В В Е Д Е Н И Е

КОСТЮК И. В.
учитель химии высшей
категории
ГОУ СОШ № 853
Зеленоградского АО города
Москвы.
МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ:
«ГАЗЫ. ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ».
О Г Л А В Л Е Н И Е:
1. Введение
2.Газы
3.Вычисление объёмных долей газов в смеси
4.Вычисление плотности и состава газовой смеси
5.Закон объёмных отношений Гей – Люсака. Решение
типовых задач.
6.Закон Бойля – Мариотта. Решение типовых
задач.
7.Закон Шарля. Решение типовых задач.
8.Общее уравнение, объединяющее законы
Бойля – Мариотта и Гей – Люсака. Решение
типовых задач.
9.Вычисления по уравнению Менделеева - Клапейрона
10.Используемая литература
«Основные направления реформы общеобразовательной и профессиональной
школы» поставили перед общеобразовательной школой задачу привить учащимся умение
самостоятельно пополнять свои знания, ориентироваться в стремительном потоке
научной информации. Это значит, что каждый ученик должен научиться использовать
теоретические знания для решения практических задач.
1
Научиться решать задачи по химии – дело непростое, но выполнимое. Чтобы его
освоить, надо применять логику и здравый смысл, не допуская и мысли о чудесах. Надо
помнить: какие бы удивительные химические явления ни происходили, вещество никогда
не возникает из ничего и не исчезает бесследно, оно может лишь превращаться в другие
вещества. Как только это главное правило усвоено, схемы решения задач приобретают
красивую простоту.
Рациональные схемы решения задач основаны на формульном (алгебраическом)
методе . Он заключается в выводе зависимости искомой величины, данных в условии
задачи. Это позволяет после подстановки их значений сразу же, минуя промежуточные
расчеты, получить результат (ответ). Формульный метод исключает накопление ошибок
при округлении результатов промежуточных расчетов при решении задач «по действиям»
и поэтому является предпочтительным.
Если выпускнику предстоит сдавать вступительный экзамен по химии, умение
решать задачи просто необходимо. Тем более, что большинство вузов в последние годы
отказались от устного экзамена в пользу письменного или тестового, а на таком экзамене
без умения решать задачи вообще делать нечего.
Увы, большинство выпускников средней школы такими навыками не обладают,
поэтому многие стремятся – и в общем-то правильно – перед экзаменом позаниматься с
преподавателем. К сожалению, услуги репетитора доступны сегодня далеко не всем, и
тогда остается полагаться только на свои силы.
За сравнительно короткий срок научиться самому решать задачи вполне возможно:
это использование книг – самоучителей, где постепенно шаг за шагом ученик
самостоятельно осваивает премудрости решения задач и попутно выстраивает в своем
представлении величественное и прекрасное здание Химической Науки. В последние
годы книгоиздатели порадовали преподающих и изучающих химию новыми задачниками.
Среди них легко выбрать книги, точно следующей типовой школьной программе, Можно
найти и ряд пособий с нестандартными и трудными задачами, которые предлагают
участникам олимпиад юных химиков.
Самое сложное на экзамене по химии - решить задачу. Это связано с пробелами в
знаниях не только у школьников, но и у некоторых учителей химии. Даже, если ученик
обладает всеми знаниями, необходимыми для решения задач, часто бывает, что он эту
задачу решить не может. Для этого есть 2 основные причины : первая – малая
тренированность (т.е. перед экзаменом необходимо решить довольно много задач разных
типов – оптимум 200-300) , и вторая – плохое знание алгоритмов решения задач.
Задача каждого учителя – научить алгоритмам, полностью описывающим решение
любой химической задачи, анализировать ошибки при неверном решении, не жалеть
времени на тренировку в работе над задачами.
Волнение на экзамене приводит к снижению интеллектуальных возможностей
любого человека. Поэтому, чтобы поступить с большим конкурсом, необходимо иметь
запас прочности, т.е. необходимо научиться решать очень сложные задачи, для того
чтобы уверенно решить среднюю по сложности задачу на экзамене.
Решение задачи – это маленькое исследование. Каждый раз надо спрашивать себя,
почему мы поступили именно таким образом, а не иначе, каким правилом мы
воспользовались?
По осуществлению дифференцированного подхода в процессе обучения химии
необходимо использовать задания трех уровней сложности, позволяющие осуществлять
индивидуальный подход к учащимся.
