Пример решения:
1. Смесь оксида кальция и карбоната кальция с массовой долей кальция 62,5% растворили в 300 г раствора соляной кислоты. Масса раствора стала 361,6 г. Выделившийся газ пропустили через 80 г 10%-ного раствора гидроксида натрия. Вычислите массовую долю соли в конечном растворе.
Пусть n(CaO) = х моль, n(CaCO3) = y моль, тогда:
количество вещества атомов кальция в оксида n1(Ca) = х моль, в карбонате: n₂(Са) = у моль,
общее количество вещества атомов кальция: n(Са) = (x + y) моль.
Масса атомов кальция: m(Ca) = n(Са)·M(Ca) = 40(x + y) г.
Масса оксида кальция: m(CaО) = n(СаО)·M(CaО) = 56x г.
Масса карбоната кальция: m(CaCO3) = n(CaCO3)·M(CaCO3) = 100у г.
Масса смеси: mсм = m(CaО) + m(CaCO3) = (56х + 100у) г
Получаем выражение:
40(x + y)/(56х + 100у) = 0,625
Преобразуя приведённое выше равенство, получаем х = 4,5у.
Далее протекают реакции:
CaO + 2HCl = CaCl₂ + H2O
CaCO3 + 2HCl = CaCl + CO₂ + H₂O
Количество образовавшегося углекислого газа n(CO₂) = y моль, масса m(CO₂ ) = 44y г.
Запишем уравнение материального баланса для конечного раствора:
mр-ра = m(CaO) + m(CaCO3) + mр-ра(HCl) — m(CO₂)
361,6 = 56х + 100у + 300 — 44у
или
61,6 = 56х + 56у
Получаем систему:
х + у = 1,1
х = 4,5у
5,5у = 1,1
у = 0,2 моль, х = 0,9 моль.
Количество углекислого газа: n(CO₂) = 0,2 моль, масса m(CO₂) = 44·0,2 = 8,8 г.
При взаимодействии углекислого газа с гидроксидом натрия возможно образование средней или кислой соли:
2NaOH + CO₂ = Na₂CO3 + H₂O (1)
NaOH + CO₂ = NaHCO3 (2)
Какие продукты образуются, определяется соотношением количества вещества реагентов.
Масса щелочи: m(NaOH) = mр-ра(NaOH) · ω(NaOH) = 80 · 0,1 = 8 г
Количество вещества: n(NaOH) = m(NaOH) / M(NaOH) = 8/40 = 0,2 моль
Соотношение количества вещества реагентов n(NaOH):n(CO₂) = 0,2:0,2 = 1:1
Следовательно, протекает только вторая реакция с образованием кислой соли — гидрокарбоната натрия.
n(NaHCO3) = n(CO₂) = 0,2 моль
m(NaHCO3) = n(NaHCO3)·M(NaHCO3) = 0,2·84 = 16,8 г
Масса конечного раствора гидрокарбоната:
mр-ра = m(CO₂) + mр-ра(NaOH) = 8,8 + 80 = 88,8 г
Массовая доля гидрокарбоната натрия в конечном растворе:
ω(NaHCO3) = m(NaHCO3)/mр-ра = 16,8/88,8 = 0,1892 или 18,92%
Ответ: ω(NaHCO3) = 18,92%
Как видите, задача вполне решаемая, хотя в условиях экзамена решить ее верно "с нуля" очень сложно и не все с этим могут справиться.
Холодный раствор серной кислоты реагирует с пероксидом бария без ОВР:
H2SO4 + BaO2 = BaSO4 + H2O2
При этом в растворе присутствует пероксид водорода, а сульфат бария выпадает в осадок.
Пусть n(H2O2) = х моль, n(H2O) = y моль, тогда:
количество вещества атомов водорода в пероксиде n1(H) = 2х моль, в воде: n2(Н) = 2у моль,
количество вещества атомов кислорода в пероксиде n1(О) = 2х моль, в воде: n2(О) = у моль,
общее количество вещества атомов водорода: n(Н) = (2x + 2y) моль,
общее количество вещества атомов кислорода: n(О) = (2x + y) моль.
Получаем соотношение:
(2x + 2y)/(2x + y) = 9/5
Упрощаем его:
у = 8х
При добавлении каталитического количества оксида марганца (IV) пероксид водорода разлагается:
2H2O2 = 2H2O + O2
Пусть весь пероксид водорода разложился, тогда изменение массы раствора равно массе выделившегося газа, то есть массе кислорода:
m(O2) = 6,4 г
n(O2) = m(O2)/M(O2) = 6,4 / 32 = 0,2 моль
Отсюда
n(H2O2) = 2·n(O2) = 2·0,2 = 0,4 моль
х = 0,4 моль
у = 3,2 моль
Отсюда количество вещества серной кислоты с исходном растворе:
n(H2SO4) = n(H2O2) = 0,4 моль
m(H2SO4) = n(H2SO4)·M(H2SO4) = 0,4·98 = 39,2 г
Количество и масса воды не изменялись:
m(H2O) = n(H2O)·M(H2O) = 3,2·18 = 57,6 г
Массовая доля серной кислоты в исходном растворе:
ω(H2SO4) = m(H2SO4)/(m(H2O)+ m(H2SO4)) = 39,2/(39,2 + 57,6) = 0,405 или 40,5%
Ответ: ω(H2SO4) = 40,5%
726
76 659 
