ББК 24.1 4 страница

K₂CO₃ + 2 HI ® H₂CO₃ + 2 KI.

131. В технике оксид меди получают прокаливанием меди при недостатке воздуха. Определить эквивалентную массу меди, если при прокаливании 8 г меди получается 9 г оксида меди.

132. Минерал халькозин (медный блеск) содержит 20 % серы. Определить эквивалентную массу металла и формулу халькозина.

133. Одним из способов получения металлов является восстановление их оксидов водородом. Рассчитать эквивалентную массу металла, если известно, что на восстановление 3,4 г оксида металла потребовалось столько водорода, сколько его выделяется при реакции 6,54 г цинка с кислотой.

134. Вычислить эквивалентную массу металла, если из 4,93 г хлорида металла по реакции с нитратом серебра получилось 8,61 г хлорида серебра.

135. В азотной кислоте растворили 0,58 г меди. Полученную соль прокалили, получив 0,726 г оксида меди. Вычислить эквивалентную массу меди.

136. В кислоте растворили 1,02 г металла. При этом выделилось 0,94 л водорода, измеренного при нормальных условиях. Вычислить эквивалентную массу металла.

137. Одной из операций при получении стали бессемеровским методом является соединение основных оксидов металлов с оксидом кремния (IV) по уравнению MnО + SiO₂ → MnSiO₃. При использовании 100 г шлака, содержащего 25 % оксида кремния (IV), эквивалентная масса которого 15 г/моль, образовалось 109,2 г силиката марганца. Рассчитать эквивалентную массу силиката марганца.

138. Для восстановления 15,9 г хлорида железа было израсходовано 2,8 л водорода, приведенного к нормальным условиям. Рассчитать эквивалентную массу хлорида железа.

139. При сгорании 5,0 г металла образуется 9,44 г оксида металла. Определить эквивалентную массу металла.

140. Установлено, что 1,0 г некоторого металла соединяется с 8,89 г брома или с 1,78 г серы. Найти эквивалентные массы брома и металла, зная, что эквивалентная масса серы равна 16,0 г/экв.

141. Из 0,493 г хлорида металла после обработки нитратом серебра образовалось 0,861 г хлорида серебра. Вычислить эквивалентную массу металла.

142. Металл образует два хлорида с содержанием хлора 37,45 и 54,51 %. Вычислить эквиваленты металла в каждом соединении, приняв эквивалентную массу хлора равной 35,5 г/экв.

143. При взаимодействии 0,8 г гидразина и 2,45 г серной кислоты образовалось 3,25 г соли. Вычислить эквивалентные массы гидразина и образовавшейся соли.

144. На нейтрализацию 2,45 г кислоты идет 2,0 г гидроксида натрия. Определить эквивалентную массу кислоты.

145. Металл образует два хлорида, содержащие соответственно 73,86 и 84,96 % металла. Вычислить эквивалентные массы металла в каждом соединении.

146. Эквивалентная масса металла 8,99 г/экв. Какой объем водорода при 3 °С и 106,6 кПа выделится при взаимодействии 0,449 г металла с соляной кислотой?

147. На нейтрализацию 1 г кислоты пошло 1,247 г КОН. Найти эквивалентную массу кислоты.

148. Из 2,5 г некоторого металла получили фосфат этого металла. Какова масса фосфата металла, если эквивалентная масса металла равна 4,5 г/моль?

149. Найти эквивалентную массу металла, если из 1,35 г его оксида получено 3,15 г нитрата.

150. При взаимодействии 6 г некоторого вещества с 2,768 г хлороводородной кислоты получили 4,43 г соли. Вычислить эквивалентные массы вещества и соли.

151. При 700 °С восстанавливают хлорид железа (степень окисления железа неизвестна) до металлического железа. Какова эквивалентная масса хлорида железа и какова его формула, если на восстановление 15,9 г этого хлорида израсходовали 2,8 л водорода, приведенного к нормальным условиям?

152. Металл образует два хлорида с содержанием хлора 37,45 и 54,51 %. Вычислить эквиваленты металла в каждом соединении, считая эквивалентную массу хлора равной 35,5.

