Приклад. При згорянні 5,4 г тривалентного металу утворилося 10,2 г оксиду. Визначити, який це метал.
ЗБІРНИК ІНДИВІДУАЛЬНИХ ЗАВДАНЬ З ХІМІЇ
Рекомендовано Методичною радою УДМТУ
Миколаїв 2002
УДК 546
Збірник індивідуальних завдань з хімії/ С.Ю.Кельїна, О.І.Лічко, О.Г.Невинський, В.В.Мащенко, Н.В.Кулалаєва, Л.М.Гирля. - Миколаїв: УДМТУ, 2002. - с.
Кафедра хімії
Збірник містить завдання з основних розділів курсу загальної хімії, приклади розв’язання завдань, необхідні табличні дані та номери варіантів завдань. Призначено для студентів усіх спеціальностей.
Рецензент В.М.Матвієнко, канд. техн. наук, доц.
Ó Український державний
морський технічний
університет, 2002
Ó Видавництво УДМТУ, 2002
ВСТУП
Мета даного збірника – активізація самостійної роботи студентів з посиленням у ній творчих елементів, розвиток навичок роботи з науковою і довідниковою літературою.
Протягом семестру студент повинен виконати 15 завдань і захистити їх у три етапи відповідно до встановленого графіка. Завдання для індивідуальної роботи видаються кожному студенту на другому робочому тижні семестру при вивченні дисципліни "Хімія". Номери варіантів і завдань наведені в табл.1Д*). Роботи виконуються під керівництвом викладача, який проводить необхідні консультації.
Завдання оформляються на типових аркушах формату А4 або в окремих шкільних зошитах. На титульній сторінці вказуються назва роботи, номер групи, шифр спеціальності, прізвище, ім’я та по батькові студента і викладача, номер варіанта, перелік номерів усіх завдань варіанта. Кожне завдання виконується на окремому аркуші. Записуються повністю номер та умова задачі, якщо необхідно − скорочені умови, потім розв’язання. Перед виконанням завдання треба вивчити відповідний розділ курсу, ознайомитися з основними зауваженнями, які наводяться в кожному розділі збірника. Слід обов’язково пояснювати закони й положення, які використовувались при розв’язанні. Завдання необхідно розв’язувати поетапно і до кожної математичної дії ставити скорочене запитання. Після розв’язання треба записати повну відповідь.
Захист завдань відбувається на лабораторних заняттях або під час обов’язкових консультацій викладача протягом двох тижнів згідно з графіком. Для захисту студент повинен подати виконане завдання та пояснити його, використовуючи теоретичні довідки.
*) Усі таблиці, що позначені літераю “Д”, наведені в додатку.
ГАЗОВІ ЗАКОНИ
При розв’язанні задач цієї теми необхідно вивчити закони ідеальних газів і знати їх формулювання та висновки. Найчастіше використовуються закон Авогадро і його висновки та закон Менделєєва – Клапейрона.
Відносною густиною першого газу за другим (D2) називається відношення мас однакових об’ємів першого й другого газів за однакових умов, тобто
D2 = m1/m2 = nМ1/nМ2 = M1/M2;
M1 = D2/M2. (1)
Рівняння (1) є математичним виразом першого висновку із закону Авогадро. Найчастіше відносна густина визначається за воднем або за повітрям:
М1 = DН2· М(Н2) = 2DН2; М1 = Dпов·Mпов = 29Dпов; (Мпов = 29 г/моль).
За другим висновком один моль будь-якого газу за нормальних умов займає об’єм 22,416 л. Цей об’єм називають молярним об’ємом газу.
Нормальними умовами (0) називаються умови Т0 = 273 К, Р0 = 101325 Па. Параметри стану газу Р, V, Т пов’язані з його масою m і молярною масою М рівнянням стану ідеального газу Менделєєва - Клапейрона РV = (m/M)RT, де R - універсальна газова стала, яка визначається для 1 моля газу з виразу R = P0V0/T0.
У залежності від використаних одиниць R має різні числові значення:
R = 8,31 Дж/(моль ·К) (одиниця СІ) = 0,0821 л·атм/(моль ·К) =
= 62360 мл×мм рт.ст./(моль ·К) = 1,987 кал/(моль ·К).
