученным раство- ром обработали раствор муравьиной кислоты массой 5,00 г с массовой долей ее 4,60 %. Какая часть (%) от первоначаль- ной массы серебра осталась в растворе? 41. Избыток аммиачного раствора оксида серебра (I) до- бавили к 23,0 г раствора муравьиной кислоты с массовой до- лей ее 1,00 %. Полученное при этом серебро отделили и об- работали избытком HN03(pa36.). Найдите объем получен- ного при этом газа (н.у.). 42. Для получения хлоруксусной кислоты было взято 75 г СН3СООН. Какая масса насыщенного раствора Са(ОН)2 (ра- створимость равна 0,165 г на 100 г воды) нужна для нейтра- лизации продуктов реакции? 43. При нагревании муравьиной кислоты в присутствии сер- ной кислоты выделился газ, который полностью окислили и
с 44. Карбоновые кислоты 501 пропустили через раствор гидроксида натрия. При этом обра- зовалось 14,5 г кислой и 11,73 г средней солей. Определите объем использованной муравьиной кислоты (р = 1,22 г/см3). 44. Для нейтрализации 50 г раствора муравьиной кислоты использовали 70 г раствора NaOH. В растворе после реакции массовая доля соли 4,93 %, щелочи — 2,7 %. Найдите массо- вые доли реагентов в исходных растворах. 45. Какие массы магния и уксусной кислоты нужно взять для получения 100 г раствора ацетата магния в уксусной кис- лоте с массовой долей соли 7,1 %? 46. При частичном окислении ацетальдегида получили смесь альдегида и кислоты. Массовая доля элемента кислоро- да в смеси 40 %. Определите массовую долю кислоты в смеси. 47. Газ, полученный при действии избытка Ag20/NH3 на 80 г раствора с w(HCOOH) = 10 %, пропустили через избыток раствора известковой воды. Найдите массу полученного при этом осадка. 48. Смешали равные объемы этанола (р = 0,8 г/см3), гли- церина (р = 1,26 г/см3) и раствора уксусной кислоты (р = 1,069 г/см3) с w(CH3COOH) = 70 %. Какая масса Na может максимально прореагировать с 62,58 г такой смеси? 49. В каких мольных отношениях находятся атомы О и Н в растворе, полученном при растворении 0,2 моль уксусного ангидрида в 10,2 моль Н20? 50. При сжигании 2,04 г неизвестного ангидрида НМК по- лучили 3,52 г С02. Найдите формулу ангидрида. 51. При каталитическом окислении алканола получили смесь, состоящую из алканола, альдегида и НМК. Масса сме- си равна 30,7 г, а мольное отношение веществ в ней соответ- ственно равно 3:3:2. При действии на данную смесь избытка NaHC03 выделяется 2,24 дм3 (н.у.) газа. Определите форму- ЛУ алканола.
502 § 44. Карбоновые кислоты 52. Какой объем уксусной эссенции с w(CH3COOH) = 70 % (р = 1,069 г/см3) нужно взять для приготовления 500 см3 ра- створа с w(CH3COOH) = 9 % (р = 1,011 г/см3)? Ответы 1. 30,72 %. 2. 66,6 г. 3. 25 г. 4. 1153 дм3. 5. 3,22 кг. 6. 200 кг. 7. 80 дм3. 8. 115,92 кг. 9. 44 800 дм3. 10. 25,5 г. 11. 510 г ангидрида; 1010 г кислоты. 12. 153 г. 13.117 см3 и 28 см3 соответственно. 14. 204 г и 196 г соответственно. 15. 74,35 г и 125,65 г соответственно. 16. 59,1 % НСООН и 48,9 % С3Н7СООН. 17. 11,2 дм3. 18. 8,05 % НСООН и 12 % СН3СООН. 19. 43,9 % СН3СООН; 56,1 % НСООН. 20. 9,2 г НСООН; 6,0 г СН3СООН. 21. 18,0 % СН3СООН; 9,2 % НСООН. 22. 76,3 % спирт; 23,7 % кислота. 23. 0,43 г кислоты и 0,31 г альдегида. 24. 1,42 % альдегид; 1,50 % спирт. 25. 0,05 моль кислоты; 0,25 моль спирта. 26. 60,53 % спирта; 39,47 % кислоты. 27. 98,1 % СН3СН2СООН; 0,3 % НСООН; 1,6 % спирт. 28. 45,1 % кислота; 37,6 % альдегид; 17,3 % спирт. 29. 60,4 %. 30. 0,95 % НСООН; 0,57 % СД.ОН. 31. 8,73 % СН3СНО; 91,27 % НСООН. 32. 4,7 г фенол; 12,0 г кислота. 33. 0,2 моль кислоты; 1 моль спирта; 0,5 моль фенола и 0,5 моль воды. 34. 18,8 % фенол; 4,5 % кислота. 35. 211,5 г олеиновой и 38,5 г стеариновой кислот; после гидрирова- ния получено 251,5 г С17Н35СООН. 36. 6,72 дм3. 37. 8,46 г олеиновой и 11,54 г пальмитиновой кислот. 38.28,04 %. 39.93,5 %. 40.87,5 %. 41.0,075 дм3.42.56,2 кг. 43. 10,68 см3. 44. 8 % кислота; 9,6 % щелочь. 45. 1,2 г Mg и 98,9 г СН3СООН. 46.21,5 %. 47.17,4 г. 48.40,85 г. 49.1: 2.50. (СН3СО)20.51. СДОН. 52.60,8 см3.
Cb^l^T*"^ § 4!*. Сложные эфиры: химические свойства, установление формул Особенности химических свойств сложных эфиров и спо- собов их получения рассмотрим на примере следующей це- почки химических превращений. ПРИМЕР 43-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакций: Бутан L_> этановая кислота ?_> этилацетат 1_> L_» ацетат натрия 1_» уксусная кислота. Решение 1. Этановую кислоту получаем каталитическим окисле- нием бутана: 2СН3СН2СН2СН3 + 502 Лкат' > 4СН3СООН + 2Н20. бутан уксусная кислота 2. Сложные эфиры получают при взаимодействии карбо- новых кислот со спиртами (реакция этерификации): ^° СН3СООН + СН<ОН , "*-' > СН, - С^ + НА этанол этилацетат о-с2н5 3. Щелочным гидролизом сложных эфиров получают соли карбоновых кислот и соответствующие спирты: ^° CJL-C +NaOH *■ ч о - с2н5
504 § 45. Сложные эфиры: химические свойства, установление формулу ► CH3COONa + С2Н5ОН. ацетат натрия 4. Уксусную кислоту получаем при взаимодействии аце- тата натрия с более сильными, чем уксусная, кислотами: CH3COONa + H2S04(pa36} -> СН3СООН + NaS04. Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Ацетилен -» этанол -> ацетальдегид -» уксусная кисло- та -> изопропилацетат -> ацетат калия. 2. Этанол -> этилацетат -» этанол -> этановая кислота -> -» 2-хлорэтановая кислота -> метиловый эфир хлоруксусной кислоты. 3. Этилен -> этилацетат -> уксусная кислота -» метил- ацетат -> метилат натрия -> метановая кислота. 4. Метанол -> уксусная кислота -> пропилацетат -> про- панол-1 -» масляная кислота -» оксид углерода (IV). 5. Ацетилен -> этановая кислота -» ацетат натрия -» этил- ацетат -* этилат натрия -> этанол. 6. Этилен -> этилбромид -> этанол -> этилацетат -> аце- тат натрия -> ацетилен -» полихлорвинил. 7. Метилацетат -> метанол -> метаналь -> метилпропио- нат -> пропионат натрия -> этан. 8. Пропанол-1 -> пропаналь -> пропионовая кислота -> -> этилпропионат -> этилат натрия -> этанол. 9. Метан -> хлористый метил -> муравьиная кислота -> -» метилформиат -> формиат калия -> муравьиная кислота. 10. Ацетилен -> этаналь -> уксусная кислота-> ацетат на- трия -> метан -> метилформиат. П. СаС + Н2° ) +H2o(Hg2+,H+) ) +ljaih4 > + H2SO4(kohu.),0oC ч 2 Г Н +Н20/.Н+ +CuO,;° + H2/Ni,/° + нсоон/н+ v
§ 41 Сложные эфиры: химические свойства, установление формулы 505 13. (СН3СО)20 +С^0Н/Н+ ) ... +Na°H/^° ) ... Е3 + НС1 ч + Р205 + салициловая кислота ■ С2Н5ОН 14. CaQ +Н2° ) А +2мольНС1 ) г\тт\ Л> * г '2 + Cu(OH)2,;° _ + 7 мппь NaOH ШЛТ* _ / - + 2 моль NaOH (H2Q) p Л \ + H2/NU° )Д +Г/Н+ )Е 15. Бензол -ьсн3С1/А1С13 ) •+ЗмольС12(мо ) + ЗмольИаОН(Н20) + CH3OH/H+ +КОН(Н20) 1^-о - ^ +NaOH/H90 +НВг v +Na v 16. Сложный эфир ^-»... > ... >... ... бутан 17. Бензол +СНзС1/А1СЛз ) ... +1мольВг2(/,у) > ... + NaOH/H20 + (CH3CO)20/H+ Д 1 моль СЬ, hv ^ g 18. Октан / ,кат дегидроциклизация kg KMnQ4, H2S04 (изб.), ^ г> КОН/спирт КМп04,5°С,Н70> 2 моль СН3СООН, Н* ^ж_СН3ОН1Н^ з NaOH^O^ д ,° > R 19. СН СН — СН3СООН,Н+ Н20,Н+ Ag20,NH3,/° ... * -сн3соон ; * ..._NaOH,H7Q ... NaOH(T),/0 С2Н5ОН 1 ^ А ^3 20. CH.COONa ->» СН3СООН СН3СООС2Н5
506 § 45. Сложные эфиры: химические свойства, установление формулы 21 БеНЗОЛ 1 моль С2Н5С1, кат. 1мольС12,/>у КОН/Н20 H2SQ4(kohu.) 180 °С v ... КМп04,5°С,Н20 (СН3СО)20(изб.) 22. С- 6 :оон- ( X—2_^ КОН(изб.),Н20> + СН3Вг(изб.)> НС1 (р-р) изб. Установление формул сложных эфиров, а также образующих их кислот и спиртов ПРИМЕР 45-2. Для омыления 14,8 г неизвестного слож- ного эфира потребовался раствор NaOH массой 40 г с массо- вой долей щелочи 20 %. Установите формулу эфира. Решение Записываем уравнение реакции и проводим расчеты: х 0,2 моль С Н9 О, + NaOH -> CH^+1COONa + CH, +1ОН. л 2я 2 к 2JH-1 т 2т+1 1 МОЛЬ 1 МОЛЬ (к + т+ 1 =п); M(NaOH) =40 г/моль; 40 0 2 n(NaOH) = —-=-—^— = 0,2 (моль); х = niCJHjfiJ = «(NaOH) = 0,2 моль. Находим молярную массу эфира: М(С,НгА) = «£2=1М = 74 (г/моль). "(С«Н2Л°2) 0'2
у 45. Сложные эфиры: химические свойства, установление формулы 507 С другой стороны: Л/(СН2л02) = 14л + 32. Таким образом: 14л + 32 = 74; Л2= 3. Формула эфира С3Н602. Это могут быть эфиры строения: <*° *° Н-С илиСН3-С ОС2Н5 ОСН3 этилформиат метилацетат Ответ: С3Н602. 1. Какой эфир НМК подвергся гидролизу, если 41,1 см3 этого эфира (р = 0,90 г/см3) прореагировал с 28 г КОН? 2. При нагревании 23 г муравьиной кислоты с некоторым алканолом с выходом 80 % получен эфир, при сгорании ко- торого получено 17,92 дм3 (н.у.) С02. Установите спирт. 3. При гидролизе сложного эфира состава CH3COOCwH2w+1 массой 14,8 г с выходом 80 % получено 13,28 г ацетата на- трия. Установите эфир. 4. При взаимодействии алканола с НМК получили слож- ный эфир, относительная плотность паров которого по ге- лию 25,5. При взаимодействии исходного алканола массой 2,3 г с избытком натрия получили 560 см3 (н.у.) водорода. Что это за эфир? 5. Относительная плотность паров сложного эфира по ге- лию 22. При сгорании всей полученной при гидролизе кисло- ты выделяется С02, объем которого в три раза больше, чем объем С02, полученный при сгорании алканола, входящего в состав эфира. Что это за эфир, если кислота - НМК?
508 § 45. Сложные эфиры: химические свойства, установление формулы 6. При взаимодействия этанола и НМК получили эфир. Найдите его формулу, химическое количество и массу, если известно, что кислота массой 37 г была получена окислени- ем 30 г первичного алканола. 7. При взаимодействии этанола и НМК получили эфир. Из- вестно, что при сгорании 0,1 моль паров кислоты получили С02, который с 32 см3 раствора КОН (w = 28 %, р = 1,25 г/см3) образует кислую соль. Что это за эфир? 8. Из 2,704 кг пчелиного воска выделили 1 моль мирицило- вого эфира стеариновой кислоты, что составляет 25 % от мас- сы воска. Напишите молекулярную формулу этого эфира. 9. Массовая доля элемента кислорода в составе сложного эфира, образованного НМК и алканолом, 43,2 %. При взаи- модействии 4,6 г спирта, входящего в состав эфира, с избыт- ком натрия образуется 1,12 дм3 (н.у.) водорода. Определите формулу кислоты, входящей в состав спирта. 10. Сложный эфир образован НМК и алканолом, причем числа атомов С в НМК и алканоле равны. При получении этого эфира из кислоты и спирта образовалось 36 г воды, а при сжигании эфира выделилось 179,2 дм3 (н.у.) С02. Назо- вите эфир. 11. Эфир образован НМК и алканолом, причем число ато- мов С в спирте в 2 раза больше числа атомов в кислоте. При образовании эфира выделилось 9 г воды, а при его сжигании получено 33,6 дм3 С02 (н.у). Назовите эфир. 12. При взаимодействии 30,5 г бензойной кислоты с алка- нолом получено 27,2 г сложного эфира с выходом 80 %. Уста- новите спирт. 13. Относительная плотность по Н2 паров сложного эфи- ра, образованного алканолом и НМК, равна 37. При взаимо- действии 6,4 г алканола, входящего в состав эфира, с избыт- ком Na, образуется 2,24 дм3 (н.у.) Н2. Установите формулу кислоты, входящей в состав эфира.
8 45. Сложные эфиры: химические свойства, установление формулы 509 14. Из 22,5 г сложного эфира получено 18,3 г бензойной кислоты. Установите строение сложного эфира. 15. При гидролизе сложного эфира, молярная масса которо- го равна 130 г/моль, образуется насыщенная одноосновная кис- лота и третичный спирт. Определите строение эфира, если из- вестно, что в натриевой соли кислоты w(Na) = 23,96 %. 16. При гидролизе сложного эфира получено 21,7 г этилен- гликоля и 21,0 г уксусной кислоты. Установите формулу эфира. 17. Смесь фенола и этилового эфира НМК общей массой 40 г вступила в реакцию с 80 г раствора с w(NaOH) = 20 %. При обработке такого же количества смеси избытком бром- ной воды выпало 33,1 г осадка. Определите структурную фор- мулу эфира. 18. Смесь уксусной кислоты и изомерного ей сложного эфира может прореагировать с 200 г раствора с w(KOH) = 14 %. При действии на такое же количество исходной смеси из- бытка раствора КНС03 выделяется 5,6 дм3 (н.у.) газа. Укажи- те структурную формулу эфира и мольное соотношение ве- ществ в смеси. 19. Относительная плотность паров сложного эфира по водороду 44. При гидролизе эфира образуются два соедине- ния, при сгорании которых выделяются одинаковые объе- мы С02. Укажите структурную формулу эфира. 20. При гидролизе раствором NaOH сложного эфира массой 38,25 г получили 2 насьщенных органических вещества общей массой 53,25 г. Одному из полученных соединений отвечает формула С4НюО. Укажите молекулярную формулу эфира. Ответы 1. Метилацетат или этилформиат. 2. Метанол. 3. Метилацетат. 4. Этил- пропионат. 5. Метилпропионат. 6. 0,5 моль или 51 г С2Н5СООС2Н5. 7. Эти- лацетат. 8. С17Н35СООС28Н57. 9. НССОН. 10. Этилацетат. 11. Этилформиат. 12. Метанол. 13. СН3СООН. 14. С6Н5СООС2Н5. 15. С2Н5СООС(СН3)3. 16. СН3 - СО - О - СН2СН2 - ОН. 17. С2Н5СООС2Н5. 18. л(СН3СООН) : "(НСООСН3) = 1 : 1. 19. СН3 - СООСД.. 20. С5Н10О2.
§ 46. Сложные эфиры: комбинированные задачи Получение сложных эфиров ПРИМЕР 46-1. Для получения этилацетата было взято 91 г спирта с массовой долей его 96 % и 122,45 г раствора кисло- ты с массовой долей ее 98 %. Определите массу полученного эфира, если его выход равен 96 %. Решение Записываем уравнение реакции и проводим расчеты: СН3СООН + С2Н5ОН < н+ > СН3СООС2Н5 + Н20. Л/(СН3СООН) = 60 г/моль; Л/(С2Н5ОН) = 46 г/моль; Л/(эфира) = 88 г/моль; /птт „ЛТТЧ /w(p-pa)-w 122,45-0,98 ■ , ч л(СН3СООН) = }£JL1 = - -— = 2,0 (моль). 3 М(СН3СООН) 60 Аналогично: 91-0 96 и(С2Н5ОН)= ? =1,899 (моль). Спирт взят с недостатком, поэтому: л(эфира)теор = л(С2Н5ОН) = 1,899 моль; я(эфира)пра1сг = 1,899-0,96 = 1,823 (моль);
§46 Сложные эфиры: комбинированные задачи 511 ю(эфира) = 1,823 -88 = 160,4 (г). Ответ: т(СН3СООС2Н5) = 160,4 г. 1. При нагревании 34,5 г этанола и 42 г уксусной кислоты получили 51,6 г сложного эфира. Чему равен выход реакции этерификации? 2. При нагревании смеси этанола и пропионовой кисло- ты получили 15,3 г эфира. На нейтрализацию такого же ко- личества смеси нужно 32,8 см3 раствора NaOH (w = 20 %, р = 1,22 г/см3). Определите массовые доли веществ в исход- ной смеси. 3. Какие массы и каких веществ нужно взять для получе- ния 296 г этилформиата, если выход эфира равен 80 %? 4. Ацетальдегид, полученный из 11,2 дм3 (н.у.) этина, пол- ностью превращен в кислоту, которая вступила в реакцию этерификации с 1,3 моль этанола. Найдите массу эфира, если его выход равен 80 %. 5. При нагревании 13,6 г смеси муравьиной и уксусной кислот с избытком этанола получили 20,6 г смеси эфиров. Какая масса муравьиной кислоты вступила в реакцию? 6. Какая масса уксусноэтилового эфира может быть по- лучена из 11,5 г этанола и 30,0 г кислоты при выходе 75 %? 7. При взаимодействии 28,75 см3 этанола (р = 0,80 г/см3) со смесью муравьиной и уксусной кислот получено 39,8 г смеси эфиров. Считая, что спирт прореагировал полностью, найдите массы полученных эфиров. 8. При нагревании 25,8 г смеси этанола и уксусной кис- лоты получили 14,08 г сложного эфира, а при сгорании тако- го же количества исходной смеси образовалось 23,4 г воды. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси и выход эфира.
512 § 46. Сложные эфиры: комбинированные задачи 9. Пропаналь разделили на две равные части. Одну из них с выходом 80 % восстановили водородом до спирта, а другую с выходом 90 % окислили до кислоты. Полученные соедине- ния могут образовать с выходом 75 % эфир массой 50,0 г. Най- дите исходную массу пропаналя. 10. При нагревании смеси уксусной и муравьиной кислот с 23 см3 100 %-ного этанола (р = 0,80 г/см3) получено 32,4 г смеси слож- ных эфиров. Определите массы эфиров в их смеси. 11. При нагревании смеси метанола и уксусной кислоты получено 2,22 г сложного эфира. При обработке такого же количества исходной смеси избытком NaHC03 и пропуска- нии полученного газа в избыток раствора Ва(ОН)2 получено 11,82 г осадка. Считая, что выход реакции этерификации равен 75 %, определите химические количества веществ в исходной смеси. 12. При взаимодействии 11,5 г муравьиной кислоты с эта- нолом получено 14,8 г эфира. Определите его выход и объем израсходованного спирта (р = 0,8 г/см3), если спирт был взят с двукратным избытком. 13. Грушевая эссенция является сложным эфиром уксусной кислоты и З-метилбутанола-1 (изоамиловый спирт). Какую массу изоамилацетата можно получить при нагревании 4,4 г спирта и 3,5 см3 уксусной кислоты (w = 96 %, р = 1,06 г/см3) при выходе 80 %? 14. При нагревании смеси этанола и уксусной кислоты по- лучили 13,2 г эфира с выходом 60 %. При действии избытка NaHC03 на такое же количество исходной смеси получили 7,84 дм3 (н.у.) газа. Определите массовые доли веществ в ис- ходной смеси. 15. На нейтрализацию смеси этанола и уксусной кислоты затратили 5 г NaOH. В результате реакции между компонен- тами смеси получили 0,1 моль сложного эфира. Определите массовую долю кислоты в смеси.
g 46. Сложные эфиры: комбинированные задачи 513 16. При нагревании 7,8 г смеси метанола и муравьиной кислоты получено 4 г эфира. При сжигании исходной смеси образуется 4,48 дм3 (н.у.) С02. Определите выход эфира. 17. При нагревании 10,6 г смеси этанола и уксусной кис- лоты получено 8 г эфира. При сжигании исходной смеси об- разуется 9 г воды. Определите выход эфира. 18. Какая масса эфира получится из 13,8 г алканола и из- бытка уксусной кислоты, если при действии натрия на 27,6 г этого алканола выделяется 6,72 дм3 (н.у.) газа? Реакции сложных эфиров ПРИМЕР 46-2. Для гидролиза 11,8 г смеси этиловых эфи- ров метановой и этановой кислот нужно 54,1 см3 раствора NaOH с массовой долей щелочи 10 % (плотность 1,109 г/см3). Определите массу каждого эфира в исходной смеси. Решение Записываем уравнения реакций и проводим расчеты (под формулами веществ указаны их молярные массы): 11,8 г HCOOC2H5+NaOH 74 г/моль CH3COOC2H5+NaOH 88 г/моль -> HCOONa+С2Н5ОН; (46-1) 15 моль ->CH3COONa+C2H5OH. (46-2) /хт ^тч VPW 54,1 -1,109 - 0,1 .... . «(NaOH) = —^— = —-— — = 0,15 (моль). М 40 Составляем систему двух уравнений (см. химические урав- нения (46-1) и (46-2)): 17 3ак. 14S1
514 § 46. Сложные эфиры: комбинированные задачи 74* + 88у = 11,8; * + ;y = 0,15. Находим: х = 0,1 моль; у = 0,05 моль. т(НСООС2Н5) = 0,174 = 7,4 (г); /и(СН3СООС2Н5) = 0,05-88 = 4,4 (г). Ответ: т(НСООС2Н5) = 74 г; т(СН3СООС2Н5) = 4,4 г. 19. Для полного гидролиза 32 г смеси бутиловых эфиров муравьиной и уксусной кислот нужно 106,1 см3 раствора NaOH (w=10%,p=l,l г/см3). Определите массовые доли эфиров в смеси. 20. Смесь уксусной кислоты и этилацетата может макси- мально прореагировать с 20,0 г СаСОэ. Максимальная масса ацетата калия, которая может образоваться из исходной сме- си веществ в реакции с КОН, равна 44,1 г. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси. 21. Смесь этилацетата и этилформиата общей массой 12,5 г обработали 32,8 см3 с w(NaOH) = 20 % (р = 1,22 г/см3). Из- быток щелочи может прореагировать с 0,05 моль NH4C1. Най- дите массовые доли эфиров в смеси и объем газа, который может выделиться при обработке смеси после реакции со- лью аммония. 22. Какой объем раствора с w(KOH) = 25 % (р = 1,23 г/см3) нужно затратить на гидролиз 15 г смеси этилацетата и метил- пропионата? 23. При нагревании смеси этанола и этановой кислоты по- лучили 13,2 г эфира с выходом 60 %. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси, учитывая, что они прореагирова- ли полностью. 24. Смесь фенола и этилового эфира НМК общей массой 29,8 г обработали 393,4 см3 раствора с w(NaOH) = 20 %
с 46. Сложные эфиры: комбинированные задачи 515 (р = 1,22 г/см3) при нагревании. Избыток щелочи нейтрализо- вали 180,5 см3 раствора с w(HCl) = 36 % (р = 1,18 г/см3). Если обработать исходную смесь бромной водой, выпадает 33,1 г осадка. Что за эфир входит в состав исходной смеси? 25. Для полного гидролиза смеси этилацетата и этилфор- миата общей массой 12,5 г потребовалось 100 см3 раствора NaOH с молярной концентрацией щелочи 1,5 моль/дм3. Вы- числите массовые доли эфиров в смеси и массу спирта, полу- ченного при гидролизе. 26. Смесь метилацетата и метилформиата общей массой 15,52 г обработана 0,17 моль Ва(ОН)2. Избыток основания мо- жет с образованием осадка прореагировать с 4э,4 см3 раствора хлорида меди (II) (w = 13,5%, р = 1,1 г/см3). Найдите массовые доли эфиров в исходной смеси и объем С02, который макси- мально может прореагировать с избытком щелочи. 27. Для полного гидролиза смеси этиловых эфиров уксус- ной и пропионовой кислот нужно 40 г раствора с w(NaOH) = = 20 %, а при сгорании такой же массы смеси эфиров полу- чено 20,16 см3 (н.у.) С02. Определите массовые доли эфиров в смеси. 28. Для полного гидролиза 3,12 г смеси этилацетата и фе- нил-ацетата нужно 400 см3 раствора с молярной концентра- цией NaOH 0,1 моль/дм3. Определите массовые доли эфиров в смеси. 29. На гидролиз 20,8 г смеси метилформиата и метилаце- тата требуется 256,5 г раствора Ва(ОН)2 с массовой долей ще- лочи 10 %. Найдите массы эфиров в исходной смеси. 30. Этилацетат массой 8,80 г кипятили с водным раство- ром, содержащим 6,00 г гидроксида калия, а затем смесь вы- парили. Чему равна масса сухого остатка? 31. Смесь метиловых эфиров уксусной и пропионовой кис- лот массой 47,2 г обработали 83,4 см3 раствора с массовой до- лей гидроксида натрия 40 % (р =1,2 г/см3). Определите
516 § 46. Сложные эфиры: комбинированные задачи массовые доли (%) эфиров в смеси, если известно, что гидро- ксид натрия, оставшийся после гидролиза эфиров, может по- глотить максимально 8,96 дм3 (н.у.) оксида углерода (ГУ). 32. Раствор формальдегида в смеси метилацетата и муравьи- ной кислоты общей массой 2,70 г может полностью прореаги- ровать с 18,4 см3 раствора с w(KOH) = 11,2 % (р = 1,09 г/см3). Полученный при этом раствор при нагревании с избытком Ag20/NH3 выделяет 8,64 г осадка. Установите мольные доли компонентов в исходной смеси. Ответы 1. 83,7 %. 2. 31,8 % С2Н5ОН; 68,2 % СН3СН2СООН. 3. 230 г НСООН и 230 г С2Н5ОН. 4. 35,2 г. 5. 4,6 г. 6. 16,5 г. 7.22,2 г этилформиата и 17,6 г эти- лацетата. 8. 53,5 % С2Н5ОН и 46,5 % СН3СООН; 80 %. 9. 83,3 г. 10. 14,8 г этилформиата и 17,6 г этилацетата. 11.0,06 моль кислоты; 0,04 моль спирта. 12. 28,8 см3 С2Н5ОН; 80 %. 13. 5,2 г. 14. 64,6 % СН3СООН; 35,4 % С2Н5ОН. 15. 62 %. 16. 66,7 %. 17. 91 %. 18. 26,4 г. 19. 43,5 % этилового и 56,5 % муравьиного эфиров. 20. 84,5 % СН3СООН; 14,5 % СН3СООС2Н5. 21. 29,6 % НСООС2Н5 и 70,4 % СН3СООС2Н5; 1,12 дм3 NH3. 22. 31 см3. 23. 43,4 % С2Н5ОН; 56,5 % СН3СООН. 24. Этилпропионат. 25. 70,4 % СН3СООС2Н5; 29,6 % НСООС2Н5; 6,9 г С2Н5ОН. 26. 61,8 % НСООСН3; 38,14 % СН3СО- ОСН3; 1,12 дм3 С02.27.46,3 % этилацетат и 57,3 % этилпропионат. 28. 56,4 % этилацетат и 43,6 % фенилацетат. 29. 6,1 г НСООСН3 и 14,7 г СН3СООСН3. 30. 10,19 г. 31. 62,71 % метилацетат и 37,29 % метилпропионат. 32. 40 % НСООН; 40% СН3СООС2Н5; 20 % НСНО.
§ 47. Жиры Особенности химических свойств жиров и способов их получения рассмотрим на примере следующей цепочки хи- мических превращений. ПРИМЕР 47-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакций: глицерин —L_> трипальмитин —L-> L-> пальмитат калия —L_> —L_> пальмитиновая кислота —±_> пальмитат кальция. Решение 1. Трипальмитин получаем взаимодействием глицерина и пальмитиновой кислоты: сн2- он СН - ОН +ЗС15Н31СООН < HV° > сн2- он
518 §47. Жиры О II сн2- о- с - с15н31 I ° 1 II ( н*-'° > сн - о - с - с15н31 +зн2о. I ° 1 II сн2- о- с - с15н31 2. Омылением трипальмитина получаем пальмитат калия: О сн2- о- с -с15н31 О СН - О - С - С15Н31 +ЗКОН I ° 1 II сн2- о- с -с15н31 сн2- он сн - он + зс15н31соок сн2- он 3. Вытесняем пальмитиновую кислоту из ее соли более сильной кислотой:
§47. Жиры 519 с15н31соок + на -> с15н31соон + ко. 4. Вводим пальмитиновую кислоту в реакцию с известко- вой водой: 2С15Н31СООН + Са(ОН)2 -» (С15Н31СОО)2Са + 2Н20. Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Глицерин -> тристеарин -> стеарат натрия -> стеарино- вая кислота -> стеарат кальция. 2. Олеиновая кислота -> триолеин -> тристеарин -> стеа- риновая кислота -» стеарат калия. 3. Триглицерид олеиновой кислоты -» олеиновая кислота -> -> тристеарин -> глицерин -> тринитроглицерин -> азот. 4. Тристеарин +ЗмольКаон/н2о,<° > ... +HC1(^> > ... - глицерин + SOCl2 + CH3NH2,f° Расчетные задачи ПРИМЕР 47-2. Какие соединения образуются и каковы их массы, если нагреть под давлением в присутствии силь- ной кислоты 89 г тристеарина? Решение Записываем уравнение реакции и проводим расчеты (под формулами веществ указаны их молярные массы). 0,1 моль о II сн2- о- с - с17н35 I ° сн - о - с - с17н35 + зн2о <=^ о СН2 О С С17Н35 М(ТСТ) = 890 г/моль
520 § 47- ж"Ры сн2- он <=^=± сн - он +зс17н35соон сн2- он 1 моль 3 моль М(ТЯ) = 92 г/моль М(СК) = 284 г/моль Находим химическое количество тристеарина (ТСТ): ,„_ т(ТСТ) 89 л(ТСТ) = — = = 0,1 (моль). М(ТСТ) 890 В реакции гидролиза образуются глицерин (ГЛ) и стеари- новая кислота (СК): х = л(ГЛ) = ^- = 0,1 (моль); /и(ГЛ) = л(ГЛ) -М(ТЛ) = 0,1 -92 = 9,2 (г); у = «(СК) = ^^ = 0,3 (моль); w(CK) = л(СК) -Af(CK) = 0,3 -284 = 85,2 (г). Ответ: /и(глицерина) = 9,2 г; м(С17Н35СООН) = 85,2 г. 1. На омыление 26 г триглицерида пошло 49,2 см3 ра- створа NaOH (w = 20 %, р = 1,22 г/см3). Определите строение триглицерида насыщенной монокарбоновой кислоты. 2. При гидролизе 222 г жира получили 213 г НМК и гли- церин. Найдите формулу кислоты, входящей в состав жира. 3. Какая масса жира, представляющего трипальмитин, нужна для получения 100 г туалетного мыла, если массовая доля пальмитата натрия в мыле равна 83,4 %?
