Вправа 1. Поясніть процеси, що відбуваються під час розчинення безводного кальцій хлориду й амоній нітрату.
Під час розчинення безводного кальцій хлориду розчин нагрівається. Це пояснюється тим, що на руйнування структури кристала витрачається менше енергії, ніж її виділяється під час утворення гідратованих катіонів Кальцію й аніонів Хлориду, тому виділяється тепло й розчин нагрівається.
Під час розчинення амоній нітрату розчин охолоджується приблизно до -80С. Це пояснюється тим, що на руйнування структури кристала витрачається більше енергії, ніж її виділяється під час утворення гідратованих йонів, тому поглинається тепло й розчин охолоджується.
Вправа 2. Охарактеризуйте склад кристалогідратів і наведіть приклади. Кристалогідрати складаються з безводної солі та кристалізаційної води.
Приклади кристалогідратів: мідний купорос CuSO4•5H2O, залізний купорос FeSO4•7H2O, гіпс СаSO4•2H2O, кристалічна сода Na2CO3•10H2O, глауберова сіль Na2SO4•10H2O, гірка сіль MgSO4•7H2O тощо.
Вправа 3. Поясніть застосування найпоширеніших кристалогідратів.
Мідний купорос — купрум (ІІ) сульфат пентагідрат: бордоською рідиною (1%–3% розчин мідного купоросу й зависі кальцій гідроксиду) протруюють зерно та обризкують плодові дерева й кущі від шкідників, а 0,2% розчином обробляють насіння помідорів перед сівбою. У будівництві обробляють ушкоджені цвіллю стіни, стелі, профілактично покривають поверхні перед побілкою.
Залізний купорос — ферум (ІІ) сульфат гептагідрат: застосовують для боротьби зі шкідниками та хворобами рослин у сільському господарстві, у виробництві фарб.
Гіпс — кальцій сульфат дигідрат: як в'яжучий матеріал застосовують у виробництві цементу та добрив, роблять гіпсові пов'язки для фіксації кісток під час переломів у медицині, роблять гіпсові скульптури, макети тощо.
Кристалічна сода — натрій карбонат декагідрат— застосовують у виробництві мийних засобів.
Глауберова сіль: природний мінерал цієї солі мірабіліт застосовують у медицині як проносний засіб.
Гірка сіль — магній сульфат гептагідрат: застосовують у фармації та медицині, хімічній, текстильній і паперовій промисловості, у виробництві цукру.
Вправа 4. Обчисліть масову частку натрій сульфату в глауберовій солі Na2SO4•10H2O.
Відомо: глауберова сіль Na2SO4•10H2O
Знайти: w((Na2SO4)-?
Розв'язування
І спосіб
1. Обчислюємо молярну масу й, відповідно, масу 1 моль кристалогідрату та безводної солі.
М(Na2SO4•10H2O)=М(Na2SO4)+10•М(H2O)=142+10•18=322 г/моль, де
Mr(Na2SO4)=2•Ar(Na)+Ar(S)+4•Ar(О)=2•23+32+4•16=142,
Mr(Н2О)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18.
Маса 1 моль m(Na2SO4•10H2O)=322 г
маса 1 моль m(Na2SO4)=142 г
2. Обчислюємо масову частку солі Na2SO4 в кристалогідраті:
w(Na2SO4)=m(Na2SO4)/m(Na2SO4•10H2O)=142 г:322 г=0,441, або,
помноживши це значення на 100%, одержимо 44,1%
ІІ спосіб
1. Обчислюємо молярну масу й, відповідно, масу 1 моль кристалогідрату та безводної солі.
М(Na2SO4•10H2O)=М(Na2SO4)+10•М(H2O)=142+10•18=322 г/моль, де
Mr(Na2SO4)=2•Ar(Na)+Ar(S)+4•Ar(О)=2•23+32+4•16=142,
Mr(Н2О)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18.
Маса 1 моль m(Na2SO4•10H2O)=322 г,
маса 1 моль m(Na2SO4)=142 г.
2. Обчислюємо масу Na2SO4 у 100 г Na2SO4•10H2O, тобто масову частку солі:
у 322 г Na2SO4•10H2O міститься 142 г Na2SO4, а
в 100 г Na2SO4•10H2O - x г Na2SO4
322 г / 100 г = 142 г / x г
х г • 322 г = 142 г • 100 г
х=142 г • 100 г : 322 г=44,1 г, тобто w(Na2SO4)=44,1%
Відповідь: 44,1%
Вправа 5. Обчисліть масу мідного купоросу, яку треба взяти для приготування розчину масою 180 г з масовою часткою купрум (ІІ) сульфату 0,1.
