Здравствуйте, уважаемые читатели!
Сегодня я рассмотрю решения еще одного типа расчетных задач из сб. И.Ю.Белавина. Они объединены в раздел 3.2.7. "Изменение порядка смешивания реагентов". Автор отмечает следующую особенность этих задач: "В тех случаях, когда в растворах происходят взаимодействия между веществами, среди которых имеются соли многоосновных кислот (кроме серной), результат часто зависит не только от молярного соотношения реагентов, но от порядка их смешивания"(стр 85).
Итак, задача 1 (в сборнике - 397).
397. К 46 мл раствора соляной кислоты с плотностью 1,087 г/мл постепенно при перемешивании и при нагревании добавили некоторое количество раствора сульфида натрия с молярной концентрацией соли 3 моль/л и плотностью 1,21 г/мл, в результате чего получили 171,3 мл раствора с плотностью 1,15 г/мл и с равными молярными концентрациями двух анионов. Рассчитайте массовые доли веществ в растворе, который получится при обратном порядке смешивания таких же количеств исходных растворов.
Ее особенности:
- При добавлении раствора сульфида натрия к соляной кислоте сначала кислота находится в избытке, поэтому сразу происходит выделение сероводорода.
- Равенство молярных концентраций двух анионов в полученном растворе означает равенство их количеств веществ. Гипотетически это могут быть анионы хлора, а также гидросульфид-анионы (уравнения реакций 1 и 1") или сульфид-анионы избыточно добавленного Na2S .
2HCl+Na2S=H2S(газ)+2NaCl (1)
HCl+Na2S=NaHS + NaCl (1")
Предположение о совместном присутствии равных количеств Cl- и HS- - неверно, так как, согласно уравнениям реакций n1+1"(Cl-)больше n1"(HS-).
Т.о., в конечном растворе присутствуют равные количества хлорид-анионов и сульфид-анионов. С помощью стехиометрических расчетов на основании этого утверждения находят составы исходных растворов.
- При обратном порядке смешивания уже сульфид будет находиться в избытке и при добавлении рра HCl образуется гидросульфид. Стехиометрическое соотношение между реагентами "не позволяет" выделиться сероводороду.
Решение
1. Определим составы исходных растворов:
а)Химизм процесса:
2HCl+Na2S=H2S(газ)+2NaCl (1)
б) в полученном растворе содержатся анионы: Cl- и S2-(избыток)
Согласно условию n(Cl-)=n(S2-)(избыток)=х
Тогда: nисх(HCl)=х, nисх(Na2S)=0,5х+х=1,5х
V исх рра (Na2S)=1,5х*1000/3 =500x мл
mисх рра (Na2S)=500x*1,21 =605 х г
n1(H2S) (газ)=0,5х
в) Материальный баланс исходных растворов и продуктов реакции:
46*1,087+605 х=34*0,5х+171,3*1,15, откуда х=0,25 моль
г) Составы исходных растворов:
mисх рра (Na2S)= 605 х=151,25 г, nисх(Na2S)=1,5х=0,375 моль
mисх рра (HCl)= 50 г, nисх(HCl)= х=0,25 моль
2. Найдем состав полученного раствора при обратном порядке смешивания исходных растворов:
а)Химизм процесса:
Na2S + HCl = NaCl +NaHS(2)
Na2S- в избытке
б) Состав полученного раствора:
n2 (NaCl)=n 2(NaHS)=nисх(HCl)=0,25 моль
nост(Na2S)=0,375-0,25=0,125 моль
mполуч рра =50+151,25=201,25 г
W(NaCl)=100*0,25*58,5/201,25=7,27%
W(NaHS)=100*0,25*56/201,25=6,96%
W(Na2S)=100*0,125*78/201,25=4,84%
Задача 2 (в сборнике -399)
399 .К 145 мл насыщенного раствора гидрокарбоната натрия с плотностью 1,0524 г/мл медленно при перемешивании добавили 255 мл раствора гидроксида бария определенной концентрации с плотностью 1,04 г/мл, в результате чего был получен раствор с молярной концентрацией гидроксид–ионов 0,125 моль/л. Определите массовые доли веществ в растворе, который получится при медленном добавлении такого же объема насыщенного раствора гидрокарбоната натрия к 306 мл такого же раствора гидроксида бария. Растворимость гидрокарбоната натрия 9 г на 100 г воды. Изменениями объема раствора за счет химических реакций пренебречь.
Ее особенности:
- При постепенном добавлении гидроксида бария к гидрокарбонату натрия последний находится в избытке. Гидроксид-ионы полностью реагируют с гидрокарбонат-ионами, и образуется смесь карбонатов натрия и бария (реакция 1). Для того, чтобы в конечном растворе содержалась щелочь (гидроксид-анионы), необходимо добавление дополнительного количества Ba(OH)2, который, в свою очередь, вступает в РИО с уже образовавшимся карбонатом натрия (реакция 2).
- На основании стехиометрии реакций 1 и 2 устанавливаем составы исходных растворов.
- При обратном порядке смешивания (добавлении рра гидрокарбоната натрия к рру гидроксида бария) щелочь находится в избытке и в растворе образуется гидроксид натрия (реакция 3). Стехиометрическое соотношение между реагентами обусловливает также прохождение реакции (4)
Решение
1. Определим составы исходных растворов:
а)n исх (NaHCO3)=145*1,0524*9/(109*84)=0,15 моль
б) V кон рра= 145+255=400 мл=0,4 л, n конечн (ОН-)=0,4*0,125=0,05 моль
в)Химизм процесса:
2NaHCO3+Ba(OH)2= Na2СО3 +BaCO3(осадок)+ 2H2O (1)
Na2СО3 +Ba(OH)2=BaCO3(осадок)+2NaOH(2)
n 2 (NaOH)=0,05 моль
n 2 (Na2CO3)= n 2 (Ba(OH)2) =0,5 n 2 (NaOH)=0,025 моль
n 1 (Na2CO3)= n 1 (Ba(OH)2= 0,5 n исх (NaHCO3)=0,075 моль
n исх (Ba(OH)2)= n 1 (Ba(OH)2+n 2 (Ba(OH)2=0,1 моль
2. Найдем состав полученного раствора при обратном порядке смешивания растворов:
а)составы исходных растворов:
n исх (NaHCO3)=0,15 моль, m исх рра(NaHCO3)=145*1,0524=152,6 г
n исх (Ba(OH)2)=0,1*306/255 =0,12 моль,
m исх рра(Ba(OH)2)=306*1, 04=318,24 г
б) Химизм процесса:
Ba(OH)2+ NaHCO3= BaCO3 (осадок) +H2O +NaОН(3)
NaHCO3+NaОН=Na2CO3+H2O (4)
n3 BaCO3=n исх (Ba(OH)2)=0,12 моль,
n3(NaОН)=n3(NaHCO3)=n3 BaCO3=0,12 моль,
n4(NaHCO3)=n исх (NaHCO3)-n3(NaHCO3)=0,15-0,12=0,03 моль
n4(NaОН)=n4(NaHCO3)=n4(Na2CO3)=0,03 моль
в) Состав полученного раствора:
mполуч рра =152,6+318,24-0,12*197=447,2 г
nост(NaОН)=n3(NaОН)-n4(NaОН)=0,12-0,03=0,09 моль
n4(Na2CO3)=0,03 моль
W(NaОН)=100*0,09*40/447,2=0,805%
W(Na2CO3)=100*0,03*106/447,2=0,711%
Задача 3 (в сборнике - № 400)
400. К раствору 94,38 г кристаллической соды в 80 мл воды постепенно при перемешивании добавляли раствор хлорида железа (III) с молярной концентрацией соли 1,5 моль/л и плотностью 1,12 г/мл до того момента, когда началось выделение газа. Рассчитайте массовые доли веществ в растворе, который получится при постепенном добавлении такого же количества раствора кристаллической соды в воде к раствору хлорида железа (III) той же концентрации и того же объема, который был затрачен в первом опыте.
Ее особенности:
- Если особенности химизма задач 397 и 399 достаточно часто используются в формате ЕГЭ (например, в задании 8 тестовой части), то специфика реакции совместного гидролиза, на которой строится задача 400, не встречалась мне еще ни разу. Воспользуюсь цитатой из сборника И.Ю.Белавина (стр 89):
"В первом случае вначале в избытке был карбонат натрия, выделение газа началось только тогда, когда весь карбонат перешел в гидрокарбонат, поэтому здесь реакция прошла строго по следующему уравнению реакции:
AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O =3NaHCO3 + Al(OH)3 + 3NaCl" (речь шла о реакции рров хлорида алюминия и карбоната натрия).
Применительно к задаче 400 - это - уравнение реакции 1
- "При обратном порядке смешивания растворов вначале в избытке хлорид алюминия, т.е. сильно кислая среда за счет гидролиза, поэтому сразу начинается выделение углекислого газа:
3Na2CO3 + 2AlCl3 + 3H2O = 3CO2 + 2Al(OH)3+ 6NaCl "
Применительно к задаче 400 - это - уравнение реакции 2
Решение.
1. Определим составы исходных растворов:
а)n исх (Na2CO3)=n исх (Na2CO3*10 Н2О)= 94,38/286=0,33 моль
m исх рра (Na2CO3)=94,38+80=174,38 г
в)Химизм процесса:
FeCl3+3Na2CO3+3H2O=3NaHCO3+Fe(OH)3+3NaCl (1)
n 1 (Na2CO3)=0,33 моль, n 1 (FeCl3)=0,11 моль
m исх рра (FeCl3)=0,11*1000*1,12/ 1,5 =82,1 г
2. Найдем состав полученного раствора при обратном порядке смешивания растворов:
а) Химизм процесса:
2FeCl3+3Na2CO3+3H2O=3 CO2+2Fe(OH)3+6NaCl (2)
FeCl3- в недостатке
n2 Na2CO3= 1,5 n (FeCl3)=0,165 моль,
б)состав полученного рра
nост Na2CO3= 0,33- 0,165 моль=0,165 моль
n2(NaCl)=2n2(NaHCO3)= 0,33 моль,
mполуч рра =174,38+82,1-0,165*44-0,11*107=237,45 г
W(NaCl)=100*0,33*58,5/237,45=8,13%
W(Na2CO3)=100*0,165*106/237,45=7,37%
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!