Материал: Ананева Сборник тестов и задач по курсу кхимии 2014

n(Mg) mMg 28,82 = 1,18 моля магния.

M Mg 24,31

В эмпирической формуле соотношение количества атомов элементов пропорционально количеству молей этих элементов. В случае стехиометрических веществ это соотношение должно быть соотношением целых чисел. Следовательно, в молекуле вещества А содержится 3,56 : 1,18 = 3 атома кислорода; 1,18 : 1,18 = 1 атом углерода и столько же магния, т.е. в формуле вещества соотношение количеств атомов магния, углерода и кислорода 1 : 1 : 3. Следовательно, эмпирическая формула вещества – MgCO3. Название вещества – карбонат магния

Пример 18.3.2. Вещество А (см. пример 18.3.1) массой 50 г полностью растворили в азотной кислоте с получением 393 мл раствора. Определите молярную концентрацию полученной соли в растворе.

Решение. Напишем уравнение реакции растворения карбоната магния:

MgCO3 + 2HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O + CO2.

Определим количество карбоната магния, вступившего в реакцию:

MgCO3

Нитрата магния в соответствии со стехиометрией реакции должно образоваться столько же, т.е. 0,393 моля. Молярная концентрация показывает количество вещества, выраженное в молях, содержащееся в единице объема раствора (моль/л). Соответственно молярная концентрация нитрата магния в растворе составит:

Пример 18.3.3. Определите, какой объем раствора соли, полученной в примере 18.3.2, необходим для приготовления 150 мл раствора этой соли с концентрацией 0,1 моль/л.

91

Решение. В соответствии с законом сохранения количества вещества, количество молей нитрата магния останется при разбавлении без изменения:

n1= n2 или С1V1 = С2V2,

где С1 и V1– концентрация и объем раствора нитрата магния до разбавления, С2 и V2 – после разбавления.

Для приготовления требуемого раствора необходимо взять

Пример 18.3.4. Определите молярную концентрацию раствора плавиковой кислоты НF, если на титрование 10 мл раствора соли, полученной в примере 18.3.2, пошло 4 мл раствора плавиковой кислоты.

Решение. Напишем молекулярное уравнение реакции:

Mg(NO3)2 + 2HF = MgF2 + 2HNO3.

Количества веществ n, принимающих участие в реакции, пропорциональны их стехиометрическим коэффициентам ν (закон стехиометрии):

Пример 18.3.5. Какой минимальный объем раствора азотной кислоты с массовой долей ω = 40 % и плотностью ρ = 1,247 г/см3 потребуется для полного растворения 8,34 г вещества А (см. пример

18.3.1)?

Решение. Напишем уравнение реакции растворения карбоната магния:

92

MgCO3 + 2HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O +CO2.

По известным массе и молярной массе вещества рассчитаем количество карбоната магния, которое вступило в реакцию:

Воспользуемся законом стехиометрии и определим количество азотной кислоты, необходимой для растворения 0,099 моля карбоната магния:

Рассчитаем молярную концентрацию азотной кислоты в исходном растворе, для которого известна массовая доля кислоты и плотность. С этой целью найдем количество азотной кислоты в литре заданного раствора:

где m(HNO3) – масса чистой азотной кислоты в одном литре исходного раствора.

Найдем объем раствора азотной кислоты, который требуется для растворения карбоната магния. Для этого нам известны необходимые данные: количество азотной кислоты, вступившей в реакцию, и молярная концентрация её раствора.

18.4. Химическая термодинамика

Пример 18.4.1. Используя следующие термодинамические уравнения, рассчитайте стандартную энтальпию образования

веществаCa(H2PO4)2 H2O(тв ), Hобр0 ,298:

93

Решение:

1. Составляем уравнение реакции, тепловой эффект которой необходимо определить. В данном случае – это уравнение реакции образования одного моля сложного вещества Ca(H2PO4)2 H2O(тв) из простых веществ, взятых в их устойчивой форме при стандартных условиях:

Ca(тв) + 3Н2(г) + 2Р(бел)+ 4,5 О2(г) Ca(H2PO4)2 H2O(тв).

Тепловой эффект этой реакции есть стандартная энтальпия образования вещества, т.е. Hреакц0 = Hобр0 ,298Ca(H2PO4)2 H2O(тв).

2. Чтобы получить искомое уравнение, согласно закону Гесса комбинируем четыре заданных уравнения следующим образом:

1 + 2 (2) – (3) + (4)

Ca(тв)+ 2H(р-р) + 3Н2(г) + 2Р(бел) + 4 О2(г) + Сa (2р-р) +

+2 H2 РО4(р-р) + H2O(ж) + Н2(г)+ 0,5 О2(г) Сa (2р-р) + Н2(г) +

+2 H(р-р) + 2 H2 РО4(р-р) + Ca(H2PO4)2 H2O(тв) + H2O(ж)Ca(тв) + 3Н2(г) + 2Р(бел)+ 4,5 О2(г) Ca(H2PO4)2 H2O(тв).

3.Чтобы найти Н 0 искомой реакции, комбинируем тепловые эффекты Н 0 заданных четырех реакций:

Hреакц0 = Н10 + 2 Н 20 – Н30 + Н 40 =

= – 542,7 + 2( – 1296,3) + 12,8 – 285,8 = – 3408,3 кДж/моль.

Полученный тепловой эффект и есть стандартная энтальпия образования Ca(H2PO4)2 H2O(тв):

Hобр0 ,298Ca(H2PO4)2 H2O(тв) = – 3408,3 кДж/моль.

Пример 18.4.2. Определить H 0 реакции, протекающей в растворе при 25 °С:

3Fe(NО3)2(р-р) + 4HNO3(р-р) 3Fe(NO3)3(р-р) + NO(г) +2Н20(ж).

94

При расчете тепловых эффектов химических реакций, протекающих в водных растворах, следует учитывать электролитическую диссоциацию химических соединений. Для тех соединений, которые диссоциируют в растворе, в расчетах

используются ΔH обр0 соответствующих ионов, а для тех, которые не

протекающих в водных растворах, проводится по ионномолекулярным уравнениям.

Ионно-молекулярное уравнение для заданной реакции имеет вид

3Fe2 NO3 4H 3Fe3 NO г 2H2O ж .

Следовательно,

стандартным теплотам образования компонентов реакции ΔH обр0 (см. табл. Приложение 5):

Hреакц0 = 3(– 47,4) + 90,0 + 2(– 285,8) – 3(– 87,9) – (– 206,6) = – 153,1

кДж.

95