Задачі на приготування розчинів

Зразки розв’язків типових розрахункових задач

Основні позначення фізичних величин та формули для їх визначення

Аr – відносна атомна маса; Мr – відносна молекулярна маса; W – масова частка; j – об’ємна частка; c – мольна частка; С – молярна концентрація; т – маса речовини; m(a) – маса одиничного атома або одиничної молекули в кілограмах або грамах; h – вихід продукту реакції від теоретично можливого; r – густина; V – об'єм; n – кількість речовини; N – число структурних частинок (атомів, йонів або молекул) у даній речовині; N_а – стала Авогадро, яка дорівнює 6,022 × 10²³ моль^-1; М – молярна маса речовини; Vm – молярний об'єм газів; D – відносна густина газів

Фізична величина	Позна-чення	Формула для її визначення	Одиниці виміру
відносна атомна маса	Ar	Ar =
відносна молекулярна маса	Mr	Mr = SAr; Mr(суміші) = c1× Mr1 + c2× Mr2 + ... Mr(спол.) =	–
масова частка	W	W = ; W = ; W(ел.) =	–
об’ємна частка	j	j = ; j = ;	–
мольна частка	c	c =	–
молярна концентрація	С	С =	моль/л
густина	r	r = ; r =	г/см3
об’єм	V	V = ; V = n×Vm	л, см3
кількість речовини	n	n = ; n = ;n =	моль
число атомів або молекул у даній речовині	N	N = n×NA	–
число атомів даного елемента у молекулі (структурній частинці) даної речовини	N(ел.)	N(ел.) =
відносна густина одного газу за іншим	D	D = ; D =	–
маса	m	m = r×V; m = n×M; m(реч.) = W×m(р-ну)	кг, г
вихід продукту реакції від теоретично можливого	h	h = ; h =

Обчислення за хімічною формулою

Задача 1. Визначити відносну молекулярну масу сульфатної кислоти H₂SO₄.

Розв’язок

Задача 2. Яка буде формула нітроген оксиду, у якому масова частка Оксигену складає 36,36%?

Розв’язок

А_r(N) = 14; A_r(O) = 16.

Оскільки Оксиген у сполуках проявляє валентність ІІ, то формула нітроген оксиду:

Задача 3. Деякі елементи X i Y утворюють сполуки XYO₄ (W(O) = 40,51%) i X₂YO₄ (W(O) = 32,49%). Визначити елементи X i Y.

Розв’язок

W(ел.) = ;

Mr(XYO₄) = ; Mr(X₂YO₄) =

Нехай Аr(X) = x; Ar(Y) = y. Тоді:

х = 39 (К); y =55 (Mn)

KMnO₄ i K₂MnO₄

Задача 4.Речовина має загальну формулу E₂CrO₄. Масова частка невідомого елемента в цій сполуці становить 40,206%. Визначити, який це елемент.

Розв’язок

Визначимо масову частку CrO₄ у сполуці:

W(CrO₄) = 100% – 40,206% = 59,794%

Виходячи з формули

W(CrO₄) = , знайдемо молярну масу сполуки E₂CrO₄.

Mr(E₂CrO₄) = ; Mr(E₂CrO₄) = » 194

Ar(E) = = 39

Невідомий елемент – калій.

Задача 5.Доведіть, що існують сполуки з загальною формулою ЕНх, які містять 12,5% Гідрогену за масою.

Розв’язок

W(H) =

0,125 =

Ar(E) = 7x

Розв’язок

Знаючи кількість атомів Оксигену, що входять до складу кристалогідрату, визначимо його молярну масу.

;

= 618

Молярну масу кристалогідрату можна визначити і через Гідроген:

= 530

Різні значення відносної молекулярної маси невідомого кристалогідрату свідчать, що до складу катіона може входити Гідроген, тобто, катіон амонію. Тоді:

Аr(Б) = Mr(А¹⁺Б³⁺(SO₄)₂×12H₂O) – Mr(NH₄⁺) – 2Mr(SO₄) – 12Mr(H₂O)

Аr(Б) = 618 – 18 – 192 – 12×18 = 192 (Ir)

NH₄Ir(SO₄)₂×12H₂O

Задача 7. Хімічний елемент Х широко застосовується в металургії, літакобудуванні та інших галузях промисловості. Найважливіші руди цього елемента містять його вищий солетворний оксид. Хлорид, у якому елемент проявляє валентність відповідно до його місця в періодичній системі, містить 74,74% хлору. Який це елемент?

