Решение задачи №34 с использованием условия на атомистику.

Семинар для учителей химии

Практикумы по решению задач высокого уровня сложности в КИМах ЕГЭ

«Решение задачи №34 с использованием в условии условия на атомистику».

Подготовила: Яшина Ю.А.

Учитель химии МБОУ Вольгинская СОШ им.академика Бакулова И.А.

18 февраля 2021 год

Задачи на атомистику  - это задачи на соотношения частиц (атомов, молекул, ионов и т.д.)  в  гомогенных и гетерогенных системах (растворах, твердых и газообразных смесях). Это могут быть массовые соотношения (например, массовая доля элемента в смеси), мольные соотношения (например, соотношение числа атомов водорода и кислорода или мольная доля), объемные соотношения (объемная доля и др.).

Для решения задач на атомистику используются  довольно простые идеи.  Во-первых, понятие массовой доли. Во-вторых, умение выражать число атомов через число молекул или других структурных единиц.

Например , в молекуле триоксида серы SO3 на 1 молекулу приходится один атом серы и три атома кислорода:

1 молекула SO3 - 1 атом серы, 3 атома кислорода

Несложно пропорцией определить, что на две молекулы триоксида серы будет приходиться два атома серы и шесть атомов кислорода:

2 молекулы SO3 - 2 атома S, 6 атомов О

На 20 молекул триоксида:

20 молекул SO3 - 20 атомов S, 60 атомов О

А вот сколько атомов приходится на х молекуле триоксида? Это также легко определить через пропорцию:

х молекул SO3 - х атомов S, 3х атомов О

Иначе говоря,  количество атомов кислорода в молекуле SO3 в три раза больше, чем количество молекул .  А количество атомов серы равно количеству молекул триоксида сер ы. Это простая, но не всегда очевидная идея. То есть индексы в формуле вещества показывают не только, как соотносится количество атомов между собой, но и какое число атомов приходится на 1 молекулу или другую структурную единицу вещества.

Если так соотносится число атомов и молекул, то также будет соотноситься и количество вещества атомов и молекул, выраженное в молях . Потому что 1 моль - это не что иное, как порция, состоящая из одинакового числа данных частиц.

То есть на х моль трикосида серы приходится:

х моль SO3 - х моль атомов S, 3х моль атомов О

  Представьте себе, что атомы - это элементы изделия, а молекула состоит из некоторого числа таких деталей. Таким образом, число деталей разного типа всегда больше или равно числа изделий. Получается,  в молекуле число атомов всегда больше или равно количества молекул.

И, наоборот, число молекул триоксида серы в 3 раза меньше ,чем число атомов кислорода в составе SO3. И число молекул равно количеству атомов серы. 

Рассмотрим решение от простой к более сложным вариантам задач:

1. В порции нитрата бария содержится 1,0836*20  ²⁴ ионов. Вычислите массу этой порции.

Решение: 1 формульная единица Ba(NO3)₂ ͢ Ba²+ +2NO3-

3 иона

n( ионов ) = 1,0836*20  ²⁴/6,02*20  ²³=1,8 моль (ионов)

количество вещества нитрата бария равно 1,8/3=0,6моль

m(Ba(NO3)₂)=n*M= 0 ,6 моль*261 г/моль=156,6 г.

Ответ: 156,6 г.

2. Через 21%-ный раствор сульфата хрома (III) массой 280 г пропускали электрический ток до тех пор, пока его масса не стала равна 267 г. Газообразные продукты, выделившиеся на катоде и аноде, смешали. В полученной смеси на 4 атома водорода приходится 3 атома кислорода. Вычислите массовые доли веществ в растворе, образовавшемся после электролиза

Решение:

Запишем уравнения реакций:

(1) 2 Cr2(SO4)3 + 6H2O = 4Cr + 3O2 + 6H2SO4

(2) 2H2O = 2H2 + O2

2. Вычислим количество исходного сульфата хрома

m(Cr2(SO4)3) = m( р-ра) · ω = 280 · 0,21 = 58,8 г

n(Cr2(SO4)3) = m : M = 58,8 : 392 = 0,15 моль

3. Вычислим количества веществ в полученном растворе

n(O) : n(H) = n(O2) : n(H2) = 3 : 4

Пусть n1(Cr) = x моль, n2(H2) = y моль

• (1,5 x + 0,5y) : y = 3 : 4

Масса раствора изменилась на 280 – 267 = 13 г

(2) 52 · 2х + 32 · 1,5 x + 18y = 13

Уравнения (1) и (2) объединим в систему и решим ее

x = 0,05 моль, y = 0,3 моль n(H2SO4) = 0,15 моль

n ост.( Cr2(SO4)3) = 0,15 – 0,05 = 0,1 моль

4. Вычислим массовые доли веществ

m(H2SO4) = n · M = 0,15 · 98 = 14,7 г

m(Cr2(SO4)3) = n · M = 0,1 · 392 = 39,2 г

ω( H2SO4) = 14,7 : 267 · 100% = 5,51%

ω( Cr2(SO4)3) = 39,2 : 267 · 100% = 14,68% Ответ: 14,68%

3 . Смесь оксида кремния(IV) и карбоната кальция общей массой 94 г с молярным соотношением 4 : 7 прокалили до постоянной массы. Получившийся при этом газ пропустили через 100 г 10%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю соли в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Решение: Записаны уравнения реакций:

1) SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2

2 ) CaCO3 = CaO + CO2

3 ) CO2 + NaOH = NaHCO3

Приведены необходимые вычисления:

Пусть в исходной смеси было 4 x моль SiO2

n(CaCO3) = 7/4n(SiO2) = 7x моль

m(SiO2) = 240x г

m(CaCO3) = 700x г 240 x + 700x = 94

x = 0,1 моль

n(SiO2) = 0,4 моль

n(CaCO3) = 0,7 моль

CaCO3 в избытке по 1

n(CaCO3 прореаг.)

1= n(SiO2 исх.)(1) = 0,4 моль

n(CaCO3 ост.)(1) = 0,7 – 0,4 = 0,3 моль

n(CO2 полученного) (1) = n(SiO2 исх.)[1] = 0,4 моль

n(CO2 полученного)(2) = n(CaCO3 ост.)[1] = 0,3 моль

n(CO2 исх.)(3) = n(CO2 полученного)(1) и (2) = 0,4 + 0,3 = 0,7 моль

m(NaOH исх.)(3) = 100 ∙ 0,1 = 10 г

n(NaOH исх.)(3) = 10 / 40 = 0,25 моль

CO2 в избытке по (3)

n(NaHCO3 полученного)(3) = n(NaOH исх.)(3) = 0,25 моль

m(NaHCO3 полученного)(3) = 0,25 · 84 = 21 г

n(CO2 прореаг.)(3) = n(NaOH исх.)(3) = 0,25 моль

m(CO2 прореаг.)(3) = 0,25 · 44 = 11 г

m( р-ра) = 11 + 100 = 111 г

W%( NaHCO3) = 21 / 111 = 0,189, или 18,9%

Ответ: 18,9%