Здравствуйте, уважаемые читатели!
Сегодняшней статьей начинаю цикл разборов задач, не встречавшихся до сих пор в формате реального ЕГЭ по химии. То есть, это - задачи НЕ НА электролиз, растворимость, пластинки, разного рода "атомистику", "2 или три колбы", термическое разложение. Я решила условно назвать такие задачи "нестандартными", поскольку все остальные упомянутые типы при ближайшем рассмотрении можно разложить на ряд известных стандартных алгоритмов.
Как правило, химизм превращений в "нестандартных" задачах - достаточно прост. Их особенностью является наличие не встречавшихся до сих пор в расчетных задачах ЕГЭ логических рассуждений и выводов.
В качестве источника использую, как и в большинстве своих статей, сборник И.Ю.Белавина. Сегодня разберу решения трех задач на последовательное соединение промывных сосудов. Задача перекликается с аналитической химией. Очень давно доводилось использовать такие сосуды для определения состава пропускаемой через них газовой смеси.
Итак, задача 1 (в сборнике - 359)
Ее особенности:
- Концентрации компонентов, находящихся в одном растворе, заданы через равные массовые доли : это свидетельствует о том, что массы компонентов равны.
- Концентрации компонентов, находящихся в одном растворе, заданы через равные молярные концентрации: это свидетельствует о том, что количества молей компонентов равны.
- Указание на то, что в первом промывном сосуде при пропускании через раствор карбоната хлороводорода образуется смесь двух солей, косвенно свидетельствует о том, что эти соли- хлорид и гидрокарбонат.
- Наличие гидрокарбоната в первом промывном сосуде показывает, что хлороводород - был в недостатке. В газовой смеси, последовательно переходящей во второй промывной сосуд, из активных компонентов будет содержаться только образовавшийся СО2
- Указание на то, что во втором промывном сосуде при пропускании через щелочь газовой смеси из первого сосуда (содержащей СО2) также образуется смесь двух солей, косвенно свидетельствует о том, что эти соли-гидрокарбонат и карбонат.
- В каждом из сосудов наблюдается практически одновременное протекание двух параллельно-последовательных реакций. Для нахождения состава продуктов в этом случае могут быть использованы 2 алгоритма. Согласно одному их них реакции рассматриваются как параллельные, задача решается через систему уравнений. Согласно второму алгоритму реакции протекают последовательно, в этом случае задача решается арифметически. Использование обоих алгоритмов правомерно. Более подробно я рассмотрела этот вопрос в комментариях к статье: https://zen.yandex.ru/media/id/5d2de3c4bc228f00aec36bc0/62bea38a7ad65e278f77df0b
359. Через два последовательно соединенных промывных сосуда, в первом из которых содержалось 250 г раствора карбоната натрия, а во втором 100 г раствора гидроксида натрия, пропустили 33,6 л (н.у.) смеси хлороводорода с азотом с плотностью по водороду 14,85. Определите массовые доли веществ в исходных растворах, если известно, что в первом сосуде образовался раствор с равными массовыми долями двух солей, а во втором — раствор с равными молярными концентрациями двух солей.
Решение.
1.Найдем состав газовой смеси:
а)М смеси= 14,85*2=29,7 г
б) Пусть в 1 моле смеси содержится φ моль N2 и (1-φ) моль HCl, тогда:
28φ+36,5(1-φ)=29,7, откуда φ(N2)=0,8, φ(HCl)=0,2.
n(смеси)=33,6/22,4=1,5 моль, тогда n(N2)=1,2 моль, n(HCl)= 0,3 моль.
2.Характеристика процессов в первом сосуде:
а)Na2CO3+HCl= NaCl +NaHCO3 (1)
Na2CO3+2HCl= 2NaCl + CO2 +H2O (2)
б) пусть n1 (Na2CO3)= x моль, n 2 (Na2CO3)=у,
тогда n1+2 (НCl)= х+2у=0,3 моль (3);
n1+2 (NaCl)= х+ 2у=0,3, n1 (NaHCO3)= х.