$J7. Жиры 521 4. Какая масса жира, содержащего 81 % тристеарина по массе, нужна для двухстадийного синтеза 45,4 г нитроглице- рина, если выход равен 100 % на всех стадиях? 5. Какая масса триглицерида уксусной кислоты получит- ся, если при действии избытка карбоната натрия на такое же количество кислоты выделяется 6,72 дм3 (н.у.) газа? 6. Жир массой 44,5 г, представляющий триглицерид толь- ко одной НМК, нагрели с 70 см3 раствора с w(NaOH) = 20 % (р = 1,2 г/см3). Для нейтрализации избытка щелочи нужно 22,5 см3 раствора с w(HCl) = 36,5 % (р = 1,2 г/см3). Какие органические вещества были получены при гидролизе жира и каковы их массы? 7. Этерификацией 27,6 г глицерина смесью стеариновой и олеиновой кислот получили жир, на гидрирование связей С = С в котором нужно 13,44 дм3 (н.у.) водорода. Найдите массу и состав полученного жира. 8. Нагрели 6,38 г твердого жира с 9,5 см3 раствора КОН (w = 25 %, с = 1,18 г/см3). Избыток щелочи нейтрализовали 13,4 см3 раствора с w(HCl)= 5 % (р = 1,09 г/см3). Определи- те формулу жира. 9. В оливковом масле массовая доля триглицерида одноос- новной кислоты с одной двойной связью С = С равна 80 %. Вьгоедите формулу триглицерида, если известно, что 1,105 кг оливкового масла содержит 1 моль этого триглицерида. 10. Какую массу (т) глицерина вырабатывает мыловарен- ный завод из 100 т технического жира с массовой долей три- пальмитина 40 %? 11. Для полного гидрирования связи С = С в олеиновой кислоте, полученной при гидролизе триолеина, потребова- лось 26,88 м3 (н.у.) Н2. Какая масса (кг) жира с массовой до- лей триолеина 90 % подверглась гидролизу? 12*. Состав жира, образованного остатками одной кислоты,
522 §47. Жиры может быть выражен формулой С57Н9206. Определите число связей С = С в составе его молекулы. 13. Какую массу Н2 может присоединить 1 моль жира, в состав которого в равных химических количествах входят остатки насыщенных жирных кислот и ненасыщенных кис- лот, содержащих одну двойную связь? 14. При гидролизе образца некоторого ненасыщенного жира образовалось 50,6 г глицерина. Такой же образец жира может присоединить 61,6 дм3 (н.у.) водорода. Сколько свя- зей С = С содержит молекула жира? 15.* Какую массу брома может присоединить порция жира состава С57Н104О6 массой 88,4 г (в состав жира входят остатки только одной кислоты)? Ответы 1. Триглицерид пропионовой кислоты. 2. С18Н37СООН. 3. 80,6 г. 4.220 г. 5.43,6 г. 6.45,9 г стеарата натрия и 4,6 г глицерина. 7. 265,8 г жира, в состав которого входят два остатка олеиновой кислоты и один остаток стеариновой кислоты. 8. СпН23СООН. 9. Триолеин. 10. 4566 кг. И. 392,88 кг. 12. 6 двой- ных связей. 13. 3 г. 14. 5.15. 48 г.
§ 48. Углеводы Особенности химических свойств углеводов рассмотрим на примере двух цепочек химических превращений. ПРИМЕР 48-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакций: 4 > молочная кислота фруктоза L_> сахароза L-» глюкоза L_> этанол. 5 -> глюконовая кислота Решение 1. Сахароза образуется при взаимодействии фруктозы и глюкозы: с6н12о6 + с6н12о6 _jl^ с12н22о„ + н2о. фруктоза глюкоза сахароза 2. Гидролизом сахарозы получают глюкозу: с12нио„ + н2о _^-_+ с6н12о6 + с6н12о6. фруктоза глюкоза 3. Этанол образуется при спиртовом брожении глюкозы: С6Н1206 '°>ферменты ) 2С2Н5ОН + 2C02t. этанол 4. Молочная кислота образуется при молочнокислом бро- жении глюкозы: С6Н1206 ЛФерменты > 2СН3СН(ОН)СООН. молочная кислота
524 S 48. Углеводы 5. Осторожным окислением глюкозы бромной водой по- лучаем глюконовую кислоту (при окислении глюкозы амми- ачным раствором оксида серебра (I) образуется сложная смесь продуктов): С6Н1206 + Вг2 + Н20 > С6Н1207 + 2НВг глюконовая ИЛИ кислота СН20Н(СН0Н)4 - С + Вг2 + Н20 н ► СН2ОН(СНОН)4-С + 2НВг. он ПРИМЕР 48-2. Осуществите химические превращения согласно схемам реакций: Оксид углерода (IV) L_» глюкоза —L_» крахмал !_> 1_> глюкоза —i_» сорбит. Решение 1. В природе глюкоза образуется из С02 и Н20 в результате фотосинтеза: 6 С02 + 6Н20 *> хлорофилл ) С6Н1206 + 602t - Q. 2. В результате реакции поликонденсации из глюкозы об- разуется крахмал: «С6Н1206 _JVC5L_> (С6Н10О5)я + «Н20. крахмал 3. Гидролизом крахмала получаем глюкозу: (С6Н10О5)„ + яН20 _£я±+ «C6HI206. 4. При восстановлении альдегидной группы глюкозы об- разуется шестиатомный спирт — сорбит:
§48. Углеводы 525 СН2ОН(СНОН)4 - <Т +Н2 Лкат' > н ''■т > СН2ОН(СНОН)4СН2ОН. сорбит Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Оксид углерода (IV) -» крахмал -> глюкоза -> этанол -> -> этилен -> полиэтилен. 2. Сахароза -> глюкоза -> молочная кислота -► этиловый эфир молочной кислоты -> этанол -> глюкоза. 3. Сахароза -» фруктоза -> оксид углерода (IV) -> глюкоза -> -» молочная кислота -» 2-хлорпропановая кислота. 4. Целлюлоза -> глюкоза -» этанол -> 1,2-дибромэтан -» -> этиленгликоль -> 2-хлорэтанол-1. 5. Мальтоза -» глюкоза -»уксусная кислота -> оксид угле- рода (IV) -» глюкоза -» сорбит. 6. Крахмал -> мальтоза -> глюкоза -> целлюлоза -> три- нитроцеллюлоза. *-> триацетил- целлюлоза 7. Пиокоза -> мальтоза -> крахмал -> сахароза -» глюкоза -» -> глюконовая кислота. 8 ГлЮКОЗа молочнокислое \ +HBr ) +NaOH (спирт) брожение + HBr +NaHCQ3 +NaOH(T)>r° Q CO H2°>^v v спиртовое СиО,/° -^' 2 хлорофилл *** брожение "" ! ^ ... С6Н5-ОН,Н+ _ 10. Глюкоза -—Г > ... -^+ - 2моль"н' > .» 11. С,(Н20)д Н3°'Н* ) А ■"-«• ) С4Н6 Вг2(1моль),20°С ) . Вг2(1моль).20°С р КОН/НгО Q H2/Ni £) CuO,t° £ ЙЖ ' * изб.
526 § 48- Углеводы Расчетные задачи ПРИМЕР 48-3. Какой объем (дм3) этанола (плотность 0,789 г/см3) можно получить из картофеля массой 5,0 т с мас- совой долей крахмала 20 %? Выход глюкозы из крахмала ра- вен 80 %, а этанола из глюкозы — 90 %. Решение Данную задачу лучше решать по «массам». Обратите внима- ние, что при использовании единиц г/см3, кг/дм3 и т/м3 чис- ленное значение плотности не изменяется. В данном случае: Г TCV Т р = 0,789 — = 0,789—- = 0,789 — см дм м Записываем уравнения реакций и проводим расчеты. 1,00 т х (С6Н10О5)„ + «Н20 -» «С6Н1206; (48-1) 162/2 т 180л т 0,888 т у С6Н1206 -> 2С2Н5ОН + 2С02Т. (48-2) 180т 2-46т т(крах.) = т(карт.) -м>(крах.) = 5,0-0,2 = 1,00 (т.); х = m(C6H1206) = —— = 1,11 (т), 162-п "(C.H.AW =1,11-0,8 = 0,888 (т). у = т(С2Н5ОН)теор. = °'88*;п2-46 = 0,454 (т); mCC^OH)^ =0,4540,9 = 0,409 (т). Рассчитываем объем этанола: vtcAOH)^^01»- °-409т - р(С2Н5ОН) 0,789 т/м3 = 0,518м3=518дм3. Ответ: *7С2Н5ОН) = 518 дм3.
£ 48. Углеводы 527 1. На гидролизных заводах из 1 т древесины, в которой массовая доля целлюлозы 40 %, получают 200 дм3 этанола (р = 0,8 г/см3). Определите выход этанола. 2. Какую массу глюкозы (кг) можно получить из 1 т кар- тофеля с массовой долей крахмала 20 %, если выход глюкозы составляет 80 %? 3. Найдите массовую долю этанола в растворе, получен- ном при брожении 10 кг раствора, содержащего 1 кг глюко- зы. Какой объем газа (дм3, н.у.) выделился при брожении? 4. Из древесных опилок получено 60 т раствора этанола с массовой долей его 96 %. Определите объем (м3, н.у.) выде- лившегося при этом углекислого газа. 5. Раствор массой 500 г с массовой долей глюкозы 20 % подвергли спиртовому брожению, выделившийся газ с 200 см3 раствора NaOH (w=10%,p=l,l г/см3) образует кислую соль. Найдите массовые доли веществ в растворе после брожения. 6. Кукурузные зерна содержат 70 % крахмала по массе. Ка- кую массу зерен надо взять для получения 135 дм3 этанола с массовой долей его 96 % (р = 0,8 г/см3)? 7. Какую массу триацетилцеллюлозы можно получить из 3,24 т древесины с массовой долей целлюлозы 50 %? Какой объем (дм3) раствора с массовой долей уксусной кислоты 80 % (р = 1,07 г/см3) потребуется для этого? 8. Какую массу сахарозы надо подвергнуть гидролизу, что- бы из продукта брожения получить этанол в количестве, до- статочном для синтеза 11,2 дм3 (н.у.) дивинила? 9. Какая масса глюкозы нужна для получения из нее бро- жением этанола, если известно, что этанол образует 10 см3 диэтилового эфира (р = 0,925 г/см3) с выходом 50 %? 10. При спиртовом брожении глюкозы получили этанол, который полностью окислили в кислоту. При действии из- бытка КНС03 на эту кислоту получили 8,96 дм3 (н.у.) газа. Какая масса глюкозы была взята для брожения?
528 § 48. Углеводы 11. Какая масса глюкозы подверглась спиртовому броже- нию, если при этом выделилось столько же газа, как и при пол- ном сгорании 80 см3 метанола (р = 0,80 г/см3)? Реакция горе- ния протекает количественно, а брожения — с выходом 90 %. 12. Какая масса глюкозы нужна для получения 11,2 дм3 (н.у.) этилена при суммарном выходе процесса 50 %? 13. Массовая доля крахмала в картофеле 20 %. Какую мас- су глюкозы можно получить из 1620 кг картофеля при выхо- де реакции гидролиза 75 %? 14. Какую массу древесины, в которой массовая доля целлю- лозы 50 %, нужно взять для получения 896 дм3 (н.у.) этилена? 15. В образце крахмала массой 100 г содержится 7,5-1018 молекул. Рассчитайте среднюю молярную массу крахмала. 16. При спиртовом брожении глюкозы массой 90 г полу- чен газ, который пропустили через 364 см3 раствора NaOH (w = 10 %, р = 1,1 г/см3). Какая соль при этом образовалась и какова ее массовая доля? 17. Какой объем этанола (р = 0,8 г/см3) при его выходе 70 % можно получить из 4 т картофеля, содержащего 18 % крахма- ла? 18. Найдите массу раствора с массовой долей глюкозы 10 %, при брожении которого выделилось столько же С02, как и при полном сгорании 35 см3 этанола (р = 0,8 г/см3). 19. В результате спиртового брожения 150 г водного ра- створа глюкозы выделилось 2,24 дм3 (н.у.) газа. Найдите мас- совую долю спирта в полученном растворе, а также массо- вую долю глюкозы в исходном растворе (глюкоза прореаги- ровала полностью). 20. Массовая доля целлюлозы в древесине 50 %. Какая масса раствора этанола, содержащего 10 % воды, может быть получена при гидролизе 400 кг древесных опилок, если вы- ход этанола на стадии брожения 75 %?
£ 48. Углеводы 529 21. Какую массу древесины с массовой долей целлюлозы 50 % нужно взять для получения 96 дм3 (н.у.) этилена при выходе процесса 50 %? 22. Глюкоза массой 320 г была подвергнута спиртовому брожению с выходом 70 %. Полученный спирт был количе- ственно превращен в соответствующую кислоту Какой объем раствора NaOH (w = 20 %, р = 1,225 г/см3) нужен для полной нейтрализации полученной кислоты? 23. При спиртовом брожении глюкозы был получен газ, который образовал среднюю соль с 60,2 см3 раствора NaOH (w = 30 %, р = 1,33 г/см3). Какая масса раствора этанола с массовой долей его 60 % была получена при брожении? 24. Какая масса целлюлозы потребуется для получения 356,4 кг тринитроцеллюлозы? 25. Какую массу картофеля (в кг) нужно взять для получе- ния 50 дм3 раствора этанола с массовой долей его 40 %, если выход этанола равен 80 %, массовая доля крахмала в карто- феле — 20 %, плотность раствора — 0,95 кг/дм3? 26. Какую массу древесины (кг) нужно взять для получе- ния 40 дм3 раствора этанола с массовой долей его 95 %, если выход этанола равен 80 %, массовая доля целлюлозы в древе- сине - 50 %, плотность раствора — 0,8 кг/дм3? 27. Определите массу глюкозы, подвергшейся спиртово- му брожению, если из полученного спирта в две стадии мож- но получить 39,67 г уксусного ангидрида. 28. Какая масса осадка образуется при пропускании газа, полученного при спиртовом брожении глюкозы массой 200 г, через избыток раствора Са(ОН)2? Выход газа равен 90 %. 29. При полном гидролизе 243 г полисахарида получили 270 г моносахарида. Определите молекулярную формулу мо- носахарида. 30. Газ, выделившийся в результате спиртового броже- ния 100 г глюкозы, пропустили через 704,8 см3 известкового
530 § 48. Углеводы молока с w(Ca(OH)2) = 8 % (р = 1,0 г/см3). Осадок отделили от раствора и прокалили. Определите массовую долю веще- ства в полученном растворе и массу остатка после прокали- вания, если выход в реакции брожения равен 90 %. 31. Рассчитайте объем (м3) 1 моль целлюлозы, если сте- пень полимеризации ее 10 000, р = 1,52 г/см3. 32. При полном гидролизе 202,5 г полисахарида получено 225 г моносахарида. Определите молекулярную формулу по- лисахарида и среднюю степень полимеризации, если в реак- цию вступило 1020 молекул полисахарида. 33. Выход спирта при брожении глюкозы равен 65 %. Вы- делившийся при этом газ с раствором КОН объемом 0,1 дм3 (молярная концентрация щелочи 5 моль/дм3) образует сред- нюю соль. Определите массу глюкозы в реакции брожения. 34.* Какая масса уксусного ангидрида потребуется для эте- рификации сахарозы массой 3,078 г, если в этерификации участвует 25% гидроксильных групп сахарозы? Ответы 1. 70,4 %. 2.196 кг. 3. 5,4 %; 249 дм3.4. 28 000 м3.5. 5,32 % этанол; 10,6 % глюкоза. 6. 260,8 кг. 7. 2,88 т; 2103 дм3. 8. 171 кг. 9. 45 г. 10. 36 г. 11. 200 г. 12.90 г. 13.270 кг. 14.6,48 кг. 15.8 • 106 г/моль. 16.18,9 % NaHCOr 17.357,9 дм3. 18. 1,08 кг. 19. 3 % спирт; 6 % глюкоза. 20. 23,7 кг. 21. 1,39 кг. 22. 406,4 см3. 23. 23 г. 24. 194,4 кг. 25. 209 кг. 26. 134 кг. 27. 70 г. 28. 200 г. 29. СбН1206. 30. 29,34 г СаО; 5,13 % Са(НСОэ)2. 31. 1,07 м3. 32. (С6Н10О5)и; 7525. 33. 34,6 г. 34. 1,836 г.
§ 49. Амины Особенности химических свойств аминов и способов их получения рассмотрим на примере следующей цепочки хи- мических превращений. ПРИМЕР 43-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакций: этанол —L_» этиламин —L_^ бромид этиламмония —1_> —L_> этиламин —1_» азот. Решение 1. Амины получают аминированием спиртов: СН3СН2ОН + NH3 *°>™- > CH3CH2NH2 + Н20. этанол этиламин 2. При взаимодействии кислот с аминами образуются соли: CH3CH2NH2 + HBr-> [CH3CH2NH3]+Br-. бромид этиламмония 3. Действуя на эти соли замещенного аммония щелочами, получают исходный амин: [CH3CH2NH3]+Br " + NaOH -> CH3CH2NH2 + NaBr + H20. 4. При сгорании аминов образуются С02, Н20 и N2: 4CH3CH2NH2 + 1502 <° > 8С02 + 14Н20 + 2N2. Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Пропан -> гексан -> циклогексан ~> анилин -> хлорид фениламмония -> анилин.
532 § 49. Амины 2. Карбид кальция -> ацетилен -> бензол -> анилин -> -^ азот -> 2,4,6-триброманилин. 3. Этан -» нитроэтан -> этиламин -> бромид этиламмо- L-> азот ния -> этиламин -> оксид углерода (IV). 4. Гексан -> циклогексан -> бензол -> нитробензол -> гид- росульфат фениламмония -> сульфат фениламмония. 5. Этилен н> ацетилен -^ бензол -> анилин -> сульфат фе- ниламмония -> анилин -» азот. 6. Метан -> нитрометан -> гидроксид метиламмония -> -> хлорид метиламмония -> нитрат метиламмония -> нит- рат натрия. ^ ^тт +1мольС12(Лу) v +Na v +1мольВг2 (MQ ч /. V>rl4 * > ... > ... 7 ... + 2 моль NH3 8. БеНЗОЛ +HNO3/H2SO4,60oC > + Fe/HC1(H36.) > + NaOH/H2Q +Br2/H20 9. Пропанол-2 +НС1 > ... +ШН(спирт) ) ... -^-> ... + 2мольШ3 +HC1 10. Пропаналь +NaBH< > ... +н^(конц)'170 °с ) ... + H2/Ni,/° +HNQ3,/° + H2/Ni,/° 11. ЭтаНОЛ +^О4(конц.),180оС ) ^ + Q2/PdCl2 ) ^ + Cu(OH)2,/° +C2H5NH2 /° ... > ... > ... _н2о — 12. Бензилхлорид +кон/н2о ) _ + ын3,/°,кат. ) ... + СН3СОС1 + НС1 +NaOH/H2Q + C2HSC1 -на *"
$49. Амины 533 1-5 г- о г^\л +3M(wibCl2(/rv) v + NaOH (изб., Н20) v 1 J. ^6П5 UHj 7 ... 7 ... + НС1 + HN03/H2S04 + Fe/HCl(io6.) + NaOH/H20 14. АНИЛИН (CH3CO)20 > _ NaOH/H20 ) _ NaOH(T),/° ) ... И С H 1мольВг2,6у v KOH/H2Q v CuO,r° v 02,кат.,/° ### CH3NH2>/° 16. CHr=CH2 HCl > КОН/спирт > _ 02>PdCl2 > _ Ag20,NH3,to ... C2H5NH2,/° ^o 17. (f ^ NHo СНГ~^С!> ...-ШШ^ <Qb-NH2 КОН (т),? 1мольС1211У у Ыа(изб) j. сЛн<—ccl 18. C6H5 ГГ ch3nh, ) koh/h,o )Afrn) ch3nh2 ) ^•1 HCl 19. 2-нитрофенол KOH/H;° > ... снг-^ ^, Zn/HCl NaOH (водн.) изб. "• изб. rA_NH^ 20. C2H5COOCH(CH3)2 Hz0- H4 Wir H?SOj (конц.^ -*—*► ... LiAlHd HBr ^ Na (изб.)^
534 § 49. Амины НСЦизб.К 21. сн3соос2н5 Ва(у< Р КМп04(изб.) H2SO, NaOH (H2Q)^ ЫаОН(т), /° PCI, > ^ CH3NH2> NaOH (H2Q)> изб. Расчетные задачи. Установление формул аминов. ПРИМЕР 49-2. Определите строение первичного амина, если известно, что при взаимодействии его с бромоводоро- дом образуется соль, в которой массовая доля брома равна 63,49 %. Решение Записываем уравнение реакции и проводим расчеты: C„H2„+3N + НВг -* СдН2й+4Шг. Mr(CnH2nUNBr) + Yin + In + 4 + 14 + 80 = 14л + 98; (п\ 1Ч(Вг) w(Br) = —— K(C„H2,MNBr) 0,6349=-!^-; 14и + 98 п = 2. Формула амина C2H5NH2 (этиламин). Ответ: C2H5NH2. 1. Установите молекулярную формулу насыщенного ами- на, 3 моль которого содержат 1,806 • 1025 атомов всех элементов.
^49. Амины 535 2. Первичный амин образует с бромоводородом соль, в которой массовая доля брома равна 71,4 %. Назовите амин. 3. Первичный амин массой 2,36 г сожгли, продукты сго- рания пропустили через избыток раствора NaOH, при этом не поглотилось 448 см3 (н.у.) газа. Определите амин и найди- те, на какую массу уменьшилась масса щелочи. 4. При полном сгорании 12,4 мг амина получено 17,6 мг С02, 5,6 мг азота и пары воды. Установите амин. 5. При сгорании 13,95 г вещества получили 9,45 г воды и 39,60 г углекислого газа. Кроме углерода и водорода в состав вещества входит азот, массовая доля которого в веществе 15,053 %. Установите формулу вещества, если известно, что это амин. 6. После сжигания 9 г органического вещества получено (н.у.) 2,24 дм3 N2; 8,96 дм3 С02 и 12,6 г Н20. В состав 1 моль соединения входит 1 моль азота. Установите формулу веще- ства. 7. В результате полного сжигания вещества, относитель- ная плотность паров которого по водороду 15,5, получено (н.у.) 2,24 дм3 N2; 4,48 дм3 С02 и 9 г Н20. На горение затраче- но 14,4 г (н.у.) кислорода. Определите формулу соединения. 8. При сжигании органического вещества образовалось 126 г воды и выделилось 112 дм3 (н.у.) смеси азота и углекислого газа с плотностью 1,821 г/дм3. На сжигание затратили 168 дм3 (н.у.) кислорода. Установите формулу вещества. 9. В результате взрыва смеси, состоящей из 100 см3 орга- нического вещества и 250 см3 кислорода, объем ее уменьшил- ся до 175 см3. После пропускания полученной газовой смеси через раствор щелочи ее объем стал равен 75 см3, а после про- пускания над раскаленной медью — 50 см3. Установите фор- мулу вещества, если известно, что оно содержит только С, Н и N, а объемы измерялись при н.у.
536 § 49. Амины Получение аминов ПРИМЕР 49-3. При взаимодействии чугунных стружек с 400 см3 соляной кислоты, молярная концентрация которой 0,25 моль/дм3, получен водород, который затратили на вос- становление амина с получением анилина. Определите массу полученного анилина (кислота израсходовалась полностью). Решение Записываем уравнение реакций и проводим расчеты: Fe + 2HC1 -> FeCl2 + H2t; (49-1) C6H5N02 + ЗН2 -» C6H5NH2 + 2Н20. (49-2) 93 г/моль л(НС1) = с(НС1) • К(р-ра НС1) = 0,25 -0,4 = 0,1 (моль). Из уравнения (49-1) следует: п(Н2) = -л(НС1) = 0,05 (моль). Из уравнения (49-2) вытекает: n(C6H5NH2)=in(H2) = ~.0,05 (моль). Тогда: m(C6H5NH2) = -0,05 -93 = 1,55 (г). Ответ: w(C6H5NH2) = 1,55 г. 10. Анилин получили из карбида кальция в четыре ста- дии. Масса карбида 128 г, а потери составили 15 %. Опреде- лите массу полученного анилина. 11. Какие массу цинка и объем раствора с w(NaOH) = 25 % (р = 1,28 г/см3) нужно взять, чтобы полученным при их взаи- модействии водородом полностью восстановить 12,3 г нитро- бензола в анилин?
$49.Амины 537 12. К 16,6 г смеси этанола и пропанола-1 добавили избы- ток натрия и получили 3,36 дм3 (н.у.) водорода. Определите массовые доли спиртов в их смеси. Какая масса этой смеси нужна для того, чтобы выделенным водородом можно было восстановить 17,8 г 1-нитропропана в пропил амин? 13. Какая масса анилина может быть получена из 200 см3 бензола (р = 0,88 г/см3), если выход на стадии нитрования 80 %, а на стадии восстановления — 75 %? 14. При восстановлении нитробензола массой 7,67 г было получено некоторое количество анилина, при обработке 1/100 части которого бромной водой получили 0,165 г осад- ка. Чему равен выход анилина? 15. При действии избытка раствора NaOH на раствор хло- рида фениламмония массой 250 г получили анилин, на бро- мирование которого затратили 72 г брома. Массовая доля хлорида фениламмония в растворе составляла 30 %. Опреде- лите выход анилина. 16. При восстановлении 7,7 г нитробензола получили ани- лин, при обработке которого бромной водой с выходом 100 % получили 36,5 г осадка. Определите выход анилина. 17. Какую массу бензола надо ввести в реакцию для полу- чения 42 г анилина, если выход нитробензола равен 78 %, а из 32,8 г нитробензола образуется 20 г анилина? 18. Какая масса бензола нужна для получения по трем ста- диям 64,75 г хлорида фениламмония, если выход продукта на первых двух стадиях равен 50 %, а на последней— 100 %? 19. Какую массу анилина можно получить двухстадий- ным синтезом из бензола, если выход на каждой стадии ра- вен 80 %? 20. Масса анилина, полученного двухстадийным синте- зом из бензола, составляет 70 % от массы бензола. Выход обе- их стадий одинаков, найдите его.
538 § 49. Амины Реакции с участием алифатических аминов ПРИМЕР 49-4. При сгорании 3,36 дм3 (н.у.) смеси метил- амина и этиламина израсходован кислород объемом 10,92 дм3 (н.у). Определите объемные доли аминов в исходной смеси. Решение Записываем уравнения реакций и проводим расчеты: 3,36 дм3 Обозначая объемы аминов как х дм3 и у дм3, составляем систему двух уравнений: \х+у = 3,36, 2-х+Ц-у = 10,92. ,4 4 з 9 з хдм -хт 4 4CH3NH2+902 з 15 з у дкг --у длг 4 4C2H5NH2+1502 ->4CO2 + 10H2O + 2N2, 10,92 дм3 ->8C02+14H20 + 2N2. Находим: х = 1,87 дм3; у =1,49 дм3. ф(СН3КН2) = У(СНзШ2) =М1 = 0,5565 (55,65 %); Кмеси 3>36 1 49 ф(С2Н5Ш2)=-^--- = 0,4435 (44,35 %). 3,36 Ответ: (p(CH3NH2) = 55,65 %; cp(C2H5NH2) = 44,35 %. 21. Смесь этана и метиламина объемом 4,48 дм3 (н.у.) со- жгли. Образовавшуюся смесь газов пропустили через избы- ток раствора Са(ОН)2 и получили 30 г осадка. Определите объем амина (н.у.) в смеси.
$49. Амины . 539 22. При сгорании смеси паров метанола и метиламина в необходимом количестве кислорода образовалось 43,2 г воды и 4,48 дм3 (н.у.) газа, не поглощающегося раствором щелочи. Найдите массовую долю амина в смеси. 23. Смесь метиламина и паров метанола сожгли. Получен- ный газ пропустили через раствор NaOH и получили 4,24 г средней соли и 13,44 г кислой соли. Объем непоглотившего- ся газа 1,232 дм3 (н.у). Найдите массовые доли веществ в ис- ходной смеси. 24. При пропускании смеси метиламина и бутана через склянку с НС1 масса последней возросла на 7,75 г. Массовая доля бутана в исходной смеси 25 %. Определите объем ис- ходной смеси. 25. Какой объем НС1 (н.у.) может прореагировать с 20,0 г смеси диметиламина и этиламина? 26. Массовая доля диметиламина в смеси с изобутаном рав- на 50 %. Во сколько раз уменьшится объем смеси при пропус- кании ее через разбавленный раствор серной кислоты? 27. Смесь этана и диметиламина пропустили через раствор НС1, в результате объем смеси сократился втрое. Найдите массовую долю этана в исходной смеси. 28. При пропускании смеси триметиламина и пропана че- рез склянку с избытком раствора НС1 масса склянки возрос- ла на 5,54 г. Массовая доля атомов элемента азота в исходной смеси 10 %. Найдите объем непоглотившегося газа. 29. Газ, образовавшийся при получении бромбензола из бензола, пропустили в избыток водного раствора метилами- на. При упаривании полученного раствора досуха получили 11,2 г твердого вещества. Какая масса бензола была взята, если выход бромбензола равен 80 %? Какая масса бромбензола получена? 30. Смесь бромоводорода и азота объемом 2 дм3 (н.у, от- носительная плотность смеси по водороду 19,3) пропустили
540 § 49. Амины через 250 г водного раствора с массовой долей триэтиламина 1 %. Какая соль и в каком количестве (моль) при этом образо- валась? 31. Смесь хлорида метиламмония и хлорида аммония об- работали водным раствором NaOH и нагрели. Выделивший- ся газ сожгли, газообразные продукты растворили в избыт- ке известковой воды и получили 1 г осадка. Такое же коли- чество исходной смеси растворили в воде и обработали из- бытком AgN03. Получили 4,3 г осадка. Определите массо- вую долю хлорида метиламмония в исходной смеси. 32.* К смеси бутана и метиламина объемом 10,08 дм3 (н.у.) добавили бромоводород объемом 4,48 дм3 (н.у.) и получили смесь двух газов с плотностью 2,736 г/дм3. Рассчитайте объемную долю амина в исходной смеси. 33. При пропускании смеси метана и этиламина через из- быток раствора НС1 объем смеси сократился на 40 %. Опре- делите массовую долю амина в исходной смеси. 34. При сжигании 10,7 г смеси метиламина и диметила- мина получили 3,36 дм3 (н.у.) азота. Определите массовую долю метиламина в смеси. 35. Газ, выделившийся при получении бромбензола из 7,8 г бензола, полностью прореагировал с нужным количеством метиламина, находящимся в 50 г его водного раствора. Оп- ределите массовую долю метиламина в его растворе, если в реакцию бромирования вступило 80 % бензола. 36. Смесь пропана и метиламина общим объемом 11,2 дм3 (н.у.) сожгли в избытке кислорода, продукты сгорания про- пустили через избыток известковой воды и получили 80 г осадка. Определите объемную долю пропана в смеси и объем затраченного на сгорание кислорода. 37. Какой объем кислорода нужен для полного сгорания 10 дм3 (н.у.) смеси метиламина и диэтиламина с относительной плотностью по водороду 20?
