|
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. |
Знаємо, розуміємо
1. Які речовини називають кристалогідратами? Кристалогідрати — кристалічні речовини, кристалічна ґратка яких містить гідратовані йони.
2. Наведіть якомога більше прикладів кристалогідратів.
| Формула | Тривіальна назва |
Назва за міжнародною номенклатурою |
|
CaSO4•2H2O CuSO4•5H2O FeSO4•7H2O MgSO4•7H2O Na2SO4•10H2O Na2CO3•10H2O |
гіпс мідний купорос залізний купорос гірка (англійська) сіль глауберова сіль кристалічна сода |
кальцій сульфат дигідрат купрум (ІІ) сульфат пентагідрат ферум (ІІ) сульфат гептагідрат магній сульфат гептагідрат натрій сульфат декагідрат натрій карбонат декагідрат |
За міжнародною номенклатурою назва кристалогідратів складається з трьох слів. Перше слово — назва катіону із зазначеною змінною валентністю; друге — загальна назва солей певної кислоти; третє слово утворене з префікса (1 — моно- 2 — ди- або бі- 3 — три- 4 — тетра- 5 — пента- 6 — гекса- 7 — гепта- 8 — окта- 9 — еннеа- або нона- (лат.) 10 — дека-) і кореня гідрат, що вказує на наявність води.
3. Як обчислюють відносну молекулярна масу кристалогідрату? Відносна молекулярна маса кристалогідрату дорівнює сумі відносних молекулярних мас безводної солі та кристалізаційної води.
4. Чим ви поясните, що купрум (ІІ) сульфат у твердому стані білого кольору, а його водний розчин — блакитного? Утворені катіонами Купруму гідратовані йони, на відміну від тих, щоб містяться в безводній речовині, мають інший колір.
Забарвлення розчину обумовлене утворенням гідратованих йонів купруму (ІІ) — Cu(H2O)m2+
5. Що слід пам’ятати, виготовляючи водні розчини солей з їхніх кристалогідратів? У розчині солі, виготовленому з кристалогідрату, розчиненою речовиною вважається безводна сіль. Кристалізаційна вода поповнює масу розчинника.
Застоовуємо
Вправа 33. Обчисліть молярну масу гіпсу СaSO4•2H2O.
M=Mr г/моль
Мr(CаSО4•2Н2О)=Mr(CaSO4)+2•Mr(H2O)=(Аr(Cа)+Аr(S)+4•Аr(О))+
+ 2•(2•Аr(Н)+Аr(О))=40+32+4•16+2•(2+16)=136 + 2•18=172.
М(CаSО4•2Н2О)=172 г/моль
Вправа 34. На скільки грамів зменшиться маса залізного купоросу при прожарюванні 55,6 г цього кристалогідрату?
При прожарюванні кристалогідрату маса зменшується за рахунок випаровування кристалізаційної води.
Відомо: m(FeSO4•7H2O)=55,6 г. Знайти: m(H2O) -?
Розв'язування.
I спосіб
1. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) кристалогідрату.
M(FeSO4•7H2O)=M(FeSO4)+7•M(H2O)=152+7•18=278 г/моль,
де Mr(FeSО4)=Ar(Fe)+Ar(S)+4•Ar(O)=56+32+4•16=152,
Mr(Н2О)=2•Ar(Н)+Ar(О)=2•1+16=18.
2. Обчислюємо кількість речовини кристалогідрату за формулою n=m/M
n(FeSO4•7H2O)=m(FeSO4•7H2O)/M(FeSO4•7H2O)=55,6 г : 278 г/моль=0,2 моль
3. Знаходимо кількість речовини кристалізаційної води, що містить 0,2 моль кристалогідрату.
У 1 моль кристалогідрату FeSO4•7H2O міститься 1 моль безводної солі FeSO4 і 7 моль кристалізаційної води Н2О, тому
n(FeSO4)=n(FeSO4•7H2O) i n(H2O)=7•n(FeSO4•7H2O).
n(H2O)=7•n(FeSO4•7H2O)=7•0,2 моль=1,4 моль.
3. З формули n=m/M знаходимо масу m=n•M
m(H2O)=n(H2O)•М(H2O)=1,4 моль•18 г/моль = 25,2 г.
ІІ спосіб
1. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) кристалогідрату.
M(FeSO4•7H2O)=M(FeSO4)+7•M(H2O)=152 +7•18=278 г/моль,
де Mr(FeSО4)=Ar(Fe)+Ar(S)+4•Ar(O)=56+32+4•16=152,
Mr(Н2О)=2•Ar(Н)+Ar(О)=2•1+16=18.
