Здравствуйте, уважаемые читатели!
В сборнике Д.В.Ходарева (https: www.ozon.ru%2Fproduct%2Fege-himiya-sbornik-tipovyh-variantov-diagnosticheskih-rabot-2-izd-hodarev-dmitriy-vyacheslavovich-794914125%2F) в трех вариантах из 20 в 34 задаче фигурирует не встречавшееся до сих пор в формате ЕГЭ словосочетание: "надосадочная жидкость". Это - раствор над осадком. Если обратиться к теории гетерогенных равновесий, такой раствор должен находиться в равновесии с осадком, быть насыщенным по отношению к нему. При этом в надосадочной жидкости произведение концентраций ионов (из которых состоит осадок) в степенях, учитывающих стехиометрию диссоциации, должно быть равным произведению растворимости осадка.
Итак, задача 1.
Примечания к задаче:
- через типовое усложнение на атомистику, решаемое с помощью системы уравнений, "зашифрован" состав исходного раствора.
- нахождение состава полученного раствора через соотношение масс элементов в растворе
- использование комплекса балансовых и стехиометрических расчетов для нахождения массы раствора сульфида аммония.
Решение.
1.Найдем состав исходного раствора Fe2(SO4)3:
А)Пусть n Fe2(SO4)3=х моль, nН2О=у моль,
тогда n сумм протонов= х*(26*2+16*3+8*12)+10у=196х+10у.
Согласно условию n сумм протонов=94*0,5528/1=51,9632 моль
Б)Составим систему:
400х+18у=94
196х+10у=51,9632, откуда х= n Fe2(SO4)3=0,01 моль
2. Найдем состав раствора, полученного после пропускания SO2:
А) Fe2(SO4)3+ SO2+2Н2О=2FeSO4+2H2SO4(1)
Б)Пусть прореагировало х моль Fe2(SO4)3, тогда n1 SO2=х, n1 FeSO4= n1 H2SO4=2х,
n сумм Fe=2 n Fe2(SO4)3=0,02 моль, n сумм S=3 n Fe2(SO4)3+ n1 SO2=0,03+х
Согласно условию :
56* n сумм Fe=32* n сумм S, т.е.
56*0,02=32*(0,03+х), откуда х=0, 005 моль
В) Состав полученного на второй стадии раствора:
M рра= 94+64х=94+0,005*64=94,32 г
n ост Fe2(SO4)3=0,01-0,005=0,005 моль
n1 FeSO4=2х=0,01 моль
n1 Н2SO4=2х=0,01 моль
3. Характеристика процесса приливания раствора сульфида аммония.
А) Н2SO4+(NH4)2S=H2S(газ)+(NH4)2SO4 (2)
FeSO4+(NH4)2S=FeS(осадок)+(NH4)2SO4 (3)
Fe2(SO4)3+3(NH4)2S=2FeS(осадок)+S (осадок)+3(NH4)2SO4 (4)
n2+3+4 (NH4)2S=0,01+0,01+3*0,005=0,035 моль
б)В результате реакций 2,3,4 масса раствора уменьшится.
Δ m рра= m2 H2S+ m3 FeS+ m4 FeS+ m4 S
Δ m рра=0,01*34+0,01*88+0,01*88+0,005*32=2,26 г
В) Пусть м необх рра (NH4)2S=х г, тогда
м конечн рра= 94,32 +х-2,26=92,06 +х г
m необх(NH4)2S=0,068х=0,035*68+ м избыт (NH4)2S,
откуда м избыт (NH4)2S=0,068 х-2,38
г)Согласно условию
Wкон(NH4)2S= m избыт (NH4)2S/ м конечн рра=0,068/10 или:
(0,068 х-2,38)/( 92,06 +х)=0,0068, откуда х=м необх рра (NH4)2S=49, 12 г
Задача 2
Примечания к задаче:
- типовая атомистика для нахождения состава смеси оксидов азота
- нахождение состава полученного раствора через соотношение молей ионов в растворе
- некорректное (на мой взгляд) условие заключительного этапа задачи : молярные концентрации ионов в надосадочной жидкости не соответствуют произведению растворимости осадка. Для доказательства этого приведен расчет в конце решения.
Решение
1.Найдем состав смеси оксидов NO и NO2:
n(NO + NO2)=0,11 моль
Пусть n(NO)=х моль, n(NO2)=у моль, тогда Х+у=0,11 (1)
m(N)= 14(x+y), m (NO + NO2)=30х+46у
Согласно условию 14(x+y)=0,3143(30х+46у) (2)
Составим систему из уравнений 1 и 2:
Х+у=0.11
14(x+y)=0,3143(30х+46у), откуда х= n(NO)=0,01 моль, у= n(NO2)= 0,1 моль
2.Найдем состав образовавшегося раствора:
А)FeO+4HNO3=NO2+Fe(NO3)3+2H2O (3)
3FeO+10HNO3=NO +3Fe(NO3)3+5H2O (4)
Б) Так как n3(NO2)= 0,1 моль, n4(NO)=0,01 моль,
n3+4 FeO=0,1+0,03=0,13 моль, n3+4 Fe(NO3)3=0,13 моль
n3+4 HNO3=4*0,1+10*0,01=0,5 моль
Согласно условию n3+4 Fe(NO3)3/ nост HNO3=1:1, откуда nост HNO3=0,13 моль
тогда nисх HNO3= n3+4 HNO3+ nост HNO3=0,5+0,13=0,63 моль
Найдем м исх рра HNO3=0,63*63/0,5=79,38 г
В) Найдем состав получ. рра:
м получ. Рра= м исх рра HNO3+m3+4 FeO- m3+4(NO + NO2) или:
м получ. Рра=79,38+0,13*72-0,1*46-0,01*30=83,84 г (не использовано в дальнейших расчетах)
n Fe(NO3)3=0,13 моль, n HNO3=0,13 моль
3. Характеристика процесса приливания раствора NaOH
А)HNO3+NaOH=NaNO3+H2O (5)
Fe(NO3)3+3 NaOH=NaNO3+Fe(OH)3 (осадок) (6)
б) m6 Fe(OH)3=9,416/107=0,088 моль, тогда
n5+6 NaOH=0,13+3*0,088=0,394 моль
nост Fe(NO3)3=0,13-0,088=0,042 моль, м ост Fe(NO3)3=10,164 г
Согласно условию W кон NaOH = W кон Fe(NO3)3 или м кон NaOH= мкон Fe(NO3)3=10,164 г
Тогда m исх NaOH=0,394*40+10,164=25,924 г
В) м исх рра NaOH=25,924/0,4=64,81 г.
ПРОВЕРКА:
а)m надосадочной жидкости = 83,84+64,81-9,416=139,234 г
Примем плотность надосадочной жидкости = 1г/мл, тогда V рра=0,14 л
С(Fe3+)=0,042/0,14 = 0,3 моль/л
С(ОН-)=10,164/(40*0,14)= 1,8 моль/л
б)Найдем произведение ионов в растворе (соответствующее ПР):
С(Fe3+)* (С(ОН-))^3=0,3*1,8^3=1,75 моль^4/л^4
ПР Fe(OH)3=6,3*10^(-38) моль^4/л^4
С(Fe3+)* (С(ОН-))^3 > ПР Fe(OH)3.
Надосадочная жидкость такого состава существовать не может, из нее будет выпадать осадок до тех пор, пока произведение концентраций ионов не станет равным ПР.
Задача 3
Примечания к задаче:
- задача состоит из двух полноценных задач, каждая из которых достаточно интересна
- определение состава смеси оксидов через систему уравнений, одно из которых основано на соотношении числа атомов, второе - на суммарном количестве железа, сконцентрированном в полученной соли
- использование комплекса балансовых и стехиометрических расчетов для нахождения массы раствора щелочи.
Решение
1. Химизм процессов:
Fe3O4+8HCl= FeCl2+2FeCl3 +4H2O (1)
Fe2O3+6HCl= 2FeCl3 +3H2O (2)
2FeCl2+Cl2=2FeCl3 (3)
FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3(осадок)+3NaCl (4) (щелочь – в недостатке)
2. Найдем состав исходной смеси оксидов:
А)n3 FeCl3=517,2*0,1414/162,5=0,45 моль
n3 FeCl3=nисх Fe =0,45 моль
Согласно условию nисх Fe: nисх О=9:13, откуда nисх О=0,45*13/9=0,65 моль
Б) Пусть n1 Fe3O4=х моль, n2 Fe2O3=у моль,
Тогда:
3х+2у=0,45 (nисх Fe)
4х+3у=0,65 (nисх О), откуда х=0,05 моль, у= 0,15 моль
М исх смеси оксидов = 0,05*232+0,15*160=35,6 г
3. Характеристика процесса приливания рра щелочи (реакция 4)
А) Wисх Fe3+= 100*0,45*56/(517,2+82,8)=4,2%,
Согласно условию Wкон Fe3+=4,2/2=2,1%.
Б)Пусть м рра NaOH= х г, n4 NaOH=0,1х/40= 0,0025 х
nост FeCl3=0,45-1/3 n4 NaOH=0,45-0,0025х/3, м ост Fe3+ =56*(0,45- 0,0025х/3)
n4 Fe(OH)3= 0,0025х/3, м4 Fe(OH)3=107*0,0025х/3=0,0892х
в)м надосадочной жидкости=(517,2+82,8+х-0,0892х)=600+0,9108х г
W ост Fe3+=56*(0,45-0,0025х/3)/( 600+0,9108х)=0,021,
откуда х = м рра NaOH= 191,5 г
Чем могут быть полезны рассмотренные задачи? Думаю, что не использованием нового термина"надосадочная жидкость". В каждой из задач, в независимости от корректности ее условия,
- есть материал для повторения разных подходов атомистики (соотношение между массами, количествами атомов, элементов, ионов).
- своеобразие количественных расчетов на заключительном этапе решения, основанное на сочетании стехиометрических и балансовых расчетов.
Заранее благодарна за конструктивные замечания и дополнения.
Всего доброго!
P.S. Набираю учеников 9-11 классов для подготовки к ОГЭ, ЕГЭ.