Відомо: m(розчину)=180 г, w(CuSO4)=0,1
Знайти: m(CuSO4•5H2O)-?
Розв'язування
І спосіб
1. Обчислюємо масу солі CuSO4 у розчині масою 180 г.
m(CuSO4)=m(розчину)•w(CuSO4)=180 г • 0,1 = 18 г
2. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) й, відповідно, масу 1 моль кристалогідрату.
M(CuSO4•5H2O)=M(CuSO4)+5•M(H2O)=160+5•18=250, де
Mr(CuSO4)=Ar(Cu)+Ar(S)+4Ar(O)=64+32+4•16=160,
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18.
Маса 1 моль m(CuSO4•5H2O)=250 г
3. Обчислюємо масу кристалогідрата, необхідного для приготування заданого розчину.
160 г CuSO4 міститься у 250 г CuSO4•5H2O,
18 г CuSO4 - у х г CuSO4•5H2O
18 г / 160 г = х г / 250 г
х г • 160 г = 18 г • 250 г
х = 18 г • 250 г : 160 г=28,125 г
ІІ спосіб
1. Обчислюємо масу солі CuSO4 у розчині масою 180 г.
m(CuSO4)=m(розчину)•w(CuSO4)=180 г • 0,1=18 г
2. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) й, відповідно, масу 1 моль кристалогідрату.
M(CuSO4•5H2O)=M(CuSO4)+5•M(H2O)=160+5•18=250, де
Mr(CuSO4)=Ar(Cu)+Ar(S)+4Ar(O)=64+32+4•16=160,
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18.
Маса 1 моль m(CuSO4•5H2O)=250 г
3. Обчислюємо масову частку солі в кристалогідраті масою 1 моль.
w(CuSO4)=m(CuSO4)/m(CuSO4•5H2O)=160 г : 250 г=0,64
4. З формули обчислення масової частки солі в кристалогідраті знаходимо масу кристалогідрату.
m(CuSO4•5H2O)=m(CuSO4):w(CuSO4)=18 г:0,64=28,125 г
ІІІ спосіб
1. Обчислюємо масу солі CuSO4 у розчині масою 180 г.
m(CuSO4)=m(розчину)•w(CuSO4)=180 г • 0,1 = 18 г
2. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) кристалогідрату.
M(CuSO4•5H2O)=M(CuSO4)+5•M(H2O)=160+5•18=250, 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.
3. Обчислюємо кількість речовини солі CuSO4 масою 18 г за формулою v=m/M.
v(CuSO4)=m(CuSO4)/M(CuSO4)=18 г : 160 г/моль=0,1125 моль
4. Знаходимо у якій кількості речовини кристалогідрату міститься 0,1125 моль безводної солі. У 1 моль кристалогідрата CuSO4•5H2O міститься 1 моль безводної солі CuSO4, тому
v(CuSO4•5H2O)=v(CuSO4)=0,1125 моль
5. Обчислюємо масу кристалогідрату кількістю речовини 0,1125 моль за формулою m=v•M.
m(CuSO4•5H2O)=v(CuSO4•5H2O)•M(CuSO4•5H2O)=0,1125 г•250 г/моль=
=28,125 г
Відповідь: 28,125 г
Вправа 6. Обчисліть масу ферум (ІІІ) нітрату наногідрату та води, що потрібні для приготування розчину масою 300 г з масовою часткою ферум (ІІІ) нітрату 9%.
Відомо: m(розчину)=300 г, w(Fe(NO3)3)=9% або 0,09
Знайти: m(Fe(NO3)3•9H2O)-?
Розв'язування
І спосіб
1. Обчислюємо масу солі Fe(NO3)3 у розчині масою 300 г.
m(Fe(NO3)3)=m(розчину)•w(Fe(NO3)3)=300 г • 0,09=27 г
2. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) й, відповідно, масу 1 моль кристалогідрату та безводної солі.
M(Fe(NO3)3•9H2O)=M(Fe(NO3)3)+9•M(H2O)=242+9•18=404, де
Mr(Fe(NO3)3)=Ar(Fe)+3•Ar(N)+9•Ar(O)=56+3•14+9•16=242,
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18.
