Практика к уроку «Задание 34»: часть 2

1. Запишем уравнения протекающих реакций:

$2NaCl + 2HCl \xrightarrow{\text{эл. ток}} H_2\uparrow + Cl_2\uparrow;$

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{\text{эл. ток}} H_2\uparrow + Cl_2\uparrow + 2NaOH;$

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{\text{эл. ток}} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow.$

2. Найдём количество вещества и массу гидроксида натрия в конечном растворе:

$\nu(NaOH) = \nu(NaCl) = \frac{234 \cdot 0.025}{58.5} = 0.1\ \text{моль},$

$m(NaOH) = 0.1 \cdot 40 = 4.0\ \text{г}.$

3. Найдём количество вещества и массу соляной кислоты в исходном растворе:

$\nu(\text{газа на катоде}) — \nu(\text{газа на аноде}) = \frac{16.8 — 12.32}{22.4} = 0.2\ \text{моль}$,
следовательно, разложилось ($0.4\ \text{моль воды:}$)

$\nu_3(H_2) = \nu(H_2O) = 0.4\ \text{моль}; \quad \nu(O_2) = \frac{\nu_3(H_2)}{2} = 0.2\ \text{моль}.$

При электролизе хлорида натрия на аноде выделилось:
$\nu_2(Cl_2) = \frac{\nu(NaOH)}{2} = 0.05\ \text{моль}.$

При электролизе соляной кислоты на аноде выделилось:

$\nu_1(Cl_2) = \frac{12.32}{22.4} — 0.05 — 0.2 = 0.3\ \text{моль},$

$\nu(HCl) = 2 \cdot \nu_1(Cl_2) = 0.6\ \text{моль},$

$m(HCl) = 0.6 \cdot 36.5 = 21.9\ \text{г}.$

4. Найдём массовую долю соляной кислоты в исходном растворе и массовую долю гидроксида натрия в конечном растворе:

$\omega(HCl) = \frac{21.9}{234} \cdot 100\% = 9.36\%.$

$m_{\text{кон. р-ра}} = m_{\text{исх. р-ра}} — m(H_2) — m(O_2) — m(Cl_2),$

$m_{\text{кон. р-ра}} = 234 — 0.75 \cdot 2.0 + 0.2 \cdot 32 + 0.35 \cdot 71 = 201.25\ \text{г}.$

$\omega(NaOH) = \frac{4.0}{201.25} \cdot 100\% = 1.99\%.$

$\omega(HCl) = 9.36\%, \quad \omega(NaOH) = 1.99\%.$

1. Запишем уравнения реакций растворения сульфидов в серной кислоте:

$Cu_2S + 6H_2SO_4 = 2CuSO_4 + 5SO_2\uparrow + 6H_2O;$

$ZnS + 4H_2SO_4 = ZnSO_4 + 4SO_2\uparrow + 4H_2O.$

2. Определим состав исходной смеси сульфидов:

$\nu(Cu_2S) = x\ \text{моль}, \quad \nu(ZnS) = y\ \text{моль}.$

$\nu(H_2SO_4) = \frac{98 \cdot 0.7}{98} = 0.7\ \text{моль}.$

Система уравнений для состава смеси:

$160x + 97y = 17.7 \text{(масса смеси)}$

$6x + 4y = 0.7 \text{(количество серной кислоты)}$

$x = 0.05,\quad y = 0.1.$

3. Запишем уравнение реакции с цинком и найдём массы солей в конечном растворе:

$Zn + CuSO_4 = ZnSO_4 + Cu.$

$\nu(Zn) = \frac{3.9}{65} = 0.06\ \text{моль}.$

$\nu_{\text{общ}}(ZnSO_4) = \nu(ZnS) + \nu(Zn) = 0.1 + 0.06 = 0.16\ \text{моль}.$

$\nu(CuSO_4) = 2\nu(Cu_2S) = 2 \cdot 0.05 = 0.10\ \text{моль}, \quad \nu(CuSO_4)_\text{ост} = 0.10 — 0.06 = 0.04\ \text{моль}.$

