Методические указания по самостоятельной работе
ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ ПО ХИМИИ
методические указания для студентов факультета сервиса
КАЛИНИНГРАД
Печатается по решению редакционно-издательского совета Российского государственного университета имени Иммануила Канта
Методическое пособие составлено доцентом, кандидатом
биологических наук Н.В. Чибисовой.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Химия относится к числу фундаментальных наук, изучение которых обязательно специалистам естественно - научного профиля. Изучение химии позволяет получить современное научное представление о материи и формах ее движения, о механизме превращения химических соединений, свойствах веществ и применении химических процессов в современной технике.
Предлагаемое учебное пособие составлено в соответствии с программой по химии для студентов технических специальностей. В пособии отражены основные разделы программы. В начале каждой темы приведены примеры с подробным объяснением хода решения типовых задач. При изучении курса химии в высших учебных заведениях большое значение имеет приобретение навыков в решении задач, что является одним из критериев прочного усвоения курса.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ
Работа студента над курсом химии слагается из следующих элементов: посещение лекций и практических занятий, самостоятельное изучение материала по учебникам и учебным пособиям, выполнение контрольных заданий и сдача зачета.
Для студентов заочной формы обучения контрольная работа является формой методической помощи при изучении курса. Решения задач и ответы на теоретические вопросы должны быть коротко и четко обоснованы. При решении задач нужно приводить весь ход решения и математические преобразования, избирая простейший путь решения. Контрольная работа должна быть аккуратно оформлена. Для замечаний рецензента надо оставлять достаточно широкие поля, писать четко и ясно. Номера и условия задач следует переписывать в том порядке, в каком они указаны в задании. В конце работы следует привести список использованной литературы с указанием года издания. Работа должна быть датирована и подписана студентом. Каждый студент выполняет вариант контрольных заданий, обозначенный двумя последними цифрами номера зачетной книжки. Таблица вариантов контрольных заданий приведена в конце пособия. Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, преподавателем не рецензируется и не зачитывается. Если контрольная работа не зачтена, ее нужно выполнить повторно с учетом указаний рецензента и выслать на рецензирование вместе с не зачтенной работой. Исправления следует выполнять в конце тетради, а не в рецензируемом тексте.
Рекомендуемая литература
1. Глинка, Н. Л. Общая химия. – М.: КноРус, 2009. - 746 с.
2. Некрасов, Б. В. Основы общей химии. - СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2003 - Т. 1. - 656 с.
3. Некрасов, Б. В. Основы общей химии - СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2003 - Т. 2. - 688 с.
4. Теоретические основы общей химии / А. А. Гуров [и др.]. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. - 719 с.
5. Глинка, Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии. - М.: Интеграл-Пресс, 2008. - 240 с.
6. Задачи и упражнения по общей химии/ под ред. Н.В. Коровина. - М.: Высш. шк., 2003. - 255 с.
7. Пузаков, С. А. Сборник задач и упражнений по общей химии. - М.: Высш. шк., 2004. - 255 с.
TEМА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ.
Пример 1. Какой объем при температуре 20о С и давлении 250 кПа аммиак массой 51 г?
Решение: Вычислить объем газа можно, используя уравнение Менделеева - Клайперона: pV = mRT/ M, где m - масса газа; M - молярная масса газа; R - универсальная газовая постоянная, значение которой определяется принятыми единицами измерения. Если давление измерять в Па, а объем в м3, то R= 8,314 ´ 103 Dж / кмоль К .
Находим объем газа по уравнению Менделеева-Клайперона, предварительно определив молярную массу аммиака M(NH3) = 17 г/ моль,
V= 51 ´ 8,314 ´ 293 / 250 ´ 17 = 29,2 л.
Пример 2. Газообразное вещество занимает объем 2,56 л при температуре 37o C и давлении 2,0 ´ 105 Па. Какой объем займет газ при нормальных условиях?
Решение: Для приведения объема газа к нормальным условиям пользуются общей формулой, объединяющей законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:
PV/ T = P0V0/ T0 ; V0 = PVT0 / P0T = 2,0 ´ 10 5 Па ´ 2,56 л ´ 273К / 1,03 ´ 105 Па ´ 310 К = 4,45л.