§49. Амины 541 38. Какую массу метиламина сожгли, если объем (н.у.) га- зовой смеси после реакции 26,88 дм3? 39. Массовая доля атомов элемента водорода в смеси ме- тана и метиламина равна 0,221. Какой объем этой смеси (н.у) надо пропустить через 43,75 см3 раствора с w(H2S04) = 20 % (р = 1,4 г/см3), чтобы всю кислоту перевести в кислую соль? Реакции с участием анилина ПРИМЕР 49-5. Через безводную смесь анилина, фенола и бензола общей массой 120 г пропустили хлороводород. Об- разовавшийся при этом осадок массой 62,16 г отфильтрова- ли. Фильтрат, обработанный водным раствором NaOH, раз- делился на два слоя. Объем верхнего слоя равен 42,5 см3 (плотность 0,58 г/см3). Определите массовые доли анилина и бензола в исходной смеси. Решение Записываем уравнения реакций и проводим расчеты: C6H5NH2 + HCl-> [C6H5NH3]Cli. 93 г/моль 129,5 г/моль n([C6H5NH3]Cl) = ^ = 0,48 (моль); w(C6H5NH2) = «([C6H5NH3]C1) = 0,48 моль; w(C6H5NH2) = 0,48 -93 = 44,64 (г). После обработки щелочью произошло расслоение раство- ра: нижний слой представляет собой водный раствор фено- лята натрия (вода тяжелее бензола): С6Н5ОН + NaOH -> C6H5ONa + Н20. Верхний слой — это бензол. т(С6Нб) = К(С6Н6) -р(С6Н6) = 42,5 -0,58 = 24,65 (г); 44 64 vv(C6H5NH2) = -^- = 0,372 (37,2 %);
542 § 49. Амины ЧС6Н6) = ^^ = 0,2054 (20,54%). Ответ: w(C6H5NH2) = 37,2 %; w(C6H6) = 20,54 %. 40. Смесь фенола и анилина прореагировала с 40 г раствора с w(NaOH) = 5 %. Эта же смесь может прореагировать с 72 г брома. Найдите массы веществ в исходной смеси. 41. Для нейтрализации 100 г водного раствора метиламина и анилина нужно 83,4 см3 соляной кислоты (w = 36,5 % и р = = 1,19 г/см3). На полное сжигание такого же количества метиламина, которое содержится в смеси, требуется 22,4 дм3 (н.у.) кислорода. Найдите массу каждого амина в растворе. 42. Смесь фенола, анилина и бензола массой 50 г встряхива- ли с водным раствором щелочи, при этом ее масса уменьши- лась на 4,7 г. Оставшуюся смесь встряхивали с избытком соля- ной кислоты, при этом масса смеси уменьшилась еще на 9,3 г. Определите массовую долю бензола в исходной смеси. 43. Газообразные продукты сгорания смеси бензола и ани- лина пропустили в избыток раствора Ва(ОН)2 и получили 59,4 г осадка. При обработке такого же количества смеси избыт- ком хлороводорода выпало 2,59 г осадка. Определите массо- вую долю анилина в исходной смеси. 44. При сжигании смеси бензола и анилина в избытке кис- лорода получили 6,94 дм3 (н.у.) газов, при пропускании кото- рых через избыток известковой воды не поглотилось 224 см3 (н.у.) газа. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси. 45. Через 10 г смеси бензола, анилина и фенола пропусти- ли избыток хлороводорода и получили 1,3 г осадка. На взаи- модействие с таким же количеством смеси нужно 3,35 см3 раствора с w(NaOH) = 20 % (р = 1,2 г/см3). Найдите массы веществ в исходной смеси. 46. Масса раствора с w(HCl) = 12,5 %, которая максималь- но может вступить в реакцию со смесью анилина и фенола,
$49. Амины 543 в 1,5 раза больше массы раствора с w(KOH) = 15 %, которая может прореагировать с тем же количеством исходной сме- си. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси. 47. Смесь фенола и анилина полностью прореагировала с 480 г бромной воды с w(Br2) = 3 %. На нейтрализацию про- дуктов реакции затратили 36,4 см3 раствора NaOH (w = 10 %, р = 1,2 г/см3). Определите массовые доли веществ в исход- ной смеси. 48. На взаимодействие с 30 г смеси бензола, фенола и ани- лина нужно 49,7 см3 раствора с w(HCl) = 17 % (р = 1,08 г/см3). В реакции такой же смеси с бромной водой образуется 99,05 г осадка. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси. 49. Смесь фенола и анилина может прореагировать либо с 50 г раствора NaOH, либо с 50 г раствора НС1, причем w(NaOH) = = w(HCl) = 14,6 %. Какая масса брома потребуется для взаи- модействия с этой смесью, если образуются трибромсодер- жащие продукты? 50. Бензольный раствор фенола и анилина объемом 18 см3 (р = 1,0 г/см3) обработали избытком водного раствора щело- чи, органический слой отделили и обработали избытком хло- роводорода. При этих операциях масса бензольного раство- ра уменьшилась соответственно на 3,6 г и 5,4 г. Определите массовую долю бензола в исходной смеси. Ответы 1. C2H7N. 2. Метиламин. 3. Пропанамин; 9,6 г. 4. Метиламин. 5. Ани- лин. 6. C2H.NH2. 7. CH3NH2. 8. C2H7N. 9. CH3NH2.10. 52,7 г. 11. 19,5 г Zn; 75 см3.12.28 % С2Н5ОН и 72 % С3Н7ОН; 66,4 г. 13.125,9 г. 14.79,9 %. 15.77,7 %. 16. 80 %. 17. 56,03 г. 18. 156 г. 19. 17,85 г. 20. 76,6 %. 21. 2,24 дм3. 22. 52,9 %. 23. 45,8 % СН3ОН; 54,2 % CH3NH2. 24. 6,6 дм3. 25. 9,95 дм3. 26. В 2,29 раза. 27. 25 %. 28. 3,88 дм3. 29. 9,75 г С6Н6 и 15,7 г С6Н5Вг. 30.0,018 моль бромида триэтиламмония. 31.38,7 %. 32.33,3 %. 33.65,2 %. 34.78 %. 35.4,96 %. 36.30 % пропан; 34,45 дм3 кислород. 37.10 дм3.38. 24,8 г. 39.14 дм3.40.4,7 г фенола; 9,3 г анилина. 41. 51,6 г анилина; 13,78 г метиламина. 42. 72 %. 43. 44,3 %. 44.44 % анилин; 56 % бензол. 45.7,19 г бензола; 0,93 г анилина; 1,86 г фенола. 46.65,5 % анилин; 34,5 % фенол. 47.33,57 % фенол; 66,43 % анилин. 48.77,5 % анилин; 15,7 % фенол; 6, 8 % бензол. 49.183,6 г. 50. 50 %.
§ 50. Аминокислоты Особенности химических свойств аминокислот и спосо- бов их получения рассмотрим на примере следующей цепоч- ки химических превращений. ПРИМЕР 50-1. Осуществите химические превращения согласно схемам реакций: Уксусная кислота 1_> хлоруксусная кислота L^ L_> глицин L_> метиловый эфир глицина 1_> ±_» глицин гидрохлорид глицина !L-» —*_> натриевая соль глицина —Z__» метиламин. Решение 1. В присутствии красного фосфора хлорируем уксусную кислоту в радикал: СН3 - СООН + С12 р(красн) > НС1 + СН2 - СООН . I С1 2. Обрабатываем хлоруксусную кислоту аммиаком СН2 - СООН + 2NH3 —^ СН2 - СООН + NH4C1. I I CI NH2 глицин или аминоуксусная кислота
§50. Аминокислоты 545 3. В кислой среде аминокислоты в реакции со спиртами образуют сложные эфиры: ^° , H,N-CH2-C. +CH3OH <=> ОН <=± H2N -СН2 - С. + Н20 . ОСН3 4. Гидролиз сложных эфиров аминокислот позволяет по- лучить исходные аминокислоты: О оси H2N -СН2 - С^ + Н20 <= з <=^ H2N - СН2 - СООН + СН3ОН. 5. Аминокислоты — амфотерные вещества, поэтому реа- гируют не только со щелочами, но и с кислотами: О H2N-CH2-C^ +HC1 ОН — C1-[H3N+-CH2 - СООН]. 6. Действуя на полученную соль избытком щелочи, полу- чаем натриевую соль аминоуксусной кислоты: C1"[H3N+ - СН2 - СООН] + 2NaOH -» -> H2N - СН2 - COONa + NaCl + 2Н20. 7. При сплавлении глицината натрия со щелочью получа- ем метиламин: H2N-CH2 - [COONa + NaO]H—^->Na2C03 + CH3NH2 T. 18 3ак. 3451
546 § 50- Аминокислоты Осуществите химические превращения согласно схемам: 1. Этанол -> этаналь -> этановая кислота -> хлоруксусная кислота -> аминоуксусная кислота -» метиловый эфир ами- ноуксусной кислоты. 2. Этаналь -> этанол -> уксусная кислота -» монохлорук- сусная кислота -» аминоуксусная кислота -> калиевая соль аминоуксусной кислоты. 3. Крахмал -> глюкоза -» этанол -> уксусная кислота -> -> глицин -» глицилглицин. 4. Метан -> ацетилен -» уксусная кислота -» глицин -> -> аланилглицин -> аланин. 5. Пропан -> пропанол-1 -> пропановая кислота -> -> 2-хлорпропановая кислота -> аланин -> этиламин. 6 ГлЮКОЗа ДРОжжи ч ферменты +1 моль Cl2 (/?v) + 2мольШ3,20°С +C2H5NH2,/° ... > ... -щ£ ... 7. (Н3С)3ССООН +1мольС12("У) ) ... +2мольШз ) ... + НВг +CH3OH/H+ Расчетные задачи ПРИМЕР 50-2. Какая масса соли может быть получена в реакции между 111,25 г раствора аланина с массовой долей его 20 % и 24 г раствора гидроксвда натрия с массовой долей щелочи 35 %? Решение Записываем уравнение реакции и проводим расчеты (Ala — аланин): СН3 - СН - СООН +NaOH I NH2 Ala, M — 89 г/моль 40 г/моль
650.Аминокислоты 547 *» CH3CH(NH2)COONa +H20. НО г/моль /А1 ч 111,25-0,2 я(А1а) = — — = 0,25 (моль); 24-0 35 «(NaOH) = fl^i±L = 0,21 (моль). и(А1а) > Ai(NaOH), поэтому кислота взята с избытком: я(соли) = ^(NaOH) = 0,21 моль; /я(соли) = 0,21-110 = 23,1 (г). Ответ: w[CH3CH(NH2)COONa] = 23,1 г. 1. Какой объем раствора NaOH (w = 10 %, р = 1,1 г/см3) может прореагировать с глицином, полученным из 3,2 г кар- бида кальция? 2. Считая выход на каждой стадии равным 100 %, рассчи- тайте, какую массу аминоуксуснои кислоты можно получить из 6,4 г СаС2 через реакцию Кучерова? 3. Какая масса соли образуется при взаимодействии 15 г глицина и 91 см3 раствора с w(NaOH) = 10 % (р = 1,1 г/см3)? 4. Какая масса глюкозы потребуется для брожения, чтобы по- лучить из нее этанол в количестве, достаточном для этерифика- ции 4,5 г глицина (спирт берут с двукратным избытком)? 5. К 150 г раствора глицина с массовой долей его 5 % доба- вили 100 г раствора с w(KOH) = 5 %. Найдите массовые доли веществ в полученном растворе. 6. Какую массу дипептида глицилглицина можно полу- чить из 15 г глицина при выходе 60 %? 7. Аминокислота массой 3,56 г образует с этанолом слож- ный эфир массой 4,68 г. Что это за кислота? 8. Этиловый эфир глицина массой 2,06 г прокипятили с
548 § 50- Аминокислоты раствором, содержащим 1,50 г КОН, затем раствор выпари- ли. Чему равна масса сухого остатка? 9. Определите строение сложного эфира а-аминокисло- ты с алканолом, в котором (эфире) массовая доля атомов эле- мента азота равна 15,73 %. 10. При полном гидролизе трипептида, содержащего гли- цин и аланин, получили 11,95 г смеси аминокислот, при сжи- гании которых образовалось 7,84 дм3 (н.у.) С02. Определите строение трипептида и его массу 11. Массовая доля атомов элемента кислорода в сложном эфире, образованном 2-аминопропановой кислотой и алка- нолом, равна 0,2735. Определите формулу эфира. ПРИМЕР 50-3. Со смесью первичного амина и ос-амино- кислоты общей массой 14,8 г прореагировало 0,2 моль НС1. Химические количества амина и кислоты в смеси одинако- вы, их молекулы содержат равное число атомов углерода. Оп- ределите формулы аминокислоты и амина. Решение Представим формулу аминокислоты (AM К) в виде H2N-CH-COOH I Общее число атомов С в молекуле АМК равно: ЩС) = п + 2. М(АМК) = Пп + 2л + 1 + M(H2NCHCOOH) = = 14л + 1 + 74 = 14л + 75. Тогда формулу амина (AM) можно представить в виде C*+2H2(2*+2)+lNH2 ™I C„+2H4„+5NH2' М(АМ) = 12(2л + 2) + 4л + 5 + 16 = 14л + 45.
8 50. Аминокислоты 549 Записываем уравнение реакций: H2N- СН -СООН +НСГ I -> C1[H3N+ - СН -СООН], I Н ся+2н4л+5кн2 + на 2 моль СиН2и+1 * [C«+2H4n+5N+H3]Cl-. При равенстве химических количеств АМК и AM имеем: w(AMK) = «(AM) = — - 0,1 (моль). Тогда для массы смеси получаем: 0,1(14/1 + 75) + 0,1(14/1 + 45) = 14,8. Находим: /1=1. Аминокислота - аланин H2N — СН ~~ СООН, I сн3 амин - пропиламин CH3CH2CH2NH2. Ответ: аланин и пропиламин. 12. Со смесью насыщенной одноосновной карбоновой кислоты и а-аминокислоты массой 25,2 г прореагировало 0,3 моль NaOH. Химическое количество аминокислоты в смеси в 2 раза больше химического количества НМК, обе кис- лоты содержат одинаковое число атомов углерода. Опреде- лите массу аминокислоты в смеси. 13. На нейтрализацию раствора массой 41,8 г, содержаще- го уксусную, аминоуксусную и 2-аминопропановую кисло- ты, понадобилось 300 г раствора NaOH с w = 7,2 %. При вза- имодействии такого же количества исходной смеси с избыт- ком соляной кислоты образовалось 51,86 г смеси солей. Ка- ковы массы кислот в исходной смеси?
550 § 50. Аминокислоты 14. В 200 см3 раствора натриевой соли глицина с массовой долей соли 9,7 % (р = 1 г/см3) пропустили 6,72 дм3 (н.у.) хло- роводорода. Найдите массовые доли веществ в полученном растворе. 15. Со смесью первичного насыщенного ациклического амина и а-аминокислоты массой 18,1 г прореагировало 0,3 моль НС1. Химическое количество амина в смеси в 2 раза меньше химического количества аминокислоты. В составе аминокис- лоты число атомов С в 2 раза больше, чем в составе амина. Определите массу аминокислоты в смеси. 16. Со смесью насыщенной одноосновной карбоновой кислоты и а-аминокислоты общей массой 19,6 г прореаги- ровало 0,3 моль NaOH. Химическое количество кислоты в смеси в 2 раза меньше химического количества аминокисло- ты. В молекуле аминокислоты число атомов С в 2 раза боль- ше, чем в молекуле кислоты. Определите массу кислоты в смеси. ПРИМЕР 50-4. Дипептид массой 44,8 г, образованный од- ной насыщенной одноосновной а-аминокислотой, подвер- гли кислотному гидролизу в присутствии соляной кислоты. В результате получили соль а-аминокислоты массой 70,28 г. Определите строение а-аминокислоты. Решение Запишем уравнение гидролиза дипептида: а) вначале образуется исходная аминокислота: H?N - СН - С ~ N - СН -СООН +Н20 - I II I I R О Н R - 2H2N - СН - СООН .
£50. Аминокислоты 551 б) затем аминокислота реагирует с хлороводородом (со- храним в уравнении реакции коэффициент 2 перед форму- лой аминокислоты): 2H7N - СН -СООН +2НС1 ** R 2C1-[H3N+ - СН -СООН]. R Видим, что в процессе гидролиза масса возрастает за счет воды и хлороводорода: Am = /я(соли) - и|(см.)нач = 70,28 - 44,8 = 25,48 (г); 25,48 = т(Н20) + w(HCl). Если химическое количество дипептида равно л моль, то, очевидно: л(Н20) = л; /я(Н20) = л(Н20) М(Н20) = л • 18; л(НС1) = 2л; т(НС1) = л(НС1) М(НС1) = 2л -36,5 = 73л. Таким образом: Am = /л(Н20) + >и(НС1); 25,48 = 18л + 73л; л = 0,28. Находим молярную массу дипептида: . _ т 44,8 -,л / , ч М = —= —^—= 160 (г/моль), л 0,28 Молярная масса аминокислоты будет равна: щДМК). М(д„пепт.)+М(НгО) _ 16^18 _ ^ ^^ Общую формулу насыщенных одноосновных аминокис- лот можно представить в виде С„Н2й+1К02; Л/(СйН2я+1М02) - 14» + 47.
552 § 50- Аминокислоты Имеем: 14« + 47 = 89; л = 3. Поскольку исходная кислота — а-аминокислота, то это аланин: H2N - СН-СООН. СН3 Ответ: аланин. 17. Трипептид массой 26,46 г (образован одной насыщен- ной одноосновной ос-аминокислотой) подвергли щелочно- му гидролизу и получили калиевую соль аминокислоты мас- сой 47,46 г. Определите строение аминокислоты. ПРИМЕР 50-5. Для полного гидролиза дипептида мас- сой 8,00 г потребовалось 0,90 г воды. Установите структур- ную формулу дипептида, если известно, что при гидролизе образовалась только одна насыщенная одноосновная а-ами- нокислота. Решение Записываем уравнение реакции гидролиза дипептида: H2N - СН - С ~ N - СН -СООН + Н20 ► I II I I R О Н R Видим, что 2H2N - СН -СООН R m(H20) _0,90 и(Н20) = и(дипепт.) = V 2 ' = —— = 0,05 (моль). 2 М(Н20) 18
§J0. Аминокислоты 553 Находим молярную массу дипептида: ^(дипепт.) 8,00 М(дипепт.) = — - = = 160 (г/моль). «(дипепт.) 0,05 Молярная масса аминокислоты (АМК) равна: жжга\лг\ М(дипепт.) + 18 160 + 18 ОГ| , . ч М(АМК) = — = = 89 (г/моль). Учитывая, что M(H2N - СН ~ СООН) = M(R) + 74, I R имеем: 89 = М(К) + 74; M(R)= 15 г/моль. Такое значение М(К) соответствует метальному радикалу СН3; формула ос-аминокислоты: H2N - СН-СООН I сн3 Это — аланин, а дипептид — аланилаланин. Ответ: аланилаланин (Ala—Ala). 18. Для полного гидролиза образца дипептида массой 24,0 г потребовалась вода массой 2,7 г. Установите структуру ди- пептида, если он образован только одной насыщенной од- ноосновной ос-аминокислотой. 19. При кислотном гидролизе 33 г дипептида образова- лось только одно вещество — хлороводородная соль насы- щенной одноосновной аминокислоты массой 55,75 г. Уста- новите строение дипептида. 20. Для полного гидролиза образца трипептида массой 27,9 г потребовалась вода массой 3,6 г. Установите структуру
554 §50- Аминокислоты трипептида, если известно, что при гидролизе образовалась только одна насыщенная одноосновная ос-аминокислота. 21. В состав молекулы белка рибонуклеазы входят 8 остат- ков цистеина H2NCH(CH2SH)COOH и 4 остатка метионина CH3S(CH2)2CH(NH2)COOH, других серосодержащих остат- ков нет. Рассчитайте молярную массу рибонуклеазы, если известно, что массовая доля атомов элемента серы в ней рав- на 2,80 %. 22. Кератин - белок человеческого волоса - содержит около 12 % остатков цистеина по массе. Найдите массовую долю серы в кератине. 23. В молоке содержится растворимый белок — лактоаль- бумин, МТ которого 16 300. При гидролизе 10,00 г такого бел- ка получили 11,75 г различных аминокислот. Сколько ами- нокислотных остатков входит в состав молекулы лактоаль- бумина? 24. Смесь глицина, метилового эфира глицина и аланина общей массой 55,3 г может максимально прореагировать с 15,76 дм3 (н.у.) галогеноводорода. Найдите массовую долю глицина в исходной смеси. Ответы 1.18,2 см3.2.7,5 г. 3.19,4 г. 4.16,2 г. 5.0,32 % аминоуксусная кислота; 4,04 % калиевая соль аминоуксусной кислоты. 6. 7,92 г. 7. Алании. 8. 2,64 г. 9. Ме- тилглицинат. 10.0,1 моль глицина и 0,05 моль аланина; 10,15 г. 11. Этиловый эфир аланина. 12.17,8 г. 13.6 г уксусной кислоты; 18 г глицина; 17,8 г алани- на. 14. 5,55 % NaCl; 3,56 % H2NCH2COOH; 5,29 % [H3NCH2COOH]Cl. 15.15 г. 16.4,6 г. 17. Глицин. 18. Аланилаланин. 19. Глицилглицин. 20. Серил- серилсерин. 21.13 714. 22.3,17 %. 23. 316. 24.69,1 %.
s'"^e^X §51. Задания '-■•^^У-О') для повторения курса химии Химические превращения Осуществите химические превращения согласно схемам реакций (не все переходы одностадийные): 1. НС1 -> С12 -> КС103 -> С12 -» Са(С10)2 -> СаС03 -► СаС2-> ->С2Н2->С02. 2. FeS2 -> Fe203 -> Fe(OH)3 -> (FeOH)S04 ->• [Fe(OH)2]2S04 -> -> Fe2(S04)3 -> FeCl3. 3. NH3 -> NH4N02 -» N2 -> Ca3N2 -> NH3 -> N02 -> HN03-> -►N20. 4. Si -» Mg2Si -> SiH4 -> Si02 -> Si -> KjSiOj -» H2 Si03 -» -> SiF4. 5. Zn -> ZnS -> Zn -> Na2[Zn(OH)4] -> Zn(N03)2 -> ZnO -» -> K2Zn02 <-> Zn(OH)2 -> BaZn02 -» ZnS04 ->• Zn -> -> Zn(OH)2 о (ZnOH)2S04-> ZnS04. 6. Al -> A12(S04)3 -> (A10H)S04 -> [Al(OH)2]2S04 -» Al(OH)3-> -> Na3[Al(OH)6] -> A12(S04)3 -> A1(N03)3 -» A1203 -> -* Ba3[Al(OH)6]2 -> Al(OH)3 -> Al -> A14C3 -> CH4. 7. Fe -> FeCl2 -» FeCl3 -> Fe ->• FeS04 -> Fe2(S04)3 -> -> Fe(N03)3 -> FeS -> Fe203 -> Fe. 8. Cu(N03)2 -* 02 -> P205 -> Ba(H2P04)2 -> BaHP04 -> -» Ba3(P04)2 -> H3P04 -> CaHP04 -> Ca(H2P04)2 -> CaS04. 9. NaCl -+ NaOH -> NaC103 -> NaCl -> Na2[Be(OH)4] -> -> Be(OH)2 -> Be(N03)2 -> BeO -> K2Be02 -» BeS04.
556 § 51- Задания для повторения курса химии 10. FeS -> S02 -» S -> H2S04 ->• H2S ->• KHS -> H2S -» NajS -> -> CuS -» CuO -> Cu(OH)2 о (CuOH)Cl -> CuCl2. И. К -> KH -> H2 -> NH3 -> NH4N03 -> NH4C1 -> KCl -» -> KC10 -» HC10 -> HC1. 12. Mg -» Mg3P2 -> PH3 -> P205 -► Ca3(P04)2 -> P -> P203 -> -> P205 -> Na2HP04 -> H3P04 -> C02 -» С -* SiC -> Si02 -> ->SiO. 13. Na -> Na202 -> 02 -> N02 -> HN02 -> KN02 -»• KN03 ->• ->• HN03 -> NH3 -► Ca3N2. 14. S -> H2S04 -> H2S -► Na2S03 -> NaCl -> NaN03 -> -> NaHS04 -> Na2S04 -> NaCl -> NaN03 -> HN02 -> Nr 15. Fe203 <-» Fe304 о FeO -> Fe -> Fe304 -> FeCl3 -» Fe -> -> FeS -> KHSO3 -» KjSOj -> KCl ->• KOH. 16. FeO -» Fe(N03)3 -> FeCl3 -> FeCl2 -> FeS -> Fe(N03)3 -> -> N02 -> HNO3 -> N2 -> N02. 17. Cu2S -» CuO -> Cu(0H)2 -» Cu20 -> Cu(N03)2 -» CuCl2-> -> CuS04 -> глицерат меди (II). 18. KCl -> Cl2 -> Ca(OCl)2 ->■ CaCl2 -> Ca(OH)2 -> -> Ca(C103)2 -> P205 -> S03 -> H2S. 19. NaN02 -» NaN03 -> NaHS04-> Na2S04 -» NaCl -> NaOH -» -> NaC103 -> NaC104 -> HC104 -> Cl20r 20. KjCTjO, -> C1CI3 -> Cr(OH)3 -> K[Cr(OH)4] ->Cr(OH)3 -> -> NaCЮ2 -> Cr203 -» Сг. l-> [Cr(OH)2]2S04 21. CaO -> Ca(A102)2 -> Al(OH)3 -> A10H(N03)2 -» Al(N03)3-> -» A1203 -> Al. 22. Fe304 -» FeCl3 -> FeS -> NaHS03 -> Na^O, ->NaOH -> H2-> -> CaH2 -> Ca(HC03)2. 23. A12S3 -> H2S ->■ KHS -» K2S -> S02 -> S -> HgS -> Hg. 24. KMn04 -> Mn02 -> C12 -> NH4C1 -» N2 -> Ca3N2 -> -> NH4N03 -> NH3.
j 51. Задания для повторения курса химии 557 25. Са3(Р04)2 (0,5 моль) +c' + Sio* ) ... +h2so4(kohu.)./° ) +1 моль Ва(ОН)2 +1 моль Н3Р04 гб.мп.о,-^^-»...^30"^ )...^^газ+н^500ОС )... 27# Hg + H2SQ4(kohu.) газ + ЫаОН(р-р,изб.) ^ + H2Q+SQ2 + H2SQ4,/° 28. Малахит —^-> газ (н.у.) +с>'° > ... +Си0 > ... + HNQ3 (конц.) 29. Са + si>'° ) Ca2Si + н*° > газ +°2(изб-) ) ... + HF 30 NaCl электролиз + КОН(р-р),;° +НС1(конц.) расплава *" -KC1, -Н20 _> ^ + NaOH(p-p,5°C) ) 31. Гексан -> циклогексан -> циклогексен -> 1,2-дибром- циклогексан -» циклогексен -» циклогексанол -> бромцик- логексан -> циклогексен -> 1,2-циклогександиол. 32. Бензол -> толуол -> бензилхлорид <-> бензиновый спирт -> -» бензальдегид -> бензойная кислота -» бензол -> кумол -> -> фенол. 33. Пентан -» 2-метилбутан -> 2-бром-2-метилбутан -> ->2-метилбутен-21 -» 2-метилбутанол-2 -> 2-метилбутен-2 -> -> 2-метилбутандиол-2,3. 34.1,2-дибромпропан -> пропин -> пропанон -> пропанол-2 -> -» 2-бромпропан -» 2,3-диметилбутан -> С02. 1 При отщеплении Н20 от спиртов и галогеноводородов от галогеналка- нов атом Н отщепляется в основном от менее гидрированного атома С, соседнего с функциональной группой.
558 § 51- Задания для повторения курса химии 35. СаС2.-» бензол -> стирол -» 1-бром-1-фенилэтан -» -> стирол -> 1-фенилэтанол-1 -> стирол -» полистирол. 36. ТОЛУОЛ +КМп04/Н+ _ +NaOH(p-p) +NaOH(T) ... — J5 +Cl2/FeCl3 ## +NaOH(r,p) ^ +NaOH(p-p) ^ +НС1 +Вг2(р-рвСС14,изб.) 37 Толуол —+1мольСЬ > +кон(н2о) +нсоон/н+ v •J/. lUJiyuji (освещение) ••• > ••• > — ч-КОН(р-р) 38. 2,3-ДИметилбутен-1 +НС! > ... +кон(спиРт) > +КМп04(5°С,Н20) ## +НВг(изб.) _ 39. 1-бром-З-метилбутан +К0Н(спирт) > ... +н^0/н+ > ... +H2SQ4 +Вг2(р-рвСНС13,изб.) +КОН(р-р,изб.) />140°С '" " , "* (спирт) 40. АцеТИЛеН димеризация ^ +H2/Pt ^ +1 моль НС1 . 1,4-присоединение +H2/Ni,/° _ +КОН(спирт) 41. ЭтеН +Н20/Н+ _ +ZnO,Al203,t° . _ +1мольНВг 1,4-присоединение +H2/Ni,/° ^ +КОН/Н20 _ +СиО(изб),/° +Ag2Q/NH3»'0 ... 42. Бутанол-1 -> бутен-1 -> бутанол-2 -> 2-хлорбутан +NaOH/H2Q ^ +НВг ^ +2мольЫа,/° _ 43. Бутанол-1 -> 1-бромбутан -» бутен-1 +НВг > ... +ЫаОН(спирт) _ +H2/Ni,/° _ +А1С13,/° ### 44.СаС +H2Q +H2Q/Hg2+,H+ +Ag2Q(p-PBNH3H20) +C2HsNH2,r° -Н,0
§51. Задания для повторения курса химии 559 45. Изопропиловый спирт +Сц0>'° > ... +h2/nj,/° ) _ +H2SQ4 +KMnQ4 +(СН3СО)20, (изб.) — Г=170°С "• Н20,5°С — — 46.CRCRCOOH +Na0H(^> > ... +Na0H^° >... +2мольС12 > ... 3 2 (освещение) ч-КОН(спирт) +2мольС2Н2 +СН3С1 +ЗмольВг2 ••* избыток •*• /°,кат. "• Г°,кат. ••• /°, FeBr3 47. ЭтаНаЛЬ +NaBH4 > ... +НВг ) +С2Н5Вг,+2мольЫа ) +А1С13,/° -Н2 +НС1 +2мольЫм° v > ... /0 к^ > — > — 48. 1,5-дихлорпентан +Zn»'° > ... +1мольС12 > ... УФ +КОН(спирт) _ +Н20,Н+ ### +СН3СООН,Н+ _ 49. 1-Метилциклопентен-1 +НВг > ... +кон/н2о > H2SO4,170°C ^ +КМп04 Н20,5°С "" 50. СН3(СН2)5СООН Г—Ге" > ... +"ХС > - +HNQ3/H2SQ4 +Fe/HC1(H36.) +КОШН2Р +Вг2 (Н20) _ 51. Этилпропаноат +Н2°/Н+ > +H20/H+ A 4- R +НВг _ +КОН(спирт) _ I +С12 (фосфор) +2 моль NH3 t° 52 Толуол +1мольВг2 +кон/н2о +сн3соон,н+ УФ +н2о/н+ ^1 С* XX +1 моль Cl2 v -nNaun/n2u v д Э.Э. ^2rl6 щ > ... > А +Ag2Q/NH3-H2Q +А,Н+ v
560 § 5L Задания для повторения курса химии с а г^и Л кат. . +НВг v +KOH (сгшрт) +02,PdCI2 v 54-ЧНб—ihT"*- >"t '" " +LiAIH4 55. CH3CH2CH2COONa ggS > - "T^ > - +КОН(спирт) +C6Hft,H+ +Р2,кат. +50%H2SO4 ^ 56. Глицилглицин (1 моль)... +H2°/H* > ... + НС1(изб) )... +СН,СООН, /° +1 моль NaOH / -Н20 +C2H5NH2,/° -Н20 сн ПГЛ -ь2мольН2 +NH^ v +CH,I . +НС1 v +NaOH/H2Q 5Я Р Н +Ог +солиМпиСо +SOCl2 ЭО. ^4П10 * ?° * '•• -S02,-HC1 ' +NH3 + CH3NH2,/° -на >Ф +1мольВг2 v +КОН(спирт) v +H2Q/H+ +CuO, /° cq p п +1мольВг2 +КОН(спирт) v +H2U/H эу. ^3ng — * ... > ... * ... -> 60. CH4 +h2o,nj,/° > A + B ?9р,т. > _ +co/rm2 > +C12 +2 моль NH3 +/° УФ * ••• * ••• _C02 ^ •" 61. (CH3CH2CO)20 +H2° ) £!!£!_> ... ЗмодьИН, > h ГЛИЦИН ^ pu р/^гчтт хлорирование,Р замещение 3 "' +HC1 v межмолекулярная v ... —^ > дипептид .. дегидратация + н2о/н+ + KOH/H2Q
j 5L Задания для повторения курса химии 561 63. Этан -> хлорэтан -> этиламин -> диэтиламин -> хло- рид диэтиламмония -> этиламин. 64.СН3СН2СН2ОН +КМп0^/Н^ ) ... +1мольС'2'Р ) ... + 2 моль NH3 +HC1 + NaOH (изб., H2Q) ,- ^ jj алкилирование v радикальное v гидролиз ОЭ. l^vii, у ... у ... у ... 6 6 хлорирование окисление нейтрализация ч сплавление ч _, u ... у ... у ... у ... ЦН6. 66. Аллиловый спирт +™ю4(НА5'С) ) +3 моль С, 7Н35СООН / H+, +0 +3 моль NaOH -глицерин + NaOH(T),r° (изб.) ,_ А замещение v + NaOH/H^O . окисление v 67. А —: г-* ... ' * ... > ... (радикальное) ^ окисление у этерификация )С^_ Q _ ^^0^0^. II О i:o а окисление окисление v замещение 05. А > ... — > ... — г—* ... (радикальное) отщспление ) ... "Р"сос""е ) Сн2- СН2~ СООН. I он се, тт +НВг +NaOH/H70 +CuO,/° 69. Циклопропан > ... — ^-^ ... > ... -+LIA1H4 + C6H5COOH/H+ 70, 1 ч ,- + Zn v +1 моль СЬ (hv) ч 1,3-дибромпропан > ... — > ... -NaOH/H20 + НСООН / Н+
562 § 51- Задания для повторения курса химии 71.СаС2 Н2° > X, С,600°С ) ^ С3Н6,Н+ ) Хз KMnQ4/H2SQ4 > KMnQ4/H2so4 у pci5 . X сн3он/н+ v х г 4 * 5 г 6' 72. 1,1 -дибромпропан ко^зсбпирт > А н2о,нё2+,н+ > -> R H2<Pt ) С СНзСООН,Н+ > Д. 73. = H2Q,Hg2+,H+ ) _ Н2>кат. > HBr > С6Н6,АШг3 _ 74. /^ на ) c6H6,Aici3 ) [0]2,/(изб.) ^ soci2 > 75А V // СН3С1, А1С13 ## HNO3/H2SO4,/0 ### 2 мольС12>/>у NaOH,H2Q NaBH4 v Zn/НСЦизб.) v NaOH/H2Q v изб. *** ^ *** ' ^ 76. \V У/ C2H4,H* ... 1мольВг2,/гу _ KOH/C2H5OH КМп04>5°С,Н20 ... CH3COOH (изб.), Н+ 77. 02N ((Tj) С№=СН2 Вг*/са< > ... кон/с2н5он ### H2o,Hg2+,H+ # (изб.)н2,и на 78 /\ 1мольВг2,йу . NaOH/H20 v H2S04(kohu.) '"• / \ > — > ••• 180 °С Q2,Ag _ H2Q ... НСООН (изб.), Н+ уо \ COOK КОН(т),/° 1мольВг2,/>у кон/с2н5он > _ с6н6/н+
g 51. Задания для повторения курса химии 563 ^C2H402 NaQH(P-P)> ... NaOH(TU; 80.С4Н6О2-^^^ ^С2Н40 +СН3ОН(изб.^^ 81. Пропин Н20, Hg2+, H+ Н2, Ni w HC1 C2HsCl,Na> CH3NH: CH.COONa 82.2-хлорпропен НВг > ... кон/сбпирт > н2о,н^,н+ ) ... LiAlH4 _ CH3NH2 c^° н2о,нг. 83. НО CH2 СНз О ^СН3 ^ гА(1моль) 2мольНС1> ... —Ш- Н20, Н+. кГ. К.ОН/Н-,0 КОН(т), ? w ь > ... *■ 84. СНт=СН- .^у^0 LiA1H< д Br2/CCl4 СНЗ ^Б.+НВг КОН/спирт Ж—^ + Na w ^
564 § 51- Задания для повторения курса химии CH3CH£\ONa, NaQH> / +СН3Вг 85. Фенол (1 моль) о-—♦••• +сн£<_ -^—► ... ЗмольНШ3 Zn/HCj NaOH/H20 ••• изб. ^ — ^ ► ... ____г^^ (изб> нгО, \Г 86.СНз СПг—С^ с=СН КОН(НгО^ КОН(т),,< LJA1E, > Na > С6Н5 (Х^с| изо. — Изб. гА... 87. <f \ СН3 (2М0ЛЬ) 2мольС1г,/,у > 2мощ,№ ) ... 1мольВг2,Ау КОН/СгН5ОН Вг2/СС1„ NaOH/H20 H2S04(kohu.) 180 °С 88. НО LiAlH4 v 89. \ , -г \ / ) изб. ОН 1мольЫа ч CH3I v / - •• > СН3СООН/Н+ v 1мольС12,/»у ## КОН/С2Н5ОН СиО,/° KMn04,5°C,H20 v H2S°4 > ' * > "* 180°С ' •" 90. АСПИРИН 2моль^аОН/Н20 ) ^ NaOH(T),/° ) C02,H20 NaOH,H2Q ^ (СН3С0)20
g 51. Задания для повторения курса химии 565 ^^/COONa 91. NaOH(T),,fw CH3CI, A1C13 KMn04> t НС1 -**W- 92. Анилин СНзС0С1> ... кошн20> д ^^ ... CH3NH2 (СН3СОШ C6H5CH2OHw -^ Л ^А — ^- ... (СН3СО)20_ КОН (т), / : ^. CH3NH2 -»Б... H2Q, Ni 850 °С 93. (СбН5СО)20 с,н,сн?о^.А кон/н2о>Б КШ(т^ СНгСНг.Н^ KMnQ4,H,SQ4> НВг ... "Ч"36^ В(1моль) 1мольС'г> > ... кон/спирУ ... гА 94. СН3 С О С^С СН3 6 H20,Hg2+,H+ _> д socb» сн3ш2 > -> Б LiAIH<> 95. / \ -СООН 3мольСЬ,^у ». NaOH (tbO)^ СНч НСКр-р) изб. ^А- 2 моль СН3ОН, ЬГ Na2CQ3 изб.