153. На восстановление 8 г оксида металла до металла потребовалось 2,24 л водорода, приведенного к нормальным условиям. Найти эквивалентную массу металла.

154. Некоторое количество металла соединяется с 0,0312 г кислорода или с 0,3125 г одного из галогенов. Вычислить эквивалентную массу галогена и определить, что это за галоген.

155. Сколько металла вступило в реакцию с кислотой, если при этом выделилось 250 мл водорода, приведенного к нормальным условиям? Эквивалентная масса металла равна 9 г/экв.

156. Вычислить эквивалентную массу металла и его оксида, если 0,18 г металла соединяется с 84 мл кислорода, приведенного к нормальным условиям.

157. На нейтрализацию 2 г щелочи потребовалось 0,25 г кислоты, эквивалентная масса которой 100,5 г/моль. Определить эквивалентную массу щелочи.

158. Определить эквивалентные массы некоторого металла и никеля, если 0,075 г металла вытесняют из раствора никелевой соли 0,1835 г никеля, а из раствора кислоты – 70 мл водорода, приведенного к нормальным условиям.

159. Кусок металла, эквивалентная масса которого 29,335 г/моль, вытесняет из кислоты 105 мл водорода, приведенного к нормальным условиям. Определить эквивалентную массу металла.

160. Определить эквивалентную массу щелочи, зная, что 0,2 г ее взаимодействуют с 0,271 г хлорного железа, эквивалентная масса которого 54,08 г/экв.

161. При восстановлении 1,252 г оксида металла получено 1 г металла. Определить эквивалентные массы металла и его оксида.

162. При синтезе аммиака израсходовано 22,4 мл азота, приведенного к нормальным условиям. Сколько аммиака может быть при этом теоретически получено?

163. При сжигании 3 кг каменного угля получили 5,3 м³ CO₂, приведенного к нормальным условиям. Какова массовая доля углерода в данном образце каменного угля?

164. Какой объем воздуха, приведенного к нормальным условиям, потребуется для обжига пирита по реакции 4 FeS₂ + 11 O₂ ® ® 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂, чтобы получить 1000 м³ оксида серы (IV). Объемное содержание кислорода в воздухе 21 %.

165. Вычислить, какой объем воздуха, приведенного к нормальным условиям, потребуется для обжига 2 т пирита, содержащего 92 % FeS₂. Объемное содержание кислорода в воздухе 21 %.

166. Какая масса раствора серной кислоты концентрацией 70 % потребуется для получения ортофосфорной кислоты из 200 кг фосфорита, содержащего 70 % Ca₃(PO₄)₂, по реакции Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ ® 2H₃PO₄ + 3CaSO₄?

167. Для получения оксида магния из металлического магния потребовалось 5 л воздуха, измеренных при температуре 27 °С и давлении 1,3 атм. В воздухе содержится 21 % кислорода. Сколько оксида магния можно при этом получить?

168. Основной минерал, содержащий олово, – касситерит (SnO₂). Металлическое олово из него получают восстановлением коксом. При этом выделяется оксид углерода (IV). Какой объем оксида углерода выделится при восстановлении 3,02 кг касситерита, если процесс вести при температуре 127 °С и давлении 1,5 атм?

169. Какой объем печных газов (25 °С, 760 мм рт. ст.), содержащих 10 % сернистого газа*, получается при обжиге 1 т серного колчедана, содержащего 45 % серы, если при этом 1,6 % серы не сгорает?

170. При прокаливании доломита CaCO₃∙MgCO₃ образуется углекислый газ. Рассчитать объем углекислого газа, если процесс протекает при температуре 227 °С и давлении 1,4 атм.

171. При действии воды на карбид кальция образовалось 50 л ацетилена, измеренных при температуре 17 °С и давлении 1,5 атм. Какова масса полученного ацетилена?

172. При обжиге известняка образуются негашеная известь (СаО) и углекислый газ. Сколько известняка, содержащего 92 % карбоната кальция, потребуется для получения 112 л углекислого газа, измеренного при температуре 127 °С и давлении 11 атм.?

