Примеры решения задач. Пример 1. Определите значение формульного количества вещества (моль) в оксиде хрома(III), затраченном на получение 21,4 г хромита (III) натрия по реакции

Пример 1. Определите значение формульного количества вещества (моль) в оксиде хрома(III), затраченном на получение 21,4 г хромита (III) натрия по реакции

Cr₂O₃ + Na₂CO₃ =2NaCrO₂ + CO₂

Рассчитайте также объем (л, н.у.) выделившегося газа.

Решение

Дано: т (NaCrO2) = 21,4 г М (NaCrO2) =106,98 г/моль V М = 22,4 л/моль   Найти: п (Cr2O3) V (СО2)	n 0,2 моль Cr2O3 + Na2CO3 = 2NaCrO2 + CO2 1 моль 2 моль 1 моль Находим формульное количество хромита (III) натрия n( NaCrO2) = 21,4/106,9 = 0,2 моль Находим формульное количество оксида хрома (III) п (Cr2O3) = п (NaCrO2) ν(Cr2O3) / ν(NaCrO2) = 0,2 · 1 / 2 = 0,1 моль; Находим объем углекислого газа V (CO2) = V М· п (CO2)= V M · п (Cr2O3) · ν(CO2) / ν(Cr2O3) = 22,4 · 0,1 · 1/1 = = 2,24 л
Ответ. В данной реакции участвует 0,1 моль Cr2O3 и образуется 2,24 л СО2.

Пример 2. Рассчитайте объем (мл) воды, необходимый для проведения реакции

Al₄C₃ + 12H₂O = 4Al(OH)₃ + 3CH₄

если имеется 99,85 г карбида алюминия. Плотность воды принять равной 0,9982 г/мл

Решение

Дано: т (Al4C3)= 100 г ρ(H2O) = 1 г/мл М (H2O)= 18 г/моль М (Al4C3)= 144 г/моль Найти: V (H2O)	0,69 моль n Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4 1 моль 12 моль Находим формульное количество Al4C3 n (Al4C3) = 100/144=0,69 моль Находим формульное количество воды п (H2O)= п (Al4C3)· ν(H2O) / ν;(Al4C3) = = 0,69·12/1 = 8,28 моль Рассчитываем объем воды V (H2O) = m (H2O) / ρ(H2O) = = п (H2O) · М (H2O) / ρ(H2O)= = 8,28 · 18,02 / 0,9982 = = 149 мл
Ответ. Для проведения данной реакции надо взять 149 мл Н2О.

Пример 3. Из 3,85 г нитрата металла получено 1,60 г его гидроксида. Вычислите молярную массу эквивалента металла М_eq(Ме).

Решение

При решении задачи следует иметь в виду: а) молярная масса эквивалента гидроксида равна сумме молярных масс эквивалентов металла и гидроксильной группы; б) молярная масса эквивалента соли равна сумме молярных масс эквивалентов металла и кислотного остатка. Вообще молярная масса эквивалента химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его частей.

Учитывая сказанное, подставляем соответствующие данные в закон эквивалентов:

п _э(A) = п _э(В) = …= п _э(С) = п _э (D) = … или

= = =

 

 

Получаем М_э(Ме) =15 г/моль.

Ответ. Молярная масса эквивалента металла 15 г/моль.

 

Пример 4. В какой массе Ca(OH)₂ содержится такое же количество эквивалентов, сколько в 312 г Al(OH)₃?

 

Решение

Молярная масса эквивалента равна М_э (Al(OH)₃) = М (Al(OH)₃)/3 = 78/3 = 26 г/моль. Следовательно, в 312 г Al(OH)₃ содержится 312/26 = 12 моль эквивалентов. Молярная масса эквивалента Ca(OH)₂ равна М_э (Са(OH)₂) = М (Са(OH)₂)/2 = 37 г/моль. Отсюда 12 молей эквивалентов составляют 37 г/моль · 12 моль = 444 г.

Ответ. В 444 г Ca(OH)₂.

 

Пример 5. На восстановление 7,09 г оксида двухвалентного металла требуется 2,24 л водорода, измеренного при нормальных условиях (н.у.). Вычислить молярную массу эквивалента оксида металла и молярную массу эквивалента металла. Чему равен относительный атомный вес металла?

Решение

 

Дано
m мео = 7,09 г = 2,24 л	По закону эквивалентов массы веществ, вступающих в реакцию, пропорциональны эквивалентам:
Найти: М э мео М э ме А r ме	m мео/ М э меo = m (Н2) / .

Если одно из веществ находится в газообразном состоянии, то, как правило, его количество измеряется в объемных единицах (см³, л, м ³).

Отношение m(Н₂) / заменяем равным ему отношением объемов:

m _мео/ М _{э мео}= / ,

где – эквивалентный объем водорода при н.у.;

Масса эквивалента водорода (1,008 г) равна половине его грамм-молекулы (2,016 г), поэтому согласно следствию из закона Авогадро (при н.у.):

= 22,4/2 = 11,2 л.

Из формулы находим эквивалент оксида металла М _{э мео,} г/моль:

 

7,09/ М _{э мео}=2,24/11,2,

 

М _{э мео}=7,09 ∙ 11,2/2,24=35,45

 

По закону эквивалентов:

 

М _{э мео} = М _{э ме}+ М _{э о},

 

отсюда:

 

М _{э ме} = М _{э мео} - М _{э о} = 35,45 - 8= 27,45 (г).

 

Молярную массу металла определяем из соотношения:

 

М = М _{э ме} / f,

 

где М _{э ме} - молярная масса эквивалента металла, г/моль;

М – молярная масса металла, г/моль;

f – фактор эквивалентности.

f = 1/В,

где В – валентность металла.

 

М = М _{э ме}/ f =27,45 ∙ 2 =54,9 (г/моль).

 

Следовательно, атомная масса металла А _r = 54,9 а.е.м.

 

Ответ. М _{э мео} = 35,45 г/моль; М = 54,9 г/моль, А _{r ме} = 54,9 а.е.м.

 

Пример 6. Сколько металла, молярная масса эквивалента которого 12,16 г/моль, взаимодействует с 310 см³ кислорода, измеренного при нормальных условиях (н. у.).

 

Решение

 

 

Дано: М э мео = 12,16 г/моль Vº;(О2) = 310 см3	Моль кислорода О2 (32 г) при н. у. занимает объем 22,4 л, а объем моль-экв. кислорода (8 г): 22,4/4 = 5,6 л = 5600 см3.
Найти: m ме

По закону эквивалентов

 

m _ме/ М _{э ме} = V °(О₂)/ V °_э(О₂); m _ме/12,16 = 310/5600, откуда

 

m _ме/12,16 = 310/5600, откуда

 

m _ме=12,16 ∙ 310/5600 = 0,673 (г).

 

Ответ. Масса метала m _ме = 0,673 г.

 

Пример 7. Определите значение эквивалентного количества вещества (моль) для окислителя в реакции между перманганатом калия и иодидом калия в кислотной среде (Н₂SO₄), если в реакцию вступило 0,075 моль KI. Рассчитайте также формульное количество вещества (моль) в образовавшемся йоде I₂.

Решение

Дано: n (KI) = 0,075 моль f (KI) = 1 f (I2) = 1/2 Найти: п э(KMnO4) п (I2)	MnO4- + 8H+ + 5 e - = Mn2+ + 4H2O 2I- - 2 e - = I2 По закону эквивалентов количество эквивалентов окислителя равно количеству эквивалентов восстановителя. По уравнению   пэ (B) = п (В) /fЭ (В)   рассчитываем эквивалентное количество окислителя п э(KMnO4) = п э(KI) = п (KI)/ f (KI) = = 0,075/1 = 0,075 моль; Находим формульное количество йода п (I2) = п э(I2)· f (I2) = п э(KI) · f (I2)= = 0,038моль
Ответ. В данной реакции участвует 0,075 моль KMnO4 (экв.) и образуется 0,038 моль I2.

