Возможность улучшения качества учебно-воспитательной работы на уроках химии путем экологизации содержания темы "S-элементы"

Задача 2. Ванадий получают восстановлением оксида ванадия (V) металлическим кальцием. Какую массу металла можно получить при восстановлении концентрата массой 400г, массовая доля V2O5 в котором равна 85%? Какую массу технического кальция надо взять для восстановлениятехнического кальция надо взять для восстановления, если технический кальций содержит примесь оксида кальция? Массовая доля

СаО в техническом металле составляет 5%. Решение. Записываем уравнение реакции получения ванадия методом металлотермии:

V2O5+5Ca=2V+5СаО

Определяем массу V2O5 в концентрате:

m(V2O5)=mw(V2O5) ; m(V2O5)=400·0,85 г =340 г.

Рассчитываем количество вещества оксида ванадия (V):

n (V2O5)=m(V2O5)/M(V2O5) ; n(V2O5)=340/182 моль=1,87 моль

На основании уравнения реакции записываем:

n(V2O5)/n(V) = 1/2 ; n(V)=2n(V2O5); n(V)=2·1,87 моль=3,74 моль.

Определяем массу металла, который можно получить:

m(V)=n(V)·M(V); m(V)=3,74·51 г=190,7 г.

Из уравнения реакции следует, что

n(V2O5)/ n(Са)=1/5; n(Ca)=5n(V2O5); n(Ca)=5·1,87 моль=9,35 моль.

Масса кальция, который надо взять для восстановления, составляет:

m(Са)=n(Са)·М(Са); m(Са)=9,35·40 г=З74 г.

Технический кальций содержит примесь – оксид кальция. Определяем массовую долю кальция в техническом металле:

w(Са)=1−w(СаО); w(Са)=1−0,05=0,95.

Находим массу технического металла, необходимого для осуществления процесса:

m(техн. мет.)=m(Ca)/w(Ca); m(техн. мет.)=474·0,95 г=393,7 г.

Задача 3. Барий получают алюминотермическим восстановлением оксида бария. Какая масса бария будет получен при взаимодействии оксидного концентрата массой 600 г (массовая доля ВаО 91,8%) с техническим алюминием массой 100г (массовая доля алюминия 98,55%)? Решение. Записываем уравнение реакции взаимодействия оксида бария с алюминием:

ЗВаО+2А1=ЗВа+А1203

Определяем массу и количество вещества оксида бария, взятого для реакции:

m(ВаО)=m(концентрата) w(ВаО);

m(ВаО)=600 0,918 г=550,8 г;

n(ВаО)=m(ВаО)/M(ВаО); n(BaO)=550,8/153 моль=3б6 моль.

Находим массу алюминия, который взят для реакции, а его количество вещества:

m(А1)=m(техн. мет.)·w(AI);

m(А1)=100·0,9855 г=98,55 г;

n(AI)=m(AI)/M(AI); n(AI)=98,55/27 моль=3,65 моль.

Вычисляем, какое количество вещества алюминия n'(AI) потребуется для реакции с оксидом бария количеством вещества 3,6 моль. Из уравнения реакции следует:

n(ВаО)/n'(AI)=3/2;

n'(AI)=2/3 n(BaO);

n'(AI)=2·3,6/3 моль=2,4 моль.

Следовательно, алюминий взят для реакции в избытке,, Определяем количество вещества и массу полученного, бария. На основании уравнения реакции записываем:

n(Ва)=n(ВаО);

n(Ва)=3,6 моль;

m(Ва)=n(Ва)·M(Ва);

m(Ва)=3,6·137 г=493,2 г.

Задача 4. Какую массу гексагидрата хлорида калыция СаС12 6Н2O и воды надо взять для приготовления раствора объемом 150 мл с массовой долей хлорида кальция 16%, и плотностью 1,14 г/мл?

Решение. Определяем массу раствора, который необходимо приготовить:

m=Vр; m=150·1,14 г=171 г.

Находим массу СаСI2, которая необходима для приготовления раствора:

m(СаСI2)=mw(СаСI2); m(СаС12)= 171·0,16 г=27,36 г.

Количество вещества хлорида кальция составляет:

n(СаСI2)=m(CaCI2)/M(CaCI2); n(CaCI2)=27,36/111 моль=0,2465 моль

Из формулы гексагидрата хлорида кальция СаС12 6Н2O следует:

n(СаСI2·6Н2О)=n(СаСI2); n(СаС12 6Н2О)=0,2465 моль.

Следовательно, масса гексагидрата хлорида кальция, требуемого для приготовления раствора, составляет:

m(СаСI2 6Н2O)=n(СаСI2 6Н2О) M(СаСI2 6H2O);

m(СаСI2 6Н2O)=0,2465·219 г= 54,0 г.

Определяем необходимую массу воды:

m(СаСI2 6Н2О)=m−m(CaCI2 6H2O); m(Н2О)=(171—54) г=117 г.

Задача 5. Имеется смесь порошков железа, алюминия и меди массой 16 г. На половину смеси подействовали избытком концентрированного раствора гидроксида калия, получив газ объемом 3,36 л. К другой половине смеси добавили избыток раствора соляной кислоты. При этом выделился газ объемом 4,48 л. Определите массовые доли металлов в смеси. Объемы газов приведены к нормальным условиям.

Решение. С раствором гидроксида калия взаимодействует только один компонент смеси — алюминий:

2AI+ 2КОН + 10Н2O= 2К[А1(ОН)4(H2O)2] + 3Н2↓ (а)

Определяем количество вещества водорода, который выделился в данной реакции:

na(H2)/ Vm; na(H2)=3,36/22,4 моль=0,15 моль

Из уравнения реакции (а) следует:

n(AI)/na(H2)=2/3; n(AI)2/3 na(H2); n(AI)=2·0,15/3 моль = 0,1 моль.

Масса алюминия в половине исходного образца массой 8 г составляет:

m(AI) = n(А1)· М(АI); m(АI) = 0,1·27 г = 2,7 г.

С раствором соляной кислоты взаимодействуют алюминий и железо:

2А1 + 6НСI = 2AIС13 + 3Н2↑ (б) Fе + 2HСI = FeCI2 + Н2↑ (в)

Из уравнения (б) следует:

n(AI)/nб(H2)=2/3; nб(H2)=3/2 n(AI); nб(H2)=3/2 · 0,1 моль=0б15 моль.

Объем этого водорода равен:

Vб(Н2)=nб(Н2) Vm;

Vб(Н2)= 0,15·22,4 л= 3,36 л.

Объем водорода, выделившийся в реакции (в), составляет:

Vв(Н2) =V(H2)− Vб(Н2);

V(Н2) = (4,48 — 3,36) л = 1,12 л,

где V(Н2) — объем водорода, выделившийся при действии соляной кислоты на смесь металлов массой 8 г, т.е. объем водорода, выделившийся в реакциях (б) и (в). Рассчитываем количество вещества водорода, образовавшегося при взаимодействии железа с соляной кислотой:

nв(H2)=Vв(H2)/Vm; nв(H2)=1,12/22,4 моль=0,05 моль

На основании уравнения (в) запишем:

n(Fe)=nв(H2); n(Fe)=0,05 моль.

Масса железа в половине исходного образца смеси составляет:

m(Fe)=n(Fe) M(Fe); m(Fe)= 0,05∙56 г = 2,8 г.

Определяем массу меди в половине исходного образца смеси металлов:

m(Сu) = m(смеси) — m(АI) — m(Fе);

m(Сu) = (8 — 2,7 — 2,8) г = 2,5 г.

Определяем массовые доли металлов в смеси:

w(АI) = m(AI)/m(смеси);

w(AI)=2,7/8=0,3375, или 33,75%;

w(Fe)=m(Fe)/m(смеси);

w(Fe)=2,8/8= 0,35, или 35%;

w(Сu) = m(Сu)/m(смеси); w(Сu) =2,5/8 = 0,3125, или 31,25%.