Литература:

1.Ахметов, Н.С. Общая и неорганическая химия: учебник /Н.С. Ахметов. - М.: Высшая школа, 2005.

2. Хомченко, Г.П. Неорганическая химия: учебник для с.-х. вузов / Г.П. Хомченко, И.К. Цитович. – СПб.: ИТК Гранит: ООО ИПК «КОСТА», 2009. – 464 с.

3. Цитович, И.К. Курс аналитической химии: учебник / И.К. Цитович.- СПб.: Лань, 2007.

4. Саргаев, П.М. Неорганическая химия [Электронный ресурс]/ П.М. Саргаев.- СПб.: Лань, 2013.- Режим доступа: http://www.Lanbook.ru, свободный.

Примеры решения типовых задач По s, p, d– элементам периодической системы д. И. Менделеева

Задача1. Масса воздушного шара 2,5 т, максимальная масса поднимаемого им груза 7,5 т. Водород для заполнения шара получен при взаимодействии алюминия с раствором NaOH. Какая масса алюминия потребуется для получения водорода, требуемого для заполнения воздушного шара?

Решение:

1) 2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

Плотность воздуха при 0 °С и давлении 760 мм рт. ст. равна 1,29 г/дм³, а плотность водорода равна 0,09 г/дм³.

Пусть искомая величина V - объем водорода, необходимый для заполнения воздушного шара, м³.

Тогда (1,29 - 0,09)V = 10000 кг, где (1,29 - 0,09) кг/м³ - подъемная сила шара. Отсюда V = 10000/1,2 = 8333 м³. Водород получается по уравнению реакции (1) и его количество составляет 8333/22,4 = 372 кмоль. Количество алюминия по реакции составит 2/3 моль Н₂= 2•372/3 = 248 кмоль или 248•27 = 6696 кг.

Ответ: 6696

Задача 2. Уравновешены два сосуда с растворами NaOH и HCl. В первый сосуд добавили хлорид аммония массой 10,7 г. Какую массу карбоната кальция надо добавить во второй сосуд, чтобы они снова уравновесились? Считайте, что газы выделяются из растворов полностью.

Решение:

1) NaOH+NH₄Cl = H₂O+NaCl+NH₃↑

2) 2HCl+CaCO₃= CaCl₂+H₂O+CO₂↑

M(NH₄Cl) = 53,5 г/моль; M(CaCO₃) = 100 г/моль;

M(NH₃) = 17 г/моль; M(CO₂) = 44 г/моль.

ν(NH₄Cl) = 10,7/53,5 = 0,2 моль. Пусть масса CaCO₃ равна mг. По реакции (1) выделится 0,2 мольNH₃ или 0,2·17 = 3,4 г. Тогда масса раствора в сосуде с NaOH составит (10,7 – 3,4) = 7,3 г.

По реакции (2) масса СО₂, полученная изm г СаСО₃ составит 44m/100 г. Следовательно 44m/100 + 7,3 = m; откуда m = 13,035 г.

Ответ: 13,035 г.

Задача3. В замкнутом сосуде имеется 100 моль смеси азота и водорода в соотношении 1:3. Давление смеси 300 атм. Вычислите состав и давление смеси после того, как 10 % азота вступит в реакцию и газы приведены к первоначальной температуре.

Решение:

N₂+ 3H₂ ↔2NH₃.

В исходной смеси было (100 : 4) 25 моль азота и 75 моль водорода. В реакцию вступило 10 %, т.е. 2,5 моль азота и 7,5 моль водорода, что приводит к образованию по уравнению реакции 5 моль аммиака.

Осталось после реакции 22,5 моль азота и 67,5 моль водорода. Всего: 22,5+67,5+5,0 = 95,0 моль.

Давление смеси после реакции составит 95·300/100 = 285 атм.

Ответ: 285 атм.

Задача4.На чашках весов уравновешены два сосуда с разбавленным раствором HCl. В один сосуд добавили 1,0 г CaCO₃. Сколько ВаСО₃ следует добавить во второй сосуд, чтобы не нарушилось равновесие весов?

Решение:

1) CaCO₃+ 2HCl = CaCl₂+ H₂O + CO₂↑

2) BaCO₃+ 2HCl = BaCl₂+ H₂O + CO₂↑

M(CaCO₃) = 100 г/моль; M(CO₂) = 44 г/моль;

M(BaCO₃) = 197 г/моль.

ν(СаСО₃) = 1,0/100 = 0,01 моль или 0,01·44 = 0,44 г. Останется после реакции (1) масса раствора равная 1,0 - 0,44 = 0,56 г. m(ВаСО₃) = х г; тогда из х г; ВаСО₃ образуется 0,44х/1,97 г СО₂: х= 0,44х/1,97 + 0,56; откуда х = 0,72 г.