При розв’язанні задач усі дані треба обов’язково приводити до одної системи одиниць та окремо наводити розмірності всіх складових розрахункових формул. Значення фундаментальних фізичних сталих наведено в табл.2Д.
Приклад 1. Визначити густину за воднем газової суміші, яка складається з
50 % кисню та 50 % водню за об’ємом.
Розв’язання
1. М (суміші) - ?
Об’ємна частка дорівнює мольній частці, тому молярну масу суміші можна розрахувати за формулою
М(суміші) = М1х1 + М2х2 = М(О2)·х(О2) + М(Н2) ·х(Н2),
де х(H2) i х(O2) – мольні частки газів у суміші; М (суміші) = 32·0,5 + 2·0,5 =
= 17 г/моль.
2. DН2- ?
DН2= М(суміші)/М(Н2) = 17/2 = 8,5.
Відповідь: густина суміші за воднем дорівнює 8,5.
Приклад 2. Визначити молярну масу бензену, якщо маса 600 мл його пари при 87 °С і тиску 83,2 кПа дорівнює 1,30 г.
Розв’язання
Виразимо всі дані в одиницях СІ:
Р = 8,32·103 Па; Т = 273 + 87 = 360 К; V = 6·10-4 м3; m = 1,3·10-3 кг.
1. М(С6Н6) - ?
Використовуємо закон Менделєєва - Клапейрона РV = (m/M)·RT, звідки
M = = 78∙10−3 кг/моль = 78 г/моль,
Відповідь: молярна маса бензену дорівнює 78 г/моль.
Задачі
1. Маса 87·10–6 м3 пари при 62 °С і тиску 1,01·105 Па дорівнює
0,24·10–3 кг. Визначити молярну масу та масу однієї молекули речовини.
2. Відносна густина газу за повітрям 1,52. Визначити об’єм 5,5 г цього газу за н.у. Обчислити число молекул у знайденому об’ємі та масу однієї молекули.
Визначити об’єм 5,5 г цього газу при 17 °С і Р = 98 кПа.
3. Гарячий розчин калій гідроксиду реагує з хлором згідно з рівнянням
3Cl2 + 6KOH ® 5KCl + KСlO3 + 3H2O. Визначити масу КОН, яка потрібна для взаємодії з 0,8 м3 хлору при 7 °С і 98 кПа. Скільки кілограмів KСlO3 утворюється при цьому?
4. При розчиненні в сульфатній кислоті 10 г сплаву цинку з алюмінієм
виділилось 5,2 л водню при 25 °С і тиску 920 мм рт.ст. Визначити склад сплаву у відсотках.
5. При обробці натрій гідроксидом деякої кількості сплаву алюмінію з кальцієм виділилось 11,2 л водню за н.у. При взаємодії такої ж кількості сплаву з гідроген хлоридом виділилось 14 л водню. Визначити склад сплаву у відсотках.
6. Частина SO2, що викидається в атмосферу, перетворюється в сульфатну кислоту. Визначити кількість кислоти, яка утворюється з 5,6 моля SO2 та 1 моля О2 (кількість води не обмежена). Реакція описується рівнянням
2SO2 + O2 + 2H2O ® 2H2SO4.
7. Металевий цинк занурили в розчин плюмбум нітрату, при цьому виділилось 10,4 г свинцю, а маса цинку зменшилась на 3,3 г. Визначити кількість молів кожної з речовин, які брали участь у реакції.
8. Після вибуху 200 мл суміші водню та кисню і приведення її до нормальних умов залишилось ще 20 мл газу, що підтримує горіння. Визначити об’ємні частки газів у складі вихідної суміші. Усі об’єми виміряні за нормальних умов.
9. Визначити масу кальцію, яка прореагувала з водою, якщо об’єм водню, що виділився при 25 °С і 99,3 кПа, дорівнює 480 мл.
10. Скільки літрів водню при 12 °С і 102,6 кПа виділиться при взаємодії 1 кг цинку з хлоридною кислотою?
