Здравствуйте, уважаемые читатели!
Вчера, 19 апреля 2023 года, был, судя по всему, заключительный для ЕГЭ-2023, вебинар Химического Факультета МГУ "Организация подготовки учащихся к Государственной итоговой аттестации по химии". На вебинаре рассматривался ряд вопросов, в том числе и по 34-й задаче. Было отмечено, что формат 34 задачи на ЕГЭ- 2023 не претерпел сколь-нибудь значимых изменений, поскольку в нем уже сейчас представлены достаточно много типов усложнений. "Новшество"-2023, судя по всему, будет основано на разнообразии сочетания этих типов в отдельно взятой задаче.
В связи с этим, на мой взгляд, актуализируется универсальный алгоритм решения, основанный на тщательном анализе текста каждого из предложений задачи. У этого анализа 3 обязательных этапа: а)перевод всех числовых данных в количества веществ арифметическим или алгебраическим методом); б)исчерпывающая характеристика химического процесса(-ов), заявленных в анализируемом предложении (уравнения реакций, стехиометрические расчеты); в) итог : идентификация количественного и качественного состава материального потока, "переходящего" на следующую ступень задачи (упоминаемого в следующем предложении). Степень выполнения этих этапов определяется имеющейся информацией. Указанный алгоритм работает и в случае нелинейной логики решения (например, необходимо найти состав исходной смеси на основании характеристик ряда ее преобразований). Только в этом случае основные расчеты приходится вести с привлечением более сложных математических приемов (системы уравнений).
В этой статье я рассмотрю три задачи из сборника Е.Дацук и соавт - 2023, связанные с особенностями материальных балансов при параллельном проведении реакций в нескольких емкостях.
Задача 1 ("на стаканы")
Пояснения к задаче: В задачах на стаканы обычно в двух стаканах идут совершенно разные химические процессы с разными смесями исходных веществ. Объединяет эти процессы равенство масс растворов в первом и втором стаканах после окончания реакций.
Решение
1.Характеристика процессов в первом стакане (со щелочью):
а)nисх KOH=336*0,35/56=2,1 моль, nисх Al=15,93/27=0,59 моль
б)2Al+2KOH+6H2O=2K(Al(OH)4)+3H2 (1), KOH-в избытке.
n1(H2)=1,5nисх Al=0,885 моль, m1(H2)=1,77 г
в) m 1кон рра= 336+15,93-1,77=350,16 г
2.Характеристика процессов во втором стакане (с кислотой):
а) Cu2O+6HNO3конц=2Сu(NO3)2+2NO2+3H2O (2)
CuO+2HNO3 = Сu(NO3)2+ H2O (3)
б) m 2 кон рра= m 1кон рра= 350,16 г
пусть n2(Cu2O)=xмоль, n3(CuO)=у моль,тогда:
m2(Cu2O)=144x, m3(CuO)=80y, m2(NO2)=46*2x=92x
350,16=336+144x+80у-92x;
336+52х+80у =350,16 г(4)
в)идентифицируем состав смеси оксидов:
n сумм (О)=х+у
n сумм (Cu)=2х+у
Согласно условию: (х+у)/(2х+у)=4/7 (5)
Составим систему из уравнений 4 и 5:
336+52х+80у =350,16
(х+у)/(2х+у)=4/7, откуда у=0,06 моль, х= 0,18 моль
3. Найдем состав раствора во втором стакане:
n2+3(Сu(NO3)2)=n сумм (Cu)=2х+у=2*0,18+0,06=0,42 моль
m2+3(Сu(NO3)2)=188* 0,42=78,96 г
W(Сu(NO3)2)=78,96/350,16=0,2255=22,55%
Задача 2 (на 2 колбы)
Пояснения к задаче: Особенность задач на "колбы" заключается в том, что во всех колбах составы исходных растворов одинаковые. Поэтому распределение количеств компонентов по колбам прямо пропорционально массам растворов в колбах.
Особенность конкретно этой задачи в том, что во второй колбе необходимо учитывать соль магния как образовавшуюся в реакциях, так и бывшую в растворе изначально.
