Решение задачи: Каротки ответы, Вариант 8

Вариант 8 1. Рассчитайте объем 0,1 моль/л (УЧ 1/5 KMnO4) раствора калия перманганата (K = 1,0), который пойдет на титрование 2,7%-ного раствора пероксида водорода, если 10,0 мл препарата довели водой до метки в мерной колбе вместимостью 50,0 мл. На титрование взяли аликвоту объемом 5,0 мл. Решение: Сначала запишем уравнение реакции между перманганатом калия и пероксидом водорода в кислой среде: \[2KMnO_4 + 5H_2O_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 5O_2 + 8H_2O\] Из уравнения видно, что 2 моля \(KMnO_4\) реагируют с 5 молями \(H_2O_2\). Эквивалентный фактор для \(KMnO_4\) в этой реакции равен 5 (так как марганец меняет степень окисления с +7 до +2). Эквивалентный фактор для \(H_2O_2\) равен 2 (так как кислород меняет степень окисления с -1 до 0). По условию, УЧ \(KMnO_4\) = 1/5, что соответствует эквивалентному фактору 5. По условию, K для \(KMnO_4\) = 1,0, что означает, что мы используем молярную концентрацию, а не нормальную. 1. Найдем массу \(H_2O_2\) в 10,0 мл 2,7%-ного раствора. Плотность раствора \(H_2O_2\) примем примерно равной 1 г/мл (для разбавленных растворов). Масса 10,0 мл раствора: \(m_{раствора} = V \cdot \rho = 10,0 \text{ мл} \cdot 1 \text{ г/мл} = 10,0 \text{ г}\). Масса \(H_2O_2\) в 10,0 г раствора: \(m_{H_2O_2} = m_{раствора} \cdot \frac{2,7}{100} = 10,0 \text{ г} \cdot 0,027 = 0,27 \text{ г}\). 2. Найдем количество молей \(H_2O_2\) в 0,27 г. Молярная масса \(H_2O_2\) = \(2 \cdot 1,008 + 2 \cdot 15,999 = 34,014 \text{ г/моль}\). Количество молей \(H_2O_2\): \(n_{H_2O_2} = \frac{m_{H_2O_2}}{M_{H_2O_2}} = \frac{0,27 \text{ г}}{34,014 \text{ г/моль}} \approx 0,007937 \text{ моль}\). 3. Этот объем 10,0 мл довели до 50,0 мл. На титрование взяли аликвоту 5,0 мл. Коэффициент разбавления: \(k = \frac{50,0 \text{ мл}}{10,0 \text{ мл}} = 5\). Количество \(H_2O_2\) в 5,0 мл аликвоты: \(n'_{H_2O_2} = n_{H_2O_2} \cdot \frac{5,0 \text{ мл}}{50,0 \text{ мл}} = 0,007937 \text{ моль} \cdot \frac{1}{10} = 0,0007937 \text{ моль}\). 4. Используем стехиометрию реакции: 2 моля \(KMnO_4\) реагируют с 5 молями \(H_2O_2\). Количество молей \(KMnO_4\), необходимое для титрования: \(n_{KMnO_4} = n'_{H_2O_2} \cdot \frac{2}{5} = 0,0007937 \text{ моль} \cdot \frac{2}{5} = 0,00031748 \text{ моль}\). 5. Рассчитаем объем 0,1 моль/л раствора \(KMnO_4\). \(V_{KMnO_4} = \frac{n_{KMnO_4}}{C_{KMnO_4}} = \frac{0,00031748 \text{ моль}}{0,1 \text{ моль/л}} = 0,0031748 \text{ л}\). Переведем в миллилитры: \(V_{KMnO_4} = 0,0031748 \text{ л} \cdot 1000 \text{ мл/л} \approx 3,17 \text{ мл}\). Ответ: Объем 0,1 моль/л раствора калия перманганата, который пойдет на титрование, составляет примерно 3,17 мл. 2. Рассчитайте титр трилона Б по магния сульфату (M = 246,48 г/моль), навеску магния сульфата, чтобы на титрование пошло 20,0 мл 0,05 моль/л раствора трилона Б (K = 0,99). Решение: 1. Рассчитаем титр трилона Б по магния сульфату. Титр (T) - это масса вещества, соответствующая 1 мл раствора. Молярная концентрация раствора трилона Б: \(C_{Трилон Б} = 0,05 \text{ моль/л}\). Коэффициент поправки: \(K = 0,99\). Фактическая молярная концентрация: \(C'_{Трилон Б} = 0,05 \text{ моль/л} \cdot 0,99 = 0,0495 \text{ моль/л}\). Молярная масса магния сульфата (\(MgSO_4\)) = 246,48 г/моль (вероятно, это \(MgSO_4 \cdot 7H_2O\), так как безводный \(MgSO_4\) имеет молярную массу 120,37 г/моль). Будем использовать данную в задаче молярную массу. Реакция между трилоном Б (ЭДТА) и ионами магния происходит в соотношении 1:1. Титр трилона Б по \(MgSO_4\): \(T_{MgSO_4} = C'_{Трилон Б} \cdot M_{MgSO_4} / 1000\) (г/мл) \(T_{MgSO_4} = 0,0495 \text{ моль/л} \cdot 246,48 \text{ г/моль} / 1000 \text{ мл/л} = 0,01219176 \text{ г/мл}\). 