Для успешного решения задач на смеси нужно понимать, что такое смесь.
Смесь - это система, состоящая из двух и более компонентов, взятых в произвольных количествах
И здесь, ключевой момент - произвольное соотношение компонентов. То есть, Вам предлагают смесь, в которой соотношение компонентов может меняться в широком диапазоне, и Ваша задача - определить это соотношение, на основании расчетов по уравнениям реакций.
В задачах ЕГЭ, как правило, смесь состоит только из двух компонентов, причем компоненты смеси не взаимодействуют между собой. И здесь возможны два варианта:
- только один компонент смеси взаимодействует с реагентом;
- оба компонента смеси взаимодействует с реагентом.
Возможны, также, задачи, в которых смесь состоит из трех и более компонентов, но их решение, как правило, основано на алгоритмах решения более простых задач - задач на смеси из двух компонентов.
Давайте рассмотрим решение задач на смеси, в которых только один компонент смеси взаимодействует с реагентом.
Условие задачи:
Смесь меди и цинка обработали избытком соляной кислоты. При этом выделилось 2,24 л (н.у.) водорода. Если эту же смесь обработать избытком разбавленной азотной кислоты, то выделится 8,96 л (н.у.) оксида азота (II). Рассчитайте массовую долю меди в исходной смеси.
Решение:
Другой тип задач - оба компонента смеси взаимодействуют с реагентом:
Условие задачи:
На хлорирование 18,4 г смеси железа и меди израсходовали 7,84 л (н.у.) хлора. Полученную смесь хлоридов растворили в воде. Определите, какой объем 40%-ного раствора гидроксида натрия (плотностью 1,43 г/мл) потребуется для полного осаждения гидроксидов металлов из образовавшегося раствора.
Решение:
В качестве дополнительной тренировки предлагаю Вам рассмотреть решение задач на смеси из трех компонентов:
Первая задача, в которой даны мольные соотношения компонентов.
Условие задачи:
Имеется смесь кальция, оксида кальция и карбида кальция с молярным соотношением компонентов 3:2:5 (в порядке перечисления). Какой минимальный объем воды может вступить в химическое взаимодействие с такой смесью массой 55,2 г?
Решение:
Для решения этой задачи используем простой прием: находим массу смеси состоящей из 3 моль кальция, 2 моль оксида кальция и 5 моль карбида кальция (соотношение компонентов в условии задачи):
m(смесь) = 3*40 + 2*56+5*64 = 552 г.
Поскольку, масса смеси указанная в условии задачи (55,2 г), в 10 раз меньше рассчитанной нами, то количество моль компонентов также будет в 10 раз меньше: n(Ca) = 0,3 моль; n(CaО) = 0,2 моль; n(CaС2) = 0,5 моль.
Для нахождения массы воды запишем уравнения реакций:
2Н2О+ Са = Са(ОН)2 + Н2
Н2О+ СаО = Са(ОН)2
2Н2О+ СаС2 = Са(ОН)2 + С2Н2
Находим количество моль воды:
n(H2O) = 2n(Ca) + n(CaO) + 2n(CaC2) = 2*0,3+0,2+2*0,5 = 1,8 моль.
Масса воды: m(H2O) = 1,8*18 = 32,4 г.
Принимая плотность воды 1 г/мл, объем воды будет равен:
V(H2O) = 32,4 мл.
Как видите, только в том случае, если в задаче указано соотношение компонентов, мы можем его использовать для решения задачи.
Другой пример задачи на смесь, состоящую из трех компонентов:
13,8 г смеси, состоящей из кремния, алюминия и железа, обработали при нагревании избытком гидроксида натрия, при этом выделилось 11,2 л газа (н.у.). При действии на такую массу смеси избытка соляной кислоты выделяется 8,96 л газа (н.у.). Определите массы веществ в исходной смеси.
Решение:
Поскольку, в задаче не указаны количества кремния, алюминия и железа в смеси, обозначим количество моль этих компонентов через x, у и z соответственно.
А теперь запишем уравнения реакций.
С гидроксидом натрия реагируют только кремний и алюминий:
1) Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2
2) 2Al+ 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2
При этом в обеих пробирках выделяется 11,2 л водорода или
n(H2) = 11,2/22,4 = 0,5 моль.
В первой реакции водорода образуется 2х моль, а во второй - 3/2у моль.
То есть: 2х + 3/2у = 0,5
С соляной кислотой реагируют только алюминий и железо:
3) 2Al+ 6НСl = AlCl3 + 3H2
4) Fe+ 2НСl = FeCl2 + H2
В результате этих двух реакций выделяется 8,96 л водорода или
n(H2)2 = 8,96/22,4 = 0,4 моль.
В третьей реакции выделилось 3/2у моль Н2, а в четвертой - z моль Н2.
То есть: 3/2у + z = 0,4
И еще можем составить одно уравнение исходя из массы смеси:
28х+27у+56z = 13,8.
В результате, получили систему из трех уравнений:
2х + 3/2у = 0,5
3/2у + z = 0,4
28х+27у+56z = 13,8.
решая эту систему получим:
х = 0,1; у = 0,2; z = 0,1.
Поскольку, x, у и z количества моль кремния, алюминия и железа соответственно, то массы компонентов смеси равны:
m(Si) = 0,1*28 = 2,8 г; m(Al) = 0,2*27 = 5,4 г; m(Fe) = 0,1*56 = 5,6 г.
Я привела, решение задач на смеси из трех компонентов, только для того, чтобы показать, что эти задачи можно решать привычными для Вас методами, основанными на решении более простых задач. В последней задаче трудность может возникнуть только при решении системы уравнений с тремя неизвестными. Но и тут можно поступить привычным способом, как при решении системы из двух уравнений, выражая одно неизвестное через два других.
А вот задачи для самостоятельного решения:
1. Смесь кремния и алюминия определённой массы обработали избытком соляной кислоты. При этом выделилось 0,448 л (н.у.) газа. Если эту же смесь обработать избытком раствора гидроксида калия, то выделится 0,672 л (н.у.) газа. Рассчитайте массовую долю кремния в исходной смеси. [56,25%].
2. Смесь безводных сульфата алюминия и сульфата меди(II) добавили к избытку разбавленного раствора гидроксида натрия. При этом образовалось 4,9 г осадка. Если эту же смесь добавить к раствору нитрата бария, то выделится 46,6 г осадка. Определите массовую долю сульфата алюминия в исходной смеси. [68,1%].
3. Смесь меди и оксида меди(II) может прореагировать с 243 г 10%-ного раствора бромоводородной кислоты, или с 28,8 г 85%-ного раствора серной кислоты. Определите массовую долю меди в смеси. [21%]
4. На сжигание 24 л (н.у.) смеси метана и этана затрачено 54 л (н.у.) кислорода. Определите объемные доли газов в исходной смеси. Какой минимальный объем 50%-ного раствора гидроксида натрия (плотностью 1,54 г/мл) необходим для поглощения образовавшегося углекислого газа? (25% СН4, 194,8 мл).
5. Сплав меди, железа и цинка массой 6 г (массы всех компонентов равны) поместили в 18,25% раствор соляной кислоты массой 160 г. Рассчитайте массовые доли веществ в получившемся растворе. [2,77%, 2,565%, 14,86%].
6. Железные, цинковые и алюминиевые опилки смешаны в мольном отношении 2:4:3 (в порядке перечисления). 4,53 г такой смеси обработали избытком хлора. Полученную смесь хлоридов растворили в 200 мл воды. Определить концентрации веществ в полученном растворе. [1,53%, 2,56%, 1,88%]
Успехов в решении задач на смеси!