Решение
1. Найдем характеристики исходного рра в первой колбе:
nисх(Mg(NO3)2)=400*0,0444/148=0,12 моль, nисх(Сu(NO3)2)=400*0,1128/188=0,24 моль
а)Cu+2AgNO3 =Сu(NO3)2+2Ag (1)
После окончания 1 реакции в растворе находятся только Mg(NO3)2 и Сu(NO3)2
Пусть n1Сu(NO3)2=x, тогда n1AgNO3=2х
nсуммСu(NO3)2=x+0,24
m конечн рра= 400+m1(Cu)-m1(Ag)=400+64x-108*2x=400-152x
согласно условию: W кон Сu(NO3)2=11,28*1,138=12,84%, тогда:
0,1284=188*(х+0,24)/(400-152х)(2)
откуда х=0,03 моль
б) состав исходного рра:
m 1 рра=400 г, n1исх(Mg(NO3)2)=400*0,0444/148=0,12 моль, n1исх(Сu(NO3)2)=400*0,1128/188=0,24 моль, n1исх(AgNO3)=2х=0,06 моль
2. Найдем характеристики исходного рра во второй колбе:
m2 рра=800 г, n2исх(Mg(NO3)2)=800*0,0444/148=0,24 моль, n2исх(Сu(NO3)2)=800*0,1128/188=0,48 моль,
n2исх(AgNO3)= 2n1исх(AgNO3)= 0,12 моль
3. Найдем состав конечного рра во второй колбе:
а)Mg+Cu(NO3)2=Cu+Mg(NO3)2 (3)
Mg+2AgNO3 =2Ag+Mg(NO3)2 (4)
б)n2кон(Mg(NO3)2)=n2исх(Mg(NO3)2)+ n3+4(Mg(NO3)2
n3+4(Mg(NO3)2=n2исх(Сu(NO3)2)+0,5n2исх(AgNO3)=0,48+0,5*0,12=0,54 моль
n2кон(Mg(NO3)2)=0,24+0,54=0,78 моль
m2 кон(Mg(NO3)2)=0,78*148=115,44 г
Задача 3 ("на 3 колбы")
Пояснения к задаче: Типовая задача на ... колбы. Алгоритм ее решения аналогичен алгоритму решения задачи на 2 колбы, рассмотренному выше.
Особенность этой задачи в том, что в первой и второй колбах расчеты ведутся только по одному компоненту раствора(Na2CO3), а в третьей колбе необходимо учитывать два вступающих в реакцию компонента(Na2CO3 , NaOH)
Решение.
1. Определим состав смеси CO2 и HCl:
а)n общ газов=11,2/22,4=0,5 моль, n сумм (О)=2,408*10^23/6,02*10^23=0,4 моль
б)пусть nCO2=х моль, nHCl=у моль, тогда n сумм (О)=2х. Составим и решим систему уравнений, связывающих общее количество вещества газов и количество кислорода:
х+у=0,5
2х=0,4, откуда :х=nCO2=0,2 моль, у=nHCl=0,3 моль
в)m газ.смеси=0,2*44+0,3*36,5=19,75 г
2.Характеристика процесса поглощения газов:
а)nисхNaOH=180, 25*0,2219/40=1 моль
б)СО2+2NaOH=Na2CO3+H2O (1)
HCl+NaOH=NaCl+H2O (2)
n1+2 NaOH=2*nCO2+nHCl=0,4+0,3=0,7 моль, nост NaOH=1-0,7=0,3 моль
в) Состав полученного раствора:
Na2CO3-0,2 моль, NaCl-0,3 моль, NaOH-0,3 моль
m рра= m газ.смеси+180,25=19,75+180,25=200 г
3.Характеристики процессов в отдельно взятых колбах:
А) Первая колба:
Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+CO2 (3)
n3(CO2)=1,12/22,4=0,05 моль; n3(Na2CO3)=0,05 моль;
m исх рра в 1 колбе=200*0,05/0,2=50 г
б)Вторая колба:
Na2CO3+BaCl2= BaCO3 +2NaCl (4)
n4(BaCO3)=19,7/197=0,1 моль; n4(Na2CO3)=0,1 моль;
m исх рра во 2 колбе=200*0,1/0,2=100 г
в)Третья колба:
m исх рра в 3 колбе=200-100-50=50 г
n (Na2CO3)в 3 колбе=0,2-0,1-0,05=0,05 моль,
n (NaCl)в 3 колбе=0,3*50/200=0,075 моль,
n (NaOH)в 3 колбе=0,3*50/200=0,075 моль,
Na2CO3+СО2=2NaHCO3 (5)
NaOH+СО2=2NaHCO3(6)
n5+6 (NaНCO3)=2n (Na2CO3)в 3 колбе+n (NaOH)в 3 колбе=0,175 моль
n5+6(СО2)=0,05+0,075 моль=0,125 моль
m конечн. рра =50+0,125*44=55,5 г
4. Состав конечного рра в 3 колбе:
NaНCO3-0,175 моль; NaCl-0,075 моль
W(NaHCO3)=0,175*84/55,5=0,265=26,5%
W( NaCl)=0,075*58,5/55,5=0,079=7,9%
Заранее благодарна за конструктивные дополнения и замечания.
Веду набор учеников для онлайн-подготовки к ОГЭ по химии 2024, ЕГЭ по химии-2024. Занятия проводятся как индивидуально, так и в группах. Для получения более подробной информации пишите в ВК : https://vk.com/id363684368
Всего доброго!