При взаимодействии меди массой 6 4 г с хлором объемом 33 6

Типичные заблуждения и ошибки, возникающие при решении задач на смеси.

Часто в таких задачах используется реакция металлов с кислотами. Для решения таких задач надо точно знать, какие металлы с какими кислотами взаимодействуют, а какие — нет.

Необходимые теоретические сведения.

Массовая доля компонента в смеси — отношение массы компонента к массе всей смеси. Обычно массовую долю выражают в %, но не обязательно.

Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pd Pt Au

С минеральными кислотами, к которым относятся все растворимые кислоты (кроме азотной и концентрированной серной, взаимодействие которых с металлами происходит по-особому), реагируют только металлы, в электрохимическом ряду напряжений находящиеся до (левее) водорода.
При этом металлы, имеющие несколько степеней окисления (железо, хром, марганец, кобальт), проявляют минимальную из возможных степень окисления — обычно это +2.
Взаимодействие металлов с азотной кислотой приводит к образованию, вместо водорода, продуктов восстановления азота, а с серной концентрированной кислотой — к выделению продуктов восстановления серы. Так как реально образуется смесь продуктов восстановления, часто в задаче есть прямое указание на конкретное вещество.

Чем активнее металл и чем меньше концентрация кислоты, тем дальше восстанавливается азот
NO₂	NO	N₂O	N₂	NH₄NO₃
Неактивные металлы (правее железа) + конц. кислота Неметаллы + конц. кислота	Неактивные металлы (правее железа) + разб. кислота	Активные металлы (щелочные, щелочноземельные, цинк) + конц. кислота	Активные металлы (щелочные, щелочноземельные, цинк) + кислота среднего разбавления	Активные металлы (щелочные, щелочноземельные, цинк) + очень разб. кислота
Пассивация: с холодной концентрированной азотной кислотой не реагируют: Al, Cr, Fe, Be, Co.
Не реагируют с азотной кислотой ни при какой концентрации: Au, Pt, Pd.

SO₂	S	H₂S	H₂
Неактивные металлы (правее железа) + конц. кислота Неметаллы + конц. кислота	Щелочноземельные металлы + конц. кислота	Щелочные металлы и цинк + концентрированная кислота.	Разбавленная серная кислота ведет себя как обычная минеральная кислота (например, соляная)
Пассивация: с холодной концентрированной серной кислотой не реагируют: Al, Cr, Fe, Be, Co.
Не реагируют с серной кислотой ни при какой концентрации: Au, Pt, Pd.

В воде при комнатной температуре растворяются только металлы, которым соответствуют растворимые основания (щелочи). Это щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs), а также металлы IIA группы: Са, Sr, Ba. При этом образуется щелочь и водород. При кипячении в воде также можно растворить магний.
В щелочи могут раствориться только амфотерные металлы: алюминий, цинк и олово. При этом образуются гидроксокомплексы и выделяется водород.

Примеры решения задач.

Рассмотрим три примера задач, в которых смеси металлов реагируют с соляной кислотой:

В первом примере медь не реагирует с соляной кислотой, то есть водород выделяется при реакции кислоты с железом. Таким образом, зная объём водорода, мы сразу сможем найти количество и массу железа. И, соответственно, массовые доли веществ в смеси.

Находим количество водорода:
n = V / V_m = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль.
По уравнению реакции:

0,25	0,25
Fe +	2HCl = FeCl₂ +	H₂
1 моль	1 моль

Количество железа тоже 0,25 моль. Можно найти его массу:
m_Fe = 0,25 • 56 = 14 г. Теперь можно рассчитать массовые доли металлов в смеси:

Во втором примере в реакцию вступают оба металла. Здесь уже водород из кислоты выделяется в обеих реакциях. Поэтому прямым расчётом здесь нельзя воспользоваться. В таких случаях удобно решать с помощью очень простой системы уравнений, приняв за х — число моль одного из металлов, а за у — количество вещества второго.

