Занятие №9 — презентация на Slide-Share.ru 🎓
1
Первый слайд презентации: Занятие №9
31.10.2018
Изображение слайда
2
Слайд 2: Поиск путей в графе
Задание B15
Изображение слайда
Слайд 3: В чем суть?
У нас есть граф с направленными ребрами. Надо посчитать количество путей из пункта А в пункт К.
Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Слайд 4: Как это сделать?
Сначала находим количество возможных путей в пункты Б, В и Г, затем находим количество путей в пункты Д, Ж и Е, учитывая возможное количество путей в предыдущие пункты. Затем остается найти число путей в пункт. В итоге мы находим к оличество путей в пункт К, простым сложением чисел путей из пунктов И, Ж и Е.
Изображение для работы со слайдом
5
Слайд 5: Задание 1
На рисунке — схема дорог, связывающих города А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, И, К. По каждой дороге можно двигаться только в одном направлении, указанном стрелкой. Сколько существует различных путей из города А в город К?
Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
6
Слайд 6: Решение
N = N К = N И + N Ж + N Е = 13
Изображение слайда
7
Слайд 7: Задание 2
На рисунке – схема дорог, связывающих города A, B, C, D, E, F, G H.
Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
8
Слайд 8: Решение
N = N Н = N E + N D + N G = 14
Изображение слайда
9
Слайд 9: Задание 3
На рисунке – схема дорог, связывающих города А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, И. По каждой дороге можно двигаться только в одном направлении, указанном стрелкой. Сколько существует различных путей из города А в город И?
Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
10
Слайд 10: Решение
N = 11
Изображение слайда
11
Слайд 11: Задание 4
На рисунке изображена схема дорог, связывающих города A, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M.
Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
12
Слайд 12: Решение
N = 18
Изображение слайда
13
Слайд 13: Задание 5
На рисунке – схема дорог, связывающих города А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, И, К, Л. По каждой дороге можно двигаться только в одном направлении, указанном стрелкой. Сколько существует различных путей из города А в город Л?
Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
14
Слайд 14: Решение
N = 13
Изображение слайда
15
Слайд 15: Задание 6
На рисунке представлена схема дорог, связывающих города А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, И, К, Л, М. По каждой дороге можно двигаться только в одном направлении, указанном стрелкой. Сколько существует различных путей из города А в город М, проходящих через город Ж?
Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
16
Слайд 16: Решение
А = 1 Б = А = 1 Д = А = 1 Г = А + Д = 1 + 1 = 2 В = А + Б + Г = 4 Е = Б + В = 5 З = Д = 1 Ж = Е + В + Г + Д + З = 5 + 4 + 2 + 1 + 1 = 13 И = Ж = 13 (Е и З не учитываем, поскольку нужно обязательно проходить через Ж) К = И = 13 Л = И = 13 М = К + Л + И = 39
Изображение слайда
17
Слайд 17: Задание 7
На рисунке — схема дорог, связывающих города А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, К, Л, М, Н, П, Р, С, Т. По каждой дороге можно двигаться только в одном направлении, указанном стрелкой. Сколько существует различных путей из города А в город Т, проходящих через город К?
Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
18
Слайд 18: Кодирование чисел.
Системы счисленияЗадание B1 6
Изображение слайда
19
Слайд 19: Задание 0
Укажите через запятую в порядке возрастания все основания систем счисления, в которых запись числа 23 оканчивается на 2.
Изображение слайда
20
Слайд 20: Решение
Запись числа должна оканчиваться на 2, значит у нас есть старшие разряды и +2 в остатке. Следовательно 23-2=21 должно быть кратно нашей системе счисления. Делители числа 21 : 3, 7, 21.
Изображение слайда
21
Слайд 21: Задание 1
Укажите через запятую в порядке возрастания все десятичные числа, не превосходящие 25, запись которых в системе счисления с основанием четыре оканчивается на 11 ?
Изображение слайда
22
Слайд 22: Решение
Подставляем в четверичной системе счисления числа в разряды старше последних двух. 11(4) = 5 111(4) = 21 211(4) = 37 Ответ : 5,21
Изображение слайда
23
Слайд 23: Задание 2
Укажите через запятую в порядке возрастания все десятичные числа, не превосходящие 25, запись которых в двоичной системе счисления оканчивается на 101?
Изображение слайда
24
Слайд 24: Решение
101(2) = 5 1101(2) = 13 10101(2) = 21 11101(2) = 29 Ответ : 5, 13, 21
Изображение слайда
25
Слайд 25: Задание 3
Запись числа 23 10 в некоторой системе счисления выглядит так : 212. Найдите основание системы счисления.
Изображение слайда
26
Слайд 26: Решение
2+ x+2*x^2=23 Решаем классическое уравнение : 2*x^2+x-21=0 X = 3
Изображение слайда
27
Слайд 27: Задание 4
Запись числа 65 8 в некоторой системе счисления выглядит так : 311. 2+x -52 = 0 X = 4
Изображение слайда
29
Слайд 29: Задание 5
В некоторой системе счисления записи десятичных чисел 66 и 40 заканчиваются на 1. Определите основание системы счисления.