566 § 51. Задания для повторения курса химии COONa NaOH(T) e^ ЗмольВг2, /rv NaOH, H,0 изб. 2и ^ _ СН3СОС1,А1С13 97. Бутадиен-1,3 вг,.4оч: ) ... '«у1 > н^ КМп04,Н+ ч изб. 98. ОН H2S04(kohu) H20,H+ CuO, t° "Тто^с **••• **••• ^ СиО, r^ NaBH4 H2SQ4 (конц) 170 °С * 99. DC1 N:h К0Н/СПИР^А- КМпО, 5 °С, Н20 НВг изб. 100. С1 КОН/с] пирт^ 1 моль Н2, кат. > С^Н^СО^Н изб. ••• 1,4-присоединение а 101. СНз—С^° -^Н- ^о—сн==сн2 -> А 2->- (C2H,,);NH, сн3он СН30Н >■...
§ 51. Задания для повторения курса химии 567 102. СН2=С ^° сн3 Н2°'Н+ ч NaOH/H,0 v -СН3ОН ' — " > сьь NaOH/спирт НВг изб. ■> ... 103. ) СООН I"™*] ) ... КОН/спирт ) NaOH/H2Q ^ NaOH(T),/° 104. Н3С ( > СНз шпо4,н2зо4,,° ^^joaisgj^... л-фенилендиамин изб. 105. » ... 1 NaOH (НзО)^ изб. CuO, r ^АЧ Р20з CH3NH2 20 иС C6H5-NH2 IO6.AI4C3—[l22- ^д 1500 °С> 2 моль НС1 д 1 моль Cb, hv Mg эфир NaOH/H2Q LiAlHA H2Q > H2Q, Ni 850 °С
568 § 51. Задания для повторения курса химии Ю7.СаС2 нг° > ... с,боо°с ) ... рХ; > змольсь^ >ил NaOH,H20 CH3OH,H+ v ИЗб! 7 •" 7 — 108. СН3СН2СН2ОН Ai2o3)/o ) н* -¥ кон/н2о ... А1203,/° ... Вг2/СС14 ) ... КОН/спирт изб. ■> ... КОН/спирт ... Вг2/СС14 изб. Н2,кат. v 1 моль Вг2 2 моль NaOH . „ / ... и г\ ' ,4-присоединение KMn04,H2SQ4,/° Н20 изб. Вг2/СС1, -> .. *-> КОН/спирт Na КОН/спирт вв# Вг2/СС14 КОН/спирт изб. ■> ... 113. Н3С- v С=СШ H2Q, H+w HBr w **• • изб. * кошн2о^ НВг 114. НВг # изб. 115. СН3 ДШ H2S04(kohu.) 170 °С изб. изб. КМп04,5°С,Н20 КОН/спирт ^N x^%,H НС1 (изб.) 1 моль С12, /IV КОН/сп] И^ ч^ КМп04 _ НВг •• 5 "С, Н20 ^ — избГ Mg
$' 51. Задания для повторения курса химии 569 116. суссц ) 2Н5С1 1мольС12,/л> NaOH/спирт А1С1 КОН/спирт ■» ... изб. ■> ... H2o,Hg24,H+ ) шщи /Ч^Нз 117. КОН/спирт р. 1мольВг2,/гу > ^ ^^УДПМ(ШЬ) 1мольВг2,/гу > ^ СН3СОООН С12/СС14 КМп04 КМпОф H2SQ4 _. 5°С,Н20 '•" CI Na, t° > Pt,450°C> -^Ч»Н+ (CH3)2NHw A- , socu 119. H2Q,Hg2+,H+w '.** 170 °C 120 С H OH H2S04(kohu.) KMn04,5°C,H20 v Na(H36.) v iau.^2ii5wii no°c 7 •" ' * > "• >"' CH3I (изб.) #> 121. ^ч. 1мольС1ъ/1У > КОН/спирт^ H2Q, H4^ CH3C1 Na *-A- H2Q CH^1
570 § 51. Задания для повторения курса химии 111. 2,7-ДИМеТИЛОКТаН ароматизация ) _ КМп04/Н+(изб.) > ^ NaOH(T),/0 изб. ■> ... СН3С1,А1С1з,/0 1мольВг2,Ау ч Na (изб.) 1мольС12,/?у ч КОН/спирт . 123. 4-этилгептан аР°матизациУ д ел ч КМп04,Н+ гА(1моль) ^-^ . г /1 ч кат., / кЬ (1моль) ► -1 моль Н<> -В 2 моль KOH/H2Ow СН3ОН, Н+ SOCU -^Г Вг2/СС14% 124. Октан ^^"1 КМп04,Н+ ЧБ (1моль)- -*-В- внутримол. дегидратация КОН(Н,0) изб. 1 моль Cl2, hv w 2 моль Cl2, hv w о кат., t ^. КОН/спи] *V 2 моль КОН спирт КМпО, -1 моль Н2 5 °С, Н20 *-►
§ 51. Задания для повторения курса химии 571 Общая химия и химия элементов 1.* Смесь А^Оз и FeS2 массой 34,2 г содержит 99,932 • 1023 электронов. Рассчитайте массовую долю элемента алюми- ния в смеси. 2. В растворе серной кислоты массой 300 г растворили весь оксид серы (VI), полученный с выходом 80 % из 20 г технической серы с массовой долей примесей 10 %. Какова была массовая доля кислоты в исходном растворе, если в ко- нечном она стала равной 50 %? 3. Найдите массовую долю нитрата калия в водном ра- створе, если известно, что 101,1 г этого раствора содержат 3,19* 1024 атомов кислорода в сумме. 4.* Массовая доля элемента серы в олеуме 34,78 %. К та- кому олеуму массой 27,6 г добавили 18 г раствора H2S04 с w(H2S04) = 80 %. Определите массовую долю вещества в по- лученном растворе. 5. Некоторая масса серебра прореагировала с концентри- рованной азотной кислотой, получено 150 г раствора, содер- жащего только соль и воду с массовой долей соли 12 %. Како- ва была массовая доля кислоты в исходном растворе? Раство- римостью газа в воде можно пренебречь. 6. Какие массы Р205 и Н20 нужны для приготовления ра- створа H3P04 (w = 5 %), при обработке которого избытком Са(ОН)2 выпадает 6,2 г осадка? 7.* Нагрели перманганат калия массой 23,7 г и получили смесь веществ, в которой массовая доля элемента марганца равна 36,03 %. Найдите степень разложения соли. 8.* Смесь СО и 02 массой 20 г с относительной плотнос- тью по водороду 15 взорвали. Определите тепловой эффект реакции, если теплота образования 1 моль С02 в этих услови- ях равна 416 кДж.
572 § 51- Задания для повторения курса химии 9. При частичном разложении N02 на N0 и 02 получена газовая смесь, в которой w(02) = 26,09 %. Какая часть (%) N02 разложилась? 10.* Имеется смесь равных объемов 02 и 03, содержащая 6,4 моль электронов. Какой объем (дм3, н.у.) метана можно полностью окислить такой смесью? 11. При полном растворении 19,5 г цинка в 84 см3 раствора серной кислоты (w = 50 %, р = 1,4 г/см3) выделилось 3,36 дм3 (н.у.) смеси сероводорода и оксида серы (IV). Определите массовые доли веществ в полученном растворе. 12. При полном термическом разложении смеси ВаС03 и KN03 получили смесь газов объемом 4,48 дм3 (н.у.) с относи- тельной плотностью по гелию 9,5. Определите массы солей в исходной смеси. 13. В смеси S02 и С02 общее число протонов в атомах в 24 раза больше суммарного числа молекул. Рассчитайте плотность (г/дм3) этой смеси. 14. *В смеси Р205 и КзР04 массой 49,6 г w(O) = 45,161 %. Определите массы веществ в смеси. 15. Нитрат меди (II) массой 37,6 г прокалили и получили 8,96 дм3 (н.у.) смеси газов. Рассчитайте: а) массу твердого ос- татка; б) массовые доли веществ в твердом остатке; в) массу соляной кислоты с w(HCl) = 20,4 %, которая может прореагировать с твердым остатком. 16. *В каком соотношении по массе нужно смешать ра- створы K2S04 (w = 4 %) и Na3P04 (w = 6 %), чтобы в получен- ном растворе химическое количество ионов калия было в 6 раз больше химического количества ионов натрия? 17. При сжигании 11,25 г некоторого вещества в избытке кислорода получено 6,75 г воды и 8,4 дм3 (н.у.) смеси азота и углекислого газа с относительной плотностью по водороду 20,4. Предложите молекулярную формулу вещества, если его молярная масса не превышает 75 г/моль.
§ 51. Задания для повторения курса химии 573 18. Железная пластинка массой 20 г помещена в 80 г ра- створа AgN03 (w = 12 %). Через некоторое время w(AgN03) в растворе стала равной 8 %. Чему равна массовая доля другой соли в конечном растворе? 19. При сжигании 9,76 г органического вещества в избыт- ке кислорода получено 10,08 г воды и 8,96 дм3 (н.у) смеси азота и углекислого газа с относительной плотностью по кис- лороду 1,275. Найдите формулу вещества, если его молярная масса не превышает 80 г/моль. 20. Определите массовую долю элемента калия в смеси, состоящей из 25,25 г KN03 и 41,4 г К^СС^. 21. * К смеси водорода и азота общим объемом 43,6 дм3 (н.у.) добавили углекислый газ объемом (н.у.) 11,2 дм3. После этого относительная плотность газовой смеси по гелию стала равной 5,832. Определите объем (н.у.) азота в исходной смеси. 22. *К смеси, состоящей из 17,93 дм3 водорода и 11,2 дм3 метана (н.у), добавили углекислый газ. Относительная плот- ность газовой смеси по гелию при этом возросла на 80 %. Определите объем (н.у.) добавленного углекислого газа. 23. * В смеси газов Н2 и СН4 массовая доля Н2 равна 10 %. Найдите относительную плотность газовой смеси по гелию. 24. * Водород и азот для синтеза NH3 были взяты в соответ- ствии со стехиометрией реакции. При установлении равнове- сия объемная доля NH3 в газовой смеси составила 56,25 %. Ка- кая часть Н2 от его исходного объема прореагировала? 25. Относительная плотность по водороду смеси СО и 02 равна 15. Какая масса С02 образуется при поджигании 60 г такой смеси? 26. Относительная плотность по водороду смеси СО и 02 равна 14,4. Чему станет равна молярная масса смеси, полу- ченной после завершения реакции между СО и 02? 27. Определите массу раствора Na2S04 в воде, содержаще- го 3,0И023 атомов Na и 6,02-1024 атомов Н.
574 § 51- Задания для повторения курса химии 28. Определите w(O) в образце мела, в котором w(CaC03) = = 90 %, а примеси кислород не содержат. 29. Определите массу технического образца Na2S04, содер- жащего 9,2 г Na и 5 % по массе примесей, не содержащих Na. 30. Рассчитайте w(O) в смеси, состоящей из 23 г этанола и 16 г метанола. 31. Рассчитайте w(N2) в газовой смеси N2 и Н2, если извес- тно, что 2,24 дм3 (н.у.) смеси имеют массу 1 г. 32. Определите массу 2,24 дм3 (н.у.) смеси, состоящей из СО и С02, в которой w(C02) = 60 %. 33. После окончания хлорирования водорода объемная доля С12 в смеси с НС1 равна 20 %. Найдите объемные доли газов в исходной смеси. 34. Какой объем С02 (дм3, н.у.) выделился при нагревании 300 г NaHC03, если w(Na2C03) в твердом остатке равна 39 %? 35. При взаимодействии оксида серы (VI) с водой получи- ли раствор с массовой долей серной кислоты 25%. При до- бавлении к этому раствору избытка Ва(ОН)2 выпал осадок массой 29,13 г. Какие массы воды и оксида серы (VI) были затрачены на образование раствора кислоты? - 36. При пропускании оксида серы (IV) через 200 г раство- ра с массовой долей NaOH 16 % образовалась смесь солей, в том числе 41,6 г кислой соли. Какая масса серы, содержащей 4,5 % примесей, использована для получения оксида серы (IV)? Какова масса полученной средней соли? 37. К смеси, содержащей одинаковые химические коли- чества СН4 и С2Н6, добавили СН4 объемом, равным объему исходной смеси. Как при этом изменилась плотность смеси? 38.* Имеется смесь 02 и 03, в которой объемная доля 03 равна 20 %. Какой объем (дм3, н.у.) такой смеси потребуется для полного окисления пропена объемом 10 дм3?
$ 51. Задания для повторения курса химии 575 39. Относительная плотность газовой смеси, состоящей из СО и 02, по водороду равна 15,5. Через некоторое время прореагировало 10 % 02. Определите массовую долю С02 в конечной смеси. 40. К 130 дм3 смеси N2, H2 и СН4 добавили 200 дм3 02 и смесь взорвали. После реакции и охлаждения продуктов объем газовой смеси составил 144 дм3. После пропускания этой газовой смеси через избыток раствора щелочи ее объем уменьшился до 72 дм3. Определите объемные доли газов в исходной смеси (все объемы измерены при н.у.). 41.* В водном растворе на 1 молекулу глюкозы приходит- ся 8 молекул воды, плотность раствора 1,05 г/см3. Укажите молярную концентрацию глюкозы в этом растворе. 42. В смеси SiC и Si02 содержится по 3,01-Ю24 атомов Si и О. Найдите массу этой смеси. 43. В каком мольном соотношении были смешаны СаС2 и СаС03, если массовая доля элемента С в полученной смеси равна 25 %? 44.* Смесь Н2 и СО массой 8,8 г содержит 27,692 • 1023 элек- тронов. Какой объем (дм3, н.у.) кислорода нужен для полно- го окисления такой смеси? 45. В водный раствор MeS04 массой 500 г поместили же- лезную пластинку. Через некоторое время w(FeS04) стала рав- ной 16,97 %, а масса пластинки возросла на 4,4 г. Установите металл. 46. Через 400 г раствора с w(KOH) = 28 % пропустили 33,6 дм3 (н.у.) С02 и полученный раствор разбавили водой до 500 см3. Чему равна молярная концентрация КНС03 в полученном растворе? 47. При нагревании A1(N03)3 массой 42,6 г получили твер- дый остаток массой 26,4 г. Рассчитайте суммарный объем (н.у.) выделившихся при этом газов и объем раствора с w(HCl)=
576 § 51- Задания для повторения курса химии = 20 % (р = 1,1 г/см3), который может прореагировать с твер- дым остатком. 48. Относительная плотность по водороду смеси СО, С02 и Аг равна 19,43. После пропускания 100 дм3 (н.у.) этой смеси через избыток водного раствора щелочи ее объем стал равен 42,9 дм3 (н.у). Определите объемные доли газов в исходной смеси. 49. В смеси Na20 и Na^ на 8 атомов Na приходится 7 ато- мов О. Вычислите массовые доли веществ в такой смеси. 50. В смеси FeS2 и FeS04 содержится по 6,02-1021 атомов Fe и О. Рассчитайте массу этой смеси. 51. В смеси Cu20 и CuO на 4 атома Си приходится 3 атома О. Рассчитайте массовую долю оксида меди (II) в смеси. 52. В смеси СаС2 и СаС03 содержится по 1,81-Ю24 атомов Са и О. Рассчитайте массу этой смеси. 53. Какую массу NH4HS04 нужно добавить к 3,60 г KHS03, чтобы в полученной смеси содержалось одинаковое число атомов Н и О? 54. Какую массу K2S04 следует добавить к 5,50 г K^S, что- бы в полученной смеси массовая доля элемента серы стала равной 20,0 %? 55. В смеси NH4N03 и Ba(N03)2 массовая доля элемента азота равна 30,0 %. Рассчитайте массовую долю нитрат-ионов N03 в этой смеси. 56. В какой массе CaS042H20 содержится число электро- нов, равное числу Авогадро? 57. Найдите массовую долю фосфата натрия в водном ра- створе, если известно, что 50 г этого раствора содержат всего 13,67-1023 атомов кислорода. 58. Растворимость ортофосфата лития при 20 °С состав- ляет 0,58 г в 1000 г воды. Рассчитайте по отдельности число катионов и анионов соли (диссоциация полная) в насыщен- ном при 20 °С ее растворе массой 3 кг.
§ 51. Задания для повторения курса химии 577 59. К 50 г см3 раствора с массовой долей хлороводорода 36 % (плотность 1,10 г/см3) прибавлен раствор гидроксида натрия с массовой долей его 40 % до полной нейтрализации. Затем полученный раствор охладили до 0 °С. Определите массу вы- павшего при этом осадка соли, если при данной температуре массовая доля ее насыщенного раствора составляет 26,3 %. 60. При полном термическом разложении смеси гидро- карбоната натрия и нитрата калия получили смесь газов (н.у.) объемом 3,36 дм3 с относительной плотностью по водороду 20. Считая, что карбонат натрия не разлагался, определите массы солей в исходной смеси. 61. При нагревании оксида азота (IV) часть его разложи- лась на кислород, оксид азота (II) и установилось химичес- кое равновесие. В полученной равновесной смеси газов мас- совая доля простого вещества кислорода равна 20 %. Какая часть оксида азота подверглась разложению? 62. При поджигании смеси NH3 и 02 и охлаждения про- дуктов реакции до -5 °С получили смесь газов с молярной массой 30 г/моль. Рассчитайте молярную массу исходной смеси газов. 63.* На весах уравновешены два стакана, содержащие раз- бавленную соляную кислоту и концентрированную азотную кислоту. В стакане с азотной кислотой полностью раствори- ли 6,4 г медных опилок, образовавшийся газ количественно выделился из раствора. Какую массу медных опилок нужно внести в стакан с соляной кислотой для восстановления рав- новесия? 64. К 147 г раствора серной кислоты прилили 208 г раствора хлорида бария с массовой долей соли 20 %. Выпавший осадок отфильтровали, а на фильтрат подействовали избытком каль- цинированной соды и получили 6,72 дм3 (н.у.) газа. Рассчитай- те массовую долю серной кислоты в исходном растворе. 65. После прибавления 10 г кристаллогидрата MgCl2\xH20 к 120 г раствора с массовой долей хлорида магния 5 % массовая 19 3ак.3451
578 S 51- Задания для повторения курса химии доля безводной соли в растворе возросла в 1,6473 раза. Уста- новите формулу кристаллогидрата. 66. Газ, полученный при полном сжигании в избытке кисло- рода 4,48 дм3 (н.у.) смеси метана и ацетилена, относительная плотность которой по водороду равна 11,75, пропустили в ра- створ массой 1387,5 г с массовой долей гидроксида кальция 1,6 %. Определите массовую долю соли в полученном растворе. 67. При обработке 18,00 г смеси железа (II) и оксида желе- за (III) избытком оксида углерода (II) при нагревании полу- чили 14,00 г железа. Если же 36,00 г смеси исходных веществ обработать избытком водного раствора нитрата свинца (II), то масса смеси возрастет до 51,1 г. Рассчитайте массовые доли веществ в их исходной смеси. 68.* Имеется смесь газов, в которой на 1 молекулу 02 при- ходится 3 молекулы N2. К такой смеси добавили газ X объе- мом, равным объему 02, при этом относительная плотность газовой смеси по Н2 возросла на 10,345 %. Найдите моляр- ную массу газа X. 69.* Рассчитайте массовые доли веществ в растворе, полу- ченном при растворении 67,2 объема (н.у.) НС1 в одном объе- ме раствора К^СОз с массовой долей соли 40 % (плотность раствора К^СС^ 1,38 г/см3). 70. Какую массу оксида серы (VI) нужно растворить в ра- створе серной кислоты с массовой долей ее 98 %, чтобы по- лучить 100 г олеума, в котором массовая доля элемента серы равна 34,96 %? 71.* К олеуму массой 10 г, в котором массовая доля оксида серы (VI) равна 5 %, добавили 150 г раствора серной кислоты с массовой долей ее 96 %. Какой объем газа (н.у.) вьщелится при полном растворении избытка меди в полученном растворе? 72. В растворе фосфорной кислоты массой 400 г раство- рили при нагревании весь Р205, полученный с выходом 80 % из технического фосфорита массой 100 г с массовой долей
ff 51. Задания для повторения курса химии 579 Са3(Р04)2 90 %. Какова была w(H3P04) в исходном растворе, если в конечном она стала равной 75 %? 73. При полном растворении 19,2 г меди в 100 см3 раствора с массовой долей азотной кислоты 50 % (плотность 1,44 г/см3) выделилось 8,96 дм3 (н.у.) смеси оксида азота (IV) и оксида азота (II). Определите массовые доли веществ в полученном растворе. 74. После неполного термического разложения нитрата серебра (I) массой 34 г была получена смесь газов (н.у.) с от- носительной плотностью по водороду 20,67. Рассчитайте степень разложения соли. 75.* В каком соотношении по массам следует смешать KN03 и NH4N02, чтобы вода, полученная при термическом разложе- нии одной из этих солей, полностью растворила соль, получен- ную при разложении другой из указанных солей? Растворимость соли в условиях опыта принять равной 25 г на 100 г воды. 76. При смешивании насыщенных при 60 °С растворов NH4C1 и NaN02 образуется азот. Растворимость NH4C1 и NaN02 при 60 °С отвечает соответственно их насыщенным растворам с массовыми долями 35,6 % и 52,9 %. Какие массы этих растворов нужны для получения 4,25 дм3 (н.у.) азота, если его выход равен 85 %? 77. На нейтрализацию раствора КОН потребовалось 44 г раствора HN03. После нейтрализации в растворе массой 80 г массовая доля соли равна 20,3 %. Найдите массовые доли реагентов в исходных растворах. 78. Определите массы Си и раствора HN03(pa36.), если при их взаимодействии получили 493,2 г раствора, содержа- щего только соль и воду с массовой долей соли 11,44 %. Ка- кой была w(HN03) в исходном растворе? 79. Для получения NO навеску меди полностью раствори- ли в 160,2 см3 раствора с w(HN03) = 30 % (р = 1,18 г/см3). Оксид азота (IV), выделившийся в качестве побочного
580 §51. Задания для повторения курса химии продукта, поглотили водой в присутствии 02. После оконча- ния реакции получили 90 г раствора, в котором w(HN03) = 1,75 %. Определите массу меди и объем выделившегося оксида азота (II). 80. Через 100 см3 раствора с молярной концентрацией Na2C03 0,100 моль/дм3 пропустили S02 объемом 448 см3 (н.у). Найдите состав и массу сухого остатка после осторож- ного выпаривания раствора. 81. * Какой объем (дм3, н.у.) S02 нужно пропустить в ра- створ КОН объемом 120 см3 (w = 30 %, р = 1,2 г/см3), чтобы массовые доли полученных солей стали равными? 82.* Смешали два раствора H2S04 с wl = 20 % и w2 = 50 % и получили 450 г раствора с w(H2S04) = 35 %. Рассчитайте мас- сы исходных растворов. 83. Диоксид серы растворили в воде и к полученному раство- ру прибавляли бромную воду до появления окраски брома, а затем избыток раствора ВаС^. В результате получен осадок мас- сой 2,6 г. Какой объем (дм3, н.у.) S02 был израсходован? 84.* К олеуму массой 30 г с w(S03) = 25 % прибавили 120 г раствора с ^(К^СОз) = 25 %. Определите массовые доли ве- ществ в полученном растворе после завершения реакций. (Ра- створимостью С02 пренебречь; кислая соль серной кислоты не образовывалась.) 85. Смесь N2 и Н2 пропустили над катализатором, при этом ее объем (н.у.) уменьшился с 10 дм3 до 7,2 дм3. Какова будет w(NH3) при растворении полученного аммиака в воде объе- мом 25 см3? 86. Имеется 54,6 г смеси Cu(N03)2 и нитрата некоторого од- новалентного металла. При прокаливании этой смеси до по- стоянной массы образуется 14,56 дм3 (н.у.) смеси газов, объем которой при пропускании над оксидом кальция уменьшается до 3,36 дм3 (н.у). Установите неизвестный металл, если извест- но, что в смеси находилось 1,204-1023 атомов меди, а оксид не- известного металла при разложении его нитрата не образуется.
§51. Задания для повторения курса химии 581 87.* Имеется раствор, содержащий 1,74 г К^НРС^ и 4,24 г К3Р04. Какую массу Р205 нужно добавить к этому раствору, чтобы после его кипячения конечный раствор содержал бы только КН2Р04 и 9,8 г Н3Р04? 88. Слили равной массы растворы НС1 и Na2C03. После окончания реакции масса раствора уменьшилась на 10 %. Пренебрегая растворимостью С02 в Н20, рассчитайте мас- совую долю соли в растворе после реакции. 89. Кислород объемом 6,72 дм3 (н.у.) пропустили через рас- каленный уголь, а полученный газ — через раствор NaOH. В результате последней операции объем газа уменьшился на 4,48 дм3. Чему равен объем оставшегося газа? 90. Газовая смесь объемом 80 см3 (н.у), состоящая из СО, Н2, СН4 и 02, после взрыва занимает объем 42 см3 (н.у), причем объе- мы СО, Н2 и СН4 в исходной смеси относятся соответственно как 1:2:3. Определите объемные доли компонентов в исходной смеси, если СО, Н2 и СН4 полностью сгорели. 91. Через раствор NaOH массой 480 г (w = 10 %) пропусти- ли 8,96 дм3 (н.у.) смеси С02 и S02 с относительной плотнос- тью по воздуху 2,034. Вьшислите массовые доли веществ в полученном растворе. 92. Какую массу сплава феррохрома (сплав Fe и Сг) с w(Cr) = = 0,65 нужно добавить к стали массой 60 кг, чтобы w(Cr) в стали составила 1 %? 93. Порошок Fe и S нагрели в отсутствие воздуха, а затем растворили в соляной кислоте и получили 8,96 дм3 (н.у.) смеси газов. После сгорания этих газов в избытке 02 образовалось 0,3 моль газа (н.у). Определите массы веществ в исходной смеси. 94. Имеется смесь Fe и Fe304, при растворении которой в избытке соляной кислоты выделяется газ объемом 0,244 дм3 (н.у). Какая масса Н20 образуется при полном восстановле- нии водородом 3 г такой смеси Fe и Fe304?