2. Обчислюємо масову частку кристалізаційної води в 1 моль кристалогідрата за формулою:
w(H2O)=M(7H2O)/M(FeSO4•7H2O)=126/278=0,453
3. З формули w(H2O)=m(7H2O)/m(FeSO4•7H2O) знаходимо формулу для обчислення маси води:
m(H2O)=w(H2O)•m(FeSO4•7H2O)=0,4532•55,6 г=25,2 г.
ІII спосіб
1. Обчислюємо молярну масу M=Mr г/моль кристалогідрату.
M(FeSO4•7H2O)=M(FeSO4)+7•M(H2O)=152 +7•18=278 г/моль,
де Mr(FeSО4)=Ar(Fe)+Ar(S)+4•Ar(O)=56+32+4•16=152,
Mr(Н2О)=2•Ar(Н)+Ar(О)=2•1+16=18.
2. Для обчислення маси крнисталізаційної води 7H2O складаємо пропорцію і розв'язуємо її.
У 278 г FeSO4•7H2O міститься 126 г кристалізаційної води, тоді
у 55,6 г FeSO4•7H2O буде міститися х г кристалізаційної води.
278 г / 55,6 г = 126 г / х г, звідси
х г • 278 г = 126 г • 55,6 г
х = 126 г • 55,6 г / 278 г
х = 25,2 г.
Відповідь: m(H2O)=25,2 г.
Вправа 35. Прожарюванням кристалогідрату масою 66,6 г одержали безводний алюміній сульфат масою 34,2 г. Установіть формулу кристалогідрату.
Відомо: m(Al2(SO4)3•xH2O)=66,6 г, m(Al2(SO4)3)=34,2 г.
Знайти: формулу кристалогідрату Al2(SO4)3•xH2O -?
Розв'язування.
I спосіб
1. Обчислимо кількість речовини безводної солі Al2(SO4)3 за формулою n=m/M, де M=Mrг/моль.
Mr(Al2(SО4)3)=2•Ar(Al)+3•Ar(S)+12•Ar(O)=2•27+3•32+12•16=342,
тому М(Al2(SО4)3)=342 г/моль.
n(Al2(SO4)3)=m(Al2(SO4)3)/M(Al2(SO4)3)=34,2 г : 342 г/моль=0,1 моль
2. Обчислюємо масу кристалізаційної води.
m(xH2O)=m(Al2(SO4)3•xH2O)-m(Al2(SO4)3)=66,6 г-34,2 г=32,4 г, бо при прожарюванні кристалогідрату випаровується кристалічна вода.
3. Oбчислюємо кількість речовини кристалізаційної води Н2О за формулою n=m/M, де М=Mr г/моль.
Mr(Н2О)=2•Ar(Н)+Ar(O)=2•1+16=18, тому М(Н2О)=18 г/моль.
n(H2O)=m(хH2O)/M(H2O)=32,4 г : 18 г/моль=1,8 моль.
4. Співвідношення кількості речовини алюміній сульфату і кристалізаційної води становить:
n(Al2(SO4)3):n(H2O)=0,1 моль:1,8 моль =1:18.
Отже, формула кристалогідрату Al2(SO4)3•18H2O
ІІ спосіб
1. Обчислимо кількість речовини безводної солі Al2(SO4)3 за формулою n=m/M, де M=Mrг/моль.
Mr(Al2(SО4)3)=2•Ar(Al)+3•Ar(S)+12•Ar(O)=2•27+3•32+12•16=342,
тому М(Al2(SО4)3)=342 г/моль.
n(Al2(SO4)3)=m(Al2(SO4)3)/M(Al2(SO4)3)=34,2 г : 342 г/моль=0,1 моль
2. Знаходимо у якій кількості речовини кристалогідрату міститься 0,1 моль безводної солі.
1 моль кристалогідрату Al2(SO4)3•xH2O містить 1 моль безводної солі Al2(SO4)3 і х моль кристалізаційної води Н2О, тому
n(Al2(SO4)3•xH2O)=n(Al2(SO4)3)=0,1 моль.
3. З формули n=m/M, де М=Mr г/моль, знаходимо молярну масу кристалогідрату М=m/n
М(Al2(SO4)3•xH2O)=m(Al2(SO4)3•xH2O)/n(Al2(SO4)3•xH2O)=66,6 г/0,1 моль = 666 г/моль.
4. Обчислюємо молярну масу кристалізаційної води у кристалогідраті.
М(xH2O)=М(Al2(SO4)3•xH2O)-M(Al2(SO4)3)=666 г/моль - 342 г/моль = 324 г/моль.
5. Mr(Н2О)=2•Ar(Н)+Ar(О)=2•1+16=18 г/моль, тому М(Н2О)=18 г/моль.
х=М(xH2O)/М(H2O)=324 г/моль:18 г/моль=18
Отже, формула кристалогідрату Al2(SO4)3•18H2O
ІІІ спосіб
1. Обчислимо кількість речовини безводної солі Al2(SO4)3 за формулою n=m/M, де M=Mrг/моль.