Розв’язок

Нехай формула хлориду невідомого елемента EClx, де х – валентність елемента.

Виходячи з формули визначення масової частки елемента в сполуці

W(Cl) = , знайдемо відносну молекулярну масу хлориду невідомого елемента:

Mr(EClx) = Mr(EClx) = = 47,5x

Ar(E) = 47,5x – 35,5x = 12x

Оскільки х – валентність невідомого елемента, то вона може бути від 1 до 7:

Оскільки Карбон не буває одновалентним, то можливі два варіанти розв’язку: Mg (MgCl₂) i Ti (TiCl₄).

Задача 8. Вищий оксид хімічного елемента V групи має відносну молекулярну масу 102. Назвіть хімічний елемент, складіть формули його вищого оксиду та гідрату оксиду, зазначте їх характер.

Розв’язок

Е₂О₃

Аr(E) = x

2x + 48 = 102

x = 27 (Al)

Al₂O₃, Al(OH)₃ – амфотерні

Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O або

Al₂O₃ + 2NaOH + 3 H₂O = 2Na[Al(OH)₄]

Al(OH)₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O або

Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]

Задача 9. Масова частка Гідрогену в кислоті становить 1,25%. До складу кислоти входять також Фосфор(V) та Оксиген. Визначити формулу кислоти. Відповідь підтвердити розрахунками.

Розв’язок

HxPyOz

W(P) = y₁; W(O) = z₁

y₁ + z₁ = 100 – 1,25 = 98,75%

m(р-ни) = 100 г

n(H) = ; n(P) = ; n(O) =

Молекула електронейтральна, тому:

W(P) = 38,75%

W(O) = 60,00%

n(Н):n(Р):n(О) = 1,25: : = 1,25:1,25:3,75 = 1:1:3

HPO₃

Задача 10.Якщо до 100 г розчину сульфату натрію з масовою часткою розчиненої речовини 53% добавити тверду сіль А, то масова частка розчиненої речовини не зміниться. А якщо до одержаного розчину добавити сіль В масою, що дорівнює масі розчину, то масова частка солі зменшиться до 48,5%. Знайдіть формули та визначте маси солей А і В, якщо їх співвідношення 1:5.

Розв’язок

Оскільки при додаванні солі А масова частка розчиненої речовини не зміниться, то сіль А – кристалогідрат, у якому масова частка солі така ж, як і в розчині – 53%.

Na₂SO₄∙xH₂O

Mr(Na₂SO₄∙xH₂O) = = 268

x = ; Na₂SO₄∙7H₂O

Сіль Б – Na₂SO₄∙yH₂O

Позначимо масову частку солі Na₂SO₄∙у кристалогідраті Na₂SO₄∙yH₂O через а.

Для визначення масової частки натрій сульфату∙в кристалогідраті Б використаємо „правило хреста” (див. с. ??)

W1		W3– W2
	W3
W2		W1– W3

53		48,5–a
	48,5
a		4,5

48,5–a = 4,5

а = 44

Знайдемо відносну молекулярну масу солі В:

Mr(Na₂SO₄∙yH₂O) = = 323

y = ; Na₂SO₄∙10H₂O

Нехай маса солі А:

m(A) = m, тоді маса солі В:

m(B) = 100 + m

За умовою задачі маса солі А відноситься до маси солі В як

5m = 100+m

4m = 100

m = 25 г (m(A))

m(B) = 125 г

Задача 11. Хлорпохідне насиченого вуглеводню має відносну молекулярну масу 237. Масова частка Хлору в сполуці рівна 0,899, а масова частка Карбону рівна 0,101. Знайдіть молекулярну формулу хлорпохідного.

Розв’язок

СхCly

n(C) = ;

C₂Cl₆

Задача 12. Органічна речовина А містить 41,38% С, 3,45% Н, решта – Оксиген. При нагріванні з етанолом у присутності кислоти ця речовина утворює сполуку Б, що містить 55,61% Карбону, 6,97% Гідрогену і Оксиген. При взаємодії з бромоводнем речовина А утворює продукт В, який при кип’ятінні у воді дає речовину Г, що містить 35,82% Карбону, 4,48% Гідрогену і Оксиген. 2,68 г речовини Г взаємодіє з 20 мл 2 М розчину їдкого калі. Виведіть структурні формули речовин А, Б, ВіГ.