Пример 8. Рассчитайте массу (г) алюминия, вступившего в реакцию с серной кислотой (разб.), если собрано 10,24 л газа (н.у.). В решении используйте закон эквивалентов.

Решение

Дано: V (H2) = 10,24 л М (Al) = 27 г/моль V М = 22,4 л/моль f (H2) = 1/2   т (Al) =?

Al – 3 e  = Al3+ 2H+ + 2 e  = H2 По закону эквивалентов п eq(Al) = п eq(H2). Массу алюминия можно рассчитать по уравнению т (B) = п э(B) · М эq(B); т (Al) = п э(Al) · М э(Al) = =п э(H2) · М э(Аl)   Рассчитываем количество эквивалентов водорода п э(H2) = V (H2) / V э(H2) = 10,24/{1/2·22,4} = = 0,91 моль Рассчитываем молярную массу эквивалента алюминия М э(Al) = f (Al)· M (Al) = 1/3·27 г/моль = 9 г/моль Находим массу алюминия т (Al) = 0,91·9 = 8,2 г.

Ответ. В данную реакцию вступило 8,2 г Аl.

 

Пример 9. Дайте общую характеристику элемента с порядковым номером 33. Укажите его основные химические свойства.

Решение

Дано: Элемент с порядковым номером 33

Элемент мышьяк (порядковый номер 33) находится в четвертом периоде, в главной подгруппе V группы, его относительная атомная масса 75. Ядро атома состоит из 33 протонов и 42 нейтронов. Электроны (их 33) расположены вокруг ядра на четырех энергетических уровнях. Мышьяк – р-элемент, его электронная формула 1s22s22p63s23p63d104s24p3. Наличие пяти электронов на внешнем энергетическом уровне атома мышьяка указывает на то, что мышьяк – неметалл. Однако он обладает слабо выраженными металлическими свойствами, поскольку в группе сверху вниз происходит ослабление неметаллических свойств. Высшая степень окисления аммиака +5. Формула высшего оксида As2O5, а газообразного соединения с водородом AsH3.

Найти: указать его основные химические свойства.

Пример 10. Электрический момент связи Н-С равен 1,336∙10^-30 Кл∙м. Электронная длина связи Н-С составляет 0,109 нм. Чему равен частичный эффективный заряд Н^δ+ и С^δ-?

Решение

 

Дано: μ н – с = 1,336 ∙ 10-30 Кл ∙м; l= 0,109 нм	μ = δ∙ 1 или δ = μ/ l =1,336 ∙10-30/ (0,109∙10-9)=1,23∙10-20 Кл. Следовательно, эффективный заряд водорода Н δ+ равен: δ+ =1,23∙10-20/(1,6∙10-19) = 0,077 от заряда электрона; Следовательно, эффективный заряд углерода С δ- равен: δ- = 1,23 ∙ 10-20/(1,6 ∙ 10-19) = 0,077 от заряда электрона.
Найти: δ + - Н δ+ δ – С δ-

 

Ответ. δ⁺ = 0,077, Н ^0,077+; δ ^- = 0,077, С ^0,077-.

Пример 11. Как изменяется прочность связи Н—Э в ряду:

 

Н₂О – Н₂S–Н₂Sе – Н₂Те?

Решение

 

Дано: Н2О–Н2S−Н2Sе−Н2Те	В указанном ряду размеры валентных электронных облаков элементов (О, S, Se, Те) возрастают, что приводит к уменьшению степени их перекрывания с электронным облаком атома водорода и к возрастающему удалению области перекрывания от ядра
Найти: Как изменится прочность связи в данном ряду?

 

атома соответствующего элемента. Это вызывает ослабление притяжения ядер взаимодействующих атомов в области перекрывания электронных облаков, т. е. ослабление связи. К этому же результату приводит возрастающее экранирование ядер рассматриваемых элементов в ряду О−S−Se−Те вследствие увеличения числа промежуточных электронных слоев. Та­ким образом, при переходе от кислорода к теллуру прочность связи Н−Э уменьшается.

Ответ. Прочность связи в ряду Н₂О−Н₂S−Н₂Sе−Н₂Те

уменьшается.