582 § ^- Задания для повторения курса химии 95. Смесь Аг и С12 объемом 22,4 дм3 (н.у.) пропустили че- рез 18,2 г нагретой смеси Си и А1. Полученную смесь твердых продуктов растворили в Н20 и обработали избытком раство- ра щелочи. Выделившийся осадок отфильтровали и нагрели до постоянной массы, равной 16 г. Определите объемные доли газов в исходной смеси и массовые доли металлов в их смеси. 96. Раствор с w(HCl) = 14,6 % нейтрализовали раствором с w(NaOH) = 40 %. Найдите массовую долю соли в получен- ном растворе. 97.* Какой объем Н2 (н.у.) нужно добавить к 100 дм3 (н.у.) смеси Н2 и N2 (относительная плотность по гелию 1,5805) для получения смеси, в которой массовые доли всех газов бу- дут равными? 98.* Какую массу олеума с w(S03) = 30 % нужно добавить к 200 г раствора с w(H2S04) = 10 %, чтобы получить раствор с w(H2S04) = 20 %? 99. В раствор массой 220,0 г с w(NaCl) = 15 % добавили 22,20 г хлорида щелочноземельного металла. После этого об- щая масса ионов С1~ стала равной 25,52 г. Установите металл. 100. Относительная плотность газовой смеси по воздуху 2,759. Смесь состоит из СОС12 и газа, который является про- стым веществом. Объемная доля СОС12 равна 32 %. Устано- вите формулу неизвестного газа. 101. Медную пластинку массой 13,2 г опустили в раствор Fe(N03)3 массой 300 г с массовой долей соли 11,2 %. После некоторого выдерживания пластинки в растворе ее вынули, при этом оказалось, что w[Fe(N03)3] = w[Cu(N03)2]. Опреде- лите массу пластинки после того, как ее вынули из раствора. 102. Газ, полученный при каталитическом прокаливании до постоянной массы 9,8 г бертолетовой соли, смешали с га- зом, полученным при полном электролизе расплава СаС12 массой 22,2 г. Эту смесь газов пропустили через горячий ра- створ NaOH массой 200,0 г (w = 2 %). Найдите: а) объемные
§ 51. Задания для повторения курса химии 583 доли газов в оставшейся смеси; б) массы солей в полученном растворе. Растворимостью хлора в воде можно пренебречь. 103. Смесь КС1, KN03 и КС103 массой 81,95 г прокалили до постоянной массы. Выделившийся при этом газ в реак- ции с Н2 образует воду массой 14,4 г. Продукт прокаливания растворили в воде и раствор обработали избытком AgN03, получив осадок массой 100,45 г. Определите массы солей в исходной смеси. 104.* В каком мольном соотношении надо смешать FeS2 и FeS, чтобы масса S02, полученного при обжиге смеси в из- бытке 02, была равна массе исходных соединений железа? 105.* Над нагретой смесью Fe и Fe304 пропустили избы- ток СО. После окончания реакции масса твердого остатка оказалась на 12,8 г меньше массы исходной смеси. При обра- ботке такой же смеси Fe и Fe,0, избытком соляной кислоты 3 4 выделяется газ объемом 2,24 дм3 (н.у.). Найдите w(Fe304) в исходной смеси. 106.* Смешали одинаковые по массе растворы с массовы- ми долями K^S и HgS04, равными по 20 %. Найдите массо- вые доли солей в полученном растворе. 107. Объем смеси Н2 и С12 равен 25 дм3 (н.у.). После реак- ции между ними оказалось, что С12 прореагировал не полно- стью, причем объем непрореагировавшего С12 равен 3 дм3 (н.у.). Определите объем С^ в исходной смеси. 108. Какую массу воды нужно выпарить из раствора мас- сой 150 г с w(MgBr2) = 4 %, чтобы общее число атомов в растворе уменьшилось вдвое? 109.* При термическом разложении KN03 массой 20,2 г получили смесь равных масс твердых веществ. Чему равен объем (дм3, н.у.) выделившегося при этом газа? 110. Смесь железных и цинковых опилок массой 2,51 г, обработали раствором серной кислоты объемом 30,7 см3 (мас- совая доля кислоты 19,6 %, плотность раствора 1,14 г/см3). Для
584 § 51. Задания для повторения курса химии нейтрализации избытка кислоты потребовался раствор гидро- карбоната калия объемом 25 см3 с концентрацией 2,4 моль/дм3. Вычислите массовую долю цинка в исходной смеси. 111. Гидросульфат калия можно получить осторожным ра- створением карбоната калия в точно рассчитанном количе- стве серной кислоты (w = 40 %) и последующим охлаждени- ем образующегося раствора. Вычислите выход соли (в % от теоретического), выпадающей в виде кристаллов при охлаж- дении раствора, если массовая доля ее в насыщенном раство- ре после охлаждения равна 34 %. 112.* Смесь малахита и опилок меди общей массой 79,0 г нагрели на воздухе до постоянной массы. Масса твердого остатка оказалась равной массе исходной смеси. Этот твер- дый остаток растворрши в строго необходимом количестве соляной кислоты (с(НС1) = 9,5 моль/дм3, р = 1,15 г/см3) и получили раствор с плотностью 1,20 г/см3. Укажите моляр- ную концентрацию вещества в полученном растворе. 113. При электролизе раствора хлорида кальция объемом 47,2 см3 (w = 11,1 %, плотность раствора 1,06 г/дм3) на аноде выделилось 3,36 дм3 газообразных веществ (н. у.). Получен- ные газы при нагревании пропущены через трубку, содержа- щую 15 г металлического магния. Вычислите массовые доли веществ, находящихся в трубке после окончания опыта. 114. В водный раствор гидроксида бария массой 100 г (w = 25 %) осторожно ввели Хт бария. В результате образова- лось Yt раствора Ва(ОН)2 (w = 40 %). Найдите значения Хи Y Вычислите молярную концентрацию полученного раство- ра, если объем этого раствора массой Yt в 7 раз меньше объе- ма соляной кислоты (с(НС1) = 1 моль/дм3), необходимой для его нейтрализации. 115. Имеется сплав двух металлов в мольном отношении 1:1. Одинаковый объём водорода, равный 1120 см3 (н.у), вы- деляется при растворении сплава массой 1,02 г в избытке со- ляной кислоты или при обработке такого же сплава массой
ff 51. Задания для повторения курса химии 585 1,7 г избытком раствора гидроксида натрия. Определите ме- таллы и их массовые доли в смеси. 116. Оксид меди (II), полученный с выходом 80 % при про- пускании тока кислорода через трубку с 6,4 г раскалённой меди, растворён в строго необходимом количестве серной кислоты (w = 20 %). Полученный раствор охлаждён до 0 °С. При этом выпал пятиводный гидрат соли. Насыщенный ра- створ при указанной температуре содержит 25,0 % кристал- логидрата по массе. Вычислите массу выпавших кристаллов. 117. После взаимодействия брома массой 48 г с необходи- мым количеством горячего раствора NaOH масса раствора со- ставила 288 г. Рассчитайте массовые доли (%) солей в получен- ном растворе и массовую долю щелочи в исходном растворе. 118. Определите массовые доли (%) солей в растворе, по- лученном при взаимодействии таких же количеств реаген- тов, как и в предыдущей задаче, но на холоде. 119. Известно, что 40 см3 раствора, содержащего нитрат меди (II) и серную кислоту, может прореагировать с раство- ром гидроксида натрия объемом 25,4 см3 (w = 16,02 %, плот- ность раствора 1,18 г/см3), а прокаливание выпавшего при этом осадка дает 1,60 г твердого вещества. Вычислите кон- центрации (в моль/дм3) нитрата меди (II) и серной кислоты в исходном растворе. 120. Из раствора нитрата аммония массой 250 г (w = 3,00 %) выпарили такую массу воды, что общее число атомов в ра- створе уменьшилось в 3 раза. Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе. 121. Какую массу иодида аммония следует добавить к ра- створу этой соли массой 300 г (w = 2,00 %), чтобы общее чис- ло атомов в растворе увеличилось в 1,5 раза? 122. Эквимолярную смесь двух галогенидов рубидия мас- сой 4,51 г обработали избытком нитрата серебра (I). При этом образовался осадок массой 2,87 г. Определите формулы га- логенидов.
586 § ^- Задания для повторения курса химии 123.* Сухую смесь AgN03 и KC1 массой 41,45 г растворили в воде, а затем в раствор опустили медную пластинку. После завершения всех реакций оказалось, что масса пластинки возросла на 7,60 г. Рассчитайте массовые доли солей в исход- ной смеси. 124. Рассчитайте массовые доли веществ в смеси, состоя- щей из моногидрата карбоната аммония, карбоната калия и гидрофосфата аммония, если известно, что из этой смеси мас- сой 38,4 г получили 8,8 г оксида углерода (IV) и 6,8 г аммиака. 125. Газ, полученный при обжиге в избытке кислорода сульфида железа (II) массой 8,8 г, пропустили через раствор гидроксида бария объемом 500 см3 с молярной концентра- цией щелочи 0,15 моль/дм3 (р = 1,0 г/см3). Рассчитайте мас- совую долю вещества в полученном растворе и массу осадка. 126. Образец сплава серебра с медью общей массой 2,36 г, обработан 14,2 см3 азотной кислоты (массовая доля кислоты 90 %, плотность 1,48 г/см3). После разбавления водой на ней- трализацию избытка кислоты израсходовано 40 см3 раствора гидроксида бария с молярной концентрацией 2,5 моль/дм3. Вычислите массовые доли металлов в сплаве и объем газа (при н.у), выделившегося при реакции. 127. При прокаливании эквимолярной смеси нитрата, ок- сида и фторида металла (II) масса смеси уменьшилась на 14,0 г. Определите формулы солей и массу исходной смеси, если из- вестно, что массовая доля атомов металла в ней равна 71,17 %. 128. Хлорид калия можно получить осторожным раство- рением КНС03 в точно рассчитанном количестве соляной кислоты с w(HCl) = 25 % и последующим охлаждением ра- створа. Рассчитайте выход соли, выпадающей в виде крис- таллов при охлаждении такого раствора, если массовая доля ее в насыщенном растворе после охлаждения равна 26,0 %. 129. Рассчитайте объем и радиус атома натрия, исходя из предположения, что атомы имеют форму шара, а объем ша-
§ 51. Задания для повторения курса химии 587 ров составляет 68 % от общего объема. Плотность натрия рав- на 0,97 г/см3. 130. В смеси угарного и углекислого газов массовые доли веществ равны. Во сколько раз изменится объем этой смеси после пропускания через избыток известковой воды? 131.* Природный натрий состоит из одного нуклида, а неиз- вестный неметалл - из двух нуклидов. Известно, что молекулы неметалла двухатомны. При взаимодействии 0,23 г натрия с этим неметаллом получили смесь продуктов массой 0,5845 г. Установите неметалл и массовые доли веществ в их смеси. 132. При полном растворении в соляной кислоте смеси суль- фита и фосфида щелочного металла общей массой 7,3 г с их равными мольными долями выделилась газовая смесь объемом (н.у.) 2,24 дм3. Укажите молярную массу (г/моль) металла. 133. Какую массу СаС^-б^О нужно добавить к раствору Na2C03 объемом 47,0 см3 (w = 25,0 %, р = 1,08 г/см3), чтобы получить раствор с w(Na2C03) = 10,0 %? 134. При полном электролизе водного раствора КС1 объе- мом 28,0 см3 (w = 5 %, р = 1,05 г/см3) на аноде выделилось 336 см3 газов (н.у), которые при нагревании пропустили че- рез трубку, содержащую А1 массой 15,0 г. Найдите массовые доли веществ в трубке после реакции. 135. Какую массу AgN03 следует добавитькрастворуНС1 массой 100,0 г с молярной концентрацией хлороводорода 5,5 моль/дм3 (р = 1,10 г/см3), чтобы получить раствор с w(HN03) = 10,0 %? 136.* В смеси СО и С02 мольная доля С02 равна 70 %. После пропускания смеси над раскаленным углем мольная доля СО в ней стала равной 80 %. Рассчитайте степень пре- вращения С02 в СО. 137. Какую массу BaCl^HjO нужно добавить к раствору H2S04 объемом 100,0 см3 (w = 40 %, р = 1,30 г/см3), чтобы получить раствор с w(H2S04) = 10,0 %?
588 § 51. Задания для повторения курса химии 138. В растворе некоторого вещества с его молярной кон- центрацией 8,7 моль/дм3 массовая доля вещества равна 58 %. Масса этого раствора объемом 100 см3 равна 147 г. Рассчи- тайте молярную массу вещества. 139. Из раствора азотной кислоты объемом 100 см3 можно приготовить 90 г раствора с w(HN03) = 14,0 %. Какова мо- лярная концентрация исходного раствора кислоты? 140. Раствор CuS04 с молярной концентрацией 4,5 моль/дм3 в 5 раз по массе разбавили водой. Учитывая, что плотность исходного раствора равна 1,26 г/ см3, найдите w(CuS04) в по- лученном растворе. 141. В колбе находилось 200 г раствора с массовой долей вещества 16 %. Некоторую массу раствора отлили, но такую же массу воды добавили. При этом массовая доля вещества стала равной 10 %. Какую массу воды добавили? 142. В смеси для получения аммиака объемные доли N2 и Н2 равны. После установления равновесия объемная доля N2 в смеси стала равной 47,37 %. Чему равна степень превраще- ния^ в NH3? 143. К раствору НС1 объемом 98,1 см3 (с = 10,2 моль/дм3, р = 1,163 г/см3) прибавили необходимое для полной нейтра- лизации количество раствора с w(KOH) = 44 %. Определите массу осадка КС1, если растворимость этой соли в условиях опыта равна 34,0 г на 100 г воды. 144.* При нагревании NH3 общее число молекул за счет рас- пада аммиака на простые вещества возросло в 1,2 раза. Рассчи- тайте химическое количество Н2, полученное из 10 моль NH3. 145. Температурный коэффициент первой реакции равен 2, а второй — 4. При температуре 100 °С скорость обеих реак- ций одинакова. При какой температуре (°С) скорость пер- вой реакции будет в 8 раз больше скорости второй реакции? 146.* Количество водорода, выделяющегося при взаимо- действии раствора Н3Р04 с избытком Na, составляет 5 % от
§ 51. Задания для повторения курса химии 589 массы исходного раствора кислоты. Рассчитайте массовую долю Н3Р04 в исходном растворе. 147. Какой объем (дм3, н.у.) С02 нужно пропустить через 200 г раствора с w[Ba(OH)2] = 1,71 %, чтобы масса осадка со- ставила 1,97 г, а раствор над осадком не давал окраски с фе- нолфталеином? 148. При сгорании 6,0 г этана выделилось 312 кДж тепло- ты. При сгорании 34,4 г смеси пентана и гептана выделилось 1680 кДж теплоты. Каково мольное отношение пентана и гептана в смеси, если известно, что в гомологическом ряду алканов теплота сгорания увеличивается на 660 кДж на каж- дый моль СН2-групп? 149. При взаимодействии пирита с избытком HN03 (конц.) выделился газ с плотностью (н.у.) 2,054 г/дм3 объемом (н.у.) 6,72 дм3 и образовался раствор, в котором w(HN03) = = w(H2S04). Найдите w(HN03) в исходном растворе. 150.* Вычислите рН раствора, полученного при смешива- нии равных объемов раствора NaOH (с = 0,04 моль/дм3) и НВг (с = 0,02 моль/дм3). 151. Смесь А1 и S прокалили без доступа воздуха. Полови- ну продукта растворили при комнатной температуре в вод- ном растворе NaOH и получили 3,36 дм3 (н.у.) газа, не обла- дающего запахом. Ко второй половине продукта при 20 °С добавили избыток воды и получили 6,72 дм3 (н.у.) газа с рез- ким неприятным запахом. Считая, что внутренняя сфера гидроксокомплекса алюминия [А1(ОН)4]~, найдите массу исходной смеси и массовую долю в ней алюминия. 152. Навеску смеси гидрида натрия и нитрида кальция раз- делили на 2 равные части, одну из которых растворили в воде, а вторую — в соляной кислоте. Объем газов, выделившихся в реакции с водой, в два раза больше, чем в реакции с кисло- той. Определите массовую долю гидрида в исходной смеси. 153. Массовые доли СоО^Нр и СоСубНр в их смеси равны между собой. Какую массу этой смеси нужно взять для
590 § 51- Задания для повторения курса химии приготовления 100 г насыщенного раствора СоС12, если ра- створимость СоС12 при 20 °С равна 52,9 г на 100 г воды? 154. Прокалили 36,7 г смеси AgN03 и ВаС03 и получили газовую смесь, которая на 6 % тяжелее аргона. Эту смесь га- зов пропустили через раствор КОН массой 200 г с w(KOH) = = 5,6 %. Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе. 155. Два стакана одинаковой массы, в одном из которых находится 6,0 г СаС03, а в другом — 6,0 г FeS2, поместили на две чашки весов. К карбонату кальция прилили 50 г раствора с w(HCl) = 10 %. Какую массу раствора с w(HN03) = 45 % нужно добавить в другой стакан, чтобы после завершения всех реакций весы уравновесились (образуются NO, Fe(N03)3 и H2S04)? 156. При действии H2S04 (конц.) на 34,8 г твердого фто- рида щелочного металла выделился газ, при пропускании ко- торого через раствор Са(ОН)2 образовалось 23,4 г осадка. Что это за металл? 157. При прокаливании смеси AgN03 и ВаС03 образова- лась газовая смесь, которая на 6 % тяжелее аргона. Во сколь- ко раз уменьшилась масса исходной твердой смеси при прокаливании? 158. Образец ZnS массой 0,97 г сожжен в избытке кисло- рода, а продукты сгорания полностью растворили в растворе КОН объемом 11,81 см3 (w = 20 %, р = 1,185 г/см3). Получен- ный при этом раствор разбавили водой до объема 50 см3. Оп- ределите молярные концентрации соединений в растворе после разбавления, а также максимальную массу С02, спо- собного вступить в реакцию с образовавшимся раствором (растворимостью С02 в воде можно пренебречь). 159. Массовая доля сульфата металла П() в насыщенном при 20 °С растворе равна 39 %. После добавления к достаточ- ному количеству раствора 4,5 г безводного сульфата этого
§ 51. Задания для повторения курса химии 591 металла в осадок выпал пентагидрат массой 11,6 г. Установи- те металл. 160. В закрытой кварцевой колбе объемом 50 дм3 нахо- дится при н.у. смесь Н2 и С12, плотность которой 1,32 г/дм3. Сколько теплоты выделится при освещении колбы УФ-све- том, если Qo6p(HC\) = 92 кДж/моль? 161. При сливании раствора НВг объемом 64,78 см3 (w = 6,0 %, р = 1,042 г/см3) и раствора RbOH объемом 100 см3 (молярная концентрация 1 моль/дм3) выделилось 2,8 кДж теплоты. Рас- считайте тепловой эффект реакции нейтрализации. 162. Колба, заполненная аргоном, на 4,465 г тяжелее та- кой же колбы, заполненной неоном, и на 0,892 г легче такой же колбы, заполненной при тех же условиях неизвестным газом. Рассчитайте молярную массу неизвестного газа. 163. При охлаждении водного раствора нитрата неизвест- ного металла было получено 0,3 моль кристаллогидрата, в котором массовая доля безводной соли равна 59,5 %, а масса кристаллизационной воды на 22,8 г меньше массы безвод- ной соли. Установите формулу кристаллогидрата. 164. К смеси Al, Si и кристаллогидрата Na2C03xH20 об- щей массой 35,5 г добавили раствор массой 300 г с w(HCl) = = 10 %. Выделилась газовая смесь массой 4,7 г и объемом (н.у.) 5,6 дм3, а масса осадка составила 4,2 г. Определите фор- мулу кристаллогидрата и массовые доли веществ в конечном растворе. 165. Медь растворили в азотной кислоте с массовой долей ее 55 % (выделяется N0), и ее массовая доля стала равной 47 %. Затем в полученном растворе кислоты растворили серебро (вы- деляется NO), и массовая доля кислоты понизилась до 41 %. Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе. 166. Рассчитайте массу (г) электронов в растворе K^S мас- сой 110 г с ^(K^S) = 10 % (масса электрона равна 0,00055 а.е.м).
592 § 51. Задания для повторения курса химии 167. При нагревании бария в атмосфере кислорода полу- чен порошок массой 39,12 г, на который подействовали из- бытком раствора серной кислоты. После отделения осадка полученный раствор разбавили водой до объема 200 см3. К пробе раствора объемом 4,0 см3 добавляли раствор КМп04 до прекращения выделения кислорода. Объем газа (н.у.) со- ставил 67,2 см3. Определите массовые доли веществ в порош- ке и массу кислорода, израсходованного на окисление бария. 168.* При взаимодействии серы с избытком раствора HN03 (конц.) произошло ее полное окисление и выделился газ объе- мом 26,88 дм3 (н.у.) с плотностью 2,054 г/дм3 и образовался раствор массой 90,0 г, в котором массовые доли обеих кислот равны. Рассчитайте w(HN03) в исходном растворе. 169. Смесь газообразных этена и водорода нагрели в при- сутствии катализатора в реакторе объемом 5 дм3. За 5 с после начала реакции С2Н4 + Н2 > С2Н6 + 136 кДж/моль выделилось 47,6 кДж теплоты. Определите среднюю ско- рость химической реакции и химическое количество полу- ченного этана. 170. Смесь S02 и 02 общим объемом 900 дм3 (н.у.) в объем- ном отношении 2:1 соответственно была помещена в колон- ну для синтеза S03. По окончании реакции S03 был отделен, а непрореагировавшая смесь S02 и 02 снова помещена в ко- лонну для синтеза S03. Какая масса S03 образуется после вто- рого цикла, если степень превращения реагентов в колонне для синтеза равна 30 %? 171. Порошок оксида меди (II) массой 16,00 г обработали раствором азотной кислоты объемом 200 см3 с концентраци- ей кислоты 1,0 моль/дм3. Нерастворившийся осадок отдели- ли от раствора. В раствор погрузили кадмиевую пластинку массой 24,80 г. Определите массу пластинки после полного завершения реакции.
§ 51. Задания для повторения курса химии 593 172. Олеум о&ьемом 100 см3 с Ц803) = 20,0 % (р = 1,90 г/см3) прилили к воде объемом 100 см3. Найдите молярную концент- рацию вещества в полученном растворе плотностью 1,59 г/ см3. 173. Карбонат металла (II) массой 12,5 г растворили в стро- го необходимом количестве раствора с w(HCl) = 5,00 % и получили раствор с w(MeCl2) = 8,83 %. Установите металл. 174.* В воде массой 200 г растворили оксид серы (VI) мас- сой 50,0 г. Полученный раствор полностью нейтрализовали гидроксидом калия. Какая масса соли выпадет в осадок из раствора, если массовая доля ее в насыщенном растворе со- ставляет 10 %? 175. Простое вещество X обработали теллуром массой 30,72 г и получили вещество состава Те3Х4 массой 40,64 г. Ус- тановите формулу вещества X. 176.* До постоянной массы прокалили на воздухе смесь нитрата калия и алюминиевых опилок. Выделившийся при этом газ количественно реагирует с оксидом меди (I) массой 28,8 г. Полученный после прокаливания твердый остаток обработали избытком воды, при этом его масса уменьшилась на 42,5 г, а на растворение оставшегося продукта был израс- ходован раствор КОН объемом 100 см3 (с(КОН) = 6 моль/дм3). Найдите массовые доли веществ в исходной смеси. 177. При растворении смеси AgN03 и NaCl в воде масса образовавшегося осадка оказалась в 2 раза меньше массы со- лей в полученном растворе. Определите массовые доли со- лей в исходной смеси, если известно, что в полученном ра- створе отсутствуют ионы серебра. 178. Сплав состоит из рубидия и еще одного щелочного металла. При взаимодействии 4,6 г сплава с водой получено 2,241 дм3 (н.у.) водорода. Установите металл и массовые доли металлов в смеси. 179. Смесь нитратов натрия и серебра (I) прокалили, а вы- делившиеся газы (н.у.) пропустили в воду. При этом объем 1Л Q„„ 1ЛС1
594 § ^- Задания для повторения курса химии газов уменьшился в 3 раза. Определите массовые доли солей в исходной смеси. 180. Через смесь Н2, 02 и С^ объемом (н.у.) 22,4 дм3 пропу- стили электрический разряд. После охлаждения продуктов реакции в сосуде обнаружили газ и жидкость. На нейтрализа- цию жидкости пошло 1,6 г NaOH. Оставшийся газ полностью прореагировал с ОдО, причем масса последнего уменьшилась на 0,96 г. Определите объемные доли газов в исходной смеси. 181. В соединении NY3X массовая доля атомов азота рав- на 8,24 %, а в соединении NY2X — 9,09 %. Установите форму- лы веществ. 182. Смесь КМп04 и A1(N03)3 прокалили. Газообразные продукты пропустили через раствор HN03 массой 250 г с w(HN03) = 5,00 %. Не поглотилось 672 см3 (н.у) газов, а мас- совая доля HN03 увеличилась до 6,85 %, причем азотистая кислота в растворе отсутствует. Определите массовые доли солей в исходной смеси. Органическая химия 183. При полном сгорании углеводорода масса С02 в три раза больше массы углеводорода. Определите молекулярную формулу углеводорода. 184. При сгорании 3,6 г алкана получено 5,6 дм3 (н.у.) С02. Какой объем 02 (н.у.) затрачен на сгорание алкана? 185. Общее число атомов С и Н в 0,5 моль алкана равно 4,214 • 1024. Установите формулу алкана. 186. При хлорировании 0,056 дм3 (н.у.) газообразного ал- кана получили 0,2825 г его хлорпроизводного. Определите формулу хлорпроизводного. 187. При хлорировании 96 г алкана получена смесь моно-, ди- и трихлорпроизводных. Объемное соотношение этих га- логенпроизводных равно соответственно 1:2:3, а относитель-
,ff 57. Задания для повторения курса химии 595 ная плотность паров дихлорпроизводного по водороду (н.у.) равна 42,5. Найдите массы хлорпроизводных алкана. 188. При сгорании 0,01 моль бромзамещенного углеводо- рода получили 0,02 моль С02 и 0,02 моль Н20. После превра- щения всего брома, входящего в состав бромпроизводного, в AgBr последнего получили 0,02 моль. Определите молеку- лярную формулу исследуемого вещества, если относитель- ная плотность его паров по воздуху равна 6,483. 189. Газ, полученный при прокаливании 20,5 г ацетата на- трия с NaOH, прореагировал с С12, полученным в реакции 130,5 г КМп04 с избытком соляной кислоты. После оконча- ния хлорирования газообразные продукты растворили в Н20. Какой объем раствора NaOH с молярной концентрацией ще- лочи 0,25 моль/дм3 нужен для нейтрализации продуктов хло- рирования? 190. При пропускании смеси 8 г СН4 и 10 г паров Н20 при 850 °С над никелевым катализатором была получена газовая смесь объемом 38,08 дм3 (н.у), который не изменился при ее встряхивании с концентрированным водным раствором КОН. Рассчитайте объемные доли газов в полученной газовой смеси. 191. Для сжигания порции алкана, содержащей 1-Ю23 моле- кул, требуется порция кислорода, содержащая 0,8-1024 моле- кул. Установите формулу алкана. 192. Оксид углерода (IV) смешали с одним из алканов. В этой газовой смеси объемная доля С02 составила 50 %, а массовая доля его — 73,3 %. Установите формулу алкана. 193. К некоторому объему алкана добавили в 10 раз боль- ший объем смеси N2 и 02 с плотностью (н.у.) 1,357 г/дм3, пос- ле чего смесь взорвали в закрытом сосуде. Алкан сгорел пол- ностью, а объемная доля N2 в полученной газовой смеси (н.у.) составила 50 %. Установите алкан. 194. Хлорметан массой 101 гпрохлорировали и получили смесь дихлорметана и трихлорметана в мольном отношении 1: 2. Вы- числите объем НС1 (н.у), полученный в ходе реакции.
596 § 51. Задания для повторения курса химии 195. Монохлоралкан массой 30,0 г, в котором w(Cl) = 55 %, подвергли радикальному хлорированию и получили соеди- нение, в котором w(Cl) возросла в 1,536 раза. Вычислите мас- су выделившегося в ходе реакции НС1. 196. Смесь ацетата калия и гидроксида калия общей мас- сой 10 г нагрели. Вычислите объем газообразного продукта реакции (н.у), если известно, что оба вещества вступили в реакцию полностью. 197. Смесь объемом 1100 см3, содержащую этан и кисло- род, подожгли. После сгорания всего углеводорода и конден- сации паров воды объем смеси сократился до 600 см3 (объе- мы измерялись при одинаковых условиях). Вычислите объем- ные доли газов в исходной и конечной смесях. 198. Смесь алкана и кислорода, объемное соотношение которых соответствует стехиометрическому, после сгорания, конденсации паров воды и приведения к исходным услови- ям сократилась по объему вдвое. Установите строение алка- на, входившего в состав смеси. 199. Смесь алкана и кислорода, объемное соотношение которых соответствует стехиометрическому, после сгорания, конденсации паров воды и приведения к исходным услови- ям сократилась по объему в 1,8 раза. Установите строение алкана, входившего в состав смеси, если известно, что в его молекуле четыре первичных атома углерода. 200. Смесь объемом 900 см3, содержащую бутан и кисло- род, подожгли. После сгорания всего углеводорода и конден- сации паров воды объем смеси сократился до 550 см3 (объе- мы измерялись при одинаковых условиях). Вычислите объем- ные доли в исходной и конечной смесях. 201. Алкан дегидрировали. Смесь алкена и алкина, оставша- яся после отделения водорода, заняла при н.у. объем 224 см3, масса ее оказалась равной 0,552 г. Вычислите массу алкана, подвергшегося дегидрированию.
§ 51. Задания для повторения курса химии 597 202. При сгорании 1,00 моль этана выделяется 1560 кДж, а 1,00 моль бутана — 2880 кДж теплоты. При сгорании 52,4 г смеси этих углеводородов выделилось 2626 кДж теплоты. Вычислите объемные доли веществ в исходной смеси. 203. При сгорании 1,00 г этана выделяется 52,0 кДж, а 1,00 г бутана - 49,7 кДж теплоты. При сгорании 35,6 г смеси этих углеводородов выделилось 1822 кДж теплоты. Вычислите мас- совые доли веществ в смеси продуктов сгорания алканов. 204. К 250 г см3 раствора с массовой долей сульфата меди (II) 45 % (плотность 1,168 г/см3) добавили 13,8 г натрия. Най- дите массовые доли веществ в полученном растворе. 205. Смесь метиловых эфиров уксусной и пропионовой кислот массой 47,2 г обработали раствором NaOH объемом 83,4 см3 (w = 40 %, р = 1,2 г/см3). Определите массовые доли эфиров в смеси, если известно, что NaOH, оставшийся после гидролиза, может максимально поглотить С02 объемом 8,96 дм3 (н.у). 206. Смесь фенола и анилина полностью прореагировала с 480 г бромной воды с w(Br2) = 3 %. На нейтрализацию про- дуктов реакции нужно 36,4 см3 раствора с w(NaOH) = 10 % (р = 1,1 г/см3). Определите массовые доли веществ в исход- ной смеси. 207. В раствор натриевой соли глицина объемом 200 см3 (w = 9,7 %, р = 1,1 г/см3) пропустили 6,72 дм3 НС1. Найдите массовые доли веществ в полученном растворе. 208. Алкан массой 3,0 г содержит в сумме 4,816 • 1023 ато- мов С и Н. Установите формулу алкана. 209.* Имеется смесь алкана и кислорода с плотностью 1,4884 г/дм3. После полного сгорания алкана и приведения полученной смеси к нормальным условиям получили смесь газов с плотностью 1,6964 г/дм3. Установите формулу алкана. 210. На сжигание 0,1 моль углеводорода было затрачено 20,16 дм3 02 (н.у), при этом получили 10,8 г Н20. Определи- те массу и формулу углеводорода.
598 § 51. Задания для повторения курса химии 211. В результате сгорания 16,8 г смеси газообразных сте- реоизомерных алкенов получили 28,86 дм3 (н.у.) С02. Извес- тно, что 100 см3 (н.у.) смеси имеют массу 0,26 г. Что это за алкены? 212. При действии спиртового раствора КОН на 1,0 моль иодалкана нормального строения получили смесь алкенов с соотношением по массе 1:7, причем масса второго равна 49 г. Определите строение продуктов реакции. 213. Какой объем воздуха (ф(02) = 0,21) нужен для сжига- ния 10 дм3 (н.у.) смеси метана, этена и пропена с относитель- ной плотностью по водороду 16,3? Известно, что 5,6 дм3 (н.у.) этой смеси может присоединить 32 г брома. 214. Смесь алкана и 02 имеет относительную плотность по Н2 16,67. После полного сгорания УВ и охлаждения про- дуктов реакции относительная плотность смеси по Н2 соста- вила 19,00. Определите формулу алкана. 215. Сколько атомов Н содержит алкан, если на монохло- рирование 14,4 г его затрачено 4,48 дм3 (н.у.) хлора? 216. Смесь бутана, ацетилена и этана (относительная плот- ность по Н2 равна 18) пропустили через склянку с бромной водой, после чего ее относительная плотность по Н2 состави- ла 19,7. Определите массовые доли газов в исходной смеси. 217. Молярные массы соседних в гомологическом ряду ал- кинов относятся как 2,05 :2,4. Установите молекулярные формулы алкинов. 218. Какой объем Н2 (н.у.) нужен для гидрирования одной двойной связи алкадиена массой 5,4 г, если на полное бро- мирование в темноте такой же массы алкадиена требуется 32 г брома? 219. При дегидрировании бутана получили смесь бутена-1, транс-бугет-2, г<нс-бутена-2 и бутадиена-1,3. Относительная плотность по водороду этой смеси равна 27,4. Какую массу Вг2 может присоединить 6,72 дм3 (н.у.) такой смеси?
