Как определить массу вещества в растворе. Как решать задачи по химии, готовые решения. Примеры задач на растворы
Концентрации растворов
Великий Новгород
Пример 1.
Решение :
ω(NaCl) = = 0,125 или 12,5%
Ответ : ω(NaCl) = 0,125 или 12,5%.
Пример 2.
Решение :
= 
·m(FeSO 4) = = 22,8 г,
ω(FeSO 4) = = 0,076 или 7,6%
Ответ : ω(FeSO 4) = 0,076 или 7,6%.
Пример 3. Определить массовую долю хлороводородной кислоты, если в 1 л воды растворили 350 л HCl (н.у.).
Решение :
Массу HCl определяем по формуле:
m(HCl) = n(HCl)·m(HCl) = ·m(HCl) = ·36,5 = 570,3 г.
Масса раствора m(р-ра) = m(HCl) + m(H 2 O) = m(HCl) + V(H 2 O)·ρ(H 2 O)
ω(HCl) = 
= 0,363 или 36,3%
Ответ : ω(HCl) = 0,363 или 36,3%.
Пример 4. Определите объем хлороводорода, измеренного при н.у., и объем воды, необходимые для приготовления 500 г раствора с массовой долей HCl 20%.
Решение :
Находим массу HCl:
Рассчитываем объем HCl:
Вычисляем m(H 2 O):
V(H 2 O) = = = 400 мл
Ответ
Или растворителя по массе раствора
Пример 5. Определите массу нитрата натрия и воды, необходимые для приготовления 800 г раствора с ω(NaNO 3) = 12%.
Решение :
Масса растворенной соли:
m(NaNO 3) = ω(NaNO 3)·m(р-ра) = 0,12·800 = 96 г.
m(р-ра) = m(NaNO 3) + m(H 2 O)
m(H 2 O) = m(р-ра) – m(NaNO 3) = 800 – 96 = 704 г.
Ответ : m(NaNO 3) = 96 г, m(H 2 O) = 704 г.
Пример 6. Определите массу кристаллогидрата CuSO 4 ·5H 2 O и воды, необходимые для приготовления 0,4 кг раствора с ω(CuSO 4) = 8%.
Решение (см. пример 2):
ω(CuSO 4) = = 
m(H 2 O) = m(р-ра) – m(CuSO 4 ·5H 2 O)
m(CuSO 4 ·5H 2 O) = n(CuSO 4 ·5H 2 O)·M(CuSO 4 ·5H 2 O)
n(CuSO 4 ·5H 2 O)·= n(CuSO 4) =
m(CuSO 4) = ω(CuSO 4)·m(р-ра) = 0,08·400 = 32 г.
n(CuSO 4) = = 0,2 моль.
Отсюда m(CuSO 4 ·5H 2 O) = 0,2·250 = 50 г
Масса воды m(H 2 O) = 400 – 50 = 350 г
Ответ : m(CuSO 4 ·5H 2 O) = 50 г, m(H 2 O) = 350 г.
Вычисление массы раствора определенной концентрации
Молярная концентрация
Молярная концентрация (молярность) – это количество моль вещества, содержащееся в 1 литре раствора.
С(Х) = , моль/л
где Х – количество вещества, моль;
V – объем раствора, л.
Объем раствора связан с массой раствора следующим образом:
где ρ – плотность раствора, г/мл.
Молярная концентрация эквивалента – это количество моль вещества эквивалента, содержащееся в 1 литре раствора.
С( Х) = , моль/л
где n( Х) – количество вещества эквивалента, моль;
V – объем раствора, л.
где m(X) – молярная масса растворенного вещества;
m(X) – масса растворенного вещества;
m – масса раствора;
ω(Х) – массовая доля раствора.
Молярная концентрация эквивалента всегда больше или равна молярной концентрации. Это положение используется при проверке полученных данных.
Молярную концентрацию эквивалента часто называют нормальной и обозначают
1,0 н.; 0,5 н. и т.д.
Приведенные выше расчетные формулы позволяют определять объем раствора, количество вещества и количество вещества эквивалента:
V = или V =
n(X) = C(X)·V или n( X) = C( X)·V
Литература
1. Коровин Н. В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2002. – 558 с.
2. Никольский А. Б. , Суворов А. В. Химия: Учебное пособие для вузов. – СПб.: Химиздат, 2001. – 512 с.
3. Глинка Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии. – М.: Интеграл-Пресс, 2004. – 240 с.
4. Задачи и упражнения по общей химии: Учебное пособие / Б. И. Адамсон, О. Н. Гончарук, В. Н. Камышова и др. / Под ред. Н. В. Коровина. – М.: Высшая школа, 2003. – 255 с.
5. Суворов А. В., Никольский А. Б. Вопросы и задачи по общей химии. – СПб.: Химиздат, 2002. – 304 с.
Концентрации растворов
Методические указания к самостоятельной работе студентов
Великий Новгород
Концентрации роастворов: Методические указания к самостоятельной работе студентов / Сост. В.П. Кузьмичева, Г.Н.Олисова, Н.И.Ульянова. – Великий Новгород: НовГУ, 2006.
1. Расчёт массовой доли растворённого вещества……………………………………………….4
1. 1. Вычисление массы растворённого вещества или растворителя по массе раствора…...5
1. 2. Вычисление массы раствора определённой концентрации по заданной массе растворённого вещества или растворителя……………………………………………………6
1. 3. Разбавление и концентрирование растворов…………………………………………….7
1. 4. Расчёты, связанные со смешиванием растворов………………………………………...9
1. 5. Задания для самостоятельной работы……………………………………………………11
2. Молярная концентрация………………………………………………………………………..14
2. 1. Определение молярной концентрации вещества С(Х) по массе вещества и массы вещества по заданной молярной концентрации………………………………………………15
2. 2. Расчёты, связанные с разбавлением и концентрированием растворов………………..17
2. 3. Расчёты, связанные со смешиванием растворов различной концентрации…………...17
2. 4. Расчёты материального баланса химических процессов: избыток (недостаток)
реагентов………………………………………………………………………………………...19
2. 5. Задания для самостоятельной работы……………………………………………………21
Литература…………………………………………………………………………………………25
1. Расчет массовой доли растворенного вещества
Пример 1. Вычислить массовую долю хлорида натрия в растворе, если 40 г его растворено в 280 мл воды.
