Расчеты: массы (объема, количества вещества) продуктов реакции, если одно из веществ дано в избытке (имеет примеси), если одно из веществ дано в виде раствора с определенной массовой долей растворенного вещества (задание 39 (С4)) Подготовила: учитель химии МОУ «Гимназия 1» г. Железногорска Курской области Федорченко С.М.

Расчеты по уравнениям реакций. 1. Медь, выделившаяся в результате реакции 2,6 г цинка с 160 г 5%-ного раствора сульфата меди (II), полностью прореагировала с 20 мл разбавленной азотной кислоты ( ρ =1,055 г/мл). Определите массовую долю нитрата меди (II) в полученном растворе. Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu (1) 3Cu + 8 HNO 3 = 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 2H 2 O (2) n(Zn)=0,04 моль(недостаток) n(CuSO 4 )=0,05 моль (избыток) n(Cu)=0,04 моль m(Cu)=2,56 г. n(Cu(NO 3 ) 2 )=0,04 моль. n(NO)=0,027 моль. m(NO)=0,81 г. m(Cu(NO 3 ) 2 )=7,52 г. m(HNO 3 )раствора=21,1 г. m(раствора)=22,86 г. ω(Cu(NO 3 ) 2 ) = 33%. Ответ: ω(Cu(NO 3 ) 2 ) = 33%.

Расчеты по уравнениям реакций. 2. Пероксид натрия обработали избытком горячей воды. Выделившийся газ собрали, а образовавшийся раствор щелочи полностью нейтрализовали 10%-ным раствором серной кислоты объемом 300 мл и плотностью 1,08 г/мл. Определите массу взятого для реакции пероксида натрия и объем собранного газа. 2Na 2 O 2 + 2H 2 O = 4NaOH + O 2 (1) 2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O (2) n(H 2 SO 4 ) =0,33 моль n(NaOH) =0,66 моль n(O 2 )=0,165 моль V(O 2 )=3,696 л 3,7 л n(Na 2 O 2 )=0,33 моль m(Na 2 O 2 )=25,74 г Ответ: V(O 2 ) = 3,7 л; m(Na 2 O 2 ) = 25,74 г.

Расчеты по уравнениям реакций мл 34%-ной соляной кислоты плотностью 1,16 г/мл добавили при нагревании к оксиду марганца (IV) массой 2,61 г. Какой объем хлора (н.у.) выделится? Сколько граммов карбоната калия может прореагировать (без нагревания) с выделившимся хлором? MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O (1) 3 Cl 2 + 3K 2 CO 3 = 5KCl + 3CO 2 + KClO 3 (2) n(MnO 2 ) =0,03 моль (недостаток) n(HCl ) =0,27 моль (избыток) n(Cl 2 )=0,03 моль. V(Cl 2 )=0,672 л. n(K 2 CO 3 )=0,03 моль. m(K 2 CO 3 )=4,14 г. Ответ: V(Cl 2 ) = 0,672 л; m(K 2 CO 3 ) = 4,14 г.

Группы заданий, включаемых в задание 39 тестов ЕГЭ: 1. Расчеты по уравнениям реакций. 2. Определение состава продукта реакции (задачи на «тип соли»). 3. Задачи на смеси веществ. 4. Нахождение массовой доли одного из продуктов реакции в растворе по уравнению материального баланса. 5. Нахождение массы одного из исходных веществ по уравнению материального баланса.

Общие принципы решения расчетных задач по химии 1 этап: составить уравнения реакций тех превращений, которые упоминаются в условии. 2 этап: рассчитать количества и массы «чистых веществ». 3 этап: установить причинно-следственные связи между реагирующими веществами, то есть определить – количество какого вещества требуется найти и по какому из реагирующих веществ будет производиться расчет. 4 этап: произвести расчеты по уравнению(-ям) реакций, то есть рассчитать количество искомого вещества, после чего найти его массу (или объем газа). 5 этап: ответить на дополнительные вопросы, сформулированные в условии.