где T0 = 273 K; T = 373 + 37 = 310 K ; P0 = 1,013 ´ 105 Па.
Пример 3. В состав вещества входят 30, 7 % калия, 25,2 % серы и 44% кислорода. Вывести простейшую формулу этого соединения.
Решение: Простейшая формула показывает только соотношение между числом атомов различных элементов в молекуле вещества. Для вывода простейшей формулы сложного вещества достаточно знать его количественный состав и атомные массы элементов, его образующих.Формулу искомого вещества можно представить как Kx SyOz. Находим соотношение между числом атомов калия, серы и кислорода в молекуле делением содержания (%) каждого элемента в молекуле на его атомную массу.
Согласно условию задачи M (K) = 39 г/моль; M (S) = 32 г/моль; M (О) = 16 г/моль. Находим отношения числа атомов:
K : S : O = 30,7 / 39 : 25,2 / 32 : 44 / 16 = 0,785 : 0,786 : 2,750 = 1 : 1 : 3,5
K : S : O = 2 : 2 : 7 . Искомая формула соединения K2S2O7.
Пример 4. Элемент образует гидрид, где его массовая доля 75%. Определите эквивалентную массу элемента.
Решение: Эквивалентом элемента называется такое его количество, которое соединяется с одним молем атомов водорода или замещает его в химических реакциях. Массу одного моля эквивалента элемента называют молярной массой эквивалента. Эта задача решается на основе закона эквивалентов, согласно которому химические элементы (сложные вещества) соединяются между собой или замещают друг друга в количествах, пропорциональных их молярным массам эквивалентов.
Вычислим массовую долю водорода в гидриде
w (Э) = 100% - 75% = 25%
Согласно закону эквивалентов m (Э) / m ( H ) = M Э(Э) / M Э (H) . При образовании 100 г гидрида 25 г водорода соединяются с 75 г элемента. Исходя из этого
MЭ(Э) = 1 г/моль ´ 75г / 25 г = 3 г/моль
Пример 5. При сгорании 15 г металла образуется 28,32 г оксида металла. Вычислите эквивалентную массу металла.
Решение: Эквивалентная масса кислорода MЭ (О) = 8 г/моль. Масса кислорода в оксиде m (O) = 28,32 - 15,00 = 13,32 г. Тогда согласно закону эквивалентов:
MЭ(Ме) = МЭ(О) ´ m(Me) / m (O) = 8 г/моль ´ 15г / 13,32 г = 9 г/моль.
Пример 6. Рассчитайте молярную массу эквивалента металла, если 1,168 г его вытеснили из кислоты 438 мл водорода, измеренного при 17оС и давлении 98642 Па.
Решение: Приведем объем вытесненного водорода к нормальным условиям, воспользовавшись объединенным газовым уравнением
V0 = P ´ V ´ Т0 / P0 ´ Т = 98642 ´ 438 ´ 273 / 1,013 ´ 10 5 ´ 298 = 401,5 мл
Эквивалентный объем водорода VЭ (H2) = 11,2 л/моль при нормальных условиях, поэтому
m(Me) / V ( H2 ) = MЭ (Ме) / VЭ ( H2) ; MЭ (Me)= 1,168г ´ 11,2 г/моль / 0,4015л = 32,58 г/моль.
Пример 7. На нейтрализацию 0,471 г фосфористой кислоты израсходовано 0,644 KOH. Вычислите молярную массу эквивалента кислоты.
Решение: Эквивалентная масса КОН равна ее молярной массе, так как основание содержит одну гидроксогруппу и составит MЭ (КОН) = 56 г/моль. Тогда согласно закону эквивалентов:
m (кислоты) / m (КОН) = MЭ ( кислоты) / MЭ (КОН) ;
MЭ (кислоты) = 56 г/моль ´ 0,471 г / 0, 644 г = 40, 96 г/моль
1. Вещество состоит из Na, C и О. Массовые доли элементов соответственно равны: 43,4% , 11,3 % , 45,3 % . Какова его формула?
2. Вещество содержит 27 % кремния и 73 % фтора. Плотность по водороду равна 52. Вывести формулу вещества.
