ББК 24.1 4 страница

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?

70. Сколько воды надо прибавить к 200 мл раствора азотной кислоты (концентрация 32 %, плотность 1, 193 г/см³), чтобы получить 10-процентный раствор?

71. Сколько раствора соляной кислоты (концентрация 36 %, плотность 1, 179 г/см³) потребуется для приготовления 1 л 0, 5 н. раствора?

72. Сколько воды надо добавить к 50 мл 2 н. раствора, чтобы получить 0, 25 н. раствор?

73. Сколько граммов хлорида аммония надо добавить к 5 л 2, 1 М раствора плотностью 1, 054 г/см³, чтобы получить 20-процентный раствор?

74. Сколько граммов едкого натра надо взять для приготовления 2 л раствора концентрацией 10 % и плотностью 1, 080 г/см³?

75. Как приготовить 1 л 1 н. раствора KOH из 49-процентного раствора той же щелочи плотностью 1, 5 г/см³?

76. Имеется раствор серной кислоты (концентрация 80 %, плотность 1, 732 г/см³). Как из него приготовить 2 л 6 М раствора H₂SO₄?

77. Сколько серной кислоты (концентрация 60 %, плотность 1, 503 г/см³) надо взять для приготовления 10 л 0, 1 н. ее раствора?

78. Сколько воды надо испарить, чтобы из 10 л 0, 25 М раствора ортофосфорной кислоты получить 6 М раствор?

79. В лаборатории имеется 20 кг 12-процентного раствора поташа K₂CO₃. Сколько килограммов технического поташа, содержащего 8 % посторонних примесей, надо взять для повышения концентрации имеющегося раствора до 20 %?

80. Какой объем раствора карбоната натрия (концентрация 10 %, плотность 1, 105 г/см³) требуется для приготовления 5 л 2-процентного раствора плотностью 1, 02 г/см³?

81. Сколько граммов хлористого аммония потребуется для приготовления 600 мл 0, 5 М раствора?

82. Какую массу нитрата свинца (II) надо взять для приготовления 300 мл 0, 2 н. раствора?

83. Сколько граммов медного купороса (пентагидрата сульфата меди (II)) надо взять для приготовления 1 л 2 н. раствора?

84. Какой процентной концентрации получится соляная кислота, если к 100 мл раствора HCl (концентрация 36 %, плотность 1, 179 г/см³) прибавить 200 мл воды?

85. Сколько граммов азотной кислоты содержится в 1 л 36-процентного раствора плотностью 1, 221 г/см³?

86. Какой процентной концентрации получится раствор, если к 500 мл 30-процентного раствора КОН плотностью 1, 288 г/см³ прибавить 500 мл воды?

87. Какой объем аммиака следует растворить в воде при 25 °С и 120 кПа для получения 2 л 10-процентного раствора гидроксида аммония, плотностью 0, 96 г/см³?

88. Какая масса сульфита натрия потребуется для приготовления 5 л 8-процентного раствора плотностью 1, 075 г/см³?

89. Сколько воды надо прибавить к 50 мл 2 М раствора ортофосфорной кислоты, чтобы получить 0, 25 н. раствор?

90. Какой объем воды потребуется для растворения 67, 2 л хлороводорода, приведенного к нормальным условиям, для получения 9-процентного раствора плотностью 1, 04 г/мл?

91. Сколько граммов десятиводного сульфата натрия нужно растворить в 800 мл воды для получения раствора с концентрацией по безводному сульфату натрия 10 %?

92. Какая масса хлорида калия потребуется для приготовления 200 мл раствора с концентрацией 1, 455 моль/л?

93. Необходимо приготовить 100 г раствора хлорида бария с концентрацией 5 %. Какая масса дигидрата хлорида бария потребуется для этого?

94. Какой объем раствора серной кислоты (концентрация 30 %, плотность 1, 12 г/см³) потребуется для приготовления 2 л раствора концентрацией 0, 4 н.?

95. Какой объем аммиака при температуре 25 °С и давлении 1 атм следует растворить в 1 л воды для получения раствора гидроксида аммония концентрацией 20 %?

96. Рассчитать, какой объем воды следует взять для растворения 16 г СН₃ОН для получения раствора метанола с мольной долей 0, 02.

97. Раствор хлорида алюминия в воде имеет концентрацию 2 экв/л и плотность 1, 08 г/см³. К 50 г этого раствора добавили 35 мл воды, и его плотность стала 1, 035 г/см³. Найти массовую долю хлорида алюминия в новом растворе.

98. Сколько 5-процентного раствора можно приготовить из 1 т плавленого сульфида натрия, содержащего 30 % примесей?

99. Раствор хлорида алюминия в воде имеет концентрацию 2, 18 экв/л и плотность 1, 08 г/см³. К 50 г этого раствора добавили 35 мл воды и его плотность стала 1, 044 г/см³. Найти концентрацию нового раствора в процентах.