Здравствуйте, уважаемые читатели!
В формате ЕГЭ по химии уже давно появились расчетные задачи на неполное протекание окислительно-восстановительных реакций (например, электролиза, разложения солей, образования бинарных соединений, задачи на пластинку). Задач на неполное протекание реакций ионного обмена меньше. Их химизм ограничен, в основном, реакциями, протекающими с образованием смеси кислых и средних солей или смеси комплексной соли и осадка гидроксида амфотерного металла.
В этой статье я разберу две задачи на неполное протекание РИО из сборника Д.В.Ходарева:
Их отличие от уже упомянутых задач на неполное протекание РИО заключается не в химизме (все те же преобразования кислых солей), а в формулировках и количественных характеристиках, указывающих на полноту протекания реакций.
Итак, задача 1
Пояснения к задаче:
Задача решается путем последовательного анализа текста с целью определения количественных и качественных характеристик участвующих и образующихся на каждой стадии материальных потоков. В решении 4 этапа: определение состава кристаллогидрата по известному алгоритму; определение количества безводной соли и массы приготовленного из нее раствора; характеристика процесса взаимодействия карбоната с кислотой; характеристика процесса взаимодействия полученного раствора с хлоридом алюминия.
Чем (на мой взгляд) может быть интересна эта задача в формате ЕГЭ:
- стехиометрическими особенностями протекания РИО между сильной кислотой и карбонатом, обусловленными формулировкой "видимых признаков реакции не наблюдалось";
- количественной характеристикой процессов совместного гидролиза с участием хлорида алюминия, заданной через изменение молярного соотношения между ионами.
Решение.
1. Найдем состав КГ Na2CO3*xH2O:
1 моль КГ содержит (11*2+6+8*3+10х) протонов или (52+10 х) протонов
М КГ=106+18х г/моль
Тогда:
0,5315=(52+10х)/(106+18х), откуда х=10,
Формула КГ: Na2CO3*10H2O
2. Найдем характеристики полученного раствора:
Пусть n Na2CO3*10H2O= у моль, тогда:
106у/(286у+378,6)=0,15, откуда у=0,9 моль= n Na2CO3
m получ рра= 0,9*106/0,15=636 г
3. Обработка полученного раствора HBr:
Na2CO3+ HBr= NaНCO3+NaBr (1)
Состав полученного рра: NaНCO3 + Na2CO3
n сумм(NaНCO3 + Na2CO3)= 0,9 моль(2)
4.Обработка раствора хлоридом алюминия:
А)n исх AlCl3=667,5*0,2/133,5=1 моль
Начальное молярное соотношение ионов алюминия к хлорид-ионам составляет:
nAl3+: nСl-=1:3.
Б)После окончания реакции молярное соотношение ионов алюминия к хлорид-ионам, согласно условию, составляет 1:6. Изменение соотношения произошло вследствие связывания ионов алюминия в нерастворимый гидроксид в реакциях 3 и 4:
3Na2CO3+2AlCl3+3H2O=3CO2+2Al(OH)3+6NaCl (3)
3NaHCO3+ AlCl3 =3CO2+ Al(OH)3+3NaCl (4)
Поскольку количество хлорид-ионов в растворе не изменилось, можно сделать вывод, что прореагировала половина исходного AlCl3, т.е.
n3+4 AlCl3=0,5 моль.
Т.о., в растворе осталось 0,5 моль AlCl3
в) Найдем количества веществ, вступивших и образовавшихся в реакциях 3 и 4:
Пусть n3 Na2CO3=x моль, n4 NaHCO3=у моль, тогда
N3 AlCl3=2/3x моль, n4 AlCl3=1/3у,
откуда 2/3х+1/3у=0,5 (5),
Составим систему из уравнений 2 и 5:
Х+у=0,9
2/3х+1/3у=0,5, откуда: х=0,6 моль, у=0,3 моль
n3+4CO2=x+y=0,9 моль,
n3+4 Al(OH)3=n3+4 AlCl3=0,5 моль
5.Найдем массу рра HBr, вступившего в реакцию (1):
А)n1 HBr= n1 NaHCO3=у=0,3 моль
Б)m рра HBr=0,3*81/0,05=486 г
6. Найдем характеристики конечного раствора:
А)m рра=636+486+667,5-0,9*44-0,5*78=1710,9 г
Б)Найдем массовую долю AlCl3 в конечном растворе:
m AlCl3= 0,5*133,5=66,75 г
W AlCl3=100*66,75/1710,9 =3,9%
Задача 2
Пояснения к задаче:
Задача решается в 4 этапа:
- Характеристика процесса смешивания растворов кислоты и щелочи. Поскольку количественной информации недостаточно для установления количеств продуктов, вводятся две переменные.
- Характеристика процесса, происходящего с первой порцией раствора. С сильной кислотой будет взаимодействовать гидрофосфат, в результате чего произойдет уменьшение его количества при одновременном увеличении количества дигидрофосфата.
- Характеристика процесса, происходящего со второй порцией раствора. С щелочью будет взаимодействовать дигидрофосфат, в результате чего произойдет уменьшение его количества при одновременном увеличении количества гидрофосфата.
- На основании информации об изменении мольных соотношений между солями определяем их первоначальные количества и массы растворов, вступивших в реакцию.
Решение
1. Характеристика процесса смешивания исходных растворов:
А)H3PO4+ 2KOH= K2HPO4+2H2O (1)
H3PO4+KOH =KH2PO4 +H2O (2)
Б)Пусть n1 K2HPO4=х моль, n2KH2PO4=у моль, тогда
n1+2 H3PO4=x+y моль, n1+2 KOH =2x+y моль.
2. Характеристика процесса, происходящего с первой порцией раствора:
А) K2HPO4+HI= KH2PO4+KI (3)
Б)n3 HI=128*0,05/128=0,05 моль
n3 HI= n3 K2HPO4= n3 KH2PO4=0,05 моль
в) Тогда n общ1 K2HPO4 = 0,5х-0,05 моль, n общ1 KH2PO4=0,5у+0,05 моль
г) Согласно условию: n общ1 KH2PO4/ n общ1 K2HPO4=5:1, или:
(0,5у+0,05)/(0,5 х-0,05)=5, откуда : 5х-у=0,6 (4)
3. Характеристика процесса, происходящего со второй порцией раствора:
А) KH2PO4+КОН= K2HPO4+Н2О (5)
Б)n5 КОН =224*0,025/56=0,1 моль
N5 КОН = n5 K2HPO4= n5 KH2PO4=0,1 моль
в) Тогда n общ2 K2HPO4 =0,5х+0,1 моль, n общ2 KH2PO4=0,5у-0,1 моль
г) Согласно условию: n общ2 K2HPO4/ n общ2 KH2PO4=2:1, или:
(0,5х+0,1)/( 0,5у-0,1)=2, откуда : у-0,5х=0,3 (6)
4. Найдем массы использованных растворов H3PO4 и КОН:
А) составим систему из уравнений 4 и 6:
5х-у=0,6
у-0,5х=0,3, откуда: х=0,2 моль, у= 0,4 моль
б) Согласно п. 1б
n1+2 H3PO4=x+y= 0,6моль,
n1+2 KOH =2x+y =0,8 моль.
В)m рра H3PO4=0,6*98/0,2=294 г
m рра КОН =0,8*56/0,25=179,2 г
5. Найдем массовые доли кислых солей, находящихся в исходном растворе:
А)mисх рра= 294+179,2=473,2 г
Б)W K2HPO4=100*0,2*174/473,2=7,35%
W KH2PO4=100*0,4*136/473,2=11, 5%
Заранее благодарна за конструктивные замечания и дополнения.
Всего доброго!
P.S. Набираю учеников 9-11 классов для подготовки к ОГЭ, ЕГЭ.