1уровень – репродуктивный. От учащихся требуется знание основных химических
понятий, законов, теорий. Все действия они выполняют по алгоритму. В процессе
решения учащиеся не прибавляют никакой новой информации.
2
2 уровень – продуктивный. От учащихся требуется дополнить (уточнить) ситуацию и
применить полученные знания для решения нетиповой задачи. При этом включается
логическое мышление, в частности, процессы анализа, синтеза, сравнения.
3 уровень – поисковый, исследовательский, изобретательный. В процессе решения
расчетной или экспериментальной задачи добывается новая информация. Учащиеся
действуют «без правил», но в известной им области, создавая новые правила действия,творческая деятельность.
Хочется подчеркнуть, именно при решении задач наиболее наглядно проверяется
умение учащегося обобщить изученный им материал и применить его на практике.
Г А З Ы
Газовое агрегатное состояние характеризуется свободным движением
молекул, так как их кинетическая энергия значительно превосходит
потенциальную энергию их взаимодействия друг с другом. Газы вследствие
этого стремятся занять весь представленный им объём. В химии широко
применяется закон Авогадро (был высказан как гипотеза в 1811 г. итальянским
физикохимиком А.Авогадро и интерпретирован с точки зрения атомномолекулярного учения в 1858 г. итальянским химиком С.Канниццаро): в
равных объёмах различных газов при одинаковых условиях содержится
одинаковое число молекул.
Первое следствие из закона Авогадро: при одинаковых условиях
равные количества различных газов занимают равные объёмы.
В частности, при нормальных условиях (н.у.) – температуре Т=273,15
К (0 градусов С) и давлении Р=101,3 кПа ( 1 атм, 760 мм рт.ст.) - 1 моль любого
газа (близкого по свойствам к идеальному газу) занимает объём 22,4 л. Это
физическая постоянная – молярный объём газа при нормальных условиях.
Молярный объём газа Vм равен отношению объёма порции газа В (Vв) к
количеству вещества в этой порции
(nв):Vм = Vв \ nв
Единица измерения молярного объёма газа : л/моль. При нормальных
условиях
Vм = 22,4 л/моль.
Из определения для Vм следует, что Vв = Vм *nв = Vм *mв \Mв.
Это выражение позволяет рассчитывать по массе газа его объём.
Второе следствие из закона Авогадро: молярная масса первого газа
равна произведению молярной массы второго газа на относительную плотность
первого газа по второму.
В частности, молярная масса вещества в газообразном состоянии
равна его удвоенной плотности по водороду.
Мв = М(Н2) * D(H2)
Аналогичным образом, с учетом средней молярной массы воздуха
Мвозд.=29г\моль:
Мв = Мвозд. * D возд. = 29 Dвозд.
Относительная плотность по водороду, по воздуху и по любому
другому газу определяется экспериментально, что позволяет рассчитать
молекулярную массу газа.
3
Количество вещества газа и плотность газа (наиболее
употребительная единица измерения р – г\л) рассчитывается по формулам:
n(X) = V(X)/Vm
p(X) = M(X)/Vm
Если измерения объёма проводились при условиях, отличающихся
от нормальных, можно воспользоваться уравнением Менделеева – Клапейрона:
P*V = n *R*T , где
P – давление (кПа)
T – температура, К
R – универсальная газовая постоянная = 8,31 Дж\моль*К
V – объём г
Плотность газа зависит от условий (Р,Т), при которых она определялась.
Газы смешиваются в любых отношениях друг с другом, образуя
газовые растворы. Количественно состав такого раствора можно
охарактеризовать с помощью массовой доли w , а также объёмной доли ф или
молярной доли х :
ф(Х) = V(X)/Vсумм ; х(Х) = n(X)/ nсумм.
Для газов ф(Х) = х(Х), что следует из закона Авогадро. В большинстве задач,
если специально не оговорено, условно считается, что воздух состоит только из
азота (ф=0,79) и кислорода (ф=0,21). Газовые смеси часто характеризуют с
помощью средней (точнее, средневзвешенной) молярной массы Мср :
Мср = М1ф1 + М2ф2 + …Мn фn , где
М1, М2, Мn – молярные массы газов, находящихся в растворе, ф1, ф2, фn –
объёмные доли газов.
ВЫЧИСЛЕНИЕ ОБЪЁМНЫХ ДОЛЕЙ ГАЗОВ В СМЕСИ
ПРИМЕР №1:В смеси оксида азота(I) и оксида азота (II) число молекул в 2,8 ра
за меньше числа атомов. Вычислите объёмные доли газов в
смеси.