Находим количество водорода:
n = V / V_m = 8,96 / 22,4 = 0,4 моль.
Пусть количество алюминия — х моль, а железа у моль. Тогда можно выразить через х и у количество выделившегося водорода:

x	1,5x (мольное соотношение Al:Н₂ = 2:3)
2Al	+ 6HCl = 2AlCl₃ +	3H₂

y	y
Fe	+ 2HCl = FeCl₂ +	H₂

<	1,5x + y = 0,4
	27x + 56y = 11

Решать такие системы гораздо удобнее методом вычитания, домножив первое уравнение на 18:
27х + 18у = 7,2
и вычитая первое уравнение из второго:

соответственно,
ω_Al = 100% − 50,91% = 49,09%

В третьем примере два металла реагируют, а третий металл (медь) не вступает в реакцию. Поэтому остаток 5 г — это масса меди. Количества остальных двух металлов — цинка и алюминия (учтите, что их общая масса 16 − 5 = 11 г) можно найти с помощью системы уравнений, как в примере №2.

Следующие три примера задач (№4, 5, 6) содержат реакции металлов с азотной и серной кислотами. Главное в таких задачах — правильно определить, какой металл будет растворяться в ней, а какой не будет.

В этом примере надо помнить, что холодная концентрированная серная кислота не реагирует с железом и алюминием (пассивация), но реагирует с медью. При этом выделяется оксид серы (IV).
Со щелочью реагирует только алюминий — амфотерный металл (кроме алюминия, в щелочах растворяются ещё цинк и олово, в горячей концентрированной щелочи — ещё можно растворить бериллий).

С концентрированной серной кислотой реагирует только медь, число моль газа:
n_SO₂ = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль

0,25	0,25
Cu +	2H₂SO₄ (конц.) = CuSO₄ +	SO₂ + 2H₂O

(не забудьте, что такие реакции надо обязательно уравнивать с помощью электронного баланса)

Так как мольное соотношение меди и сернистого газа 1:1, то меди тоже 0,25 моль.
Можно найти массу меди:
m_Cu = n • M = 0,25 • 64 = 16 г. В реакцию с раствором щелочи вступает алюминий, при этом образуется гидроксокомплекс алюминия и водород:
2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

Al 0 − 3e = Al 3+	\|	2
2H + + 2e = H₂	\|	3

Определяем количество вещества газа:
n_N₂ = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 моль.
Определяем массу раствора азотной кислоты, массу и количество вещества растворенной HNO3:

Обратите внимание, что так как металлы полностью растворились, значит — кислоты точно хватило (с водой эти металлы не реагируют). Соответственно, надо будет проверить, не оказалась ли кислота в избытке, и сколько ее осталось после реакции в полученном растворе. Составляем уравнения реакций (не забудьте про электронный баланс) и, для удобства расчетов, принимаем за 5х — количество цинка, а за 10у — количество алюминия. Тогда, в соответствии с коэффициентами в уравнениях, азота в первой реакции получится х моль, а во второй — 3у моль:

5x	x
5Zn	+ 12HNO₃ = 5Zn(NO₃)₂ +	N₂	+ 6H₂O

Zn 0 − 2e = Zn 2+	\|	5
2N +5 + 10e = N₂	\|	1

10y	3y
10Al	+ 36HNO₃ = 10Al(NO₃)₃ +	3N₂	+ 18H₂O

Al 0 − 3e = Al 3+	\|	10
2N +5 + 10e = N₂	\|	3

<	х + 3у = 0,13 (количество азота)
	65 • 5х + 27 • 10у = 21,1 (масса смеси двух металлов)

Решать эту систему удобно, домножив первое уравнение на 90 и вычитая первое уравнение их второго.