Определение состава продукта реакции (задачи на «тип соли») 1. Углекислый газ объёмом 5,6 л (н.у.) пропустили через 164 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия (ρ=1,22 г/мл). Определите состав и массовые доли веществ в полученном растворе. Дано: V(СO 2 ) =5,6 л V(NaOH)раств.= 164 мл ω(NaOH) =20% или 0,2 ρ (раствора) =1,22 г/мл Каков состав раствора? ω(веществ) - ? Решение: 1. Составляем уравнения реакций. NaOH + CO 2 = NaHCO 3 (1) или 2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O (2) 2. Рассчитываем количества реагирующих веществ («чистых» реагирующих веществ). M (NaOH)=40 г/моль n (NaOH)=V (раств.) ( NaOH) · ρ (раствора) ω(NaOH) /M (NaOH) =164 ·1,22 ·0,2 /40 = 1(моль) n(CO 2 ) =V/Vm = 5,6/22,4 = 0,25 моль

NaOH + CO 2 = NaHCO 3 (1) или 2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O (2) 3. Производим расчеты по уравнениям реакций. n(CO 2 ) : n (NaOH) = 0,25 моль : 1 моль или 1:4, следовательно, гидроксид натрия дан в избытке, расчет ведем по уравнению (2). y моль 0,25 моль x моль 2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O (2) 2 моль 1 моль 1 моль 4. Из уравнения реакции (2) следует, что n (NaOH) =2 n(CO 2 ) =0,5 моль – это количество прореагировавшего гидроксида натрия. Значит, в растворе остался непрореагировавший гидроксид, количеством 0,5 моль. В растворе находятся два вещества, массовые доли которых необходимо рассчитать.

NaOH + CO 2 = NaHCO 3 (1) или 2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O (2) Из уравнения реакции (2) следует, что n (Na 2 CO 3 ) =n(CO 2 ) =0,25 моль. M(Na 2 CO 3 ) =106 г/моль m(Na 2 CO 3 ) = n · M=0,25 · 106 =26,5 г. m(NaOH) = n · M=0,5 · 40 =20 г. M(CO 2 ) = 44 г/моль. m(раствора) = m 1 (NaOH) + m(CO 2 ) = V (раств.) (NaOH) · ρ(раствора) + n(CO 2 ) · M(CO 2 ) = 164 · 1,22 + 0,25 · 44 = 211,08 (г). ω(Na 2 CO 3 )= 26,5 /211,08 = 0, 1255 или 12,55%. ω ост (NaOH) = 20/211,08 = 0,095 или 9,5%. Ответ: ω(Na 2 CO 3 ) = 12,55%; ω(NaOH) = 9,5%.

Определение состава продукта реакции (задачи на «тип соли») 2. Газ, полученный при сжигании 19,2 г серы, без остатка прореагировал с 682,5 мл 5%-ного раствора NaOH (плотность 1,055 г/мл). Определите состав полученного раствора и рассчитайте массовые доли веществ в этом растворе. Дано: m(S)=19,2 г V(NaOH)раств.= 682,5 мл ω(NaOH) =5% или 0,05 ρ (раствора) =1,055 г/мл Состав раствора - ? ω(веществ) - ? Решение: 1. Составляем уравнения реакций. S + O 2 = SO 2 (1) SO 2 + NaOH = NaHSO 3 (2) или SO NaOH = Na 2 SO 3 + H 2 O (3) NaHSO 3 + NaOH = Na 2 SO 3 + H 2 O (4) 2. Рассчитываем количества реагирующих веществ («чистых» реагирующих веществ). M (S)=32 г/моль n (S)=m/M=19,2/32 =0,6 (моль) M( NaOH ) = 40 г/моль n( NaOH )= m/M= V (раств.) ( NaOH) · ρ (раствора) ω(NaOH) /M (NaOH) =682,5·1,055 ·0,05/40 = 0,9 (моль)