РЕШЕНИЕ: Пусть n(N2O) = x моль
n(NO) = y моль
Тогда количество вещества всех атомов равно 3х+2у. Поскольку
количества веществ атомов и молекул пропорционально числу атомов и
молекул, будет справедливо соотношение :
3х +2у \х +у = 2,8
N2O – x моль молекул; 3х моль атомов
NO - у моль молекул; 2у моль атомов
Сумма: (х + у)моль молекул; (3х + 2у ) моль атомов
Преобразуя полученное выражение, получаем х = 4у
Вычислим объёмную долю оксида азота (I):
4
ф(N2O) = n(N2O)/ (n(N2O) + n(NO))
ф (N2O) = 4у\(4у +у) = 4у\5у= 0,8
Таким образом, ф (N2O) =80%; ф (NO) =100 – 80 = 20%
ПРИМЕР №2: 33,6 л смеси угарного газа и углекислого газа имеют массу
48 грамм. Рассчитайте объёмные и массовые доли компонентов
в смеси.
РЕШЕНИЕ : Обозначим через х моль количество угарного газа и через у моль
количество углекислого газа.
Тогда, масса СО в смеси составит: m(CO) = n(CO) *M(CO) = 28x
А масса СО2 в смеси составит: m(CO2)= n(CO2)*M(CO2) = 44y
Объём, занимаемый газами, можно подсчитать:
V = Vm*m/ M
Отсюда объёмы газов в смеси равны: V(CO)=22,4x , V(CO2) = 22,4 y
В условии задачи даны суммарные масса и объём смеси, следовательно,
28х + 44у = 48
22,4х + 22,4у = 33,6
Получилась система уравнений с двумя неизвестными. Решая её, найдём:
х=1,125; у = 0,375 . Далее находим массы компонентов в смеси:
m (СО) = 28х = 31,5 г
m(СО2) = 44у = 16,5 г
Теперь нетрудно рассчитать массовые доли СО и СО2 , учитывая, что 48 г
составляют 100 %, тогда
w (СО) = 31,5 : 48 = 0,656 или 65,6%
w (СО2)=16,5 : 48 = 0,344 или 34,4%
Теперь рассчитаем объёмные доли газов в смеси :
фсумм. = 1,125 + 0,375 = 1,5
ф(СО) = 1,125 : 1,5 = 0,656 или 65,6%
ф(СО2)=0,375 : 1,5 = 0,344 или 34,4%
ЗАКОН
ОБЪЁМНЫХ
ОТНОШЕНИЙ
ГЕЙ - ЛЮСАКА.
Объёмы вступающих в реакцию газов относятся друг к другу и к объёмам
образующихся газообразных продуктов реакции, как небольшие целые числа.
Зная объёмные отношения между реагирующими газами, можно устанавливать
состав молекул получающихся веществ. Наоборот, зная состав молекул исходных
веществ и продуктов реакции, легко рассчитать отношение объёмов участвующих в
реакции газов, если температура и давление их остаются неизменными, или вычислить
происходящие в результате реакции изменение давления, если реакция протекает в
замкнутом пространстве при постоянной температуре.
ПРИМЕР № 1: При взаимодействии оксида азота (II) с кислородом из двух объёмов
оксида азота (II) и одного объёма кислорода получаются два объёма
нового газа. Установите формулу образующегося газа.
5
РЕШЕНИЕ: Так как в равных объёмах газов при прочих равных условиях содержится
одинаковое число молекул, то изданных задачи непосредственно вытекает, что каждые
две молекулы оксида азота (II) , взаимодействуя с одной молекулой кислорода, образует
две молекулы нового газа.
Обозначив состав молекул образующегося газа формулой NxOy , можно
выразить происходящую реакцию уравнением:
2NO + O2 = 2NxOy
Подсчет числа атомов азота и кислорода в левой части уравнения
показывает, что в состав двух молекул нового газа должны входить два атома азота и
четыре атома кислорода, т.е. что молекула его состоит из одного атома азота и двух
атомов кислорода. Следовательно, формула газа: NO2 .
ПРИМЕР №2: При горении метана СН4 образуется углекислый газ и водяной пар. Каковы
отношения между объёмами участвующих в реакции газов, если они
измерены при одинаковых условиях?
