Ответы к билетам повышенной трудности по химии

Решение задач на растворы, с избытком одного из реагирующих веществ

Пример 1:

Какой объём водорода (н.у.) может получиться при действии 6,5 г цинка на 200 г 10%-ного раствора серной кислоты?

Решение:

1. Записываем уравнение реакции: Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑
   Находим молярную массу цинка: M (Zn) = 65 г/моль
   Находим молярную массу серной кислоты: M (H₂SO₄) = 1 • 2 + 32 + 16 • 4 = 98 (г/моль)
   (молярную массу каждого элемента, численно равную относительной атомной массе, смотрим в периодической таблице  под знаком элемента и округляем до целых)
2. Находим чистую массу серной кислоты в растворе:
   m _{растворенного вещества} = m _{раствора} • ω = 200 • 0,10 = 20 (г)
   Более рационально подставить в уравнение массу, но если Ваш учитель требует решать через моли, находим количество вещества серной кислоты: ν (H₂SO₄) = m/M = 20 г / 198 г/моль и т.д. Потом подставляем в уравнение моли.
3. Находим, какое вещество в недостатке. Для этого записываем над уравнением реакции имеющиеся данные, а под уравнением – массу согласно уравнению (равна молярной массе, умноженной на число моль, т.е. коэффициент перед веществом. В этом примере равен 1):
   6,5 г  20 г
   Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑
   65 г    98 г
   Составляем неравенство из двух дробей:
   6,5 г < 20 г
   65 г      98 г
   Цинк в недостатке – расчет ведем по нему (его отношение фактической массы к эквивалентной массе меньше, значит, он израсходуется раньше. Серная кислота останется в избытке)
   Будьте внимательны! Ошибка в этом действии делает решение неверным!
4. Записываем над уравнением реакции полученные данные, а под уравнением – данные по уравнению в тех же единицах измерения:
   6,5 г                             x моль
   Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑
   65 г                              1 моль
   Составляем пропорцию:
   6,5 г – x моль
   65 г  – 1 моль
   Находим число моль выделившегося водорода:
   x = 6,5 г • 1 моль / 65 г = 0,1 моль
5. Находим объем водорода:
   v = 22,4 л/моль • n,
   где 22,4 – молярный объем, т.е. объем одного моля любого газа,
   n – количество вещества (моль)
   v = 22,4 л/моль • 0,1 моль = 2,24 л

Ответ: 2,24 л.

Пример 2:

Какой объём газа (н.у.) выделится, если цинк опустить в 40 мл 10%-ного раствора соляной кислоты, плотность которого 1.07 г/мл?

Решение:

1. Записываем уравнение реакции: Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑
   Задача имеет решение, если цинк в избытке.
2. Находим массу раствора соляной кислоты:
   m = v • ρ = 40 мл • 1,07 г/мл = 42,8 г
3. Находим чистую массу соляной кислоты в растворе:
   m _{растворенного вещества} =  42,8 • 0,10 = 4,28 (г)
4. Находим молярную массу соляной кислоты: M (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 (г/моль)
   Находим количество вещества соляной кислоты: ν (HCl) = m/M = 4,28 г / 36,5 г/моль = 0,117 моль
5. Записываем над уравнением реакции имеющиеся данные, а под уравнением – число моль согласно уравнению (равно коэффициенту перед веществом):
       0,117 моль         x моль
   Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑
         2 моль            1 моль
   Составляем пропорцию:
   0,117 моль – x моль
   2 моль – 1 моль

   Находим x:
   x = 0,117 моль • 1 моль / 2 моль = 0,0585 моль

6. Находим объем водорода:
   v = 22,4 л/моль • 0,0585 моль = 1,31 л
7. Округляем результат, чтобы в нем было не больше значащих цифр, чем в величинах в условии задачи (2 значащие цифры)

Ответ: 1,3 л.

Пример 3:

Какую массу сложного эфира можно получить при действии на 100 г 20%-ного раствора этилового спирта избытком уксусной кислоты?

Решение:

1. Записываем уравнение реакции: CH₃COOH + HOC₂H₅ → CH₃COOC₂H₅ + H₂O
2. Находим чистую массу этилового спирта:
   m_спирта = m_р-ра • ω = 100 г • 20% = 100 г • 0,20 = 20 г
3. Находим молярную массу спирта и эфира:
   M (HOC₂H₅) = 1 + 16 + 12 • 2 + 5 = 46 (г/моль)
   M (CH₃COOC₂H₅) = 12 + 3 + 12 + 16 + 45 = 88 (г/моль)
4. Подставляем данные по условию задачи в уравнение
                       20 г                 x г
   CH₃COOH + HOC₂H₅ → CH₃COOC₂H₅ + H₂O
                       46 г                88 г
5. Составляем пропорцию, находим x:
   20 г – x г
   46 г – 88 г
   x = 20 • 88 / 46 = 38,3 (г)

Ответ: 38 г

Если ваши преподаватели требуют решать все в молях, переводите  чистую массу спирта в моли по формуле:

n = m / M

 а уравнение будет выглядеть так:
                  0,43 моль          x моль
CH₃COOH + HOC₂H₅ → CH₃COOC₂H₅ + H₂O
                  1 моль               1 моль

В конце найденное количество моль переводим в массу, умножая моли эфира на молярную массу:

m = n • M = ...

(Ответ должен получиться приблизительно такой же)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

Дополнительно

A

B

C

D

E

F

G

H

I