3. Определить формулу вещества, если известен его состав: медь - 40 % , сера - 20 %, кислород - 40 % .
4. Вывести формулу вещества, если массовые доли составляющих его элементов соответственно равны: натрия - 0,3243, серы - 0,2255, кислорода - 0,4502.
5. Два оксида свинца соответственно содержат а) 92,8 % свинца и 7,2 % кислорода; 86,6 свинца и 13, 4 % кислорода. Определить формулы оксидов.
6. Вещество содержит 30% мышьяка и 70 % хлора. Вывести его формулу.
7. Вещество содержит 20 % кальция, 48 % молибдена и 32 % кислорода. Какова его формула?
8. Соединение содержит 21, 83 % магния, 27, 85 % фосфора и 50,32 % кислорода. Вывести простейшую формулу соединения.
9. Вывести истинную формулу соединения, молекулярная масса которого равна 84, а содержание элементов следующее: магния - 28,5 %, углерода - 14,3 % и кислорода - 57, 2 %.
10. Драгоценный камень изумруд содержит 5 % бериллия, 10 % алюминия, 31 % кремния и 54 % кислорода. Зеленая окраска его вызвана ничтожной примесью соединений хрома. Вывести простейшую формулу изумруда.
11. Минерал бирюза содержит 24,8 % алюминия, 2,3 % водорода, 14,2 % фосфора, 57,8 % кислорода и ничтожные примеси меди, обуславливающие окраску минерала. Вывести простейшую формулу вещества этого минерала.
12. Вывести истинную формулу соединения, молекулярная масса которого равна 136, а содержание элементов следующее: кальция - 29,4 % , водорода - 0,74 %, фосфора - 22,8 % и кислорода - 47, 06 %.
13. Вывести простейшую формулу соединения, содержащего 44,87 % калия, 18,40 % серы и 36, 73 % кислорода.
14. Соединение содержит 21,83 % магния, 27,85 % фосфора и 50,32 % кислорода. Вывести простейшую формулу соединения.
15. Вывести истинную формулу соединения, молекулярная масса которого равна 85, а содержание элементов следующее: 27,08 % натрия, 16,47 % азота и 56, 45 % кислорода.
16. Сколько г кальция вступило в реакцию с водой, если объем выделившегося газа при 250С и 745 мм рт ст равен 480 мл? Ответ: 0,8 г.
17. Сколько л водорода при 120 С и 770 мм рт ст выделится при взаимодействии 1 кг цинка с соляной кислотой? Ответ: 344,45 л.
18. Сколько л кислорода при нормальных условиях требуется для сжигания серы массой 6,4 г и алюминия массой 5,4? Ответ: 7,84 л.
19. Сколько весит 1 л хлора при нормальных условиях, какова его плотность по воздуху? Какой объем занимают 142 г хлора при нормальных условиях? Ответ: 3,16 г; 2,44; 44,8 л.
20. При нормальных условиях 500 мл газа имеют массу 1,8 г. Определить плотность газа по воздуху и его молекулярную массу. Ответ: 80,4 г/ моль; 2,78.
21. Аммиак при давлении 454,2 мм рт ст и температуре 180 С занимает объем 832 мл. Определить число молей и массу аммиака. Ответ: 0,02 моль; 0,35 г.
22. 0,111 г некоторого газа заняли 25 мл при 170 С и 780 мм рт ст. Вычислить молекулярную массу газа. Ответ: 103 г/моль.
23. Вычислить массу 450 мл диоксида серы при 800 С и 740 мм рт ст. Ответ: 0, 968 г.
24. Какой объем водорода при нормальных условиях выделится при действии избытка соляной кислоты на 130 г цинка? Ответ: 44, 8 л.
25. Сколько л кислорода при 210 С и 784 мм рт ст выделится при разложении 490 г бертолетовой соли? Ответ: 140,3 л.
26. В закрытом баллоне находится 160 г кислорода под давлением 1 атм и 120 С. Вычислить массу углекислого газа в объеме баллона, если газ находится под давлением 2 атм. и 370 С . Ответ: 119,6 г.
27. Вычислить массу: а) 1 л водорода при 100 С и 720 мм рт ст ; б) 8 л кислорода при 130 С и 780 мм рт ст ; в) 224 л углекислого газа при 270 С и 1,5 атм. Ответ: а) 0,08 г; б) 11,2 г ; в) 600,6 г.
28. Какой объем в мл займут при нормальных условиях: а) 0,85 г аммиака; б) 1,4 г этилена; в) 128 мг иодоводорода; г) 17 мг фосфина? Ответ: а) 1,12 л; б) 1,12 л; в) 0,0224 л; г) 0,0112 л.
29. При разложении нитрита аммония получено 7 л азота при температуре 270 С и давлении 760 мм рт ст. Сколько соли было подвергнуто разложению? Ответ: 21 г.
30. Неизвестное вещество массой 0,582 г находится в парообразном состоянии при температуре 350 С и давлении 0,99 х 105 Па и занимает объем 205 мл. Определить его молярную массу. Ответ: 73,4 г/моль.
31. При взаимодействии 3,24 г трехвалентного металла с кислотой выделяется 4,03 л водорода, измеренного при нормальных условиях. Вычислить молярную массу эквивалента металла и его атомную массу. Ответ: 9 г/моль; 27 г/моль.
32. Рассчитать молярную массу эквивалента металла, если при соединении 7,2 г металла с хлором было получено 28,2 г соли. Молярная масса эквивалента хлора равна 35,45 г/моль. Ответ: 12, 15 г/моль.
33. При нагревании 20,06 г металла было получено 21,66 оксида. Найдите молярную массу эквивалента металла. Ответ: 100,3 г/моль.
34. Вычислите молярную массу эквивалента цинка, если 1,168 г его вытеснили из кислоты 438 мл водорода, измеренного при 170 С и давлении 98642 Па . Ответ: 32,62 г/моль.
35. На нейтрализацию 0,471 г фосфористой кислоты израсходовано 0,644 г гидроксида калия. Вычислить молярную массу эквивалента кислоты. Ответ: 40,95 г/моль.
36. Определите молярную массу эквивалента двухвалентного металла, если 14,2 г оксида этого металла образуют 30,2 г сульфата металла. Ответ: 27,5 г/моль.
37. Определите молярную массу эквивалента двухвалентного металла, если из 48,15 г его оксида можно получить 88,65 г его нитрата. Ответ: 56,2 г/моль.
38. Рассчитайте молярную массу эквивалента кислоты, если на нейтрализацию 0,009 кг ее израсходовано 0,008 кг гидроксида натрия. Ответ: 45 г/моль.
39. При пропускании сероводорода через раствор, содержащий 2,98 г хлорида некоторого одновалентного металла, образуется 2,2 г его сульфида. Вычислить молярную массу эквивалента металла. Ответ: 39 г/моль.
40. Металл массой 2 г соединяется с 17,78 г брома и 3,56 г серы. Молярная масса эквивалента серы равна 16 г/моль. Определить молярные массы эквивалентов металла и брома. Ответ: 9 г/моль; 80 г/моль.
41. Металл массой 0,150 г вытесняет из раствора никелевой соли никель массой 0,367 г , а из раствора кислоты водород объемом 140 мл при нормальных условиях. Определить молярную массу эквивалента никеля. Ответ: 29, 4 г /моль.
42. В оксиде металла массовая доля кислорода равна 28,57 % . В его же соединении со фтором - массовая доля фтора равна 48,72 %. Определите молярную массу эквивалента фтора. Ответ: 19 г/ моль.
43. При восстановлении водородом оксида металла массой 2,68 г образовалась вода массой 0,648 г. Вычислите молярную массу эквивалента металла. Ответ: 29,2 г /моль.
44. Элемент образует гидрид, где его массовая доля равна 75 %. Определите молярную массу эквивалента металла. Ответ: 3 г / моль.
45. Алюминий массой 0,752 г при взаимодействии с кислотой вытеснил водород объемом 0,936 л при нормальных условиях. Определите эквивалентный объем водорода. Молярная масса эквивалента алюминия равна 8,99 г/ моль. Ответ: 11,19 л.