Здравствуйте, уважаемые читатели!
Задачи на растворимость давно и прочно заняли свое место в формате ЕГЭ по химии. В основном, рассматривалась только растворимость солей (как безводных, так и кристаллогидратов). Основным направлением использования этого понятия были применение растворимости как характеристики насыщенного раствора (своеобразная альтернатива массовой доле растворенного вещества). Усложненный вариант задач с растворимостью затрагивал рассмотрение процессов выпадения осадков вследствие пересыщенности раствора (при его охлаждении или при получении в ходе реакции высококонцентрированных растворов). Если в реакции участвовали газы, то, как правило, учет их растворимости не был актуален. Тем не менее, часто в химических процессах используются газы, хорошо растворимые в воде: аммиак (растворимость при 18 гр.С 748,8 л на 1 л воды, хлороводород (растворимость при 18 гр.С 427,8 л на 1 л воды). В этой статье я рассмотрю 2 авторских задачи, в которых основная "интрига" - в необходимости учета растворимости газов.
Задача 1
Смесь оксида железа(III) и железной окалины полностью растворили в 100 г 36,5% -ного раствора соляной кислоты. Известно, что суммарный заряд катионов Fe3+ в полученном растворе в шесть раз больше суммарного заряда катионов Fe2+. Через полученный раствор пропускали аммиак до насыщения. При этом было затрачено 60,838 л аммиака. Найти массу и состав исходной смеси, если известно, что растворимость аммиака в условиях эксперимента (н.у.) равна 672 л на 1 л воды.
Примечания к задаче:
Химизм задачи включает в себя растворение оксида железа (3) и железной окалины в избытке соляной кислоты. При этом образуется раствор, в состав которого входят хлорное и хлористое железо, а также избыточная кислота. На основании заданного соотношения между суммарным зарядом ионов железа (2) и железа (3) выводится функциональная зависимость между количествами компонентов смеси оксидов.
На втором этапе через раствор пропускают аммиак до получения насыщенного раствора. NH3 расходуется на 3 реакции (с кислотой, FeCl2, FeCl3) и растворяется в соответствии с имеющейся по окончании всех реакций массой воды.
Математический аппарат задачи включает использование двух неизвестных (количества вещества компонентов смеси), вывод функциональной зависимости между ними и использование ее в стехиометрических расчетах.
Решение.
1. Характеристика процесса растворения смеси оксидов:
а) Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O (1)
Fe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl2+ 4H2O (2)
nисх(HCl)=100*36,5/36,5=1 моль
б)Пусть n1(Fe2O3)=х моль, n2(Fe3O4)=у моль,
тогда n1(HCl)=6х, n2(HCl)=8у, nост(HCl)=1-(6х+8у).
n1(FeCl3)=2х моль, n2(FeCl3)=2у моль, n2(FeCl2)= у моль,
nсумм(FeCl3)=(2х+2у) моль=nсумм(Fe3+)
n (Fe2+) = n2(FeCl2)=у моль,
Согласно условию: 3*nсумм(Fe3+)=2*6*n (Fe2+), где множители 3 и 2 - соответственно, модули зарядов ионов железа.
т.е.: 3*(2х+2у)=12у или х=у (3)
в) Состав полученного раствора:
m рра= 100+160х+232у=100+392 х
n(FeCl3)=2х+2у=4х моль; n(FeCl2)= х моль;nост(HCl)=1-(6х+8у)=1-14 х.
m (H2O)= 100+392х-162,5*4х-127х-36,5*(1-14х)=63,5+126х.
2.Характеристика процесса поглощения аммиака:
а) HCl+NH3=NH4Cl (4)
FeCl3+3NH3+3H2O=Fe(OH)3 +3NH4Cl (5)
FeCl2+2NH3+2H2O=Fe(OH)2 +2NH4Cl (6)
n затрач NH3=60,838/22,4=2,716 моль.
