(по сборнику типовых вариантов)
Здравствуйте, уважаемые подписчики!
Сегодняшняя статья посвящена 34- й задаче из 25 варианта сборника типовых вариантов-2025 под редакцией Д.Ю. Добротина. На мой взгляд, эта задача – вероятная новинка предстоящего экзамена. Фактически, в ней представлен не встречавшийся в формате ЕГЭ способ нахождения количественных характеристик реагентов. Последним новшеством такого плана было введение в обиход 34-й задачи несколько лет тому назад «атомистики». За прошедший период она (атомистика) проникла во все разновидности расчетных задач на нахождение состава смесей. Сейчас с трудом можно найти задачу, в которой бы не предлагалось выйти на количественные характеристики через количества элементарных частиц, атомов, реже – ионов.
В 34 – й задаче из 25 варианта-2025 на двух из трех этапах решения задачи базовым инструментом количественных расчетов является соотношение между молярными концентрациями ионов в растворе. Анализ возможных направлений применения этого подхода показывает, что по универсальности он немногим уступает атомистике.
В данной статье разберу решение этой задачи из сборника типовых вариантов, проанализирую ее особенности и на примере авторской задачи покажу потенциальную возможность использования мольного соотношения ионов в определенном спектре задач.
Итак:
1. Разбор 34 задачи из 25 варианта сборника типовых заданий ЕГЭ по химии
Решение
1. Характеристика процесса растворения алюминия в кислоте.
А) n Al=2,7/27=0,1 моль
Б) 2Al+ 6 HCl =2AlCl3+3H2 (1)
n1 HCl =3 n Al =0,3 моль, n1 AlCl3= 0,1 моль,
n1 H2=1,5 n Al =0,15 моль
в) состав полученного раствора: 0,1 моль AlCl3, непрореагировавшая HCl, m рра= 2 ,7+75-0,15*2=77,4 г
2. Характеристика процесса взаимодействия полученного рра со щелочью:
А) nисх NaOH=0,25*2=0,5 моль
Б) Согласно условию, в полученном растворе молярная концентрация ионов натрия стала равна молярной концентрации хлорид-ионов, т.е См Na+= См Сl-. Тогда:
nNa+ = См Na+ *V рра, n Cl- = См Cl-*V рра,
т.е. nNa+ = n Cl-= 0,5 моль
n Cl-= nисх HCl= 0,5 моль
В) Уточним состав рра, полученного на первой стадии:
n непрор. HCl = nисх HCl - n1 HCl =0,5-0,3=0,2 моль
0,1 моль AlCl3, m рра= 77,4 г
Г) NaOH+ HCl =NaCl + H2O (2)
AlCl3+ 3NaOH = 3 NaCl +Al(OH)3(3)
AlCl3+ 4NaOH = 3 NaCl +Na[Al(OH)4] (4)
n2+3 NaOH = n непрор. HCl + 3n AlCl3= 0,2+0,3=0,5 моль
n2+3 NaOH = nисх NaOH, т.е реакция 4 не будет протекать.
Д) Состав реакционной смеси: 0,1 моль Al(OH)3, 0,5 моль NaCl,
м смеси= 77,4+ 250*1,1 =352,4 г
3. Характеристика заключительного процесса добавления щелочи:
А) Т.к. конечные СмNa+= 2,5*(См Cl-) , можно сделать вывод, что
n конечн Na+= 2,5 n конечн(Cl-).
Поскольку n конечн (Cl-)= nисх (Cl-) = 0,5 моль,
n конечн Na+= 0,5*2,5=1,25 моль
б) n добавл Na+= n конечн Na+ - nисх Na+=1,25-0,5=0,75 моль
в) Al(OH)3+ NaOH= Na[Al(OH)4](5)
n оставш NaOH = n добавл Na+ - n3 Al(OH)3= 0,75-0,1=0,65 моль
4. Состав конечного рра:
А) V добавленного рра NaOH = n добавл Na+/См= 0,75/2= 0,375 л= 375мл, м рра= 375*1,1 =412,5 г
м конечного рра= 352,4 +412,5=764,9 г
б) W NaOH = 100*n оставш NaOH *40/764,9=100*0,65*40/764,9=3,4 %
2. Анализ особенностей и областей применения молярного соотношения ионов в растворе при решении расчетных задач
1. Возможный химизм задач с подобным усложнением: образование и неполное разрушение комплексных солей цинка и алюминия.
2. Количество этапов решения задачи - 4.
А) Первый этап: Анализ процесса растворения известного количества амфотерного металла (или его соединения) в известной массе раствора кислоты (или щелочи).
Характеристика раствора, полученного на первом этапе: соль (средняя или комплексная) и избыток кислоты(щелочи)
Особенности этапа- нет.
Б) Второй этап: Анализ процесса «нейтрализации кислоты или щелочи, имеющейся в начале первого этапа» путем добавления известного количества щелочи (или кислоты). Это происходит за счет двух реакций: нейтрализации избыточного компонента и выпадения в осадок гидроксида амфотерного металла.
Задающееся в условии задачи равенство молярностей ионов, находящихся в растворе, позволяет определить исходное количество кислоты(щелочи) и провести стехиометрические расчеты по первым двум этапам.
Характеристика реакционной смеси, полученной на втором этапе: осадок гидроксида амфотерного металла и раствор соли, образованной щелочью и кислотой.
Особенности этапа: соотношение между молярностями ионов, находящихся в одном растворе, - это не что иное, как соотношение между количествами молей этих ионов.