S + O 2 = SO 2 (1) SO 2 + NaOH = NaHSO 3 (2) или SO 2 + 2NaOH = Na 2 SO 3 + H 2 O (3) NaHSO 3 + NaOH = Na 2 SO 3 + H 2 O (4) 3. Производим расчеты по уравнениям реакций. 0,6 моль x моль S + O 2 = SO 2 1 моль 1 моль Из уравнения реакции (1) следует, что n(S) = n(SO 2 ) = 0,6 моль. По условию задачи п(SO 2 ) : n (NaOH)= 0,6:0,9 = 1: 1,5. Это значит, что расчет следует вести по уравнению реакции (2), т.к. для уравнения реакции (3) гидроксида натрия недостаточно. 0,6 моль 0,9 моль 0,6 моль SO 2 + NaOH = NaHSO 3 (2) 1 моль 1 моль 1 моль Из уравнения реакции (2) следует, что гидроксид натрия не полностью прореагирует с диоксидом серы. n (NaOH)прореаг.= п(SO 2 ) =0,6 моль n (NaOH)ост.=0,9 – 0,6=0,3 моль Оставшийся гидроксид натрия используется на нейтрализацию кислой соли – гидросульфита натрия, уравнение реакции (4).

S + O 2 = SO 2 (1) SO 2 + NaOH = NaHSO 3 (2) или SO 2 + 2NaOH = Na 2 SO 3 + H 2 O (3) NaHSO 3 + NaOH = Na 2 SO 3 + H 2 O (4) 0,6 моль 0,3 моль x моль NaHSO 3 + NaOH = Na 2 SO 3 + H 2 O (4) 1 моль 1 моль 1 моль Из уравнения реакции (4) следует, что n(NaHSO 3 ) = n(NaOH) = 0,3 моль. Гидроксид натрия в недостатке, по нему рассчитываем п(Na 2 SO 3 ). п(Na 2 SO 3 )= n(NaOH) = 0,3 моль. После реакции нейтрализации кислой соли в растворе остался гидросульфит натрия количеством вещества 0,3 моль. 4. В растворе после всех превращений находятся два вещества: п(Na 2 SO 3 ) = 0,3 моль. n(NaHSO 3 ) = 0,3 моль. m(Na 2 SO 3 ) = n ·M=0,3 ·126=37,8 г. n(NaHSO 3 )=n ·M=0,3104=31,2 г. m(раствора) = m (NaOH) + m(SO 2 ) = V (раств.) (NaOH) · ρ(раствора) + n(SO 2 ) · M(SO 2 ) = 682,5 · 1, ,6 · 64 = 758,4 (г). ω(Na 2 SO 3 )= 37,8 /758,4= 0,0498 или 4,98%. ω ( NaHSO 3 ) = 31,2/758,4= 0,0411 или 4,11%. Ответ:ω(Na 2 SO 3 )= 4,98%; ω (NaHSO 3 ) = 4,11%.

Определение состава продукта реакции (задачи на «тип соли») 3. В 440 г 8%-ной серной кислоты растворили 32 г оксида серы (VI). Какая соль и в каком количестве образуется, если к полученному раствору добавить 16 г гидроксида натрия? Дано: m(H 2 SO 4 ) раствора =440 г ω(H 2 SO 4 )=8% или 0,08 m(SO 3 )=32 г m(NaOH)=16 г n(соли)-? m(соли)-? Решение: 1. Составляем уравнения реакций. SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 (1) H 2 SO 4 + NaOH = NaHSO 4 + H 2 O (2) или H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O (3) 2. Рассчитываем количества реагирующих веществ («чистых» реагирующих веществ). n(H 2 SO 4 )= m(H 2 SO 4 ) раствора · ω(H 2 SO 4 ) /M =440 ·0,08 /98=0,36 (моль) n( SO 3 )=m/M=32/80=0,4 моль n(NaOH)=m/M=16/40=0,4 моль