Ответ: 0,72 г.

Задача5. Вычислите давление газовой смеси, полученной в результате полного озонирования воздуха объемом 1,0 дм³(н.у.)

Решение:

3О₂ →2О₃.

В воздухе объемом 1 дм³ содержится кислород объемом 0,21 дм³. По уравнению реакции образуется озон объемом 2·0,21/3 = 0,14 дм³. Объем воздуха сократится на 0,21 - 0,14 = 0,07 дм³ и станет равным 1 - 0,07 = 0,93 дм³. Давление конечной смеси будет равно: 0,93·1/1 = 0,93 атм.

Ответ: = 0,93 атм.

Задача 6. При сжигании смеси сульфидов алюминия и железа (II) массой 4,00 г получили диоксид серы массой 3,65 г. Определите состав исходной смеси (ω, %).

Решение:

1) 4FeS+7O₂= 2Fe₂O₃+ 4SO₂

2) 2Al₂S₃+9O₂= 2Al₂O₃+ 6SO₂

M(FeS) = 88 г/моль; M(Al₂S₃) = 150 г/моль; M(SO₂) = 64 г/моль.

Пусть масса FeS в смеси – х г; тогда m (Al₂S₃) составит (4 - х) г. Масса SO₂ по реакции (1) будет а= 64·х/88 г, а масса SO₂ по реакции (2) будет b = 3·64·(4 - х)/150 г.

Следовательно, a + b = 64x/88 + (4 - x)3•64/150 = 3,65, x = 2,66 г FeS.

ω(FeS) = 2,66·100/4 = 66,5 %,

ω(Al₂S₃) = 33,5 %.

Ответ: 66,5 % и 33,5 %.

Задача7. Воду, полученную при сжигании водорода в избытке кислорода, смешали с 5,0 см3 раствора серной кислоты с массовой долей 80 % (ρ= 1,73 г/см³). При этом концентрация кислоты уменьшилась на 0,5 %. Объем исходной газовой смеси равен 35 см³ (н.у.). Определите состав исходной газовой смеси в объемных долях (%) и ее плотность по азоту.

Решение:

2H₂+ O₂= 2H₂O

M(H₂) = 2 г/моль;

M(O₂) = 32 г/моль;

M(H₂O) = 18 г/моль.

Масса раствора серной кислоты 5·1,73 = 8,65 г, а масса H₂SO4 в растворе составит 5·1,73·0,8 = 6,92 г.

Конечная концентрация раствора серной кислоты по условию задачи будет равна 80,0 - 0,5 = 79,5 %, т.е.

масса раствора после смешения составит 6,92·100/79,5 = 8,72 г.

Увеличение массы раствора произошло за счет воды массой 8,72 - 8,65 = 0,07 г. Следовательно, по реакции образуется 0,07 г воды или 0,07/18 = 0,0039 моль, что составляет 0,0039·22,4 = 87 см³.

Объем водорода, вступившего в реакцию, составит 87 см³.

С учетом условия задачи объем кислорода составит 350 - 87 = 263 см³.

ω (Н₂) = 87·100/350 = 24,87 %; ω (O₂) = 100,00 - 24,87 = 75,13 %.

Средняя молярная масса смеси равна (24,87⋅2 + 75,13⋅32)/100 = 24,55 г/моль. Плотность смеси по азоту доставит D = 24,55/28 = 0,88.

Ответ: 24,87 %; 75,13 %; 0,88.

Задача8. Какую массу олеума с массовой долей 30 % нужно добавить к раствору серной кислоты с массовой долей 40 % массой 131,0 г для получения олеума с массовой долей 5 %?

Решение:

M(H₂O) = 18 г/моль; M(SO₃) = 80 г/моль; M(H₂SO₄) = 98 г/моль.

Пусть масса олеума (ω= 30 %) составляет х г, тогда масса SO₃ в нем составит а = 30х/100 = 0,3 х г.

Масса воды в 131,0 г раствора серной кислоты (ω= = 40 %) равна 131,0•0,6 = 78,6 г или78,6/18 = 4,37 моль.

H₂O + SO₃= H₂SO₄.

Для реакции потребуется 4,37 моль SO₃ или 4,37•80 = 349,4 г.

Следовательно, для получения олеума (ω= 5%) останется (0,3х- 349,4) г SO₃, а масса олеума (ω= 5 %) составит сумму масс олеума (ω= 30 %) - х г и раствора серной кислоты (ω= 40 %) - 131,0 г, т.е. (х+ 131,0) г. Из пропорции:

100 г олеума − 5 г SO₃

(x + 131,0) г олеума − (0,3х- 349,4) г SO₃

x = 1423,8 г олеума (ω= 30%).

