|
Зверніть увагу, майже кожна хімічна задача може бути розв'язана кількома способами. Намагайтеся віднаходити різні варіанти розв'язування конкретної задачі, але обирайте той з них, який є найраціональнішим. Зеленим кольором даються пояснення. |
Вправа 77. Дайте визначення поняттям: «розчинність», «насичений розчин», «ненасичений розчин», «розведений розчин», «концентрований розчин». Здатність речовини розчинятися у воді називають розчинністю. Розчин, у якому речовина вже не може розчинятися за певної температури, називають насиченим, а якщо речовина ще може розчинятися, то розчин є ненасиченим. Розчини із суттєвою кількістю розчиненої речовини називають концентрованими, а з малою — розведеними.
Вправа 78. Чи можна приготувати розчин, що є одночасно:
а) і насиченим, і розведеним? Можна. Такими є розчини з малою розчинністю речовин.
б) і концентрованим, і ненасиченим? Можна. Такими є розчини з великою розчинністю речовин.
Наведіть приклади.
а) у 100 г води за 20 °С можна розчинити не більше 0,25 г CaSO4 і лише 0,007 г CaCO3 - розчини є насиченими. Водночас масова частка розчиненої речовини у цих розчинах менша за 10%, тому розчини є розведеними.
w(CaSO4)=m(CaSO4)/(m(CaSO4)+m(води))=0,25/(0,25+100)=0,002 або 0,2%
w(CaCO3)=m(CaCO3)/(m(CaCO3)+m(води))=0,007/(0,007+100)=7•10-5 або 7•10-3%
б) За кривою розчинності у 100 г води за 20 °С можна розчинити не більше 32 г KNO3, 36 г NaCl - розчини є насиченими. У 100 г води за 20°С розчинили калійну селітру масою 30 г і кухонну сіль масою 34 г - розчини ненасичені. Водночас масова частка розчиненої речовини у цих розчинах більша за 10 %, тому розчини є концентрованими.
w(KNO3)=m(KNO3)/(m(KNO3)+m(води))=32/(32+100)=0,242 або 24,2%
w(NaCl)=m(NaCl)/(m(NaCl)+m(води))=36/(36+100)=0,265 або 26,5%
Вправа 79. За даними, наведеними в попередньому параграфі, визначте, чи можна приготувати насичений за 20°С розчин, використовуючи 10 г води та по 1 г солей: а) кухонної солі; б) калійної селітри; в) крейди.
Відомо: t=20°С, m(води)=10 г, m(солі)=1 г.
Знайти: чи насичені розчини?
Розв'язування
Для визначення маси розчиненої речовини у 100 г води за заданої температури складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
При t=20°С у 10 г води міститься 1 г солі, тоді
у 100 г води буде міститися х г солі.
10 г / 100 г = 1 г / х г
х г • 10 г = 1 г • 100 г
х = 1 г • 100 г / 10 г
х = 10 г
У 100 г такого розчину буде розчинено 10 г запропонованих солей.
Згідно кривої розчинності:
а) у 100 г води за t=20°С максимально може розчинитися 36 г кухонної солі, а маємо 10 г солі (NaCl), тому не можна приготувати насичений розчин.
б) у 100 г води за t=20°С максимально може розчинитися 32 г калійної селітри, а маємо 10 г селітри (KNO3), тому не можна приготувати насичений розчин.
в) у 100 г води за t=20°С максимально може розчинитися 0,007 г крейди, а маємо 10 г крейди (СаСО3), тому можна приготувати насичений розчин.