Розв’язок

A: CxHyOz x : y : z = 3,45:3,45:3,45 = 1:1:1

Б: CaHkOs a : k : s = = 4,63:6,97:2,34 = 2:3:1

Г: CmHnOg m : n : g = 2,985:4,48:3,73 = 1:1,5:1,25 = 4:6:5

n(KOH) = C×V = 2 × 0,02 = 0,04 моль

n(С₄Н₆О₅) = моль

Тоді це двохосновна оксикарбонова кислота. Її формула:

Г

Тоді речовини, згадані в умові задачі, матимуть формули: А – С₄Н₄О₄; Б – С₈Н₁₂О₄; В – С₄Н₅О₄Br.

Рівняння реакцій:

Задача 13.Газ А має густину в 3 рази більшу за повітря. При взаємодії з водою газу А на холоді і в темноті одержують тільки кислоту Б, яка на світлі здатна перетворюватися в дві кислоти – В і Г. Якщо розчинити у воді газ А, пропущений попередньо через розжарену скляну трубку, одержують теж дві кислоти – Б і В. При взаємодії одного з продуктів термічного розкладу газу А з розчином лугу в залежності від умов одержують солі кислот або Б і В, або В і Г. Укажіть перелічені речовини і напишіть рівняння реакцій, якщо відомо, що одна із солей кислоти Г містить 31,8% калію і 39,2% кисню.

Розв’язок

Сіль кислоти Г – КхЕyOz. Молекула електронейтральна, тому:

0,815 + - 4,9 = 0

29n = 4,085a

7,1n=a

n	2
a	7,1	14,2	21,3	27,4	35,5	42,6	49,7
E	-	-	-	-	Cl	-	-

Г – KxClyOz

x : y : z = 0,815 : 0,816 : 2,45 = 1 : 1 : 3

KClO₃

Mr(A) = 29·3 = 87 – Cl₂O

A – Cl₂O; Б – HClO; В – HCl; Г – HClO₃

Cl₂O + H₂O = 2HClO

2Cl₂O = 2Cl₂ + O₂

3HClO = 2HCl + HClO₃

Cl₂ + H₂O = HCl + HClO

Cl₂ + KOH KCl + KClO + H₂O

3Cl₂ + 6KOH 5KCl + 3H₂O

Задача 14.Речовина А з відносною молекулярною масою 94 має такий процентний склад: 76,60% С, 6,38% Н, 17,02% О (за масою). Речовина А реагує з натрієм і гідроксидом натрію. При взаємодії А з метилхлоридом в присутності АlCl₃ утворюються речовини В і С, а також хлороводень. Речовина D з відносною молекулярною масою 92 має процентний склад: 91,30% С, 8,70% Н (за масою) і на світлі реагує з хлором з утворенням речовини Е, яка при гідролізі в лужному середовищі перетворюється в речовину F, ізомерну речовинам В і С. Наведіть структурні формули речовин А, В, С, D, E i F і напишіть рівняння згаданих хімічних реакцій.

Розв’язок

n(С) = ; n(Н) = ; n(О) =

С₆Н₆О. Так як речовина А взаємодіє з натрієм і натрій гідроксидом, то це фенол:

Речовина D:

n(C) = ; n(H) = ; D – C₇H₈

Враховуючи умову задачі, речовина D – толуол.

Задачі на приготування розчинів

Задача 1.Визначте масу 24,5%-ного розчину сульфатної кислоти, в якому треба розчинити 120 г сірчаного ангідриду, щоб утворився 49%-ний її розчин?

Розв’язок

Такі задачі можна розв’язувати через „правило хреста”.

Нехай є розчин масою m₁, у якому масова частка розчиненої речовини W₁. До цього розчину долили розчин масою m₂, у якому масова частка розчиненої речовини W₂. При цьому утворився розчин масою m₃, у якому масова частка розчиненої речовини W₃, причому, маса утвореного розчину буде дорівнювати сумі мас першого і другого розчинів, а маса розчиненої речовини в третьому розчині буде дорівнювати сумі мас розчиненої речовини у першому і другому розчинах.