Маса 1 моль m(Fe(NO3)3•9H2O)=404 г
Маса 1 моль m(Fe(NO3)3)=242 г
3. Обчислюємо масу кристалогідрату, необхідного для приготування заданого розчину.
242 г CuSO4 міститься у 404 г Fe(NO3)3•9H2O, а
27 г CuSO4 - х г Fe(NO3)3•9H2O.
27 г / 242 г = х г / 404 г
х г • 242 г = 27 г • 404 г
х = 27 г • 404 г : 242 г=45,07 г
4. Розраховуємо масу води, необхідну для приготування цього розчину:
m(H2O)=m(розчину)-m(Fe(NO3)3•9H2O)=300 г - 45,07 г=254,93 г
ІІ спосіб
1. Обчислюємо масу солі Fe(NO3)3 у розчині масою 180 г.
m(Fe(NO3)3)=m(розчину)•w(Fe(NO3)3)=300 г • 0,09=27 г
2. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) й, відповідно, масу 1 моль кристалогідрату та безводної солі.
M(Fe(NO3)3•9H2O)=M(Fe(NO3)3)+9•M(H2O)=242+9•18=404, де
Mr(Fe(NO3)3)=Ar(Fe)+3•Ar(N)+9•Ar(O)=56+3•14+9•18=242,
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18.
Маса 1 моль m(NO3)3•9H2O)=404 г
Маса 1 моль m(Fe(NO3)3)=242 г
3. Обчислюємо масову частку солі в кристалогідраті масою 404 г:
w(Fe(NO3)3)=m(Fe(NO3)3)/m(NO3)3•9H2O)=242 г : 404 г=0,599
4. З формули обчислення масової частки солі в кристалогідраті знаходимо масу кристалогідрату.
m(Fe(NO3)3•9H2O)=m(Fe(NO3)3)/w(Fe(NO3)3)=27 г : 0,599=45,07 г
5. Розраховуємо масу води, необхідну для приготування цього розчину:
m(H2O)=m(розчину)-m(Fe(NO3)3•9H2O)=300 г - 45,07 г=254,93 г
ІІІ спосіб
1. Обчислюємо масу солі Fe(NO3)3 у розчині масою 180 г.
m(Fe(NO3)3)=m(розчину)•w(Fe(NO3)3)=300 г • 0,09=27 г
2. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) кристалогідрату.
M(Fe(NO3)3•9H2O)=M(Fe(NO3)3)+9•M(H2O)=242+9•18=404, де
Mr(Fe(NO3)3)=Ar(Fe)+3•Ar(N)+9•Ar(O)=56+3•14+9•18=242,
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18.
3. Обчислюємо кількість речовини Fe(NO3)3 масою 27 г за формулою v=m/M.
v(Fe(NO3)3)=m(Fe(NO3)3)/M(Fe(NO3)3)=27 г : 242 г/моль=0,11157 моль
4. Знаходимо у якій кількості речовини кристалогідрату міститься 0,11157 моль безводної солі.
У 1 моль кристалогідрату Fe(NO3)3•9H2O) міститься 1 моль безводної солі Fe(NO3)3, кількості речовини однакові, тому
v(Fe(NO3)3•9H2O)=v(Fe(NO3)3)=0,11157 моль
5. Обчислюємо масу кристалогідрату кількістю речовини 0,11157 моль за формулою m=v•M.
m(Fe(NO3)3•9H2O)=v(Fe(NO3)3•9H2O)•M(Fe(NO3)3•9H2O)=
=0,11157 г•440 г/моль=45,07 г
6. Розраховуємо масу води, необхідну для приготування цього розчину:
m(H2O)=m(розчину)-m(Fe(NO3)3•9H2O)=300 г - 45,07 г = 254,93 г
Відповідь: 254,93 г
Вправа 7. У воді масою 150 г розчинили кальцій хлорид гексагідрат СаCl2•6H2O масою 65,7 г. Обчисліть масову частку кальцій хлориду в утвореному розчині.
Відомо: m(Н2О)=150 г, m(CaCl2•6H2O)=65,7 г
Знайти: w(CaCl2)-?
Розв'язування
І спосіб
1. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) й, відповідно, масу 1 моль кристалогідрату.
M(CaCl2•6H2O)=M(CaCl2)+6•M(H2O)=111+6•18=219, де
Mr(CaCl2)=Ar(Ca)+2•Ar(Cl)=40+2•35,5=111,
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18.