Вправа 80. У 100 г води за 20°С розчинили кухонну сіль масою 32 г. Чи буде такий розчин:
а) насиченим; Ні, не буде. За кривою розчинності у 100 г води за 20°С максимально можна розчинити 36 г кухонної солі (NaCl), тоді розчин буде насиченим, а розчинили 32 г;
б) концентрованим? Буде, бо кількість кухонної солі, що розчинили, є суттєвою, тобто масова частка розчиненої речовини у розчині більша за 10%, тому розчин є концентрованим.
w(NaCl)=m(NaCl)/(m(NaCl)+m(води))=32/(32+100)=0,24 або 24%
Вправа 81. Який об’єм води необхідний для приготування насиченого розчину калій хлориду, що містить 54 г солі, якщо розчинність калій хлориду за даної температури дорівнює 33 г на 100 г води? Обчисліть масу цього розчину.
Відомо: m(KCl)=54 г, розчинність солі 33 г на 100 г води.
Знайти: V(H2O)-?, m(розчину)-?
Розв'язування
Для визначення об'єму води за відомою розчинністю за певної температури складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
33 г калій хлориду розчиняється у 100 г води, тоді
54 г калій хлориду розчиниться у х г води.
33 г / 54 г = 100 г / х г
х г • 33 г = 54 г • 100 г
х = 54 г • 100 г / 33 г
х = 164 г Для води об'єм відповідає масі, тому V(H2O)=164 мл
m(розчину)=m(KCl)+m(Н2О)=54 г + 164 г = 218 г
Відповідь: V(H2O)=164 мл, m(розчину)=218 г
Вправа 82. За температури 60°С у 100 г води максимально розчиняється 110 г калій нітрату. Визначте масову частку солі в насиченому за цієї температури розчині.
Відомо: m(H2O)=100 г, m(KNO3)=110 г. Знайти: w(KNO3)-?
Розв'язування
І спосіб
1. Знаходимо масу розчину.
m(розчину)=m(KNO3)+m(Н2О)=110 г +100 г = 210 г
2. Знаходимо масову частку речовини в розчині за формулою:
w(речовини)=(m(речовини)/m(розчину))•100%
w(KNO3)=(m(KNO3)/m(розчину))•100%=(110 г/210 г)•100%=52,4%.
ІІ спосіб
1. Знаходимо масу розчину.
m(розчину)=m(KNO3)+m(Н2О)=110 г +100 г = 210 г
2. Визначаємо масу розчиненої речовини, що міститься у 100 г розчину, тобто, масову частку. Для цього складаємо пропорцію і розв'язуємо її:
у 210 г розчину розчинено 110 г KNO3, тоді
у 100 г розчину розчиниться х г KNO3.
210 г / 100 г = 110 г / х г, звідси
х г • 210 г = 110 г • 100 г
х = (110 г • 100 г) : 210 г
х = 52,4 г, тому w(KNO3) = 52,4%
Відповідь: в насиченому розчині калій нітрату за температури 60°С масова частка солі становить 52,4%
Вправа 83. Який об’єм води необхідний для приготування насиченого розчину магній сульфату, що містить 10 г солі, якщо розчинність солі за даної температури дорівнює 33,7 г на 100 г води?
Відомо: m(MgSO4)=10 г, розчинність cолі 33,7 г на 100 г води.
Знайти: V(H2O)-?
Розв'язування.
Для визначення маси води за відомою розчинністю за певної температури складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
33,7 г магній сульфату розчиняється у 100 г води, тоді
10 г магній сульфату розчиниться у х г води.
33,7 г / 10 г = 100 г / х г
х г • 33,7 г = 10 г • 100 г
х = 10 г • 100 г / 33,7 г
х = 29,7 г Для води об'єм відповідає масі, тому V(H2O)=29,7 мл
Відповідь: V(H2O)=29,7 мл
Вправа 84. В 1 л води за 0 °С і атмосферного тиску розчиняється близько 500 л гідроген хлориду (н. у.). Обчисліть масову частку гідроген хлориду в насиченому розчині.
Відомо: V(H2O)=1 л = 1000 мл, V(HCl)=500 л. Знайти: w(HCl)-?
Розв'язування.