$m(ZnSO_4) = 0.16 \cdot 161 = 25.76\ \text{г}, \quad m(CuSO_4) = 0.04 \cdot 160 = 6.40\ \text{г}.$

4. Найдём массу конечного раствора и рассчитаем массовые доли солей в нём:

$m(\text{р-ра}) = m(ZnSO_4) + m(CuSO_4) + m(H_2O),$

$m(\text{р-ра}) = 25.76 + 6.40 + (98 \cdot 0.3 + 0.7 \cdot 17.8 + 50) = 124.16\ \text{г}$.
(при растворении смеси $(\nu(H_2SO_4) = \nu(\text{смеси}) = 0.7\ \text{моль})$).

$\omega(ZnSO_4) = \frac{25.76}{124.16} \cdot 100\% = 20.75\%, \quad \omega(CuSO_4) = \frac{6.40}{124.16} \cdot 100\% = 5.15\%.$

$\omega(ZnSO_4) = 20.75\%, \quad \omega(CuSO_4) = 5.15\%.$

1. Составим уравнения реакций:

$Fe + 2HCl = FeCl_2 + H_2\uparrow,$

$2Al + 6HCl = 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow,$

$2Al + 2NaOH + 6H_2O = 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow.$

2. Рассчитаем количество вещества и массу алюминия в смеси:

$\nu(Al) = \frac{2}{3} \nu(H_2) = \frac{2}{3} \cdot \frac{6.72}{22.4} = 0.2\ \text{моль},$

$m(Al) = 0.2 \cdot 27 = 5.4\ \text{г}.$

3. Рассчитаем количество вещества и массу железа в исходной смеси:

Объём водорода, выделяемый в реакции с железом, равен:

$V(H_2) = 8.96 — 6.72 = 2.24\ \text{л},$

$\nu(Fe) = \nu(H_2) = \frac{2.24}{22.4} = 0.1\ \text{моль},$

$m(Fe) = 0.1 \cdot 56 = 5.6\ \text{г}.$

4. Рассчитаем массовую долю железа в исходной смеси:

$\omega = \frac{m(Fe)}{m(\text{смеси})} = \frac{5.6}{5.6 + 5.4} = 0.509,$

$\omega(Fe) = 50.9\%.$

1. Запишем уравнения реакций:

$FeSO_4 + Ba(NO_3)_2 = BaSO_4\downarrow + Fe(NO_3)_2,$

$ZnCl_2 + 4NaOH = Na_2[Zn(OH)_4] + 2NaCl,$

$FeSO_4 + 2NaOH = Fe(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4.$

2. В первой колбе:

$\nu(BaSO_4) = \frac{116.5}{233} = 0.5\ \text{моль}, \quad \nu(FeSO_4) = 0.5\ \text{моль}.$

Найдём массовую долю сульфата железа (II) в первой колбе:

$m_1(FeSO_4) = 0.5 \cdot 152 = 76\ \text{г},$

$\omega_1(FeSO_4) = \frac{76}{800} = 0.095\ \text{или}\ 9.5\%.$

В каждой колбе массовые доли солей одинаковые, следовательно: $\omega(FeSO_4) = 9.5\%.$

3. Обозначим за ($x$) количество хлорида цинка, вступающего в реакцию ($2$). При взаимодействии щёлочи с раствором во второй колбе образуется тетрагидроксоцинкат натрия, а из сульфата железа(II) выпадает гидроксид железа (II) (реакция идёт без доступа воздуха).

