34.01 Атомистика

Уравнения реакций:

1) 4Fe(NO₃)₂ → 2Fe₂O₃ + 8NO₂ + O₂
2) 4Fe(NO₃)₃ → 2Fe₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂
3) Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O

m FeCl₃ = ⍵ FeCl₃ * m_р-ра FeCl₃ = 0,25 * 299 = 74,75 г
n FeCl₃ = m FeCl₃ / M FeCl₃ = 74,75 / 162,5 = 0,46 моль
По 3 уравнению: n Fe₂O₃ = 0,5n FeCl₃  = 0,46 * 0,5 = 0,23 моль
Пусть n Fe(NO₃)₂ = x моль, тогда n₁ Fe₂O₃ = 0,5x моль, n_{протонов} Fe(NO₃)₂ = 88x моль, m Fe(NO₃)₂ = 180х г
Пусть n Fe(NO₃)₃ = y моль, тогда n₂ Fe₂O₃ = 0,5y моль, n_{протонов} Fe(NO₃)₃ = 119y моль, m Fe(NO₃)₃ = 242у г

m_{протонов} = (n_{протонов} Fe(NO₃)₂ + n_{протонов} Fe(NO₃)₃) ⋅ 1 = (88x + 119y) г

m_смеси = m Fe(NO₃)₂ + m Fe(NO₃)₃ = (180x + 242y) г 

49,07% = 0,4907; m_{протонов} / m_смеси = (88x + 119y) / (180x + 242y) = 0,4907

n₁ Fe₂O₃ + n₂ Fe₂O₃ = 0,23 моль
0,5x + 0,5y = 0,23

Получаем систему уравнений:
0,4907 = (88x + 119y) / (180x + 242y)
0,5x + 0,5y = 0,23

x = 0,2 моль = n Fe(NO₃)₂
y = 0,26 моль = n Fe(NO₃)₃
m_смеси = m Fe(NO₃)₂ + m Fe(NO₃)₃ = 180 * 0,2 + 242 * 0,26 = 98,92 г

Ответ: m_смеси = 98,92 г

Уравнения реакций:
1) SO₃ + H₂O → H₂SO₄

2) 2Fe₃O₄ + 10H₂SO₄ → 3Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 10H₂O

Олеум - раствор SO₃ в 100% H₂SO₄

Расчеты до добавления воды в олеум:
N_{электронов} = 58N_А
n_{электронов} = N_{электронов} / N_A = 58N_А / N_A = 58 моль
Пусть n SO₃ = x моль, тогда n_{электронов} SO₃ = 40x моль, m SO₃ = 80x г
Пусть n H₂SO₄ = y моль, тогда n_{электронов} H₂SO₄ = 50y моль, m H₂SO₄ = 98y г

n_{электронов} SO₃ + n_{электронов} H₂SO₄ = n_{электронов} = 58 моль

m SO₃ + m H₂SO₄ = 114 г

Получаем систему уравнений:
40x + 50y = 58

80x + 98y = 114

x = 0,2 моль = n SO₃
y = 1 моль = n H₂SO₄

Расчеты при добавлении воды в олеум:
n H₂O = m H₂O / M H₂O = 26 / 18 = 1,44 моль
Следовательно, SO₃ находится в недостатке
Таким образом, в 1 уравнении: n₁ H₂SO₄ = n SO₃ = 0,2 моль
n_общ. H₂SO₄ = n H₂SO₄ + n₁ H₂SO₄ = 1 + 0,2 = 1,2 моль

Расчеты по 2 уравнению:
n Fe₃O₄ = m Fe₃O₄ / M Fe₃O₄ = 23,2 / 232 = 0,1 моль

По условию необходимо найти массовую долю одной соли, учитывая также концентрированность олеума, делаем вывод, что железная окалина реагирует с концентрированной серной кислотой.

Нужно определить какое вещество во 2 реакции находится в недостатке, а какое - в избытке. Для этого поделим количества серной кислоты и железной окалины на коэффициенты и установим соотношение:

n _{на единицу коэф.} H₂SO₄ / n _{на единицу коэф.} Fe₃O₄ = (1,2 / 10) / (0,1 / 2) = 0,12 / 0,05

Делаем вывод, что серная кислота находится в избытке. Проводим реакцию по недостатку (по железной окалине).

