ХИМИЯ ДЛЯ ЧАЙНИКОВ 
Задачи на примеси являются обязательным компонентом на экзаменах за школьный курс химии.
Содержание:
1. Что такое примеси и почему важно учитывать их присутствие в образце вещества
2. Основные расчетные формулы для решения задач на примеси
3. Рассчитываем содержание (массовую долю) примесей в образце вещества
4. Рассчитываем массу исходного вещества и его массовую долю в образце, содержащем примеси
5. Комбинированные задачи на примеси
Что такое примеси и почему важно учитывать их присутствие в образце вещества
Примеси — химические вещества, которые могут присутствовать в определенном количестве другого вещества (газообразного, жидкого, твердого) и отличаться от него по своему химическому составу.
Количество примесей всегда меньше, чем основного вещества.
Важно учитывать наличие и количественное содержание примесей. Они могут или не могут влиять на химические процессы, в которых участвует основное вещество.
Протекание побочных химических реакций, участниками которых становятся примеси, обычно не желательно. Именно поэтому важно знать количественное содержание примесей в образце вещества. И именно поэтому часто приходится отделять основное вещество от примесей.
Основные расчетные формулы для решения задач на примеси
Рассчитываем содержание (массовую долю) примесей в образце вещества
Пример 1. При обжиге 134,3 г технического пирита был получен оксид серы массой 128 г. Найдите массовую долю примесей в техническом пирите.
Пирит (дисульфид железа (II)) содержит примеси, о взаимодействии которых с кислородом в данном случае ничего не говорится. В ходе реакции образуется оксид железа (III) и сернистый газ (оксид серы (IV)). Запишем данные условия задачи, уравнение реакции и расставим в нем необходимые значения.
1. По известной массе выделившегося сернистого газа определим массу чистого дисульфида железа (II):
2.Поскольку образец технического пирита содержит чистый дисульфид железа (II) и примеси, то массу примесей определим как разность между массой технического пирита и чистого:
3.Определим содержание примесей (массовую долю) в образце технического пирита:
Пример 2. Из 1 кг технического карбида кальция при полном разложении его водой было получено 300 л ацетилена. Какова массовая доля (%) примесей, содержащихся в этом образце карбида кальция?
В данном примере в качестве вещества, по которому начнем расчет, выступает ацетилен C2H2. Это газ. По условию задачи дается его объем. В связи с этим для расчета количества вещества ацетилена будем использовать не его молярную массу, а молярный объем.
1.Определим массу чистого карбида кальция:
2.Вычислим содержание (массовую долю) чистого карбида кальция в образце:
3.Определим содержание (массовую долю) примесей:
Рассчитываем массу исходного вещества и его массовую долю в образце, содержащем примеси
Пример 3. При сжигании кокса (технический углерод) массой 25,6 г был получен углекислый газ объемом (н.у.) 44,8 дм3. Рассчитайте массу углерода в коксе массой 154,2 г.
При полном сжигании углерода образуется углекислый газ (оксид углерода (IV)). С него и начнем расчеты. Взяли два отличающихся между собой по массе образца кокса, содержащих одинаковое количество примесей.
Предварительно приведем в соответствие единицы измерения объема:
1.Вычислим массу чистого углерода в образце кокса:
2.Определим содержание (массовую долю) углерода в техническом образце:
3.Вычислим массу чистого углерода во втором техническом образце:
Пример 4. Какая масса (г) технического пирита с массовой долей примесей 8,4% потребуется для получения сернистого газа SO2 объемом (н.у.) 12,540 м3?
В отличие от примера 1 в данном случае известен объем выделившегося сернистого газа.
Предварительно приведем в соответствие единицы измерения объема:
1.Вычислим содержание чистого дисульфида железа (II) в образце с примесями:
2.Определим содержание (массовую долю) чистого дисульфида железа (II):
3.Рассчитаем массу всего образца пирита:
Пример 5. При окислении аммиачным раствором оксида серебра технического ацетальдегида массой 0,5 г, содержащего различные примеси, образовалось 2,16 г металла. Определите массовую долю (%) ацетальдегида в техническом препарате.
При окислении аммиачным раствором оксида серебра технического ацетальдегида образуется чистое серебро, масса которого известна. По нему и начнем расчеты.
В отличие от предыдущих примеров содержание примесей в данном случае не известно.
Уравнение реакции запишем в упрощенном виде:
1.Вычислим массу чистого ацетальдегида:
2.Рассчитаем содержание (массовую долю) чистого ацетальдегида в техническом образце:
Комбинированные задачи на примеси
Задачи на примеси, включающие и другие важные процессы, несколько сложнее и интереснее. Разберем несколько разных примеров.
Пример 6. При обжиге 12,48 г пирита получили 4,48 л (н.у.) оксида серы (IV); поглотили весь газ 25%-ным раствором гидроксида натрия (ρ=1,28 г/см3) объемом 250 мл. Какая соль образовалась? Какую массу дихромата калия можно восстановить образовавшейся солью, учитывая, что реакция происходит в растворе, подкисленном серной кислотой? Определите массовую долю (%) примесей в пирите.
Эта задача включает в себя:
- расчеты с примесями;
- определение состава вещества;
- вычисления с процентной концентрацией растворов;
- составление схемы окислительно-восстановительного процесса и расстановка в ней коэффициентов;
- вычисление массы вещества, участвующего в окислительно-восстановительном процессе.
Предварительно приведем в соответствие единицы измерения плотности:
Поскольку это многосоставная задача, проведем вычисления в три этапа.
I. Вычислим массовую долю примесей в техническом образце пирита:
II. Определим состав образующейся соли. Это может быть либо кислая соль гидросульфит натрия NaHSO3, либо средняя соль сульфит натрия Na2SO3. Все будет зависеть от количественных отношений взаимодействующих между собой гидроксида натрия и сернистого газа:
III. Составим схему окислительно-восстановительного процесса образовавшейся средней соли сульфита натрия и дихромата калия в кислой среде. Затем расставим коэффициенты методом полуреакций (подробнее об этом здесь):
Вычислим требуемую массу дихромата калия:
Пример 7. Какую массу раствора с массовой долей серной кислоты 70% можно получить из пирита массой 200 кг, содержащего FeS2 и посторонние примеси? Массовая доля примесей в пирите составляет 10%, а выход серной кислоты – 80%.
Задача, отражающая основные стадии производства серной кислоты, включает в себя:
- вычисление массы раствора;
- вычисления с примесями;
- вычисления на выход продукта реакции.
Кроме того, в качестве единиц измерения массы используются килограммы. Чтобы не переводить килограммы в граммы и не делать записи громоздкими, будем использовать все величины в тысячу раз большими: кмоль, кг/кмоль.
Основная схема производства серной кислоты выглядит следующим образом:
FeS2 → SO2 → SO3 → H2SO4
Поэтому целесообразно вести все необходимые расчеты, используя количество вещества.
I. Вычислим количество вещества сернистого газа SO2, используя данные о пирите и примесях, которые он содержит:
II. Определим количество вещества оксида серы (VI):
III. Вычислим массу раствора серной кислоты, используя уравнение реакции (3) и данные о практическом выходе серной кислоты в этой реакции:
Пример 8. При нагревании смеси оксида кальция массой 19,6 г с коксом массой 20 г получили карбид кальция массой 16 г. Определите выход карбида кальция, если массовая доля углерода в коксе составляет 90%.
Обратим внимание, что одно из реагирующих веществ названо как оксид кальция, а не негашеная известь. Это означает, что речь идет о веществе чистом, без примесей. Второй реагент – кокс. Следовательно, речь идет не о чистом углероде, а о техническом, то есть содержащем примеси.
Данная задача также многокомпонентная. Она включает:
- расчеты на избыток и недостаток (реагируют два вещества, одно из них может быть взято в избытке, а второе в недостатке – надо проверить);
- расчеты с примесями;
- расчеты на практический выход продукта реакции.
I. Определим массу чистого углерода, принимающего участие в реакции:
II. Выясним, какое из двух исходных веществ: CaO или С, — взяты в недостаточном количестве. По недостатку затем и будем вести вычисления:
III. Вычислим практический выход карбида кальция. Для этого сначала рассчитаем, сколько его могло бы получиться теоретически:
Задачи на примеси имеют важное практическое значение.
Как в природе, так и в большинстве производственных процессов, приходится иметь дело не с чистыми веществами, а с веществами, загрязненными примесями.
В качестве примеров задач на примеси использованы задачи из сборников:
Врублевский А.И. Учимся решать задачи по химии. Общий подход / А.И. Врублевский. – Минск: Попурри, 2019. – 480 с.
Магдесиева Н.Н. Учись решать задачи по химии: Кн. для учащихся /Н.Н. Магдесиева, Н.Е. Кузьменко. – М.: Просвещение, 1986. – 160 с.
Хомченко Г.П. Сборник задач по химии для поступающих в вузы. – 4-е изд., испр. и доп./ Г.П. Хомченко, И.Г. Хомченко. – М.: «Издательство Новая Волна»: Издатель Умеренков, 2002. – 278 с.
Чтобы самыми первыми узнавать о новых публикациях на сайте, присоединяйтесь к нашей группе ВКонтакте.