Решение :
Масса раствора m(р-ра) = m(NaCl) + m(H 2 O)
m(H 2 O) = V(H 2 O)·ρ(H 2 O) = 280 мл ·1 г/мл = 280 г,
ω(NaCl) = = 0,125 или 12,5%
Ответ : ω(NaCl) = 0,125 или 12,5%.
Пример 2. В 258,3 г воды растворили 41,7 г кристаллогидрата FeSO 4 ·7H 2 O. Определить массовую долю FeSO 4 в полученном растворе.
Решение :
Сначала рассчитываем массу раствора:
m(р-ра) = m(FeSO 4 ·7H 2 O) + m(H 2 O) = 41,7 + 258,3 = 300 г
m(FeSO 4) = n(FeSO 4)·m(FeSO 4) = n(FeSO 4 ·7H 2 O)·m(FeSO 4) =
m(HCl) = ω(HCl)·m(р-ра) = 0,2·500 = 100 г.
Рассчитываем объем HCl:
V(HCl) = n(HCl)·V M = ·22,4 л/моль = 61,37 л.
Вычисляем m(H 2 O):
m(H 2 O) = m(р-ра) – m(HCl) = 500 – 100 = 400 г.
V(H 2 O) = = = 400 мл
Ответ : V(HCl) = 61,37 л, V(H 2 O) = 400 мл.
Вычисление массы растворенного вещества
Задача 3.1. Определите массу воды в 250 г 10%-ного раствора хлорида натрия.
Решение.
Из w = m в-ва / m р-ра
находим массу хлорида натрия:
m в-ва = w m р-ра = 0,1 250 г = 25 г NaCl
Поскольку m р-ра = m в-ва + m р-ля
, то получаем:
m(Н 2 0) = m р-ра — m в-ва = 250 г — 25 г = 225 г Н 2 0
.
Задача 3.2. Определите массу хлороводорода в 400 мл раствора соляной кислоты с массовой долей 0,262 и плотностью 1,13 г/мл.
Решение.
Поскольку w = m в-ва / (V ρ)
, то получаем:
m в-ва = w V ρ = 0,262 400 мл 1,13 г/мл = 118 г
Задача 3.3. К 200 г 14%-ного раствора соли добавили 80 г воды. Определите массовую долю соли в полученном растворе.
Решение.
Находим массу соли в исходном растворе:
m соли = w m р-ра = 0,14 200 г = 28 г.
Эта же масса соли осталась и в новом растворе. Находим массу нового раствора:
m р-ра = 200 г + 80 г = 280 г.
Находим массовую долю соли в полученном растворе:
w = m соли / m р-ра = 28 г / 280 г = 0,100.
Задача 3.4. Какой объем 78%-ного раствора серной кислоты с плотностью 1,70 г/мл надо взять для приготовления 500 мл 12%-ного раствора серной кислоты с плотностью 1,08 г/мл?
Решение.
Для первого раствора имеем:
w 1 = 0,78
и ρ 1 = 1,70 г/мл
.
Для второго раствора имеем:
V 2 = 500 мл, w 2 = 0,12
и ρ 2 = 1,08 г/мл
.
Поскольку второй раствор готовим из первого добавлением воды, то массы вещества в обоих растворах одинаковы. Находим массу вещества во втором растворе. Из w 2 = m 2 / (V 2 ρ 2)
имеем:
m 2 = w 2 V 2 ρ 2 = 0,12 500 мл 1,08 г/мл = 64,8 г.
m 2 = 64,8 г
. Находим
объем первого раствора. Из w 1 = m 1 / (V 1 ρ 1)
имеем:
V 1 = m 1 / (w 1 ρ 1) = 64,8 г / (0,78 1,70 г/мл) = 48,9 мл.
Задача 3.5. Какой объем 4,65%-ного раствора гидроксида натрия с плотностью 1,05 г/мл можно приготовить из 50 мл 30%-ного раствора гидроксида натрия с плотностью 1,33 г/мл?
Решение.
Для первого раствора имеем:
w 1 = 0,0465
и ρ 1 = 1,05 г/мл
.
Для второго раствора имеем:
V 2 = 50 мл
, w 2 = 0,30
и ρ 2 = 1,33 г/мл
.
Поскольку первый раствор готовим из второго добавлением воды, то массы вещества в обоих растворах одинаковы. Находим массу вещества во втором растворе. Из w 2 = m 2 / (V 2 ρ 2)
имеем:
m 2 = w 2 V 2 ρ 2 = 0,30 50 мл 1,33 г/мл = 19,95 г.
Масса вещества в первом растворе также равна m 2 = 19,95 г
.
Находим объем первого раствора. Из w 1 = m 1 / (V 1 ρ 1)
имеем:
V 1 = m 1 / (w 1 ρ 1) = 19,95 г / (0,0465 1,05 г/мл) = 409 мл
.
Коэффициент растворимости (растворимость) - максимальная масса вещества, растворимая в 100 г воды при данной температуре. Насыщенный раствор - это раствор вещества, который находится в равновесии с имеющимся осадком этого вещества.
Задача 3.6. Коэффициент растворимости хлората калия при 25 °С равен 8,6 г. Определите массовую долю этой соли в насыщенном растворе при 25 °С.
Решение.
В 100 г воды растворилось 8,6 г соли.
Масса раствора равна:
m р-ра = m воды + m соли = 100 г + 8,6 г = 108,6 г
,
а массовая доля соли в растворе равна:
w = m соли / m р-ра = 8,6 г / 108,6 г = 0,0792
.
Задача 3.7. Массовая доля соли в насыщенном при 20 °С растворе хлорида калия равна 0,256. Определите растворимость этой соли в 100 г воды.
Решение.
Пусть растворимость соли равна х
г в 100 г воды.
Тогда масса раствора равна:
m р-ра = m воды + m соли = (х + 100) г
,
а массовая доля равна:
w = m соли / m р-ра = х / (100 + х) = 0,256
.
Отсюда
х = 25,6 + 0,256х; 0,744х = 25,6; х = 34,4 г
на 100 г воды.
Молярная концентрация с
- отношение количества растворенного вещества v (моль)
к объему раствора V (в литрах)
, с = v(моль) / V(л)
, с = m в-ва / (М V(л))
.
Молярная концентрация показывает число моль вещества в 1 л раствора: если раствор децимолярный (с = 0,1 М = 0,1 моль/л
) значит, что в 1 л раствора содержится 0,1 моль вещества.
Задача 3.8. Определите массу КОН, необходимую для приготовления 4 л 2 М раствора.
Решение.
Для растворов с молярной концентрацией имеем:
с = m / (М V)
,
где с
- молярная концентрация,
m
- масса вещества,
М
- молярная масса вещества,
V
- объем раствора в литрах.
Отсюда
m = с М V(л) = 2 моль/л 56 г/моль 4 л = 448 г КОН
.
Задача 3.9. Сколько мл 98%-ного раствора Н 2 SO 4 (ρ = 1,84 г/мл) необходимо взять для приготовления 1500 мл 0,25 М раствора?
Решение. Задача на разбавление раствора. Для концентрированного раствора имеем:
w 1 = m 1 / (V 1 (мл) ρ 1)
.
Необходимо найти объем этого раствора V 1 (мл) = m 1 / (w 1 ρ 1)
.
Поскольку разбавленный раствор готовится из концентрированного смешиванием последнего с водой, то масса вещества в этих двух растворах будет одинакова.
Для разбавленного раствора имеем:
с 2 = m 2 / (М V 2 (л))
и m 2 = с 2 М V 2 (л)
.
Найденное значение массы подставляем в выражение для объема концентрированного раствора и проводим необходимые вычисления:
V 1 (мл) = m / (w 1 ρ 1) = (с 2 М V 2) / (w 1 ρ 1) = (0,25 моль/л 98 г/моль 1,5 л) / (0,98 1,84 г/мл) = 20,4 мл
.
Окружающее нас пространство наполнено разными физическими телами, которые состоят из разных веществ с различной массой. Школьные курсы химии и физики, ознакомляющие с понятием и методом нахождения массы вещества, прослушали и благополучно забыли все, кто учился в школе. Но между тем теоретические знания, приобретенные когда-то, могут понадобиться в самый неожиданный момент.
Вычисление массы вещества с помощью удельной плотности вещества. Пример – имеется бочка на 200 литров. Нужно заполнить бочку любой жидкостью, скажем, светлым пивом. Как найти массу наполненной бочки? Используя формулу плотности вещества p=m/V, где p – удельная плотность вещества, m – масса, V – занимаемый объем, найти массу полной бочки очень просто:- Меры объемов – кубические сантиметры, метры. То есть бочка на 200 литров имеет объем 2 м³.
- Мера удельной плотности находится с помощью таблиц и является постоянной величиной для каждого вещества. Измеряется плотность в кг/м³, г/см³, т/м³. Плотность пива светлого и других алкогольных напитков можно посмотреть на сайте . Она составляет 1025,0 кг/м³.
- Из формулы плотности p=m/V => m=p*V: m = 1025,0 кг/м³* 2 м³=2050 кг.
Бочка объемом 200 литров, полностью наполненная светлым пивом, будет иметь массу 2050 кг.
Нахождение массы вещества с помощью молярной массы. M (x)=m (x)/v (x) – это отношение массы вещества к его количеству, где M (x) – это молярная масса X, m (x) – масса X, v (x) – количество вещества X. Если в условии задачи прописывается только 1 известный параметр – молярная масса заданного вещества, то нахождение массы этого вещества не составит труда. Например, необходимо найти массу йодида натрия NaI количеством вещества 0,6 моль.- Молярная масса исчисляется в единой системе измерений СИ и измеряется в кг/моль, г/моль. Молярная масса йодида натрия – это сумма молярных масс каждого элемента: M (NaI)=M (Na)+M (I). Значение молярной массы каждого элемента можно вычислить по таблице, а можно с помощью онлайн-калькулятора на сайте : M (NaI)=M (Na)+M (I)=23+127=150 (г/моль).
- Из общей формулы M (NaI)=m (NaI)/v (NaI) => m (NaI)=v (NaI)*M (NaI)= 0,6 моль*150 г/моль=90 грамм.
Масса йодида натрия (NaI) с массовой долей вещества 0,6 моль составляет 90 грамм.
- Разбавление раствора водой. Масса вещества растворенного X не изменяется m (X)=m’(X). Масса раствора увеличивается на массу добавленной воды m’ (р)=m (р)+m (H 2 O).
- Выпаривание воды из раствора. Масса растворенного вещества X не изменяется m (X)=m’ (X). Масса раствора уменьшается на массу выпаренной воды m’ (р)=m (р)-m (H 2 O).
- Сливание двух растворов. Массы растворов, а также массы растворенного вещества X при смешивании складываются: m’’ (X)=m (X)+m’ (X). m’’ (р)=m (р)+m’ (р).
- Выпадение кристаллов. Массы растворенного вещества X и раствора уменьшаются на массу выпавших кристаллов: m’ (X)=m (X)-m (осадка), m’ (р)=m (р)-m (осадка).
Варианты нахождение массы вещества – небесполезный курс школьного обучения, а вполне применяемые на практике способы. Каждый сможет без труда найти массу необходимого вещества, применяя вышеперечисленные формулы и пользуясь предлагаемыми таблицами. Для облегчения задания прописывайте все реакции, их коэффициенты.
Расчеты концентрации
растворенных веществ
в растворах
Решение задач на разбавление растворов особой
сложности не представляет, однако требует
внимательности и некоторого напряжения. Тем не
менее можно упростить решение этих задач,
используя закон разбавления, которым пользуются
в аналитической химии при титровании растворов.
Во всех задачниках по химии показаны решения
задач, представленных как образец решения, и во
всех решениях используется закон разбавления,
принцип которого состоит в том, что количество
растворенного вещества и масса m
в исходном и разбавленном
растворах остаются неизменными. Когда мы решаем
задачу, то это условие держим в уме, а расчет
записываем по частям и постепенно, шаг за шагом,
приближаемся к конечному результату.
Рассмотрим проблему решения задач на
разбавление, исходя из следующих соображений.
Количество растворенного вещества :
= c V ,
где c – молярная концентрация растворенного вещества в моль/л, V – объем раствора в л.
Масса растворенного вещества m (р.в.):
m(р. в.) = m (р-ра) ,
где m
(р-ра) – масса раствора в г, – массовая доля
растворенного вещества.
Обозначим в исходном (или неразбавленном)
растворе величины c
, V
, m
(р-ра), через с
1 , V
1 ,
m
1 (р-ра), 1 ,
а в разбавленном растворе – через с
2 , V
2 ,
m
2 (р-ра), 2 .
Составим уравнения разбавления растворов. Левые
части уравнений отведем для исходных
(неразбавленных) растворов, а правые части – для
разбавленных растворов.
Неизменность количества растворенного вещества
при разбавлении будет иметь вид:
Сохранение массы m (р. в.):
Количество растворенного вещества связано с его массой m (р. в.) cоотношением:
= m (р. в.)/M (р. в.),
где M
(р. в.) – молярная масса растворенного
вещества в г/моль.
Уравнения разбавления (1) и (2) связаны между собой
следующим образом:
с 1 V 1 = m 2 (р-ра) 2 /M (р. в.),
m 1 (р-ра) 1 = с 2 V 2 M (р. в.).
Если в задаче известен объем растворенного газа V (газа), то его количество вещества связано с объемом газа (н.у.) отношением:
= V (газа)/22,4.
Уравнения разбавления примут соответственно вид:
V(газа)/22,4 = с 2 V 2 ,
V(газа)/22,4 = m 2 (р-ра) 2 /M (газа).
Если в задаче известны масса вещества или
количество вещества, взятого для приготовления
раствора, то в левой части уравнения разбавления
ставится m
(р. в.) или , в зависимости от условия задачи.
Если по условию задачи требуется объединить
растворы разной концентрации одного и того же
вещества, то в левой части уравнения массы
растворенных веществ суммируются.
Довольно часто в задачах используется плотность
раствора (г/мл). Но
поскольку молярная концентрация с
измеряется в моль/л, то и плотность следует
выражать в г/л, а объем V
– в л.
Приведем примеры решения «образцовых» задач.
Задача 1. Какой объем 1М раствора серной кислоты надо взять, чтобы получить 0,5 л 0,1М H 2 SO 4 ?
Дано:
с 1 = 1 моль/л,
V
2 = 0,5 л,
с
2 = 0,1 моль/л.
Найти:
Решение
V 1 с 1 = V 2 с 2 ,
V 1 1 = 0,5 0,1; V 1 = 0,05 л, или 50 мл.
Ответ. V 1 = 50 мл.
Задача 2
(,
№ 4.23). Определите массу раствора с массовой
долей
(СuSО 4)
10% и массу воды, которые потребуются для
приготовления раствора массой 500 г с массовой
долей
(СuSО 4) 2%.
Дано:
1 = 0,1,
m
2 (р-ра) = 500 г,
2 = 0,02.
Найти:
m
1 (р-ра) = ?
m
(H 2 O) = ?
Решение
m 1 (р-ра) 1 = m 2 (р-ра) 2 ,
m 1 (р-ра) 0,1 = 500 0,02.
Отсюда m 1 (р-ра) = 100 г.
Найдем массу добавляемой воды:
m(H 2 O) = m 2 (р-ра) – m 1 (р-ра),
m(H 2 O) = 500 – 100 = 400 г.
Ответ. m 1 (р-ра) = 100 г, m (H 2 O) = 400 г.
Задача 3
(,
№ 4.37). Какой объем раствора с массовой долей
серной кислоты 9,3%
( = 1,05 г/мл)
потребуется для приготовления 0,35М
раствора
H 2 SO 4
объемом 40 мл?
Дано:
1 = 0,093,
1 = 1050 г/л,
с
2 = 0,35 моль/л,
V
2 = 0,04 л,
М
(H 2 SO 4) = 98 г/моль.
Найти:
Решение
m 1 (р-ра) 1 = V 2 с 2 М (H 2 SO 4),
V 1 1 1 = V 2 с 2 М (H 2 SO 4).
Подставляем значения известных величин:
V 1 1050 0,093 = 0,04 0,35 98.
Отсюда V 1 = 0,01405 л, или 14,05 мл.
Ответ. V 1 = 14,05 мл.
Задача 4
. Какой
объем хлороводорода (н.у.) и воды потребуется,
чтобы приготовить 1 л раствора ( = 1,05 г/см 3), в котором
содержание хлороводорода в массовых долях равно
0,1
(или 10%)?
Дано:
V(р-ра) = 1 л,
(р-ра) = 1050 г/л,
= 0,1,
М
(HCl) = 36,5 г/моль.
Найти:
V
(HCl) = ?
m
(H 2 O) = ?
Решение
V(HCl)/22,4 = m (р-ра) /М (HCl),
V(HCl)/22,4 = V (р-ра) (р-ра) /М (HCl),
V(HCl)/22,4 = 1 1050 0,1/36,5.
Отсюда V
(HCl) = 64,44 л.
Найдем массу добавляемой воды:
m(H 2 O) = m (р-ра) – m (HСl),
m(H 2 O) = V (р-ра) (р-ра) – V (HCl)/22,4 М (HCl),
m(H 2 O) = 1 1050 – 64,44/22,4 36,5 = 945 г.
Ответ. 64,44 л HCl и 945 г воды.
Задача 5 (, № 4.34). Определите молярную концентрацию раствора с массовой долей гидроксида натрия 0,2 и плотностью 1,22 г/мл.
Дано:
0,2,
= 1220 г/л,
М
(NaOH) = 40 г/моль.
Найти:
Решение
m(р-ра) = с V М (NaOH),
m(р-ра) = с m (р-ра) М (NaOH)/.
Разделим обе части уравнения на m (р-ра) и подставим численные значения величин.
0,2 = c 40/1220.
Отсюда c = 6,1 моль/л.
Ответ. c = 6,1 моль/л.
Задача 6 (, № 4.30). Определите молярную концентрацию раствора, полученного при растворении сульфата натрия массой 42,6 г в воде массой 300 г, если плотность полученного раствора равна 1,12 г/мл.
Дано:
m(Na 2 SO 4) = 42,6 г,
m
(H 2 O) = 300 г,
= 1120 г/л,
M
(Na 2 SO 4) = 142 г/моль.
Найти:
Решение
m(Na 2 SO 4) = с V М (Na 2 SO 4).
500 (1 – 4,5/(4,5 + 100)) = m 1 (р-ра) (1 – 4,1/(4,1 + 100)).
Отсюда m 1 (р-ра) = 104,1/104,5 500 = 498,09 г,
m(NaF) = 500 – 498,09 = 1,91 г.
Ответ. m (NaF) = 1,91 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г.
Задачи по химии
для поступающих в вузы. М.: Новая волна, 2002.
2. Фельдман Ф.Г., Рудзитис Г.Е.
Химия-9. М.:
Просвещение, 1990, с. 166.
Методика решения задач по химии
При решении задач необходимо руководствоваться несколькими простыми правилами:
- Внимательно прочитать условие задачи;
- Записать, что дано;
- Перевести, если это необходимо, единицы физических величин в единицы системы СИ (некоторые внесистемные единицы допускаются, например литры);
- Записать, если это необходимо, уравнение реакции и расставить коэффициенты;
- Решать задачу, используя понятие о количестве вещества, а не метод составления пропорций;
- Записать ответ.
В целях успешной подготовки по химии следует внимательно рассмотреть решения задач, приводимых в тексте, а также самостоятельно решить достаточное число их. Именно в процессе решения задач будут закреплены основные теоретические положения курса химии. Решать задачи необходимо на протяжении всего времени изучения химии и подготовки к экзамену.
Вы можете использовать задачи на этой странице, а можете скачать хороший сборник задач и упражнений с решением типовых и усложненных задач (М. И. Лебедева, И. А. Анкудимова): скачать .
Моль, молярная масса
Молярная масса – это отношение массы вещества к количеству вещества, т.е.
М(х) = m(x)/ν(x), (1)
где М(х) – молярная масса вещества Х, m(x) – масса вещества Х, ν(x) – количество вещества Х. Единица СИ молярной массы – кг/моль, однако обычно используется единица г/моль. Единица массы – г, кг. Единица СИ количества вещества – моль.
Любая задача по химии решается через количество вещества. Необходимо помнить основную формулу:
ν(x) = m(x)/ М(х) = V(x)/V m = N/N A , (2)
где V(x) – объем вещества Х(л), V m – молярный объем газа (л/моль), N – число частиц, N A – постоянная Авогадро.
1. Определите массу иодида натрия NaI количеством вещества 0,6 моль.
Дано : ν(NaI)= 0,6 моль.
Найти : m(NaI) =?
Решение . Молярная масса иодида натрия составляет:
M(NaI) = M(Na) + M(I) = 23 + 127 = 150 г/моль
Определяем массу NaI:
m(NaI) = ν(NaI) M(NaI) = 0,6 150 = 90 г.
2. Определите количество вещества атомного бора, содержащегося в тетраборате натрия Na 2 B 4 O 7 массой 40,4 г.
Дано : m(Na 2 B 4 O 7)=40,4 г.
Найти : ν(B)=?
Решение . Молярная масса тетрабората натрия составляет 202 г/моль. Определяем количество вещества Na 2 B 4 O 7:
ν(Na 2 B 4 O 7)= m(Na 2 B 4 O 7)/ М(Na 2 B 4 O 7) = 40,4/202=0,2 моль.
Вспомним, что 1 моль молекулы тетрабората натрия содержит 2 моль атомов натрия, 4 моль атомов бора и 7 моль атомов кислорода (см. формулу тетрабората натрия). Тогда количество вещества атомного бора равно: ν(B)= 4 ν (Na 2 B 4 O 7)=4 0,2 = 0,8 моль.
Расчеты по химическим формулам. Массовая доля.
Массовая доля вещества – отношение массы данного вещества в системе к массе всей системы, т.е. ω(Х) =m(Х)/m, где ω(X)– массовая доля вещества Х, m(X) – масса вещества Х, m – масса всей системы. Массовая доля – безразмерная величина. Её выражают в долях от единицы или в процентах. Например, массовая доля атомного кислорода составляет 0,42, или 42%, т.е. ω(О)=0,42. Массовая доля атомного хлора в хлориде натрия составляет 0,607, или 60,7%, т.е. ω(Cl)=0,607.
3. Определите массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl 2 2H 2 O.
Решение : Молярная масса BaCl 2 2H 2 O составляет:
М(BaCl 2 2H 2 O) = 137+ 2 35,5 + 2 18 =244 г/моль
Из формулы BaCl 2 2H 2 O следует, что 1 моль дигидрата хлорида бария содержит 2 моль Н 2 О. Отсюда можно определить массу воды, содержащейся в BaCl 2 2H 2 O:
m(H 2 O) = 2 18 = 36 г.
Находим массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl 2 2H 2 O.
ω(H 2 O) = m(H 2 O)/ m(BaCl 2 2H 2 O) = 36/244 = 0,1475 = 14,75%.
4. Из образца горной породы массой 25 г, содержащей минерал аргентит Ag 2 S, выделено серебро массой 5,4 г. Определите массовую долю аргентита в образце.
Дано : m(Ag)=5,4 г; m = 25 г.
Найти : ω(Ag 2 S) =?
Решение : определяем количество вещества серебра, находящегося в аргентите: ν(Ag) =m(Ag)/M(Ag) = 5,4/108 = 0,05 моль.
Из формулы Ag 2 S следует, что количество вещества аргентита в два раза меньше количества вещества серебра. Определяем количество вещества аргентита:
ν(Ag 2 S)= 0,5 ν (Ag) = 0,5 0,05 = 0,025 моль
Рассчитываем массу аргентита:
m(Ag 2 S) = ν(Ag 2 S) М(Ag 2 S) = 0,025 248 = 6,2 г.
Теперь определяем массовую долю аргентита в образце горной породы, массой 25 г.
ω(Ag 2 S) = m(Ag 2 S)/ m = 6,2/25 = 0,248 = 24,8%.
Вывод формул соединений
5. Определите простейшую формулу соединения калия с марганцем и кислородом, если массовые доли элементов в этом веществе составляют соответственно 24,7, 34,8 и 40,5%.
Дано : ω(K) =24,7%; ω(Mn) =34,8%; ω(O) =40,5%.
Найти : формулу соединения.
Решение : для расчетов выбираем массу соединения, равную 100 г, т.е. m=100 г. Массы калия, марганца и кислорода составят:
m (К) = m ω(К); m (К) = 100 0,247= 24,7 г;
m (Mn) = m ω(Mn); m (Mn) =100 0,348=34,8 г;
m (O) = m ω(O); m (O) = 100 0,405 = 40,5 г.
Определяем количества веществ атомных калия, марганца и кислорода:
ν(К)= m(К)/ М(К) = 24,7/39= 0,63 моль
ν(Mn)= m(Mn)/ М(Mn) = 34,8/ 55 = 0,63 моль
ν(O)= m(O)/ М(O) = 40,5/16 = 2,5 моль
Находим отношение количеств веществ:
ν(К) : ν(Mn) : ν(O) = 0,63: 0,63: 2,5.
Разделив правую часть равенства на меньшее число (0,63) получим:
ν(К) : ν(Mn) : ν(O) = 1: 1: 4.
Следовательно, простейшая формула соединения KMnO 4 .
6. При сгорании 1,3 г вещества образовалось 4,4 г оксида углерода (IV) и 0,9 г воды. Найти молекулярную формулу вещества, если его плотность по водороду равна 39.
Дано : m(в-ва) =1,3 г; m(СО 2)=4,4 г; m(Н 2 О)=0,9 г; Д Н2 =39.
Найти : формулу вещества.
Решение : Предположим, что искомое вещество содержит углерод, водород и кислород, т.к. при его сгорании образовались СО 2 и Н 2 О. Тогда необходимо найти количества веществ СО 2 и Н 2 О, чтобы определить количества веществ атомарных углерода, водорода и кислорода.
ν(СО 2) = m(СО 2)/ М(СО 2) = 4,4/44 = 0,1 моль;
ν(Н 2 О) = m(Н 2 О)/ М(Н 2 О) = 0,9/18 = 0,05 моль.
Определяем количества веществ атомарных углерода и водорода:
ν(С)= ν(СО 2); ν(С)=0,1 моль;
ν(Н)= 2 ν(Н 2 О); ν(Н)= 2 0,05 = 0,1 моль.
Следовательно, массы углерода и водорода будут равны:
m(С) = ν(С) М(С) = 0,1 12 = 1,2 г;
m(Н) = ν(Н) М(Н) = 0,1 1 =0,1 г.
Определяем качественный состав вещества:
m(в-ва) = m(С) + m(Н) = 1,2 + 0,1 = 1,3 г.
Следовательно, вещество состоит только из углерода и водорода (см. условие задачи). Определим теперь его молекулярную массу, исходя из данной в условии задачи плотности вещества по водороду.
М(в-ва) = 2 Д Н2 = 2 39 = 78 г/моль.
ν(С) : ν(Н) = 0,1: 0,1
Разделив правую часть равенства на число 0,1, получим:
ν(С) : ν(Н) = 1: 1
Примем число атомов углерода (или водорода) за «х», тогда, умножив «х» на атомные массы углерода и водорода и приравняв эту сумму молекулярной массе вещества, решим уравнение:
12х + х = 78. Отсюда х= 6. Следовательно, формула вещества С 6 Н 6 – бензол.
Молярный объем газов. Законы идеальных газов. Объемная доля .
Молярный объем газа равен отношению объема газа к количеству вещества этого газа, т.е.
V m = V(X)/ ν(x),
где V m – молярный объем газа - постоянная величина для любого газа при данных условиях; V(X) – объем газа Х; ν(x) – количество вещества газа Х. Молярный объем газов при нормальных условиях (нормальном давлении р н = 101 325 Па ≈ 101,3 кПа и температуре Тн= 273,15 К ≈ 273 К) составляет V m = 22,4 л/моль.
В расчетах, связанных с газами, часто приходится переходить от данных условий к нормальным или наоборот. При этом удобно пользоваться формулой, следующей из объединенного газового закона Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:
──── = ─── (3)
Где p – давление; V – объем; Т- температура в шкале Кельвина; индекс «н» указывает на нормальные условия.
Состав газовых смесей часто выражают при помощи объемной доли – отношения объема данного компонента к общему объему системы, т.е.
где φ(Х) – объемная доля компонента Х; V(X) – объем компонента Х; V - объем системы. Объемная доля – безразмерная величина, её выражают в долях от единицы или в процентах.
7. Какой объем займет при температуре 20 о С и давлении 250 кПа аммиак массой 51 г?
Дано : m(NH 3)=51 г; p=250 кПа; t=20 o C.
Найти : V(NH 3) =?
Решение : определяем количество вещества аммиака:
ν(NH 3) = m(NH 3)/ М(NH 3) = 51/17 = 3 моль.
Объем аммиака при нормальных условиях составляет:
V(NH 3) = V m ν(NH 3) = 22,4 3 = 67,2 л.
Используя формулу (3), приводим объем аммиака к данным условиям [температура Т= (273 +20)К = 293 К]:
p н TV н (NH 3) 101,3 293 67,2
V(NH 3) =──────── = ───────── = 29,2 л.
8. Определите объем , который займет при нормальных условиях газовая смесь, содержащая водород, массой 1,4 г и азот, массой 5,6 г.
Дано : m(N 2)=5,6 г; m(H 2)=1,4 ; н.у.
Найти : V(смеси)=?
Решение : находим количества вещества водорода и азота:
ν(N 2) = m(N 2)/ М(N 2) = 5,6/28 = 0,2 моль
ν(H 2) = m(H 2)/ М(H 2) = 1,4/ 2 = 0,7 моль
Так как при нормальных условиях эти газы не взаимодействуют между собой, то объем газовой смеси будет равен сумме объемов газов, т.е.
V(смеси)=V(N 2) + V(H 2)=V m ν(N 2) + V m ν(H 2) = 22,4 0,2 + 22,4 0,7 = 20,16 л.
Расчеты по химическим уравнениям
Расчеты по химическим уравнениям (стехиометрические расчеты) основаны на законе сохранения массы веществ. Однако в реальных химических процессах из-за неполного протекания реакции и различных потерь веществ масса образующихся продуктов часто бывает меньше той, которая должна образоваться в соответствии с законом сохранения массы веществ. Выход продукта реакции (или массовая доля выхода) – это выраженное в процентах отношение массы реально полученного продукта к его массе, которая должна образоваться в соответствии с теоретическим расчетом, т.е.
η = /m(X) (4)
Где η– выход продукта, %; m p (X) - масса продукта Х, полученного в реальном процессе; m(X) – рассчитанная масса вещества Х.
В тех задачах, где выход продукта не указан, предполагается, что он – количественный (теоретический), т.е. η=100%.
9. Какую массу фосфора надо сжечь для получения оксида фосфора (V) массой 7,1 г?
Дано : m(P 2 O 5)=7,1 г.
Найти : m(Р) =?
Решение : записываем уравнение реакции горения фосфора и расставляем стехиометрические коэффициенты.
4P+ 5O 2 = 2P 2 O 5
Определяем количество вещества P 2 O 5 , получившегося в реакции.
ν(P 2 O 5) = m(P 2 O 5)/ М(P 2 O 5) = 7,1/142 = 0,05 моль.
Из уравнения реакции следует, что ν(P 2 O 5)= 2 ν(P), следовательно, количество вещества фосфора, необходимого в реакции равно:
ν(P 2 O 5)= 2 ν(P) = 2 0,05= 0,1 моль.
Отсюда находим массу фосфора:
m(Р) = ν(Р) М(Р) = 0,1 31 = 3,1 г.
10. В избытке соляной кислоты растворили магний массой 6 г и цинк массой 6,5 г. Какой объем водорода, измеренный при нормальных условиях, выделится при этом?
Дано : m(Mg)=6 г; m(Zn)=6,5 г; н.у.
Найти : V(H 2) =?
Решение : записываем уравнения реакции взаимодействия магния и цинка с соляной кислотой и расставляем стехиометрические коэффициенты.
Zn + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2
Mg + 2 HCl = MgCl 2 + H 2
Определяем количества веществ магния и цинка, вступивших в реакцию с соляной кислотой.
ν(Mg) = m(Mg)/ М(Mg) = 6/24 = 0,25 моль
ν(Zn) = m(Zn)/ М(Zn) = 6,5/65 = 0,1 моль.
Из уравнений реакции следует, что количество вещества металла и водорода равны, т.е. ν(Mg) = ν(Н 2); ν(Zn) = ν(Н 2), определяем количество водорода, получившегося в результате двух реакций:
ν(Н 2) = ν(Mg) + ν(Zn) = 0,25 + 0,1= 0,35 моль.
Рассчитываем объем водорода, выделившегося в результате реакции:
V(H 2) = V m ν(H 2) = 22,4 0,35 = 7,84 л.
11. При пропускании сероводорода объемом 2,8 л (нормальные условия) через избыток раствора сульфата меди (II) образовался осадок массой 11,4 г. Определите выход продукта реакции.
Дано : V(H 2 S)=2,8 л; m(осадка)= 11,4 г; н.у.
Найти : η =?
Решение : записываем уравнение реакции взаимодействия сероводорода и сульфата меди (II).
H 2 S + CuSO 4 = CuS ↓+ H 2 SO 4
Определяем количество вещества сероводорода, участвующего в реакции.
ν(H 2 S) = V(H 2 S) / V m = 2,8/22,4 = 0,125 моль.
Из уравнения реакции следует, что ν(H 2 S) = ν(СuS) = 0,125 моль. Значит можно найти теоретическую массу СuS.
m(СuS) = ν(СuS) М(СuS) = 0,125 96 = 12 г.
Теперь определяем выход продукта, пользуясь формулой (4):
η = /m(X)= 11,4 100/ 12 = 95%.
12. Какая масса хлорида аммония образуется при взаимодействии хлороводорода массой 7,3 г с аммиаком массой 5,1 г? Какой газ останется в избытке? Определите массу избытка.
Дано : m(HCl)=7,3 г; m(NH 3)=5,1 г.
Найти : m(NH 4 Cl) =? m(избытка) =?
Решение : записываем уравнение реакции.
HCl + NH 3 = NH 4 Cl
Эта задача на «избыток» и «недостаток». Рассчитываем количества вещества хлороводорода и аммиака и определяем, какой газ находится в избытке.
ν(HCl) = m(HCl)/ М(HCl) = 7,3/36,5 = 0,2 моль;
ν(NH 3) = m(NH 3)/ М(NH 3) = 5,1/ 17 = 0,3 моль.
Аммиак находится в избытке, поэтому расчет ведем по недостатку, т.е. по хлороводороду. Из уравнения реакции следует, что ν(HCl) = ν(NH 4 Cl) = 0,2 моль. Определяем массу хлорида аммония.
m(NH 4 Cl) = ν(NH 4 Cl) М(NH 4 Cl) = 0,2 53,5 = 10,7 г.
Мы определили, что аммиак находится в избытке (по количеству вещества избыток составляет 0,1 моль). Рассчитаем массу избытка аммиака.
m(NH 3) = ν(NH 3) М(NH 3) = 0,1 17 = 1,7 г.
13. Технический карбид кальция массой 20 г обработали избытком воды, получив ацетилен, при пропускании которого через избыток бромной воды образовался 1,1,2,2 –тетрабромэтан массой 86,5 г. Определите массовую долю СаС 2 в техническом карбиде.
Дано : m = 20 г; m(C 2 H 2 Br 4)=86,5 г.
Найти : ω(СаC 2) =?
Решение : записываем уравнения взаимодействия карбида кальция с водой и ацетилена с бромной водой и расставляем стехиометрические коэффициенты.
CaC 2 +2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2
C 2 H 2 +2 Br 2 = C 2 H 2 Br 4
Находим количество вещества тетрабромэтана.
ν(C 2 H 2 Br 4) = m(C 2 H 2 Br 4)/ М(C 2 H 2 Br 4) = 86,5/ 346 = 0,25 моль.
Из уравнений реакций следует, что ν(C 2 H 2 Br 4) =ν(C 2 H 2) = ν(СаC 2) =0,25 моль. Отсюда мы можем найти массу чистого карбида кальция (без примесей).
m(СаC 2) = ν(СаC 2) М(СаC 2) = 0,25 64 = 16 г.
Определяем массовую долю СаC 2 в техническом карбиде.
ω(СаC 2) =m(СаC 2)/m = 16/20 = 0,8 = 80%.
Растворы. Массовая доля компонента раствора
14. В бензоле объемом 170 мл растворили серу массой 1,8 г. Плотность бензола равна 0,88 г/мл. Определите массовую долю серы в растворе.
Дано : V(C 6 H 6) =170 мл; m(S) = 1,8 г; ρ(С 6 C 6)=0,88 г/мл.
Найти : ω(S) =?
Решение : для нахождения массовой доли серы в растворе необходимо рассчитать массу раствора. Определяем массу бензола.
m(С 6 C 6) = ρ(С 6 C 6) V(C 6 H 6) = 0,88 170 = 149,6 г.
Находим общую массу раствора.
m(р-ра) = m(С 6 C 6) + m(S) =149,6 + 1,8 = 151,4 г.
Рассчитаем массовую долю серы.
ω(S) =m(S)/m=1,8 /151,4 = 0,0119 = 1,19 %.
15. В воде массой 40 г растворили железный купорос FeSO 4 7H 2 O массой 3,5 г. Определите массовую долю сульфата железа (II) в полученном растворе.
Дано : m(H 2 O)=40 г; m(FeSO 4 7H 2 O)=3,5 г.
Найти : ω(FeSO 4) =?
Решение : найдем массу FeSO 4 содержащегося в FeSO 4 7H 2 O. Для этого рассчитаем количество вещества FeSO 4 7H 2 O.
ν(FeSO 4 7H 2 O)=m(FeSO 4 7H 2 O)/М(FeSO 4 7H 2 O)=3,5/278=0,0125моль
Из формулы железного купороса следует, что ν(FeSO 4)= ν(FeSO 4 7H 2 O)=0,0125 моль. Рассчитаем массу FeSO 4:
m(FeSO 4) = ν(FeSO 4) М(FeSO 4) = 0,0125 152 = 1,91 г.
Учитывая, что масса раствора складывается из массы железного купороса (3,5 г) и массы воды (40 г), рассчитаем массовую долю сульфата железа в растворе.
ω(FeSO 4) =m(FeSO 4)/m=1,91 /43,5 = 0,044 =4,4 %.
Задачи для самостоятельного решения
- На 50 г йодистого метила в гексане подействовали металлическим натрием, при этом выделилось 1,12 л газа, измеренного при нормальных условиях. Определите массовую долю йодистого метила в растворе. Ответ : 28,4%.
- Некоторый спирт подвергли окислению, при этом образовалась одноосновная карбоновая кислота. При сжигании 13,2 г этой кислоты получили углекислый газ, для полной нейтрализации которого потребовалось 192 мл раствора КОН с массовой долей 28%. Плотность раствора КОН равна 1,25 г/мл. Определите формулу спирта. Ответ : бутанол.
- Газ, полученный при взаимодействии 9,52 г меди с 50 мл 81 % раствора азотной кислоты, плотностью 1,45 г/мл, пропустили через 150 мл 20 % раствора NaOH плотностью 1,22 г/мл. Определите массовые доли растворенных веществ. Ответ : 12,5% NaOH; 6,48% NaNO 3 ; 5,26% NaNO 2 .
- Определите объем выделившихся газов при взрыве 10 г нитроглицерина. Ответ : 7,15 л.
- Образец органического вещества массой 4,3 г сожгли в кислороде. Продуктами реакции являются оксид углерода (IV) объемом 6,72 л (нормальные условия) и вода массой 6,3 г. Плотность паров исходного вещества по водороду равна 43. Определите формулу вещества. Ответ : С 6 Н 14 .