По 2 уравнению: n Fe₂(SO₄)₃ = 3/2 * n Fe₃O₄ = 3/2 * 0,1 = 0,15 моль
m Fe₂(SO₄)₃ = n Fe₂(SO₄)₃ * M Fe₂(SO₄)₃ = 0,15 * 400 = 60 г 
По 2 уравнению: n SO₂ = n Fe₃O₄ / 2 = 0,1 / 2 = 0,05 моль
m SO₂ = n SO₂ * M SO₂ = 0,05 * 64 = 3,2 г 
m_{кон. р-ра} = m_олеума + m H₂O + m Fe₃O₄ – m SO₂ = 114 + 26 + 23,2 – 3,2 = 160 г
w Fe₂(SO₄)₃ = m Fe₂(SO₄)₃ / m_{кон. р-ра} = 60 / 160 = 0,375 или 37,5%

Ответ: w Fe₂(SO₄)₃ = 37,5%

Уравнение реакции:

1) 2Cu(NO₃)₂ + 2H₂O → 2Cu + O₂ + 4HNO₃
52,5% = 0,525; m_{протонов} = ω_{протонов} * m_р-ра Cu(NO₃)₂ = 0,525 * 440 = 231 г
n_{протонов} = m_{протонов} / M_{протонов} = 231 / 1 = 231 моль
Пусть n Cu(NO₃)₂ = x моль, тогда n_{протонов} Cu(NO₃)₂ = 91x моль; m Cu(NO₃)₂ = 188х г
Пусть n H₂O = y моль, тогда n_{протонов} H₂O = 10y моль, m H₂O = 18y г

n_{протонов} в Cu(NO₃)₂ + n_{протонов} в H₂O = 91x + 10y = 231 моль

m _{изн. р-ра} = m Cu(NO₃)₂ + m H₂O = 188x + 18y = 440 г
Составим систему уравнений:

91x + 10y = 231
188x + 18y = 440 

x = 1 моль = n Cu(NO₃)₂
y = 14 моль = n H₂O
n O₂ = V O₂ / V_m = 6,72 / 22,4 = 0,3 моль
m O₂ = n O₂ * M O₂ = 0,3 * 32 = 9,6 г

По уравнению реакции: n₁ Cu(NO₃)₂ = 2n O₂ = 2 * 0,3 = 0,6 моль. В реакцию вступило меньше нитрата меди, чем есть в растворе, следовательно, соль электролизовалась не подностью, электролиза чисто воды не происходило.
По уравнению реакции: n Cu = 2n O₂ = 2 * 0,3 = 0,6 моль
m Cu = n Cu * M Cu = 0,6 * 64 = 38,4 г
По уравнению реакции: n HNO₃ = 4n O₂ = 4 * 0,3 = 1,2 моль
n_ост. Cu(NO₃) = n Cu(NO₃) – n₁ Cu(NO₃)₂ = 1 – 0,6 = 0,4 моль
m_{кон. р-ра} = m_р-ра Cu(NO₃)₂ – m Cu – m O₂ = 440 – 38,4 – 9,6 = 392 г
m_ост. Cu(NO₃)₂ = n_ост. Cu(NO₃)₂ * M Cu(NO₃)₂ = 0,4 * 188 = 75,2 г
После окончания электролиза электроды оставили в растворе, это означает, что оставшаяся на электродах медь может прореагировать с оставшейся в растворе азотной кислотой:
2) 3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O
Медь находится в избытке по отношению к азотной кислоте, поэтому расчеты производим по последней:
n NO = n HNO₃ / 4 = 1,2 моль / 4 = 0,3 моль
n_обр Cu(NO₃)₂ = 3/8n HNO₃ = 3/8 * 1,2 моль = 0,45 моль
mкон. р-ра = 392 г + m Cu - m NO = 392 + 0,45 * 64 - 0,3 * 30 = 411,8 г
n Cu(NO₃)₂ = 0,4 + 0,45 = 0,85 моль
n_кон H₂O = 14 - 0,3 * 2 + 1,2 / 2 = 14 моль

m_{протонов кон. р-ра} = (n_{протонов конеч.} Cu(NO₃)₂ + n_{протонов конеч.} H₂O) * M_{протонов} = (91 * 0,85 + 10 * 14) * 1 = 217,35 г
ω_{протонов кон. р-ра} = m_{протонов кон. р-ра} / m_{кон. р-ра} = 217,35 / 411,8 = 0,5278 или 52,78%

Ответ: ω_{протонов кон. р-ра} = 52,78%

Уравнения реакций:
1) Zn + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂
2) Na₂ZnO₂ + 2H₂SO₄ → Na₂SO₄ + ZnSO₄ + 2H₂O

3) 2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O
N_{электронов} = 11N_A
n_{электронов} = N_{электронов} / N_A = 11N_A / N_A = 11 моль
Пусть n Zn = x моль, тогда n_{электронов} в Zn = 30x моль и m Zn = 65x г;
Пусть n NaOH = y моль, тогда n_{электронов} в NaOH = 20y моль и m NaOH = 40y г

Составим систему уравнений:

65x + 40y = 22,5
30x + 20y = 11 

x = 0,1 моль = n Zn
y = 0,4 моль = n NaOH

Нужно определить какое вещество в 1 реакции находится в недостатке, а какое - в избытке. Для этого поделим количества аммиака и хлорида алюминия на коэффициенты и установим соотношение:
n _{на единицу коэф.} Zn / n _{на единицу коэф.} NaOH = (0,1 / 1) : (0,4 / 2) = 0,1 / 0,2. Делаем вывод, что гидроксид натрия находится в избытке. Проводим реакцию по недостатку (по цинку). 
По 1 уравнению: n Na₂ZnO₂ = n Zn = 0,1 моль
n_{прореаг.} NaOH = 2n Zn = 2 * 0,1 = 0,2 моль
n_ост. NaOH = n NaOH – n_{прореаг.} NaOH = 0,4 – 0,2 = 0,2 моль
По 1 уравнению: n H₂ = n Zn = 0,1 моль
m H₂ = n H₂ * M H₂ = 0,1 * 2 = 0,2 г
m H₂SO₄ = m_р-ра H₂SO_{4 *} ω H₂SO₄ = 98 * 0,3 = 29,4 г
n H₂SO₄ = m H₂SO₄ / M H₂SO₄ = 29,4 / 98 = 0,3 моль
По 2 уравнению: n₂ Na₂SO₄ = n Na₂ZnO₂ = 0,1 моль
По 3 уравнению: n₃ Na₂SO₄ = n_ост. NaOH / 2 = 0,2 / 2 = 0,1 моль
n _общ. Na₂SO₄ = n₂ Na₂SO₄ + n₃ Na₂SO₄ = 0,1 + 0,1 = 0,2 моль
m _общ. Na₂SO₄ = n _общ. Na₂SO₄ * M Na₂SO₄ = 0,2 * 142 = 28,4 г
m_{кон. р-ра} = m_смеси + m_р-ра H₂SO₄ – m H₂ = 22,5 + 98 – 0,2 = 120,3 г
ω Na₂SO₄ = m Na₂SO₄ / m_{кон. р-ра} = 28,4 / 120,3 = 0,236 или 23,6%

Ответ: ω Na₂SO₄ = 23,6%

1) 3Na₂CO₃ + 2AlI₃ + H₂O = 2Al(OH)₃ + 6NaI + 3CO₂

Одно растворенное вещество – NaI, тогда Na₂CO₃ и AlI₃  прореагировали полностью.

2) 2NaI + Br₂ = 2NaBr + I₂

n(Br₂) = (800*0,03)/160 = 24 / 160 = 0,15 моль

Так как по условию вещества прореагировали без остатка:

n(NaI) = 2* n(Br₂) = 2*0,15 = 0,3 моль

По уравнению 1 реакции:

n(Na₂CO₃) = n(NaI) / 2 = 0,3 / 2 = 0,15 моль

m(Na₂CO₃) = 0,15 * 106 = 15,9 г

n(AlI₃) = n(NaI) / 3 = 0,3 / 3 = 0,1 моль

m(AlI₃) = 0,1 * 408 = 40,8 г

n(Al(OH)₃) = n(AlI₃) = 0,1 моль

m(Al(OH)₃) = 0,1 *78 = 7,8 г

n(CO₂) = n(Na₂CO₃) = 0,15 моль

m(CO₂) = 0,15 * 44 = 6,6 г

m _{р-ра после 1 р-ии} = 435,6 г = m Na₂CO_{3 р-ра} + m AlI_{3 р-ра} – m(CO₂) – m(Al(OH)₃)

По условию: m AlI_{3 р-ра} = 2*m Na₂CO_{3 р-ра}

435,6 = 2* m Na₂CO_{3 р-ра} +  m m Na₂CO_{3 р-ра} –14,4
Пусть m Na₂CO_{3 р-ра} – х г, составим и решим уравнение:
435,6 = 2х + х – 14,4
х = 150
m Na₂CO_{3 р-ра} = 150г

W Na₂CO₃ = 15,9 /150 * 100% = 10,6%
Ответ: 10,6%