173. Для производства серной кислоты взяли 224 л сернистого газа, измеренного при температуре 37 °С и давлении 1,8 атм. Сколько серной кислоты при этом получится, если выход готового продукта составляет 80 % от теоретического?

174. При коррозии железа выделилось 0,422 л водорода, измеренного при 7 °С и давлении 741 мм рт. ст. определить, какое количество железа прокорродировало, если первоначально образуется соединение железа (II).

175. Какой объем углекислого газа необходимо отвести из печи при обжиге 1 т кальцита СаСО₃ при 800 °С и давлении 800 мм рт. ст.?

176. Какой объем сернистого газа может быть получен при обжиге 1 т хвостов флотации сульфидных руд, содержащих 70 % пирита, если газ собирают в емкости под давлением 2 атм при температуре 30 °С? Обжиг пирита производится по реакции 4 FeS₂ + 11 O₂ ® 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂.

177. Сульфид натрия получают в промышленности по реакции Na₂SO₄ + 2 C ® Na₂S + 2 CO₂. Какой объем углекислого газа следует отвести из печи при получении 1 т сульфида натрия с содержанием чистого вещества 68 % при 1200 °С и давлении 820 мм рт. ст.?

178. Горячий KOH реагирует с хлором по реакции 6 KOH + 3 Cl₂ ® 5 KCl + KClO₃ + 3 H₂O. Сколько KOH потребуется для взаимодействия с 0,8 л хлора при 7 °С и 98,64 кПа?

179. При прокаливании пирита (FeS₂) массой 20 т был получен оксид серы (IV) объемом 7000 м³, приведенного к нормальным условиям. Определить чистоту пирита и объем воздуха, необходимый для обжига пирита?

180. Сколько граммов кальция вступило в реакцию с водой, если объем выделившегося водорода при 25 °С и 99,3 кПа равен 480 мл?

181. Порошок латуни (сплав меди с цинком) массой 10 г обработали избытком соляной кислоты и получили 1,3 л водорода, измеренного при 18 °С и 90000 Па. Каков процентный состав сплава?

182. В электрической печи из 20 кг технического оксида кальция было получено 16 кг карбида кальция по реакции: СаО + 3 С = СаС₂ + СО. Определить массовую долю примесей в оксиде кальция и теоретический объем СО при температуре 546 °С и давлении 101,3 кПа, а также массу необходимого для реакции углерода.

183. Для очистки типографского шрифта от вредных примесей цинка в его расплав добавляют хлорид аммония, который реагирует с находящимся в сплаве цинком по реакции 2 NH₄Cl + Zn → → ZnCl₂ + 2 NH₃ + H₂­. Образующийся хлорид цинка всплывает на поверхность расплава в виде шлака. Хлорид аммония добавляют в расплав из расчета 2,5 кг на 1 кг цинка. Соответствует ли это количество NH₄Cl теоретическому?

184. Соляной кислотой обработали 100 г почвы. При этом получили 500 мл углекислого газа, измеренного при 25 °С и 1 атм. Определить процентное содержание карбонатов в почве.

185. Хлороводород, образовавшийся при действии серной кислоты на 19 г безводного хлорида магния, пропустили через раствор, содержащий 10 г гидроксида калия. Раствор выпарили. Какое вещество и в каком количестве при этом получилось?

186. При действии на 5,1 г плотного известняка избытком соляной кислоты выделилось 1,12 л СО₂, приведенного к нормальным условиям. Сколько процентов карбоната кальция содержится в данном известняке?

187. Для получения оксида магния из металлического магния потребовалось 5 л воздуха, измеренных при температуре 27 °С и давлении 1,3 атм. В воздухе содержится 21 % кислорода. Сколько оксида магния можно при этом получить?

188. Навеску 9,13 г магнезита обработали избытком азотной кислоты. Выделившийся газ поглотили раствором гидроксида натрия. Масса раствора щелочи после поглощения ею газа увеличилась на 4,4 г. Определить процентное содержание карбоната магния в магнезите.