РЕШЕНИЕ: При полном сгорании метана на каждую её молекулу расходуются две
молекулы кислорода в результате чего образуется одна молекула углекислого газа и две
молекулы водяного пара:
СН4
+ 2О2 = СО2 + 2Н2О
Это значит, что из одного объёма метана и двух объёмов кислорода
получаются два объёма водяного пара и один объём углекислого газа, измеренного при
тех же условиях.
По закону Гей – Люсака при постоянном давлении объём газа изменяется прямо
пропорционально абсолютной температуре (Т):
V1\ T2 = V2\T2 или V\T = const
P = const (изобарический процесс)
ПРИМЕР №3: При 27 градусах С объём газа равен 600 мл. Какой объём займет газ при 57
градусах С, если давление будет оставаться постоянным?
РЕШЕНИЕ: Обозначив искомый объём через V2, а соответствующую ему температуру
через Т2. По условию задачи:
V1=600 мл
Т1=273+27=300 К
Т2=273+57=330 К
Подставляя эти значения в выражение закона Гей-Люсака, получим:
60\300 = V2\330 , откуда
V2 =600*330\300 = 660 мл.
ПРИМЕР №4: Имеются два сосуда, заполненных смесями газов: а) водородом и
хлором; б) водородом и кислородом. Как изменится давление в
сосудах при пропускании через эти смеси электрической искры?
РЕШЕНИЕ: При пропускании искры газы реагируют по следующим уравнениям:
6
Н2 + Сl2 = 2HCl
(1)
2H2 + O2 = 2H2O
(2)
Из уравнения реакции (1) видно, что 1 моль водорода и 1 моль хлора образуют 2 моль
хлороводорода. Следовательно, количество вещества ( в молях) газа после реакции (1)
остаётся без изменения, объём газовой смеси также не меняется, поэтому и давление в
сосуде не меняется.
Количество вещества газа после окончания реакции (2) уменьшается в 1,5 раза,
следовательно, изменится и давление. В условии задачи намеренно не оговорено,
Приводится ли смесь к нормальным условиям или нет. Для ответа на поставленный
вопрос это несущественно: допустим, что смесь останется при высокой температуре,
тогда образовавшаяся вода будет находиться в парообразном состоянии и давление после
реакции уменьшится для стехиометрической смеси в 1,5 раза, как было показано выше;
если же смесь будет приведена к нормальным условиям, давление смеси ещё более
уменьшится за счет конденсации паров воды.
ЗАКОН
БОЙЛЯ - МАРИОТТА
При постоянной температуре давление, производимое данной массой газа, обратно
пропорционально объёму газа:
Р2\Р1 = V1\V2 или РV = const
Т = const (изотермический процесс)
ПРИМЕР № 1:При некоторой температуре давление газа, занимающего объём
3 л , равно 93,3 кПа (700 мм рт.ст.). Каким станет давление, если, не
Изменяя температуры, уменьшить объём газа до 2,8 л ?
РЕШЕНИЕ: Обозначив искомое давление через Р2, можно записать:
Р2\93,3 = 3\2,8 . Отсюда:
Р2 = 100 кПа (750 мм рт.ст.).
ЗАКОН
ШАРЛЯ
Взаимосвязь между давлением и температурой ( изохорический процесс)
Р1
Р2
----- = ----Т1
Т2
или
Р
---- = const
Т
ПРИМЕР №1: При 15 градусах С в баллоне с кислородом давление равно 90 атмосфер.
При какой температуре оно станет равным 100 атм ?
РЕШЕНИЕ : Пусть искомая температура Т1.
Тогда Т = 273 + 15 = 288
Р = 90 атм
Р1 = 100 атм
Подставляем эти значения в уравнение
7
Р
------ =
Т
Т1 =
Р1
Р1 * Т
------или Т1 = ----------Т1
Р
получаем
100 * 288
-------------- = 320 К или 320-273 = 47 градусов С
90
ОБЩЕЕ УРАВНЕНИЕ, ОБЪЕДИНЯЮЩЕЕ ЗАКОНЫ БОЙЛЯ – МАРИОТТА И
ГЕЙ - ЛЮСАКА.
PV\T = PoVo\To
Здесь Р и V – давление и объём газа при данной температуре Т,
Po и Vo - давление и объём газа при нормальных условиях.
Приведенное уравнение позволяет находить любую из указанных величин, если известны
остальные.
При расчете необходимо иметь в виду, что как объём, так и давление в обеих частях
уравнения должны быть выражены в одних и тех же единицах.
Подчеркнем, что объединенный газовый закон, как и частные законы, справедлив
только для постоянной массы данного газа.
ПРИМЕР №1:При 25 градусах С и давлении 99,3 кПа (745 мм рт.ст.) некоторое количество газа занимает объём 152 мл. Найти, какой объём займет это же
количество газа при 0 градусах С и давлении 101,33 кПа.
РЕШЕНИЕ: Подставляя данные задачи в уравнение, объединяющее законы БойляМариотта и Гей-Люсака, получаем:
Тo=0+273=273
T=25+273=298
Vo =PVTo\PoT = 99,3*152*273\(101,33*298) = 136,5 мл
ПРИМЕР № 2:Определите объём, занимаемый 8 г кислорода при 28 градусах С
и давлении 744 мм рт.ст.
РЕШЕНИЕ: Определим число моль кислорода :
n = m/M = 8 г / 32 г/моль = 0,25 моль
М(О2) = 32 г/моль
Vm = 22,4 л/моль (н.у.)
Найдём объём, который займут эти 8 г при н.у.:
V = n*Vm = 0,25 моль *22,4 л/моль = 5,6 л
Запишем уравнение состояния идеального газа:
Po*Vo
P1*V1
-------- = --------To
T1
8
To = 273 К , Т1 = 28 + 273 =301
V1
=
V1 =
Po*Vo*T1
-------------P1*To
760*5,6*301
----------------- = 6,3 л
744 * 273
ПРИМЕР № 3: При какой температуре давление азота в закрытом сосуде утроится
по сравнению с нормальными условиями?
РЕШЕНИЕ :Это традиционная экзаменационная задача, наводящая на ученика страх
полным отсутствием цифровых данных в условии. Задача, кстати, чисто физическая.
Итак,
P1*V1
Po*Vo
-------- = ---------T1
To
То = 273 К
P1 = 3Po
V1 = Vo (сосуд закрытый).
Т1 = 3 То
Т1 = 3*273 = 819 К
Или 819 – 273 = 546 градусов С
Отсюда:
ВЫЧИСЛЕНИЯ
ПО УРАВНЕНИЮ
МЕНДЕЛЕЕВА – КЛАПЕЙРОНА
ПРИМЕР №1:Вычислить массу 450 мл сернистого газа при 80 градусах С и 740
мм рт.ст
Из уравнения Менделеева – Клапейрона m =p*V*n/ R*T
M(SO2) = 64г/моль
R = 62360 мм рт.ст *мл / град*моль
Т = 80 +273 = 353 К
Чтобы не ошибиться в размерности полученного результата, производим расчеты с
указанием размерности каждой величины:
740 мм рт.ст.*450 мл * 64 г/моль
________________________________________
m=
62360 мм рт.ст.*мл/ град*моль * 353 град
m = 0,965 г
ПРИМЕР №2: Масса 344 мл газа при 42 градусах С и 772 мм рт.ст равна 0,866 г.
О каком газе идет речь?
РЕШЕНИЕ: чтобы ответить на этот вопрос, необходимо найти молярную массу газа.
9
Находим сперва по уравнению Менделеева – Клапейрона величину моля газа:
n = m*R*T/ p*V
Т = 42 + 273 = 315 К
R = 62360 мм рт.ст.*мл/град*моль
n = m/M
M = m/n
n = 1 моль
0,866 г* 62360 мм рт.ст *мл/град*моль * 315 град
m = ----------------------------------------------------------------------772 мм рт. ст * 344 мл
m = 64
А так как моль численно равен молекулярной массе, то М = 64 г/ моль.
Это может быть сернистый газ (SO2)
ПРИМЕР № 3:Определить объём, занимаемый 8 г кислорода при 28 градусах С
и давлении 744 мм рт. ст.
РЕШЕНИЕ : (2способ, 1 способ смотри в решении задач по объединенному закону БойляМариотта и Гей-Люсака).Выразим значение всех физических величин в СИ.
(Общепринятое сокращение СИ – от названия во французской транскрипции :
Международная система единиц – Systeme International d*Unites. Поэтому не говорят и
не пишут : «… в системе СИ». Нужно говорить или писать : «…в СИ».)
744
Р = ------*101325 = 99192 Па
760
Т = 273 + 28 = 301 К
m = 8 г = 0,008 кг
Из уравнения Менделеева – Клапейрона :
PV = n RT = m*RT/M
V=
mRT
0,008*8,314 *301
--------= -------------------------= 0,0063 метров кубических = 6,3 л
PM
99192 * 0,032
М(О2) = 0,032 кг
Приводим значения универсальной газовой постоянной (R), которые можно использовать
при решении задач, исходя из различных систем измерения:
R = 8,314 Па*метр.куб./ (моль*К)
R = 0,082 л*атм/(моль*К)
R = 62400 мм рт.ст.*мл/ (моль*К)
10
ПРИМЕР 4 : В закрытый сосуд объёмом 10 л при температуре 27 град С ввели 140 г угар
ного газа и 256 г кислорода. После нагревания до 427 град С прореагировало
50% угарного газа и установилось равновесие. Как изменилось давление в
сосуде после установления равновесия?
РЕШЕНИЕ : n(CO) = m/ M = 140/28 = 5 моль
n(O2) = m/M = 256/32 = 8 моль
n(CO + O2) = 5 + 8 = 13 моль
М(СО) = 28 г\моль
М(О2) = 32 г\моль
nRT
Из закона Менделеева – Клапейрона : Р(27 град С) = ---------- =
V
Т =273+27=300
Р = 3242,5 кПа
Т1=273+427=700
13*8,314*300
----------------10
n *R*T1
13*8,314*700
Р1 (427 град С) = --------- = -------------------V
10
Р1 = 7565,7 кПа
2 СО + О2 = 2 СО2
n(CO)израсх. = 5 : 2 = 2,5 моль
Из уравнения реакции n(CO) = n(CO2) , а n(O2) израсход.= n(CO)/2=2,5:2=1,25 моль
Тогда n(O2) = 8-1,25 = 6,75 моль
n(CO + CO2 + O2) = 5 + 6,75 = 11,75 моль
n*R*T
11,75 *8,314 * 700
Р2 (427град) = ----------- = -------------------------- = 6838,кПа
V
10
Р1 : Р2 = 7565,7 :6838,8 = 1,1
Ответ: давление уменьшится после протекания реакции при температуре 427 град С в 1,1
раз.
ПРИМЕР № 5: Для нейтрализации 17,1 г органической кислоты требуется 7,49 мл 10%
раствора щелочи натрия (пл. 1,1). При полной этерификации этой кислоты
можно получить метиловый эфир, 9,7 г которого при 300 град С и давлении 1,5 атм занимает объём 1,56 л. Какова формула кислоты, если при сжи
гании 1,66 г её образуется 0,54 г воды и некоторое количество СО2?
РЕШЕНИЕ: Поскольку при сгорании образуется только вода и углекислый газ, других
элементов кроме С.О.Н нет. Предположим, что кислота имеет общую формулу :
СnHzОx(COOH)y, тогда напишем уравнения реакций, описанных в условии задачи
(1)
СnHzOx(COOH)y + y NaOH = CnHzOx(COONa)y + yH2O
(2)
CnHzOx(COOH)y + O2 = (n + y) CO2 +
(z +y)
-------- H2O
2
11
(z+y) 4n + 5y + z
Рассчитаем число атомов кислорода справа : 2n + 2y + ------ = --------------------2
2
,
Тогда к молекуле кислорода надо поставить коэффициент :
4n + 5y + z
---------------- - x – 2y . В результате получим уравнение :
4
4n+5y+z
(2) СnHzOx(COOH)y + ( ------------ - x – 2y) / 2O2 = (n+y)CO2 +
2
(z+y)
------- H2O
2
Используя уравнение Менделеева – Клапейрона, рассчитаем молекулярную массу
карбоновой кислоты:
M*R*T
9,7*8,314 *573
М(СnHzOx(COOH)y) = ----------- = ---------------------- = 195,5 г\ моль.
P*V
151,5 * 1,56
Обратите внимание, что давление было переведено из атмосфер в килопаскали 1,5 атм=
1,5 * 101 = 151,5 кПа, Т = 273 + 300 = 573 К.
В результате получаем выражение для вычисления
М(СnHzOx(COOH)y) = 12n + z + 16x +59y = 195,5
Рассчитаем количество вещества гидроксида натрия в растворе :
m(раствора NaOH) = V*p = 7,49*1,1 = 8,24 г
m(NaOH) = mр-ра (NaOH)*w = 8,24 *0,1 = 0,824 г
n(NaOH) = m(NaOH)/ M(NaOH) = 0,824 : 40 = 0,206 моль.
Из (1) уравнения реакции
n(NaOH)
0,206
n(CnHzOx(COOH)y) = ------------ = --------y
y
Отсюда рассчитаем молекулярную массу кислоты :
m
M(CnHzOx(COOH)y) = ---- = 17,1 y/ 0,206 = 83 y , тогда можно записать
M
12n + z +16x + 45z = 83y
12n +z + 16x + 59y = 195,5
Вычтем второе уравнение из первого и получим:
97y = 195,5
отсюда
y = 2, следовательно – это дикарбоновая кислота.
Рассчитаем количество воды, получившееся при сжигании её 1,66 г.
n(H2O) = m/M = 0,54 : 18 = 0,03 моль
Из (2) уравнения реакции следует, что
2n(H2O)
2n(H2O)
0,06
n(CnHzOx(COOH)y) = ------------- = ------------- = --------y+z
2 +z
2+ z
используя это, рассчитаем молекулярную массу кислоты :
12
M(CnHzOx(COOH)y) = m/M = (z + 2)*1,66 / 0,06 = 27,(6)z + 55(3),
Запишем выражение для молекулярной массы кислоты :
12n + z + 16x +45y = 27,(6)z + 55, (3)
12n + z + 16x +59y = 195,5
Вычтем из первого уравнения второе и получим , что z = 4
Таким образом, мы получили, что формула кислоты должна быть CnH4Ox(COOH)2.
Из уравнения 12n + z + 16x + 59y =195,5 следует, что
12n +16x =72. Нам известно,
что n и x - числа целые и положительные, поэтому предположим, что
x = 0 тогда
n =6
x = 1 тогда
n =4,7
x =2 тогда
n = 3,3
x = 3 тогда
n=2
x = 4 тогда
n = 0,66
Следовательно, для решения этого уравнения подходит только две пары корней. В
результате можно сказать, что условию задачи отвечает 2 формы кислоты :
C6H4(COOH)2 и C2H4O3(COOH)2.
Ответ: С6Н4(СООН)2 или С2Н4О3(СООН)2.
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1.Л.Ю.Аликберова, Н.С.Рукк «Полезная химия: задачи и истории». Дрофа Москва.2005
2.Г.Л.Абкин «Задачи и упражнения по общей химии». Издательство «Высшая школа»1976
3.Н.Л.Глинка «Задачи и упражнения по общей химии». Ленинград. «Химия».
Ленинградское отделение. 1983
4.Н.Л.Глинка «Задачи и упражнения по общей химии». Издательство «Химия».Москва
1973
5.А.А.Кушнарев «Учимся решать задачи по химии».Руководство для самостоятельной
подготовки к экзамену. «Школа – Пресс». 1996
6.Н.Н.Макдесиева,Н.Е.Кузьменко «Учимся решать задачи по химии».Москва
«Просвещение» 1986
7.Н.И.Пропалов,Н.Г.Курысева,Т.В.Люльчук,Т.Н.Сергеева,Н.М.Степанович,Е.Ф.Щукина
«Сборник дифференцированных задач и упражнений по химии с решениями» для
общеобразовательных школ. Владимир. 2000
8.С.А.Пузаков,В.А.Попков «Пособие по общей химии». Программы, вопросы, задачи,
образцы экзаменационных билетов. Москва «Высшая школа» 2001.
9.Л.А.Слета, А.В.Чёрный, Ю.В. Холин «1001 задача по химии» с ответами, указаниями,
решениями. «Иллекса» «Ранок» Москва – Харьков. 2004
10.Е.П.Сидоров. Пособие для поступающих в ВУЗы «Правила и способы решения
конкурсных задач по химии». Москва. 1992
11.И.Г.Хомченко «Сборник задач и упражнений по химии». Москва «Высшая школа»
1989
12.Н.Е.Кузьменко, В.В.Еремин «2500 задач по химии с решениями для поступающих в
ВУЗы». Москва «Оникс 21 век» «Мир и образование» 2002
13.Н.Е.Кузьменко,В.В.Еремин,С.С.Чуранов «Сборник конкурсных задач по химии» для
школьников и абитуриентов. Экзамен «Оникс 21 век» Москва 2001
14.Н.Кузьменко, В.Еремин ,В.Попков «Химия для школьников старших классов и
поступающих в ВУЗы» Москва «Оникс 21 век» «Мир и Образование» 2002.
13