11. Манган (IV) оксид втрачає при прожарюванні кисень, утворюючи Mn3O4. Який обєм кисню при 32 °С і 111,4 кПа виділиться з 0,5 кг MnO2?
12. Із 3 г суміші CaCO3 і MgCO3 одержано 760 мл СО2 (при 20 °С та
100 кПа). Визначити кількісне співвідношення CaCO3 і MgCO3 в суміші.
13. Визначити об¢єм кисню, потрібний для одержання 8,1 т ZnO згідно з реакцією 2ZnS + 3O2 ® 2ZnO + 2SO2 при t = 35 °С, Р = 1,0 кПа.
14. Аналіз газу показав, що сполука містить 5,9 % Гідрогену та 94,1 % Сульфуру. Маса одного літра цього газу складає 1,52 г (н.у.). Визначити, який це газ.
15. Розрахувати масу 2,24 л (н.у.) карбон (IV) оксиду. Скільки це складає молів та молекул?
16. При обробці 19 г суміші натрій карбонату та натрій гідроген карбонату гідроген хлоридом виділилось 5,06 мл газу (при температурі 27 °С і тиску 740 мм рт.ст.). Скільки молів карбонату і гідроген карбонату було у вихідній суміші?
17. Визначити масу, кількість молів і молекул, які містяться у 2,24 л водню за н.у.
18. Скільки літрів водню (при 12 °С та 102,6 кПа) утворилось при взаємодії
10 г магнію з хлоридною кислотою?
19. Яке число молекул містить 0,01 моля кисню, 0,05 моля атомів кисню та 0,25 моля сульфур (ІV) оксиду?
20. Суміш мідних і магнієвих ошурок масою 1,5 г обробили надлишком хлоридної кислоти. У результаті реакції виділився водень об’ємом 560 мл (н.у.). Визначити масову частку міді в суміші.
21. Обчислити масу 50 л газової суміші, яка складається з 60 % карбон (IV) оксиду та 40 % водню, при 740 мм рт.ст. та 20 °С.
22. У результаті озонування кисню відбулося зменшення об’єму на 5 мл (н.у.). Який об’єм кисню було взято для реакції? Скільки мілілітрів озону утворилось?
23. Сполука містить удвічі більше атомів Гідрогену, ніж Карбону. Густина сполуки за воднем становить 14. Знайти формулу сполуки.
24. Маса 87 мл пари при температурі 62 °С і тиску 758 мм рт.ст. дорівнює 0,24 г. Визначити молярну масу речовини.
25. Знайти густину суміші водню, кисню та гелію за воднем і повітрям.
Суміш містить 50 % гелію та 20 % кисню за об’ємом.
26. При хлоруванні метану СН4 утворилося 250 мл пари хлороформу СНСl3 при температурі 90 °С і тиску 760 мм рт.ст. Знайти об’єм хлору (н.у.), необхідний для реакції.
27. Які з наведених газів важчі за повітря: H2S; CO; H2; Cl2; NO2? Визначити їх відносну густину за азотом.
28. Скільки молів містить у собі 1 м3 будь-якого газу за н.у.? Визначити масу 1 м3 повітря.
29. Яка маса 250 л хлору за н.у.? Визначити його густину за повітрям і воднем.
30. При 10 °С і тиску 101,33 кПа об’єм газу дорівнює 1 л. Визначити об’єм газу при тій же температурі та тиску 253,3 кПа.
31. У скільки разів молекула карбон (IV) оксиду важча за молекулу водню, а молекула сульфур (ІV) оксиду важча за молекулу карбон (IV) оксиду?
32. Знайти об’єм амоніаку, для одержання якого було взято 1650 л водню при температурі 450 °С і тиску 50662,5 Па.
33. Визначити тиск у балоні об’ємом 20 л, де знаходиться 160 г кисню при температурі 27 °С.
34. Який об’єм за н.у. займають 5,38·1022 молекул ідеального газу?
35. Маємо 250 л газу при 27 °С і тиску 8 атм. При якому тиску об’єм газу буде дорівнювати 1 м3 (t = 0 °С)?