189. Составить уравнение реакции горения сероуглерода и вычислить измеренный при 100 °С и 780 мм рт. ст. объем газообразных продуктов, которые получаются сжиганием 25 г CS₂.

190. Вычислить объем кислорода, полученный при разложении 15 г бертолетовой соли KClO₃ при 25 °С и 1 атм.

191. Чистый металлический порошок цинка массой 50 г внесли в раствор комплексной соли золота K[Au(CN)₂] при перемешивании раствора. Вес металлического осадка после опыта составил 69,7 г. Сколько граммов цинка перешло в раствор и каково содержание золота в осадке?

192. Какая масса известняка, содержащего 90 % карбоната кальция, потребуется для получения 7 т негашеной извести (СаО)?

193. Какое вещество и в каком количестве останется в избытке после смешения растворов, содержащих 15 г хлорида бария и 11 г сульфата натрия?

194. Смешали два раствора, содержащих 8,55 г нитрата свинца (II) и 3,75 г соляной кислоты. Какое вещество и в каком количестве останется в избытке?

195. Какое вещество и в каком количестве останется в избытке в результате реакции между 14 г оксида кальция и 32 г азотной кислоты?

196. Какое вещество и в каком количестве останется в избытке в результате реакции между 4 г оксида магния и 10 г серной кислоты?

197. Смешаны растворы, содержащие 17 г нитрата серебра и 15,9 г хлорида кальция. Какое вещество и в каком количестве останется в избытке?

4. Растворы

 

4.1. Концентрации растворов

Раствор – гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более компонентов, состав которой может непрерывно изменяться в определенных пределах. По агрегатному состоянию растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми.

В растворах выделяют растворитель и растворенное вещество. Растворителем называют компонент, который образует непрерывную среду. остальные компоненты, которые распределены в среде растворителя в виде дискретных частиц, называются растворенными веществами. Состав раствора (концентрация) чаще всего выражается следующими способами.

· Массовая доля или процентное содержание – соотношение масс растворенного вещества m _в и раствора m _р-р, выраженное в долях или процентах:

. (4.1)

· Концентрация, выраженная в граммах на литр, показывает, какая масса растворенного вещества m _в, выраженная в граммах, содержится в единице объема раствора V _р-р:

(4.2)

· Молярная концентрация, или молярность, – число молей растворенного вещества n _в в 1 дм³ (1 л) раствора:

. (4.3)

· Моляльная концентрация, или моляльность, – число молей растворенного вещества, приходящееся на 1 кг растворителя:

. (4.4)

· Мольная доля или мольные проценты – число молей компонента (растворителя или растворенного вещества), содержащееся в одном моле раствора:

. (4.5)

· Нормальная концентрация, или нормальность, – количество эквивалентов n _эв растворенного вещества, содержащееся в 1 л раствора:

, (4.6)

где z – количество обменных эквивалентов растворенного вещества, содержащееся в 1 моль вещества.

Для кислот z соответствует основности кислоты, т.е. числу атомов водорода в составе кислоты, обмениваемых в данной реакции на металл или нейтрализуемых основанием.

Для оснований z соответствует кислотности основания, т.е. числу гидроксильных групп в составе основания, обмениваемых на кислотный остаток или нейтрализуемых кислотой.

Для солей z рассчитывают как произведение числа атомов и степени окисления металла в составе соли.

Для окислителей и восстановителей в окислительно-восстановительных реакциях z – изменение их степени окисления в ходе реакции.

Пример 1. Раствор серной кислоты в воде с концентрацией 16 % (по массе) имеет плотность d = 1,109 г/см³. Выразить концентрацию этого раствора всеми возможными способами.

Решение. 1. Выделим мысленно 1 кг раствора и установим его объем:

.