б) n затрач NH3=n4NH3+n5NH3+ n6NH3+nраствор NH3
n4NH3 =(1-14 х) , n5NH3 =3n(FeCl3)=12x, n6NH3 =2n(FeCl2)= 2x,
n4,5,6NH3=1-14х+12х+2х=1 моль
nраствор NH3=n затрач NH3-n4,5,6NH3=2,716-1=1,716 моль (38,438 л)
в) Найдем массу воды в растворе после окончания реакций 4-6:
m кон (H2O)= 63,5+126х- m5(H2O)-m6(H2O)
n5+6(H2O)=n5+6(NH3)=12х+2х=14 х
m5+6(H2O)=18*14х=252 х
m кон (H2O)= 63,5+126х- 252х=63,5-126х
Согласно условию,
в 1000 г Н2О растворяется 672 л NH3,
в (63,5-126х)г Н2О растворяется 38,438 л NH3,
Откуда: 63,5-126 х =57,2 г, откуда х=0,05 моль
3. Найдем массу и состав исходной смеси:
n1(Fe2O3)=х =0,05 моль, n2(Fe3O4)=у =0,05 моль,
mсмеси=160х+232у=19,6 г
W(Fe2O3)=8/19,6=0,408=40,8%
W(Fe3O4)= 59,2%
Задача 2
Смесь серебра и оксида серебра растворили в 100 г 63% азотной кислоты. Суммарный заряд катионов серебра в полученном растворе относится к суммарному заряду катионов Н+ в том же растворе как 1:2. Через полученный раствор пропускали аммиак до насыщения. При этом было затрачено 54,163 л аммиака. Найти состав исходной смеси, если известно, что растворимость аммиака в условиях эксперимента (н.у.) равна 672 л на 1 л воды.
Примечания к задаче:
Химизм задачи включает в себя растворение смеси серебра и его оксида в избытке концентрированной азотной кислоты. При этом образуется раствор, в состав которого входят нитрат серебра, а также избыточная кислота. На основании заданного соотношения между суммарным зарядом катионов серебра и катионов водорода выводится функциональная зависимость между количествами компонентов смеси оксидов.
На втором этапе через раствор пропускают аммиак до получения насыщенного раствора. NH3 расходуется на 2 реакции (с кислотой и нитратом серебра) и растворяется в соответствии с имеющейся в конечном растворе массой воды.
Математический аппарат этой задачи аналогичен алгоритму решения предыдущей задачи.
Решение.
1. Характеристика процесса растворения исходной смеси :
а) Ag+2HNO3конц= AgNO3+NO2+H2O (1)
Ag2O+2HNO3=2AgNO3+H2O(2)
nисх(HNO3)=100*63/63=1 моль
б)Пусть n1(Ag)=х моль, n2(Ag2O)=у моль,
тогда n1(HNO3)=2х, n2(HNO3)=2у, nост(HNO3)=1-( 2х+2у)=nост(H+).
n1(AgNO3)= х моль, n1( NO2)= х моль,n2(AgNO3)=2у моль,
nсумм(AgNO3)=( х+2у) моль=nсумм(Ag+)
Согласно условию: (х+2у)/(1-( 2х+2у))=1/2,
или х=0,25-1,5у (3)
в) Состав полученного раствора (подставляем вместо х выражение (3)):
m рра= 100+108(0,25-1,5у) +232у-46*(0,25-1,5у)=115,5+139у
n(AgNO3)= х+2у=0,25+0,5у моль; nост(HNO3)=1-(2х+2у)=0,5+у.
m (H2O)= 115,5+139у -170*(0,25+0,5у)- 63*(0,5+у)=41,5-9у.
2.Характеристика процесса поглощения аммиака:
а) HNO3+NH3=NH4NO3(4)
AgNO3+2NH3 = (Ag(NH3)2)NO3(5)
n затрач NH3=54,163 /22,4=2,418 моль.
б) n затрач NH3=n4NH3+n5NH3+ nраствор NH3
n4NH3 =(0,5+у)., n5NH3 =2n(AgNO3)=2(0,25+0,5у),
n4,5 NH3=0,5+у+2(0,25+0,5у)=(1+2у) моль
nраствор NH3=n затрач NH3-n4,5NH3=2,418-(1+2у)=1,418-2у моль
Согласно условию,
в 1000 г Н2О растворяется 30 (672 л, н.у.)моль NH3,
в (41,5-9у)г Н2О растворяется (1,418-2у) моль NH3,
Откуда: у=0,1 моль
3. Найдем состав исходной смеси:
n1(Ag)=х =0,25-0, 5у=0,1 моль, n2(Ag2O)=у =0,1 моль,
mсмеси=108*0,1+232*0,1=34,0 г
W(Ag)=10,8/34=0,3177=31,77%
W(Ag2O)= 68,23%
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!