Ответ: 1423,8 г

Задача9. Какую массу оксида серы (VI) надо растворить в растворе H₂SO₄ (ω= 91,0 %)

Массой 100 г, чтобы получить олеум (ω= 30 %).

Решение:

M(H₂SO₄) = 98 г/моль; M(SO₃) = 80 г/моль.

Олеум - это раствор SO₃ в 100 % H₂SO₄. Процесс получения олеума разобьем на две стадии. Сначала найдем, сколько надо добавить SO₃, чтобы 91 % серная кислота превратилась в 100 %.

SO₃+Н₂О= Н₂SO₄.

В исходной серной кислоте содержалось 100·0,09 = 9 г Н₂О, что составляет 9/18 = 0,5 моль. Для реакции с таким количеством воды необходимо 0,5 моль SO₃ или 0,5•80 = 40 г; при этом образуется 0,5 моль Н₂SO₄ или 0,5·98 = 49 г. Общая масса 100 % серной кислоты после добавления 40 г SO₃ станет

равна 91 + 49 = 140 г. Для получения 30 % раствора SO₃ в серной кислоте к140 г Н₂SO₄ надо добавитьx г SO₃, тогда масса олеума станет равна (140 + x) г, а массовая доля SO₃ составитω(SO₃) = x/(140 + x) = 0,3,откуда x = 60 г.

Общая масса добавленного SO₃ равна 40 + 60 = 100 г.

Ответ: 100 г.

Задача10. Смешали олеум с массовой долей 35 % массой 80 г с75 см³раствора серной кислоты с массовой долей 40 % (ρ= 1,30 г/см³). Плотность полученного раствора составила1,73 г/см³. Определите концентрацию полученного раствора в массовых долях(%) и моль/дм³.

Решение:

SO₃+ H₂O = H₂SO₄

M(H₂SO₄) = 98 г/моль; M(SO₃) = 80 г/моль.

Масса SO₃ в олеуме (ω= 35 %) массой80 г составит 80⋅0,35 = 28 г или 28/80 = 0,35 моль.

Следовательно, по реакции образуется 0,35 моль H₂SO₄ или 0,35·98 = 34,3 г.

Масса H₂SO₄ в олеуме (ω= 35 %) массой 80 г составит (80-x) г или 80 – 28 = 52 г. Масса H₂SO₄ в 75 см³ раствора серной кислоты с массовой долей 40 % составит 75·1,30·0,40 = 39 г.

Общая массаH₂SO₄ будет равна 34,3 + +52,0 + 39,0 = = 125,3 г при общей массе раствора 80 + 75·1,30 = 177,5 г, ω= 125,3·100/177,5 = 70,6 %.

Для определения молярной концентрации полученного раствора серной кислоты определим массу1 дм³ (1000 см³) раствора (ρ= 1,73 г/см³). Она будет равна1730 г. Тогда с (H₂SO₄) = 0,706·1730/98 = 12,46 моль/дм³.

Ответ: 70,6 % и 12,46 моль/дм³.

Задача11. Определите массу пирита(FeS₂), необходимую для получения такого количества S₃, чтобы при растворении последнего в растворе серной кислоты с массовой долей 91 % массой 500 г получить олеум с массовой долей 12,5%.

Решение:

1) 4FeS₂+11O₂= 2Fe₂O₃+8SO₂

2) 2SO₂+O₂= 2SO₃

3) SO₃+H₂O = H₂SO₄

M(H₂O) = 18 г/моль; M(SO₃) = 80 г/моль; M(H₂SO₄) = 98 г/моль;

M(FeS₂) = 120 г/моль.

Масса воды в 100 г раствора серной кислоты (ω= 91 %) составит 100 - 91 = 9,0 г или 9/18 = 0,5 моль. Из уравнения реакции (3) следует, что 1 моль SO₃ →1 моль H₂O →1 моль H₂SO₄ или 0,5 моль Н₂О прореагирует с 0,5 моль SO₃ или 0,5·80 = 40 г и образуется 0,5 моль H₂SO₄ или 0,5·98 = 49 г. Тогдаобщая масса H₂SO₄ составит 91 + 49 = 140 г.

Для получения олеума (ω= 12,5 %) на140 г потребуется: 12,5·140/87,5 = 20 г.

Таким образом, всего SO₃ расходуется (40 + 20) = 60 г или 60/80 = 0,75 моль. Из уравнений реакций (2, 3) следует, что на образование 0,75 моль SO₃ расходуется FeS₂ 0,75/2 = 0,375 моль или 0,375·120 = 45 г.