Рассчитаем массовую долю хлорида цинка:

$\nu(ZnCl_2) = x\ \text{моль}, \quad m_2(ZnCl_2) = 136 \cdot x\ \text{г}.$

$m_2(FeSO_4) = 320 \cdot 0.095 = 30.4\ \text{г}, \quad \nu_2(FeSO_4) = \frac{30.4}{152} = 0.2\ \text{моль}.$

$\nu(Fe(OH)2) = \nu(FeSO_4) = 0.2\ \text{моль}, \quad m(Fe(OH)_2) = 0.2 \cdot 92 = 18.4\ \text{г}. ] [ m{\text{общ.}}(NaOH) = 462 \cdot 0.4 = 184.8\ \text{г}.$

Найдём массу вступившего в реакцию гидроксида натрия:

$\nu_{\text{прореаг.}}(NaOH) = 4\nu(ZnCl_2) + 2\nu(FeSO_4) = 4x + 0.4,$

$m_{\text{прореаг.}}(NaOH) = 40(4x + 0.4).$

Через выражение для массовой доли щёлочи в конечном растворе определим ($x$):

$\omega_1(NaOH) = \frac{m_{\text{общ.}}(NaOH) — m_{\text{прореаг.}}(NaOH)}{m_{\text{р-ра}}(NaOH) + m_2(ZnCl_2 \text{ и } FeSO_4) — m(Fe(OH)_2)}.$

$\omega_1(NaOH) = \frac{184.8 — (160x + 16)}{320 + 462 — 18} = \frac{0.4}{2} = 0.2.$

$x = \nu(ZnCl_2) = 0.1\ \text{моль}.$

Найдём массовую долю хлорида цинка во второй колбе:

$m_2(ZnCl_2) = 0.1 \cdot 136 = 13.6\ \text{г},$

$\omega_2(ZnCl_2) = \frac{13.6}{320} = 0.0425 = 4.25\%.$

$\omega(ZnCl_2) = 4.25\%.$

1. Запишем уравнения реакций:

$3BaCl_2 + 2Na_3PO_4 = Ba_3(PO_4)_2\downarrow + 6NaCl,$

$AlCl_3 + Na_3PO_4 = AlPO_4\downarrow + 3NaCl,$

$BaCl_2 + Na_2SO_4 = BaSO_4\downarrow + 2NaCl.$

2. Обозначим за ($x$) количество сульфата натрия, вступившего в реакцию ($3$). Во второй колбе:

$\nu_{\text{прореаг.}}(Na_2SO_4) = \nu(BaSO_4) = \nu(BaCl_2) = x\ \text{моль}.$

$m(BaSO_4) = 233 \cdot x\ \text{г}, \quad m_{\text{прореаг.}}(Na_2SO_4) = 142 \cdot x\ \text{г}.$

$m_{\text{общ.}}(Na_2SO_4) = 155.61 \cdot 0.2 = 31.122\ \text{г}.$

$\omega_2(Na_2SO_4) = \frac{m_{\text{общ.}}(Na_2SO_4) — m_{\text{прореаг.}}(Na_2SO_4)}{m_{\text{р-ра}}(Na_2SO_4) + m_2(BaCl_2\ \text{и}\ AlCl_3) — m(BaSO_4)}.$

$\omega_2(Na_2SO_4) = \frac{31.122 — 142x}{155.61 + 120 — 233x} = \frac{0.2}{2} = 0.1,$

$x = \nu(BaCl_2) = 0.03\ \text{моль}.$

Найдём массовую долю хлорида бария во второй колбе:

$m_2(BaCl_2) = 0.03 \cdot 208 = 6.24\ \text{г},$

$\omega_2(BaCl_2) = \frac{6.24}{120} = 0.052 = 5.2\%.$

В каждой колбе массовые доли солей одинаковые, следовательно: $\omega(BaCl_2) = 5.2\%.$

3. Рассчитаем массовую долю хлорида алюминия. Рассмотрим первую колбу:

$m_1(BaCl_2) = 300 \cdot 0.052 = 15.6\ \text{г},$

$\nu_1(BaCl_2) = \frac{15.6}{208} = 0.$

1. Запишем уравнения реакций:

1) $\quad CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2\uparrow, $
2) $\quad CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + CO_2\uparrow + H_2O, $
3) $\quad CaO + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O.$

2. Определим массу и количества веществ исходных реагентов. Пусть по реакции (1) образовалось:

$\nu_1(CaO) = x\ \text{моль}, \quad \nu_{\text{иск.}}(CaCO_3) = y\ \text{моль}.$

Тогда: $m_1(CaO) = 56x\ \text{г},$

$\nu(CaCO_3){\text{ост.}} = y — \nu_1(CaCO_3) = y — x\ \text{моль},$

$m(CaCO_3){\text{ост.}} = 100(y — x)\ \text{г}.$

По условию: $m_1(CaO) + m_{\text{ост.}}(CaCO_3) = 1.4 \cdot m_{\text{иск.}}(CaCO_3),$

$(56x + 100(y — x)) \cdot 1.4 = 100y,$

$y = 1.54x.$

Тогда: $m_{\text{ост.}}(CaCO_3) = 100(y — x) = 100(1.54x — x) = 54x\ \text{г}.$

Найдём количество вещества реагирующей кислоты.

$\nu_{\text{ост.}}(CaCO_3) = \frac{54x}{100} = 0.54x\ \text{моль},$

$m_{\text{иск.}}(HCl) = 640 \cdot 0.25 = 160\ \text{г},$

$\nu_{\text{прореаг.}}(HCl) = 2\nu_{\text{ост.}}(CaCO_3) + 2\nu_3(CaO) = 2(0.54x + x) = 3.08x\ \text{моль},$

$m_{\text{прореаг.}}(HCl) = 3.08x \cdot 36.5 = 112.42x\ \text{г}.$

3. Найдём количество вещества оксида кальция:

$\nu_2(CO_2) = \nu_{\text{ост.}}(CaCO_3) = 0.54x\ \text{моль},$

$m_2(CO_2) = 0.54x \cdot 44 = 23.76x\ \text{г}.$

$\omega_{\text{ост.}}(HCl) = \frac{0.25}{2} = 0.125.$

$m_{\text{ост.}}(HCl) = m_{\text{иск.}}(HCl) — m_{\text{прореаг.}}(HCl) = 160 — 112.42x,$

$m_{\text{кон.р-ра}} = m_{\text{иск.}}(HCl) + m_{\text{иск.}}(CaCO_3) + m_1(CaO) — m_2(CO_2),$

$m_{\text{кон.р-ра}} = 640 + 54x + 56x — 23.76x = 640 + 86.24x.$

$\frac{160 — 112.42x}{640 + 86.24x} = 0.125$

$x = 0.65.$

4. Найдём объём газа, выделившегося при разложении карбоната кальция:

$\nu_1(CaO) = x = 0.65\ \text{моль},$

$V_1(CO_2) = 0.65 \cdot 22.4 = 14.56\ \text{л}.$

1. Запишем уравнения протекающих реакций:

$Zn + I_2 = ZnI_2,$

$ZnI_2 + 4NaOH = Na_2[Zn(OH)_4] + 2NaI,$

$Zn + 2NaOH + 2H_2O = Na_2[Zn(OH)_4] + H_2\uparrow.$

2. Найдём общее количество вещества цинка. Для этого определим количество цинка, израсходованного в реакции (3) с щёлочью и в реакции (1) с йодом.

$\nu(Zn)_{(3)} = \nu(H_2) = \frac{V}{V_m} = \frac{1.568}{22.4} = 0.07\ \text{моль}.$

Известно, что цинк и йод находятся в массовом соотношении $1:2.54$. Тогда:

$\frac{m(Zn {\text{иск.}})}{m(I_2 {\text{иск.}})} = \frac{1}{2.54},$

$\frac{\nu(Zn {\text{иск.}}) \cdot M(Zn)}{\nu(I_2 {\text{иск.}}) \cdot M(I_2)} = \frac{1}{2.54}.$

$\frac{65 \cdot \nu(Zn {\text{иск.}})}{254 \cdot \nu(I_2 {\text{иск.}})} = \frac{1}{2.54}.$

Йод прореагировал полностью, следовательно:

$\nu(I_2) = x\ \text{моль}, \quad \nu(Zn_{(1)}) = x\ \text{моль}.$

Общее количество вещества цинка: $\nu(Zn_{\text{иск.}}) = x + 0.07.$

Подставим в соотношение:

$\frac{65(x + 0.07)}{254x} = \frac{1}{2.54}$

$x = 0.13\ \text{моль}.$

3. Найдём массу не прореагировавшего гидроксида натрия:

$m_{\text{иск.}}(NaOH) = m_{\text{р-ра}} \cdot \omega,$

$m_{\text{иск.}}(NaOH) = 200 \cdot 0.2 = 40\ \text{г}.$

$\nu_{\text{прореаг.}}(NaOH) = 4\nu(ZnI_2) + 2\nu(Zn_{(3)}) = 0.66\ \text{моль}.$

$m_{\text{прореаг.}}(NaOH) = 0.66 \cdot 40 = 26.4\ \text{г},$

$m_{\text{ост.}}(NaOH) = 40 — 26.4 = 13.6\ \text{г}.$

4. Найдём массу конечного раствора и массовую долю гидроксида натрия:

$m_{\text{р-ра}} = m(Zn) + m(I_2) + m_{\text{иск.р-ра}}(NaOH) — m(H_2),$

$m_{\text{р-ра}} = 0.2 \cdot 65 + 0.13 \cdot 254 + 200 — 0.07 \cdot 2 = 245.88\ \text{г}.$

$\omega(NaOH) = \frac{13.6}{245.88} \cdot 100\% = 5.5\%.$

$\omega(NaOH) = 5.5\%.$

1. Запишем уравнения реакций:

$2KClO_3 \xrightarrow{t^\circ} 2KCl + 3O_2\uparrow,$

$4KClO_3 \xrightarrow{t^\circ} KCl + 3KClO_4,$

$KClO_4 + 8KI + 4H_2SO_4 \rightarrow 4I_2 + KCl + 4K_2SO_4 + 4H_2O.$

2. Найдём количество вещества кислорода и определим количество хлората, разложившегося по первой реакции:

$\nu(O_2) = \frac{1.344}{22.4} = 0.06\ \text{моль},$

$\nu_1(KClO_3) = \nu(O_2) \cdot \frac{2}{3} = 0.04\ \text{моль}.$

3. Найдём количество вещества иодида калия и определим количество хлората, разложившегося по второй реакции:

$\nu(KI) = 0.36 \cdot 2 = 0.72\ \text{моль},$

$\nu(KClO_4) = \frac{0.72}{8} = 0.09\ \text{моль},$

$\nu_2(KClO_3) = \nu(KClO_4) \cdot \frac{4}{3} = 0.12\ \text{моль}.$

4. Найдём массу навески и мольные доли солей в твёрдом остатке:

$\nu(KClO_3) = 0.04 + 0.12 = 0.16\ \text{моль},$

$m(KClO_3) = 0.16 \cdot 122.5 = 19.6\ \text{г}.$

Твёрдый остаток после нагревания содержит:

$\nu(KClO_4) = 0.09\ \text{моль}, \quad \nu(KCl) = 0.07\ \text{моль}.$

Тогда мольные доли составляют:

$\chi(KClO_4) = \frac{0.09}{0.16} = 56.3\%, \quad$

$\chi(KCl) = \frac{0.07}{0.16} = 43.7\%.$

$\chi(KClO_4) = 56.3\%, \quad \chi(KCl) = 43.7\%.$

1. Запишем уравнения реакции горения сероуглерода и реакции поглощения газов щёлочью:

$CS_2 + 3O_2 \rightarrow CO_2 + 2SO_2,$

$SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O,$

$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O.$

2. Найдём количество вещества сероуглерода:

$\nu(CS_2) = \frac{m(CS_2)}{M(CS_2)} = \frac{11.4}{76} = 0.15\ \text{моль}.$

3. Найдём массы солей в растворе:

