реши задача 1,2 и 3
Сверь числа и знаки с фото.
ЗАДАЧА 1 (25 баллов). Магний и фосфор Навеску магния массой 9,6 г нагрели с фосфором массой 6,2 г без доступа воздуха. В результате реакции образовался фосфид магния. а) Составьте уравнение реакции образования фосфида магния и определите её тип. (4 б.) б) Рассчитайте количество вещества каждого исходного реагента и установите, какой из них взят в недостатке. (5 б.) в) Определите массу образовавшегося фосфида магния. (6 б.) г) Фосфид магния обработали избытком воды. Составьте уравнение реакции и рассчитайте объём выделившегося фосфина \(PH_3\) при н.у. (7 б.) д) Укажите меры предосторожности при работе с фосфином. (3 б.)
ЗАДАЧА 2 (29 баллов). Цепочка химических превращений Даны превращения веществ: S → A → B → C → D → E → F → G → H Известно, что A — газ с резким запахом, образующийся при сгорании серы; B — кислотный оксид, содержащий серу в высшей степени окисления; C — соответствующая кислота; D — соль, образующаяся при взаимодействии C с цинком; E — осадок, выпадающий при добавлении раствора \(NaOH\) к раствору D; F — комплексная соль, образующаяся при растворении E в избытке \(NaOH\); G — соль, образующаяся при действии избытка \(HCl\) на F; H — белый осадок, образующийся при добавлении \(AgNO_3\) к раствору G. а) Определите формулы веществ А–Н. (8 б.) б) Запишите уравнения реакций для всех стадий превращений. Расставьте коэффициенты. (16 б.) в) Укажите стадии, на которых наблюдаются признаки химической реакции (выделение газа, образование осадка или изменение окраски). (3 б.) г) Назовите тип химической связи в веществе Н. (2 б.)
ЗАДАЧА 3 (17 баллов). Определение металла по составу смеси Смесь массой 20,4 г состоит из сульфида двухвалентного металла \(MS\) и карбоната того же металла \(MCO_3\). Смесь обработали избытком соляной кислоты. Выделившуюся газовую смесь объёмом 4,48 л (н.у.) пропустили через избыток раствора нитрата свинца(II). При этом образовался осадок \(PbS\) массой 23,9 г. а) Запишите уравнения реакций сульфида и карбоната металла с соляной кислотой. (4 б.) б) Определите количество вещества \(H_2S\) по массе образовавшегося \(PbS\). (4 б.) в) Определите количество вещества \(CO_2\) и проверьте общий объём газовой смеси. (3 б.) г) Рассчитайте молярную массу металла M и определите его название. (4 б.) д) Запишите формулы исходных солей и рассчитайте массу каждой соли в смеси. (2 б.)
Кратко.
- Фосфор в недостатке; \(m(Mg_3P_2)=13{,}4\) г; \(V(PH_3)=4{,}48\) л.
- A — \(SO_2\), B — \(SO_3\), C — \(H_2SO_4\), D — \(ZnSO_4\), E — \(Zn(OH)_2\), F — \(Na_2[Zn(OH)_4]\), G — \(ZnCl_2\), H — \(AgCl\).
- Металл — железо, \(M=56\) г/моль; \(m(FeS)=8{,}8\) г, \(m(FeCO_3)=11{,}6\) г.
Задача 1. Магний и фосфор
а) Уравнение: \[ 3Mg+2P \to Mg_3P_2 \] Это реакция соединения, одновременно окислительно-восстановительная.
Можно записать и через молекулу фосфора: \[ 6Mg+P_4 \to 2Mg_3P_2 \]
б) Считаем количество вещества: \[ n(Mg)=\frac{9{,}6}{24}=0{,}4\ \text{моль} \] \[ n(P)=\frac{6{,}2}{31}=0{,}2\ \text{моль} \]
По уравнению на \(2\) моль P нужно \(3\) моль Mg. Значит, на \(0{,}2\) моль P потребовалось бы \(0{,}3\) моль Mg. Магния взято \(0{,}4\) моль, то есть магний в избытке, а фосфор в недостатке.
Количество фосфида считаем по недостатку: \[ n(Mg_3P_2)=\frac{0{,}2}{2}=0{,}1\ \text{моль} \]
в) Молярная масса фосфида: \[ M(Mg_3P_2)=3\cdot24+2\cdot31=134\ \text{г/моль} \] \[ m(Mg_3P_2)=0{,}1\cdot134=13{,}4\ \text{г} \]
Проверка: магния израсходовалось \(0{,}3\) моль, это \(7{,}2\) г; \(7{,}2+6{,}2=13{,}4\) г.
г) Взаимодействие с водой: \[ Mg_3P_2+6H_2O \to 3Mg(OH)_2+2PH_3\uparrow \]
Из \(0{,}1\) моль фосфида получается \(0{,}2\) моль фосфина: \[ n(PH_3)=2n(Mg_3P_2)=0{,}2\ \text{моль} \] \[ V(PH_3)=0{,}2\cdot22{,}4=4{,}48\ \text{л} \]
д) Фосфин \(PH_3\) очень ядовит и самовоспламеняется на воздухе. Нужно работать в вытяжном шкафу, в герметичной посуде, в защитных очках и перчатках, не допускать контакта фосфина с воздухом и открытым огнём, иметь под рукой песок или огнетушитель.
Задача 2. Цепочка превращений
а) Определяем вещества по подсказкам:
- A — газ с резким запахом, образуется при горении серы: \(SO_2\).
- B — кислотный оксид серы в высшей степени окисления \(+6\): \(SO_3\).
- C — соответствующая кислота: \(H_2SO_4\).
- D — соль при взаимодействии кислоты с цинком: \(ZnSO_4\).
- E — осадок при добавлении \(NaOH\) к раствору \(ZnSO_4\): \(Zn(OH)_2\).
- F — комплексная соль при растворении \(Zn(OH)_2\) в избытке \(NaOH\): \(Na_2[Zn(OH)_4]\).
- G — соль при действии избытка \(HCl\) на комплекс: \(ZnCl_2\).
- H — белый осадок с \(AgNO_3\): \(AgCl\).
б) Уравнения стадий:
- \(S+O_2 \to SO_2\)
- \(2SO_2+O_2 \rightleftharpoons 2SO_3\) — в присутствии катализатора
- \(SO_3+H_2O \to H_2SO_4\)
- \(Zn+H_2SO_4 \to ZnSO_4+H_2\uparrow\)
- \(ZnSO_4+2NaOH \to Zn(OH)_2\downarrow+Na_2SO_4\)
- \(Zn(OH)_2+2NaOH \to Na_2[Zn(OH)_4]\)
- \(Na_2[Zn(OH)_4]+4HCl \to ZnCl_2+2NaCl+4H_2O\)
- \(ZnCl_2+2AgNO_3 \to 2AgCl\downarrow+Zn(NO_3)_2\)
в) Признаки реакций:
- стадия 4 — выделение газа \(H_2\);
- стадия 5 — выпадение осадка \(Zn(OH)_2\);
- стадия 6 — растворение осадка;
- стадия 8 — образование белого осадка \(AgCl\).
г) В \(AgCl\) связь ионная.
Задача 3. Определение металла
а) Уравнения реакций с соляной кислотой: \[ MS+2HCl \to MCl_2+H_2S\uparrow \] \[ MCO_3+2HCl \to MCl_2+CO_2\uparrow+H_2O \]
С нитратом свинца реагирует только сероводород: \[ H_2S+Pb(NO_3)_2 \to PbS\downarrow+2HNO_3 \]
б) Молярная масса \(PbS\): \[ M(PbS)=207+32=239\ \text{г/моль} \] \[ n(PbS)=\frac{23{,}9}{239}=0{,}1\ \text{моль} \] По уравнению: \[ n(H_2S)=n(PbS)=0{,}1\ \text{моль} \]
в) Общее количество газа: \[ n(\text{газов})=\frac{4{,}48}{22{,}4}=0{,}2\ \text{моль} \] Газовая смесь состоит из \(H_2S\) и \(CO_2\), значит: \[ n(CO_2)=0{,}2-0{,}1=0{,}1\ \text{моль} \] Проверка объёма: \[ V=0{,}2\cdot22{,}4=4{,}48\ \text{л} \]
г) Количества солей тоже по \(0{,}1\) моль, потому что из \(0{,}1\) моль \(MS\) получается \(0{,}1\) моль \(H_2S\), а из \(0{,}1\) моль \(MCO_3\) — \(0{,}1\) моль \(CO_2\).
Составляем уравнение по массе смеси: \[ 0{,}1(M+32)+0{,}1(M+60)=20{,}4 \] \[ 2M+92=204 \] \[ 2M=112 \] \[ M=56\ \text{г/моль} \]
Это железо Fe.
д) Формулы исходных солей: \[ FeS \quad \text{и} \quad FeCO_3 \]
Массы: \[ m(FeS)=0{,}1\cdot(56+32)=0{,}1\cdot88=8{,}8\ \text{г} \] \[ m(FeCO_3)=0{,}1\cdot(56+60)=0{,}1\cdot116=11{,}6\ \text{г} \]
Проверка: \[ 8{,}8+11{,}6=20{,}4\ \text{г} \]
Обсуждение
6 сообщенийЯ не понимаю в задачи 1, пункты а,б, в
Разберём пункты а, б и в задачи 1 по шагам. В предыдущем ответе результат верный (\(13{,}4\) г), но сейчас объясню, откуда он берётся.
а) Уравнение реакции и её тип
Фосфид магния — это соединение магния с фосфором. Магний в соединениях всегда проявляет степень окисления \(+2\), а фосфор в фосфидах — \(-3\). Чтобы заряды уравновесились, нужно взять три атома магния и два атома фосфора:
\[ 3\cdot(+2)+2\cdot(-3)=0 \]
Поэтому формула фосфида — \(Mg_3P_2\).
Уравнение реакции:
\[ 3Mg+2P \to Mg_3P_2 \]
Можно записать и через молекулу фосфора:
\[ 6Mg+P_4 \to 2Mg_3P_2 \]
Но для расчётов удобнее первый вариант — по атомам.
Тип реакции: это реакция соединения (из двух простых веществ образуется одно сложное). Одновременно это окислительно-восстановительная реакция, потому что магний отдаёт электроны, а фосфор принимает:
\[ Mg^0 \to Mg^{+2}, \qquad P^0 \to P^{-3} \]
б) Количество вещества и кто в недостатке
Количество вещества считают по формуле:
\[ n=\frac{m}{M} \]
Молярная масса численно равна атомной или молекулярной массе.
Для магния:
\[ M(Mg)=24\ \text{г/моль} \]
\[ n(Mg)=\frac{9{,}6}{24}=0{,}4\ \text{моль} \]
Для фосфора:
\[ M(P)=31\ \text{г/моль} \]
\[ n(P)=\frac{6{,}2}{31}=0{,}2\ \text{моль} \]
Теперь смотрим на уравнение. По нему на \(3\) моль магния нужно \(2\) моль фосфора. Посчитаем, сколько магния потребовалось бы для имеющихся \(0{,}2\) моль фосфора:
\[ n(Mg)_{\text{нужно}}=0{,}2\cdot\frac{3}{2}=0{,}3\ \text{моль} \]
А магния у нас \(0{,}4\) моль, то есть больше, чем нужно. Значит:
- магний — в избытке (останется \(0{,}4-0{,}3=0{,}1\) моль);
- фосфор — в недостатке, он прореагирует полностью.
Есть и второй способ сравнения: делят количество вещества на коэффициент в уравнении.
\[ \frac{n(Mg)}{3}=\frac{0{,}4}{3}\approx0{,}133 \]
\[ \frac{n(P)}{2}=\frac{0{,}2}{2}=0{,}1 \]
Меньшее значение — у фосфора, значит, он в недостатке.
в) Масса образовавшегося фосфида
Главное правило: продукт считают по недостатку.
По уравнению из \(2\) моль фосфора получается \(1\) моль \(Mg_3P_2\). Значит, из \(0{,}2\) моль фосфора получится:
\[ n(Mg_3P_2)=\frac{0{,}2}{2}=0{,}1\ \text{моль} \]
Теперь найдём молярную массу фосфида:
\[ M(Mg_3P_2)=3\cdot24+2\cdot31=72+62=134\ \text{г/моль} \]
И массу:
\[ m(Mg_3P_2)=n\cdot M=0{,}1\cdot134=13{,}4\ \text{г} \]
Проверка по закону сохранения массы. В реакцию вступило \(0{,}3\) моль магния, это \(0{,}3\cdot24=7{,}2\) г, и весь фосфор — \(6{,}2\) г. Вместе:
\[ 7{,}2+6{,}2=13{,}4\ \text{г} \]
Сходится. Оставшийся магний (\(0{,}1\) моль, или \(2{,}4\) г) в продукт не входит.
Коротко: уравнение — \(3Mg+2P\to Mg_3P_2\); магния \(0{,}4\) моль, фосфора \(0{,}2\) моль; фосфор в недостатке; масса фосфида \(13{,}4\) г.
Я не понимаю почему фосфид 0,1 моль
Потому что коэффициенты в уравнении показывают не массы и не штуки, а количества вещества (моли). А перед \(Mg_3P_2\) стоит коэффициент \(1\), перед \(P\) — коэффициент \(2\).
\[ 3Mg+2P \to 1Mg_3P_2 \]
Это читается так:
- \(2\) моль атомов фосфора дают \(1\) моль фосфида магния;
- значит, фосфида образуется в 2 раза меньше по количеству вещества, чем вступило фосфора.
У нас фосфора:
\[ n(P)=0{,}2\ \text{моль} \]
Следовательно:
\[ n(Mg_3P_2)=\frac{0{,}2}{2}=0{,}1\ \text{моль} \]
Можно записать пропорцией:
\[ \frac{n(Mg_3P_2)}{1}=\frac{n(P)}{2} \]
\[ n(Mg_3P_2)=\frac{0{,}2\cdot1}{2}=0{,}1\ \text{моль} \]
Почему не \(0{,}2\) моль?
Потому что в одной формульной единице \(Mg_3P_2\) содержится два атома фосфора. Если бы фосфида образовалось \(0{,}2\) моль, то в нём было бы:
\[ 0{,}2\cdot2=0{,}4\ \text{моль атомов фосфора} \]
А фосфора у нас всего \(0{,}2\) моль. Столько нет.
Проверка по магнию
В \(0{,}1\) моль \(Mg_3P_2\) содержится:
\[ 0{,}1\cdot3=0{,}3\ \text{моль магния} \]
Именно столько магния и должно прореагировать. А было его \(0{,}4\) моль, значит \(0{,}1\) моль останется в избытке. Всё сходится.
Итог: фосфида \(0{,}1\) моль, потому что его по уравнению образуется в два раза меньше, чем было фосфора: \(0{,}2:2=0{,}1\).
Дальше г и д реши, подробно
Продолжаем задачу 1. В пункте в мы нашли, что образовалось \(0{,}1\) моль \(Mg_3P_2\). Теперь используем это значение дальше.
г) Взаимодействие фосфида магния с водой
1. Уравнение реакции
\[ Mg_3P_2+6H_2O \to 3Mg(OH)_2+2PH_3\uparrow \]
- \(Mg(OH)_2\) — гидроксид магния, выпадает в осадок;
- \(PH_3\) — фосфин, выделяется в виде газа.
Проверим уравнение по атомам:
| Элемент | Слева | Справа |
|---|---|---|
| Mg | 3 | \(3\) в \(Mg(OH)_2\) |
| P | 2 | \(2\) в \(2PH_3\) |
| H | \(6\cdot2=12\) | \(3\cdot2+2\cdot3=12\) |
| O | 6 | \(3\cdot2=6\) |
Уравнение уравнено.
2. Количество вещества фосфина
По уравнению:
\[ 1\ \text{моль } Mg_3P_2 \to 2\ \text{моль } PH_3 \]
То есть фосфина образуется в 2 раза больше по количеству вещества, чем прореагировало фосфида магния.
У нас:
\[ n(Mg_3P_2)=0{,}1\ \text{моль} \]
Значит:
\[ n(PH_3)=2\cdot0{,}1=0{,}2\ \text{моль} \]
Можно записать пропорцией:
\[ \frac{n(PH_3)}{2}=\frac{n(Mg_3P_2)}{1} \]
\[ n(PH_3)=2\cdot0{,}1=0{,}2\ \text{моль} \]
3. Объём фосфина при нормальных условиях
При н.у. \(1\) моль любого газа занимает объём \(22{,}4\) л:
\[ V_m=22{,}4\ \text{л/моль} \]
Тогда:
\[ V(PH_3)=n(PH_3)\cdot V_m \]
\[ V(PH_3)=0{,}2\cdot22{,}4=4{,}48\ \text{л} \]
Ответ: объём выделившегося фосфина \(PH_3\) равен
\[ \boxed{4{,}48\ \text{л}} \]
При необходимости можно перевести в миллилитры:
\[ 4{,}48\ \text{л}=4480\ \text{мл} \]
д) Меры предосторожности при работе с фосфином
Фосфин \(PH_3\) — очень опасный газ:
- сильно ядовит;
- имеет неприятный запах, напоминающий тухлую рыбу или чеснок;
- горюч;
- его смеси с воздухом могут быть взрывоопасны;
- технический фосфин может самовоспламеняться на воздухе из-за примесей.
Поэтому при работе с ним нужно соблюдать такие меры:
Работать в вытяжном шкафу или в хорошо проветриваемом помещении. Нельзя допускать попадания фосфина в воздух класса.
Использовать защитные очки, перчатки, халат, а при необходимости — противогаз или респиратор с подходящим фильтром. При высоких концентрациях нужен изолирующий противогаз.
Не вдыхать газ и не определять его запах напрямую — это опасно для жизни.
Не допускать контакта фосфина с открытым огнём и искрами. Не курить, не использовать нагревательные приборы с открытой спиралью.
Работать с небольшими количествами вещества и в герметичной аппаратуре, чтобы газ не выходил наружу.
Газ, который выделяется в реакции, нужно отводить и поглощать в специальную ловушку, а не выпускать в помещение.
При появлении признаков отравления — головной боли, тошноты, головокружения, слабости — немедленно выйти на свежий воздух и обратиться к взрослому или врачу.
Коротко для записи в олимпиаде: работать под тягой, в герметичной установке, в защитных очках и перчатках; не вдыхать газ, не поджигать его, не допускать попадания фосфина в воздух помещения.