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 (1) H 2 SO 4 + NaOH = NaHSO 4 + H 2 O (2) или H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O (3) 3. Из уравнения реакции (1) следует, что n(H 2 SO 4 ) = n(SO 3 ) = 0,4 моль – количество образовавшейся кислоты. Общее количество кислоты 0,36 + 0,4 =0,76 (моль). п(H 2 SO 4 ) : n (NaOH)= 0,76:0,4 Гидроксид натрия в недостатке – соль образуется кислая NaHSO 4. 0,4 моль x моль H 2 SO 4 + NaOH = NaHSO 4 + H 2 O 1 моль 1 моль 4. n(NaHSO 4 )=n(NaOH)=0,4 моль. Рассчитаем массу гидросульфата натрия. M (NaHSO 4 ) = 120 г/моль. m(NaHSO 4 )= n · M = 0,4 · 120 = 48 г. Ответ:n(NaHSO 4 )=0,4 моль; m(NaHSO 4 )=48 г.

Определение состава продукта реакции (задачи на «тип соли») 4. Смешали 20%-ный раствор ортофосфорной кислоты объемом 26,25 мл (плотность 1,12 г/мл) и 16%-ный раствор гидроксида калия объемом 50 мл (плотность 1,16 г/мл). Рассчитайте массовые доли веществ в растворе. Дано: V(H 3 PO 4 ) раств. = 26,25 мл ω(H 3 PO 4 )=20% или 0,2 ρ (раствора)= 1,12 г/мл V(KOH) раств. =50 мл ω(KOH) =16% или 0,16 ρ (раствора)= 1,16 г/мл ω(веществ)-? Решение: 1. Составляем уравнения реакций. H 3 PO 4 + KOH = KH 2 PO 4 + H 2 O (1) H 3 PO 4 + 2KOH = K 2 HPO 4 + 2H 2 O (2) H 3 PO 4 + 3KOH = K 3 PO 4 + 3H 2 O (3) KH 2 PO 4 + KOH = K 2 HPO 4 + H 2 O (4) K 2 HPO 4 + KOH = K 3 PO 4 + H 2 O (5) 2. Рассчитываем количества реагирующих веществ («чистых» реагирующих веществ). n(H 3 PO 4 )= V · ω · ρ/M = 26,25 · 0,2 · 1,12/98 = 0,06 моль. n(KOH)= V · ω · ρ/M = 50 · 0,16 · 1,16/56= 0,16 моль. 3. Замещение атомов водорода в кислоте происходит поэтапно: H 3 PO 4 KH 2 PO 4 K 2 HPO 4 K 3 PO 4

H 3 PO 4 + KOH = KH 2 PO 4 + H 2 O (1) H 3 PO 4 + 2KOH = K 2 HPO 4 + 2H 2 O (2) H 3 PO 4 + 3KOH = K 3 PO 4 + 3H 2 O (3) KH 2 PO 4 + KOH = K 2 HPO 4 + H 2 O (4) K 2 HPO 4 + KOH = K 3 PO 4 + H 2 O (5) 0,06 моль 0,16 моль x моль H 3 PO 4 + KOH = KH 2 PO 4 + H 2 O (1) 1 моль 1 моль 1 моль Из уравнения реакции (1) следует, что n(H 3 PO 4 ):n(KOH)=1:1. По условию задачи n(H 3 PO 4 )=0,06 моль, n(KOH)=0,16 моль, следовательно, гидроксид калия в избытке. Количество прореагировавшего гидроксида калия – 0,06 моль, количество оставшегося гидроксида – (0,16-0,06)=0,1 моль. n(KH 2 PO 4 )= n(H 3 PO 4 )=0,6 моль. Образовавшаяся кислая соль дигидроортофосфат калия KH 2 PO 4 прореагирует с оставшимся в растворе гидроксидом калия – уравнение реакции (4). 0,06 моль 0,1 моль y моль KH 2 PO 4 + KOH = K 2 HPO 4 + H 2 O (4) 1 моль 1 моль 1 моль