Оскільки маса розчиненої речовини в третьому розчині буде дорівнювати сумі мас розчиненої речовини у першому і другому розчині, то:

W₁ m₁ + W₂ m₂ = W₃ m₃

Так як маса третього розчину буде дорівнювати сумі мас першого і другого розчинів, то:

W₁ m₁ + W₂ m₂ = W₃ (m₁ + m₂)

W₁ m₁ + W₂ m₂ = W₃ m₁ + W₃ m₂

W₁ m₁ – W₃ m₁ = W₃ m₂ – W₂ m₂

m₁(W₁ – W₃) = m₂(W₃ – W₂)

– формула правила змішування

Часто замість виведення формули правила змішування використовують „правило хреста”

W1				W3-W2
		W3
W2				W1-W3

1. І спосіб.

W1 =

W₁ W₃-W₂

W₃

W₂ W₁-W₃

W₁ – уявна масова частка сульфатної кислоти в сірчаному ангідриді.

1,225 0,245

0,49

0,245 0,735

ІІ спосіб.

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

m(р-ну H₂SO₄) = x; m(H₂SO₄) = 0,245x;

моль

Задача 2.Визначити масу води, в якій треба розчинити 45 г цукру, щоб одержати розчин з масовою часткою цукру 10%.

Розв’язок

Задача 3.Визначте маси розчину сульфур(VI) оксиду в чистій сульфатній кислоті (масова частка сульфур(VI) оксиду дорівнює 10%) і розчину з масовою часткою сульфатної кислоти 60%, необхідні для приготування 480 г розчину з масовою часткою сульфатної кислоти 90%.

Розв’язок

m (H₂SO₄) = 0,9×480 = 432

m(олеуму) = х

m(SO₃) = 0,1x; m₁(H₂SO₄) = 0,9x;

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

n(SO₃) = n₂(H₂SO₄) = ; m₂(H₂SO₄) = 98× = 0,1225x

m₂(p-ну) = 480 – х

m₃(H₂SO₄) = 0,6(480-х) = 288 – 0,6х

0,9х + 0,1225х + 288 – 0,6х = 432

х = 340,83 (m(олеуму)

m₂(p-ну) = 480 – 340,83 = 139,17

Задача 4.При розчиненні у воді масою 160 г кристалогідрату MeSO₄×5H₂O масою 40 г одержали розчин з масовою часткою MeSO₄ 12,8%. Визначте невідому сіль.

Розв’язок

Ar(Me) = x

Mr(MeSO₄) = x + 96

Mr(MeSO₄×5H₂O) = x + 186

Масова частка солі в кристалогідраті становить:

W(MeSO₄) = , тоді маса солі у кристалогідраті дорівнює

m(MeSO₄) = W(MeSO₄)×m(кристалогідрату)

m(MeSO₄) =

Для визначення масової частки солі в розчині скористаємося формулою:

W(MeSO₄) =

Підставимо у цю формулу всі відомі нам величини

0,128 = ;

x = 64 (Cu)

Задача 5.Скільки молекул метилового спирту (СН₃ОН) і води міститься в 100 мл 12%-вого водного розчину метилового спирту, густина якого 0,98 г/см³?

Розв’язок

m(р-ну) = V×r; m(р-ну) = 100×0,98 = 98 г;

m(CH₃OH) = m(р-ну)×W = 98×0,12 = 11,76 г

n = n(СН₃ОН) = моль

N(СН₃ОН) = n×N_A = 0,3675×6,02×10²³ = 2,21235×10²³ молекул

m(H₂O) = 98 – 11,76 = 86,24 г

n(H₂O) = моль

N(H₂O) = 4,79×6,02×10²³ = 28,8425×10²³ молекул

Задача 6.При 100°С у 100 г води розчиняється 347 г натрій гідроксиду.

а). Яка масова частка NaOH в отриманому розчині?

б). Яка мольна частка NaOH в отриманому розчині?

в). Скільки молекул води припадає на 1 атом (точніше, йон) натрію в отриманому розчині?