36. При згорянні 4,3 г вуглеводню утворилось 13,2 г СО2. Густина пари вуглеводню за воднем дорівнює 43. Вивести молекулярну формулу речовини.
37. За н.у. 0,5 л деякого газу має масу 0,3805 г, а маса 0,25 л кисню за тих же умов становить 0,3572 г. Розрахувати молярну масу газу, виходячи з густини за киснем.
38. За н.у. 500 мл газу мають масу 1,806 г. Знайти його густину за повітрям і молярну масу.
39. Густина газу за повітрям дорівнює 2,45. Визначити масу 1 л газу.
40. При деякій температурі густина пари сірки за азотом дорівнює 9,143. Із скількох атомів складається молекула сірки при цій температурі?
41. Густина пари цинку за воднем при 1400 °С приблизно дорівнює 33. Який склад молекули цинку в парі?
42. При деякій температурі густина пари сірки за азотом дорівнює 9,143. Яка густина пари сірки за повітрям?
43. Маса 87·10–6 м3 пари при 62 °С і тиску 1,01·105 Па дорівнює
0,24·10–3 кг. Визначити молярну масу речовини.
44. Розрахувати молярну масу ацетону, якщо маса 500 мл його пари при 87 °С і тиску 96 кПа (720 мм рт.ст.) дорівнює 0,93 г.
45. Розрахувати густину за воднем і масу за н.у. 1 л нітроген (IV) оксиду.
46. Об’єм пари 0,2·10–3 кг речовини при 17 °С і тиску 101747 Па дорівнює 48·10–6 м3. Розрахувати молярну масу речовини.
47. Масова частка Карбону в молекулі вуглеводню дорівнює 85,7 %. Густина речовини за повітрям 1,45. Визначити молекулярну формулу сполуки.
48. Сполука має в два рази більше атомів Гідрогену, ніж Карбону. Густина її за воднем 28. Визначити формулу сполуки.
49. Визначити формулу органічної речовини, яка містить 51,89 % Карбону, 9,73 % Гідрогену і 38,38 % Хлору. Відносна густина її пари за повітрям дорівнює 3,19.
50. При спалюванні 10 г речовини утворилось 27,5 г СО2 і 22,5 г Н2О. Відносна густина речовини за киснем дорівнює 0,5. Визначити формулу речовини.
СТЕХІОМЕТРИЧНІ ЗАКОНИ
Цей розділ містить задачі, в яких використовується закон еквівалентів, згідно з яким маси реагуючих сполук пропорційні молярним масам їх еквівалентів. Цей закон виконується тільки для речовини з молекулярною будовою, тому далі будемо вважати, що в усіх випадках маємо молекулярну структуру речовин. Хімічним еквівалентом (еквівалентом) речовини (Е) називають таку її кількість, яка поєднується з одним молем атомів Гідрогену або заміщає таку ж кількість атомів Гідрогену в хімічних реакціях. Розмірність еквівалента – моль. Молярною масою еквівалента речовини (МЕ) називається маса одного еквівалента речовини. Розмірність еквівалентної маси – г/моль.
Для молекулярних сполук закон еквівалентів виражається співвідношенням
де m1 i m2 – маси реагуючих речовин, МЕ1і МЕ2 – молярні маси їх еквівалентів.
Еквівалент і молярну масу еквівалента елемента можна визначити за складом його сполуки з іншим елементом, еквівалент якого відомий. Ці характеристики речовини залежать від реакції, в якій вона бере участь.
У деяких випадках користуються значенням еквівалентного об’єму, тобто об¢єму, який займає за даних умов один еквівалент газової речовини. Так, еквівалентний об’єм водню за н.у. VE (H2) дорівнює 11,2 л/моль (тому що 1 моль атомів Н складає 0,5 моля Н2, а 1 моль Н2 займає об’єм 22,4 л),
кисню – 5,6 л/моль.
Приклад. При згорянні 5,4 г тривалентного металу утворилося 10,2 г оксиду. Визначити, який це метал.
Розв’язання
1. m(О) в оксиді - ?
m(О) = m(oкс) - m(Ме) = 10,2 - 5,4 = 4,8 г.