Маса 1 моль m(CaCl2•6H2O)=219 г
2. Обчислюємо масу безводної солі CaCl2 в кристалогідраті масою в 65,7 г.
У 219 г CaCl2•6H2O міститься 111 г CaCl2,
в 65,7 г CaCl2•6H2O - х г CaCl2
65,7 г / 219 г = х г / 111 г
х г • 219 г = 65,7 г • 111 г
х = 65,7 г • 111 г : 219 г=33,31 г
4. Розраховуємо масу розчину:
m(розчину)=m(Н2О)+m(CaCl2•6H2O)=150 г + 65,7 г=215,7 г
5. Обчислюємо масову частку CaCl2 в розчині:
w(CaCl2)=m(CaCl2)/m(розчину)=33,31 г : 215,7 г=0,1544, або 15,44%
ІІ спосіб
1. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) й, відповідно, масу 1 моль кристалогідрату.
M(CaCl2•6H2O)=M(CaCl2)+6•M(H2O)=111+6•18=219, де
Mr(CaCl2)=Ar(Ca)+2•Ar(Cl)=40+2•35,5=111,
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18.
Маса 1 моль m(CaCl2•6H2O)=219 г
2. Обчислюємо масову частку солі в кристалогідраті масою 1 моль.
w(CaCl2)=m(CaCl2)/m(CaCl2•6H2O)=111 г : 219 г=0,507
3. З формули обчислення масової частки солі в кристалогідраті знаходимо масу солі CaCl2.
m(CaCl2)=w(CaCl2):m(CaCl2•6H2O)=0,507 г•65,7=33,31 г
4. Розраховуємо масу розчину:
m(розчину)=m(H2O)+m(CaCl2•6H2O)=150 г + 65,7 г=215,7 г
5. Обчислюємо масову частку CaCl2 в розчині:
w(CaCl2)=m(CaCl2)/m(розчину)=33,31 г : 215,7 г=0,1544, або 15,44%
ІІІ спосіб
1. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) й, відповідно, масу 1 моль кристалогідрату.
M(CaCl2•6H2O)=M(CaCl2)+6•M(H2O)•6=111+6•18=219, де
Mr(CaCl2)=Ar(Ca)+2•Ar(Cl)=40+2•35,5=111,
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18.
Маса 1 моль m(CaCl2•6H2O)=219 г
2. Обчислюємо кількість речовини CaCl2•6H2O масою 65,7 г за формулою v=m/M.
v(CaCl2•6H2O)=m(CaCl2•6H2O)/M(CaCl2•6H2O)=65,7 г : 219 г/моль=0,3 моль
3. Знаходимо кількість речовини безводної солі, що міститься у 0,3 моль кристалогідрату.
У 1 моль кристалогідрату CaCl2•6H2O містить 1 моль безводної солі CaCl2, кількості речовини однакові, тому
v(CaCl2)=v(CaCl2•6H2O)=0,3 моль.
4. Обчислюємо масу солі CaCl2 кількістю речовини 0,3 моль за формулою m=v•M.
m(CaCl2)=v(CaCl2)•M(CaCl2)=0,3 г•111 г/моль=33,3 г
5. Розраховуємо масу розчину.
m(розчину)=m(Н2О)+m(CaCl2•6H2O)=150 г + 65,7 г=215,7 г
6. Обчислюємо масову частку CaCl2 в розчині:
w(CaCl2)=m(CaCl2)/m(розчину)=33,31 г : 215,7 г=0,1544, або 15,44%
Відповідь: 15,44 %
Вправа 8. Перемалюйте кросворд у зошит. Розгадайте його. Заповніть горизонтальні рядки. У вертикальному виділеному стовпці отримаєте загальну назву кристалогідратів, утворених сульфатами. КУПОРОС.
1. Речовини, що надають кислого смаку овочам і фруктам. КИСЛОТИ
2. Солі сульфатної кислоти. СУЛЬФАТИ
3. Хімічний елемент із протонним числом +29. КУПРУМ
4. Властивість речовин розчинятися у воді або будь-якому розчиннику. РОЗЧИННІСТЬ
5. Речовини, до складу яких входить певна кількість молекул води. КРИСТАЛОГІДРАТИ
6. Назва дощів, у яких розчинені розчинні оксиди Сульфуру та Нітрогену. КИСЛОТНІ
7. Кристалогідрат, який використовують у медицині. ГІПС