Проверим массу смеси:
0,2 • 65 + 0,3 • 27 = 21,1 г.
Теперь переходим к составу раствора. Удобно будет переписать реакции ещё раз и записать над реакциями количества всех прореагировавших и образовавшихся веществ (кроме воды):

0,2	0,48	0,2	0,03
5Zn	+ 12HNO₃ =	5Zn(NO₃)₂	+ N₂ +	6H₂O

0,3	1,08	0,3	0,09
10Al	+ 36HNO₃ =	10Al(NO₃)₃	+ 3N₂ +	18H₂O

Масса
нового
раствора

Сумма масс
смешиваемых
растворов и/или веществ

Масса осадков

Масса газов

Тогда для нашей задачи:

При решении этой задачи надо вспомнить, во-первых, что концентрированная азотная кислота с неактивным металлом (медь) даёт NO₂, а железо и алюминий с ней не реагируют. Соляная кислота, напротив, не реагирует с медью.

1) К раствору гидроксида натрия массой 1200 г прибавили 490 г 40%-ного раствора серной кислоты. Для нейтрализации получившегося раствора потребовалось 143 г кристаллической соды Nа2СО3 * 10H2О. Рассчитайте массу и массовую долю гидроксида натрия в исходном растворе.

2) Карбонат магния массой 8,4 г растворили в 250 мл раствора серной кислоты (р = 1,08 г/мл) с массовой долей 15%. Вычислите массовую долю сульфата магния в конечном растворе.

4) Карбид кальция массой 6,4 г растворили в 87 мл бромоводородной кислоты (р = 1,12 г/мл) с массовой долей 20%. Какова массовая доля бромоводорода в образовавшемся растворе?

5) Медь, выделившаяся в результате реакции 2,6 г цинка с 160 г 5%-ного раствора сульфата меди (ІІ), полностью прореагировала с 20 мл разбавленной азотной кислоты (р = 1,055 г/мл). Определите массовую долю нитрата меди (ІІ) в полученном растворе.

6) В раствор, содержащий 51 г нитрата серебра, прилили 18,25 г 20%-ного раствора соляной кислоты. Какая масса 26%-ного раствора хлорида натрия потребуется для полного осаждения серебра из оставшегося раствора
нитрата серебра?

7) К раствору, образовавшемуся в результате взаимодействия 18,2 г фосфида кальция и 400 мл 5%-ного раствора соляной кислоты ( р = 1,1 г/мл), добавили 193,2г 5%-ного раствора карбоната калия. Определите массу образовавшегося осадка и объем выделившегося газа (н. у.).

а) количество HCl:

m(HCl) = 0,05 · 440 = 22г

n(HCl) = 22/36,5 = 0,6 моль
б) количество Ca₃P₂

а) Ca₃P₂ и HCl взяты в количествах, соответствующих уравнению реакции (эквимолярные количества), и прореагируют полностью.

4) По уравнению (2)

а) в избытке CaCl₂ в количестве (0,3 – 0,07) = 0,23 моль и

8) При сгорании 15,4 г смеси магния и цинка образовалось 20,2 г смеси продуктов реакции. Определить массовые доли элементов в смеси.

1) Уравнения реакций:

2Zn + O₂ = 2ZnO (1)
2Mg + O₂ = 2MgO (2)

2) Пусть в смеси х моль Zn и у моль Mg, тогда:
а) m(Zn) = 65х г, m(Mg) = 24у г,

65х + 24у = 15,4

б) по уравнению (1)

образуется х моль ZnO, m(ZnO) = 81xг

в) по уравнению (2)

образуется у моль MgO , m(MgO) = 40уг, следовательно:

3)Составляем и решаем систему уравнений:

65х + 24у = 15,4
81х + 40у = 20,2

4)Рассчитываем массовые доли Zn и Mg:

а) m(Zn) = 0,2 · 65 = 13г

ω(Zn) = 13 / 15.4 = 0.8442 или 84.42%

б) ) m(Mg) = 0.1 · 24 = 2,4 г

ω(Mg) = 2,4 / 15.4 = 0.1558 или 15,58%

9) Газ, выделившийся при обжиге пирита массой 4,8 г, пропустили через 8%-ный раствор гидроксида натрия массой 40 г. Рассчитайте массовую долю соли в образовавшемся растворе.

1) Уравнения реакций:

2) Количество реагирующих веществ:

а) n(FeS₂) = 4,8/120 = 0,04 моль

б) m(NaOH) = 0,08 · 40 = 3,2г

n(NaOH) = 3,2/40 = 0,08 моль

3) По уравнению (1)

n(FeS₂) : n(SO₂) = 1 : 2, следовательно,

m(SO₂) = 0,08 · 64 = 5,12 г

4) По уравнению (2):

n(NaOH) : n(SO₂) : n(Na₂SO₃) = 2 : 1 : 1, следовательно,

а) в избытке SO₂ в количестве ( 0,08 – 0,08/2) = 0,04 моль

5)По уравнению (3):

а) n(Na₂SO₃) = n(SO₂), то есть вещества прореагируют без остатка

6) Массовая доля соли NaHSO₃ в растворе:
w(Na₂SO₃) = 8,32/40 +5,12 ≈ 0,1844, или 18,4%

10) В 300 мл раствора соляной кислоты (р=1,05 г/мл) с массовой долей 10% растворили железо массой 11,2г.Вычислите массовую долю хлорида железа (II) в полученном растворе.

1) Уравнение реакции:

2) Количество реагирующих веществ:

а) количество HCl

m_р-ра(HCl) = 1,05 · 300 = 315 г

m(HCl) = 0,1 · 315 = 31,5 г
n(HCl) = 31,5/36,5 ≈ 0,86 моль

б) n(Fe) = 11,2/56 = 0,2 моль

3) По уравнению реакции

n(Fe) : n(HCl) : n(FeCl₂) : n(H₂) = 1 : 2 : 1 : 1, следовательно:

а) в избытке HCl (0,86 – 0,2 · 2) = 0,46 моль
б) n(FeCl₂) = n(Fe) = 0,1 моль
m(FeCl₂) = 0,2 · (56 + 35,5 · 2) = 25,4 г
в) n(H₂) = n(Fe) = 0,2 моль
m(H₂) = 0,2 · 2 = 0,4 г

4) Уравнение для расчета массовой доли FeCl₂ :

m_р-ра(FeCl₂) = 11,2 + 315 – 0,4 = 325,8 г
w(FeCl₂) = 25,4/325,8 ≈ 0,0780, или 7,8%

11) Карбид алюминия растворили в 250 г 20%-ного раствора серной кислоты. Выделившийся при этом метан занял объем 4,48 (н. у.). Расчитайте массовую долю серной кислоты в полученном растворе.

б) количество и масса CH₄
m(CH₄) = 0,2 · 16 = 3,2 г

3) По уравнению реакции
n(Al₄С₃) : n(H₂SO₄) : n(CH₄) = 1 : 6 : 3, следовательно:

4) Уравнение для расчета массовой доли H₂SO₄:

m_{р-ра 2}(H₂SO₄) = 9,65 + 250 – 3,2 = 256,45 г
w(H₂SO₄) = (50 – 39,2)/253,45 ≈ 0,043, или 4,3%

12) Газ, выделившийся при взаимодействии 110 мл 18%-ного раствора HCl (p=1,1 г/мл) и 50 г 1,56%-ного раствора Na₂S попустили через 64 г 10,5%-ного раствора нитрата свинца. Определите массу соли, выпавшей в осадок.

13) 25 мл 34%-ной соляной кислоты плотностью 1,16 г/мл добавили при нагревании к оксиду марганца (IV) массой 2,61 г. Какой объем хлора (н.у.) выделится? Сколько граммов карбоната калия может прореагировать (без нагревания) с выделившимся хлором?

14) Газ, который выделяется при разложении 1032 г хлората калия, содержащего 5% бескислородной примеси, использовали для окисления серы. Определите массу серы, которая может прореагировать, и объем (н.у.) образующегося газообразного продукта окисления.