Элективный дистанционный курс Решение задач по химии

МОУ СОШ п. Тарбагатай Петровск- Забайкальского района Забайкальского края.
Элективный дистанционный курс «Решение задач по химии»
Учитель Шишмарёва С.Л.
Дорогие ребята, вашему вниманию представлен курс решения задач «Подготовка к ЕГЭ по химии». Данный курс –одно из условий развития логического мышления, глубокого понимания химии, способствующий эффективной подготовке к экзаменам. В курсе представлены нестандартные задачи, задачи повышенной сложности по химии, различные способы решения.
Глава «Стехиометрия»
Лекция 1 «Химические эквиваленты»
Из закона постоянства количественных отношений при химических реакциях следует, что данному количеству одного из участвующих в реакции веществ соответствует строго определённое количество другого из них. Такие количества называются эквиваленитными ( равными).
Закон эквивалентов гласит, что в химических реакциях массы элементов и веществ относятся друг к другу как их эквиваленты. Этот закон в математической форме выражается так:
m1 / m2 = Э1/ Э2, где Э1-эквивалент одного из веществ, Э2 - эквивалент второго из них. Эквиваленты являются безмерными величинами. Главное их значение в том, что они служат для выражения стехиометрических отношений участвующих в реакции веществ.
Размерными величинами являются грамм-эквиваленты. Это количества, которые будут выражены в граммах, численно равны эквивалентам. Размерность грамм- эквивалента- г /г. экв.
Химические эквиваленты берутся по определённому стандарту. Так, например, при реакциях соединения элементов друг с другом или замещения друг друга в качестве стандарта берётся 1 единица массы водорода и 8 единиц массы кислорода. Таким образом, эквивалент водорода равен 1, а кислорода 8. Сравнивая их с массами элементов, мы видим, что каждый из них равен атомной массе делённой на валентность.
Эквивалент элемента при реакциях соединения или замещения равен атомной массе элемента, делённой на валентность, проявляемую элементом при реакции.
Например, атомная масса кальция равна 40, а валентность его равна 2. Отсюда эквивалент кальция равен 20. Если элемент проявляет переменную валентность, то он будет иметь несколько эквивалентов.
Эквиваленты сложных веществ в разных реакциях могут быть разными.
Эквивалент кислоты численно равен частному от деления молекулярной массы на число атомов водорода, участвующих в реакции от каждой молекулы.
Пример. НNO3 –одноосновная кислота. В составе молекулы один водород. Эквивалент равен 63\ 1 = 63. Н2SO4 –двухосновная кислота. Если в реакции участвует 1 атом водорода, то эквивалент равен 98, если два – эквивалент равен 98\2 = 49.
Эквивалент основания численно равен частному от деления молекулярной массы на валентность металла, входящего в состав основания.
Пример. Эквивалент NaOH равен 40, Са(ОН)2 = 37
Эквивалент соли численно равен частному от деления молекулярной массы на произведение валентности металла, входящего в состав соли, и числа атомов его, участвующих в реакции от каждой молекулы.
Пример. Эквивалент NaCl равен молекулярной массе 58,5, эквивалент СаСl2 половине массы 55,5. Эквивалент Al 2 (SO4 )3 находим так, валентность алюминия 3, в составе соли 2 атома. Поэтому эквивалент соли равен 1/ 6 массы соли. 342\6= 57.
Если в реакции участвует только один атом алюминия
КАl(SO4 )2 + 3KOH =Al(OH)3 + 2K2SO4 , то эквивалент соли равен массе соли делённой на валентность алюминия 258\3 = 86
Тест 1
1 Эквиваленты служат
а) для составления уравнений
б) для выражения стехиометрических отношений участвующих в реакции веществ
в) для определения масс исходных веществ.
Г) для определения количеств реагентов.
2 Эквивалент элемента при реакциях соединения или замещения равен
а) валентности элемента
б) атомной массе элемента
в) атомной массе элемента, делённой на валентность.
3 Эквивалент Н3РО4, образующей кислые соли дегидрофосфаты равен
а) 49
б) 98
в) 176
г) 36
4 Эквивалент КОН равен
а) 56
б) 28
в)112
г) 14
5 Эквивалент К3РО4 , у которого все атомы металла участвуют в химической реакции равен
а) 140
б) 71
в) 280
г) 560
Лекция 2 Примеры решения задач по теме «Эквивалент»
Вычисление химических эквивалентов по экспериментальным данным.
Находя по экспериментальным данным стехиометрическое отношение количеств элементов или веществ и, зная эквивалент одного из них, можно на основании закона эквивалентов вычислить эквивалент второго.
Пример 1 При окислении 2,81 г кадмия получено 3,21 г окиси кадмия. Определить эквивалент кадмия.
Решение;
Вычисляем, сколько кислорода ушло на вычисление 2,81 г кадмия.
mо= 3,21г – 2,81г=0,40 г
Находим стехиометрическое отношение масс кадмия и кислорода.
mca \ mo = 2, 81\0,40
Согласно закону эквивалентов стехиометрическое отношение масс равно отношению эквивалентов. Поэтому
2, 81\0,40= ЭСd \Эо = ЭСd \ 8
Отсюда
ЭСd = 2,81 – 8 \ 0,40 =56,2
Пример 2 На реакцию азотной кислоты с медью израсходовано 1, 05 г азотной кислоты и 1, 59 г меди. Найти эквивалент азотной кислоты. Известно, что медь в этой реакции проявляет валентность 2.
Решение.
Определяем эквивалент меди по атомной массе её и проявляемой валентности:
63,8\2= 31,9
Стехиометрическое отношение масс азотной кислоты и меди приравниваем к отношению эквивалентов:
1,05\1,59 = ЭHNO3 \ 31,9
Отсюда ЭHNO3 = 1,05 х 31,9 \ 1,59 = 21
Химические эквиваленты имеют разнообразное значение при практических вычислениях.
Вычисление количества одного из участвующих в реакции веществ по количеству другого, минуя уравнение реакции.
Это возможно потому, что отношение эквивалентов выражает стехиометрическое отношение масс, по которому производится расчёт.
Пример. Сколько хлорида бария ВаСl2 требуется на реакцию с 3,55 г. сульфата натрия Na2SO4 ?Решение.
Находим эквиваленты.
Э ВаСl2 = 208\2 =104; Э Na2SO4 = 142\2=71
Выводим стехиометрическое отношение масс хлорида бария и сульфата натрия по закону эквивалентов:
m ВаСl2 = 3,55г х 104\71= 5,2 г
Вычисление валентности элемента по его эквиваленту и атомной массе.
Из соотношения между атомной массой, валентностью и эквивалентом элемента может быть определена любая величина, что в общем виде может быть выражено так:
A\n =Э; Э х n= A; А\Э =n
Пример: Вычислить валентность хрома в окисле, имеющем состав: Сr -68,42%, О-31,58%
Решение.
Находим эквивалент хрома:
Э Сr \ ЭО = 68,42 \ 31,58= Э Сr\ 8
Отсюда Э Сr = 68,42 х ЭО = 31,58 = 17,3
Сравнивая найденное числовое значение эквивалента с атомной массой хрома, получаем
nCr = 52 \17,3=3
Вычисление массы по известному эквиваленту.
Пример. Металл, эквивалент которого равен 12, вытесняет из кислоты водород объёмом 0,56 л., измеренного при нормальных условиях. Определите массу металла.
Решение.
По закону эквивалентов
m Ме \ ЭМе = mH2 \ ЭН2 Если одно из веществ находится в газообразном состоянии, то для расчёта эквивалента в выражение закона эквивалентов вместо единиц массы можно подставить единицы объёма. Поэтому
mH2\ ЭН2 = VH2 \ VЭ Н2, где VH2 – объём водорода, см3; VЭ Н2 - объём эквивалента водорода, см3.
Тогда получим следующую зависимость:
mMe \ ЭМе = VH2 \ VЭ Н2 , откуда
VЭ Н2 =22,4л \2 =11,2 л.
Подставив числовые значения из условия задачи, определим массу металла:
mMe = 12 г х 0,56 \ 11,2 л = 0,6 г
Соотношения между атомной и эквивалентной массами, а также валентностью элемента можно выразить следующей формулой:
Э = А\ n, где Э – эквивалентная масса, А – атомная масса, n – валентность элемента.
Самостоятельная работа.
Задача1Вычислить эквивалент железа исходя из того, что при соединении железа с серой на 0,85 г железа расходуется 0,50 г серы, эквивалент которой равен 16.
Задача 2
На нейтрализацию 0,336 г. кислоты расходуется 0,292 г. едкого натра NaOH. Вычислить эквивалент кислоты.
Задача 3
К раствору хлорида алюминия прибавили раствор нитрата серебра в избытке. Выпал осадок хлорида серебра, масса которого 2,870 г. Сколько хлорида алюминия содержалось в растворе?
Задача 4
Определите эквивалент металла, если в его оксиде массовая доля кислорода 60 %
Задача 5
Определите эквивалент элемента, если в его оксиде массовая доля кислорода 39,7%.
Лекция 3 Решение задач по теме «Смеси»
Рассмотрим решение задач с использованием массовой доли.
Массовая доля элемента – это отношение массы всех атомов элемента к массе молекулы.
Пример 1. Вычислите массовую долю хрома в смеси хромата калия и дихромата калия, в которой массовая доля калия равна 35%.
Решение. І способ.
Так как массовые доли не зависят от количества смеси, возьмём 1 моль смеси. Тогда количество вещества n (К2СrO4)= х ; n (К 2Сr 2O7)=1-х. Тогда масса смеси равна 194х + 294(1-х)= 294-100х. Так в 1 моле хромата 2 моля калия и в 1 моле дихромата тоже 2 моля, количество калия в смеси равно n (К) =2х + 2(1-х)= 2 моль, так в 1 моле хромата 2 моля калия и в 1 моле дихромата тоже 2 моля. Тогда его масса составляет m (К) =2 х 39=78г.
По определению массовая доля калия равна: W= 78\ (294 -100х) =0,35. Отсюда х= 0,71.
Так как количество молей хрома в хромате столько же сколько молей хромата ( 1 атом в одной молекуле), а в дихромате в 2 раза больше( 2 атома в одной молекуле), его количество в смеси равно: n (Сr)= х + 2(1-х)=2-х=2-0,71=1,29 моль. Таким образом его масса составит: m (Сr)=1,29 х 52=67 гр.
Массовая доля хрома равна: W= 67\ (294- 100 х 0,71) = 0,3
Решение. ІІ способ.
Можно взять произвольное количество смеси и обозначить n(К2СrO4)= х и n (К 2Сr 2O7)=y
Тогда вся масса смеси равна194х + 294y. Количество калия в хромате 2х, а в дихромате 2y, в смеси n = 2х +2y, а его масса составит m (К) = (2х +2y) х 39 = 78 (х +y)г.
По определению массовая доля калия равна W=78 (х +y)\ (194х + 294y.)=0,35, отсюда
х=2,46у Количество хрома в хромате х молей, в дихромате 2у молей. Так как х=2,46у, общее количество молей хрома равно = 4,46 у. Отсюда m (Cr) = 4,46у х 52=232 у.
Тогда массовая доля хрома равна W (Cr)= 232 у.\ 194х + 294у, так как х=2,46у
W (Cr)= 232 у\194 х 2,46у + 294у= 0,3, так как у сокращается.
Задача Вычислите массовую долю кислорода в смеси нитрата и нитрита натрия, если массовая доля натрия составляет 29%.
Решение задач на смесь газов с использованием системы уравнений.
Пример 2. При нормальных условиях 12 л газовой смеси, состоящей из аммиака и оксида углерода (IV), имеют массу 18 г. Сколько литров каждого из газов содержит смесь?
Решение.
Используются неизвестные переменные при решении. Обозначим количество газов через х и у
Пусть п (NH3) = х моль; п(СО2)=у моль
Так как условия нормальные, то общее число молей газов составляет п=12\ 22,4 = 0,536 моль.
Таким образом, общее количество молей х + у=0,536. Это первое уравнение системы уравнений. Второе составим, исходя из массы газов. Зададим вопрос: Из чего складывается масса смеси? Из массы веществ. m (NH3) + m (СО2) =18 г
А что такое масса? Это масса всех молей. m (NH3) = 17х , m (СО2)= 44у, подставим значения и получим уравнение. 17х +44у = 18.
Решаем систему уравнений:
х + у=0,536
17х +44у = 18;
х=0, 207 у = 0, 329 V(NH3)= 0,207 х 22,4= 4,64л; V(СО2)=0,329 х 22,4 = 7,36 л.
Задача
Масса смеси оксидов углерода равна 44г, объём смеси 28л при нормальных условиях. Сколько молекул СО2 приходится на молекулу СО?
Решение задач на смеси с использованием средней молярной массы смеси.
Пример. При каком молярном соотношении аргона и оксида серы (IV) получается смесь, которая в 2 раза тяжелее воздуха?
Решение.
Средняя молярная масса смеси в 2 раза больше средней молярной массы воздуха: Мср.=2 х 29= 58 г\ моль. Пусть в смеси содержится х моль SO2 и у моль. Вспомним, что такое средняя масса. Это масса всех частиц, делённая на число частиц.
m(SO2) = 64х
m(Ar)= 40у
Отсюда средняя молярная масса равна Мср = 64х + 40у\ х + у
Откуда х=3у.
Мы видим, средняя молярная масса в газовой смеси зависит от относительного, а не от абсолютного количества компонентов смеси, то есть не от х и у по отдельности , а только от их отношения.
Ответ: n SO2 : n Ar =3:1
Задача.
Плотность смеси кислорода и озона по водороду равна 17. Определите массовую, объёмную и мольную долю кислорода в смеси.
Лекция 4 Решение задач с использованием химических уравнений.
Введение переменных.
Пример1. При взаимодействии 10 г некоторого металла с раствором кислоты выделилось 4 л. водорода. Условия нормальные. Определите металл.
Решение.
Обозначим валентность металла в образующейся соли через переменную (х). Поскольку валентность металла неизвестна, мы запишем лишь сокращённое ионное уравнение.
Ме + х Н+ = Мех+ + х\2 Н2
Определим количество молей водорода n (Н2)=4 \22,4= 0,1785
По уравнению количество молей металла меньше чем количество водорода в х\2, тогда n (Ме) =0,1785 : х\2 = 0,1785 х 2\х=0,357\х
Отсюда атомная масса металла равна: Аr (Ме)=10 : 0,357\х=10 х х\ 0,357= 28х
Помним, что х- это валентность. Если х=1, то масса металла равна 28. Такого металла в таблице нет. Если х=2, то масса атом равна 56, такая масса у атома железа.
Задача. При взаимодействии 6, 85 г. металла с водой выделилось 1,12л водорода ( при н.у.) определите металл, если он двухвалентен.
Задача. При сгорании металла массой 3 гр. образуется его оксид массой 5,67 г. Степень окисления металла в оксиде равна +3. Что это за металл?
Задача. При взаимодействии 1,04 г некоторого металла с раствором кислоты выделилось 0,448 л. водорода (при н.у.) Определите этот металл?
Пример2
В раствор сульфата меди СuSO4 поместили железную пластинку массой 40 гр. Определите массу выделившейся меди в образовавшемся растворе, если после реакции масса пластинки оказалась 42 гр.
Решение.
Напишем уравнение реакции Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4 По уравнению реакции видим, что количества молей железа и меди равны. Примем их за х.
Мы видим, железо вытеснило медь из раствора и встало на её место. Масса железа, ушедшей с пластинки равна 56х, а масса меди выделившаяся из раствора на пластинку равна 64 х. Таким образом получаем. 40г - 56х + 64 х=42 8х=2 х= 0,25 m (Cu)=16 г
Задача.
В растворы FeSO4 и CdSO4 опустили по одинаковой пластинке массой 10 г каждая. После реакции пластины промыли и высушили, при этом оказалось, что первая из них имеет массу 9,095г, а вторая -14,702г. вычислите массы железа и кадмия, которые прореагировали в обоих случаях. Объясните потерю массы первой и возрастание массы второй цинковой пластинки после реакции.
Составление системы уравнений.
Пример. Гидрокарбонат натрия и карбонат калия смешали в молярном соотношении 1:1. Какой объём газа (н.у.) выделяются при действии на 15 г. такой смеси избытка раствора азотной кислоты?
Решение.
Если оба вещества в смеси вступают в химическую реакцию, то уравнения этих реакций записывают раздельно, так как эти реакции независимы друг от друга.

х хNaHCO3 + HNO3 = NaNO3 + CO2 + H2O
х хК2СО3 + 2НNO3 = KNO3 + CO2 + H2O
Так как количества солей одинаково, пусть в исходной смеси содержится по х молей солей NaHCO3 и К2СО3 Мы знаем массу смеси. Масса смеси складывается из масс солей. Масса вещества – это масса всех молей. Количество молей –х. Отсюда m (NaHCO3) = 84х, а m(К2СО3) = 138х, отсюда масса смеси равна 15 г = 84х + 138х = 222х, х =0,0676 моль. Согласно уравнениям n (СО2) = х + х = 2 х 0,0676 = 0,135 моль, отсюда V(CO2)= n х Vмол= 0,135моль х 22,4 л\моль= 3,03 литра
Ответ: V (CO2 ) = 3,03л.
Задача.
При обработке смеси гидрокарбоната калия и карбоната кальция избытком соляной кислоты выделилось 12 л. углекислого газа при н. у. Чему равна масса смеси?
Пример. При растворении 1, 11 г. смеси железных и алюминиевых опилок в 18,3% -ной соляной кислоте ( плотность 1,09 г\мл) выделилось 0,672 л. водорода ( при н.у.). Найдите массовые доли металлов в смеси и определите объём соляной кислоты, израсходованной на растворение солей
х.
Fe +2HCl =FeCl2 + H2 (1)
у
2Al + 6HCl =2AlCl3 + 3H2 (2)
Так как условия нормальные определим количество молей водорода. n (Н2 )=0,672л : 22,4л\моль = 0,03 моль. Примем количество молей водорода в (1) реакции за х, во (2) за у. Отсюда общее количество молей 0,03 = х + у Это первое уравнение в системе уравнений. По уравнению реакций видим, что количество молей железа, такое же как и водорода в первом уравнении, то есть х. Количество молей алюминия по уравнению равно 2\3у. Отсюда общая масса смеси складывается из масс металлов:
1,11= 56х +27 х 2\3у Это второе уравнение в системе.
х=0,03-у Подставим значение х во второе уравнение.
1,11=56 (0,03-у) + 27 х2\3у =1,68 -56у +18у=1,68 -38у
- 0,57=- 38у
у=0,015
х=0,03-0,015
х=0,015, Найдём массу Fe , m (Fe)=56 х 0,015= 0,84 W(Fe) =0,84\1,11=76%, следовательно
W(Al)=24%
Vр-ра (HCl)= m р-ра \ р (плотность)
тр-ра составляет 100%
т чистого вещества соляной кислоты составляет 18%
т раствора= т в-ва х 100% \ 18%.
Найдём массу соляной кислоты из уравнений. Количество молей НСl в (1) =2х, во (2) =2у
Общее количество равно n (HCl)=2 х 0,015 + 2 х 0,015=0,06 моль, отсюда масса m= 36,5 х0,06= 2,19г
2,19г составляет 18%, а вся масса раствора составляет 100%,, отсюда масса раствора равна
2,19 х100 \18=12,17 г
V p-pa = 12,17 г \1,09 г\мл = 11,17 мл.
Задача.
200гр раствора, содержащего 18,8 г смеси сульфидов натрия и калия обработали избытком раствора нитрата свинца, при этом образовалось 47, 8 гр чёрного осадка. Вычислите массовые доли в исходном растворе.
Задача.
На смесь железа и меди массой 1,76 г подействовали горячей серной кислотой объёмом 7мл с массовой долей серной кислоты 70% ( плотностью 1,6 г\мл). Определите состав смеси. Сколько и какой газ выделился в результате реакции.
Задача.
Смесь порошков железа и меди массой 10 гр. обработали раствором соляной кислоты, при этом выделился газ объёмом 2,24 л при н.у. определите массовые доли металлов в смеси.
Задача
При растворении сплава цинка с алюминием массой 4 гр в щёлочи выделился водород объёмом 3,808 л. ( н.у.) определите массовые доли металлов в смеси.