§ 51. Задания для повторения курса химии 599 220. Смесь ацетилена и водорода с относительной плот- ностью по водороду 13,6 объемом 2,24 дм3 (н.у.) пропустили через 80 г раствора с w(Br2) = 10 %. Какое вещество получено и какова его масса? 221. Смесь бензола, циклогексена и циклогексана при об- работке бромной водой увеличивает массу на 16 г. При ката- литическом дегидрировании исходной смеси образуется 39 г бензола и водород, причем объем водорода в 2 раза меньше объема водорода, нужного для полного каталитического гид- рирования исходной смеси. Определите химические коли- чества компонентов в исходной смеси. 222. При гидрировании бензола получили смесь цикло- гексана и циклогексена, которая обесцвечивает 32 г раство- ра брома в СС14 с w(Br2) = 10%. Исходная масса бензола мо- жет полностью прореагировать при освещении с хлором, полученным с использованием 26,1 г пиролюзита. Найдите массы веществ в смеси циклогексана и циклогексена. 223. Смесь толуола и гексана обработали бромом в при- сутствии бромида железа (III) и получили 1,7 г монобром- производных. Такую же смесь обработали бромом при осве- щении и получили 3,3 г других монобромпроизводных. Най- дите массы веществ в исходной смеси. 224. При окислении смеси бензола и толуола раствором КМп04 получено 8,54 г кислоты, которая с избытком NaHC03 выделяет газ, объем которого в 19 раз меньше объема того же газа, полученного при полном сгорании такого же количества исходной смеси. Найдите массовые доли УВ в их смеси. 225. При каталитическом дегидрировании 3,36 дм3 (н.у.) бутана получили смесь алкина и водорода, причем алкин не дает осадка с аммиачным раствором Ag20. Определите ал- кин и его объемную долю в смеси. 226. Во сколько раз уменьшится объем смеси ацетилена с этиленом, если пропустить ее через склянку с аммиачным
600 § 51- Задания для повторения курса химии раствором Ag20? Известно, что 1,12 дм3 (н.у.) исходной сме- си реагируют в темноте с 3,82 см3 брома (р = 3,14 г/см3). 227. После полного гидрирования смеси метана и пропи- на ее относительная плотность по Н2 стала равной 19,2. Най- дите мольное отношение метана и пропина в их смеси. 228. Плотность смеси этена, пропена и этина равна 1,304 г/дм3 (н.у.). Известно, что 1 дм3 такой смеси может присоединить 1,1 дм3 (н.у.) хлора. Найдите объемные доли газов в их смеси. 229. Смесь этана, пропана и этина имеет относительную плотность по Н2, равную 18. При полном взаимодействии 0,5 моль такой смеси с С12 понадобилось 17,75 г галогена. Определите мольное отношение газов в исходной смеси. 230. Имеется газообразная смесь, состоящая из 150 см3 УВ и 375 см3 02. После сгорания УВ за счет входящего в состав кислорода объем смеси стал равен 300 см3, причем 02 проре- агировал полностью. Определите формулу УВ (все объемы измерены при н.у). 231. При окислении перманганатом калия смеси нитро- бензола и толуола масса смеси возросла на 6 г, а при восста- новлении нитробензола до анилина масса смеси уменьшает- ся на 3 г. Определите химические количества веществ в ис- ходной смеси. 232. Смесь бензола и циклогексана пропустили над ката- лизатором и получили Н2, которым можно полностью вос- становить 24,6 г нитробензола в анилин (циклогексан пол- ностью превратился в бензол). Затем полученный бензол и исходный бензол обработали С12 при освещении и получили продукт, масса которого на 85,2 г больше общей массы всту- пившего в реакцию бензола. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси. 233. При гидрировании бензола получили смесь цикло- гексена и циклогексана, которая полностью обесцвечивает раствор Вг2 в СНС13 массой 200 г с w(Br2) = 20 %. Химическое
§ 51. Задания для повторения курса химии 601 количество паров бензола, равное исходному, может при ос- вещении прореагировать с хлором, полученным при взаимо- действии 156,6 г Мп02 с избытком соляной кислоты. Найди- те мольную долю циклогексена в его смеси с циклогексаном. 234. При сжигании 2,24 дм3 (н.у.) газа получили 4,48 дм3 (н.у.) С02 и 3,6 г Н20. На горение было затрачено 6,72 дм3 02 (н.у). Определите формулу вещества. 235. Смесь циклогексена и циклогексана может обесцве- тить 320 г раствора брома в СС^ с w(Br2) = 10 %. При полном дегидрировании смеси образуется бензол и выделяется 22,4 дм3 (н.у.) Н2. Определите массовые доли УВ в смеси. 236. В смеси двух алканов отношение химических количеств С и Н равно 7:17. Отношение числа атомов С в составе первого алкана к числу атомов С в составе второго алкана равно 2:3, а отношение химического количества первого алкана к хими- ческому количеству второго алкана равно 2:1. Определите фор- мулу первого алкана. 237. В каком объемном соотношении нужно смешать Н2 и С2Н6, чтобы на сгорание этой смеси потребовался объем 02, равный объему смеси? 238. Смесь бутана и бутена-2, полученная при гидрировании 5,4 г бутадиена-1,3, обесцветила 80 г бромной воды с w(Br2) = = 4 %. Определите массовую долю бутана в смеси УВ. 239. В результате пропускания смеси бутана и бутена-2, полученной при гидрировании 10,8 г бутадиена-1,3, через избыток бромной воды образовано 17,28 г 2,3-дибромбута- на. Определите массовую долю бутана в исходной смеси. 240. Смесь пропанола-1 и НМК массой 58,2 г с мольным отношением соответственно 2 : 1 обработали цинковой пы- лью. Полученный газ полностью прореагировал с 3,36 дм3 (н.у.) бутадиена-1,3, превратив его в смесь изомерных буте- нов. Какая кислота содержалась в исходной смеси? 241. При обработке 12 г смеси насыщенной однооснов- ной кислоты и алканола (массовое отношение их в смеси 1:1,
502 § ^- Задания для повторения курса химии число атомов С в молекулах одинаково) избытком раствора NaHC03 выделялось 2,24 дм3 (н.у.) СОг Что это за кислота и спирт? 242. При обработке 13,4 г смеси, содержащей равные хими- ческие количества насыщенной одноосновной кислоты и пер- вичного алканола (числа атомов С в веществах одинаковы) из- бытком раствора NaHC03 получили С02, объем которого в 6 раз меньше объема этого газа, получаемого при сгорании всей сме- си. Установите исходные вещества и их массы. 243. Имеется смесь муравьиной, уксусной и щавелевой кислот. При полном окислении 3,48 г этой смеси получено 2,026 дм3 С02 (н.у). На нейтрализацию такой же массы сме- си кислот нужно 200 г раствора с w(NaOH) = 1,4 %. Найдите массы кислот в исходной смеси. 244. При обработке смеси бензойной кислоты и бензинового спирта избытком водного раствора NaHC03 получено 8,96 дм3 (н.у.) газа При нагревании такой же массы смеси с ката- литическим количеством серной кислоты получено 10,6 г слож- ного эфира Найдите массовые доли веществ в исходной смеси. 245.* При сгорании 3,32 г смеси двух алканов, отличающих- ся по составу на один атом углерода, получили углекислый газ массой 10,12 г. Определите массы веществ в исходной смеси. 246. При нагревании 100 г раствора бензойной кислоты и бен- зилового спирта в бензоле с серной кислотой получено 10,6 г сложного эфира, а при обработке 100 г такой же смеси ис- ходных веществ NaHC03 выделяется 4,48 дм3 (н.у.) газа. Най- ти массы кислоты и спирта в исходном растворе. 247. Для нейтрализации раствора бензойной кислоты и бен- зилового спирта в толуоле нужно 84 г раствора с w(NaHC03) = = 10 %. Выделившийся при этом газ занимает объем в два раза меньший, чем водород, полученный при обработке ис- ходной смеси избытком натрия. Найти массы веществ в ис- ходной смеси.
§ 51. Задания для повторения курса химии \ 503 248. Смесь этанола и пропанола-2 массой 21,2 г раствори- ли в 90 см3 гексана (р = 0,66 г/см3) и добавили избыток Na. Выделившийся газ пропустили через 21 г гексаналя в присут- ствии катализатора. Катализатор отфильтровали, а фильтрат нагрели с избытком Ag20/NH3 и получили 2,16 г осадка. Най- дите массовые доли спиртов в растворе гексана. 249. На смесь метанола и пропанола-1 массой 10,6 г по- действовали избытком Na. Водород, выделившийся в про- цессе реакций, смешали с 3,36 дм3 (н.у.) угарного газа и полу- чили смесь газов с плотностью 0,786 г/дм3. Определите хи- мические количества спиртов в исходной смеси. 250. Определите формулу алканола, если известно, что из 3,0 г его в реакции с НС1 образуется 3,925 г хлоралкана. 251. При окислении 32,4 г бензилового спирта недостат- ком окислителя получили смесь двух продуктов. Эту смесь обработали сначала избытком раствора NaHC03, вьщели- лось 4,48 дм3 (н.у.) газа, а затем — избытком аммиачного ра- створа Ag20 при нагревании и получили 10,8 г осадка. Опре- делите массовые доли продуктов окисления и их смеси. 252. Алкен присоединяет 6,72 дм3 (н.у.) НС1. В результате гидролиза продукта водным раствором щелочи получили 22,2 г алканола, молекула которого содержит 3 метальные группы. Назовите алкен и спирт. 253. Имеется два соединения состава АВ20 и АВ40. Мас- совая доля кислорода в соединении АВ20 равна 53,33 %, а относительная плотность паров соединения АВ40 по кис- лороду равна 1. Определите формулу вещества АВ20. 254. Какую массу уксусного ангидрида нужно добавить к раствору массой 66,4 г с w(CH3COOH) = 36,2 %, чтобы полу- чить раствор с w(CH3COOH) = 50,0 %? 255. Водный раствор массой 56,8 г, содержащий смесь аце- тальдегида и формальдегида, обработали избытком натрия, при этом вьщелилось 28 дм3 (н.у.) водорода. При обработке
604 § ^- Задания для повторения курса химии исходного раствора той же массы оксидом серебра (в амми- ачном растворе) выделилось 86,4 г серебра. Вычислите мас- совые доли альдегидов в растворе. 256. Для синтеза ацетальдегида смесь этилена и кислоро- да, в которой соотношение компонентов равно стехиомет- рическому, пропустили через раствор хлорида палладия. Ре- акция прошла с выходом 93,8 %. Во сколько раз уменьшится объем смеси газов после пропускания ее через избыток ам- миачного раствора оксида серебра? 257. С каким выходом (%) прошла реакция синтеза уксус- ного альдегида из этилена (н.у.) и стехиометрического коли- чества кислорода, если после пропускания реакционной сме- си через избыток аммиачного раствора оксида серебра ее объем уменьшился в 6 раз? 258. Продукты сгорания 1,80 г насыщенного альдегида с разветвленным углеродным скелетом пропустили через 250 см3 раствора гидроксида калия с молярной концентрацией 0,60 моль/дм3. В результате этого молярные концентрации солей в образовавшемся растворе сравнялись. Установите формулу альдегида. 259. Насыщенный одноатомный спирт частично окисли- ли в кетон. Массовая доля атомов элемента кислорода в сме- си двух органических соединений равна 27,35 %. Вычисли- те, какая часть спирта не окислилась. 260. Смесь формальдегида и водорода общим объемом 15,0 дм3 (н.у.) с плотностью 0,4018 г/дм3 (н.у.) пропустили над плати- новым катализатором. Реакция прошла с выходом 60,0 %. Продукт реакции охладили и обработали натрием массой 2,60 г. Вычислите объем выделившегося газа. 261. Смесь формальдегида и водорода, в которой массовая доля водорода в 9 раз меньше массовой доли альдегида, про- пустили через катализатор. Реакция гидрирования прошла с выходом 55,0 %. Вычислите относительную плотность по воз-
§ 51. Задания для повторения курса химии 605 духу полученного газа (или смеси газов) при следующих тем- пературах: а) —50 °С; б) 0 °С; в) 100 °С (температуры кипения: метанола 64,5 °С; формальдегида 21 °С). 262. Избытком магния обработали водный раствор общей массой 25,0 г, содержащий смесь муравьиной и уксусной кис- лот. Вьщелившийся газ смешали с 50,0 см3 изопрена. После пропускания этой смеси газов над никелевым катализатором ее объем сократился до 100 см3 (измерения объемов газов проводились при н.у.). Вычислите массовые доли солей в получившемся растворе, если известно, что при обработке такой же порции исходного раствора кислот аммиачным ра- створом оксида серебра (I) образовалось 1,093 г серебра. 263. Для нейтрализации водного раствора уксусной кис- лоты и этанола необходимо 50,0 см3 раствора с молярной кон- центрацией гидроксида натрия 10,0 моль/дм3. Спирт, выде- ленный из этой смеси, при нагревании с концентрирован- ным раствором серной кислоты образует 4,48 дм3 этилена. Вычислите массовые доли спирта и кислоты в растворе, если известно, что при обработке исходного раствора той же массы избытком натрия выделяется 24,64 дм3 водорода. Условия нормальные. 264. Аммиачный раствор оксида серебра добавили к вод- ному раствору муравьиной кислоты. Полученный после от- деления серебра раствор осторожно выпарили. Масса сухого остатка, состоящего из двух аммонийных солей, составила 9,21 г. Массовая доля атомов элемента азота в сухом остатке оказалась равной 25,8%. Вычислите массу образовавшегося серебра. 265. Серебро массой 8,64 г перевели сначала в оксид, ко- торый затем растворили в избытке водного раствора аммиа- ка, а затем полученным раствором обработали при легком нагревании 5,00 г раствора муравьиной кислоты с массовой долей ее 4,60 %. Вычислите, какая часть (%) от первоначаль- ной массы серебра осталась в растворе.
506 § ^ Задания для повторения курса химии 266. В 100 г раствора, в котором массовые доли хлороводо- рода и уксусной кислоты равны по 5,00 %, растворили маг- ний, при этом выделился водород объемом 1,792 дм3 (н.у). Вычислите массовые доли солей в образовавшемся растворе. 267. В 150 г раствора, в котором массовые доли серной кис- лоты и муравьиной кислоты равны по 10,0 %, растворили цинк, при этом выделился водород объемом 4,48 дм3 (н.у). Вычис- лите массы солей, которые образуются при осторожном вы- паривании полученного раствора (соль серной кислоты кри- сталлизуется с семью молекулами воды, а соль муравьиной кислоты — с двумя молекулами воды). 268. Смесь массой 33,6 г двух насыщенных одноосновных карбоновых кислот, отличающихся по составу только на один атом углерода, обработали избытком натрия, при этом вы- делилось 5,60 дм3 (н.у) газа. Вычислите массовые доли кис- лот в исходной смеси, если известно, что для ее нейтрализа- ции требуется 200 см3 раствора гидроксида натрия с моляр- ной концентрацией 2,50 моль/дм3. 269. Смешали равные химические количества этиленгли- коля и муравьиной кислоты. Максимальная масса натрия, которая может вступить во взаимодействие с этой смесью, составляет 2,30 г. Какая максимальная масса гидрокарбона- та аммония может вступить во взаимодействие с такой же порцией исходных веществ? 270. При частичном окислении ацетальдегида получили смесь альдегида и кислоты, в которой w(O) = 40 %. Опреде- лите массовую долю кислоты в смеси. 271. К 150 г раствора с массовой долей стеарата калия 6 % добавили 100 см3 соляной кислоты с молярной концентраци- ей НС10,2 моль/дм3. Найдите массу выпавшего осадка. 272. Для нейтрализации 200 г водного раствора смеси мура- вьиной и уксусной кислот потребовалось 382 см3 (р = 1,1 г/см3) раствора с w(KOH) = 10 %. После упаривания раствора полу-
§ 51. Задания для повторения курса химии 507 чили сухой остаток массой 68,6 г. Определите массовые доли кислот в исходной смеси. 273. Для полного гидролиза 14,38 г смеси двух сложных эфиров потребовалось 160 г раствора с w(KOH) = 7 %. При добавлении к такой же массе смеси избытка Ag20/NH3 выде- лилось 6,48 г осадка. Определите строение эфиров и их моль- ные доли в исходной смеси. 274. Образец смеси этилацетата и этилформиата общей массой 12,5 г обработан при нагревании 32,8 см3 раствора с w(NaOH) = = 20 % (р = 1,22 г/см3). Избыток основания по окончании реак- ции может прореагировать при нагревании с 25 см3 раствора с молярной концентрацией NH4C1 2 моль/дм3. Вычислите мас- совые доли эфиров в исходной смеси и объем га.за (н.у), кото- рый выделился при действии соли аммония. 275. При взаимодействии алканола и кислоты, получаемой окислением этого алканола, образовался сложный эфир. Оп- ределите формулу эфира, если известно, что при сжигании 0,4 моль паров кислоты получен С02, который образует сред- нюю соль со 128 см3 раствора с w(KOH) = 56 % (р = 1,25 г/см3). 276. Для полного гидролиза 7,7 г смеси диэтилового и мо- нофенилового эфиров щавелевой кислоты нужно 400 см3 ра- створа с молярной концентрацией NaOH 0,3 моль/дм3. Най- дите массовые доли эфиров в исходной смеси. 277. Для полного гидролиза 11,88 г смеси двух сложных эфиров НМК нужно 15,84 см3 раствора с w(KOH) = 28 % (р = 1,263 г/см3). Молярные массы эфиров относятся как 1:1,41, а 1,000 г Na реагирует с 2,000 г и 3,026 г спиртов соот- ветственно, образующихся при гидролизе эфиров. Опреде- лите строение эфиров. 278. Крахмал состоит из амилозы (массовая доля 20 %) и амилопектина (массовая доля 80 %), степень полимериза- ции которых соответственно равна 200 и 25. При гидролизе оба углевода дают сначала мальтозу, затем глюкозу. Найдите
608 § ^» Задания для повторения курса химии массы мальтозы и глюкозы, которые образуются из 100 кг крахмала. 279. Крахмал массой 342 г подвергли гидролизу. Выход про- дукта реакции равен 80 %. Полученную глюкозу подвергли спиртовому брожению, выход спирта составил 75 %. В результа- те брожения образовался водный раствор спирта массой 368 г. Определите массовую долю этанола в полученном растворе. 280. Установите молекулярную формулу моносахарида ксилозы состава Cw(H20)m, при осторожном окислении ко- торой массой 0,3 г с выходом 100 % образуется монокарбоно- вая кислота. На нейтрализацию этой кислоты расходуется 40 см3 раствора NaOH с молярной концентрацией щелочи 0,05 моль/дм3. 281. Продукты, полученные при сжигания 13,4 г неизвес- тной альдозы, пропустили через склянки с ангидроном (по- глощает воду) и аскаритом (поглощает С02). При этом мас- сы склянок возросли соответственно на 9 мг и 22 мг. Масса альдозы, в 50 раз большая, чем взятая для сгорания, в ката- литических условиях поглощает 112 см3 (н.у.) водорода. Най- дите молекулярную формулу альдозы. 282. Из навески аминокислоты массой 1,65 г под действи- ем метанола и сухого НС1 с выходом 75 % получено соедине- ние X состава C10H14NO2Cl. Рассчитайте массу вещества X. 283. Дипептид массой 44,8 г, образованный одной сс-ами- нокислотой, подвергли кислотному гидролизу в присутствии избытка соляной кислоты и получили 70,28 г соли. Опреде- лите молекулярную формулу аминокислоты. 284. Смесь бензола и циклогексана пропустили над ката- лизатором и получили водород, которым можно полностью восстановить 24,6 г нитробензола в анилин. Затем смесь об- работали хлором при освещении и получили продукт, масса которого на 85,2 г больше массы исходного вещества в этой реакции. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси.
§ 51. Задания для повторения курса химии 509 285. При обработке смеси хлорида фениламмония и бен- зойной кислоты избытком водного раствора NaHC03 выде- лилось 11,2 дм3 (н.у.) газа. Если полученный из смеси анилин сжечь, то образуется азот объемом 336 см3 (н.у.). Найдите массовые доли веществ в исходной смеси. 286. В смесь бензола, фенола и аланина пропустили газо- образный хлороводород (избыток), получив при этом 3,89 г осадка, который отфильтровали. Бензольный фильтрат, про- мытый водой для удаления НС1, обработали водным раство- ром с w(NaOH) = 10 % (р = 1,1 г/см3), которого пошло на реакцию 7,2 см3. При сгорании такого же количества смеси исходных веществ получено 20,5 дм3 (н.у.) газов. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси. 287. Для взаимодействия 38,7 г смеси бензойной кислоты с гидросульфатом первичного амина нужно 144 см3 водного ра- створа с w(NaOH) = 10 % (р = 1,1 г/см3). При обработке такого же количества исходной смеси избытком ВаС^ получено 23,34 г осадка. Гидросульфат какого амина был в смеси? 288. При получении анилина восстановлением нитробен- зола реакция прошла плохо, и анилин оказался загрязнен нит- робензолом. Для определения примеси нитробензола 1/25 часть полученного анилина сожгли, образовавшиеся газы поглотили избытком раствора КОН, не поглотилось при этом 0,448 дм3 (н.у.) газа. Такую же часть грязного анилина обра- ботали 35 см3 раствора с w(H2S04) = 20 % (р = 1,14 г/см3) и получили 6,88 г осадка. Какая масса анилина была получена и какова в нем массовая доля нитробензола? 289. На взаимодействие с хлоридом фениламмония, по- лученным восстановлением нитробензола в соляной кисло- те, израсходовалось раствора с w(NaOH) = 18 % в два раза больше, чем на нейтрализацию газообразного продукта бро- мирования 39 г бензола в присутствии FeBr3. Выход на ста- дии бромирования равен 60 %. Найдите химическое количе- ство взятого хлорида фениламмония.
510 § 51- Задания для повторения курса химии 290. В смесь аминоуксусной кислоты и безводного этано- ла общей массой 0,54 г пропустили ток сухого хлороводоро- да (избыток) и получили 4,4 г твердого вещества. Какое это вещество и какое химическое количество этанола прореаги- ровало? 291. Из уксусной кислоты в две стадии получили 30 г гли- цина. На нейтрализацию избытка уксусной кислоты после ее отделения от продукта нужно 25 см3 раствора КОН (w = = 19 %, р = 1,18 г/см3). Какая масса уксусной кислоты была взята, если выход на каждой стадии равен 80 %? 292. Какое соединение и какой массы получится, если 46 г аммонийной соли глицина последовательно обработать NaOH, а затем избытком соляной кислоты? 293. Смесь ос-аминокислоты и первичного амина общей массой 16,3 г (мольное соотношение соответственно 3 : 1) может максимально прореагировать с 20 г соляной кислоты с w(HCl) = 36,5 %. Установите вещества и их массы, если изве- стно, что соединения содержат одинаковое число атомов С. 294. Укажите формулу ненасыщенного углеводорода, если при действии на него раствором С12 в СС14 получили 5,01 г дихлорида, а при действии раствором Вг2 в СС14 - 7,68 г ди- бромида. 295. К раствору этанола в этилацетате (масса раствора 6,2 г) с массовой долей спирта 29,0 % добавили раствор NaOH мас- сой 75 г с массовой долей щелочи 30 %. После реакции ра- створ упарили, сухой остаток прокалили до постоянной мас- сы. Найдите массовую долю (%) NaOH в сухом остатке после прокаливания. 296.* При полном гидролизе природного дипептида со- ляной кислотой ( w(HCl) =14,6 %, р = 1,08 г/см3) была полу- чена соль массой 6,3 г, в которой массовая доля атомов хлора равна 28,28 %. Укажите состав дипептида и объем (см3) из- расходованной соляной кислоты.
§ 51. Задания для повторения курса химии 511 297. При полном гидролизе 14,6 г природного дипептида раствором NaOH (w = 12 %, р = 1,2 г/см3) получена соль мас- сой 11,1 г с w(Na) = 20,72 %. Что это за пептид? 298. При окислении одного моля органического вещества водным раствором КМп04 образовались 46,0 г К^СОз, 66,7 г КНС03, 116,0 г Мп02 и вода. Укажите формулу вещества, подвергнутого окислению. 299. При окислении 0,06 моль органического вещества водным раствором KMn04/H2S04 образовались 9,96 г К^С^; 13,92 г Мп02; 2,24 г КОН и вода. Какое вещество под- верглось окислению? 300. При окислении 0,1 моль органического вещества ра- створом КМпОуН^С^ получили 4,48 дм3 (н.у.) С02; 36,24 г MnS04; 20,88 г K2S04 и воду. Какое вещество подвергли окис- лению? 301. Какой объем (н.у.) смеси этиламина и этана, в кото- рой м>(С2Н6) = 40 %, нужно пропустить через 100 г раствора с w(H3P04) = 9,8 %, чтобы массовые доли двух кислых солей стали равными? 302. В смеси глицина и цистеина число атомов кислорода в 2 раза больше числа Авогадро. Вычислите объем этанола (р = = 0,8 г/см3), который теоретически необходим для проведе- ния реакции этерификации с этой смесью. 303. В смеси аланина и молочной кислоты число атомов азота равно 1,505 • 1023, число атомов кислорода 6,622 • 1023. Вычислите объем раствора гидрокисида калия с концентра- цией 3,5 моль/дм3, необходимый для солеобразования с этой смесью. 304. В смеси гидросульфата аланина и сульфата глицина число атомов серы равно 3,612-1023, ачисло атомов азота рав- но числу Авогадро. Вычислите максимальный объем раство- ра гидроксида калия (w = 40 %, р = 1,40 г/см3), который мо- жет вступить в реакцию с этой смесью.
512 § ^- Задания для повторения курса химии 305. Какой объем раствора щдроксцда калия с w(KOH) = 15,2 % (р = 1,14 г/см3) потребуется для гидролиза смеси этилового эфира аминоуксусной кислоты и эфира, образованного ами- ноэтанолом и уксусной кислотой, если известно, что число атомов кислорода в этой смеси равно 3,01 • 1023? 306. При дегидратации смеси двух алканолов выделилось 14,4 г воды и образовалась смесь равных химических коли- честв четырех органических веществ массой 52,8 г. Устано- вите формулы алканолов. 307. Некоторый трисахарид состоит из двух остатков глю- козы и одного остатка фруктозы. На полный гидролиз неко- торой массы этого трисахарида затрачена вода массой 45 г. Чему равна масса трисахарида? 308. Имеется газообразная (н.у.) смесь алкана и кислоро- да с относительной плотностью по гелию 8,335. После пол- ного сгорания алкана за счет кислорода смеси и приведения полученной смеси к н.у. получили смесь газов с относитель- ной плотностью по гелию 9,5. Установите формулу алкана. 309. Для гидролиза 9,7 г смеси метиловых эфиров муравьи- ной и уксусной кислот было добавлено 100 см3 раствора гид- роксида калия с концентрацией 2 моль/дм3. Образовавшийся после окончания гидролиза раствор может вступить в реакцию с 20,8 см3 раствора сульфата меди (И) (плотность 1,2 г/дм3, массовая доля 16,0 %). Вычислите массовые доли сложных эфиров в исходной смеси и объем оксида углерода (IV) (при н.у), который может быть поглощен раствором, образовав- шимся после окончания гидролиза эфиров. 310. Алкен смешали с водородом и смесь нагрели в при- сутствии катализатора. В исходной смеси объемная доля ал- кена составила 25,0 %; в смеси газов после установления рав- новесия она снизилась ровно в 2 раза. Вычислите выход (%) продукта реакции. 311. Сложный эфир образован ненасыщенной монокар- боновой кислотой и ненасыщенным спиртом. Смесь, полу-
§ 51. Задания для повторения курса химии 513 ченную при щелочном гидролизе 1, 368 г этого эфира, обра- ботали избытком аммиачного раствора оксида серебра и по- лучили 2,638 г осадка. Напишите структурные формулы двух сложных эфиров, удовлетворяющих условию задачи. 312. К раствору иодида натрия объемом 100 см3 с массовой долей соли 24,0 % (плотность 1,22 г/см3) добавили раствор муравьиной кислоты, в результате чего в полученном растворе массовые доли соли и кислоты стали равными по 10,0 %. Вы- числите, какое химическое количество воды приходилось на 1,00 моль муравьиной кислоты в добавленном растворе. 313.* Смесь метана и водяных паров в мольном отноше- нии соответственно 3:1 (масса смеси 165 г) при температуре 850 °С пропустили под никелевым катализатором, степень превращения реагентов составила 80 %. Какую массу мета- нола (выход реакции 60 %) можно получить из образовав- шейся реакционной смеси? 314. Твердый животный жир (триглицерид) массой 13,32 г полностью растворили при нагревании с 38 см3 раствора гидроксида калия (плотность 1,18 г/см3) с w(KOH) = 25 %. Избыток щелочи нейтрализовали 40,2 см3 соляной кисло- ты (плотность 1,06 г/см3) с w(HCl) = 12 %. При последую- щем избыточном подкислении раствора выделяется 10,8 г нерастворимого в воде вещества. Установите возможную формулу жира. 315. При пропускании сухого газообразного хлороводорода в смесь анилина, бензола и фенола выделяется осадок мас- сой 5,18 г. После отделения осадка на нейтрализацию филь- трата было затрачена 7,21 см3 раствора гидроксида натрия (плотность 1,11 г/см3) с w(NaOH) = 10 %. Газ, выделяющийся при сжигании такого же количества смеси, образует с извес- тковой водой осадок массой 90 г. Вычислите массовые доли веществ в исходной смеси. 316. Для полного гидролиза 14,8 г смеси двух сложных эфиров потребовалось 140 г раствора гидроксида калия
514 § -^- Задания для повторения курса химии с w(KOH) = 8 %. При добавлении к такому же количеству смеси избытка аммиачного раствора оксида серебра выдели- лось 12,96 г осадка. Определите строение сложных эфиров и их содержание в исходной смеси (в мольных %). 317. Для полного сгорания смеси бензола и анилина из- расходовано 10,19 дм3 кислорода, а после пропускания обра- зовавшихся продуктов через избыток водного раствора гид- роксида калия 0,224 дм3 газа остались непоглощенными. Вычислите массовые доли веществ в исходной смеси (объе- мы газов приведены к н.у.) 318. При окислении смеси двух изомерных ароматичес- ких углеводородов раствором КМп04 в присутствии H2S04 образовался С02 объемом (н.у.) 11,2 дм3; 24,4 г бензойной кислоты и 16,6 г терефталевой кислоты. Установите форму- лу углеводородов. 319. Смесь паров пропина и изомерных монохлоралкенов при температуре 125 °С и давлении 91,3 кПа занимает объем 29,0 дм3, а при сжигании в избытке кислорода дает 28,8 г воды. Что это за алкены? Какой объем раствора с w(AgN03) = 1,7 % (р = 1,01 г/см3) может прореагировать с продуктами сжига- ния исходной смеси, если известно, что ее относительная плотность по воздуху равна 2,166? 320. Определите массу раствора муравьиной кислоты в пропионовом альдегиде с массовой долей ее 20,9 %, обрабо- танного при нагревании избытком Ag20/NH3. Полученный при этом осадок полностью растворяется в HN03 (конц.) с выделением газа объемом 43,9 дм3 (/ = 67 °С, р = 128,7 кПа). 321. При полном гидролизе образца природного жира мас- сой 32,0 г образовалась смесь четырех продуктов общей мас- сой 34,16 г. Такой же образец жира при полном гидрирова- нии превращается в другой жир, полный гидролиз которого дает только два продукта. Установите формулы углеводород- ных остатков кислот.
§ 51. Задания для повторения курса химии 515 322.* Неизвестный алифатический альдегид массой 4,3 г нагрели со смесью, полученной при действии избытка щело- чи на СиС12, альдегид прореагировал полностью. Полученный осадок красного цвета отфильтровали и нагрели при темпера- туре 150 °С до постоянной массы, которая составила 8,0 г. Установите молекулярную формулу альдегида. 323. Для полного сгорания углеводорода химическим ко- личеством 0,15 моль потребовался кислород объемом (н.у.) 26,88 дм3. Плотность паров углеводорода больше, чем плот- ность паров S02, но меньше, чем плотность паров S03. Уста- новите формулу углеводорода. 324. Для полного сгорания некоторого объема углеводо- рода потребовался объем кислорода в 1,375 раз больший, чем объем кислорода, необходимый для полного сгорания тако- го же объема предыдущего члена гомологического ряда. Ус- тановите формулу углеводорода. 325. Определите молекулярную формулу хлорпроизвод- ного бутена, в котором w(H) = 3,135 %. 326. Какой объем воздуха (объемная доля кислорода 20 %) нужен для полного сжигания смеси массой 20 г, состоящей из паров 4-хлорпентена-2, 2-метил-1-хлорбутена-2 и хлор- циклопентана? 327. К раствору, содержащему 1,66 г смеси уксусной и му- равьиной кислот, добавили оксид меди (И), полученный из раствора CuS04 объемом 19 см3 (р = 1,05 г/см3, w = 8 %). Оса- док полностью растворился, а избыток смеси кислот может полностью прореагировать с раствором КНС03 объемом 17 см3 (с = 0,59 моль/дм3). Рассчитайте массовые доли кислот в их исходной смеси массой 1,66 г. 328. К раствору КНС03 объемом 44 см3 (р = 1,09 г/см3, w = 12,5 %) добавили смесь уксусной и масляной кислот мас- сой 2,68 г. Для полного разложения КНС03 потребовалось добавить раствор H2S04 объемом 16,6 см3 (с = 0,61 моль/дм3). Найдите массовые доли кислот в их смеси.