1. n(HCl)=V(HCl)/VM=500 л : 22,4 л/моль=22,32 моль
M(HCl)=36,5 г/моль
m(HCl)=n(HCl)•M(HCl)=22,32 моль•36,5 г/моль=814,7 г
2. Знаходимо масу води за формулою: m=V•ρ, де густина ρ=1 г/мл.
m(H2O) = 1000 мл • 1 г/мл = 1000 г. Бачимо, що для води об'єм відповідає масі, тому ця дія не є обов'язковою.
3. Знаходимо масу розчину.
m(розчину) =m(Н2О)+m(HCl) =1000 г+814,7 г=1814,7 г
4. Знаходимо масову частку розчиненої речовини в розчині за формулою:
w(речовини)=(m(речовини)/m(розчину))•100%
w(HCl)=(m(HCl)/m(розчину))•100%=(814,7 г/1814,7 г)•100%=
=0,449•100%= 44,9%.
Відповідь: в насиченому розчині гідроген хлориду за температури 0°С масова частка речовини становить 44,9%.
Як потрібно змінити умови, щоб одержати більш концентрований розчин? Більш концентрований розчин можна отримати за підвищення тиску та зменшення температури, бо розчинність газів за таких умов зростає.
Вправа 85. Визначте максимально можливу масу калій хлориду, що можна розчинити у воді масою 100 г за 25°С, якщо для приготування насиченого розчину за цієї температури на 25 г води потрібна сіль масою 8,75 г.
Відомо: m(H2O)=25 г, m(KCl)=8,75 г
Знайти: m(KCl)-?
Розв'язування.
Для визначення маси солі складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
На 25 г води потрібна сіль масою 8,75 г, тоді
на 100 г води буде потрібна сіль масою х г.
25 г / 100 г = 8,75 г / х г, звідси
х г • 25 г = 8,75 г • 100 г
х = 8,75 г • 100 г / 25 г
х = 35 г
Відповідь: розчинність солі 35 г на 100 г води за температури 25°С.
Вправа 86. Обчисліть масу осаду, який утвориться в разі зливання розчину, що містить ферум (III) хлорид у достатній кількості, та 200 г розчину з масовою часткою натрій гідроксиду 0,24.
Відомо: m(розчину)=200 г, w(NaOH)=0,24.
Знайти: m(Fe(OH)3)-?
Розв'язування.
Знаходимо масу розчиненої речовини (натрій гідроксиду) за формулою:
m(речовини)=w(речовини)•m(розчину)
m(NaOH)= w(NaOH)•m(розчину)=0,24•200г= 48 г.
М(NaOH)=40 г/моль
n(NaOH)=m(NaOH)/M(NaOH)=48 г : 40 г/моль=1,2 моль
Записуємо рівняння реакції: FeCl3 + 3NaOH = 3NaCl + Fe(OH)3↓
За рівнянням реакції n(NaOH)/3=n(Fe(OH)3)/1, звідси
n(Fe(OH)3)=1•n(NaOH):3=1•1,2 моль:3=0,4 моль
М(Fe(OH)3)=107 г/моль
m(Fe(OH)3)=n(Fe(OH)3)•M(Fe(OH)3)=0,4 моль•107 г/моль=42,8 г.
Відповідь: в разі зливання розчинів утвориться осад масою 42,8 г.
Вправа 87. До розчину калій карбонату масою 200 г із масовою часткою солі 6,9 % додавали хлоридну кислоту до припинення виділення газу. Обчисліть об’єм газу, що виділився (н. у.).
Відомо: m(розчину)=200 г, w(К2СО3)=6,9%.
Знайти: V(СO2)-?
Розв'язування
Знаходимо масу розчиненої речовини (калій карбонату) за формулою:
m(речовини)=w(речовини)•m(розчину)
m(К2СО3)= (w(К2СО3)•m(розчину)):100%=(6,9%•200г):100%= 13,8 г
Знаходимо об'єм продукта реакції за відомою масою реагента.