2. Рассчитаем навеску магния сульфата, чтобы на титрование пошло 20,0 мл 0,05 моль/л раствора трилона Б. Количество молей трилона Б, которое пошло на титрование: \(n_{Трилон Б} = C'_{Трилон Б} \cdot V_{Трилон Б} = 0,0495 \text{ моль/л} \cdot 0,020 \text{ л} = 0,00099 \text{ моль}\). Поскольку реакция 1:1, количество молей \(MgSO_4\) равно количеству молей трилона Б: \(n_{MgSO_4} = 0,00099 \text{ моль}\). Масса навески \(MgSO_4\): \(m_{MgSO_4} = n_{MgSO_4} \cdot M_{MgSO_4} = 0,00099 \text{ моль} \cdot 246,48 \text{ г/моль} = 0,2440152 \text{ г}\). Ответ: Титр трилона Б по магния сульфату составляет примерно 0,01219 г/мл. Навеска магния сульфата должна быть примерно 0,2440 г. 3. Рассчитайте молярную массу эквивалента, титр по определяемому веществу, навеску калия йодида, чтобы на титрование пошло 15,0 мл 0,1 моль/л раствора серебра нитрата (K = 1,01). M = 166,01 г/моль. Решение: Определяемое вещество - калия йодид (KI). Титрант - серебра нитрат (\(AgNO_3\)). Реакция: \(KI + AgNO_3 \rightarrow AgI \downarrow + KNO_3\). Реакция происходит в соотношении 1:1. 1. Молярная масса эквивалента калия йодида (\(M_{экв}(KI)\)). В данной реакции 1 моль \(KI\) реагирует с 1 молем \(AgNO_3\). Эквивалентный фактор для \(KI\) равен 1. Поэтому молярная масса эквивалента равна молярной массе: \(M_{экв}(KI) = M_{KI} = 166,01 \text{ г/моль}\). 2. Титр раствора серебра нитрата по калия йодиду. Молярная концентрация \(AgNO_3\): \(C_{AgNO_3} = 0,1 \text{ моль/л}\). Коэффициент поправки: \(K = 1,01\). Фактическая молярная концентрация: \(C'_{AgNO_3} = 0,1 \text{ моль/л} \cdot 1,01 = 0,101 \text{ моль/л}\). Титр \(AgNO_3\) по \(KI\): \(T_{KI} = C'_{AgNO_3} \cdot M_{KI} / 1000\) (г/мл) \(T_{KI} = 0,101 \text{ моль/л} \cdot 166,01 \text{ г/моль} / 1000 \text{ мл/л} = 0,01676701 \text{ г/мл}\). 3. Навеска калия йодида, чтобы на титрование пошло 15,0 мл 0,1 моль/л раствора серебра нитрата. Количество молей \(AgNO_3\), которое пошло на титрование: \(n_{AgNO_3} = C'_{AgNO_3} \cdot V_{AgNO_3} = 0,101 \text{ моль/л} \cdot 0,015 \text{ л} = 0,001515 \text{ моль}\). Поскольку реакция 1:1, количество молей \(KI\) равно количеству молей \(AgNO_3\): \(n_{KI} = 0,001515 \text{ моль}\). Масса навески \(KI\): \(m_{KI} = n_{KI} \cdot M_{KI} = 0,001515 \text{ моль} \cdot 166,01 \text{ г/моль} = 0,25150515 \text{ г}\). Ответ: Молярная масса эквивалента калия йодида составляет 166,01 г/моль. Титр раствора серебра нитрата по калия йодиду составляет примерно 0,01677 г/мл. Навеска калия йодида должна быть примерно 0,2515 г. 4. Какими реакциями можно различить калия иодид и натрия гидрокарбонат? Решение: Калия иодид (KI) и натрия гидрокарбонат (\(NaHCO_3\)). 1. Реакция с кислотой: Добавим сильную кислоту, например, соляную кислоту (HCl). С \(NaHCO_3\): Произойдет выделение углекислого газа (шипение, образование пузырьков). \[NaHCO_3 + HCl \rightarrow NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow\] С \(KI\): Реакции не произойдет (или она будет незаметна, если не учитывать окислительно-восстановительные процессы, которые требуют более сильных окислителей). \[KI + HCl \rightarrow \text{нет видимой реакции}\] 2. Реакция с нитратом серебра (\(AgNO_3\)): Добавим раствор нитрата серебра. С \(KI\): Образуется желтый осадок иодида серебра. \[KI + AgNO_3 \rightarrow AgI \downarrow (\text{желтый осадок}) + KNO_3\] С \(NaHCO_3\): Образуется белый осадок карбоната серебра, который может быть неустойчивым и разлагаться. \[2NaHCO_3 + 2AgNO_3 \rightarrow Ag_2CO_3 \downarrow (\text{белый осадок}) + 2NaNO_3 + H_2O + CO_2 \uparrow\] Или, если учитывать гидролиз: \[NaHCO_3 + AgNO_3 \rightarrow AgHCO_3 \downarrow (\text{белый осадок}) + NaNO_3\] \(AgHCO_3\) неустойчив и разлагается: \[2AgHCO_3 \rightarrow Ag_2CO_3 + H_2O + CO_2\] В любом случае, осадки будут отличаться по цвету (желтый для \(AgI\) и белый для \(Ag_2CO_3\)). 3. Реакция с раствором крахмала и окислителем: Добавим раствор крахмала и несколько капель хлорной воды (или другого окислителя, например, \(H_2O_2\) в кислой среде). С \(KI\): Иодид-ионы окислятся до йода, который с крахмалом даст синее окрашивание. \[2KI + Cl_2 \rightarrow 2KCl + I_2\] \[I_2 + \text{крахмал} \rightarrow \text{синее окрашивание}\] С \(NaHCO_3\): Реакции не произойдет, раствор останется бесцветным. Ответ: 1. Добавление сильной кислоты (например, HCl): \(NaHCO_3\) будет выделять \(CO_2\) (шипение), \(KI\) не будет. 2. Добавление раствора нитрата серебра (\(AgNO_3\)): С \(KI\) образуется желтый осадок \(AgI\), с \(NaHCO_3\) - белый осадок \(Ag_2CO_3\). 3. Добавление окислителя (например, хлорной воды) и крахмала: С \(KI\) появится синее окрашивание, с \(NaHCO_3\) - нет. 5. Напишите уравнения реакций катиона кальция. Решение: Катион кальция - \(Ca^{2+}\). Он образует осадки с различными анионами. 1. Реакция с карбонат-ионами (например, с карбонатом натрия \(Na_2CO_3\)): Образуется белый осадок карбоната кальция. \[Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3 \downarrow\] Полное ионное уравнение: \[CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl\] 2. Реакция с оксалат-ионами (например, с оксалатом аммония \((NH_4)_2C_2O_4\)): Образуется белый осадок оксалата кальция. \[Ca^{2+} + C_2O_4^{2-} \rightarrow CaC_2O_4 \downarrow\] Полное ионное уравнение: \[CaCl_2 + (NH_4)_2C_2O_4 \rightarrow CaC_2O_4 \downarrow + 2NH_4Cl\] 3. Реакция с сульфат-ионами (например, с серной кислотой \(H_2SO_4\) или сульфатом натрия \(Na_2SO_4\)): Образуется белый осадок сульфата кальция (гипс), который малорастворим. \[Ca^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow CaSO_4 \downarrow\] Полное ионное уравнение: \[CaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 \downarrow + 2NaCl\] 4. Реакция с фосфат-ионами (например, с фосфатом натрия \(Na_3PO_4\)): Образуется белый осадок фосфата кальция. \[3Ca^{2+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow\] Полное ионное уравнение: \[3CaCl_2 + 2Na_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 6NaCl\] 5. Реакция с гидроксид-ионами (например, с гидроксидом натрия \(NaOH\)): Образуется белый осадок гидроксида кальция (известковая вода). \[Ca^{2+} + 2OH^{-} \rightarrow Ca(OH)_2 \downarrow\] Полное ионное уравнение: \[CaCl_2 + 2NaOH \rightarrow Ca(OH)_2 \downarrow + 2NaCl\] Ответ: 1. \(Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3 \downarrow\) (белый осадок) 2. \(Ca^{2+} + C_2O_4^{2-} \rightarrow CaC_2O_4 \downarrow\) (белый осадок) 3. \(Ca^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow CaSO_4 \downarrow\) (малорастворимый белый осадок) 4. \(3Ca^{2+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow\) (белый осадок) 5. \(Ca^{2+} + 2OH^{-} \rightarrow Ca(OH)_2 \downarrow\) (белый осадок)