516 § 51. Задания для повторения курса химии 329. Сплавили 22,7 г смеси калиевой соли карбоновой кислоты и гидроксида калия, содержащей избыток щелочи. Полученное твердое вещество снова подвергли плавлению с 12,0 г Si02, выделилось 1,22 дм3 газа (25 °С). Твердый остаток обработали водой, не растворилось 3,0 г вещества. Устано- вите молекулярную формулу и массу полученного в первой реакции органического вещества. 330. Ароматический углеводород с одним бензольным кольцом содержит 91,53 % атомов углерода по массе. При окислении 2,36 г этого углеводорода подкисленным раство- ром КМп04 выделяется 481 см3 газа (20 °С), а при нитрова- нии образуется смесь двух мононитропроизводных. Устано- вите строение углеводорода. 331. При полном гидролизе 78,84 г олигосахарида образо- вался только один продукт — глюкоза, при спиртовом бро- жении которой вьщелилось 29,57 г С02. Установите число остатков глюкозы в молекуле олигосахарида и рассчитайте массу воды, необходимую для гидролиза, если выход реак- ции брожения равен 70 %. 332. Получение алканов по методу Фишера—Тропаша про- текает на кобальтовом катализаторе по схеме СО + Н2 > >СлН2я+2 + Н20. Оксид углерода (II) и водород в объемном отношении 1:1,5 соответственно ввели в реакцию при 200 °С, при этом образовалась смесь метана, этана и пропана в моль- ном отношении соответственно 3:2:1. Рассчитайте, во сколь- ко раз изменилось общее давление в системе, если синтез проходил при неизменных внешних условиях и объеме, а про- реагировало 20 % монооксида углерода. 333. Образец дисахарида массой 7,80 г подвергли гидро- лизу в кислой среде. К полученному раствору добавили из- быток Ag20/NH3 и получили осадок массой 10,80 г. Опреде- лите молекулярную формулу дисахарида и продуктов его гидролиза.
§ 51. Задания для повторения курса химии 517 334. При нагревании природного дипептида с НС1 (конц.) образовались два продукта, массовая доля атомов хлора в од- ном из них составляет 22,54 %. В реакции этого же дипепти- да с НС1 (разб.) образовался продукт, в котором массовая доля атомов хлора равна 15,54 %. Установите возможное строение дипептида. 335. При взаимодействии фенола и пропеновой кислоты с раствором NaHC03 объемом 86,6 см3 (w = 15 %, р = 1,02 г/см3) выделилось 2,44 дм3 газа (25 °С). Смесь такого же состава может прореагировать с бромной водой, содержащей 64 г бро- ма, Определите массовые доли веществ в исходной смеси. 336. Смесь уксусной и синтетической насыщенной дикар- боновой аминокислоты обработали избытком раствора NaHC03 и получили 6,72 дм3 (н.у.) газа. При сжигании тако- го же количества исходной смеси в избытке кислорода выде- лилось 20,16 дм3 (н.у.) газовой смеси, которую пропустили через избыток раствора NaOH. Оставшаяся газовая смесь по объему на 88,89 % меньше исходной и имеет относительную плотность по водороду 15. Определите возможную структур- ную формулу аминокислоты. 337. К 20,0 г раствора пропанола-1 в этилацетате добави- ли 62,5 см3 водного раствора с c(NaOH) = 4 моль/дм3. Полу- ченную смесь упарили, а сухой остаток прокалили. Массо- вая доля атомов натрия в полученном остатке равна 46,2 %. Определите массовую долю спирта в исходном растворе. 338. При дегидрировании 95,0 г гомолога бензола образо- вался ненасыщенный углеводород с одной двойной связью, который может присоединить 76,0 г брома. Установите мо- лекулярную формулу исходного арена (выход первой реак- ции равен 60 %, а второй - 100 %). 339. В смесь массой 100 г, состоящую из бензола, 4-метилфе- нола и анилина пропустили избыток сухого НС1 и получили 36,85 г осадка, который отфильтровали. Фильтрат обработали
518 § 51- Задания для повторения курса химии избытком бромной воды и получили осадок массой 53,2 г. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси. 340. В результате реакции 27,6 г толуола с бромом в при- сутствии катализатора выделился газ в количестве, достаточ- ном для взаимодействия с раствором КМп04 объемом 100 см3 (с = 0,5 моль/дм3). Установите качественный и мольный со- став органических соединений, полученных при бромиро- вании толуола. 341. Определите отношение числа соответственно бута- диеновых и стирольных звеньев в бутадиенстирольном кау- чуке, если образец данного сополимера массой 1,33 г обес- цвечивает раствор массой 80 г с w(Br2) = 3 %. 342. Раствор массой 2,33 г формальдегида в смеси с уксус- ной и муравьиной кислотами может полностью прореагиро- вать с 18,7 см3 раствора КОН (w = 8,4 %, р = 1,07г/см3). Полу- ченный при этом раствор выделяет при нагревании с избыт- ком Ag20/NH3 осадок массой 9,72 г. Установите мольные доли компонентов в исходной смеси. 343. К водному раствору глутаминовой кислоты массой 147 г с массовой долей ее 5 % добавили гомолог пиридина, при этом число атомов азота увеличилось в 2,5 раза, а число атомов углерода — в 3,1 раза. Определите массовые доли ве- ществ в конечной смеси. 345. К смеси метилформиата и этилацетата общей массой 9,84 г добавили 100 г раствора NaOH (w = 10 %). Для полной нейтрализации избытка щелочи потребовалось 25 см3 раство- ра с c(H2S04) = 2 моль/дм3. Определите состав исходной сме- си (в мольных долях) и массу израсходованного раствора щелочи. 346. Смесь ацетальдегида и пропаналя общей массой 3,20 г растворили в воде и обработали аммиачным раствором, по- лученным из 20,88 г Ag20. Осадок отфильтровали, а из остав- шегося раствора выделили хлорид серебра (I) массой 8,61 г.
§ 51. Задания для повторения курса химии 519 Определите состав исходной смеси в мольных долях и массу потребовавшегося Ag20. 347. К смеси трихлоруксусной и пропановой кислот об- щей массой 21,96 г добавили 70 г раствора с w(KOH) = 12 % и полученный раствор выпарили. Масса сухого остатка, состо- ящего из двух солей, равна 23,96 г. Определите массовые доли веществ в исходной смеси. 348. Смесь фенола и неизвестного амина общей массой 15,95 г может прореагировать с 1568 см3 (н.у.) хлороводорода или же с 24 г раствора с w(NaOH) = 15 %. Предложите форму- лу амина. 349. Образец, полученный после полимеризации 26 г стиро- ла, содержит 1,018 • 1021 макромолекул. Стирол, не вступивший в реакцию, способен обесцветить 160 г раствора с w(Br2) = 3 %. Вычислите среднюю молярную массу полистирола. 350.* Имеется смесь алкена и алкина, причем в молекуле алкина число атомов С на два больше, чем в молекуле алкена. На полное сжигание некоторой порции такой смеси потре- бовался кислород массой 73,6 г, при этом также получена вода массой 25,2 г. Рассчитайте максимально возможное зна- чение суммы молярных масс углеводородов (УВ), удовлет- воряющих условию задачи. 351. При крекинге насыщенного У В получена смесь трех газов (один из которых — исходный УВ), плотность которой в 1,9 раза меньше плотности исходного УВ. Рассчитайте вы- ход реакции крекинга. 352. Фенол массой 23,5 г нагрели с избытком формальде- гида в присутствии кислоты. При этом образовалась вода мас- сой 4,32 г. Рассчитайте среднюю молярную массу получен- ного линейного полимера (фенол прореагировал полностью). Ответы 1. 15,79 %. 2. 41,3 %. 3. 12,1 %. 4. 96,05 % H2S04. 5. 8,6 %. 6. 2,84 г Р205; 75,56 г Н20. 7. 33,33 %. 8.139,4 кДж. 9. 75 %. 10.4,48 дм3. И. 37,44 % ZnS04;
520 § 51. Задания для повторения курса химии 11,40 % H2S04. 12. 19,7 г ВаС03; 20,2 г KN03. 13. 2,14 г/дм3.14. 21,2 г КзР04; 28.4 г Р205. 15. а) 20,32 г; б) 63 % СиО; 37 % Cu(N03)2; в) 57,25 г. 16. m(p-pa K2S04)/w(p-pa Na3P04) = 14,3 : 1. 17. C2H5N02. 18. 2,19 % Fe(N03)2. 19. C2H7ON. 20. 49,7 %. 21. 26,86 дм3. 22. 5,6 дм3. 23. 2,353. 24. 72 %. 25. 44 г. 26. 36,0 г/моль. 27. 125,5 г. 28. 43,2 %. 29. 29,9 г. 30. 41 %. 31. 86 %. 32. 3,58 г. 33. 40 % Н2; 60 % С12. 34. 20,16 дм3. 35. 10 г S03; 39 г Н20. 36. 20,1 г S; 25,2 г Na2S03. 37. Уменьшилась в 1,18 раза. 38. 40,9 дм3. 39. 21,3 %. 40. 23,1 % N2; 21.5 % Щ 55,4 % СН4. 41. 3,24 моль/дм3.42.250 г. 43. и(СаС2)/л(СаС03) = 1,625. 44. 5,6 дм3. 45. Си. 46. 2,0 моль/дм3. 47. 8,4 дм3 газов; 49,8 см3 раствора НС1. 48. 57,1 % С02; 28,6 % СО; 14,3 % Аг. 49. 20,9 % N320; 0,791 % Na^. 50.1,28 г. 51. 52,6 %. 52. 228 г. 53. 6,90 г. 54. 31,1 г. 55. 71,3 %. 56. 1,95 г. 57. 32,8 %. 58.0,309 • 1023 ионов Li+; 0,103 • 1023 ионов. 59.4,00 г. 60.16,8 г NaHC03; 10,1 г KN03.61. 57,5 %. 62.25,3 г/моль. 63.2,8 г. 64.20 %. 65. MgCl2 • бН^О. 66.1,74 % Са(НС03)2. 67. 15,6 % Fe; 40,0 % FeO; 44,4 % Fe203. 68. 44 г/моль. 69. 9,26 % K,C03; 15,00 % KC1; 20,14 % КНС03.70. 37 г. 71.17,6 дм3.72.69,8 %. 73.6,15 % HN03; 38,52 % Cu(N03)2. 74. 50 %. 75. m(NH4N02)/m(KN03) = 1,604. 76.33,5 rp-paNH4Cl и 29,1 rp-paNaN02. 77.25 % КОН; 23 % HN03.78.19,2 г Си; 480 г р-ра HN03; 10,5 % HN03. 79. 21,2 г Си; 4,76 дм3 NO. 80. 2,08 г NaHS03. 81. 12,07 дм3. 82. По 225 г каждого. 83. 0,25 дм3. 84. 7,5 % H2S04; 26,9 % K,S04. 85. 7,83 %. 86. Ag. 87. 42,6 г. 88. 29,55 % NaCl. 89. 4,48 дм3 CO. 90. 5 % СО; 10 % Н2; 70 % 02.91. 3,18 % NaOH; 2,10 % Na2C03; 7,51 % Na2SOr 92.937,5 г. 93.22,4 г Fe; 9,6 г S. 94.0,4 г. 95.50 % Аг и 50 % С^; 70,3 % Си и 29,7 % А1. 96. 16,7 % NaCl. 97. 148,7 дм3. 98. 23,05 г. 99. Са. 100. С12. 101. 10,0 г. 102. а) 54,5 % 02; 45,5 % С12; б) 9,75 г NaCl; 3,55 г NaC103. 103. 37,25 г КС1; 20,2 г KN03; 24,5 г КСЮ3.104. m(FeS2)//w(FeS) = 3:1.105. 89,2 %. 106.6,83 % K,S; 6,35 % K^SO,. 107. 14,0 дм3. 108. 72,3 г. 109.* 1,22 дм3. 110. 77,7 %. 111.42,2 %. 112.* 3,73 моль/дм3.113. 36,8 % MgO; 21,8 % MgCl2; 41,4 % Mg. 114. Х= 17,56 г; Y = 117,3 г; с(Ва(ОН)2) = 3,5 моль/дм3.115. 53 % А1, 47 % Mg. 116.11,5 г CuS04-H20.117.17,9 % NaBr; 5,24 % NaBr03; 10 % NaOH. 118.12,4 % NaBrO; 10,7 % NaBr. 119.0,5 моль/дм3 Cu(N03)2; 1,0 моль/дм3 H,S04.120.8,82 %. 121. 595 r. 122. RbF, RbCl. 123.* 82,03 % AgN03; 17,97 % KCl. 124. 29,7 % (NH4)2C03; 35,9 % K,C03; 34,4 % (NH4)2HP04. 125. w[Ba(HS03)2] = 1,48 %; 10,85 г BaS03.126. 54,2 % Cu; 45,8 % Ag; 1,12 дм3 N02.127. 77,95 г; соедине- ния Hg (II). 128. 39,9 %. 129. V=2,68-10'2 нм3; R = 0,186 нм. 130. Уменьшится в 1,64 раза. 131.* Хлор; 76,9 % Na35Cl; 23,1 % Na37Cl. 132. Li, 7 г/моль. 133. 14,14 г. 134. 2,14 % А1203; 5,6 % А1С13; 92,24 % А1. 135. 28,17 г. 136.* 25,5 %. 137. 96 г. 138. 98 г/моль. 139.2 моль/дм3.140.7 %. 141. 75 г. 142.* 10 %. 143.17,8 г. 144.* 3 моль. 145. 70 °С. 146.* 22,27 %. 147. 0,672 дм3. 148. 1 : 1. 149. 34,8 %. 150.* 12. 151. 35,4 г; 45,76 %. 152. 24,5 %. 153. 52,4 г. 154. 4,8 % KN03; 4,8 % КНС03.155. 54,7 г. 156. Калий. 157. В 1,41 раза. 158. По 0,2 моль/дм3 КОН, K,S03 и K,[Zn(OH)4]; 1,32 г С02. 159. Мп. 160. 164 кДж. 161. 56 кДж/моль. 162.44 г/моль. 163. Cr(N03)3-9H20. 164. Na2CO3-10H2O; 4,09 % А1С13; 3,58 % NaCl; 3,6 % НС1.165. 14,4 % AgN03; 5,9 % Cu(N03)2.166. 0,033 г. 167. 35,2 % BaO; 64,8 % Ba02; 6,24 г Or 168.* 63,5 %. 169. 0,014 моль/(дм3-с); 0,35 моль.
§ 51. Задания для повторения курса химии 521 170. 450 г. 171. 20,0 г. 172. 5,85 моль/дм3. 173. Цинк. 174.* 85,28 г. 175. Р. 176.* 90,34 % KN03; 9,66 % А1.177. 60,5 % NaCl; 39,5 % AgN03.178. Li; 76 % Rb; 24 % Li. 179. 72,72 % AgN03; 27,28 % NaN03.180. 2 % C12; 30 % 02; 68 % H2.181. AgN03 и AgN02.182. 52,7 % KMn04; 47,3 % Al(N03)3.183. C3Hg. 184. 8,96 дм3. 185. C4H10. 186. C3H6C12. 187. 54,5 г CH3C1; 170 г СН2С12; 358,5 г CHC13. 188. C2H4Br2. 189. 4,0 дм3. 190. 5,9 % CH4; 23,5 % CO; 70,6 % H2. 191. C5H12. 192. CH4. 193. C3H8. 194. 74,7 дм3. 195. 50,9 г. 196. 1,45 дм3. 197. Исх.: 18,2 % С2Н6; 81,8 % 02; кон.: 66,7 % С02; 33,3 % 02. 198. С3Н8. 199. 2,2-диметилпропан. 200. Исх.: 11,1 % С4Н10; 88,9 % 02; кон.: 72,7 % С02; 27,3 % 02.201.0,58 г С4Н10.202. 32 % С2Н6; 68 % С4Н10.203. 63,4 % С02; 36,6 % Н20.204.0,747 % NaOH ; 13,98 % Na2S04.205.62,71 % метилацетат; 37,29 % метилпропионат. 206.33,57 % фенол; 66,43 % анилин. 207.5,55 % NaCl; 5,29 % Cl[H3NCH2COOH]; 3,56 % H2NCH2COOH. 208. С2Н6. 209. С3Н8. 210. 8,4 г С6Н12. 211. /#/с-бутен-2; транс-буген-2. 212. Бутен-1; бутен-2. 213. 169 дм3. 214. С3Н8. 215. 12. 216. 40,3 % С4Н10; 18,1 % С2Н2; 41,6 % С2Н6. 217. С6Н10; С7Н12.218.2,24 дм3. 219.76,8 г. 220. 8,65 г 1,1,2,2-тетрабромэтана. 221.0,3 моль бензола; 0,1 моль циклогексена; 0,1 моль циклогексана. 222. 6,72 г цикло- гексана;1,64 г циклогексена. 223. 0,92 г толуола; 0,86 г гексана. 224. 37 % толуол; 63 % бензол. 225. 33,3 % бугин-2.226. В 2 раза. 227. л(СН4)/я(С3Н4) = 1:4. 228.80 %С2Н4; 10 % С2Н2; 10 % С3Н6.229. я(С2Н6): я(С3Н8): л(С2Н,) =1:2:1. 230. С2Н2.231.0,1 моль нитробензол; 0,2 моль толуол. 232.48 % бензол; 52 % циклогексан. 233. 41,67 %. 234. С2Н4. 235. 49,4 % циклогексен; 50,5 % цик- логексан. 236. С4Н10 237. V(H2)/V(C2H6) = 5:1. 238. 81 %. 239. 61 %. 240. Пропионовая кислота. 241. Этанол; уксусная кислота. 242.7,4 г СН3СН2СО- ОН; 6,0 г СН3СН2СН2ОН. 243. 1,38 г НСООН; 1,10 г СН3СООН; 0,90 г Н,С204. 244. 10 % спирт; 90 % кислота. 245 1,16 г С4Н10; 2,16 г С5Н12. 246. 5,4 г спирта; 24,4 г кислоты. 247. 12,2 г кислоты; 32,4 г спирта. 248. 11,4 % эта- нол; 14,9 % пропанол-2. 249. 0,05 моль СН3ОН; 0,15 моль С3Н7ОН. 250. С3Н7ОН. 251. 14,4 % спирт; 15,1 % альдегид; 69,5 % кислота. 252. 2-метилпропен; 2-метилпропанол-2. 253. СН20. 254. 16,0 г. 255. 15,5 % СН3СНО; 5,28 % НСНО. 256. В 11,1 раза. 257. 88,2 %. 258. 2-метилпропа- наль. 259. 25,0 %. 260. 1,12 дм3. 261. а) 0,0690; б) 0,346; в) 0,543. 262. 2,35 % (CH3COO)2Mg; 1,15 % (HCOO)2Mg. 263. 45,3 % СН3СООН; 13,9 % СДОН. 264. 10,7 г. 265. 87,5 %. 266. 6,39 % MgCl2; 1,60 % (CH3COO)2Mg. 267. 43,9 г ZnS04- 7H20; 8,96 г (HCOO)2Zn-2H20. 268. 35,7 % СН3СООН. 269. 2,63 г. 270. 21,5 %. 271. 5,68 г С17Н35СООН. 272. 8,1 % НСООН; 12,0 % СН3СООН. 273. 15 % НСООСН3; 85 % СН3СООСН3. 274. 29,6 % НСООС2Н5; 70,4 % СН3СООС2Н5; 1,12 дм3 NH3. 275. СН3СООС2Н5. 276. 56,9 % диэтилокса- лат; 43,1 % фенилоксалат. 277. Этиловый и амиловый (пентиловый) эфиры пропионовой кислоты. 278. Мальтоза: из амилозы — 21,1 кг; из амилопек- тина — 84,4 кг. Глюкоза: из амилозы — 22,2 кг; из амилопектина - 88,9 кг. 279. 30 %. 280. С5Н10О5. 281. С5Н10О5. 282. 2,83 г. 283. C3H7NOr 284. 48 % бензол; 52 % циклогексан. 285. 38,5 % кислота; 61,5 % соль. 286. 62,5 % бензол; 22 % анилин; 15,5 % фенол. 287. Этиламин. 288. 96 г анилина; 13 %
622 § 51- Задания для повторения курса химии нитробензола. 289.0,6 моль. 290. Получено 0,01 моль гидрохлорида этилово- го эфира глицина. Прореагировало 0,01 моль этанола. 291. 43,5 г. 292. 55,75 г гидрохлорида глицина. 293. 13,35 г аланина и 2,95 г амина C3H7NH2. 294. С7Н12. 295. 78 %. 296. Ala-Gly (или Gly-Ala); 23,15 см3. 297. Ala-Gly или Gly-Ala. 298. СН20.299. С2Н2.300. С2Н4.301.6,4 дм3.302.57,5 см3.303.129 см3. 304. 220 см3. 305. 80,8 см3. 306. СН3ОН, С3Н7ОН. 307. 630 г. 308. С3Н8. 309. 61,9 % НСООСН3; 38,1 % СН3СООСН3; 1,12 дм3 С02. 310. 57,1 %. 311. Н2С=СН-СОО-СН=СН-СН3 или Н2С = С(СН3) - СОО - СН = СН2. 312.12,4 моль. 313.* 38,4 г. 314. Н2С—О СО С15Н31 НС—О СО С17Н35 Н2С- -С3Н7 315.14,9 % С6Н5ОН; 29,5 % C6H5NH2; 55,6 % С6Н6.316.30 % НСООС2Н5; 70 % СН3СООСН3. 317. 62,65 % С6Н6; 37,35 % C6H5NH2. 318. С9Н12 319. С3Н5С1; 1485 см3. 320. 44,0 г. 321. С15Н27, С15Н29, С15Н31. 322. С4Н9СНО. 323. С5Н12. 324. С3Н4 и С4Н6. 325. С4Н5С13. 326. 150 дм3. 327. 27,7 % НСООН; 72,3 % СН3СООН. 328.67,2 % СН3СООН; 32,8 % С3Н7СООН. 329. С7Н8; 4,6 г. 330. Н3С (Су) СН==СН2. 331. 8; 7,56 г Н20. 332.^аа. = 1,19. ^/ Ркон 333. Сп(Н2О)10; С6(Н20)6; С5(Н20)5.334. Cys - Ala или Ala - Cys. 335.56,6 % С6Н5ОН; 43,4 % C3H402. 336. НООС - CH(NH2) - (СН2)3 - СООН. 337. 58,6 %. 338. С9Н12.339. 29,7 % анилина; 21,6 % 4-метилфенола; 50,5 % бензола. 340.0,2 моль 4-бромтолуола; 0,1 моль 2,4-дибромтолуола. 341.3:1. 342.40 % НСНО; 10 % НСООН; 50 % СН3СООН. 343.4,74 % C5H9N04; 5,18 % C7H9N. 344. 134,4 дм3. 345. 80 % НСООСН3; 20 % СН3СООС2Н5; 6,0 г. 346. 33,3 % СН3СНО; 66,67 % С2Н5СНО; 13,92 г. 347. 59,56 % CCi3COOH; 40,44 % СН3СН2СООН. 348. C7H9N. 349. 13 520 г/моль. 350.* 166 г/моль. 351.90 %. 352.2638 г/моль.
623 Приложение 1 Условные обозначения, названия и единицы физических величин t г\ р п т w Ф К М V m V D Р V Время Выход продукта Давление Химическое количество вещества Масса Массовая доля Объемная доля Аг соответственно относительная молекулярная и относительная атомная массы Молярная масса Молярный объем газа Объем Относительная плотность одного газа по другому, например, DH - относительная плотность по водороду Плотность Скорость реакции с, мин, ч - Па, кПа моль г; кг; т и др. — - - г/моль дм3/моль см3, дм3, м3 г/см3; кг/дм3; т/м3 моль/(дм3*с); моль/(дм3-мин) Т Температура по шкале Кельвина, К t Температура по шкале Цельсия, °С у Температурный коэффи- циент реакции а Степень электролитической диссоциации N Число структурных единиц Q Тепловой эффект химической реакции с Молярная концентрация Р Степень разложени вещества Мольная доля кДж моль/дм3
Приложение 2 Ц Относительные молекулярные массы оксидов, кислот, солей и оснований Анионы 1 о2- 1 ОН 1 С1' 1 Вг 1 V s2- N0,- S(V" s<V СОз2' Si032- PCV [сн3соо- Катионы Н+ 18 18 36,5 81 128 34 63 82 98 62 78 98 60 NH4+ — 35 53,5 98 145 68 80 116 132 96 112 149 77 К+ 94 56 74,5 119 166 ПО 101 158 174 138 154 212 98 Na+ 62 40 58,5 103 150 78 85 126 142 106 122 164 82 Ag+ 232 125 143,5 188 235 248 170 296 312 276 292 419 167 Ва2+ 153 171 208 297 391 169 261 217 233 197 213 601 255 Са2+ 56 74 111 200 294 72 164 120 136 100 116 310 158 Mg2+ 40 58 95 184 278 56 148 104 120 84 100 262 142 Zn2+ 81 99 136 225 319 97 189 145 161 125 141 385 183 Cu2+ 80 98 135 224 318 96 188 144 160 124 140 381 182 Pb2+ 223 241 278 367 461 239 331 287 303 267 283 811 325 Hg2+ 217 235 272 361 455 233 325 281 297 261 277 793 319 Fe2+ 72 90 127 216 310 88 180 136 152 116 132 358 174 Fe3+ 160 107 162,5 296 437 208 242 352 400 292 340 358 233 AP* 102 781 133,5 267 4081 150 213| 294 342 2341 282 122 2041
625 Приложение 3 Относительные молекулярные массы некоторых средних, кислых, комплексных солей и кристаллогидратов Формула соли Щцросульфаты NaHS04 KHSO, 4 NH4HS04 Ca(HS04)2 Mg(HS04)2 Ba(HS04)2 Гидросульфиты NaHSO, KHS03 NH4HS03 Ca(HS03)2 Mg(HS03)2 Ba(HS03)2 Гидрокарбонаты NaHC03 KHC03 NH4HC03 Ca(HC03)2 Mg(HC03)2 Ba(HC03)2 Дигидро-и гидрофосфаты NaH2P04 kh,po4 2 4 NH4 H2P04 Ca(H2P04)2 Mg(H2P04)2 Ba(H2P04)2 Na2HP04 1 к2нро4 м г 120 136 115 234 218 331 104 120 99 202 186 299 84 100 79 162 146 259 120 136 115 234 218 331 142 174 Формула соли (NH4)2HP04 СаНР04 MgHP04 ВаНР04 Кристаллогидраты Na2S04- 10H2O Na2CO310H2O СаС12 • 6Н20 васц-гнр СаНР04-2Н20 MgS04-7H20 ZnS04-7H20 CuS04 5H20 FeS04-7H,0 4 2 CaS04-2H,0 4 2 Другие вещества FeS2 R304 KN02 NaN02 K^MnO, Mn02 NH4N02 NaA102 KA102 Na3[Al(OH)6] K3[A1(0H)6] KC103 KMn04 4 МДоконного стекла) jvH 132 I 136 120 233 322 286 219 244 172 246 287 250 278 172 120 232 85 69 197 87 64 82 98 198 246 122,5 158 478 91 4av 44S1
626 Приложение 4 Технические (тривиальные) названия неорганических веществ или смесей 1. Алебастр (жженый гипс) 2. Аммофос (удобрение) 3. Апатит 4. Барит (бланфикс) 5. Баритовая вода 6. Белый фосфор 7. Бертолетова соль 8. Боксит 9. Бромная вода 10. Бура(декагидраттетрабората натрия) 11. Бурый железняк 12. Веселящий газ 13. Водяной газ 14. Гашеная известь 15. Гематит (красный железняк, , железный сурик) 16. Гипосульфит (пентагидрат тиосульфата натрия) 17. Глауберова соль (мирабилит) 18. Глинозем 1 19. Горькая (английская) соль 20. Гремучий газ 21. Двойной суперфосфат (удобрение) 22. Доломит CaSO40,5H2O I ium(CaS04)2-H20 | NH4H2P04 + (NH4)2HP04 3Ca3(P04)2-CaF2 BaS04 Водный р-рВа(ОН), P. КСЮ3 1 Al203nH20 Водный раствор Вг2 Na,B40- 10H,O 2 4 7 2 1 2Fe2033H20 I N20 СО + Н2 | Са(ОН)2 | Fe203 Na2S203-5H20 Na2S04- 10H2O А^Оз MgS04-7H20 2Н2 + 02 Са(Н2Р04)2 CaCO,MgC03
627 23. Едкий натр 1 24. Железный колчедан (пирит, серный колчедан) 25. Железный купорос 26. Жидкое (растворимое) стекло — 27. Известковая вода 28. Известковое молоко 29. Известняк (мел, мрамор, кальцит, исландский шпат) 30. Каломель (хлорид ртути (I)) 31. Кальцинированная сода 32. Каменная соль (галлит) 33. Каолин (осн. часть белой глины) 34. Карбамид (мочевина)(удобрение) 35. Карборунд 36. Карналит 37. Кварцевое стекло 38. Киноварь 39. Кокс 40. Корунд 41. Кремнезем, силикагель, кварц, кремень, горный хрусталь, белая сажа 42. Криолит 43. Кристаллическая сода 44. Лисий хвост 45. Магнезия жженая 46. Магаетит (магнитный железняк, окалина, смешанный оксид железа) NaOH | FeS2 FeS04-7H20 | водные растворы Na.SiC^SK^ Водный р-рСа(ОН)2 1 Взвесь Са(ОН)2 | СаС03 Hg2ci2 Na2C03 1 NaCl 1 Al203-2Si02-2H20 CO(NH2)2 SiC KClMgCl2-6H20 Si02 HgS Углерод (С) A1203 Si02 NajAlF6MH3NaFAlF3 Na2C03- 10H2O N02 MgO 1^4
628 47. Малахит (патина) 48. Медный блеск 49. Медный купорос 50. Мертвый гипс 51. Нашатырный спирт (аммиачная вода) 52. Нашатырь 53. Негашеная известь 54. Нефелин 55. Озон 56. Оконное стекло 57. Олеум 58. Органическое стекло 59. Ортоклаз (полевой шпат) 60. Паста ГОИ 61. Пергидроль 62. Пиролюзит 63. Питьевая сода 64. Плавиковая кислота 6 5. Плавиковый шпат (флюорит) 66. Поваренная (каменная) соль 67. Поташ (удобрение) 68. Преципитат (удобрение) 69. Природный гипс (гипс) 70. Простой суперфосфат (удобрение) 71. Свинцовый сахар 72. Свинцовый сурик Cu(OH)2CuC03 или (СиОН)2С03 CuS04-5H90 4 2 CaSO 4 Раствор NH3 в воде NH4C1 СаО I Na2Q • А^Оз • 2Si02 (NaAlSiO^ Оз Na2OCaO-6SiQ2 "I H2SQ4xS03 Полиметилметакрилат K.OAl^eSiO, ~| Cr2Q3 Водный раствор Н202 (30 %) Мп02 ~| NaHCQ3 ~| Водный раствор HF CaF2 1 NaCl СаНРО/2Н,0 4 2 CaSO/2H,0 4 2 Са(Н2Р04)2 + CaS04- 0,5Н2О РЬ(СН3СОО)2 рь3о4
73. Селитры 74. Сероводородная вода 75. Сернистый газ 76. Сидерит 77. Силан 78. Сильвин (калийная соль) 79. Сильвинит 80. Синтез газ 81. Слюда 82. Сулема 83. Сухой лед 84. Тугоплавкое стекло 85. Угарный газ 86. Углекислый газ 87. Фосген 88. Фосфин 89. Фосфорит или фосфоритная мука 90. Фторапатит 91. Халькопирит (медный колчедан) 92. Хлорная (белильная) известь 93. Хлорная вода 94. Хромистый железняк 95. Хромпик 96. Цинковая обманка 629 NH4N03 аммиачная селитра; KN03 калийная (индийская) селитра;Ыа]Ч03 натриевая (чилийская) селитра Ca(N03)2 кальциевая (норвежская) селитра Водный pacTBOpH2S so2 FeCQ3 "1 SiH4 KC1 "1 NaClKCl ~| CO + H2 1 HgCl2 Твердый С02 КдО-СаО-бМО, 1 CO ~~[ co2 COCl2 "I Ca3(P04)2 3Ca3(PQ4)2CaF2 CuFeS2 Ca(C10)2 Раствор хлора в воде Fe(CrQ2)2 ~ ^Cr2Q7 ZnS
630 Приложение 5 Формулы и названия кислот и кислотных остатков Формула кислоты HF НС1 НВг HI H9S 1 h,so, 1 h2so4 HN03 HN02 H2Si03 HP03 h3po4 h4p2o7 HMn04 Н2СЮ4 H2Cr207 H2Se04 H3B03 HC104 НСЮ3 нею, нею сн.соон 1нсоон Название кислоты Фтористоводородная (плавиковая) Хлористоводородная (соляная) Бромистоводородная Иодистоводородная Сероводородная Сернистая Серная Азотная Азотистая Кремниевая Метафосфорная Ортофосфорная Пирофосфорная (двуфосфорная) Марганцевая Хромовая Дихромовая Селеновая Борная Хлорная Хлорноватая Хлористая Хлорноватистая Уксусная Муравьиная Кислотный остаток (его валентность) F(D С1(1) Вг(1) KD S(II) S03(II) S04(II) N03(I) N02(I) Si03(II) P03(1) P04(III) PAd^O Mn04(I) Cr04(II) Cr207(II) Se04(II) B03(III) C104(I) C103(I) C10,(I) CIO(I) CH,COO(I) HCOO(I) Название солей 1 (средних) Фториды Хлориды 1 Бромиды Иодиды Сульфиды Сульфиты 1 Сульфаты | Нитраты | Нитриты | Силикаты 1 Метафосфаты 1 Ортофосфаты 1 (фосфаты) 1 Пирофосфаты 1 Перманганаты | Хроматы 1 Дихроматы (бихроматы) Селенаты Ортобораты Перхлораты Хлораты Хлориты Гипохлориты Ацетаты Формиаты
631 Приложение 6 Эмпирические формулы и относительные молекулярные массы Л7 некоторых классов органических соединений Формула СЯН2*+2 сн? /1 2л :сн, , п 2п-2 СН, , п 2/1—6 chwo С HJOH)2 салон), СН,0 п 2п сна С HJCOOH), С Н, +,N п 2л+3 CH,+1NO, п 2п+1 2 М г 14п + 2 14п 14п 2 14п-6 14п+18 14п + 34 14п + 50 14п+16 14п + 32 14п + 90 14п+17 14п + 47 Класс соединения (соединений - при наличии межклассовой изомерии) Алканы Алкены, циклоалканы Алкины, алкадиены, циклоалкены 1 Бензол и его гомологи Алканолы, простые эфиры алканолов Двухатомные алифатические спирты Трехатомные алифатические спирты Альдегиды, кетоны, эпоксиды, цикли- ческие эфиры Одноосновные насыщенные кислоты, их сложные эфиры с алканолами Двухосновные насыщенные карбоновые 1 кислоты Амины (первичные, вторичные и тре- тичные алифатического ряда) Аминокислоты, нитросоединения, слож- ные эфиры аминокислот с алканолами СН2 - О - С(О) - СяН2/1+1 Общая формула жира5 СН — О — С(О) — С Н образованного насыщенной 1 " монокарбоновой кислотой СН2-0-С(0)-СН2л+1 Мг = 42л+176
632 Приложение 7 Относительные молекулярные массы М некоторых органических соединений Соединение М Соединение М Метан Хлорметан Дихлорметан Трихлорметан Тетрахлорметан , Этан Пропан Бутан Циклогексан Гексахлорциклогексан Этилен (этен) Пропилен(пропен)... Бутен-1 илибуген-2... Винилхлорид Ацетилен (этан) Пропин Бугин-1 или бутин-2.. Бутадиен-1,3 Изопрен Хлоропрен Бензол Толуол Хлорбензол 16 .. 50,5 85 120,5 ... 154 30 44 58 84 ... 291 28 42 56 .. 62,5 26 40 54 54 68 ..88,5 78 92 .112,5 Бромбензол 157 Нитробензол 123 Стирол 104 Тринитротолуол (тол) 227 Метанол 32 Этанол 46 Пропанол 60 Бутанол 74 Фенол 94 Трибромфенол 331 Тринитрофенол 229 Метаналь 30 Этаналь 44 Пропаналь 58 Бутаналь 72 Муравьиная кислота 46 Уксусная кислота 60 Хлоруксусная кислота 94,5 Пропионовая кислота 74 Масляная кислота 88 Стеариновая кислота 284 Пальмитиновая кислота 256 Олеиновая кислота 282
633 Продолжение таблицы Соединение МТ Уксусный ангидрид 102 Бензойная кислота 122 Молочная кислота 90 Метилформиат 60 Этилформиат 74 Пропилформиат 88 Бутилформиат 102 Метилацетат 74 Этилацетат 88 Пропилацетат 102 Бутилацетат 116 Фенилацетат 136 Этиленгликоль 62 Глицерин 92 Тринитроглицерин 227 Трипальмитин 806 Тристеарин 890 Триолеин 884 Глюкоза 180 Сахароза 342 Соединение М Структ. (мономерное) звено крахмала, целлюлозы 162 Структ. (мономерное) звено триацетилцеллюлозы 288 Структ. звено тринитро- целлюлозы 297 Метиламин 31 Этиламин 45 Анилин 93 Триброманилин 330 Хлорид фениламмония.... 129,5 Бромид фениламмония ...... 174 Аминоуксусная кислота (глицин) 75 а- или р-аминопропионовая кис- лота (а-или р-аланин) 89 Глицилглицин 132 Глицилаланин 146 Натриевая соль глицина 97 Гидрохлорид глицина 111,5 Гидрохлорид аланина 125,5
Приложение 8 Сплавы металлов Название сплава Бронза Дуралюмин Латунь Мельхиор Моннель- металл Нержавеющая сталь Нихром Победит Припой Сталь Чугун Примерный состав 80-92 %@4(2%Zn, 6%Sn 80-95 % Al, 1,3-1,5% Си, 0,5 %Mg, 0,5%Мпидр. 50-60 % Си, 40-50 % Zn 70-80 % Си, 20-30 % Ni, добавки Fe и Mn 65-70 % Ni, 30 % Си, добавки Fe и Mn 60-80 %Fe, 10-20 % Сг, 8-20 % Ni и др. Ni, Сг, Fe, Mn Сплав Wh С 50-70 % Sn, 30-50%РЬидр. 98 % Fe, < 2 % С 96-98 % Fe, 2-4 % С Свойства Твердость Высокая прочность, легкость Коррозийная стойкость Коррозийная стойкость, красивый внешний вид Коррозийная стойкость, устойчивость к истиранию 1 Коррозийная стойкость, механическая прочность Высокие жаропрочность и электрическое сопротивление | Высокая твердость 1 Низкая (180 °С) температура плавления Твердость, пластичность, устойчивость к деформациям Высокая твердость, хрупкость
635 Классификация волокон Приложение 9 Волокна Природные Животного происхожде- ния: шерсть, шелк Растительного происхожде- ния: хлопок, лен, джут, конопля 1 Химические Синте- тические Искусственные (на основе целлю- лозы): ацетатное, вискозное Полиэфирные: лавсан (дак- рон, тери- лен), лексан Полиамидные: капрон (дедерон), найлон, кевлар Фракции перегонки нефти Приложение 10 Фракция Газ Петролейный эфир Бензин Лигроин Керосин Газойль Температура перегонки, °С Ниже 20 20-60 40-200 150-200 180-300 270-350 Число атомов углерода в углеводородных фракциях с,-с4 с-с6 1 с5-с„ с8-с14 С -С С -С Мазут — остаток после перегонки нефти (его разделяют на соля- ровые масла, смазочные масла, вазелин и парафин). ГУдрон - остаток переработки мазута.