Согласно условию m1+2 (NaCl)=m1(NaHCO3), или:
58,5 *0,3=84х (4)
Составим систему из уравнений 3 и 4:
х+2у=0,3
58,5 *0,3=84х, откуда х=0,209, у= 0,0455
в) n1+2(Na2CO3)=0,2545 моль
Wисх( Na2CO3)=100*0,2545*106/250=10,8 %
3. Найдем n(CO2) в составе выходящего газового потока:
а)n2(CO2)=y=0,0455 моль
3. Характеристика процессов во втором сосуде:
а) 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O (5)
NaOH +CO2 = NaHCO3 (6)
б)Пусть n 1+2 (NaOH)=у, n1+2(CO2)=0,0455 моль,
Согласно условию n5(Na2CO3)=n6(NaHCO3)=a, тогда, на основании стехиометрии реакций 5 и 6 составим уравнения 7 и 8:
2а+а=у (7)
2а=0,0455 (8)
откуда у= 0,0683 моль,
в) Wисх( NaОН)=100*0,0683*40/100=2,732 %
Задача 2 (в сборнике № 360)
Ее особенность:
- Концентрации компонентов, находящихся в первом растворе, заданы через разные молярные концентрации: это свидетельствует о том, что количество молей соли с меньшей молярной массой в 3 раза больше количества молей соли с большей молярной массой.
В остальном подходы к решению задачи такие же, как в предыдущей (№359)
360. Через два последовательно соединенных промывных сосуда, в первом из которых содержалось 120 г раствора карбоната калия, а во втором 60 г раствора гидроксида калия, пропустили 16,8 л (н.у.) смеси хлороводорода с азотом с плотностью 1,326 г/л (н.у.). Определите массовые доли веществ в исходных растворах, если известно, что в первом сосуде образовался раствор, в котором молярная концентрация соли с меньшей молярной массой в 3 раза больше концентрации второй соли, а во втором – раствор с равными массовыми долями двух солей.
Решение.
1.Найдем состав газовой смеси:
а)М смеси= 1,326*22,4=29,7 г
б) Пусть в 1 моле смеси содержится φ моль N2 и (1-φ) моль HCl, тогда:
28φ+36,5(1-φ)=29,7, откуда φ(N2)=0,8, φ(HCl)=0,2.
n(смеси)=16,8/22,4=0,75 моль, тогда n(N2)=0,6моль, n(HCl)= 0,15 моль.
2.Характеристика процессов в первом сосуде:
а)К2CO3+HCl= КHCO3 +КCl (1)
К2CO3 +2HCl=2КCl +CO2+H2O (2)
б) пусть n1 (К2CO3)= x моль, n 2 (К2CO3)=у,
тогда n1+2 (НCl)= х+2у=0,15 моль (3);
n1+2 (КCl)= х+ 2у=0,15, n1 (КHCO3)= х.
Согласно условию n1+2 (КCl) =3 n1 (КHCO3), или:
0,15=3x (4)
Составим систему из уравнений 3 и 4:
х+2у=0,15
0,15=3x
откуда х=0,05, у= 0,05
в) n1+2(К2CO3)=0,1 моль
Wисх( К2CO3)=100*0,1*138/120=11,5 %
3. Найдем n(CO2) в составе выходящего газового потока:
а)n2(CO2)=y=0,05 моль
3. Характеристика процессов во втором сосуде:
а) 2KOH+CO2=K2CO3+H2O (5)
KOH +CO2 = KHCO3 (6)
б)Пусть n 5 (KOH)=x, n 6 (KOH)=у, n5+6(CO2)=0,05 моль,
Согласно условию m 5(K2CO3)=m6(KHCO3) , тогда, на основании стехиометрии реакций 5 и 6 составим уравнения 7 и 8:
138*0,5х=100*у (7)
0,5х+у=0,05 (8)
откуда х =0,042 , у= 0,029
в) n исх (KOH)=0,042+0,029=0,071 моль
в) Wисх( KOH)=100*0,071*56/60=6,63 %
Задача 3 (в сборнике № 361)
Задача аналогична разобранным выше. Базовым моментом является равенство молей кислых солей в обоих сосудах по окончании реакции.