МЕ(Ме) - ?
Молярна маса еквівалента Оксигену дорівнює 8 г/моль. Згідно з законом еквівалентів складемо рівняння
= 9 г/моль.
2. А(Ме) - ?
МЕ(Ме) = А(Ме)/n А(Ме) = МЕ(Ме)∙n = 9∙3 = 27 г/моль; Ме - Аl.
Відповідь: невідомий метал - алюміній.
Задачі
51. Хлорид алюмінію містить 20,2 % металу. Визначити еквівалент Алюмі-нію, якщо молярна маса еквівалента Хлору 35,5 г/моль.
52. При згорянні 2 г магнію утворилось 3,315 г магній оксиду. Визначити еквівалент Магнію.
53. В оксиді Плюмбуму міститься 7,18 % Оксигену. Визначити молярну масу еквівалента Плюмбуму.
54. При взаємодії 2 г двовалентного металу з кислотою утворюється 1,12 л
водню за н.у. Визначити метал.
55. При окисненні 8,71 г металу одержано 9,71 г його оксиду. Визначити
молярну масу еквівалента металу.
56. Визначити відношення між еквівалентними масами Сульфуру в таких сполуках: SO2, SO3, H2S.
57. Сполука металу з галогеном містить 64,5 % галогену, оксид цього металу містить 15,4 % Оксигену. Визначити молярну масу еквівалента галогену.
58. Для нейтралізації 2,45 г кислоти витрачається 2,0 г NaOH. Визначити
молярну масу еквівалента кислоти.
59. Для спалювання 0,5 г металу потрібно 0,23 л кисню (н.у.). Який це метал, якщо його валентність дорівнює двом?
60. Яка маса сульфатної кислоти потрібна для нейтралізації калій гідроксиду масою 112 г?
61. Визначити молярну масу еквівалента металу, якщо його сульфід містить 52 % металу, а молярна маса еквіваленту Сульфуру дорівнює 16 г/моль.
62. Один грам невідомого металу реагує з 1,78 г Сульфуру або з 8,89 г Брому. Визначити еквівалентні маси Брому і металу, якщо еквівалент Сульфуру дорівнює 0,5 моля.
63. Одна й та ж кількість металу реагує з 0,2 г кисню і з 3,173 г одного з галогенів. Визначити молярну масу еквівалента галогену.
64. 1,6 г кальцію і 2,615 г цинку реагують з кислотою та утворюють однакову кількість водню. Визначити молярну масу еквівалента та еквівалент Цинку.
65. При розкладенні 0,4638 г оксиду металу одержано 0,4316 г металу.
Визначити молярну масу еквівалента металу.
66. Карбон (ІV) оксид складається з 27,27 % Карбону і 72,73 % Оксигену.
Визначити еквівалент Карбону.
67. Визначити молярну масу еквівалента металу, якщо 0,34 кг цього металу витісняють з кислоти 59,94·10–3 м3 водню при 0 °С і тиску 94643 Па.
68. Скільки літрів водню (н.у.) потрібно для відновлення 112 г оксиду металу, який містить 71,43 % металу? Яка молярна маса еквівалента металу?
69. 13,07 г двовалентного металу витісняють 4,48 л (н.у.) водню. Визначити молярну масу еквівалента та еквівалент металу.
70. Визначити молярну масу еквівалента елемента, 0,5 г якого витіснили 189 мл водню при 21 °С та 760 мм рт.ст.
71. Оксид (ІV) силіцію містить 53,3 % Оксигену. Визначити молярну масу
еквівалента силіцію.
72. Елемент утворює кисневу сполуку, яка містить 31,58 % Оксигену. Визначити атомну масу цього елемента, якщо в даному оксиді він тривалентний.
73. Який об’єм за н.у. займає один еквівалент Гідрогену? Один грам двовалентного металу витісняє 0,921 л водню. Визначити еквівалент та молярну масу еквівалента металу.
74. Двовалентний метал масою 1,37 г при взаємодії з кислотою утворив 0,5 л водню при 18 °С і 760 мм рт.ст. Визначити молярну масу еквівалента та еквівалент металу.
75. При взаємодії 3,24 г тривалентного металу з кислотою виділяється 4,03 л
водню (н.у.). Визначити еквівалент та атомну масу металу.
76. Визначити еквівалент двовалентного металу, якщо із 48,15·10–3 кг його
оксиду можна одержати 88,65·10–3 кг його нітрату.
77. На відновлення 3,557 г оксиду металу необхідно 560 мл водню (н.у.).
Визначити молярну масу еквівалента металу та його оксиду.
78. Яка маса металу прореагувала з кислотою, якщо при цьому виділилось 250 мл водню (н.у.)? Молярна маса еквівалента металу 9,00 г/моль.
79. Визначити еквівалент Ванадію, якщо 2,73 г його оксиду містять 1,53 г
металу.
80. Який об’єм за н.у. займає еквівалент Оксигену? Для згоряння 0,5 г металу потрібно 0,23 л кисню (н.у.). Який це метал, якщо його валентність дорівнює двом?
81. Для нейтралізації 1,00 г Са(ОН)2 необхідно 0,9664 г HCl, еквівалент якої дорівнює одному молю. Визначити еквівалент Са(ОН)2.
82. При прожарюванні 2 г металу одержано 2,539 г оксиду. Визначити
молярну масу еквівалента металу.
83. 0,18 г металу реагують з 84 мл кисню (н.у.). Визначити еквівалентні маси металу та його оксиду.
84. Деяка кількість металу реагує з 0,0312 г кисню або з 0,3125 г одного з
галогенів. Визначити молярну масу еквівалента цього галогену.
85. Елемент утворює з воднем сполуку, яка містить 3,85 % водню. Визначити молярну масу еквівалента елемента.
86. Зразок металу, молярна маса еквівалента якого дорівнює 29,355 г/моль, при взаємодії з кислотою утворює 105 мл водню (н.у.). Визначити масу металу.
87. Визначити молярну масу еквівалента лугу, якщо 0,20 г його взаємодіють з 0,271 г ферум хлориду, молярна маса еквіваленту якого 54,08 г/моль.
88. Один оксид Мангану містить 22,56 % Оксигену, а другий – 50,50 %.
Визначити еквіваленти Мангану в цих оксидах і скласти їх формули.
89. При відновленні 1,252 г оксиду металу одержано 1 г металу. Визначити еквівалентні маси металу та оксиду металу.
90. Визначити молярну масу еквівалента солі, якщо 0,60 г цієї солі
прореагували з 0,42 г лугу, молярна маса еквівалента якого 56,10 г/моль.
91. 0,075 г металу витісняють з розчину нікелевої солі 0,1835 г нікелю, а з розчину кислоти – 70 мл водню (н.у.). Визначити молярну масу еквівалента металу та еквівалент нікелю.
92. При відновленні воднем 1,34 г оксиду металу утворилось 0,324 г Н2О.
Визначити молярну масу еквівалента металу.
93. При відновленні 1,2 г оксиду металу воднем утворилось 0,27 г Н2О.
Визначити еквівалентні маси металу й оксиду.
94. 1 г чотиривалентного елемента сполучається з 0,27 г кисню. Визначити елемент.
95. При окисненні 16,74 г двовалентного металу утворилось 21,54 г оксиду. Визначити еквіваленти металу і його оксиду.
96. Для утворення 0,547 г хлориду використано 0,432 г металу. Визначити молярну масу еквівалента металу, якщо еквівалент хлориду дорівнює одному молю.
97. Речовина містить 39 % Сульфуру, еквівалент якого 0,5 моля, та Арсен.
Визначити еквівалент Арсену. Скласти формулу цієї сполуки.
98. При окисненні 16,74 г двовалентного металу утворилось 21,54 г оксиду. Визначити еквівалент та молярну масу еквівалента металу.
99. 0,493 г хлориду металу після обробки аргентум нітратом утворили 0,861 г AgCl. Визначити молярну масу еквівалента металу.
100. Елемент утворює водневу сполуку, яка містить 8,9 % Гідрогену.
Визначити еквівалентну та атомну маси металу.