2. Определим массу растворенного вещества (H₂SO₄) по формуле (4.1):

3. По формуле (4.2) рассчитаем концентрацию раствора серной кислоты

4. Найдем число молей серной кислоты:

5. По формуле (4.3) вычислим молярную концентрацию раствора серной кислоты:

6. Найдем массу растворителя (Н₂О):

7. По формуле (4.4) вычислим моляльную концентрацию раствора серной кислоты:

8. Найдем число молей воды:

9. По формуле (4.5) вычислим мольную долю серной кислоты:

10. По формуле (4.6) определим нормальную концентрацию раствора серной кислоты (для серной кислоты количество обменных эквивалентов в 1 моль вещества z = 2):

Пример 2. Какой объем раствора серной кислоты концентрацией 10 % (d = 1,066 г/см³) требуется для приготовления 200 мл 1 н. раствора?

Решение. 1. найдем массу серной кислоты, содержащейся в 200 мл 1 н. раствора. Для этого вычислим молярную концентрацию раствора по формуле (4.3): а также количество вещества серной кислоты и ее массу .

2. Подставим найденную массу серной кислоты в уравнение (4.1) и вычислим объем 10-процентного раствора:

Пример 3. Какой объем воды следует добавить к 500 мл раствора, содержащего 40 г сульфата никеля, чтобы понизить его концентрацию до 0,05 моль/л?

Решение. По уравнению (4.3) вычислим объем 0,05 М раствора:

и объем воды:

.

Пример 4. Найти молярную концентрацию раствора карбоната натрия, полученную при смешивании 600 мл 2,15-процентного раствора (d = 1,02 /см³) и 200 мл 8,82-процентного раствора (d = 1,09 г/см³).

Решение. Количество вещества карбоната натрия в каждом из смешиваемых растворов соответственно

Молярная концентрация полученного раствора

Пример 5. Какой объем раствора серной кислоты концентрацией 0,42 моль/л потребуется для нейтрализации 20 мл раствора гидроксида калия концентрацией 6 % (d = 1,053 г/см³)?

Решение 1. Составим уравнение реакции:

2KOH + H₂SO₄ ® K₂SO₄ + 2H₂O.

2. С учетом уравнения (4.1) найдем количество вещества KOH

3. По уравнению реакции на 2 моль KOH приходится 1 моль Н₂SO₄, следовательно, для реакции с 0,02 моль гидроксида калия требуется 0,01 моль серной кислоты.

4. По уравнению (4.3) найдем объем раствора серной кислоты:

Задание I. Выразить концентрацию заданного в табл.4.1 раствора всеми возможными способами.

 

Таблица 4.1

Задача	Вещество	Концентрация раствора	Плотность раствора, г/см3
	H2SO4	15 %	1,1
	H3PO4	2,79 моль/л	1,115
	BaCl2	1,69 моль/л	1,28
	FeSO4	0,3 экв/л	1,02
	AlCl3	0,55 %	1,007
	CaCl2	22 %	1,203
	Na2CO3	0,39 моль/л	1,019
	HCl	0,4 мол. %	1,002
	KOH	3 мол. %	1,073
	NaOH	13 %	1,142
	Al2(SO4)3	0,15 экв/л	1,009
	KMnO4	0,25 экв/л	1,027
	K2Cr2O7	0,18 моль/кг	1,033
	CrCl3	0,6 экв/л	1,022
	CdCl2	0,5 моль/л	1,08
	MnCl2	10 %	1,086
	Hg(NO3)2	0,25 моль/л	1,174
	ZnSO4	1,374 экв/л	1,107
	KOH	34 %	1,336
	MgSO4	20 %	1,219
	H2SO4	1,56 моль/л	1,095
	H3PO4	7,3 мол. %	1,181
	NaBr	5,8 мол. %	1,21
	NaCl	7,1 мол. %	1,147
	HCl	17,4 мол. %	1,149
	H2SO4	3,4 мол. %	1,109
	KOH	6,3 мол. %	1,147
	H2SO4	5,9 мол. %	1,18
	KOH	8,107 экв/л	1,336
	Pb(NO3)2	30 %	1,328
	H3PO4	30 %	1,181
	NaBr	26 %	1,21
	NaCl	15 %	1,109
	КОН	560 г/л	1,411
	H3PO4	855 г/л	1,426

