РОЗВ'ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ НА НАДЛИШОК

Ви знаєте, що речовини взаємодіють у певних співвідно­шеннях. Але часто одна з вихідних речовин береться у над­лишку, щоб забезпечити повнішу взаємодію іншої речови­ни. Реакція між речовинами відбувається доти, доки повні­стю прореагує одна з них, а надлишок іншої речовини зали­шається. Він участі в реакції не бере. Тому, розв'язуючи задачі цього типу, потрібно:

1) з'ясувати насамперед, яка саме з вихідних речовин узята у надлишку, бо надлишок не реагуватиме;

2) дальші обчислення робити за тією речовиною, яка прореагувала повністю.

Зверніть увагу, що пвд час розв'язування задач можливі різні варіанти.

Для прикладу розглянемо розв'язування конкретних задач.

Задача 1. До розчину, який містить 1,42 г сульфату натрію, долили розчин, що містить 2,8 г нітрату барію. Утворений осад відфільтрували. Які речовини містяться у фільтраті?

Дано:  m (Na₂SO₄) =1,42 г

        m (Ba(NO₃)₂) = 2,8 г

Речовини у фільтраті = ?

 

Аналізуючи умову задачі, бачимо, що для обох солей, які реагують одна з одною, зазначена певна маса, яка може бути стехіометричною. Але, як правило, це ознака того, що задача на надлишок, а він не реагуватиме. Тому визначаємо передусім, яка з вихідних речовин узята у надлишку. Для цього складаємо рівняння реакції:

1,42 г                       2,8 г

Na₂SO₄    +   Ba (NO₃)₂ = BaSo₄¯ + 2NaNO₃

______________________ ____________________________

М = 46+32+64 =       М =137+28+96 =

= 142 г/моль         = 261 г/моль

m = 142 г               m = 261 г

З рівняння реакції видно, що 142 г Na₂SO₄ взаємодіє із 261 г Ва(NO₃)₂, а якщо Nа₂SO₄ узято 1,42 г, тобто у 100 раз менше, то й маса Ва(NO₃)₂, що реагуватиме, буде у 100 раз меншою —2,61 г. Отже, нітрат барію Ва(NO₃)₂ узято у над­лишку. Цей надлишок становитиме: 2,8 г - 2,61 г = 0,19 г, і міститиметься він у фільтраті разом з нітратом натрію NaNO₃, який залишився в розчині, коли осад ВаSO₄ від­фільтрували.

Відповідь: у фільтраті містяться нітрат натрію NаNОз і надлишок нітрату барію Ва(NO₃)₂ .

Задача 2. У розчин, що містить їдкий натр масою 20 г, пропустили оксид сульфуру (IV) об'ємом 15 л (н.у.). Визна­чте масу солі, яка утворилась внаслідок реакції.

Дано:  m (NaOH) =20 г

        V (SO₂) = 15 л

          m(солі) = ?

 

Ознакою того, що дана задача на надлишок, є зазначен­ня в її умові даних обох речовин, що взаємодіють між собою. Тож потрібно спочатку з'ясувати, яка речовина узята у надлишку. Для цього слід скласти рівняння реакції. Але як це зробити, якщо ми не знаємо, яка сіль утворилась? Адже може бути або середня, або кисла сіль. Якщо надли­шок їдкого натру, то утворюється середня сіль, а якщо надлишок оксиду сульфуру (ІV), то—кисла сіль (чому? Обґрунтуйте).

Припускаємо, що утворилася середня сіль, тоді...

Перший спосіб

1) Яка з вихідних речовин у надлишку, якщо утворюєть­ся середня сіль?

2NaOH        +   SO₂ = Na₂So₄ + H₂O

______________________ ____________________________

v  = 2 моль            v    = 1 моль

M = 40 г/моль       V_m  = 22,4 л/моль

m = 40 × 2 = 80 г    V  = 22,4 л

 

Дізнаємось, яку кількість речовини становлять 20 г NаОН:

V(NaOH) =  = 0,25 моль

 

З'ясовуємо мольне співвідношення речовин, які взаємо­діють. З рівняння реакції видно, що

v(NaOH): v(SO₂)= 2:1,

тобто кількість речовини SO₂ вдвічі менша, отже, якщо взаємодіє 0,25 моль NаОН, то SO₂ — вдвічі менше, а саме 0,125 моль:

2:1 = 0,25:0,125.

