138. Для восстановления 15,9 г хлорида железа было израсходовано 2,8 л водорода, приведенного к нормальным условиям. Рассчитать эквивалентную массу хлорида железа.
139. При сгорании 5,0 г металла образуется 9,44 г оксида металла. Определить эквивалентную массу металла.
140. Установлено, что 1,0 г некоторого металла соединяется с 8,89 г брома или с 1,78 г серы. Найти эквивалентные массы брома и металла, зная, что эквивалентная масса серы равна 16,0 г/экв.
141. Из 0,493 г хлорида металла после обработки нитратом серебра образовалось 0,861 г хлорида серебра. Вычислить эквивалентную массу металла.
142. Металл образует два хлорида с содержанием хлора 37,45 и 54,51 %. Вычислить эквиваленты металла в каждом соединении, приняв эквивалентную массу хлора равной 35,5 г/экв.
143. При взаимодействии 0,8 г гидразина и 2,45 г серной кислоты образовалось 3,25 г соли. Вычислить эквивалентные массы гидразина и образовавшейся соли.
144. На нейтрализацию 2,45 г кислоты идет 2,0 г гидроксида натрия. Определить эквивалентную массу кислоты.
145. Металл образует два хлорида, содержащие соответственно 73,86 и 84,96 % металла. Вычислить эквивалентные массы металла в каждом соединении.
146. Эквивалентная масса металла 8,99 г/экв. Какой объем водорода при 3 °С и 106,6 кПа выделится при взаимодействии 0,449 г металла с соляной кислотой?
147. На нейтрализацию 1 г кислоты пошло 1,247 г КОН. Найти эквивалентную массу кислоты.
148. Из 2,5 г некоторого металла получили фосфат этого металла. Какова масса фосфата металла, если эквивалентная масса металла равна 4,5 г/моль?
149. Найти эквивалентную массу металла, если из 1,35 г его оксида получено 3,15 г нитрата.
150. При взаимодействии 6 г некоторого вещества с 2,768 г хлороводородной кислоты получили 4,43 г соли. Вычислить эквивалентные массы вещества и соли.
151. При 700 °С восстанавливают хлорид железа (степень окисления железа неизвестна) до металлического железа. Какова эквивалентная масса хлорида железа и какова его формула, если на восстановление 15,9 г этого хлорида израсходовали 2,8 л водорода, приведенного к нормальным условиям?
152. Металл образует два хлорида с содержанием хлора 37,45 и 54,51 %. Вычислить эквиваленты металла в каждом соединении, считая эквивалентную массу хлора равной 35,5.
153. На восстановление 8 г оксида металла до металла потребовалось 2,24 л водорода, приведенного к нормальным условиям. Найти эквивалентную массу металла.
154. Некоторое количество металла соединяется с 0,0312 г кислорода или с 0,3125 г одного из галогенов. Вычислить эквивалентную массу галогена и определить, что это за галоген.
155. Сколько металла вступило в реакцию с кислотой, если при этом выделилось 250 мл водорода, приведенного к нормальным условиям? Эквивалентная масса металла равна 9 г/экв.
156. Вычислить эквивалентную массу металла и его оксида, если 0,18 г металла соединяется с 84 мл кислорода, приведенного к нормальным условиям.
157. На нейтрализацию 2 г щелочи потребовалось 0,25 г кислоты, эквивалентная масса которой 100,5 г/моль. Определить эквивалентную массу щелочи.
158. Определить эквивалентные массы некоторого металла и никеля, если 0,075 г металла вытесняют из раствора никелевой соли 0,1835 г никеля, а из раствора кислоты – 70 мл водорода, приведенного к нормальным условиям.
159. Кусок металла, эквивалентная масса которого 29,335 г/моль, вытесняет из кислоты 105 мл водорода, приведенного к нормальным условиям. Определить эквивалентную массу металла.
160. Определить эквивалентную массу щелочи, зная, что 0,2 г ее взаимодействуют с 0,271 г хлорного железа, эквивалентная масса которого 54,08 г/экв.
161. При восстановлении 1,252 г оксида металла получено 1 г металла. Определить эквивалентные массы металла и его оксида.