І спосіб
M(К2СO3)=138 г/моль
n(К2СO3)=m(К2СO3)/M(К2СO3)=13,8 г : 138 г/моль=0,1 моль
Записуємо рівняння реакції: К2СО3+2HCl=2KCl+CО2+H2O
За рівнянням реакції n(К2СO3):n2(СO2)=1:1, кількість речовини однакова, тому
n(СO2)=n(К2СO3)=0,1 моль
V(СO2)=n(СO2)•VM=0,1 моль•22,4 л/моль=2,24 л
ІІ спосіб
M(К2СO3)=138 г/моль
Записуємо рівняння реакцій: К2СО3+2HCl=2KCl+CО2+H2O
За рівнянням реакції n(К2СO3)/1=n(СO2)/1,
підставимо n(K2CO3)=m(K2CO3):M(K2CO3) і n(CO2)=V(CO2):VM у це співвідношення:
m(К2СO3)/M(К2СO3)=V(СO2)/VM, звідси
V(СO2)•М(К2СO3)=m(К2СO3)•VM, тому
V(СO2)=m(К2СO3)•VM:M(К2СO3)=13,8 г•22,4 л/моль:138 г/моль=2,24 л
Відповідь: виділиться вуглекислий газ об'ємом 2,24 л.
Вправа 88. Хлоридну кислоту масою 150 г із масовою часткою кислоти 3,65% нейтралізували барій гідроксидом. Обчисліть масу утвореної солі.
Відомо: m(розчину)=150 г, w(HCl)=3,65%
Знайти: m(BaCl2)-?
Розв'язування.
Знаходимо масу розчиненої речовини (кислоти) за формулою:
m(речовини)=w(речовини)•m(розчину)
m(HCl)= (w(HCl)•m(розчину)):100%=(3,65%•150г):100%= 5,475 г
М(HCl)=36,5 г/моль
n(HCl)=m(HCl)/M(HCl)=5,475 г : 36,5 г/моль=0,15 моль
Записуємо рівняння реакції: 2HCl + Ba(OH)2 = BaCl2 + 2H2O
За рівнянням реакції n(HCl)/2=n(BaCl2)/1, звідси
n(BaCl2)=1•n(HCl):2=1•0,15 моль:2= 0,075 моль
М(BaCl2)=208 г/моль
m(BCl2)=n(BaCl2)•M(BaCl2)=0,075 моль•208 г/моль=15,6 г
Відповідь: маса утвореної солі 15,6 г
Вправа 89*. Під час застосування цинку як мікродобрива його додають у кількості близько 4 кг цинк сульфату гептагідрату ZnSO4•7H2O на гектар. Обчисліть масу безводної солі в цьому зразку кристалогідрату.
Відомо: m(ZnSO4•7H2O)=4 кг=4000 г. Знайти: m(ZnSO4)-?
Розв'язування.
І спосіб
М(ZnSO4•7H2O)=М(ZnSO4)+7М(H2O)=161+7•18=287 г/моль, де
Mr(ZnSO4)=Ar(Zn)+Ar(S)+4•Ar(O)=65+32+4•16=161,
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18
n(ZnSO4•7H2O)=m(ZnSO4•7H2O)/M(ZnSO4•7H2O)=4000 г : 287 г/моль=13,94 моль.
Формула кристалогідрату ZnSO4•7H2O дозволяє визначити стехіометричні співвідношення цинк сульфату та води в ньому: у кристалогідраті кількістю 1 моль міститься цинк сульфат кількістю 1 моль та 7 моль води:
n(ZnSO4•7H2O)=n(ZnSO4)=7•n(Н2О)
Отже, n(ZnSO4)=n(ZnSO4•7H2O)=13,94 моль
m(ZnSO4)=n(ZnSO4)•M(ZnSO4)=13,94 моль•161 г/моль=2244,34 г≈2244 г
ІІ спосіб
1. Обчислюємо молярну масу кристалогідрату.
