Задачи на «смеси», «материальный баланс»

Урок химии в 9 классе

Тема: Задачи на «смеси», «материальный баланс»

Цель: рассмотреть типы смесей, составить алгоритм решения и привести примеры.

Задачи:

- установить типы смесей по составу и способу математического решения их;

- отработать электролиз расплавов и растворов на примерах усложненных и комбинированных заданий.

Ход работы.

Объяснение учителя:

Смеси – это системы, состоящие из двух или более компонентов. Смеси различают механические (твердые, жидкие и газообразные) и сплавы (твердые смеси). Простейшая по составу смесь состоит из двух компонентов.

Компоненты смеси могут реагировать с действующим на них веществом по – разному:

- могут реагировать оба, но образовывать разные продукты, например, кальций с поверхности покрыт оксидной пленкой и при действии на него соляной кислоты выделяется водород, который может помочь установить количественный состав смеси:

Ca + 2HCl → CaCl₂ + H₂

CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O;

- смесь состоит из двух компонентов, один из которых не реагирует с действующим веществом на смесь, например, смесь меди и цинка в реакции с соляной кислотой. Медь, как неактивный металл, стоящий в ряду активности после водорода, не реагирует, а цинк реагирует с выделением водорода ввиду активности его;

- смесь состоит из двух компонентов, которые одинаково реагируют с действующим на них веществом, например, цинк и магний с соляной кислотой. Оба металла активные и одинаково образуют в реакции водород. Такого типа задачи решают с использованием системы уравнений.

Смеси могут состоять из трех и более компонентов, поэтому способы решения их различны и такие задачи относят к комбинированным.

Рассмотрим алгоритм решения задачи на смесь двух газов:

Задача 1: Доронькина В.Н. № 13

19 г смеси метана и этана (н.у.) занимает объем 16,8 л. Определите объемную долю газов в смеси.

Решение: необходимо ввести дополнительную величину – количество вещества, которая поможет составить систему уравнений для получения результата. Примем моль метана за «х», моль этана за «у» и составим систему уравнений.

С учетом массы: m(СН₄) + m(С₂Н₆) = 19 г; М(СН₄) = 16 г/моль; М(С₂Н₆) = 30 г/моль

С учетом объема смеси можно рассчитать υ смеси = 16,8 л / 22,4 л/моль = 0,75 моль.

Составляем и решаем систему уравнений:

х + у = 0,75 х = 0,25

16х + 30у = 19 у = 0,5

φ(СН₄) = 0,25 моль * 22,4 л/моль / 16,8 л = 0,3333; 33,33%

φ(С₂Н₆) = 0,5 моль * 22,4 л/моль / 16,8 л = 0,6667; 66,67%

Задача 2.

Доронькина В.Н. № 4.29. Для того, чтобы полностью растворить 5,12 г железа, содержащего, возможно, примеси его оксида, было израсходовано 62,75 мл раствора соляной кислоты с массовой долей 10% и плотностью 1,047 г/мл. Объем выделившегося газа составил при этом 1,12 л (н.у.). Определите состав смеси.

0,05 моль 0,1 моль 0,05 моль

Решение: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ (1)

2,32 г 0,08 моль

Fe_хО_у + 2уHCl → хFeCl_2у/х + уН₂О (2)

56х + 16у 2у моль

Рассчитаем количества вещества: υ (Н₂) = 1,12 л / 22,4 л/моль = 0,05 моль;

υ (НСl) = 62,7 мл * 0,1 * 1,047 г/мл / 36,5 г/моль = 0,18 моль. По УХР (1) υ (Fe) = υ (H₂) = 0,05 моль; m (Fe) = 0,05 моль * 56 г/моль = 2,8 г. m (HCl) = 0,1 моль * 36,5 г/моль = 3,65 г. υ (НСl) ост на (2) УХР = 0,18 – 0,1 = 0,08 моль. m (Fe_хО_у) = 5,12 – 2,8 = 2,32 г; υ (Fe_хО_у) = 2,32 / 56х + 16у; составляем отношение: 2,32 / 56х + 16у = 0,08 / 2у; х : у = 3 : 4, Fe₃O₄

w (Fe) = 2,8 / 5,12 = 54,69%; w (Fe₃O₄) = 2,32 / 5,12 = 45,31%.

Врублевский, с. 11, № 6.

В смеси гидридов кальция и натрия массой 6,4 г w (H) = 0,04688. Определите массы CaH₂ NaH.

х моль х моль у моль 2у моль

Решение: NaH ------- H CaH₂ -------- 2H

24 г 42 г

m (H) = 6,4 * 0, 04688 = 0,3 г. υ (Н) = 0,3 моль

24х + 42у = 6,4 х = 0,0334 моль m (NaH) = 0,8 г

х + 2у = 0,3 у = 0,13333 моль m (CaH₂) = 5,6 г

№ 55, с. 44. При анализе природного образца хлорида натрия в нем обнаружено 55% хлора по массе. Чему равна массовая доля хлорида натрия в природном образце.

Решение: пусть масса образца равна 100 г, тогда масса хлора составит 55 г. υ (Сl) = 1,55 моль. 1,55 моль 1,55 моль

NaCl ------- Cl m (NaCl) = 58,5 г/моль * 1,55 моль = 90,63 г, значит w (NaCl) = 90,63%.

№ 61. В каком количественном (моль) соотношении надо взять хлориды натрия и калия, чтобы при получении из них хлорида серебра масса последнего на 129,6% превысила массу исходной смеси?

Решение: пусть масса смеси равна 100 г. тогда масса хлорида серебра составит (100 + 129,6) = 229,6 г; υ (AgCl) = 1,6 моль.

х + у = 1,6 х = 1,2 моль х : у = 1,2 : 0,4 = 3 : 1

58,5х + 74у = 100 у = 0,4 моль

Задачи для самостоятельного решения.

1. К раствору, полученному из 3,076 г смеси медного купороса и глауберовой соли, прибавили избыток раствора хлорида бария, при этом выпало 2,33 г осадка. Определите массовый состав исходной смеси.

2. (Свешникова Г.В.), стр. 128, № 7.37)

Светильный газ, являющийся одним из продуктов перегонки каменного угля, состоит в основном из водорода и метана. Кроме того, в его состав входят этилен, монооксид и диоксид углерода, азот. При встряхивании пробы светильного газа объемом 100 мл (н.у.) с раствором едкого натра, объем смеси уменьшился на 2,5 мл, с бромной водой – на 4 мл. Адсорбция с помощью аммиачного раствора однохлористой меди выводит из состава такой же пробы монооксид углерода, при этом объем пробы становится меньше на 7,5 мл. при сгорании пробы такого же объема образовалось 0,0944 г диоксида углерода и 0,0948 г воды. Определите состав светильного газа.

4