Mr(Al2(SО4)3)=2•Ar(Al)+3•Ar(S)+12•Ar(O)=2•27+3•32+12•16=342,
тому М(Al2(SО4)3)=342 г/моль.
n(Al2(SO4)3)=m(Al2(SO4)3)/M(Al2(SO4)3)=34,2 г : 342 г/моль=0,1 моль
2. Знаходимо масову частку безводної солі Al2(SО4)3 в кристалогідраті.
w(Al2(SО4)3)=m(Al2(SО4)3)/m(Al2(SО4)3•хН2О)=34,2/66,6=0,513
3. З формули w(Al2(SО4)3)=М(Al2(SО4)3)/М(Al2(SО4)3•хН2О) знаходимо формулу для обчислення молярної маси кристалогідрату.
М(Al2(SО4)3•хН2О)=М(Al2(SО4)3)/w(Al2(SО4)3)=342 г/ моль : 0,513=666 г/моль.
4. Обчислимо молярну масу (M=Mr г/моль) води. Молярна маса безводної солі обчислена вище.
Mr(Н2О)=2•Ar(Н)+Ar(О)=2•1+16=18 г/моль, тому М(Н2О)=18 г/моль.
Беручи до уваги, що М(Al2(SО4)3•хН2О)=М(Al2(SО4)3)+ х•М(Н2О), отримуємо рівняння:
342 + х • 18 = 666
х = (666 - 342) : 18
х = 18
Отже, формула кристалогідрату Al2(SО4)3 • 18Н2О.
Вправа 36*. У якому випадку масова частка розчиненої речовини буде меншою: а) у воді об’ємом 200 мл розчинили 50 г купрум (ІІ) сульфату; б) у воді об’ємом 150 мл розчинили 50 г мідного купоросу? Масова частка розчиненої речовини менша у випадку б)
Відповідь підтвердіть розрахунками.
а) Відомо: V(H2O)=200 мл, m(CuSO4)=50 г. Знайти: w(CuSO4)-?
Розв'язування:
1. Знаходимо масу води за формулою: m=V•ρ, де густина води ρ=1 г/мл.
m(H2O)=V(H2O)•ρ(H2O)=200 мл•1 г/мл=200 г. Бачимо, що для води об'єм відповідає масі, тому ця дія не є обов'язковою.
2. Знаходимо масову частку розчиненої речовини за формулою:
w(речовини)=m(речовини)/(m(речовини)+m(води))
w(CuSO4)=m(CuSO4)/(m(CuSO4)+m(H2O))=50 г : (50 г+200 г)=50 г:250 г =
= 0,2 або, помноживши це число на 100%, одержимо 20%.
б) Відомо: m(H2O)=150 мл, m(CuSO4•5H2O)=50 г. Знайти: w(CuSO4)-?
Розв'язування:
І спосіб
1. Знаходимо масу води за формулою: m=V•ρ, де густина води ρ=1 г/мл.
m(H2O)=V(H2O)•ρ(H2O)=150 мл•1 г/мл=150 г. Бачимо, що для води об'єм відповідає масі, тому ця дія не є обов'язковою.
2. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) кристалогідрату.
M(CuSO4•5H2O)=M(CuSO4)+5•M(H2O)=160 +5•18=250 г/моль,
де Mr(CuSО4)=Ar(Cu)+Ar(S)+4•Ar(O)=64+32+4•16=160,
Mr(Н2О)=2•Ar(Н)+Ar(О)=2•1+16=18.
3. Обчислюємо кількість речовини кристалогідрату за формулою: n=m/M
n(CuSO4•5H2O)=m(CuSO4•5H2O)/M(CuSO4•5H2O)=50 г : 250 г/моль=0,2 моль
4. Знаходимо кількість речовини солі, що містить 0,2 моль кристалогідрату.
У 1 моль кристалогідрату CuSO4•5H2O міститься 1 моль безводної солі CuSO4 і 5 моль кристалізаційної води Н2О, тому
n(CuSO4)=n(CuSO4•5H2O) i n(H2O)=5•n(CuSO4•5H2O).
n(CuSO4)=n(CuSO4•5H2O)=0,2 моль.
5. З формули n=m/M знаходимо масу m=n•M
m(CuSO4)=n(CuSO4)•М(CuSO4)=0,2 моль•160 г/моль = 32 г.
6. Знаходимо масову частку розчиненої речовини за формулою:
w(речовини)=m(речовини)/(m(речовини)+m(води))
w(CuSO4)=m(CuSO4)/(m(CuSO4•5H2O)+m(H2O))=32 г:(50 г + 150 г)=
=32 г : 200 г = 0,16 або, помноживши це число на 100%, одержимо 16%.
ІІ спосіб
1. Знаходимо масу води за формулою: m=V•ρ, де густина води ρ=1 г/мл.
m(H2O)=V(H2O)•ρ(H2O)=150 мл • 1 г/мл=150 г. Бачимо, що для води об'єм відповідає масі, тому ця дія не є обов'язковою.
2. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) кристалогідрату.
M(CuSO4•5H2O)=M(CuSO4)+5•M(H2O)=160 +5•18=250 г/моль,
де Mr(CuSО4)=Ar(Cu)+Ar(S)+4•Ar(O)=64+32+4•16=160,
Mr(Н2О)=2•Ar(Н)+Ar(О)=2•1+16=18.
3. Обчислюємо масову частку солі в 1 моль кристалогідрата за формулою:
w(CuSO4)=M(CuSO4)/M(CuSO4•5H2O)=160/250=0,64
4. З формули w(CuSО4)=m(CuSО4)/m(CuSO4•5H2O) знаходимо формулу для обчислення маси солі:
m(CuSO4)=w(CuSO4)•m(СuSO4•5H2O)=0,64•50 г=32 г.
5. Знаходимо масову частку розчиненої речовини за формулою:
w(речовини)=m(речовини)/(m(речовини)+m(води))
w(CuSO4)=m(CuSO4)/(m(CuSO4•5H2O)+m(H2O))=32 г:(50 г + 150 г)=
=32 г : 200 г = 0,16 або, помноживши це число на 100%, одержимо 16%.
Вправа 37*. Цинк сульфат є ефективним мікродобривом. Його розчином з масовою часткою розчиненої речовини 0,2% обприскують посіви. Яка маса гептагідрату цинк сульфату знадобиться для приготування 2 кг такого розчину для підживлення овочевих культур на присадибній ділянці?
Відомо: w(ZnSO4)=0,2% або 0,002, m(розчину)=2 кг=2000 г.
Знайти: m(ZnSO4•7H2O)-?
Розв'язування:
І спосіб
1. Знаходимо масу розчиненої речовини за формулою
m(речовини)=w(речовини)•m(розчину)
m(ZnSO4)=w(ZnSO4)•m(розчину)=0,002•2000=4 г
2. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) кристалогідрату.
M(ZnSO4•7H2O)=M(ZnSO4)+7•M(H2O)=161+7•18=287 г/моль,
де Mr(ZnSО4)=Ar(Zn)+Ar(S)+4•Ar(O)=65+32+4•16=161,
Mr(Н2О)=2•Ar(Н)+Ar(О)=2•1+16=18.
3. Обчислюємо масову частку солі в 1 моль кристалогідрата за формулою:
w(ZnSO4)=M(ZnSO4)/M(ZnSO4•7H2O)=161/287=0,561
4. З формули w(ZnSО4)=m(ZnSО4)/m(ZnSO4•7H2O) знаходимо формулу для обчислення маси солі:
m(ZnSO4•7H2O)=m(ZnSO4)/w(ZnSO4)=4 : 0,561=7,13 г.
ІІ спосіб
1.Знаходимо масу розчиненої речовини за формулою
m(речовини)=w(речовини)•m(розчину)
m(ZnSO4)=w(ZnSO4)•m(розчину)=0,002•2000=4 г
2. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) кристалогідрату.
M(ZnSO4•7H2O)=M(ZnSO4)+7•M(H2O)=161 +7•18=287 г/моль,
де Mr(ZnSО4)=Ar(Zn)+Ar(S)+4•Ar(O)=65+32+4•16=161,
Mr(Н2О)=2•Ar(Н)+Ar(О)=2•1+16=18.
3. Обчислюємо кількість речовини безводної солі ZnSO4 за формулою n=m/M.
n(ZnSO4)=m(ZnSO4)/M(ZnSO4)=4 г : 161 г/моль=0,0248 моль
4. Знаходимо у якій кількості речовини кристалогідрату міститься 0,0248 моль безводної солі.
1 моль кристалогідрату ZnSO4•7H2O містить 1 моль безводної солі ZnSO4 і 7 моль кристалізаційної води Н2О, тому
n(ZnSO4)=n(ZnSO4•7H2O) i n(H2O)=7•n(ZnSO4•7H2O)
n(ZnSO4•7H2O)=n(ZnSO4)=0,0248 моль.
5. З формули n=m/M знаходимо масу m=n•M
m(ZnSO4•7H2O)=n(ZnSO4)•М(ZnSO4•7H2O)=0,0248 моль•287 г/моль = 7,13 г.
Відповідь: m(ZnSO4•7H2O)=7,13 г.