М(ZnSO4•7H2O)=М(ZnSO4)+7М(H2O)=161+7•18=287 г/моль, де
Mr(ZnSO4)=Ar(Zn)+Ar(S)+4•Ar(O)=65+32+4•16=161,
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18
2. Знаходимо масову частку ZnSO4 в кристалогідраті за формулою:
w(ZnSO4)=М(ZnSO4)/М(ZnSO4•7H2O)=161/287=0,561
3. З формули w(ZnSO4)=m(ZnSO4)/m(ZnSO4•7H2O) отримуємо формулу для обчислення маси ZnSO4:
m(ZnSO4)=m(ZnSO4•7H2O)•w(ZnSO4)=4000 г•0,561=2244 г
Відповідь: маса безводної солі в цьому зразку кристалогідрату 2244 г.
Вправа 90*. Обчисліть масову частку солі в розчині, отриманому додаванням води масою 500 г до: а) мідного купоросу CuSO4•5H2O масою 62,5 г; б) глауберової солі Na2SO4•10H2O масою 80,5 г; в) залізного купоросу FeSO4•7H2O масою 278 г; г) манган (II) сульфат гептагідрату MnSO4•7H2O масою 138,5 г; д) ферум (III) хлориду нонагідрату FeCl3•9H2O масою 64,9 г.
а) Відомо: m(CuSO4•5H2O)=62,5 г Знайти: w(CuSO4)-?
Розв'язування.
І спосіб
1. M(CuSO4•5H2O)=Mr(CuSO4)+5•Mr(H2O)=160+5•18=250 г/моль, де
Mr(CuSO4)=Ar(Cu)+Ar(S)+4•Ar(O)=64+32+4•16=160,
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18
n(CuSO4•5H2O)=m(CuSO4•5H2O)/M(CuSO4•5H2O)=62,5 г:250г/моль=
=0,25 моль
2. Формула кристалогідрату CuSO4•5H2O дозволяє визначити стехіометричні співвідношення купрум сульфату та води в ньому: у кристалогідраті кількістю 1 моль міститься купрум сульфат кількістю 1 моль та 5 моль води: n(CuSO4•5H2O)=n(CuSO4)=5•n(Н2О)
Отже, n(CuSO4)=n(CuSO4•7H2O)=0,25 моль
3. Знаходимо масу безводної солі m=n•M:
m(CuSO4)=n(CuSO4)•M(CuSO4)=0,25 моль•160 г/моль=40 г.
4. Знаходимо масу розчину.
m(розчину)=m(Н2О)+m(CuSO4•5H2O)=500 г + 62,5 г = 562,5 г
5. Знаходимо масову частку речовини (безводної солі) за формулою
w(речовини)=m(речовини)/m(розчину)
w(CuSO4)=m(CuSO4)/m(розчину)=40 г / 562,2 г = 0,0711, або,
помноживши це значення на 100%, одержимо 7,11%
ІІ спосіб
1. Обчислюємо молярну масу кристалогідрату.
М(CuSO4•5H2O)=М(CuSO4)+5М(H2O)=160+5•18=250 г/моль, де
Mr(CuSO4)=Ar(Cu)+Ar(S)+4•Ar(O)=64+32+4•16=160,
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18
2. Знаходимо масову частку CuSO4 в кристалогідраті за формулою:
w(CuSO4)=М(CuSO4)/М(CuSO4•5H2O)=160/250=0,64
3. З формули w(CuSO4)=m(CuSO4)/m(CuSO4•5H2O) отримуємо формулу для обчислення маси CuSO4:
m(CuSO4)=m(CuSO4•5H2O)•w(CuSO4)=62,5 г•0,64=40 г
4. Знаходимо масу розчину.
m(розчину)=m(Н2О)+m(CuSO4•5H2O)=500 г + 62,5 г = 562,5 г
5. Знаходимо масову частку речовини (безводної солі) за формулою w(речовини)=m(речовини)/m(розчину)
w(CuSO4)=m(CuSO4)/m(розчину)=40 г / 562,2 г = 0,0711, або,
помноживши це значення на 100%, одержимо 7,11%
Відповідь: масова частка солі в розчині мідного купоросу 7,11% або 0,0711.