636 Приложение 11 Определение ионов Определяе- мый ион 1 Н+ он- Ag+ Cu2+ Zn2+ Al3+ NH4+ Ва2+ Са2+, Sr2+ Na+ К+ ci- Br- |l- S032", HSO; s2-,hs- co2-, HCO- Реактив 2 Индикаторы 1 Индикаторы ci- OH~ (щелочь) ОН (щелочь) ОН~ (щелочь) ОН~ (щелочь) soj- со32- Ag+ Ag+ Ag+ Н+ (сильная кислота) Н+ (соляная кисло- та, разбавленная серная кислота) Н+ (сильная кислота) Признак реакции 3 Изменение окраски | Изменение окраски 1 Белый осадок Синий осадок | Белый осадок, растворим 1 в избытке щелочи | Белый осадок, растворим 1 в избытке щелочи | Запах аммиака | 1) Белый осадок, нерастворим 1 в разбавленных сильных кислотам 2) Окрашивание пламени в бледно-зеленый цвет | 1) Белый осадок, растворим 1 в сильных кислотах 2) Окрашивание пламени в кирпично-красный цвет Окрашивание пламени 1 в желтый цвет Окрашивание пламени 1 в фиолетовый цвет Белый осадок Желтоватый осадок Желтый осадок Вьщеление S02 - газа с резким запахом Выделение H2S - газа с непри- ятным запахом Вьщеление С02, вызывающего помутнение известковой воды)
637 Продолжение таблицы 1 сн3соо- no; sof Р04- F" s2- Si032" 2 H2S04 H2S04(kohu.) + Cu Ba2+ Ag+ Ca2+ (CH3COO)2Pb 1)H+ 2) Ca2+, Ba2+ 3 Появлениезапахауксусной 1 кислоты 1 Выделение N02 — газа бурого 1 цвета | Белый осадок BaS04 | Желтый осадок Ag3P04 | Белый осадок Черный осадок PbS 1) Выпадение студнеобразного^ осадка H2Si03 2) Вьшадение белого осадка Приложение 12 Некоторые представители аминокислот Тривиальное название Алании Глутаминовая кислота Глицин Фенилаланин Цистеин Сокра- щенное обозна- чение Ala Glu Gly Phe Cys Структурная формула 1 H3C СН СООН 1 1 NH2 НООС СН? СН2 СН СООН 1 NH2 H2N СН2—СООН () СНг СН СООН NH2 HS СН2 СН СООН NH2 Незаменимые аминокислоты: фенилаланин, треонин, лизин, ва- лин, метионин, лейцин, изолейцин, триптофан, гистидин, арганин
638 Приложение 13 Технические (тривиальные) названия органических веществ или их смесей Название вещества или смеси Формула или состав 1 Адипиновая кислота Акриловая кислота Аллен (пропадиен) Аллиловый спирт (пропен-2-ол-1) Аскорбиновая кислота (витамин Е, получают из глюкозы) НООС (СН2к—СООН Н2С=СН СООН H2G=C=CH2 н2о=сн—сн2он АТФ (аденозинтрифосфат) Сложный эфир на основе фосфорной кислоты ОН ОН НО Р О—Р—( ОН 1 Ацетилсалициловая кислота, или аспирин ^ОН СН3
639 Продолжение таблицы 1 Ацетон (пропанон) Бензиловый спирт Бензойная кислота Бис-фенолА Валериановая кислота (пентановая) Виниловый спирт Винилхлорид Вискозное волокно Воск Гексаметилендиамин Гидропероксид кумола Гликоген 2 " """] НзС—С СН3 / \ СН2ОН / \—соон „c^^J O^l Н3С (СН2)з—СООН н2е=сн—он 1 н2е=сн2—ci [С6Н702(ОН)3]л, получают из целлю- лозы при обработке ее NaOH, затем CS2, продавливанием полученной массы через фильтры с последующей нейтрализацией серной кислотой | Сложные эфиры высших насыщенных 1 кислот и высших насыщенных спиртов H2N (CH2)s—NH2 СНз СН3 (С6Н10О.)л, полисахарид, полимер сс-глюкозы, макромолекулы более длинные и разветвленные, чем молекулы крахмала
640 Продолжение таблицы Глюкоза СН2ОН ОН Р Глюконовая кислота СН2ОН (СНОН)4—СООН, продукт окисления глюкозы по альдегидной группе Декстрины (С6Н10О5)л Высокомолекулярные продукты неполного гидролиза крахмала Денатурат Этанол с добавками цветных и дурнопахнущих веществ Динамит Взрывная смесь на основе нитроглицерина (изобретен шведским химиком А. Нобелем) Дихлорангидрид терефталевой кислоты Применяется для производства кевлара!
641 1 Диоксин Древесный спирт (метанол) Изомасляная (2-метилпропановая) кислота Изооктан (2,2,4-триметилпентан) Изопрен (2-метилбутадиен-1,3) Капролактам Капрон Капроновая (гексановая) кислота s-аминокапроновая кис- лота (6-аминогексановая) 1 Карамель 2 1 Ядовитое вещество, побочный продукт производства фенола | сн3он | Н3С СН СООН СН3 fH3 Н3С С СН2—СН СН3 I 1 СНз СН3 1 Н2С=С СН=СН2 1 СН3 Ili NH н^с—сн2 -(-NH— (СН2)Г-С(>^Г Полиамидное волокно | Н3С—(СН2)2г—СООН H2N—(СНг)5—СООН Смесь амфорных веществ, образующихся при застывании расплавленной сахарозы
642 Продолжение таблицы 1 Карболовая кислота (фенол) / \ —он Кевлар O-rrO-ri Полиамидное волокно Крахмал (состоит из остатков а-глюкозы) СН2ОН СН2ОН Кумол (изопропилбензол) / \ Н Н3 Н3 Лавсан (полиэтилентерефталат) О—СН2 CHj- Полиэфирное волокно Лактоза С12Н22Оп, дисахарид, изомер сахарозы и мальтозы Лексан Полимер, полиэфирное волокно на основе бис-фенола А (см. выше) и фосгена СОС12 Лигнин Составная часть древесины, полимер, состоит из остатков ароматических соединений Линолевая кислота С17Н31—СООН, :оон
643 1 Линоленовая кислота H3G *== /=\/ Мальтоза Маргарин Масляная (бутановая) Метакриловая (2-метилпропеновая) кислота Метилоранж н>-0- Молочная (2-гидроксипропановая) кислота Мыло Надкислоты Найлон 4—NH- Олеиновая кислота СН3— (СН2)— 2 с17н29—соон, С12Н22Ои,дисахарид, изомер сахарозы и лактозы Продукт гидрогенизации жидких 1 растительных жиров, содержащий добавки сахара, соли, витаминов и т. д. | Н3С—СН2 СН2 СООН н2с=с—сС СНз -№=^J / \—S02—ONa н3с—сн—соон он Калиевые (жидкое мыло) 1 или натриевые (твердое мыло): соли высших карбоновых кислот R С^ , окислители X) О Н -(CH2V— NH—С (СН2)2^—СоД- С17Н33—СООН, СН=СН (СН2)т—СООН
644 Продолжение таблицы Олифа Применяется в производстве красок, получают из льняного масла Оргстекло (плексиглас), полиметилметакрилат Пальмитиновая кислота Ci5H31—СООН Парацетамол (тайленол) Н—N- J- -СН3 « ПВА (поливинилацетат) -tcH^rt -СН? CI О—С—€Н3 Перфторэтилен (тетрахлорэтен) :к ^С1 ск "N:i Средство для сухой химчистки (как и 1,1,1 -трихлорэтан) Пикриновая кислота 2,4,6-тринитрофенол ОН
645 1 Пирен, бензпирен пирен бензпирен Ядовитые канцерогенные вещества Пиридин Пиримидин Пироксилин Бездымный порох на основе тринитроцеллюлозы Пиррол Поливинилкарбазол ^N ^^ _f<bb-CHrt Обладает фотопроводимостью Протеиды Сложные белки, включают ионы металлов, углеводы, липиды, гетероциклы и др. Протеины Простые белки, состоят из остатков только аминокислот
646 Продолжение таблицы 1 Пурин Резина Салициловая (2-гидроксибензой- ная кислота) Саломас Сахароза Синтез-газ CMC (синтетические моющие средства) Н3С—(СН2> Сорбиновая кислота (гексадиен-2,4-овая) 1 Сорбит 1 Стеариновая кислота Стирол (винилбензол) 2 1 Ь со и 1 Продукт вулканизации 1 (т.е. нагревания с серой) каучука / \—СООН Продукт частичного 1 гвдрирования жидких масел С12Н22Оп, состоитиз остатков а-глюкозы и фруктозы Смесь СО и Н2 1 Натриевые производные сложных 1 эфиров серной кислоты и высших спиртов, например: j СН2—О g ONa Н3С—СН=СН—Ш=СН—Q^ Н2С (СНОН)^—СН2> 6н 6н продукт восстановления глюкозы с17н35—соон / \—сн=сн2
647 1 Терефталевая кислота но-^" / л Тефлон "fCF.-CF^ Тол (тротил) 2,4,6-тринитротолуол СН3 °2*^ J\ /N02 N02 Взрывчатое вещество Триацетилцеллюлоза СН2 О о—с—сщ Триглицериды Производные глицерина с карбоновыми кислотами, относятся к сложным эфирам, пример - жиры Тинитроцеллюлоза СН2 О NOo
648 Окончание таблицы 1 л-фенилендиамин H2N- / \ Применяется для производства кевлара Формалин Водный раствор с w (формальдегида) = 40 % Фосфатиды Компонент жира (одна гидроксильная группа глицерина этерифицирована фосфорной кислотой) Фреоны Галогенпроизводные алканов, разрушают озоновый слой: CBrF2—CBrF2, CBrF3 и т.д. Фруктоза НО—С Н :н2он; о нон2с6^С) он hvSc н—с—он н- Н2ОН -он Н2ОН Р-фруктоза Хитин Полимер, похожий на целлюлозу, в которой одна из гидроксильных групп заменена на группу NH—С СН3 Хлористый метилен (дихлорметан) СН2С12 Хлоропрен (2-хлорбутадиен-1,3) Н2С=С СН=СН2 л
649 l_ Хлороформ (трихлорметан) CHCL Целлюлоза (клетчатка) - состоит из остатков /?-глюкозы) СН2ОН он £н2он СН2ОН Цитронеллол (7-метилоктен-6-ол-1) 5>Чн н3сг х:н3 ненасыщенный спирт, содержится в винограде Щавелевая кислота (этандиовая) Эпоксиды Продукты окисления алкенов, содержат группировку атомов: Vs Этиленоксид (эпоксид этилена) Н2С-—СН2 V
650 Приложение 14 Периодическое изменение энергии ионизации атомов от атомного номера элементов (зарядов ядер) Ен, кДж/моль эль 2000 1600 1200 800 400 'н Не Li Be В Ne f/\ N / I / о 1 /с \ 1 Mg/ Y м Na Р Si С1/ S Аг К Са 10 12 14 16 18 20 Z Приложение 15 Относительные электроотрицательности атомов элементов А групп (по Олреду-Рохову) ^\Группы ПериодьГ\ 1 2 3 4 5 6 7 IA Н 2,10 Li 0,97 Na 1,01 К 0,91 Rb 0,89 Cs 0,86 Fr 0,86 IIA Be 1,47 Mg 1,23 Ca 1,04 Sr 0,99 Ba 0,97 Ra 0,97 IIIA В 2,01 Al 1,47 Ga 1,82 In 1,49 Tl 1,44 F/A С 2,50 Si 1,74 Ge 2,02 Sn 1,72 Pb 1,55 VA N 3,07 P 2,10 As 2,20 Sb 1,82 Bi 1,67 VIA О 3,50 S 2,60 Se 2,48 Те 2,01 Po 1,76 VILA F 4,10 CI 2,83 Br 2,74 I 2,21 At 1,96 VIIIA He Ne Ar Kr Xe Rn
651 Литература 1. Сборник олимпиадных задач по химии: книга для учителя / Т. П. Адамович [и др.]. Минск: Нар. асвета, 1988. 2. Врублевский, А. К Задачи по химии. Самоучитель по решению основных типов задач. /А. И. Врублевский. Минск: Юнипресс, 2008. 3. Врублевский, А. К Основы химии. Полный курс/А. И. Врублев- ский. Минск: Юнипресс, 2009. 4. Врублевский, А. И. 1000 задач по химии / А. И. Врублевский. Минск: Юнипресс, 2003. 5. Врублевский, А. И. Задачи по органической химии /А. И. Вруб- левский, Е. В. Барковский. Минск: Юнипресс, 2003. 6.500задач по химии/А. С. Гудкова [и др.]. М.: Просвещение, 1977. 7. Еремин, В. В. Конкурсные задачи по химии / В. В. Еремин, Н. Е. Кузьменко, В. А. Попков. М.: Принт-ателье, 1995. 8. Илышева, А. Н. Учебное пособие по химии для старшеклассни- ков и абитуриентов/А. Н. Илышева. Петрозаводск: КАРЭКО, 1996. 9. Канат, В. А. Решение расчетных задач по химии / В. А. Канаш. Минск: ТетраСистемс, 2001. 10. Кузьменко, Н. Е. Задачи по химии для абитуриентов / Н. Е. Кузь- менко, Н. Н. Магдесиева, В. В. Еремин. М.: Просвещение, 1992. 11. Кузьменко, Н. Е, Химия для школьников старших классов и поступающих в вузы / Н. Е. Кузьменко, В. В. Еремин, В. Д. Попков. М.: Дрофа, 1995. 12. Кузьменко, Н. Е. Начала химии / Н. Е. Кузьменко, В. В. Ере- мин, В. Д. Попков. Т. I, II. М.: Федеративная Книготорговая Компа- ния, 1997. 13. Лабий, Ю. М. Решение задач по химии с помощью уравнений и неравенств / Ю. М. Лабий. М.: Просвещение, 1987. 14. Магдесиева, Н. Н. Учись решать задачи по химии / Н. Н. Маг- десиева, Н. Е. Кузьменко. М.: Просвещение, 1986. 15. Малякин, А. Решение задач по химии / А. Малякин. СПб.: Корвус, 1996.
652 16. Справочник по элементарной химии /А.Т. Пилипенко [и др.]. Киев: Наук, думка, 1985. 17. Резяпкин, В. Я. 750 задач по химии / В. И. Резяпкин. Минск: Юнипресс, 2004. 18. Сборник задач по химии для подготовки к вступительным экза- менам в вуз. М.: авт. кол. «Дельта», авт. объед. «Сигма», 1991. 19. Сборник конкурсных задач по химии с решениями / под ред. М. А. Володиной. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983. 20. Сборник задач и упражнений по химии / В. В. Свиридов [и др.]. Минск: Нар. асвета, 1994. 21. Сборник задачи упражнений по неорганической химии: Посо- бие для учителя / В. В. Свиридов [и др.]. Минск: Нар. асвета, 1985. 22. Семенов, Я. Я. Задачи по химии повышенной сложности для абитуриентов/ И. Н. Семенов. Вып. 1—4, Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1991. 23. Середа, ИМ. Конкурсные задачи по химии / И.П. Середа. Киев: Вищашк., 1982. 24. Хвалюк, В. Я. Сборник задач по химии: учебное пособие для 10 класса / В. Н. Хвалюк, В. И. Резяпкин. Минск: Адукацыя i вы- хаванне, 2003. 25. Хомченко, Г. Я. Задачи по химии для поступающих в вузы / Г. П. Хомченко, И. Г. Хомченко. М.: Высш. шк., 1995. 26. Шарапа, Е. Я. Сборник задач по химии: учеб. пособие для 11 кл./ Е. И. Шарапа, А. П. Ельницкий. Минск: Нар. асвета, 2003. 27. Химия: формулы успеха на вступительных экзаменах / Н. Е. Кузьменко [и др.]. Изд-во Моск. ун-та: Наука, 2006. 28. Пузаков, С. А. Пособие по химии для поступающих в вузы / С. А. Пузаков, В. А. Попков. М.: Высш. школа. 2001. 29. Кузьменко, Я. Е. Сборник конкурсных задач по химии / Н. Е. Кузьменко, В. В. Еремин, С. С. Чуранов. М.: Экзамен, 2001-2003.
Содержание § 1. Физические величины в химии 6 § 2. Массовая и мольная доля атомов элемента в веществе. Расчеты по химическим формулам 27 § 3. Окислительно-восстановительные реакции 43 § 4. Расчеты по химическим формулам: определение формулы вещества 66 § 5. Определение формул веществ по данным химических реакций 78 §6. Расчеты по уравнениям химических реакций 87 § 7. Примеси. Выход продукта. Потери в производстве 95 § 8. Газы и их смеси 105 § 9. Смеси веществ в растворах и кристаллическом состоянии . 126 § 10. Элементы термохимии. Скорость химической реакции и химическое равновесие 141 §11. Электролитическая диссоциация. Водородный показатель (рН) 154 § 12. Связь между классами неорганических соединений 161 § 13. Задачи по разделу «Оксиды», «Основания», «Кислоты», «Соли» 174 § 14. Амфотерность оксидов и гидроксидов цинка, алюминия и бериллия 182 § 15. Приготовление и смешивание растворов 196 § 16. Реакции в растворах 212 § 17. Кристаллогидраты 226 §18. Определение состава и массовой доли солей 236 § 19. Растворимость 246 §20. Выпадение солей в осадок при охлаждении растворов 255 § 21. Растворимость и кристаллогидраты 260
654 § 22. Водород. Галогены 270 § 23. Халькогены 286 § 24. Азот 303 § 25. Фосфор 318 § 26. Углерод 330 § 27. Кремний 340 § 28. Ряд стандартных электродных потенциалов 347 § 29. Металлы главных групп (групп А) 357 § 30. Металлы побочных групп (групп В) 370 §31. Изотопы 386 § 32. Электролиз 389 § 33. Алканы. Циклоалканы 398 § 34. Алкены. Циклоалкены 408 § 35. Алкины 421 § 36. Алкадиены 431 § 37. Арены 437 § 38. Насыщенные одноатомные спирты (алканолы). Простые эфиры 447 § 39. Алканолы: комбинированные задачи 454 § 40. Многоатомные насыщенные спирты 458 §41. Фенол 463 § 42. Альдегиды 470 §43. Карбоновые кислоты: химические свойства, установление формул 482 § 44. Карбоновые кислоты: комбинированные задачи. Функциональные производные карбоновых кислот 490 § 45. Сложные эфиры: химические свойства, установление формул 503 § 46. Сложные эфиры: комбинированные задачи 510 § 47. Жиры 517 § 48. Углеводы 523 § 49. Амины 531 § 50. Аминокислоты 544
. 655 §51. Задания для повторения курса химии 555 Приложение 1. Условные обозначения, названия и единицы физических величин 623 Приложение 2. Относительные молекулярные массы оксидов, кислот, солей и оснований 624 Приложение 3. Относительные молекулярные массы некоторых средних, кислых, комплексных солей и кристаллогидратов 625 Приложение 4. Технические (тривиальные) названия неорганических веществ или смесей 626 Приложение 5. Формулы и названия кислот и кислотных остатков 630 Приложение 6. Эмпирические формулы и относительные молекулярные массы Мт некоторых классов органических соединений 631 Приложение 7. Относительные молекулярные массы Мт некоторых органических соединений 632 Приложение 8. Сплавы металлов 634 Приложение 9. Классификация волокон 635 Приложение 10. Фракции перегонки нефти 635 Приложение 11. Определение ионов 636 Приложение 12. Некоторые представители аминокислот 637 Приложение 13. Технические (тривиальные) названия органических веществ или их смесей 638 Приложение 14. Периодическое изменение энергии ионизации атомов от атомного номера элементов (зарядов ядер) 650 Приложение 15. Относительные электроотрицательности атомов элементов Агрупп(поОлреду-Рохову) 650 Литература 651
Учебное издание Врублевский Александр Иванович Тренажер по химии Редактор Н. М. Кузъменок Обложка Н. Л. Навроцкая Компьютерная верстка И. В. Войцехович Компьютерный набор С. В. Сухорукова Корректор С. И. Шердюкова Подписано в печать с готовых диапозитивов 16.12.2008 г. Формат 60x84/16. Бумага типографская. Гарнитура Ньютон. Печать офсетная. Усл. печ. л. 36,27. Уч.-изд. л. 38,2. Тираж 5100 экз. Заказ № 3451. Издательское ООО «Красико-Принт». ЛИ № 02330/0150112 от 30.04.2004 г. 220035, г. Минск, ул. Тимирязева, д. 656, пом. 142. Республиканское унитарное предприятие «Издательство «Белорусский Дом печати». ЛП № 02330/0131528 от 30.04.2004. Республика Беларусь, 220013, Минск, пр. Независимости, 79.
ТАБЛИЦА РАСТВОРИМОСТИ СОЛЕЙ, КИСЛОТ И ОСНОВАНИЙ В ВОДЕ ОН" F- сг ВГ Г N03" s2- so32" so2- со32" SiO2- ро]~ нсоо- сн3соо- н+ р р р р р р р р р н р р р NH4+ р р р р р р р р р р - р р р Ag+ - Р Н н н р н н м н н н р р Na+ Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р к+ р р р р р р р р р р р р р р Li+ Р м Р Р Р Р Р Р Р м р Н р р Са2+ м Н Р Р Р Р М Н М Н Н Н Р Р Ва2+ Р/ М Р Р Р Р Н Н Н Н Н Н Р Р Sr2+ Р Р Р Р Р Р н н н н н н р р Mg2+ н Н р р р р Н м р Н Н н р р Мп2+ н р р р р р н н р н н н р р Zn2+ н р р р р р н н р н н н р р Си2+ н р р р - р н н р н н н р р Fe2+ н м р р р р н н р н н н р р Hg2+ - - р м Н р н - р н - н р р РЬ2+ Н Н м м Н р н н Н Н Н Н р р Fe3+ н м р р - р - - р - - н р р А13+ н м р р р р - - р - - н р р Сг*П Н Р Р Р Р Р - - Р - - н р р ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ РЯД АКТИВНОСТИ МЕТАЛЛОВ Li, Cs, Rb, К, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Be, AI, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, (H2), Cu, Hg, Ag, Pt, Au
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА § 5 о. (U с 2 3 4 5 6 7 ГРУППЫ ЭЛЕМЕНТОВ 1 IA Н 1.00794 водород 3Li 6.941 литий 22.9898 натрий ,9К 39.0983 калий 37 Rb 85.468 рубидий 55 Cs 132.905 цезий "Fr [223] франций 2 НА 4Ве 9.0122 бериллий 12 Mg 24.305 магний 20Са 40.087 кальций 38 Sr 87.62 стронций 56 Ва 137.327 барий 88 Ra [226] радий 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 III В 21 Sc 44.956 скандий 39 у 88.906 иттрий 57La* 138.906 лантан 89Ас** [227] актиний IV В 22Т| 47.87 титан 40 Zr 91.224 цирконий 72 Hf 178.49 гафний 104 Rf [261] резерфордий VB 23 у 50.942 ванадий 41 Nb 92.906 ниобий 73 Та 180.948 тантал 105Db [262] дубний VI В 24Сг 51.996 хром 42 Мо 95.94 молибден 74W 183.84 вольфрам ,06Sg [263] сиборгий VII В 25 Мп 54.938 марганец 43 Тс [98] технеций 75 Re 186.207 рений 107Bh [262] борий VIII В 26 Fe 55.845 железо 44 Ru 101.07 рутений 76 Os 190.23 осмий 108Hs [265] гассий 27 Со 58.933 кобальт 45 Rh 102.905 родий 771г 192.22 иридий ,09Mt [265] мейтнерий 28 Ni 58.693 никель 46 Pd 106.42 палладий 78 pt 195.08 платина 110 (Uun) [269] IB 29Cu 63.546 медь 47 Ag 107.868 серебро 79Au 196.967 золото 111 (Uuu) [272] IIВ 30Zn 65.39 цинк 48Cd 112.411 кадмий 8°Hg 200.59 ртуть 112 (Uub) 13 14 15 16 17 III A рв 10.811 бор pAI 26.9815 алюминий 31Ga 69.723 галлий 49In 114.82 индий 81T| 204.383 таллий IV A 6C 12.011 углерод ,4Si 28.086 кремний 32Ge 72.61 германий 50Sn 118.71 ОЛОВО 82Pb 207.2 свинец 114 (Uuq) VA 7N 14.007 азот 15p 30.9738 фосфор 33As 74.922 мышьяк 51Sb 121.76 сурьма 83Bi 208.980 висмут VIA 8o 15.9994 кислород 16S 32.066 сера 34 Se 78.96 селен 52Te 127.50 теллур 84Po [209] полоний 116 (Uuh) [289] VIIA 9F 18.9984 фтор ,7CI 35.452 хлор 35 Br 79.904 бром 126.904 йод "At [210] астат 1 VI] 2He 1 4.0026 1 гелий 1 ,0Ne 1 20.17971 неон 1 ,8Ar 39.94 1 аргон 1 36 Kr 83.80 1 криптон I 54Xe 131.29 1 ксенон 1 86Rn [222] 1 радон 1 118 1 (Uuo) 1 [293] *ЛАНТАНИДЫ Pa 140.115 1 церий -*Tr 140.907 празеодим "**Nd 144.24 неодим -*7Z 144.913 прометий 62 Sm 150.36 самарий ■^ 151.965 европий "^Gd 157.25 гадолиний 65 Tb 158.925 тербий та 162.5 диспрозий —о 164.93 гольмий ~®Тг 167.26 эрбий "^ 168.934 тулий "^^Yb 173.04 иттербий "^ 1 174.967 лютеций 1 **АКТИНИДЫ F™ 232.038 1 торий ■*к 231.035 протактиний "*и 238.028 уран "^ 237.048 нептуний "^ 244.064 плутоний "^ 243.061 америций "Ч^ 247.07 кюрий "9ТВк 247.07 берклий 98 Cf 251.079 калифорний Г^ 252.083 эйнштейний 100 Fm 257.095 фермий "^^Md 258.099 менделевий 102 No 259.1 нобелий "^Тг 1 260.105 лоуренсий |