162. При синтезе аммиака израсходовано 22,4 мл азота, приведенного к нормальным условиям. Сколько аммиака может быть при этом теоретически получено?
163. При сжигании 3 кг каменного угля получили 5,3 м3 CO2, приведенного к нормальным условиям. Какова массовая доля углерода в данном образце каменного угля?
164. Какой объем воздуха, приведенного к нормальным условиям, потребуется для обжига пирита по реакции 4 FeS2 + 11 O2 ® ® 2 Fe2O3 + 8 SO2, чтобы получить 1000 м3 оксида серы (IV). Объемное содержание кислорода в воздухе 21 %.
165. Вычислить, какой объем воздуха, приведенного к нормальным условиям, потребуется для обжига 2 т пирита, содержащего 92 % FeS2. Объемное содержание кислорода в воздухе 21 %.
166. Какая масса раствора серной кислоты концентрацией 70 % потребуется для получения ортофосфорной кислоты из 200 кг фосфорита, содержащего 70 % Ca3(PO4)2, по реакции Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 ® 2H3PO4 + 3CaSO4?
167. Для получения оксида магния из металлического магния потребовалось 5 л воздуха, измеренных при температуре 27 °С и давлении 1,3 атм. В воздухе содержится 21 % кислорода. Сколько оксида магния можно при этом получить?
168. Основной минерал, содержащий олово, – касситерит (SnO2). Металлическое олово из него получают восстановлением коксом. При этом выделяется оксид углерода (IV). Какой объем оксида углерода выделится при восстановлении 3,02 кг касситерита, если процесс вести при температуре 127 °С и давлении 1,5 атм?
169. Какой объем печных газов (25 °С, 760 мм рт. ст.), содержащих 10 % сернистого газа*, получается при обжиге 1 т серного колчедана, содержащего 45 % серы, если при этом 1,6 % серы не сгорает?
170. При прокаливании доломита CaCO3∙MgCO3 образуется углекислый газ. Рассчитать объем углекислого газа, если процесс протекает при температуре 227 °С и давлении 1,4 атм.
171. При действии воды на карбид кальция образовалось 50 л ацетилена, измеренных при температуре 17 °С и давлении 1,5 атм. Какова масса полученного ацетилена?
172. При обжиге известняка образуются негашеная известь (СаО) и углекислый газ. Сколько известняка, содержащего 92 % карбоната кальция, потребуется для получения 112 л углекислого газа, измеренного при температуре 127 °С и давлении 11 атм.?
173. Для производства серной кислоты взяли 224 л сернистого газа, измеренного при температуре 37 °С и давлении 1,8 атм. Сколько серной кислоты при этом получится, если выход готового продукта составляет 80 % от теоретического?
174. При коррозии железа выделилось 0,422 л водорода, измеренного при 7 °С и давлении 741 мм рт. ст. определить, какое количество железа прокорродировало, если первоначально образуется соединение железа (II).
175. Какой объем углекислого газа необходимо отвести из печи при обжиге 1 т кальцита СаСО3 при 800 °С и давлении 800 мм рт. ст.?
176. Какой объем сернистого газа может быть получен при обжиге 1 т хвостов флотации сульфидных руд, содержащих 70 % пирита, если газ собирают в емкости под давлением 2 атм при температуре 30 °С? Обжиг пирита производится по реакции 4 FeS2 + 11 O2 ® 2 Fe2O3 + 8 SO2.
177. Сульфид натрия получают в промышленности по реакции Na2SO4 + 2 C ® Na2S + 2 CO2. Какой объем углекислого газа следует отвести из печи при получении 1 т сульфида натрия с содержанием чистого вещества 68 % при 1200 °С и давлении 820 мм рт. ст.?
178. Горячий KOH реагирует с хлором по реакции 6 KOH + 3 Cl2 ® 5 KCl + KClO3 + 3 H2O. Сколько KOH потребуется для взаимодействия с 0,8 л хлора при 7 °С и 98,64 кПа?
179. При прокаливании пирита (FeS2) массой 20 т был получен оксид серы (IV) объемом 7000 м3, приведенного к нормальным условиям. Определить чистоту пирита и объем воздуха, необходимый для обжига пирита?
