Практикум по подготовке к ЕГЭ по химии

5

Караваева М.Е.

Некоторые вопросы химии в рамках подготовки к ЕГЭ

I. Решение задач на получение солей различного типа

Задачи на получение солей, тип которых изначально неопределен, представляет трудность для большинства школьников. Я предлагаю свои наработки по данному вопросу.

Одними из самых проблемных задач являются задачи на получение кислых солей или смеси кислых и средних солей.

Пример №1 Определите массу продуктов реакции, образовавшихся при сливании 100г 9,8% раствора ортофосфорной кислоты и 100г 10% раствора гидроксида натрия.

Проблема состоит в том, что сначала необходимо определить типы образующихся солей. Для этого я сначала записываю (а в дальнейшем просто использую эти записи) все реакции взаимодействия щёлочи с ортофосфорной кислотой.

1)

NaOH

+

H₃PO₄

=

NaH₂PO₄

+

H₂O

смесь

NaH₂PO₄иNa₂HPO₄

1

:

1

2)

2

NaOH

+

H₃PO₄

=

Na₂HPO₄

+

2

H₂O

2

:

1

смесь

Na₂HPO₄ и

Na ₃PO₄

3)

3

NaOH

+

H₃PO₄

=

Na ₃PO₄

+

3

H₂O

3

:

1

По - первой реакции, когда n(NaOH) : n(H₃PO₄ )= 1:1, образуется только NaH₂PO₄ (дигидрофосфат). По - второй реакции, когда n(NaOH) : n(H₃PO₄ )= 2:1, образуется только Na₂HPO₄ (гидрофосфат). По - третьей реакции, когда n(NaOH) : n(H₃PO₄ )= 3:1, образуется только Na₃PO₄ (фосфат).

Какие соли образуются, если n(NaOH) не принадлежат числам 1,2,3, а имеют промежуточные значения? Частое решение подобных задач позволило мне сделать следующие выводы: Если n(NaOH)≤ 1, то при взаимодействии с H₃PO₄ (избытком) образуется только дигидрофосфат натрия. Если n(NaOH) лежит в границах (n ≠ 1,2), то образуется смесь солей: дигидрофосфат и гидрофосфат натрия. Если n(NaOH) лежит в границах (n ≠ 2,3), то образуется смесь солей: гидрофосфат и фосфат натрия. Если n(NaOH)≥ 3, то образуется только фосфат натрия.

Тогда опираясь на данные рассуждения решить задачу можно следующим образом: 1) определяем массу (H₃PO₄): m(H₃PO₄) =100г*0,098=9,8г 2) определяем количество вещества (H₃PO₄ ): n(H₃PO₄) = 9,8г /98г/моль = 0,1 моль 3) определяем массу (NaOH ): n(NaOH) :n(Na₃PO₄ ) (NaOH) = 100г*0.1= 10г 4) определяем количество вещества (NaOH ): n(NaOH) = 10г /40г/моль = 0,25 моль 5) определяем соотношения n(NaOH) и n(H₃PO₄) : n(NaOH) : n(H₃PO₄) = 0,25 : 0,1 =2,5:1 = значение n(NaOH) лежит в границах 3, следовательно одновременно образуется смесь солей: гидрофосфат и фосфат натрия . 6) Предположим, что мы приливаем щелочь в кислоту. Тогда по реакции №2 рассчитываем количество вещества (Na₂HPO₄ ): n(NaOH) : n(H₃PO₄) = 2 :1=0,25:0, 1 =NaOH в избытке 7) расчет количество вещества Na₂HPO₄ будем вести по H₃PO₄n(Na₂HPO₄) : n(H₃PO₄) = 1:1 =n(Na₂HPO₄) = n(H₃PO₄) =0,1 моль 8) Найдем количество непрореагировавшей щелочи. Для этого определяем количество вещества прореагировавшей NaOH : n(NaOH) : n(H₃PO₄) = 2 :1 =n(NaOH) _{прореагировавшего} =2 n(H₃PO₄) =0,2 моль, тогда n(NaOH) _{избытка} = 0,25-0,2=0,05 моль 9) Избыток щелочи взаимодействует с полученным гидрофосфатом натрия :

NaOH

+

Na₂HPO₄

=

Na₃PO₄

+

H₂O

Определяем n(Na₃PO₄ ). Для этого находим избыток - недостаток между NaOH и Na₂HPO₄ n(NaOH) :n(Na₂HPO₄) = 1:1 = 0,5 : 0,1 =Na₂HPO₄ в избытке 10)Расчет n(Na₃PO₄) будем вести по NaOH_{остатку} : n(NaOH) :n(Na₃PO₄) = 1:1; n(NaOH)= n(Na₃PO₄) = 0,05 моль; m(Na₃PO₄)= 0,05моль*164 г/моль = 8,2г 11) Определяем количество вещества непрореагировавшего Na₂HPO_4. Для этого найдем сколько моль Na₂HPO₄ вступило в реакцию: n(NaOH) :n(Na₂HPO₄) = 1:1=n(Na₂HPO₄) = n(NaOH)= 0,05 моль. Тогда n(Na₂HPO₄)_{избытка} =0,1-0,05= 0,05 моль m(Na₂HPO₄)_{избытка} = 0,05 моль*142г = 7,1 г

Ответ: m(Na₂HPO₄)_{избытка} = 7,1г и m(Na₃PO₄)= 8,2г

Пример №2 5,68г оксида фосфора (V) растворили в 50,4 20% раствора гидроксида калия. Определите массовые соли солей в образующемся растворе. Проблема: Какие соли образовались в результате взаимодействия данного кислотного оксида и щелочи? Сначала записываю все реакции взаимодействия Р₂О₅ и КОН

1)

6

КОН

+

Р₂О₅

=

2

К₃РО₄

+3

Н₂О

смесь К₃РО₄ и К₂НРО₄

6

:

1

2)

4

КОН

+

Р₂О₅

=

2

К₂ НРО₄

+

Н₂О

4

:

1

смесь К₂НРО₄ и КН₂РО₄

3)

2

КОН

+

Р₂О₅

+

Н₂О

=

2

КН₂РО₄

2

:

1

Опираясь на свои выводы, сделанные по результатам многочисленного решения подобных задач отмечаю: если n(KOH): n(Р₂О₅ ) как 6:1 , то образуется только фосфат калия; если n(KOH): n(Р₂О₅ ) как 4:1, то образуется только гидрофосфат калия; если n(KOH): n(Р₂О₅ ) как 2:1, то образуется только дигидрофосфат калия. При промежуточных значениях n(KOH), когда n(KOH)≥ 6, то образуется только средняя соль - фосфат калия, если значение n(KOH) лежит в границах (n ≠ 4,6), образуется смесь фосфата и гидрофосфата калия; если значение n(KOH) лежит в границах (n ≠2,4), образуется смесь дигидрофосфата и гидрофосфата калия; когда n(КОН) лежит в границах (n ≠ 2,3), то образуется смесь солей: гидрофосфат и дигидрофосфат калия. При значении n(КОН)≤2 образуется только дигидрофосфат калия. Используя данные выводы задачу можно решить так: 1) определяем количество вещества (P₂O₅): n(Р₂О₅) = 5,68г /142/моль = 0,04 моль 2) определяем массу (КOH): m (КOH) = 50,4г*0.2= 10,8г 3) определяем количество вещества (КOH): n(КOH) = 10,8/56г/моль=0,18 моль 4) Определяем какие соли образуются: n(КOH): n(Р₂О₅)= 0,18: 0,04= 18:4=4,5:1 = образуется смесь солей гидрофосфат и фосфат калия. 5) Так как по условию задачи изначально щелочь в избытке, то в первую очередь образуется средняя соль, которая затем частично превратится в кислую. По уравнению №1 рассчитываем n(К₃PO₄) : n(КOH): n(Р₂О₅)= 0,18: 0,04= 18:4=4,5:1 = КOH в недостатке. n(К₃PO₄) считаем по n(КOH): n(К₃PO₄) : n(КOH)= 2:6 = 1:3; n(К₃PO₄)=1/3 n(КOH)=0,06 моль 6) определяем количество вещества (P₂О₅)_, который не прореагировал. Для этого найдем количество вещества прореагировавшего Р₂О₅ : n(Р₂О₅)_{прореагировавшего} = 1/6n(КOH)=0,18моль/6=0,03моль. Тогда n(Р₂О₅)_{остатка} = 0,04-0,03=0,01 моль 7) Избыток Р₂О₅ будет взаимодействовать с образовавшимся К₃PO₄ по уравнению:

Р₂О₅

+

4

К₃РО₄

+

3

Н₂О

=

6

К₂НРО₄

Определяем количество вещества К₂НРО_4. Для этого определяем избыток-недостаток n(К₃PO₄) : n(Р₂О₅)= 4:1=0,06 : 0,01(6:1) = К₃PO₄ в избытке; К₂НРО₄ считаем по Р₂О₅ n(К₂НРО₄) : n(Р₂О₅)= 6 :1 ; n(К₂НРО₄)=6 n(Р₂О₅)= 0,06 моль ; m (К₂НРО₄)=0,06*174=10,44г 8) Определяем количество вещества К₃РО₄ оставшегося. Для этого определяем сколько К₃РО₄ прореагировало: n(К₃PO₄) : n(Р₂О₅)= 4:1; n(К₃PO₄) =4 n(Р₂О₅)= 0,01*4 = 0,04 моль; тогда n(К₃PO₄) _{оставшегося} =0,06-0,04=0,02 моль; m (К₃PO₄) =0,02*212=4,24г 9) Определяем массовые доли полученных солей. Для этого найдем массу полученного раствора: m_{полученного раствора}= m(Р₂О₅) + m( _{раствор}КOH) = 5,68 + 50,4 = 56,08г (К₃РО₄) = 4,24/56,08*100% = 7,56% ; (К₂НРО₄) = 10,44/56,08*100% = 18,62%

Пример №3 Сероводород, выделившийся в результате взаимодействия 4,4г сульфида железа (II) с избытком соляной кислоты, пропустили через 31,7 г 10,1% раствора гидроксида натрия. Определите массовые доли солей в полученном растворе. Сначала записываю все реакции взаимодействия щелочи с сероводородом

NaOH

+

H₂S

=

NaHS

+

Н₂О

1

:

1

2

NaOH

+

H₂S

=

Na₂S

+

2

Н₂О

2

:

1

При отношении n (NaOH) : n (H₂S) = 1:1 образуется только гидросульфид (кислая соль); при отношении n (NaOH) : n (H₂S) = 2:1 образуется только сульфид (средняя соль). Если значение n (NaOH)≤ 1, образуется только кислая соль. Если значение n (NaOH) дробное, т.е. лежит в границах (n ≠1,2), то образуется смесь солей: гидросульфид и сульфид натрия. Если значение n (NaOH)≥ 2 - то образуется только средняя соль.

1) По реакции : FeS + 2HCL = FeCL₂ + H₂S находим количество вещества H₂S. Для этого определяем n(FeS): n(FeS) =4,4:88= 0,15 моль по уравнению реакции n (H₂S) : n(FeS) = 1:1 = n (H₂S) = n(FeS) = 0,05 моль 2) Находим количество вещества NaOH. Для этого определяем массу NaOH: m(NaOH) = 31,7*0,101=3,2г n (NaOH) = 3,2/ 40 = 0,08 моль 3) Определяем через соотношения какие соли образуются: n (NaOH) : n (H₂S) = 0,08 : 0,05 = 1,6:1 = образуется смесь солей: гидросульфид и сульфид натрия. Т.к. изначально щелочь в избытке, то в первую очередь образуется средняя соль:

2

NaOH

+

H₂S

=

Na₂S

+

2

Н₂О

Определяем избыток - недостаток n (NaOH) : n (H₂S) = 2:1 = 0,08 : 0,05 = H₂S в избытке и n (Na₂S) считаем по NaOH : n (Na₂S) : n (NaOH) =1:2 = n (Na₂S ) = ½ n (NaOH) = 0,04 моль 4) Определяем какое количество вещества H₂S не прореагировало. Для этого находим, сколько H₂S вступило в реакцию: n (H₂S)=1/2 n (NaOH) = 0,04 моль. Тогда n (H₂S)_{остатка} = 0,05-0,04 =0,01 моль 5) Остаток H₂S реагирует с образовавшейся солью Na₂S с образованием кислой соли:

Na₂S

+ H₂S

=

2 NaHS

Определяем избыток - недостаток для расчета NaHS : n (NaHS) : n (H₂S) = 1:1 = 0,04 : 0,01 = Na₂S в избытке. n (NaHS) считаем по H₂S : n (NaHS) : n (H₂S) = 2:1 = n (NaHS) = 2n (H₂S) =0,02 моль 6) Определяем количество вещества Na₂S, оставшегося в растворе. Для этого определяем n(Na₂S), который вступил в реакцию : n (Na₂S)_{прореагировавшего} = n (H₂S) =0,01 моль n (Na₂S)_{избыток} = 0,04-0,01 = 0,03 моль 7) Определяем массу солей : m(Na₂S)_{избыток} =0,03*78 =2,34г; m(NaНS) =0,02*56 = 1,12г 8) Определяем массовые доли солей в полученном растворе. Для этого определяем массу полученного раствора: m (раствора) = m(NaOH _{раствор}) + m (H₂S) m (H₂S) = 0,05*34 =1,7г ; m (раствора) = 31,7+1,7 = 33,4г (NaHS) = 1,12/33,4*100% =3,35% ; =2,34/33,4*100% = 7%