Задачи с изменением массы и объёма

8 заданий

Материальный баланс вместо систем

Многоэтапные задачи пугают количеством данных, но почти все они решаются одним приёмом — материальным балансом по элементу. Вместо того чтобы писать систему из пяти уравнений, проследите, куда уходит каждый атом ключевого элемента.

edit_noteЖелезо в трёх формах

Смесь железа и оксида железа(III) массой 10,0 г растворили в соляной кислоте; выделилось 1,12 л водорода (н. у.). Затем к раствору добавили щёлочь, осадок отфильтровали и прокалили на воздухе до постоянной массы. Какова масса остатка?

Водород даёт только металл: \(n(\ce{Fe}) = n(\ce{H2}) = 0{,}0500\) моль, \(m = 2{,}79\) г.
Оксида \(10{,}0 - 2{,}79 = 7{,}21\) г, \(n(\ce{Fe2O3}) = 0{,}0451\) моль — в нём 0,0903 моль железа.
Всего железа 0,140 моль; после прокаливания всё железо — в \(\ce{Fe2O3}\): 0,0702 моль, 11,2 г.

Третий шаг не требует уравнений всех реакций: железо сохраняется, а в конце оно всё в одной форме.

scienceЦепочка превращений этой задачи

\(\ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2 ^}\) и \(\ce{Fe2O3 + 6HCl -> 2FeCl3 + 3H2O}\).
\(\ce{Fe + 2FeCl3 -> 3FeCl2}\) — железо частично восстанавливает хлорид железа(III), но на баланс по железу это не влияет.
\(\ce{FeCl2 + 2NaOH -> Fe(OH)2 v + 2NaCl}\); \(\ce{FeCl3 + 3NaOH -> Fe(OH)3 v + 3NaCl}\).
\(\ce{4Fe(OH)2 + O2 ->[t] 2Fe2O3 + 4H2O}\) и \(\ce{2Fe(OH)3 ->[t] Fe2O3 + 3H2O}\) — на воздухе всё железо в итоге становится оксидом железа(III).

errorРеакция 2 и водород

В реакции 2 часть железа расходуется без выделения водорода. Если оксида много, водорода выделится меньше, чем «положено» металлу! В строгих задачах это учитывают: \(n(\ce{H2}) = n(\ce{Fe}) - n(\ce{Fe^3+})/2\) при недостатке железа. В учебных задачах обычно подразумевают, что водород даёт весь металл, — читайте условие внимательно.

Практикум: масса и объём вместе

Типичная олимпиадная задача «на смесь» даёт массу, объём газа и массу осадка или остатка — и почти всегда одно из чисел служит проверкой. Решайте по плану: реакции → неизвестные (моли!) → связи → решение → пересчёт.

scienceРеакции, часто встречающиеся в таких задачах

\(\ce{Na2CO3 + 2HCl -> 2NaCl + H2O + CO2 ^}\) и \(\ce{NaHCO3 + HCl -> NaCl + H2O + CO2 ^}\) — оба дают газ, но разное количество кислоты на моль газа.
\(\ce{Na2SO3 + 2HCl -> 2NaCl + H2O + SO2 ^}\) — сернистый газ поглощается и щёлочью, и раствором перманганата (в отличие от \(\ce{CO2}\)).
\(\ce{2Al + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2 ^}\) и \(\ce{Al2O3 + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2O}\).
\(\ce{Zn + 2NaOH + 2H2O -> Na2[Zn(OH)4] + H2 ^}\) — цинк, как и алюминий, растворяется в щёлочи.

boltКакое число лишнее?

Сосчитайте неизвестные и измерения до решения. Если измерений больше, решите по «надёжным» (массы, объёмы газов), а лишнее число используйте для проверки. Совпало — ответ верен; не совпало — ищите пропущенную реакцию или неверное допущение.

push_pinГлавное

В сложной задаче ищите сохраняющиеся величины: атомы металла переходят из смеси в соль и осадок, углерод карбонатов — в \(\ce{CO2}\), кислород оксидов уходит с водой при восстановлении. Каждое взвешивание и каждый объём газа — одна связь. Проверка — пересчёт масс по найденному составу: сумма масс продуктов и остатков должна сходиться с условием.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.