Задачи на расчет состава смесей (продолжение)
Задача 61. Газом, полученным при обработке 100 г сплава меди с цинком избытком соляной кислоты при нагревании, полностью восстановили оксид железа (III), при этом масса оксида уменьшилась на
9,6 г. Какова массовая доля цинка в сплаве?
Решение.
Прежде всего, надо понять, почему уменьшилась масса оксида. Обычно такое случается, когда идет разложение вещества, и часть вещества куда-либо уходит. В случае уменьшения массы оксида логично предположить, что уходит атомарный водород – он переходит от молекул оксида к молекулам водорода, образуя воду. Следовательно, 9,6 г – это масса кислорода, присоединившегося к водороду. Это можно выразить схемой:
H2 + O → H2O n (O) = m : M = 9,6 г : 16 г/моль = 0,6 моль
Следовательно, n (H2) = n (O) = 0,6 моль
Этот водород выделился при реакции цинка с кислотой (медь с HCl не реагирует):
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
n (Zn) = n (H2) = 0,6 моль
m (Zn) = M • n = 65 г/моль • 0,6 моль = 39 г
Далее ответ на вопрос задачи :
( Zn) = m ( Zn) : m ( Zn + Cu) = 39 г : 100 г = 0,39 = 39%
Задача 62. Смесь меди и оксида меди растворили в концентрированной азотной кислоте. Выделившийся газ занимает объем 1,12 л. После полного растворения смеси раствор выпарили и сухой остаток прокалили. Масса остатка после прокаливания составила 4 г. Каковы массы и массовые доли веществ в исходной смеси?
Решение.
Запишем уравнения протекших реакций:
Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O
2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2
Итак, остатком после прокаливания был оксид меди CuO. Найдем его количество вещества:
n (CuO) = m : M = 4 г : 80 г/моль = 0,05 моль.
Так как это вещество образовалось при прокаливании нитрата меди, то
n (CuO) = n [Cu(NO3)2], т.е. в ходе первой и второй реакций образовалось 0,05 моль нитрата меди. Но в первой реакции выделялся еще и газ, объем которого нам известен – 1,12 л:
n (NO2) = V : Vm = 1,12 л : 22,4 л/моль = 0,05 моль
Как видно из уравнения первой реакции, количество вещества меди вдвое меньше количества образовавшегося диоксида азота, то есть n (Cu) = = 0,025 моль. Столько же моль нитрата меди получено в этой реакции. Так как общее количество нитрата меди составляет 0,05 моль, то во второй реакции его получено 0,05 – 0,025 = 0,025 моль.
Теперь легко найти массы меди и ее оксида, вступивших в реакцию с азотной кислотой:
n (CuO) = n [Cu(NO3)2] во второй реакции = 0,025 моль.
m (Cu) = M • n = 64 г/моль • 0,025 моль = 1,6 г
m (CuO) = M • n = 80 г/моль • 0,025 моль = 2 г
m (Cu + CuO) = 1,6 + 2 = 3,6 г
ω (Cu) = m (Cu) : m (Cu + CuO) = 1,6 г : 3,6 г = 0,4445 = 44,45%
ω(CuО) = m (CuО) : m (Cu + CuO) = 2 г : 3,6 г = 0,5555 = 55,55%
Задача 63. При обработке 1,84 г смеси хлорида и сульфата калия концентрированной серной кислотой получено 1,92 г сульфата калия. Определите массы веществ в исходной смеси.
Решение.
1,92 г сульфата калия – это масса смеси исходного сульфата с тем, который образовался при реакции KCl с серной кислотой. Обозначим массу KCl через х, тогда масса исходного сульфата калия = 1,84 – х. По уравнению реакции можно найти массу K2SO4, полученного из KCl:
x m
2KCl + H2SO4 → K2SO4 + 2HCl m2 (K2SO4) = 174x : 149
149 г 174 г
Тогда 1,92 = 1,84 – х + (174х : 149)
Далее идут алгебраические преобразования, и в конце их х = 0,4768 г (это масса хлорида калия). Тогда масса исходного сульфата калия составит 1,84 – 0,4768 = 1,3632 г.
Эту же задачу можно решить с помощью системы алгебраических уравнений. Такой прием решения будет описан чуть позже.
Задача 64. 146 г смеси карбоната и гидрокарбоната натрия нагрели до прекращения уменьшения массы. Масса остатка составила 137 г. Определите массу карбоната натрия в исходной смеси.
Решение.
Изменение массы смеси составит 146 – 137 = 9 г. Карбонат натрия Na2CO3 при обычном нагревании не разлагается (для этого нужно очень сильное прокаливания, а об этом речь в условии задачи не идет). Следовательно, разлагается лишь гидрокарбонат натрия NaHCO3, при этом уходят пары воды и углекислый газ. Их-то масса и составит 9 г. Далее расчет по уравнению реакции с вычислением суммарной молекулярной массы углекислого газа и воды:
х г 9 г
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
2 • 84 г 44 г + 18 г , в сумме 62 г
Пропорция будет выглядеть так: х г : ( 2 • 84 г ) = 9 г : 62 г
Отсюда: m (NaHCO3) = 168 г • 9 г : 62 г = 24,4 г
m (Na2CO3) =146 – 24,4 = 121,6 г
Еще больше задач самых разных типов — в книге «Учимся решать задачи по химии», ее можно заказать у автора.
Была ли вам полезна эта статья? Поделитесь, пожалуйста: