2. 4. Расчеты материального баланса химических процессов: избыток (недостаток) реагентов
Пример 10. Рассчитать массу осадка, который выделится при смешивании 200 мл раствора хлорида кальция ω(CaCl2) = 10%, ρ1 = 1,08 г/мл и 150 мл раствора фосфата натрия ω(Na3PO4) = 8%, ρ2 = 1,06 г/мл.
Решение:
CaCl2 + Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + NaCl (схема реакции)
В соответствии с законом эквивалентов:
n(
CaCl2)
= n(
Na3PO4)
= n(
Ca3(PO4)2)
Масса выделившегося осадка будет равна:
m(Ca3(PO4)2) =
n(
Ca3(PO4)2)·
·M(Ca3(PO4)2)
Рассчитываем n(
CaCl2)
и n(
Na3PO4):
m(CaCl2) = ω(CaCl2)·V1·ρ1 = 0,1·200·1,08 = 21,6 г
n(
CaCl2)
=
=
= 0,389 моль
m(Na3PO4) = ω(Na3PO4)·V2·ρ2 = 0,08·150·1,06 = 12,72 г
n(
Na3PO4)
=
=
= 0,232 моль
Из сравнения величин n(
CaCl2)
и n(
Na3PO4)
видно, что хлорид кальция взят в избытке.
Отсюда все дальнейшие расчеты производят
по Na3PO4:
n(
Ca3(PO4)2)
= n(
Na3PO4)
= 0,232 моль
Рассчитываем массу осадка:
m(Ca3(PO4)2) = 0,232·
·310,2
= 11,99 г
Ответ: масса выпавшего осадка составляет 11,99 г.
Пример 11. Для осаждения ионов железа (II), содержащихся в 20 мл раствора FeSO4, израсходовано 30 мл раствора гидроксида калия, С(KOH) = 0,3 моль/л. Определить молярную и молярную концентрацию эквивалента раствора сульфата железа (II).
Решение:
Фактор эквивалентности FeSO4
=
По закону эквивалентов:
n(
FeSO4)
= n(KOH)
n(KOH) = С(KOH)·V = 0,3·0,03 = 0,009 моль
Найдем молярную концентрацию эквивалента раствора FeSO4:
С(
FeSO4)
=
=
= 0,45 моль/л
Найдем молярную концентрацию раствора FeSO4:
С(FeSO4) =
С(
FeSO4)
=
= 0,225 моль/л
Ответ: С(FeSO4) =
0,225 моль/л, С(
FeSO4)
= 0,45 моль/л.
2. 5. Задания для самостоятельной работы
1. Рассчитать концентрацию вещества (Х)%:
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
Вещество (Х) |
K2SO4 |
CuCl2 |
CuSO4·5H2O |
FeSO4·7H2O |
MgSO4·7H2O |
|
Объем р-ра, л |
0,6 |
1,2 |
1,5 |
2,0 |
3,0 |
|
m(X), г |
20 |
25 |
30 |
40 |
50 |
2. Определить молярную концентрацию вещества (Х):
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
Вещество (Х) |
Н2SO4 |
Н3РO4 |
Са(ОН)2 |
Na2SO4 |
AgNO3 |
|
ω(Х),% |
20 |
15 |
10 |
8 |
5 |
|
ρ, г/мл |
1,14 |
1,10 |
1,08 |
1,05 |
1,01 |
3. Определить С(Х) и ω(Х) в растворе:
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
Вещество (Х) |
HCl |
H2S |
NH3 |
SO2 |
CO2 |
|
Объем воды, л |
2 |
4 |
5 |
6 |
8 |
|
Объем вещества, л |
30 |
10 |
80 |
60 |
5 |
|
ρ, г/мл |
1,01 |
1,03 |
1,05 |
1,038 |
1,02 |
4. Определить массу вещества (Х), содержащегося в растворе:
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
Вещество (Х) |
K2CrO4 |
KMnO4 |
Al2(SO4)3 |
Н3РO4 |
Н2SO4 |
|
Объем р-ра, мл |
500 |
800 |
50 |
25 |
9 |
|
С(Х), моль/л |
6 |
4 |
3 |
2 |
0,5 |
5. Определить объем растворенного HCl (н.у.):
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
Объем р-ра, мл |
100 |
350 |
400 |
500 |
750 |
|
С(Х), моль/л |
0,2 |
0,5 |
0,75 |
1,2 |
1,5 |
6. Рассчитать объем концентрированного раствора KCl (л), который надо разбавить водой для приготовления определенного объема разбавленного раствора:
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
С1(KCl), моль/л |
8 |
6,5 |
6,2 |
5,6 |
5,35 |
|
V, мл |
200 |
400 |
500 |
700 |
950 |
|
С2(KCl), моль/л |
3,5 |
2,75 |
2,5 |
2,25 |
1,8 |
7. До какого объема следует упарить разбавленный раствор НNO3, чтобы получить более концентрированный?
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
V1, мл |
700 |
900 |
1200 |
1400 |
1600 |
|
С1(НNO3), моль/л |
0,02 |
0,2 |
0,3 |
0,45 |
0,5 |
|
С2(НNO3), моль/л |
0,1 |
0,56 |
0,65 |
0,98 |
1,2 |
8. Смешали два раствора CuSO4 различной концентрации. Вычислить молярную концентрацию CuSO4 в полученном растворе (контракцией растворов можно пренебречь):
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
V1, мл |
2 |
1,5 |
3 |
3,5 |
4 |
|
С1(CuSO4), моль/л |
0,2 |
0,32 |
0,45 |
0,68 |
0,72 |
|
V2, мл |
1,5 |
2,5 |
2,75 |
2,9 |
3,2 |
|
С2(CuSO4), моль/л |
15 |
18 |
20 |
22 |
26 |
|
ρ2, г/мл |
1,08 |
1,1 |
1,11 |
1,13 |
1,14 |
9. Определить молярную концентрацию раствора AlCl3, полученного смешиванием двух растворов с различной концентрацией AlCl3:
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
ω1(AlCl3), % |
25 |
20 |
22 |
18 |
28 |
|
V1, л |
1,25 |
1 |
1,5 |
1,71 |
1,28 |
|
ρ1, г/мл |
1,15 |
1,13 |
1,14 |
1,12 |
1,16 |
|
ω2(AlCl3), % |
40 |
35 |
45 |
50 |
48 |
|
V2, л |
2 |
2,2 |
1,5 |
1,8 |
2,5 |
|
ρ2, г/мл |
1,32 |
1,28 |
1,33 |
1,38 |
1,35 |
|
ρ, г/мл |
1,22 |
1,20 |
1,23 |
1,24 |
1,25 |
10. Определить молярную концентрацию эквивалента вещества (Х):
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
Вещество (Х) |
K2SO4 |
AlCl3 |
Н3РO4 |
Н2S |
НCl |
|
Масса, г |
20 |
40 |
30 |
5 |
28 |
|
V, л |
2 |
1 |
3 |
2 |
1 |
11. Определить массу вещества, содержащегося в растворе:
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
Вещество (Х) |
NaCl |
MgSO4 |
Al2(SO4)3 |
FeSO4 |
Ca(OH)2 |
|
V, л |
2 |
2,25 |
2,5 |
2,75 |
3 |
|
С( |
1,25 |
1,5 |
1,75 |
2 |
2,25 |
Х),
моль/л
12. Определить молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента вещества (Х) в растворе:
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
Вещество (Х) |
LiCl |
Н2SO4 |
Ba(OH)2 |
AlCl3 |
AgNO3 |
|
ω(Х),% |
15 |
25 |
12 |
16 |
20 |
|
ρ, г/мл |
1,1 |
1,16 |
1,08 |
1,12 |
1,14 |
13. До какого объема следует разбавить концентрированный раствор вещества (Х) для получения разбавленного раствора?
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
Вещество (Х) |
Н3PO4 |
Ba(NO3)2 |
Ca(OH)2 |
Н2SO4 |
HCl |
|
ω(Х),% |
40 |
20 |
10 |
80 |
30 |
|
ρ1, г/мл |
1,3 |
1,18 |
1,08 |
1,732 |
1,152 |
|
V1, мл |
800 |
850 |
900 |
950 |
980 |
|
С( |
1 |
0,5 |
0,2 |
5 |
0,7 |
Х),
моль/л
14. До какого объема следует упарить разбавленный раствор Ca(NO3)2, чтобы получить более концентрированный раствор?
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
С1(Ca(NO3)2), моль/л |
0,01 |
0,05 |
0,15 |
0,20 |
0,25 |
|
V1, л |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
С2( |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Ca(NO3)2),
моль/л
15. Смешали два раствора вещества (Х) различной концентрации. Определить молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента вещества (Х) в полученном растворе (контракцией растворов можно пренебречь):
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
Вещество (Х) |
NaOH |
KOH |
CаCl2 |
HNO3 |
Н2SO4 |
|
ω1(Х),% |
30 |
20 |
18 |
36 |
60 |
|
V1 р-ра, л |
0,5 |
0,8 |
0,92 |
1 |
1,25 |
|
ρ1, г/мл |
1,332 |
1,176 |
1,158 |
1,225 |
1,503 |
|
V2 р-ра, л |
1 |
0,5 |
1,5 |
1,75 |
1,8 |
|
С2(Х), моль/л |
2 |
3 |
4 |
4,5 |
5 |
16. Определить молярную концентрацию эквивалента вещества BaCl2 в растворе, полученном при смешивании двух растворов BaCl2 различной концентрации:
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
ω1(BaCl2),% |
20 |
25 |
30 |
32 |
40 |
|
V1 р-ра, л |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
|
ρ1, г/мл |
1,2 |
1,22 |
1,24 |
1,26 |
1,28 |
|
ω2(BaCl2),% |
5,0 |
7,0 |
7,2 |
7,6 |
7,7 |
|
V2 р-ра, л |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
|
ρ2, г/мл |
1,04 |
1,06 |
1,07 |
1,08 |
1,09 |
|
ρ, г/мл |
1,09 |
1,10 |
1,12 |
1,14 |
1,16 |
17. Какой объем раствора кислоты (Х) в литрах требуется для нейтрализации раствора КОН?
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
Вещество (Х) |
Н2SO4 |
HNO3 |
HCl |
Н3PO4 |
Н2S |
|
ω(Х),% |
60 |
30 |
15 |
10 |
0,6 |
|
ρ, г/мл |
1,5 |
1,18 |
1,07 |
1,06 |
1,03 |
|
ω(КОН),% |
40 |
30 |
20 |
15 |
10 |
|
V р-ра, мл |
500 |
400 |
300 |
250 |
10 |
|
ρ, г/мл |
1,41 |
1,29 |
1,18 |
1,12 |
1,08 |
18. Для нейтрализации определенного объема щелочи с заданной концентрацией потребовался соответствующий объем раствора кислоты. Определить молярную концентрацию эквивалента кислоты:
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
V щелочи, мл |
50 |
70 |
95 |
100 |
120 |
|
С( |
0,2 |
0,3 |
0,32 |
0,4 |
0,43 |
|
V кислоты, мл |
20 |
30 |
50 |
60 |
65 |
щелочи)
19. Какая масса CaCl2·6Н2О (г) требуется для осаждения сульфат-ионов из раствора Н2SO4?
|
|
Вариант |
||||
|
а |
б |
в |
г |
д |
|
|
ω(Н2SO4), % |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
|
V, мл |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
|
ρ, г/мл |
1,069 |
1,083 |
1,098 |
1,112 |
1,127 |