180. Сколько граммов кальция вступило в реакцию с водой, если объем выделившегося водорода при 25 °С и 99,3 кПа равен 480 мл?
181. Порошок латуни (сплав меди с цинком) массой 10 г обработали избытком соляной кислоты и получили 1,3 л водорода, измеренного при 18 °С и 90000 Па. Каков процентный состав сплава?
182. В электрической печи из 20 кг технического оксида кальция было получено 16 кг карбида кальция по реакции: СаО + 3 С = СаС2 + СО. Определить массовую долю примесей в оксиде кальция и теоретический объем СО при температуре 546 °С и давлении 101,3 кПа, а также массу необходимого для реакции углерода.
183. Для очистки типографского шрифта от вредных примесей цинка в его расплав добавляют хлорид аммония, который реагирует с находящимся в сплаве цинком по реакции 2 NH4Cl + Zn → → ZnCl2 + 2 NH3 + H2. Образующийся хлорид цинка всплывает на поверхность расплава в виде шлака. Хлорид аммония добавляют в расплав из расчета 2,5 кг на 1 кг цинка. Соответствует ли это количество NH4Cl теоретическому?
184. Соляной кислотой обработали 100 г почвы. При этом получили 500 мл углекислого газа, измеренного при 25 °С и 1 атм. Определить процентное содержание карбонатов в почве.
185. Хлороводород, образовавшийся при действии серной кислоты на 19 г безводного хлорида магния, пропустили через раствор, содержащий 10 г гидроксида калия. Раствор выпарили. Какое вещество и в каком количестве при этом получилось?
186. При действии на 5,1 г плотного известняка избытком соляной кислоты выделилось 1,12 л СО2, приведенного к нормальным условиям. Сколько процентов карбоната кальция содержится в данном известняке?
187. Для получения оксида магния из металлического магния потребовалось 5 л воздуха, измеренных при температуре 27 °С и давлении 1,3 атм. В воздухе содержится 21 % кислорода. Сколько оксида магния можно при этом получить?
188. Навеску 9,13 г магнезита обработали избытком азотной кислоты. Выделившийся газ поглотили раствором гидроксида натрия. Масса раствора щелочи после поглощения ею газа увеличилась на 4,4 г. Определить процентное содержание карбоната магния в магнезите.
189. Составить уравнение реакции горения сероуглерода и вычислить измеренный при 100 °С и 780 мм рт. ст. объем газообразных продуктов, которые получаются сжиганием 25 г CS2.
190. Вычислить объем кислорода, полученный при разложении 15 г бертолетовой соли KClO3 при 25 °С и 1 атм.
191. Чистый металлический порошок цинка массой 50 г внесли в раствор комплексной соли золота K[Au(CN)2] при перемешивании раствора. Вес металлического осадка после опыта составил 69,7 г. Сколько граммов цинка перешло в раствор и каково содержание золота в осадке?
192. Какая масса известняка, содержащего 90 % карбоната кальция, потребуется для получения 7 т негашеной извести (СаО)?
193. Какое вещество и в каком количестве останется в избытке после смешения растворов, содержащих 15 г хлорида бария и 11 г сульфата натрия?
194. Смешали два раствора, содержащих 8,55 г нитрата свинца (II) и 3,75 г соляной кислоты. Какое вещество и в каком количестве останется в избытке?
195. Какое вещество и в каком количестве останется в избытке в результате реакции между 14 г оксида кальция и 32 г азотной кислоты?
196. Какое вещество и в каком количестве останется в избытке в результате реакции между 4 г оксида магния и 10 г серной кислоты?
197. Смешаны растворы, содержащие 17 г нитрата серебра и 15,9 г хлорида кальция. Какое вещество и в каком количестве останется в избытке?
4. Растворы
4.1. Концентрации растворов
Раствор – гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более компонентов, состав которой может непрерывно изменяться в определенных пределах. По агрегатному состоянию растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми.
В растворах выделяют растворитель и растворенное вещество. Растворителем называют компонент, который образует непрерывную среду. остальные компоненты, которые распределены в среде растворителя в виде дискретных частиц, называются растворенными веществами. Состав раствора (концентрация) чаще всего выражается следующими способами.
· Массовая доля или процентное содержание – соотношение масс растворенного вещества m в и раствора m р-р, выраженное в долях или процентах:
. (4.1)
· Концентрация, выраженная в граммах на литр, показывает, какая масса растворенного вещества m в, выраженная в граммах, содержится в единице объема раствора V р-р:
(4.2)
· Молярная концентрация, или молярность, – число молей растворенного вещества n в в 1 дм3 (1 л) раствора:
. (4.3)
· Моляльная концентрация, или моляльность, – число молей растворенного вещества, приходящееся на 1 кг растворителя:
. (4.4)
· Мольная доля или мольные проценты – число молей компонента (растворителя или растворенного вещества), содержащееся в одном моле раствора:
. (4.5)
· Нормальная концентрация, или нормальность, – количество эквивалентов n эв растворенного вещества, содержащееся в 1 л раствора:
, (4.6)
где z – количество обменных эквивалентов растворенного вещества, содержащееся в 1 моль вещества.
Для кислот z соответствует основности кислоты, т.е. числу атомов водорода в составе кислоты, обмениваемых в данной реакции на металл или нейтрализуемых основанием.
Для оснований z соответствует кислотности основания, т.е. числу гидроксильных групп в составе основания, обмениваемых на кислотный остаток или нейтрализуемых кислотой.
Для солей z рассчитывают как произведение числа атомов и степени окисления металла в составе соли.
Для окислителей и восстановителей в окислительно-восстановительных реакциях z – изменение их степени окисления в ходе реакции.
Пример 1. Раствор серной кислоты в воде с концентрацией 16 % (по массе) имеет плотность d = 1,109 г/см3. Выразить концентрацию этого раствора всеми возможными способами.
Решение. 1. Выделим мысленно 1 кг раствора и установим его объем:
.
2. Определим массу растворенного вещества (H2SO4) по формуле (4.1):
3. По формуле (4.2) рассчитаем концентрацию раствора серной кислоты
4. Найдем число молей серной кислоты:
5. По формуле (4.3) вычислим молярную концентрацию раствора серной кислоты:
6. Найдем массу растворителя (Н2О):
7. По формуле (4.4) вычислим моляльную концентрацию раствора серной кислоты:
8. Найдем число молей воды:
9. По формуле (4.5) вычислим мольную долю серной кислоты:
10. По формуле (4.6) определим нормальную концентрацию раствора серной кислоты (для серной кислоты количество обменных эквивалентов в 1 моль вещества z = 2):
Пример 2. Какой объем раствора серной кислоты концентрацией 10 % (d = 1,066 г/см3) требуется для приготовления 200 мл 1 н. раствора?
Решение. 1. найдем массу серной кислоты, содержащейся в 200 мл 1 н. раствора. Для этого вычислим молярную концентрацию раствора по формуле (4.3): 
а также количество вещества серной кислоты 
и ее массу 
.
2. Подставим найденную массу серной кислоты в уравнение (4.1) и вычислим объем 10-процентного раствора:
Пример 3. Какой объем воды следует добавить к 500 мл раствора, содержащего 40 г сульфата никеля, чтобы понизить его концентрацию до 0,05 моль/л?
Решение. По уравнению (4.3) вычислим объем 0,05 М раствора:
и объем воды:
.
Пример 4. Найти молярную концентрацию раствора карбоната натрия, полученную при смешивании 600 мл 2,15-процентного раствора (d = 1,02 /см3) и 200 мл 8,82-процентного раствора (d = 1,09 г/см3).
Решение. Количество вещества карбоната натрия в каждом из смешиваемых растворов соответственно
Молярная концентрация полученного раствора
Пример 5. Какой объем раствора серной кислоты концентрацией 0,42 моль/л потребуется для нейтрализации 20 мл раствора гидроксида калия концентрацией 6 % (d = 1,053 г/см3)?
Решение 1. Составим уравнение реакции:
2KOH + H2SO4 ® K2SO4 + 2H2O.
2. С учетом уравнения (4.1) найдем количество вещества KOH
3. По уравнению реакции на 2 моль KOH приходится 1 моль Н2SO4, следовательно, для реакции с 0,02 моль гидроксида калия требуется 0,01 моль серной кислоты.
4. По уравнению (4.3) найдем объем раствора серной кислоты:
Задание I. Выразить концентрацию заданного в табл.4.1 раствора всеми возможными способами.
Таблица 4.1
| Задача | Вещество | Концентрация раствора | Плотность раствора, г/см3 |
| H2SO4 | 15 % | 1,1 | |
| H3PO4 | 2,79 моль/л | 1,115 | |
| BaCl2 | 1,69 моль/л | 1,28 | |
| FeSO4 | 0,3 экв/л | 1,02 | |
| AlCl3 | 0,55 % | 1,007 | |
| CaCl2 | 22 % | 1,203 | |
| Na2CO3 | 0,39 моль/л | 1,019 | |
| HCl | 0,4 мол. % | 1,002 | |
| KOH | 3 мол. % | 1,073 | |
| NaOH | 13 % | 1,142 | |
| Al2(SO4)3 | 0,15 экв/л | 1,009 | |
| KMnO4 | 0,25 экв/л | 1,027 | |
| K2Cr2O7 | 0,18 моль/кг | 1,033 | |
| CrCl3 | 0,6 экв/л | 1,022 | |
| CdCl2 | 0,5 моль/л | 1,08 | |
| MnCl2 | 10 % | 1,086 | |
| Hg(NO3)2 | 0,25 моль/л | 1,174 | |
| ZnSO4 | 1,374 экв/л | 1,107 | |
| KOH | 34 % | 1,336 | |
| MgSO4 | 20 % | 1,219 | |
| H2SO4 | 1,56 моль/л | 1,095 | |
| H3PO4 | 7,3 мол. % | 1,181 | |
| NaBr | 5,8 мол. % | 1,21 | |
| NaCl | 7,1 мол. % | 1,147 | |
| HCl | 17,4 мол. % | 1,149 | |
| H2SO4 | 3,4 мол. % | 1,109 | |
| KOH | 6,3 мол. % | 1,147 | |
| H2SO4 | 5,9 мол. % | 1,18 | |
| KOH | 8,107 экв/л | 1,336 | |
| Pb(NO3)2 | 30 % | 1,328 | |
| H3PO4 | 30 % | 1,181 | |
| NaBr | 26 % | 1,21 | |
| NaCl | 15 % | 1,109 | |
| КОН | 560 г/л | 1,411 | |
| H3PO4 | 855 г/л | 1,426 |
Окончание табл.4.1
| Задача | Вещество | Концентрация раствора | Плотность раствора, г/см3 |
| H3PO4 | 3 мол. % | 1,08 | |
| HNO3 | 10,4 экв/л | 1,31 | |
| H2SO4 | 40 % | 1,303 | |
| ZnSO4 | 87 г/л | 1,084 | |
| H2SO4 | 30 % | 1,218 | |
| КОН | 0,12 моль/кг | 1,0 | |
| HNO3 | 10,4 н. | 1,31 | |
| NH4OH | 9 % | 0,961 | |
| NaCl | 4,5% | 1,03 | |
| CuSO4 | 1,037 моль/кг | 1,206 | |
| FeCl3 | 1,9 моль/л | 1,234 | |
| NH4OH | 10 % | 0,957 | |
| H2SO4 | 20 % | 1,139 | |
| H3PO4 | 24 % | 1,14 | |
| BaCl2 | 10 % | 1,092 |
Задание II. Решить задачи.
51. Какой объем 88-процентного раствора серной кислоты плотностью 1,8 г/см3 надо взять, чтобы приготовить 2 л этой же кислоты концентрацией 2,36 моль/л?
52. Какое количество миллилитров 12 н. раствора едкого кали (КОН) надо взять, чтобы приготовить 500 мл 15-процентного раствора едкого кали плотностью 1,14 г/см3?
53. Какое количество воды надо добавить к 200 мл 52-процентного раствора едкого натра плотностью 1,35 г/см3, чтобы получить раствор с концентрацией 2,78 моль/л?
54. Раствор серной кислоты концентрацией 3 моль/л имеет плотность 1,18 г/см3. Какое количество воды надо добавить к 118 г этого раствора, чтобы получить раствор с концентрацией 12 %?
55. Сколько воды надо добавить к 125 мл 26-процентного раствора соляной кислоты плотностью 1,13 г/см3, чтобы получить раствор с концентрацией 14,5 %?
56. Какое количество воды надо добавить к 150 г раствора хлорида бария в воде (концентрация 2 экв/л, плотность 1,2 г/см3), чтобы получить раствор с концентрацией 8 %?
57. Какое количество миллилитров раствора фосфорной кислоты, мольная доля которого 0,01 (плотность раствора 1,025 г/см3), надо взять, чтобы получить 200 г раствора с концентрацией 2,6 %?
58. Сколько миллилитров 2,25 М раствора хлорида калия надо взять, чтобы приготовить 1,5 л 6-процентного раствора плотностью 1,04 г/см3?
59. Какой объем раствора соляной кислоты (концентрация 38 %, плотность 1,189 г/см3) потребуется для приготовления 250 мл 0,08 н. раствора?
60. Сколько миллилитров раствора серной кислоты (концентрация 96 %, плотность 1,84 г/см3) потребуется для приготовления 2 л 0,25 н. раствора?
61. Сколько граммов едкого кали надо взять для приготовления 2 л раствора концентрацией 10 % и плотностью 1,09 г/см3?
62. Какой объем раствора серной кислоты (концентрация 98 %, плотность 1,837 г/см3) надо взять для приготовления 500 мл 0,1 н. раствора?
63. Какой объем 3 н. раствора фосфорной кислоты надо взять для приготовления 1 л 0,5 М раствора?
64. Как приготовить 500 мл 0,5 н. раствора соды из 2 н. ее раствора?
65. Сколько миллилитров воды надо прибавить к 300 мл раствора едкого кали, (концентрация 25 %, плотность 1,236 г/см3), чтобы получить 8-процентный раствор?
66. Какой объем азотной кислоты (концентрация 56 %, плотность 1,345 г/см3) потребуется для приготовления 1 л 0,1 М раствора?
67. Сколько миллилитров воды надо прибавить к 100 мл раствора серной кислоты (концентрация 48 %, плотность 1,376 г/см3), чтобы получить 0,5 н. раствор?
68. До какого объема надо разбавить 200 мл 1 н. раствора хлорида натрия, чтобы получить раствор концентрацией 4,5 % и плотностью 1,029 г/см3?
69. Сколько граммов сульфата натрия надо прибавить к 1 л раствора (концентрация 10 %, плотность 1,09 г/см3), чтобы получить 15-процентный раствор?
70. Сколько воды надо прибавить к 200 мл раствора азотной кислоты (концентрация 32 %, плотность 1,193 г/см3), чтобы получить 10-процентный раствор?
71. Сколько раствора соляной кислоты (концентрация 36 %, плотность 1,179 г/см3) потребуется для приготовления 1 л 0,5 н. раствора?
72. Сколько воды надо добавить к 50 мл 2 н. раствора, чтобы получить 0,25 н. раствор?
73. Сколько граммов хлорида аммония надо добавить к 5 л 2,1 М раствора плотностью 1,054 г/см3, чтобы получить 20-процентный раствор?
74. Сколько граммов едкого натра надо взять для приготовления 2 л раствора концентрацией 10 % и плотностью 1,080 г/см3?
75. Как приготовить 1 л 1 н. раствора KOH из 49-процентного раствора той же щелочи плотностью 1,5 г/см3?
76. Имеется раствор серной кислоты (концентрация 80 %, плотность 1,732 г/см3). Как из него приготовить 2 л 6 М раствора H2SO4?
77. Сколько серной кислоты (концентрация 60 %, плотность 1,503 г/см3) надо взять для приготовления 10 л 0,1 н. ее раствора?
78. Сколько воды надо испарить, чтобы из 10 л 0,25 М раствора ортофосфорной кислоты получить 6 М раствор?
79. В лаборатории имеется 20 кг 12-процентного раствора поташа K2CO3. Сколько килограммов технического поташа, содержащего 8 % посторонних примесей, надо взять для повышения концентрации имеющегося раствора до 20 %?