361 Смесь аргона с бромоводородом с плотностью по воздуху 1,615 пропускали через два последовательно соединенных промывных сосуда, каждый из которых содержал по 150 мл раствора карбоната калия с плотностью 1,1 г/мл и молярной концентрацией соли 1 моль/л. Газ перестали пропускать, как только молярные концентрации кислых солей в двух сосудах сравнялись. Определите объем пропущенной газовой смеси (н.у.) и массовые доли веществ в полученных растворах. (Изменениями объема растворов пренебречь).
Решение.
1.Найдем состав газовой смеси:
а)М смеси= 1,615*29=46,835г
б) Пусть в 1 моле смеси содержится φ моль Ar и (1-φ) моль HBr, тогда:
40φ+81(1-φ)=46,835, откуда φ(Ar)=0,833, φ(HBr)=0,167.
в) пусть n(смеси)=х моль, тогда n(HBr)= 0,167 х моль.
2.Характеристика процессов в первом и втором сосудах:
а)n(K2CO3) I =n (K2CO3) II=0,15*1=0,15 моль
б)Химизм процессов в первом сосуде:
К2CO3+HBr= КHCO3 +КBr (1)
К2CO3 +2HBr=2КBr+CO2+H2O (2)
В рре находятся: КHCO3 и КBr
n (КBr)=n(HBr)= 0,167 х моль,
пусть n1 (К2CO3)= n1 (КHCO3)= а моль, n 2 (К2CO3)=n 2 ( CO2)=(0,15-а) моль,
тогда n1+2 (HBr)= а+2(0,15-а) =0,3 -а моль=0,167 х ,
откуда а= n1 (КHCO3)=0,3-0,167 х моль(3)
n 2 ( CO2)=(0,15-а)=(0,167 х -0,15) моль (4)
в)Химизм процессов во втором сосуде:
К2CO3+СО2+Н2О= 2КHCO3 (5)
В рре находятся: КHCO3 и К2CO3 непрореаг
n5 (КHCO3) =2n 2 ( CO2) =2* (0,167 х-0,15)=0,334 х-0,3 (6)
n (К2CO3) непрореаг=0,15-n 2 ( CO2)=0,15-0,167 х+0,15=0,3-0,167 х
г)Согласно условию n1 (КHCO3)=n5 (КHCO3) , т.е.:
0,3-0,167 х=0,334 х-0,3, откуда х=1,2 моль
V смеси газов = 1,2*22,4=26,88 л
3. Составы растворов в сосудах:
а ) m 1 рра = 150*1,1+0,167*1,2*81-0,167*1,2*44=172, 4 г
m (КBr)=0,167*1,2*119=23,8 г
m (КHCO3)=(0,3-0,167*1,2)*100=10 г
W1(КBr)=23,8 *100/172, 4 =13,8 %
W1(КHCO3)=10*100/172, 4 =5, 8%
б) m 2 рра = 150*1,1+ 0,167*1,2*44=173, 8 г
m (КHCO3)=(0,3-0,167*1,2)*100=10 г
m (К2CO3)=(0,3-0,167*1,2)*138=13,8 г
W2(К2CO3)=13,8*100/173, 8=7,94%
W2(КHCO3)=10*100/173, 8=5,75%
В заключение хочу отметить, что в статье представлены не единственные подходы к решению задач. В процессе работы над статьей я использовала 3 разных подхода, в том числе и через атомистику. Выбраны - оптимальные (на мой взгляд) варианты решения.
Заранее благодарна за конструктивные замечания.
Продолжаю набор школьников для подготовки к ОГЭ и ЕГЭ по химии (инд. занятия, группы). Подробности - https://vk.com/id363684368
Всего доброго!