Обчислюємо, яку кількість речовини становлять 15 л  SO₂:

 

V(NaOH) =            = 0,25 моль

 

0,67 > 0,125, отже, SO₂  у надлишку.

А ми вже знаємо, якщо SO₂ у надлишку, то утворюється кисла сіль (чому?). Складаємо інше рівняння реакції і за ним перевіряємо, чи справді сіль кисла, й обчислюємо її масу:

 

NaOH        +        SO₂        =   Na₂SO₄

___________________ ________________________          _____________________

v = 1 моль            v = 1 моль                 M = 104 г/моль

M = 40 г/моль    V_m = 22,4 л/моль         m = 104 г

m = 40 г               V = 22,4 л

 

 

V(NaOH) =                             = 0,5 моль

 

 v(NaOH) : v(SO2) = 1 : 1; 1 : 1 = 0,5 : 0,5;

v(SO₂) =                             = 0,67 моль

 

0,67>0,5, отже, SO₂ у надлишку, сіль—кисла.

Це означає, що подальші розрахунки треба проводити за Їдким натром, оскільки він прореагував повністю.

2) Яка маса утвореної солі?

m = M ^· v

m(NаНSO₃) =104 г/моль ^· 0,5 моль = 52 г.

Відповідь: m(NаНSO₃) = 52 г.

Другий спосіб

1) Яка з вихідних речовин у надлишку, якщо утворюєть­ся середня сіль?

20г                                 15л

2NaOH        +        SO₂        =   Na₂SO₄ + H₂O

___________________ ________________________              

v = 2 моль            v = 1 моль                  

M = 40 г/моль    V_m = 22,4 л/моль          

m = 80 г               V = 22,4 л

 

З рівняння реакції видно, що 80 г NаОН повністю взає­модіють з 22,4 л SO₂, а 20 г NаОН —з х л SO₂,

 отже:

  80 : 20 = 22,4 : х; x =         =5,6 л(SO₂)

 

За умовою задачі пропускали 15 л SO₂, а прореагувало лише 5,6 л. Отже, оксид сульфуру (ІV) взято у надлишку. Це означає, що сіль, яка утворюється, кисла. У такому разі треба скласти інше хімічне рівняння і за ним перевірити, чи справді утворюється кисла сіль:

NaOH       +      SO₂        =         NaHSO₃

___________________ ________________________                       _____________________          

v = 1 моль            v = 1 моль          M = 104 г/моль

M = 40 г/моль    V_m = 22,4 л/моль      m = 104г

m = 40 г               V = 22,4 л

40 : 20 = 22,4 : х;    х =  = 11,2 ( SO ₂ )

 Сіль кисла NаНSO₃, і у даному разі SO₂ у надлишку.

2) Тепер можна обчислювати масу утвореної солі. Ви пам'ятаєте, що розрахунок ведеться за речовиною, яка прореагувала повністю, тобто за гідроксидом натрію NаОН.

З рівняння реакції видно, якщо взаємодіє SO₂ i 40 г NаОН, то утворюється 104г  NаНSO₃, а якщо з SO₂ взаємо­діє 20 г NаОН, то —х г солі гідросульфіту натрію:

40 : 20 = 104 : х;     x = = 52 г.

 

Відповідь: m(NаНSO₃) = 52 г.                   

 

СУЛЬФАТНА КИСЛОТА

Сульфатна кислота H₂SO₄ (безводна, 100 %-ва) —важка безбарвна оліїста рідина. Густина її концентрованого розчи­ну (w(H₂SO₄) == 98 %) за звичайних умов 1,84 г/см³. Вона нелетка, запаху не має. Надзвичайно гігроскопічна. Активно вбирає вологу. Змішується з водою у будь-яких співвідно­шеннях. Розчинення сульфатної кислоти у воді супрово­джується виділенням великої кількості теплоти, що може призвести до закипання води і розбризкування кислоти.

Сульфатна кислота—їдка рідина, тому треба остеріга­тись, щоб вона не потрапила на шкіру й одяг. А якщо це сталося, треба швидко змити її великою кількістю води, після чого нейтралізувати розчином соди і знову змити водою.

Пам'ятайте таке правило:

не можна воду доливати до концентрованої сульфатної кислоти! Для розбавляння кислоту треба доливати до води невеликими порціями.

 

Хімічні властивості сульфатної кислоти багато в чому залежать від її концентрації. В лабораторіях та промисло­вості використовують розбавлену і концентровану сульфат­ну кислоту, хоча такий поділ дещо умовний.

Розбавлена сульфатна кислота виявляє всі хімічні вла­стивості, характерні для кислот.

1. Дисоціація кислоти. Сульфатна кислота двохосновна, належить до сильних кислот. У водних розчинах вона дисо­ціює на йони за двома ступенями (за першим — практично повністю):

І ступінь    Н₂SO₄      H⁺ + HSO₄^- — гідросульфат-іон

                                     

II ступінь  НSO₄^-  H++SO₄ ^2- — сульфат-іон

Ось чому в процесі нейтралізації розчинів сульфатної кислоти H₂SO₄ утворюються два ряди солей: середні солі — сульфати і кислі солі —гідросульфати.

2. Взаємодія з основами. Якщо у пробірку з розбавленою сульфатною кислотою добавити дві-три краплі фіолетового лакмусу, розчин набуває червоного забарвлення (кисле середовище). Потім у цю пробірку доливатимемо краплями розчин гідроксиду натрію доти, доки вміст пробірки набуде фіолетового забарвлення (нейтральне середовище):

2NаОН + Н₂SO₄ = Nа₂SO₄ + 2Н₂O

                               сульфат натрію

Якщо ж розчину лугу NаОН не вистачає для нейтраліза­ції усієї кислоти, то сіль, що утворюється, буде кислою:

NаОН + Н₂SO₄ = NаНSO₄ + H₂O

                             гідросульфат

                                натрію

Отже, гідросульфати утворюються тоді, коли кислота береться у надлишку.

Більшість сульфатів добре розчиняються у воді. Мало­розчинним є сульфат кальцію СаSO₄, ще менше розчи­няється сульфат плюмбуму РbSO₄ і практично нерозчинним є сульфат барію ВаSO₄ (див. таблицю розчинності).

3. Взаємодія з оксидами металів. Сульфатна кислота реа­гує з оснбвними та амфотерними оксидами, утворюючи солі, наприклад:

МgО + Н2SO4 = МgSO4 + Н2О

ZnO + Н2SO4 = ZnSO4 + H2O

4. Взаємодія з солями. Сульфатна кислота сильна і не­летка, одна з найстійкіших із відомих мінеральних кислот. Вона може вступати в реакцію обміну з солями, утвореними слабкішими або леткими кислотами і навіть сильними кис­лотами, якщо вони менш стійкі:

Na₂СО₃ + Н₂SO₄ = NаSO₄ + СО­+ Н₂О

2КNО₃ + Н₂SO₄ = К₂SO₄ + 2НNО₃­

2КСlO₄ + Н₂SO₄ = К₂SO₄ + 2НС1O₄

ВаСІ₂ + Н₂SO₄ = ВаSO₄¯  + 2НС1­

Останнє рівняння відображує якісну реакцію на кислоту та її солі, бо утворюється нерозчинний у воді сульфат барію ВаSO₄.

 

Сульфатна кислота може взаємодіяти із своїми солями — сульфатами. При цьому середні солі — сульфати перетворюються на кислі солі — гідросульфати:

Na₂SO₄+H₂SO₄=2NaHSO₄

Лабораторна робота 2

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: