Здравствуйте, уважаемые читатели!
В сегодняшней статье будут разобраны решения 3 задач из раздела "3.3. Термическое разложение солей" (сб. И.Ю.Белавина, 2006 г).
Этот тип задач не является новым в формате ЕГЭ по химии. Тем не менее, как и в остальных задачах автора, можно выделить интересные моменты, в основном связанные с логикой расчетов.
Итак, задача 1 (в сборнике- № 415)
415. 61,2 мл раствора гидроксида калия с массовой долей щелочи 20 % и плотностью 1,19 г/мл смешали с 250 мл раствора нитрата цинка, в котором концентрация нитрат–ионов составила 0,8 моль/л. Полученную смесь упарили и прокалили. Определите массовую долю кислорода как элемента в остатке после прокаливания.
Задача достаточно легкая. Уровень химизма и расчетов соответствует сложности задач реального ЕГЭ. Вкрапления "атомистики" и реакций образования смеси гидроксида цинка и комплексной соли встречаются довольно часто в расчетных задачах.
Решение
1. Найдем характеристики полученной смеси
а)n(KOH)=61,2*0,2*1,19/56=0,26 моль
n(Zn(NO3)2)=0,5 n(NO3-)= 0,5*0,25*0,8=0,1 моль
б) Судя по соотношению молей щелочи и соли в растворе будут протекать 2 реакции:
Zn(NO3)2 +2KOH=Zn(OH)2+2KNO3 (1)
Zn(NO3)2 +4KOH=K2(Zn(OH)4)+2KNO3 (2)
Пусть n1(Zn(OH)2)=x моль, n2(K2(Zn(OH)4))=у моль,
тогда:
х+у=0,1
2х+4у=0,26, откуда х= 0,07 моль, у=0,03 моль
в) характеристики полученной смеси:
осадок Zn(OH)2- 0,07 моль,
в растворе- 0,03 моль K2(Zn(OH)4) и 0,2 моль KNO3
2. Найдем состав остатка после прокаливания:
а)Zn(OH)2=ZnO+H2O (3)
K2(Zn(OH)4)= K2ZnO2+2H2O (4)
2KNO3=2KNO2+O2 (5)
б) Согласно стехиометрии реакций 3-5 в остатке будут находиться:
0,07 моль ZnO, 0,03 моль K2ZnO2 и 0,2 моль KNO2
m остатка= 0,07*81+0,03*175+0,2*85=27,92 г
m (O)=0,07*16+2*0,03*16+2*0,2*16=8,48 г
W(O)=100*8,48/27,92=30,37 %
Задача 2 (в сборнике- 419)
419. К раствору нитрата хрома (III) с концентрацией соли 1,2 моль/л и плотностью 1,175 г/мл добавили некоторое количество раствора силиката натрия с массовой долей соли 15 %. Раствор отделили от осадка, воду выпарили и оставшийся сухой остаток прокалили, в результате чего выделилось 4,032 л газа (н.у.) с плотностью по азоту 1,476. Определите массу осадка, образовавшегося при сливании растворов, и массовые доли веществ в растворе перед выпариванием
Эта задача посложнее предыдущей:
- недостающая информация по исходным реагентам находится только после рассмотрения химизма и установления количественных характеристик всех заявленных в задаче процессов
- наиболее спорным моментом при решении , на мой взгляд, является идентификация процесса, протекающего при смешивании исходных растворов : совместный гидролиз или простой обмен с выпадением в осадок силиката хрома.
- Я привела 2 варианта решения: вариант 1- рассматриваю процесс смешивания как совместный гидролиз. Основания: силикат хрома в водных растворах не существует, так как подвергается полному гидролизу. Вариант 2 (как у автора) - процесс смешения рассматривается как простой обмен. Основания: порядок приливания реактивов и то, что соль хрома, согласно полученным результатам, находится в избытке, обусловливает тот факт, что осадок образуется в слабокислой среде. Это замедляет процесс его полного гидролиза. Т.е., можно обосновать оба подхода к химизму смешивания. Такие задачи предназначены для развития критического мышления...
Решение.
ВАРИАНТ 1 (рассматриваю реакцию между солью хрома 3 и силикатом как совместный гидролиз - полученные ответы НЕ совпадают с ответами автора)
1.Найдем состав раствора перед выпариванием:
а) 2Cr(NO3)3 +3Na2SiO3+6Н2О=2Сr(OH)3 +3H2SiO3+6NaNO3 (1)
в растворе находятся образ. NaNO3 и, возможно, одна из исходных солей
б) найдем состав газовой смеси:
n смеси= 4,032/22,4=0,18 моль, М смеси= 1,476*28=41,328 г/моль ,
в смеси - NO2 и О2, m смеси= 7,44 г
Пусть n(NO2)=x, n(O2)=y, тогда:
х+у=0,18
46х+32у=7,44, откуда х=n(NO2)=0,12 моль, у=n(O2)= 0,06 моль
NO2 образовалось при прокаливании непрореаг Cr(NO3)3, т.е. в сухом остатке находились NaNO3 обр и Cr(NO3)3 непрореаг
в) прокаливание сухого остатка:
2NaNO3=2NaNO2+O2 (2)
4Cr(NO3)3 = 2Cr2O3+12NO2+3O2 (3)
n непрореаг Cr(NO3)3=n(NO2)/3=0,12/3=0,04 моль
n2 О2=у-n3 О2=0,06-n(NO2)/4=0,06-0,03=0,03 моль
nобр NaNO3=2n2 О2=0,06 моль
2.Найдем массу раствора перед выпариванием:
а) n исх Cr(NO3)3=n непрореаг Cr(NO3)3+n 1 Cr(NO3)3=
=0,04+nобр NaNO3/3=0,04+0,02=0,06 моль
m исх рраCr(NO3)3=0,06*1000*1,175/1,2=58,75 г
б)n исх Na2SiO3=0,5n обр NaNO3=0,03 моль
m исх рра Na2SiO3=0,03*122/0,15=24,4 г
в) m осадка= mСr(OH)3+mH2SiO3=0,02*103+0,03*78=4,4 г
г) m получ рра= 58,75+24,4-4,4=78,75 г
3. Найдем массовые доли веществ в растворе перед выпариванием:
W непрореагCr(NO3)3=100*0,04*238/78,75=12,09%
W образ NaNO3=100*0,06*85/78,75=6,48%
ВАРИАНТ 2 (рассматриваю реакцию между солью хрома 3 и силикатом как простой обмен - полученные ответы совпадают с ответами автора)
1.Найдем состав раствора перед выпариванием:
а) 2Cr(NO3)3 +3Na2SiO3 =Cr2(SiO3)3+6NaNO3 (1)
в растворе находятся образ. NaNO3 и, возможно, одна из исходных солей
б) найдем состав газовой смеси:
n смеси= 4,032/22,4=0,18 моль, М смеси= 1,476*28=41,328 г/моль ,
в смеси - NO2 и О2, m смеси= 7,44 г
Пусть n(NO2)=x, n(O2)=y, тогда:
х+у=0,18
46х+32у=7,44, откуда х=n(NO2)=0,12 моль, у=n(O2)= 0,06 моль
NO2 образовалось при прокаливании непрореаг Cr(NO3)3, т.е. в сухом остатке находились NaNO3 обр и Cr(NO3)3 непрореаг
в) прокаливание сухого остатка:
2NaNO3=2NaNO2+O2 (2)
4Cr(NO3)3 = 2Cr2O3+12NO2+3O2 (3)
n непрореаг Cr(NO3)3=n(NO2)/3=0,12/3=0,04 моль
n2 О2=у-n3 О2=0,06-n(NO2)/4=0,06-0,03=0,03 моль
nобр NaNO3=2n2 О2=0,06 моль
2.Найдем массу раствора перед выпариванием:
а) n исх Cr(NO3)3=n непрореаг Cr(NO3)3+n 1 Cr(NO3)3=
=0,04+nобр NaNO3/3=0,04+0,02=0,06 моль
m исх рраCr(NO3)3=0,06*1000*1,175/1,2=58,75 г
б)n исх Na2SiO3=0,5n обр NaNO3=0,03 моль
m исх рра Na2SiO3=0,03*122/0,15=24,4 г
в) m осадка= mCr2(SiO3)3= nобр NaNO3/6 *332=0,01*332=3,32 г
г) m получ рра= 58,75+24,4-3,32=79,83 г
3. Найдем массовые доли веществ в растворе перед выпариванием:
W непрореагCr(NO3)3=100*0,04*238/79,83=11,93%
W образ NaNO3=100*0,06*85/79,83=6,39%
Задача 3 (в сборнике - № 434)
434. Некоторое количество восемнадцативодного кристаллогидрата сульфата алюминия растворили в 28,07 мл раствора гидроксида натрия с плотностью 1,14 г/мл и массовой долей щелочи 12,5 %. К полученному раствору добавили 74,2г раствора азотной кислоты с плотностью 1,06 г/мл и концентрацией 2 моль/л, затем пропускали аммиак до насыщения. Образовавшуюся смесь веществ выпарили и прокалили, получив 8,04 г сухого остатка. Рассчитайте массу исходного кристаллогидрата и массовые доли веществ в растворе перед пропусканием в него аммиака.
Мне очень понравилась эта задача: выверенная химия, лаконичные расчеты.
- Отсутствует первоначальная ясность относительно степени использования в реакциях щелочи и азотной кислоты. Если о щелочи еще можно предположить, что она - в избытке (поскольку кристаллогидрат полностью растворился), то предположение об избытке кислоты подтвердилось только в ходе расчетов.
- Достаточно объемный химизм (8 реакций)
- Ключом к нахождению состава сухого остатка является баланс по катионам натрия: количество Na+, поступивших в составе щелочи, = количеству Na+ в составе образовавшихся солей натрия (сульфата и нитрата)
- Ключом к нахождению состава раствора (перед реакцией с аммиаком) является баланс по нитрат-анионам : количество NО3-, поступивших в составе азотной кислоты = количеству NО3- в составе образовавшихся солей ( нитратов натрия и алюминия) и количеству NО3- в составе непрореагировавшей азотной кислоты
Решение.
1. Химизм процессов:
Al2(SO4)3+8NaOH=3Na2SO4+2Na(Al(OH)4) (1)
nисх(NaOH)=28,07*1,14*0,125/40=0,1 моль
Na(Al(OH)4)+4HNO3=NaNO3+Al(NO3)3+4H2O (2)
HNO3 +NaOH=NaNO3+Н2О (3) (возможно)
nисх(HNO3)=2*74,2/(1,06*1000)=0,14 моль
Al(NO3)3 +3NH3*H2O=Al(OH)3+4NH4NO3 (4)
HNO3изб+NH3=NH4NO3 (возможно) (5)
2Al(OH)3=Al2O3+3H2O (6)
2NaNO3=2NaNO2+O2 (7)
NH4NO3=N2O+2H2O (8)
Na2SO4- не разлагается
Состав сухого остатка: Al2O3, NaNO2,Na2SO4
2. Определим состав сухого остатка:
a)n сумм(Na+)=n1(NaOH)= 0,1 моль,
Пусть n1(Na2SO4) = x моль, тогда n(Al2O3)=n1(Al2(SO4)3)=х/3
n(NaNO2)=n сумм(Na+)- 2n(Na2SO4)=0,1-2х моль
Тогда: 8,04=142х+102*х/3+69*(0,1-2х), откуда х=0,03 моль
б) n(Al2O3)=0,03/1=0,01 моль
n(NaNO2)=0,1-2*0,03=0,04моль
n(Na2SO4)=0,03 моль
3. Рассчитаем массу исходного кристаллогидрата:
n (Al2(SO4)3)*18H2O=n(Al2O3)=0,01 моль
m(Al2(SO4)3)*18H2O=0,01 *666=6,66 г
4. Найдем массовые доли веществ в растворе перед пропусканием в него аммиака:
а)m рра= 6,66+28,07*1,14+74,2=112,8598г
б) состав рра: 0,03моль Na2SO4, 0,02 моль Al(NO3)3,
0,04 моль NaNO3, HNO3 непрореаг
в) nHNO3 непрореаг=nисх(HNO3)- n(NaNO3)-3n(Al(NO3)3)=
=0,14-0,04-0,06 =0,04 моль
г)W Na2SO4 =100*0,03 *142/112,8598=3,77%
WAl(NO3)3=100*0,02*213/112,8598=3,77%
WHNO3=100*0,04*63/112,8598=2,23%
WNaNO3=100*0,04*85/112,8598=3,01%
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!