И.Ю.Белавин

Решение задач по химии

Учебное пособие для поступающих в вузы

(издание шестое, дополненное и исправленное)

Москва 2006

Белавин И.Ю.

Решение задач по химии. Учебное пособие для поступающих в вузы. Издание шестое, исправленное и дополненное. М. 2006. 290 с.

Данное пособие является руководством для подготовки к конкурсному экзамену по химии при поступлении в высшие учебные заведения. В пособии приводятся решения типовых задач по всем разделам химии, а также разбираются подходы к решению сложных комбинированных конкурсных задач. Материал расположен по мере его усложнения. Пособие содержит более 230 примеров решенных задач и 751 задачу для самостоятельного решения с ответами.

Пособие написано профессором Российского Государственного Медицинского Университета (РГМУ) Белавиным И.Ю., занимавшимся в течение многих лет подготовкой материалов для экзаменационных билетов вступительного экзамена по химии в РГМУ.

Книга предназначена для выпускников средних школ, техникумов и училищ, собирающихся поступать в высшие учебные заведения. Пособие будет также полезно для учителей средних школ.

В шестом издании исправлен ряд ошибок, введен ряд новых задач, использовавшихся на вступительных экзаменах в РГМУ в 2004 и 2005 г.г

© Белавин И.Ю. 2006

Введение.

На конкурсных экзаменах при поступлении в Вузы абитуриентам, как правило, предлагают довольно сложные расчетные задачи. Для успешного их решения обычно необходимо наличие химической эрудиции, знание основных расчетных формул, применяемых в химии, и умение оперировать ими, распутывая решение сложной комбинированной задачи.

Настоящее пособие предназначено для того, чтобы научить готовящегося к поступлению в Вуз решать такие задачи.

Пособие состоит из трех частей: “Типовые задачи”, “Подходы к решению сложных комбинированных задач” и “Конкурсные задачи”. В конце книге приведены ответы на задачи и приложения — условные обозначения физических величин с их размерностями, основные расчетные формулы, периодическая система элементов, ряд активности металлов, таблица растворимости и таблицы молярных масс неорганических и органических соединений.

В первой части “Типовые задачи” приводятся основные расчетные формулы по всем разделам химии, наиболее простые приемы решения задач и примеры их использования. Материал расположен по темам в порядке его усложнения. Каждый раздел включает в себя примеры подробного решения задач и задачи для самостоятельного решения.

Во второй части “Подходы к решению сложных комбинированных задач” даются рекомендации, как подходить к решению сложных задач, обычно встречающихся в экзаменационных билетах на вступительных экзаменах в ВУЗы. Здесь материал расположен по приемам, применяемым в решении сложных задач, и в каждом разделе также разобраны примеры с подробным решением задачи и даются задачи для самостоятельного решения.

Третья часть пособия “Конкурсные задачи” включает в себя задачи, предлагавшиеся в различные годы на вступительных экзаменах в РГМУ. Эти задачи также сгруппированы по темам. Для всех задач приводятся ответы.

Всего в пособии имеются подробные решения более 230 задач и более 750 задач для самостоятельного решения, начиная от самых простых до очень сложных, которые использовались на вступительных экзаменах.

Автор пособия в течение многих лет работал над составлением задач для вступительного экзамена по химии в РГМУ, который, как известно, отличается своей сложностью. Все задачи в настоящей книге, за редким исключением, являются авторскими и публикуются впервые, хотя некоторые из них были опубликованы в проспектах для поступающих в РГМУ.

В шестом издании исправлен ряд ошибок и введен ряд новых задач из билетов вступительных экзаменов последних лет.

Часть 1. Типовые задачи.

1.1.Основные понятия химии.

1.1.1. Количество вещества (n), масса (m), молярная масса (м), число Авогадро (nа)

^{m = n ∙ M [г]; [моль]; [г/моль];}

N_A = 6,023 10²³ [моль^–1]; N (число частиц) = n ∙ N_A

Пример 1. Какое количество вещества магния и сколько атомов магния содержится в образце чистого магния массой 6 г? Какова масса одного атома магния?

Решение:

n(Mg) = m / M = 6 / 24 = 0,25 моль;

N(атомов) = n N_A = 0,25 6,023 10²³ = 1,506 10²³ атомов.

m(атома) = M / N_A = 24 / 6,023 ∙ 10²³ = 3,985 ∙ 10^–23 г^*.

Ответ: n(Mg) = 0,25 моль; N(Mg) = 1,506 ∙ 10²³ атомов; m(атома Mg) = 3,985 ∙ 10^–23 г.

Пример 2. Какие количества вещества сульфата натрия, атомов натрия, атомов серы и атомов кислорода содержатся в 71 г сульфата натрия?

Решение:

M(Na₂SO₄) = 2 ∙ M(Na) + M(S) + 4 ∙ M(O) = 2 ∙ 23 + 32 + 4 ∙ 16 = 142 г/моль.

n(Na₂SO₄) = m / M = 71 / 142 = 0,5 моль.

1 моль Na₂SO₄ содержит 2 моль атомов натрия, 1 моль атомов серы и 4 моль атомов кислорода:

n(Na) = 2 ∙ n(Na₂SO₄) = 2 ∙ 0,5 = 1моль; n(S) = (Na₂SO₄) = 0,5 моль;

n(О) = 4 ∙ n(Na₂SO₄) = 4 ∙ 0,5 = 2 моль.

Ответ: n(Na₂SO₄) = 0,5 моль; n(Na) = 1 моль; n(S) = 0,5 моль; n(О) = 2 моль.

Пример 3. Определите суммарное число элементарных частиц (протонов, нейтронов и электронов), содержащихся в 4,4 г изотопа бора с массовым числом 11.

Решение:

A_r = n^o + z

A_r – относительная атомная масса, равная массовому числу изотопа и численно равная молярной массе изотопа в г/моль; n^o – число нейтронов в ядре; z – число протонов в ядре, равное числу электронов в нейтральном атоме и соответствующее атомному номеру элемента.

n^o = A_r – z = 11 – 5 = 6

Один атом бора содержит 5 протонов, 5 электронов и 6 нейтронов — всего 5 + 5 + 6 = 16 элементарных частиц, следовательно, 1 моль атомов бора содержит 16 моль элементарных частиц.

n(B) = m / M = 4,4 / 11 = 0,4 моль;

n(элементарных частиц) = 16 ∙ n(B) = 16 ∙ 0,4 = 6,4 моль.

N(элементарных частиц) = n(элементарных частиц) ∙ N_A = 6,4 ∙ 6,023 ∙ 10²³ = 3,855 ∙ 10²⁴.

Ответ: в 4,4 г бора содержится 3,855 ∙ 10²⁴ элементарных частиц.

Пример 4. Определите количества веществ и массы сульфата железа и воды, содержащихся в 100 г железного купороса (семиводного кристаллогидрата сульфата железа(II): FeSO₄∙7H₂O).

Решение:

M(FeSO₄) = 56 + 32 + 16 ∙ 4 = 152 г/моль; М(Н₂О) = 1 ∙ 2 + 16 = 18 г/моль.

М(FeSO₄∙7H₂O) = M(FeSO₄) + М(Н₂О) ∙ 7 = 152 + 18 ∙ 7 = 278 г/моль.

n(FeSO₄∙7H₅O) = m ^/ M = 100 / 278 = 0,360 моль.

1 моль семиводного кристаллогидрата сульфата железа содержит 1 моль безводного сульфата железа и 7 моль воды.

n(FeSO₄) = n(FeSO₄∙7H₂O) = 0,36 моль.

n(Н₂О) = n( FeSO₄∙7H₂O) ∙ 7 = 2,52 моль.

m(FeSO₄) = n(FeSO₄) ∙ M(FeSO₄) = 0,36 ∙ 152 = 54,7 г;

m(H₂O) = n(Н₂О) ∙ М(Н₂О) = 2,52 ∙ 18 = 45,4 г.

Ответ: n(FeSO₄) = 0,36 моль; m(FeSO₄) = 54,7 г; n(Н₂О) = 2,52 моль; m(H₂O) = 45,4 г.

Пример 5. Определите состав и массу одной молекулы кристаллической серы (в граммах), если известно, что масса 0,15 моль кристаллической серы равна 38,4 г.

Решение:

Пусть в состав молекулы кристаллической серы входит n атомов серы, тогда ее химическая формула S_n.

M(S_n) = M / n= 38,4 / 0,15 = 256 г/моль. n = M(S_n) / M(S) = 256 / 32 = 8.

m(молекулы серы) = М(S₈) / N_A = 256 / 6,023 ∙ 10²³ = 4,25 ∙ 10^–22 г.

Ответ: в состав молекулы серы входит 8 атомов; масса молекулы серы = 4,25 ∙ 10^–22 г.

Задачи для самостоятельного решения:

1. Определите количество вещества электронов и число протонов, содержащихся в образце сульфата железа(II) массой 30,4 г.

2. Определите количества веществ и массы карбоната натрия и воды, образующиеся при прокаливании 85,8 г кристаллической соды (десятиводного кристаллогидрата карбоната натрия).

3. Определите массу водорода, содержащуюся в 3,01∙10²³ молекулах метана.

4. Определите относительную молекулярную массу некоторого простого вещества В, если масса одной молекулы В составляет 5,31∙10^–23 г.

5. Дано 6,3 г азотной кислоты. Определите массу угольной кислоты в граммах, в которой содержится такое же число молекул.

6. Определите число атомов углерода, содержащихся в 0,01 моль пропана.

7. Определите, в каком количестве озона содержится 5,421∙10²² атомов кислорода.

8. Масса одной молекулы белого фосфора равна 2,06∙10^–22 г. Рассчитайте число атомов в одной молекуле белого фосфора.