Аналогічно визначаємо для решти задач.
б) 6,12 %;
в) 19,5 %;
г) 11,8 %;
д) 5,75 %.
Вправа 91*. Для обробки рослин використовують розчин ферум (ІІ) сульфату з масовою часткою 2%. Обчисліть маси ферум (ІІ) сульфату гептагідрату FeSO4•7H2O і води, що необхідні для приготування такого розчину масою 1 кг.
Відомо: m(розчину)=1 кг=1000 г, w(FeSO4)=2%.
Знайти: m(FeSO4•7H2O)-? m(H2O)-?
Розв'язування.
І спосіб
1. Знаходимо масу розчиненої речовини (солі) за формулою:
m(речовини)=w(речовини)•m(розчину)
m(FeSO4)= (w(FeSO4)•m(розчину)):100%=(2%•1000 г):100%=20 г.
2. М(FeSO4)=152 г/моль
n(FeSO4)=m(FeSO4)/M(FeSO4)=20 г : 152 г/моль=0,132 моль
Формула кристалогідрату FeSO4•7H2O дозволяє визначити стехіометричні співвідношення купрум сульфату та води в ньому: у кристалогідраті кількістю 1 моль міститься купрум сульфат кількістю 1 моль та 7 моль води: n(FeSO4•7H2O)=n(FeSO4)=7•n(Н2О)
Отже, n(FeSO4•7H2O)=n(FeSO4)=0,132 моль
3. Знаходимо масу кристалогідрату m=n•M.
Mr(FeSO4•7H2O)=Mr(FeSO4)+7•Ar(H2O)=152+7•18=278 г/моль, де
М(FeSO4•7H2O)=278 г/моль.
m(FeSO4•7H2O)=n(FeSO4•7H2O)•M(FeSO4•7H2O)=0,132 моль•278г/моль=36,6 г
4. Обчислюємо масу води.
m(H2O)=m(розчину)-m(FeSO4•7H2O)=1000 г - 36,6 г =963,4 г.
II cпосіб
1. Знаходимо масу розчиненої речовини (солі) за формулою:
m(речовини)=w(речовини)•m(розчину)
m(FeSO4)= (w(FeSO4)•m(розчину)):100%=(2%•1000 г):100%=20 г
2. Обчислюємо молярну масу кристалогідрату.
М(FeSO4•7H2O)=М(FeSO4)+7М(H2O)=152+7•18=278 г/моль, де
Mr(FeSO4)=Ar(Fe)+Ar(S)+4•Ar(O)=56+32+4•16=152,
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18
3. Знаходимо масову частку FeSO4 в кристалогідраті за формулою:
w(FeSO4)=М(FeSO4)/М(FeSO4•7H2O)=152/278=0,547
4. З формули w(FeSO4)=m(FeSO4)/m(FeSO4•7H2O) отримуємо формулу для обчислення маси кристалогідрату:
m(FeSO4•7H2O)=m(FeSO4)/w(FeSO4)=20 г : 0,547=36,6 г
5. Обчислюємо масу води.
m(H2O)=m(розчину)-m(FeSO4•7H2O)=1000 г - 36,6 г =963,4 г
Якою масою безводного ферум (ІІ) сульфату можна замінити обчислену вами масу кристалогідрату? Масою 20 г безводного ферум (ІІ) сульфату, щоб масова частка солі у розчині дорівнювала 2%.
Відповідь: для приготування розчину необхідно 36,6 г кристалогідрату і 963,4 г води; можна замінити 20 г безводного ферум (ІІ) сульфату.