Здравствуйте, уважаемые читатели!
Сегодняшняя моя статья посвящена задачам на атомистику. Что это такое?Ниже приведены разные точки зрения на этот термин:
Задачи на атомистику -
это задачи на соотношения частиц (атомов, молекул, ионов и т.д.) в гомогенных и гетерогенных системах (растворах, твердых и газообразных смесях). Это могут быть массовые соотношения (например, массовая доля элемента в смеси), мольные соотношения (например, соотношение числа атомов водорода и кислорода или мольная доля), объемные соотношения (объемная доля и др.)(https://zen.yandex.ru/media/id/5c254b1f7a90a300abfc3cca/zadachi-na-atomistiku-novinka-ege2020-po-himii-5eb7ce977d06cd0603043768);
это задачи на массовую долю элемента в соединении и в смеси https://zen.yandex.ua/media/id/5b5237690fd17e00a8a96f05/novost-ege-po-himii-2020-zadachi-na-atomistiku-5ec810d20676e475b220b367);
это задачи на атомное, ионное, молекулярное, мольное соотношения (https://vk.com/wall86635387_5551).
Все перечисленные формулировки означают, в сущности, одно и то же - "пресловутая" атомистика - просто напросто один из способов выражения концентрации смеси. До этого в задачах встречались, преимущественно, массовые концентрации. Сейчас, на последнем вебинаре ФИПИ, была обозначена потенциальная возможность использования в задачах соотношения атомов в смесях для идентификации их (смесей ) составов.
Задач на "атомистику" можно найти очень много, как в авторитетных задачниках, проверенных временем (Попков с воат, Кузьменко с соавт), так и в интернете. Азы решения подобных задач прекрасно, на мой взгляд, изложены в источнике: https://zen.yandex.ru/media/id/5c254b1f7a90a300abfc3cca/zadachi-na-atomistiku-novinka-ege2020-po-himii-5eb7ce977d06cd0603043768).
В данной статье я покажу решение двух более сложных задач, в которых мольные соотношения атомов выполняют свое прямое предназначение - задают состав смеси компонентов на одной из стадий химического процесса.
Первая задача - из раздела "Нахождение характеристик смеси по соотношению частиц" (https://stepenin.ru/tasks/task34/test715/1).
Смесь хлороводорода и сероводорода объемом 2,24 л (при н.у.), в которой число атомов водорода составляется 8/13 от общего числа атомов, полностью поглотили 340 г 15%-го раствора нитрата серебра. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе.
Решение:
1.Цель действия - определить количественные характеристики газовой смеси : количества HCl и H2S, массу смеси.
а)n смеси = 2,24/22,4=0, 1 моль.
Найдем число атомов каждого вида в смеси:
пусть n(HCl)=x моль, тогда n1(H)= n(HCl) =x; n(Cl)= n(HCl) =x;
n(H2S)=(0,1-x), тогда n2(H)= 2n(H2S) =2(0,1-x); n(S)= n( H2S ) = (0,1-x);
nобщ атомов = n1(H) + n(Cl) + n2(H) + n(S) =2х+3(0,1-х)=0,3-х
nобщ(H) = n1(H) + n2(H) =х+ 2(0,1-x) =0,2-х
Согласно условию: nобщ(H) / nобщ атомов =8/13
т.е. (0,2-х)/( 0,3-х )=8/13, откуда х=0,04 моль
т.е. n(HCl)=0,04 моль, n(H2S)= 0,1-0,04=0,06 моль
б) масса газовой смеси:
m смеси= 36,5*0,04+34*0,06=3,5 г
2. Цель действия - нахождение массовой долю соли в полученном растворе
а)HCl+AgNO3= AgCl+ HNO3 (реакция 1)
H2S+ 2AgNO3= Ag2S+ 2HNO3 (реакция 2)
б) nисх(AgNO3)=340*0,15/170=0,3моль, нитрат серебра - в избытке.
nпрореаг(AgNO3)= n(HCl) + 2n(H2S) =0,04+0,12=0,16 моль,
nост(AgNO3)= nисх(AgNO3) - nпрореаг(AgNO3) = 0,3-0,16=0,14 моль
m ост(AgNO3) =0,14*170=23,8 г
в)m получ. раствора= m смеси газов+340-m AgCl -m Ag2S =
= 3,5+340-0,04*143,5-0,06*248=322,88 г
г) W( AgNO3) = m ост(AgNO3) / m получ. раствора =23,8/322,88=0,0737=7,37%
Ответ: W( AgNO3) =7,37% .
Задача 2. (https://scienceforyou.ru/tematicheskie-zadanija-dlja-podgotovki-k-egje/zadachi-na-sootnosheniya-atomnye-ionnye-i-molnye-i-chislo-avogadro)
Особенность этой задачи в том, что автор взял задачу реального ЕГЭ -2018: "Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 500 г 16%-ного раствора сульфата меди(II). После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди". Затем задача была модифицирована так, что вместо объема газа было задано соотношение различных катионов.
Решение.
1..Цель действия - определить количественные характеристики раствора после электролиза : количества CuSO4 и H2SO4, массу полученного раствора
а)уравнение электролиза:
2CuSO4+2H2O=2Cu+O2+2H2SO4
n исх CuSO4 =500*0,16/160= 0,5 моль
б) в растворе: H2O, CuSO4 непрореаг , H2SO4 образ
n(H+)=2 n (H2SO4 образ)
n(Cu2+)=n (CuSO4 непрореаг)
пусть n (CuSO4 непрореаг) = х моль, тогда n (H2SO4 образ) = (0,5-х)моль
n(Cu2+) =х, n(H+) =2(0,5-х)
согласно условию: n(H+) / n(Cu2+) =0,5, т.е.:
2(0,5-х) /х=0,5, откуда х=0,4моль. n(Cu2+) =0,4моль , n(H+) =0,2 моль
Таким образом, в растворе находится 0, 4 моль непрореагировавшего CuSO4 и 0, 1 моль образовавшейся H2SO4 . В реакцию вступило
(0,5-0, 4)=0, 1 моль соли.
Масса полученного раствора = 500 - m (Cu) - m (O2)=500-0,1*64-0,05*32=492 г
2. Цель - найти характеристики отобранной порции (98,4 г раствора):
n CuSO4 =0,4*98,4/492=0,08 моль
n H2SO4 = 0,1*98,4/492=0,02 моль
3. Находим массу необходимого раствора щелочи:
а) H2SO4+2 NaOH= Na2SO4+2 H2O (реакция 3)
CuSO4+2 NaOH= Na2SO4+Cu(OH)2 (реакция 4)
б) n 3 (NaOH)= 2n H2SO4 =0,04 моль
n 4 (NaOH)= 2n СuSO4 =0,16 моль
n сумм (NaOH) = 0,04+0,16=0,2 моль
m (NaOH) =0,2*40=8 г
m 20% -ного раствора= 8/0,2=40 г
Ответ : 40 г
Всего доброго!