H 3 PO 4 + KOH = KH 2 PO 4 + H 2 O (1) H 3 PO 4 + 2KOH = K 2 HPO 4 + 2H 2 O (2) H 3 PO 4 + 3KOH = K 3 PO 4 + 3H 2 O (3) KH 2 PO 4 + KOH = K 2 HPO 4 + H 2 O (4) K 2 HPO 4 + KOH = K 3 PO 4 + H 2 O (5) Из уравнения реакции (4) следует, что n(KH 2 PO 4 ):n(KOH)=1:1, значит, KOH в избытке, прореагирует не полностью, количеством 0,06 моль, а 0,04 моль останется в растворе и вступит в реакцию с кислой солью – гидроортофосфатом калия - уравнение (5). n(K 2 HPO 4 )=n(KH 2 PO 4 )=0,06 моль. 0,06 моль 0,04 моль z моль K 2 HPO 4 + KOH = K 3 PO 4 + H 2 O (5) 1 моль 1 моль 1 моль Из уравнения реакции (5) следует, что n(K 2 HPO 4 ):n(KOH)=1:1, значит, KOH в избытке, прореагирует полностью, в растворе останется гидроортофосфат калия количеством 0,02 моль. n(K 3 PO 4 ) = n(K 2 HPO 4 ) = 0,04 моль.

H 3 PO 4 + KOH = KH 2 PO 4 + H 2 O (1) H 3 PO 4 + 2KOH = K 2 HPO 4 + 2H 2 O (2) H 3 PO 4 + 3KOH = K 3 PO 4 + 3H 2 O (3) KH 2 PO 4 + KOH = K 2 HPO 4 + H 2 O (4) K 2 HPO 4 + KOH = K 3 PO 4 + H 2 O (5) 4. В растворе две соли: n(K 2 HPO 4 )=0,02 моль; n(K 3 PO 4 ) = 0,04 моль. m(K 2 HPO 4 )=n · M= 0,02 · 174 = 3,48 г; m(K 3 PO 4 ) = n · M= 0,04 · 212 =8,48 г. m(раствора)= m(H 3 PO 4 )раствора +m(KOH)раствора = V (H 3 PO 4 ) · ρ(H 3 PO 4 ) + V (KOH) · ρ(KOH) = 26,25 · 1, · 1,16 = 87,4 (г). ω(K 2 HPO 4 )=m(K 2 HPO 4 )/m(раствора)=3,48/87,4=0,097 или 9,7%. ω(K 3 PO 4 )=m(K 3 PO 4 )/m(раствора)= 8,48/87,4=0,04 или 4%. Ответ:ω(K 2 HPO 4 )=9,7%, ω(K 3 PO 4 )=4%.

Домашнее задание: 1.Газ, полученный при сжигании 6,4 г серы, без остатка прореагировал с 138 мл 8%-ного раствор NaOH (плотность 1,087 г/мл). Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе. 2. Аммиак объемом 4,48 л (н.у.) пропустили через 200 г 4,9%-ного раствора ортофосфорной кислоты. Назовите соль, образующуюся в результате реакции, и определите ее массу.

Используемая литература В.Н. Доронькин, А.Г. Бережная, Т.В. Сажнева, В.А.Февралева, Химия. Подготовка к ЕГЭ Легион, Ростов- на-Дону, 2012 г. В.Н. Доронькин, А.Г. Бережная, Т.В. Сажнева, В.А.Февралева, Химия. Тематические тесты для подготовки к ЕГЭ. Задания высокого уровня сложности (С1-С5). Легион, Ростов-на-Дону, 2012 г.