Здравствуйте, уважаемые читатели!
Сегодня был резервный день сдачи ЕГЭ по химии-2022. В этой статье я хочу рассмотреть две 33 задачи , тексты которых появились в сети. Задачи мне понравились, навеяли воспоминания о количественном анализе в аналитической химии. Что главное в них хотелось бы отметить:
- Ранее в 33 задачах не принималась во внимание растворимость малорастворимых веществ. Считалось, что они полностью выпадали в осадок по завершении процесса. Фактически это не так. Абсолютно нерастворимых веществ не существует и часть их всегда будет находиться в растворе. Чтобы найти эту часть, нужно "опираться" на массу воды, присутствующей в растворе.
- Вторая особенность - типовое усложнение, связанное с выбором продуктов реакции по соотношению реагентов.
Итак, задача 1.
56 г гидрида калия растворили в 200 мл воды. После в раствор добавили 71 г оксид фосфора (V) при нагревании. Найдите массовую долю гидрофосфата калия при условиях растворимости фосфата калия 106 г на 100 г, гидрофосфата калия 168 г на 100 г, дигидрофосфата калия 25 г на 100 г.
*** растворимость фосфата калия в задаче мне не пригодилась.
Решение.
1. Найдем характеристики раствора на 1 стадии:
а)KH+H2O=KOH+H2(1)
n(KH)=56/40=1,4 моль, n(H2O)=200/18=11,1 моль(избыток)
б)n1(KOH)=n(KH)=1,4 моль, n1( H2)=1,4 моль
m получ рра=56+200-1,4*2=253,2 г
2.Найдем состав продуктов на 2 стадии:
а)n(P2O5)=71/142=0,5 моль
б) Найдем соотношение между Р2О5 и КОН :
n (KOH) :n(P2O5)=1,4:0,5=2,8:1
На основании соотношения можно утверждать, что пойдут реакции 2 и 3:
2КОН+Р2О5+Н2О=2КН2РО4 (2)
4КОН+Р2О5 =2К2НРО4+Н2О (3)
в)Найдем состав продуктов реакций:
пусть n2(КН2РО4)=х моль,тогда n2(КОН)=х моль, n2(Р2О5)=0,5х моль
пусть n3(К2НРО4)=у моль,тогда n3(КОН)=2у моль, n3(Р2О5)=0,5у моль
Составим систему уравнений:
х+2у=1,4
0,5х+0,5у=0,5, откуда х=0,6 моль, у=0,4 моль, т.о.:
n (КН2РО4)=0,6 моль,n (К2НРО4)=0,4 моль
m(КН2РО4)=0,6*136=81,6 г, m(К2НРО4)=0,4*174=69,6 г
3.Найдем массу конечного рра:
а) m Н2О= 253,2+71-0,6*136-0,4*174=173 г
б) Найдем m(КН2РО4) в насыщенном растворе, содержащем 173 г воды:
100 г Н2О- 25 г КН2РО4
173 Н2О- х г КН2РО4, откуда m(КН2РО4) в растворе= 43,25 г ,
т.к. mфакт КН2РО4=81,6г , раствор относительно КН2РО4 является пересыщенным, часть соли выпадет в осадок.
в)Аналогично найдем m(К2НРО4) в насыщенном растворе, содержащем 173 г воды:
100 г Н2О- 168 г К2НРО4
173 Н2О- х г К2НРО4, откуда m(К2НРО4) в насыщенном растворе= 290,64 г
т.к. mфакт К2НРО4=69,6г , раствор относительно К2НРО4 является ненасыщенным
г) Найдем массу конечного рра:
m рра=m Н2О+ m(КН2РО4)в нас рре+ m(К2НРО4) в рре=173+43,25+69,6=285, 85 г
WК2НРО4=100*69,6/285,85 =24,35%.
В комментариях к статье был задан вопрос: а если рассмотреть другой вариант решения задачи 1: сначала реакция (2), потом остаток после осаждения КН2РО4 реагирует с остатком КОН и дает К3РО4, тогда ответ будет 16, 73%. Ваше мнение?
Итак, другой вариант решения (начинаю с п.2, по ходу решения буду давать свои комментарии):
2.Найдем состав продуктов на 2 стадии:
а)n(P2O5)=71/142=0,5 моль
n(KOH)= 1,4 моль, соотношение между реагентами 2,8:1.
Предположим, что вначале пойдет реакция 2 (Р2О5- в недостатке):
2КОН+Р2О5+Н2О=2КН2РО4 (2)
n2(КН2РО4)=1 моль, n2(КОН)=1 моль, n2(Р2О5)=0,5 моль,
nнепрореаг(КОН)=0,4 моль
3.Найдем массу раствора после реакции 2:
а) m Н2О= 253,2+71-1*136-0,4*56=165,8 г
б) Найдем m(КН2РО4) в насыщенном растворе, содержащем 165,8 г воды:
100 г Н2О- 25 г КН2РО4
165,8 Н2О- х г КН2РО4, откуда m(КН2РО4) в растворе= 41,45 г ,
т.к. mфакт КН2РО4=136г , раствор относительно КН2РО4 является пересыщенным, часть соли выпадет в осадок, m осадка=136-41,45=94,55 г.
г) Найдем массу рра после выпадения осадка:
m рра=m Н2О+ m(КН2РО4)в нас рре+ m(КОН) в рре=165,8+41,45+22,4=229, 65 г или :
m рра=253,2+71-94,55=229, 65 г
3. Рассмотрим процессы, протекающие в растворе после выпадения осадка; nнепрореаг(КОН)=0,4 моль (избыток),n КН2РО4=41,45/136=0,3048 моль,
а)КН2РО4 +КОН=К2НРО4+Н2О (3)
n3(КОН)=n КН2РО4=n К2НРО4=0, 3048 моль, nост(КОН)=0,4-0,3048=0,0952 моль
б)К2НРО4 +КОН=К3РО4+Н2О (4)
n4(КОН)= n 4 К2НРО4=n 4 К3 РО4=0, 0952 моль,
nост(К2НРО4)= 0,3048-0,0952=0,2096 моль
m рра= 229, 65 г (не изменилась, раствор по отношению к солям - ненасыщенный)
WК2НРО4=100*0,2096*174/229,65 =15,88%.
Почему (на мой взгляд), такой вариант протекания процессов (а, следовательно, и вариант решения ) нереален: равновесие между КН2РО4 в осадке и растворе возможно только в насыщенном растворе. В результате прохождения реакции 3 раствор станет ненасыщенным относительно КН2РО4 и КН2РО4 из осадка начнет переходить в раствор (осадок начнет растворяться). Соответственно, следует ожидать взаимодействие дигидрофосфата со средней солью с образованием гидрофосфата.
Задача 2.
28,8 г Карбида алюминия растворили в избытке гидроксида натрия. Выделившийся при этом газ сожгли. Полученный углекислый газ поглотили насыщенным раствором гидроксида лития 336 г. Найти массовую долю гидроксида лития в полученном после поглощения растворе.
Растворимость гидроксида лития 12 г/100 г воды, растворимость карбоната лития 1,3 г/100 г воды.
1. Характеристика процессов растворения карбида и сжигания метана:
а)Al4C3+4KOH+12H2O=4K(Al(OH)4+3CH4(1)
n(Al4C3)=28,8/144=0,2 моль, n1(CH4)=3n(Al4C3)=0,6 моль
б)CH4+2О2=СО2+2Н2О(2)
n2(CH4)=n2(СО2)=0,6 моль
2. Характеристика процесса поглощения СО2:
а)m(LiOH)=336*12 /112 =36 г, n(LiOH)=36 /24=1,5 моль
б) Найдем соотношение между LiOH и СО2 :
n (LiOH) :n(СО2)=1,5:0,6=2,5:1, щелочь - в избытке, СО2- в недостатке
На основании соотношения можно утверждать, что пойдет реакция:
2LiOH+СО2 =Li2CO3+H2O(3)
n3LiOH=1,2 моль, n3Li2CO3=0,6 моль, n3СО2=0,6 моль,
n непрореагLiOH=1,5-1,2=0,3 моль,
m непрореагLiOH= 0,3*24=7,2 г, m образLi2CO3= 0,6*74=44,4 г,
3.Найдем характеристики конечного раствора
а) m Н2О= 336+44*0,6 -0,3*24-0,6*74=310,8 г
б) Найдем m(Li2CO3) в насыщенном растворе, содержащем 310,8 г воды:
100 г Н2О- 1,3 г Li2CO3
310,8 Н2О- х г Li2CO3, откуда m(Li2CO3) в нас.растворе= 4 ,04 г ,
т.к. mфакт Li2CO3=44,4г , раствор относительно Li2CO3 является пересыщенным, часть соли выпадет в осадок.
в)Аналогично найдем m(LiOH) в насыщенном растворе, содержащем 310,8 г воды:
100 г Н2О- 12 г LiOH
310,8 Н2О- х г LiOH, откуда m(LiOH) в насыщенном растворе= 37,3 г
т.к. mфакт LiOH=7,2г , раствор относительно LiOH является ненасыщенным
г) Найдем массу конечного рра:
m рра=m Н2О+ m(Li2CO3)в нас рре+ m(LiOH) в рре=310,8+4,04+7,2=322,04 г
WLiOH=100*7,2/322,04 =2 ,236%.
Заранее благодарна за конструктивные замечания по ходу решения и точность вычислений в задачах.
Всего доброго!