Окончание табл.4.1

Задача	Вещество	Концентрация раствора	Плотность раствора, г/см3
	H3PO4	3 мол. %	1,08
	HNO3	10,4 экв/л	1,31
	H2SO4	40 %	1,303
	ZnSO4	87 г/л	1,084
	H2SO4	30 %	1,218
	КОН	0,12 моль/кг	1,0
	HNO3	10,4 н.	1,31
	NH4OH	9 %	0,961
	NaCl	4,5%	1,03
	CuSO4	1,037 моль/кг	1,206
	FeCl3	1,9 моль/л	1,234
	NH4OH	10 %	0,957
	H2SO4	20 %	1,139
	H3PO4	24 %	1,14
	BaCl2	10 %	1,092

 

Задание II. Решить задачи.

51. Какой объем 88-процентного раствора серной кислоты плотностью 1,8 г/см³ надо взять, чтобы приготовить 2 л этой же кислоты концентрацией 2,36 моль/л?

52. Какое количество миллилитров 12 н. раствора едкого кали (КОН) надо взять, чтобы приготовить 500 мл 15-процентного раствора едкого кали плотностью 1,14 г/см³?

53. Какое количество воды надо добавить к 200 мл 52-процентного раствора едкого натра плотностью 1,35 г/см³, чтобы получить раствор с концентрацией 2,78 моль/л?

54. Раствор серной кислоты концентрацией 3 моль/л имеет плотность 1,18 г/см³. Какое количество воды надо добавить к 118 г этого раствора, чтобы получить раствор с концентрацией 12 %?

55. Сколько воды надо добавить к 125 мл 26-процентного раствора соляной кислоты плотностью 1,13 г/см³, чтобы получить раствор с концентрацией 14,5 %?

56. Какое количество воды надо добавить к 150 г раствора хлорида бария в воде (концентрация 2 экв/л, плотность 1,2 г/см³), чтобы получить раствор с концентрацией 8 %?

57. Какое количество миллилитров раствора фосфорной кислоты, мольная доля которого 0,01 (плотность раствора 1,025 г/см³), надо взять, чтобы получить 200 г раствора с концентрацией 2,6 %?

58. Сколько миллилитров 2,25 М раствора хлорида калия надо взять, чтобы приготовить 1,5 л 6-процентного раствора плотностью 1,04 г/см³?

59. Какой объем раствора соляной кислоты (концентрация 38 %, плотность 1,189 г/см³) потребуется для приготовления 250 мл 0,08 н. раствора?

60. Сколько миллилитров раствора серной кислоты (концентрация 96 %, плотность 1,84 г/см³) потребуется для приготовления 2 л 0,25 н. раствора?

61. Сколько граммов едкого кали надо взять для приготовления 2 л раствора концентрацией 10 % и плотностью 1,09 г/см³?

62. Какой объем раствора серной кислоты (концентрация 98 %, плотность 1,837 г/см³) надо взять для приготовления 500 мл 0,1 н. раствора?

63. Какой объем 3 н. раствора фосфорной кислоты надо взять для приготовления 1 л 0,5 М раствора?

64. Как приготовить 500 мл 0,5 н. раствора соды из 2 н. ее раствора?

65. Сколько миллилитров воды надо прибавить к 300 мл раствора едкого кали, (концентрация 25 %, плотность 1,236 г/см³), чтобы получить 8-процентный раствор?

66. Какой объем азотной кислоты (концентрация 56 %, плотность 1,345 г/см³) потребуется для приготовления 1 л 0,1 М раствора?

67. Сколько миллилитров воды надо прибавить к 100 мл раствора серной кислоты (концентрация 48 %, плотность 1,376 г/см³), чтобы получить 0,5 н. раствор?

68. До какого объема надо разбавить 200 мл 1 н. раствора хлорида натрия, чтобы получить раствор концентрацией 4,5 % и плотностью 1,029 г/см³?

69. Сколько граммов сульфата натрия надо прибавить к 1 л раствора (концентрация 10 %, плотность 1,09 г/см³), чтобы получить 15-процентный раствор?