Розв’язок

W(NaOH) = 0,7763 або 77,63%

n(NaOH) = = 8,675 моль = n(Na)

n(Н₂О) = 5,556 моль

n(р-ну) = n(NaOH) + n(Н₂О) = 8,675 + 5,556 = 14,231 моль

c = = 0,6096 або 60,96%

N(Na) : N(H₂O) = n(Na) : n(Н₂О) = 8,675 : 5,556 = 1 : 0,64

Задача 7. Визначити молярну концентрацію розчину, який утворюється при змішуванні 300 см³ 2М і 700 см³ 4M розчинів сульфатної кислоти.

Розв’язок

V1(р-ну) = 300 см3 C1(H2SO4) = 2 моль/л V2(р-ну) = 700 см3 C1(H2SO4) = 4 моль/л

Молярна концентрація визначається за формулою: С(H2SO4) = Визначимо кількість речовини сульфатної кислоти у першому розчині: n1(H2SO4) = C1(H2SO4)×V1(р-ну) n1(H2SO4) = 2 моль/л×0,3 л = 0,6 моль Визначимо кількість речовини сульфатної кислоти у другому розчині: n2(H2SO4) = 4 моль/л×0,7 л = 2,8 моль Кількість речовини сульфатної кислоти дорівнюватиме сумі кількостей речовини кислотив першому і другому розчині: n(H2SO4) = n1(H2SO4) + n2(H2SO4) n(H2SO4) = = 0,6 моль + 2,8 моль = 3,4 моль V(р-ну) = 300см3 + 700 см3 = 1000 см3 = 1 л С(H2SO4) = = 3,4 моль/л

С¢(H2SO4) = ? Додаткові дані: 300 см3 = 0,3 л 700 см3 = 0,7 л

Задача 8. Визначте об’єм 7 М розчину сульфатної кислоти, який треба добавити до 120 мл 2 М розчину, щоб утворився 4 М розчин.

Розв’язок

. I спосіб

Задачі на молярну концентрацію теж можна розв’язувати через „правило хреста”.

7 4-2 4 2 7-4

C₁ C₃-C₂

C₃

C₂ C₁-C₃

ІІ спосіб

V₁(р-ну) = x; n₁(H₂SO₄) = 7x; n₂(H₂SO₄) = C×V = 2×0,120 = 0,24 моль

Задача 9.Визначте молярну концентрацію 22,54%-вого розчину фосфатної кислоти (r=1,315).

Розв’язок

Приймемо масу розчину за 100 г. Тоді маса фосфатної кислоти в розчині становитиме 22,54 г.

n = ; n(Н₃РО₄) = = 0,23 моль

V(р-ну) = ; V(р-ну) = мл = 0,076 л

С = ; С = » 3,03 моль/л

Розчини

Задача 10.У 100 г 20%-ного (за масою) водного розчину натрій гідроксиду обережно ввели x грам металічного натрію. У результаті реакції утворилося y г 40%-ного (за масою) розчину натрій гідроксиду.

а). Знайдіть значення x i y.

б). Обчисліть молярну концентрацію 40%-ного розчину натрій гідроксиду, якщо об’єм y грамів цього розчину в 7 разів менший об’єму 1 М розчину сульфатної кислоти, необхідної для його нейтралізації.

Розв’язок

a).

б).

m(NaOH) = 100×0,2+40×0,641 = 45,64

Задача 11.Визначте об’єм 7 М розчину сульфатної кислоти, який треба добавити до 120 мл 2 М розчину, щоб утворився 4 М розчин.

Розв’язок

. I спосіб

C₁ C₃-C₂

C₃

C₂ C₁-C₃

ІІ спосіб

V₁(р-ну) = x; n₁(H₂SO₄) = 7x; n₂(H₂SO₄) = C×V = 2×0,120 = 0,24 моль

Задача 12.Яку масу натрію слід добавити до 100 мл розчину натрій гідроксиду з масовою часткою 8% (густина розчину 1,085 г/мл), щоб одержати розчин з масовою часткою натрій гідроксиду 10%?

Розв’язок

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

m₁(NaOH) = 100×1,085 × 0,08 = 8,68 г

n(Na) = x = n₂(NaOH); n(H₂) = 0,5x

m(Na) = 23x; m₂(NaOH) = 40x; m(H₂) = x

W¢(NaOH) = =0,1

8,68 + 40x = 10,85 + 2,2x

37,8x = 2,17

x = 0,0574

m(Na) = 0,0574×23 = 1,32

Поиск по сайту: