Издательство томского университета (стр. 13 из 20)
m (FeS2) = 1 т = 1 × 106 г
M (FeS2) = 120 г/моль
M (H2SO4) = 98 г/моль
Найти:
V (p-pa H2SO4)
Решение:
Запишем уравнения реакций стадий процесса получения серной кислоты:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 (1)
2SO2 + O2 = 2SO3 (2)
SO3 + H2O = H2SO4 (3)
Вычислим количество вещества FeS2, вступившего в реакцию:
(моль).Из уравнений реакций видно, что из 1 моль FeS2 можно получить 2 моль серной кислоты, т.е. n (H2SO4) = 2·8333,33 = 16666,7 (моль). Рассчитываем массу серной кислоты:
m (H2SO4) = n × M = 16666,7 × 98 = 1633336,6 (г).
Вычислим массу раствора серной кислоты, необходимого для реакции:
(г).Тогда объем раствора серной кислоты равен:
(мл) = 1810 (л).Ответ: V (p-pa H2SO4) = 1810 л.
Пример 4.
Сплав алюминия с магнием массой 1,000 г растворили полностью в 20,00 мл 9 моль/л соляной кислоты; при этом выделилось 1,100 л водорода (н. у.). К полученному раствору добавили 200,0 мл раствора гидроксида натрия (плотность равна 1,280 г/см3) с массовой долей гидроксида натрия, равной 25,56 %. Где будет находиться алюминий – в растворе в виде диакватетрагидроксоалюминат-аниона [Al(OH)4(Н2O)2]- или в осадке в виде гидроксида алюминия?
Дано:
m (сплава) = 1,000 г
V (р-ра HCl) = 20,00 мл
СМ = 9 моль/л
V (H2) = 1,100 л
V (р-ра NaOH) = 200,0 мл
r = 1,280 г/см3
w (NaOH) = 25,56 %
M (Al) = 27 г/моль
M (Mg) = 24 г/моль
M (NaOH) = 40 г/моль
Найти:
где будет находиться алюминий
Решение:
Запишем уравнения протекающих реакций при растворении сплава в соляной кислоте:
Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑ (1)
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑ (2)
Рассчитаем количество водорода, выделившееся в ходе реакций:
(моль).Определим состав сплава. Пусть по реакции (1) выделилось у моль водорода, тогда по реакции (2) объем выделившегося водорода равен (0,049 - у) моль. Пусть в сплаве содержится x г алюминия, тогда масса магния равна (1 - x) г. Определим количества этих веществ в сплаве:
моль, 
моль.Составим систему двух уравнений с двумя неизвестными. По уравнению (1) n (Mg) = n (H2), следовательно,
.По уравнению (2) n (Al) = 2/3 n (H2), следовательно,
.Решаем систему уравнений:
; 
; 
; 
.Рассчитаем число молей соляной кислоты, которое вступило в реакцию со сплавом:
по уравнению (1) n (HCl)1 = 2n (H2)1 = 2∙у = 2∙0,0197 = 0,0394 (моль);
по уравнению (2) n (HCl)2 = 2n (H2)2 = 2∙(0,049 - у) = 2∙(0,049 - 0,0197) = 0,0586 (моль);
n (HCl)прор. = n (HCl)1 + n (HCl)2 = 0,0394 + 0,0586 = 0,098 (моль).
Рассчитаем число молей соляной кислоты в исходном растворе:
(моль).Рассчитаем число молей непрореагировавшей соляной кислоты:
n (HCl)непрор. = n (HCl) – n (HCl)прор. = 0,18 - 0,098 = 0,082 (моль).
Полученный раствор состоит из HCl, MgCl2, AlCl3 и воды. Запишем уравнения реакций, протекающих в полученном растворе после добавления раствора гидроксида натрия:
HCl + NaOH = NaCl + H2O (3)
MgCl2 + 2 NaOH = 2 NaCl + Mg(OH)2 (4)
AlCl3 + 4NaOH + 2H2O = Na[Al(OH)4(H2O)2] + 3NaCl (5)
или AlCl3 + 3NaOH = 3NaCl + Al(OH)3 (6).
Определим количество гидроксида натрия в исходном растворе:
m (p-pa) = V × r = 200 × 1,28 = 256 (г);
(г), вычислим количество вещества гидроксида натрия: 
(моль).Рассчитаем число молей гидроксида натрия, которое необходимо для протекания реакций (3) и (4):
по уравнению (3) n (NaOH)3 = n (HCl)непрор. = 0,082 моль;
по уравнению (4) n (NaOH)4 = 2n (MgCl2) = 2n (H2) = 2∙у = 2∙0,0197 = 0,0394 (моль);
n (NaOH)3 + n (NaOH)4 = 0,082 + 0,0394 = 0,1214 (моль).
Рассчитаем число молей гидроксида натрия, которое остается на протекание реакции с AlCl3:
n (NaOH)5,6 = n (NaOH) - (n (NaOH)3 + n (NaOH)4) = 1,6358 - 0,1214 = 1,5144 (моль).
Найдем соотношение количеств веществ NaOH и AlCl3. Рассчитаем количество вещества хлорида алюминия: n (AlCl3) = n (Al) =
(моль).Соотношение количеств веществ равно:
,следовательно, гидроксид натрия взят в избытке, поэтому будет протекать реакция (5), т.е. алюминий в растворе будет находиться в виде диакватетрагидроксоалюминат-аниона.
Ответ: [Al(OH)4(H2O)2]-.
Пример 5.
Свежеприготовленная смесь пропилового спирта и пропионовой кислоты может прореагировать со 100 мл 4,04 %-ного раствора гидрокарбоната натрия (плотность равна 1,04 г/см3). Выделившийся при этом газ занимает в 18 раз меньший объем, чем тот же газ, образующийся при полном сгорании такого же количества исходной смеси (объем газов измерен при одинаковых условиях). Вычислите массу и состав исходной смеси в процентах по массе.
Дано:
смесь (СН3СН2СН2ОН + СН3СН2СООН)
V (p-pa NaHCO3) = 100 мл
w (NaOH) = 4,04 %
r = 1,04 г/см3
M (Na2CO3) = 84 г/моль
M (СН3СН2СН2ОН) = 60 г/моль
М (СН3СН2СООН) = 74 г/моль
Найти:
m (смеси)
w (СН3СН2СН2ОН)
w (СН3СН2СООН)
Решение:
Запишем уравнения реакций взаимодействия смеси пропилового спирта и пропионовой кислоты с раствором гидрокарбоната натрия:
СН3СН2СН2ОН + NaHCO3 = СН3СН2СН2ОNa + H2O + CO2↑ (1)
СН3СН2СООН + NaHCO3 ↛ реакция не протекает.
Определим количество вещества гидрокарбоната натрия в исходном растворе:
m (p-pa) = V × r = 100×1,04 = 104 (г);
(г); 
(моль). 
моль.Вычислим массу спирта вступившего в реакцию. По реакции (1) n (CO2) = n (СН3СН2СН2ОН) = 0,05 моль;
m (СН3СН2СН2ОН) = n∙× M = 0,05 × 60 = 3 (г).
Определим массу кислоты. Запишем реакции горения исходных веществ:
2С3Н8О + 9О2 = 6СО2 + 8Н2О (2)
2С3Н6О2 + 7О2 = 6СО2 + 6Н2О (3)
По условию задачи
, следовательно, V2 = 18V1, т.к. объемы газов измерены при одинаковых условиях, то n2 = 18n1 = 18 × 0,05 = 0,9 (моль).Из уравнения (2) следует, что n (CO2) = 3n (СН3СН2СН2ОН) = 3 × 0,05 = 0,15 (моль). Количество СО2, выделившееся по реакции (3), равно 0,9 - 0,15 = 0,75 (моль). Тогда количество вещества пропионовой кислоты равно:
n (СН3СН2СН2СООН) = 1/3 n (CO2) =
(моль),следовательно, m (СН3СН2СН2СООН) = n × M = 0,25 × 74 = 18,5 (г).
Вычислим массу смеси:
m (смеси) = m (СН3СН2СН2ОН) + m (СН3СН2СН2СООН) = 3 + 18,5 = 21,5 (г).
Рассчитаем массовые доли веществ в смеси:
%; 
%.Ответ: m (смеси) = 21,5 г; w (СН3СН2СН2ОН) = 13,95 %; w (СН3СН2СООН) = 86,05 %.
Задачи для самостоятельного решения
Вариант 1
1. В качестве жаропонижающего средства в медицине многие годы использовался антифебрин (ацетанилид) C6H5NHCOCH3. Как можно получить его из неорганических веществ? Напишите схемы возможных реакций.
2. Плотность некоторого газа по воздуху Dвозд = 2,209. Определите плотность этого газа по хлору и число молекул, содержащихся в 1 г газа.
3. Какую массу цинка и серной кислоты можно получить из цинковой обманки массой 100 т, содержащей 35 % сульфида цинка?
4. Нагрели 1 кг смеси, включающей 50 % Ca(OCl)Cl, 30 % Ca(OCl)2 и 20 % CaCl2. В результате реакции получена смесь хлората и хлорида кальция, суммарная масса которой также равна 1 кг. Вычислите массовую долю (%) в ней хлората кальция.