Ответ: 45 г.

Задача 12. Газ, выделившийся при обработке сульфида цинка избытком раствора соляной кислоты, смешали с избытком газа, полученного термическим разложением бертолетовой соли. После сжигания образовавшейся газовой смеси объем ее уменьшился на 13,44 дм³. Рассчитайте массу израсходованного сульфида цинка.

Решение:

1) ZnS + 2HCl = ZnCl₂ + H₂S↑

2) 2KClO₃= 2KCl + 3O₂↑

3) 2H₂S + 3O₂ = 2H₂O + 2SO₂↑

М(ZnS) = 97 г/моль.

Из условия задачи и уравнения реакции (3) следует, что 13,44 дм³ - это объем кислорода, вступившего в реакцию (3), что составляет13,44/22,4 = 0,6 моль. Из уравнений реакций (1 -3) следует, что 2 моль ZnS →2 моль H₂S →3 моль O₂ или 2 моль ZnS →3 моль О₂, т.е. количество сульфида цинка равно 2·0,6/3 = 0,4 моль или 0,4·97 = 38,8 г.

Ответ: 38,8 г.

Задача 13. Какой концентрации в массовых долях (%) получится кислота, если весь

хлороводород, полученный из смеси хлорида и нитрата калия массой 200 г, растворить в воде объемом 233,6 см³? Известно, что при прокаливании смеси хлорида и нитрата калия массой 200 г образуется твердый остаток массой 187,2 г.

Решение:

1) 2KNO₃ = 2KNO₂ + O₂↑

2) 2KCl + H₂SO_4(конц.) = K₂SO₄ + 2HCl↑

M(KNO₃) = 101 г/моль;

M(KNO₂) = 85 г/моль;

M(HCl) = 36,5 г/моль;

M(KCl) = 74,5 г/моль.

Пусть масса нитрата калия в смеси составляет х г, тогда из уравнения реакции (1) масса нитрита калия составит а г, т.е. а= 85х/101 = 0,84х.

По условию задачи имеем: (200 - х) + 0,84х= 187,2 или х= 80 г KNO₃. Тогда масса хлорида калия составит 200 - 80 = 120 г. Из уравнения реакции (2) следует: 1 моль KCl →1 моль HCl, т.е. из 120 г KCl образуется120·36,5/74,5 = = 58,8 г HCl. После растворения 58,8 г HCl в воде масса раствора составит58,8 + 233,6 = 292,4 г или ω= 58,8·100/292,4 = 20 %.

Ответ: 20 %.

Задача14.Какое количество фосфора и бертолетовой соли было израсходовано, если при растворении образующегося при их взаимодействии P₂O₅, в 400 см³раствора фосфорной кислоты с массовой долей 85 % (ρ= = 1,70 г/см³), концентрация фосфорной кислоты увеличилась на 9,2 %?

Решение:

1) 6P + 5KClO₃ = 3P₂O₅ + 5KCl

2) P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

M(H₃PO₄) = 98 г/моль; M(P₂O₅) = 142 г/моль;

M(KClO₃) = 122,5 г/моль; М(Р) = 31 г/моль.

Масса H₃PO₄ в растворе составит 400·1,7·0,85 = 578 г.

Если по уравнению реакции (1) образуется х г P₂O₅, то по уравнению реакции (2) образуется а г H₃PO₄: а= 2•98х/142 = 1,38 x..

Масса раствора H₃PO₄ после растворения в нем P₂O₅ составит (400·1,7 + х) г.

По условию задачи после растворения P₂O₅ (ω, %) полученного раствора составит 85,0 + 9,2 = 94,2 % или

100 г раствора − 94,2 г H₃PO₄

(400·1,7 + x) г раствора − (578 + 1,38х) г H₃PO₄, откуда х= 142 г P₂O₅ или 142/142 = 1 моль.

Из уравнения реакции (1) следует, что количество KClO₃ равно 5/3 моль или 122,5·5/3 = 204,1 г, количество фосфора равно 2 моль или 2·31 = 62 г.

Ответ: 62 г.

Задача15. При нагревании бертолетовой соли в отсутствии катализатора получается хлорид калия и соль"X" - соль сильной кислоты А, в которой хлор проявляет высшую степень окисления. При действии на соль "Х" концентрированной серной кислотой может быть получена свободная кислота А, при нагревании которой с P₂O₅ образуется ангидрид кислоты А. Напишите уравнения реакций. Рассчитайте объем (н.у.) хлора, который образуется при взаимодействии бертолетовой соли массой 12,25 г с избытком раствора соляной кислоты.

Решение:

Ответ: 6,72 дм³