В) Третий этап: Анализ процесса растворения осадка гидроксида металла в неизвестном избытке кислоты (щелочи). Определение количества добавленной кислоты(щелочи) производится путем использования в стехиометрических расчетах заданного соотношения молярностей ионов в конечном растворе.
Особенности этапа: замена соотношения молярностей ионов соотношением их молей.
Г) Четвертый этап: нахождение концентрации кислоты(щелочи), оставшейся в полученном растворе после окончания третьего этапа.
На этом этапе заслуживает внимание не встречавшийся раньше момент перехода от известного количества добавленной кислоты (щелочи) через молярность и плотность раствора к массе добавленного раствора. Остальные расчеты – традиционны, основаны на стехиометрии последней реакции и материальном балансе.
В заключение хочу привести текст и решение составленной мною задачи с разобранными выше усложнениями:
3. Авторская задача на использование мольных соотношений ионов в растворе
Образец фосфида цинка массой 25,7 г растворили в 200 г раствора едкого натра. После того, как к полученному раствору добавили 200 мл 2М раствора серной кислоты, в полученном растворе молярная концентрация ионов натрия стала в два раза больше молярной концентрации сульфат-ионов. Затем к реакционной смеси добавили еще некоторое количество этого же раствора серной кислоты, после чего в полученном растворе молярная концентрация сульфат-ионов стала равной молярной концентрации ионов натрия. Рассчитать массовую долю серной кислоты в образовавшемся растворе. Плотность раствора серной кислоты с молярной концентрацией 2 моль/л равна 1,12 г/мл
Решение
1. Характеристика процесса растворения фосфида цинка в щелочи.
А) n Zn3P2=25,7/257=0,1 моль
Б) Zn3P2+ 6NaOH+3H2O=3Na2[Zn(OH)4]+2PH3 (1)
n1 NaOH=6 n Zn3P2=0,6 моль, n1 Na2[Zn(OH)4]=3 n Zn3P2=0,3 моль,
n1 PH3=2 n Zn3P2=0,2 моль
в) состав полученного раствора: 0,3 моль Na2[Zn(OH)4], непрореагировавшая NaOH, m рра= 25,7+200-0,2*34=218,9 г
2. Характеристика процесса взаимодействия полученного рра с серной кислотой:
А) nисх H2SO4=0,2*2=0,4 моль
Б) Согласно условию, в полученном растворе молярная концентрация ионов натрия стала в два раза больше молярной концентрации сульфат-ионов, т.е См Na+=2 См (SO4)2-. Тогда:
nNa+ = 2 См ((SO4)2-)*V рра, n(SO4)2- = См((SO4)2-)*V рра,
т.е. nNa+ = 2 n(SO4)2-= 0, 4*2=0,8 моль
nNa+ = nисх NaOH = 0,8 моль
В) Уточним состав рра, полученного на первой стадии:
n непрор. NaOH= nисх NaOH- n1 NaOH=0,8-0,6=0,2 моль
0,3 моль Na2[Zn(OH)4], m рра= 25,7+200-0,2*34=218,9 г
Г) 2NaOH+ H2SO4=Na2SO4+2H2O (2)
Na2[Zn(OH)4]+ H2SO4= Na2SO4+Zn(OH)2(3)
Na2[Zn(OH)4]+ 2H2SO4= Na2SO4+ZnSO4+4H2O(4)
n2+3 H2SO4=0,5 n непрор. NaOH+ n Na2[Zn(OH)4]=0,5*0,2+0,3=0,4 моль
n2+3 H2SO4= nисх H2SO4, т.е реакция 4 не будет протекать.
Д) Состав реакционной смеси: 0,3 моль Zn(OH)2, 0,4 моль Na2SO4,
м смеси= 218,9+ 200*1,12=442,9 г
3. Характеристика заключительного процесса добавления кислоты:
А) Т.к. конечные СмNa+ =Cм (SO4)2-, можно сделать вывод, что
n конечн Na+ = n конечн(SO4)2-.
Поскольку n конечн Na+= nисх NaOH = 0,8 моль,
n конечн(SO4)2- = 0,8 моль
б) n добавл (SO4)2-= n конечн(SO4)2- - nисх (SO4)2-=0,8-0,4=0,4 моль
в) Zn(OH)2+ H2SO4= ZnSO4+2H2O (5)
n оставш H2SO4= n добавл (SO4)2- - n3 Zn(OH)2= 0,4-0,3=0,1 моль
4. Состав конечного рра:
А) V добавленного рра H2SO4= n добавл (SO4)2-/См= 0,4/2= 0,2 л= 200 мл, м рра= 200*1,12=224 г
м конечного рра= 442,9+224=666,9 г
б) WH2SO4= 100*n оставш H2SO4*98/666,9=100*0,1*98/666,9=1,47%
Заранее благодарна за конструктивные замечания и дополнения.
Возможно, будет интересна следующая информация:
1. 12 апреля, в 18 час мск, провожу вебинар, на котором планирую рассмотреть самые сложные (интересные) задания С- части вариантов из сборника типовых вариантов под ред. Д.Ю.Добротина.
В комплект материалов вебинара входят: видеозапись, презентация с заданиями и бонус – авторский пробник (+ ответы к нему).
Зарегистрироваться на вебинар можно по ссылке:
https://forms.gle/ngLjRzzdL3kC47ox8
2. На частном канале с авторскими разработками продолжаю публиковать свои пробники (с ответами). Они не совсем в формате ЕГЭ, т.к. их цель – актуализация вопросов , вызывающих наибольшие затруднения у учеников. В ближайшее время публикую материалы предуниверсария (задачи и вопросы переводного экзамена). Подробности по поводу подписки на канал – в лс ВК.
Всего доброго!