$\nu(Na_2SO_3) = \nu(SO_2) = 2\nu(CS_2) = 0.3\ \text{моль},$

$\nu(Na_2CO_3) = \nu(CO_2) = \nu(CS_2) = 0.15\ \text{моль}.$

$m(Na_2SO_3) = \nu(Na_2SO_3) \cdot M(Na_2SO_3) = 0.3 \cdot 126 = 37.8\ \text{г},$

$m(Na_2CO_3) = \nu(Na_2CO_3) \cdot M(Na_2CO_3) = 0.15 \cdot 106 = 15.9\ \text{г}.$

4. Найдём массу раствора щёлочи:

$\nu(NaOH_{\text{прореаг.}}) = 2\nu(SO_2) + 2\nu(CO_2) = 0.3 \cdot 2 + 0.15 \cdot 2 = 0.9\ \text{моль},$

$\nu(NaOH_{\text{иск.}}) = \frac{\nu(NaOH_{\text{прореаг.}})}{0.75} = 1.2\ \text{моль}.$

$m(NaOH_{\text{иск.}}) = \nu(NaOH_{\text{иск.}}) \cdot M(NaOH) = 1.2 \cdot 40 = 48\ \text{г}.$

$m(NaOH_{\text{р-ра}}) = \frac{m(NaOH_{\text{иск.}})}{\omega} = \frac{48}{0.16} = 300\ \text{г}.$

5. Найдём массу раствора и массовые доли солей в растворе:

$m_{\text{р-ра}} = m(NaOH) + m(CO_2) + m(SO_2),$

$m_{\text{р-ра}} = 300 + \nu(CO_2) \cdot M(CO_2) + \nu(SO_2) \cdot M(SO_2),$

$m_{\text{р-ра}} = 300 + 0.15 \cdot 44 + 0.3 \cdot 64 = 325.8\ \text{г}.$

$\omega(Na_2CO_3) = \frac{m(Na_2CO_3)}{m_{\text{р-ра}}} = \frac{15.9}{325.8} = 0.0488 = 4.88\%,$

$\omega(Na_2SO_3) = \frac{m(Na_2SO_3)}{m_{\text{р-ра}}} = \frac{37.8}{325.8} = 0.116 = 11.6\%.$

$\omega(Na_2CO_3) = 4.88\%, \quad \omega(Na_2SO_3) = 11.6\%.$

1. Найдём массу и количество вещества исходного хлорида натрия:

$m_{\text{нач}}(NaCl) = m_{\text{р-ра}}(NaCl) = 312 \cdot 0.15 = 46.8\ \text{г},$

$\nu_{\text{нач}}(NaCl) = \frac{m_{\text{нач}}(NaCl)}{M(NaCl)} = \frac{46.8}{58.5} = 0.800\ \text{моль}.$

2. Запишем уравнение электролиза водного раствора хлорида натрия:

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{\text{электролиз}} H_2\uparrow + Cl_2\uparrow + 2NaOH. \quad (1)$

$\nu(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{6.72}{22.4} = 0.300\ \text{моль}.$

По уравнению (1):

$\nu(H_2) = \nu(Cl_2) = 0.300\ \text{моль}, \quad \nu_{\text{обр.}}(OH^-) = 2\nu(H_2) = 0.600\ \text{моль}.$

3. Cоставим таблицу:

4. Запишем ионное уравнение процесса, происходящего при добавлении раствора сульфата меди (II):

$Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow. \quad (2)$

По уравнению (2):

$\nu(CuSO_4) = \nu(Cu^{2+}) = \frac{\nu_{\text{порц.}}(OH^-)}{2} = \frac{0.120}{2} = 0.060\ \text{моль}.$

5. Определим массу раствора сульфата меди (II):

$m {\text{р-ра}}(CuSO_4) = \frac{\nu(CuSO_4) \cdot M(CuSO_4)}{\omega(CuSO_4)} = \frac{0.060 \cdot 160}{0.20} = 48.0\ \text{г}.$

$m_{\text{р-ра}}(CuSO_4) = 48.0\ \text{г}.$