В конце апреля состоялся очередной вебинар от составителей ЕГЭ, на котором они дали рекомендации по подготовке к 34 заданию и посоветовали решить 12 задач, которые помогут нам быть во всеоружии! Готовы к подробному разбору?
Разберем вторую задачу из этого списка. Скачать полный список задач можно по ссылке.
Апдейт: на канале вышел разбор 1-ой задачи на атомы 👇
Задача №2
После нагревания 28,44 г перманганата калия образовалось 27,16 г
твердой смеси. Какой максимальный объем хлора (н.у.) можно получить при действии на образовавшуюся смесь 36,5% -ной соляной кислоты (плотность 1,18 г/мл) при нагревании? Какой объем кислоты для этого понадобится?
Вспомним, как выглядит перманганат калия.
Для того, чтобы систематизировать знания о задаче, обязательно напишите дано. Дано содержит все числовые значения. Сразу становится понятно, какие значения можно использовать для конкретного уравнения. Дано необязательно писать в бланк.
Решение:
Любое решение 34 задач начинается с написания химических реакций. Первая реакция – это реакция разложения перманганата калия KMnO₄, в результате которой образуется манганат калия K₂MnO₄ и оксид марганца (IV) MnO₂, а также кислород. Разложение перманганата используют для получения кислорода в лаборатории.
1) 2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂
В 34 задаче будьте максимально последовательны. К сожалению, нет единого алгоритма, который позволит вам решить любую 34 задачу, но выполнение расчетов сначала по первому уравнению реакции, по второму и т.д. не даст вам запутаться в сложных расчетах.
Расчеты по 1-му уравнению:
Если в дано есть масса вещества, единственное, что вы можете сделать с ней – это посчитать количество вещества. Рассчитываем количество вещества KMnO₄:
n(KMnO₄) = m(KMnO₄)/M(KMnO₄) = 28,44/158 = 0,18 моль
Мы не знаем, разложился ли KMnO₄ полностью или нет. Проверим предположение, что KMnO₄ разложился полностью. Если перманганат разложился полностью, то твердая смесь представляет из себя смесь K₂MnO₄ и MnO₂. По уравнению реакции найдем количество вещества K₂MnO₄ и MnO₂:
n(K₂MnO₄) = n(MnO₂) = 0,5n(KMnO₄) = 0,09 моль
m(K₂MnO₄) = 0,09∙197 = 17,73 г
m(MnO₂) = 0,09∙87 = 7,83 г
Масса твердой смеси:
m(K₂MnO₄ + MnO₂) = 17,73 + 7,83 = 25,56 г, что меньше массы образовавшейся твердой смеси, которая дана в условии задачи (27,16)
⇒ KMnO₄ разложился не полностью.
Твердая смесь состоит из образовавшихся в результате разложения K₂MnO₄, MnO₂ и неразложившегося KMnO₄ .
По условию задачи твердая смесь реагирует с соляной кислотой. Все три вещества из смеси вступают с ней в ОВР:
2) K₂MnO₄ + 8HCl = MnCl₂ + 2Cl₂↑ + 2KCl + 4H₂O
3) MnO₂ + 4HCl = MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O
4) 2KMnO₄ + 16HCl = 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ + 2KCl + 8H₂O
Наша задача найти объем выделившегося хлора, а также объем соляной кислоты. Для этого нужно знать количество вещества оставшегося перманганата, манганата, оксида марганца (IV), чтобы затем по уравнению реакции найти количество вещества того, что спрашивают в задаче.
Давайте обозначим количество вещества разложившегося KMnO₄ за х моль, тогда количество вещества образовавшихся K₂MnO₄ и MnO₂ равно 0,5х моль (по 1-му уравнению реакции), а количество вещества оставшегося KMnO₄ равно то, что было изначально (0,18 моль) минус то, что разложилось (х моль):
nразлож.(KMnO₄) = х моль
n(K₂MnO₄) = n(MnO₂) = 0,5nразлож.(KMnO₄) = 0,5х моль
nост.(KMnO₄) = n(KMnO₄) - nразлож.(KMnO₄) = (0,18-х) моль
Теперь мы можем составить уравнение с одной неизвестной, используя массу смеси:
m(смеси) = mост.(KMnO₄) + m(K₂MnO₄) + m(MnO₂) = 158(0,18-х) + 197∙0,5х + 87∙0,5х = 27,16 г
Решаем уравнение:
28,44 - 158х + 98,5х + 43,5х = 27,16
16х = 1,28
х = 0,08 моль
Тогда n(K₂MnO₄) = n(MnO₂) = 0,5∙0,08 = 0,04 моль
nост.(KMnO₄) = 0,18-0,08 = 0,1 моль
Поздравляем, расчеты по первому уравнению реакции закончились! 🥳
Переходим к остальным реакциям:
Расчеты по 2, 3, 4-му уравнениям:
Находим количество вещества хлора:
n₂(Cl₂) = 2n(K₂MnO₄) = 2∙0,04 = 0,08 моль - хлор, выделившийся по 2-му уравнению.
n₃(Cl₂) = n(MnO₂) = 0,04 моль - хлор, выделившийся по 3-му уравнению.
n₄(Cl₂) = 2,5nост.(KMnO₄) = 2,5∙0,1 = 0,25 моль - хлор, выделившийся по 4-му уравнению.
Тогда по всем уравнениям реакций выделится:
n(Cl₂) = n₂(Cl₂) + n₃(Cl₂) + n₄(Cl₂) = 0,08 + 0,04 + 0,25 = 0,37 моль
Зная количество вещества, можем найти объем хлора:
V(Cl₂) = 0,37∙22,4 = 8,29 л
Ура, первый пункт выполнен!
Теперь находим количество вещества НCl:
n₂(НCl) = 8n(K₂MnO₄) = 8∙0,04 = 0,32 моль - НCl, вступивший во 2-ю реакцию.
n₃(НCl) = 4n(MnO₂) = 4∙0,04 = 0,16 моль - НCl, вступивший в 3-ю реакцию.
n₄(НCl) = 8nост.(KMnO₄) = 8∙0,1 = 0,8 моль - НCl, вступивший в 4-ю реакцию.
Тогда по всем уравнениям реакциям НCl прореагирует:
n(НCl) = n₂(НCl) + n₃(НCl) + n₄(НCl) = 0,32 + 0,16 + 0,8 = 1,28 моль
Нам нужно найти объем раствора, для этого нужно знать массу раствора. Для чего сначала найдем массу НCl:
m(НCl) = 1,28∙36,5 = 46,72 г
А затем массу раствора:
m(р-ра НCl) = m(НCl)/𝜔(НCl) = 46,72/0,365 = 128 г
И, наконец, объем раствора:
V(р-ра НCl) = m(р-ра НCl)/𝜌(р-ра НCl) = 128/1,18 = 108,48 мл
Ответ: V(Cl₂) = 0,37∙22,4 = 8,29 л; V(р-ра НCl) = 108,48 мл.
После такой задачи ни одна 34 из банка ФИПИ уже не покажется сложной. Очень надеемся, что данный разбор был полезен вам!
Источник задач: задачник Кузьменко, Еремин, Попков
Спасибо, что прочитали эту статью до конца! Если вам понравилось и вы хотите подробные разборы остальных задач, то поставьте лайк. Подписывайтесь на наш канал на Ютубе, на котором регулярно выходят разборы других сложных заданий ЕГЭ по химии, а также на Инстаграм, в котором вы найдете еще больше полезного материала для подготовки к ЕГЭ по химии. Готовьтесь к ЕГЭ по химии бесплатно 😉