Изображение слайда
30
Слайд 30: Решение
6 6%65=1 40%39=1 Ищем общий делитель 65 и 39. Получаем 13.
Изображение слайда
31
Слайд 31: Задание 6
В системе счисления с основанием N запись числа 41 10 оканчивается на 2, а запись числа 131 10 — на 1. Чему равно число N ?
Изображение слайда
32
Слайд 32: Решение
41%39=2 131%130=1 Общий делитель 39 и 130 = 13
Изображение слайда
33
Слайд 33: Задание 7
62 N = 80 10 Найдите N.
Изображение слайда
34
Слайд 34: Решение
6X+2=80 X = 13
Изображение слайда
35
Слайд 35: Задание 8
Укажите, сколько всего раз встречается цифра 2 в записи чисел 10, 11, 12, …, 17 в системе счисления с основанием 5.
Изображение слайда
36
Слайд 36: Решение
20, 21, 22, 23, 24, 30, 31, 32
Изображение слайда
37
Слайд 37: Задание 9
Решите уравнение: 121 x + 1 10 = 101 7 Ответ запишите в троичной системе (основание системы счисления в ответе писать не нужно).
Изображение слайда
38
Слайд 38: Решение
Ответ — 20
Изображение слайда
39
Слайд 39: Задание 10
Сколько единиц содержится в двоичной записи значения выражения: 4 2020 + 2 2017 – 15?
Изображение слайда
40
Слайд 40: Решение
2015
Изображение слайда
41
Слайд 41: Задание 11
Значение арифметического выражения: 9 8 + 3 5 – 9 – записали в системе счисления с основанием 3. Сколько цифр «2» содержится в этой записи?
Изображение слайда
42
Слайд 42: Решение
3
Изображение слайда
43
Слайд 43: Задание 12
Укажите через запятую в порядке возрастания все десятичные числа, не превосходящие 30, запись которых в системе счисления с основанием 5 начинается на 3?
Изображение слайда
44
Слайд 44: Решение
3 5 = 3 30 5 = 15 31 5 = 16 32 5 = 17 33 5 = 18 34 5 = 19
Изображение слайда
45
Слайд 45: Задание 13
Сколько значащих цифр в записи десятичного числа 357 в системе счисления с основанием 7?
Изображение слайда
46
Слайд 46: Решение
357 = 1020(7)
Изображение слайда
47
Слайд 47: Задание 14
Решите уравнение: 35 6 + x = 35 7 Ответ запишите в десятичной системе счисления.
Изображение слайда
48
Слайд 48: Решение
3
Изображение слайда
49
Слайд 49: Задание 15
Сколько единиц содержится в двоичной записи значения выражения: 4 255 + 2 255 − 255?
Изображение слайда
50
Слайд 50: Решение
249
Изображение слайда
51
Слайд 51: Задание 16
В какой системе счисления выполняется равенство 12 · 13 = 222? В ответе укажите число – основание системы счисления.
Изображение слайда
52
Последний слайд презентации: Занятие №9: Решение
4
Изображение слайда
Министерство образования и науки российской Федерации уральский Федеральный университет иМени первого президента россии б. н. ельцина институт высокотеМпературной электрохиМии уро ран д. а. Медведев, с. а. войтукевич МатеМатическая индивидуальность расчетных задач по хиМии пособие для учителя екатеринбург издательство уральского университета 2015 удк 54(076.1) ббк 24я7 М 42 р е ц е н з е н т е. в. н и к и т и н а, кандидат химических наук, институт высокотемпературной электроники уро ран, г. екатеринбург Медведев, Д. А. М 42 Математическая индивидуальность расчетных задач по химии : пособие для учителя / д. а. Медведев, с. а. войтукевич ; М‑во образования и науки рос. Федерации ; урал. федер. ун‑т. — екатеринбург : изд‑во урал. ун‑та, 2015. — 128 с. ISBN 978‑5‑7996‑1439‑3 в пособии представлены шестьдесят расчетных задач по химии, ко‑ торые предлагались на школьных олимпиадах и вступительных экзаменах в различных российских университетах. для каждой задачи приведены полный алгоритм алгебраического расчета и, где это возможно, несколько способов решения. для учителей химии, а также для учащихся средних школ и абиту‑ риентов. удк 54(076.1) ббк 24я7 © уральский федеральный университет, 2015 © Медведев д. а., войтукевич с. а., 2015ISBN 978‑5‑7996‑1439‑3 3ПреДисловие расчетные задачи с неполным условием достаточно часто встречаются не только на химических олимпиадах различного уровня, но даже в заданиях единого государственного экзамена. по своей сути они аналогичны стандартным, лишь с той разни‑ цей, что в них намеренно отсутствует часть исходных данных. этот факт вызывает определенные трудности, поскольку алгоритм получения конечного результата исключает возможность прямого решения задач на основе только имеющейся в тексте информации. в некоторых случаях отсутствующие (на первый взгляд) исходные данные могут быть выявлены при внимательном анализе условия. после этого обычно составляют реакцию, математическое уравне‑ ние, описывающее эту реакцию, и затем решают уравнение отно‑ сительно неизвестной величины. вторая трудность решения задач с неполным условием сопряжена с активным использованием математических навыков (составление неравенств, уравнений с параметрами, систем урав‑ нений, использование геометрии и т. д.). как отмечают многие педагоги, шаблоны егэ и гиа не способствуют развитию твор‑ ческих навыков учащихся, что в первую очередь ценилось в совет‑ ском образовании. поэтому вышеперечисленные трудности могут испытывать не только учащиеся школ и гимназий, но абитуриенты и даже студенты высших образовательных учреждений. при этом важность математической составляющей химических задач чрез‑ вычайно высока. так, например, на вступительных экзаменах по химии в Московском государственном университете количество заданий с математическим уклоном за десять лет выросло вдвое. в настоящем пособии, предназначенном для интересующихся химией и учителей, представлены 60 различных задач, которые могут быть решены с помощью линейных уравнений (например, задачи № 1–9), систем уравнений (например, задачи № 10–12), неравенств (например, задачи № 25–27), квадратных уравнений (например, задачи № 21–24) и параметрических уравнений (напри‑ мер, задачи № 50–60). для отдельных примеров указано несколько способов решения. Многогранность, «изюминка» собранных задач заключается в том, что некоторые из них имеют несколько возмож‑ ных решений или ответов (например, задачи № 30, 32, 33, 49, 54, 57, 59), а часть условий представлена без каких‑либо численных значений (например, задачи № 23, 30–32, 40, 43, 47). структура пособия простая: оно состоит из трех частей. в пер‑ вой части приводятся задачи без ответов, которые предлагаются читателям для решения; во второй части даются методы решения этих задач; в третьей — представлены задачи для самостоятельной работы. в конце издания приведен список литературы, к которому авторы просят читателей обязательно обратиться. Авторы 5ЗАДАчи 1. Массовая доля раствора некоторой соли равна 5,5 %. опре‑ делите, какая масса соли содержится в этом растворе, если масса воды в растворе составляет 80 г. 2. разложение соли, содержащей в своем составе калий, хлор и кислород, продолжали до тех пор, пока не закончилось выделе‑ ние газа. при этом масса твердого вещества уменьшилась с 1,81 до 1,49 г. определите, какая соль была подвергнута разложению. 3. Массовая доля серы в смеси сероводорода и метана равна 50 %. чему равна массовая доля водорода в этой смеси? 4. найдите массовую долю кислорода в смеси нитрата и нитрита натрия, если массовая доля азота в ней составляет 20 %. 5. при нагревании этилена до температуры 300 °с он частично подвергся пиролизу с образованием метана и ацетилена. средняя молярная масса полученной смеси 24 г/моль. определите массо‑ вую долю ацетилена в смеси. 6. в одном из алканов число связей с–н в 4 раза больше свя‑ зей с–с. определите формулу алкана. 7. при сплавлении со щелочью калиевой соли предельной одноосновной карбоновой кислоты образовалось 17,4 г углеводо‑ рода А, а при электролизе водного раствора такого же количества этой соли образовалось 17,1 г углеводорода В. определите фор‑ мулы веществ А и В. 8. через два последовательно соединенных сосуда, в пер‑ вом из которых содержалось 103 мл раствора сульфида калия с плотностью 1,12 г/мл, а во втором — 111 мл раствора сульфата меди (II) с плотностью 1,20 г/мл, пропустили смесь азота с хло‑ роводородом, имеющую плотность при н. у. 1,30 г/л. газ прекра‑ тили пропускать, как только массы растворов сравнялись. найдите 6объем пропущенного через растворы газа (t = 25 °с, давление — 58,0 кпа). растворимостью сероводорода в водных растворах пренебречь. 9. цинковую пластинку массой 13,2 г опустили в 300,0 г рас‑ твора нитрата железа (III) с массовой долей соли 11,34 %. после некоторого выдерживания пластинки в растворе ее вынули, при этом оказалось, что массовая доля нитрата железа (III) стала рав‑ ной массовой доле образовавшейся соли цинка. определите массу пластинки (до десятых г), после того как ее вынули из раствора. 10. после полного термического разложения 2 г смеси кар‑ бонатов кальция и стронция получили 1,23 г смеси оксидов этих металлов. вычислите массу карбоната стронция в исходной смеси. 11. смесь оксида железа (III) и оксида меди (II) массой 10 г восстановили в водороде. при этом получили остаток массой 7,5 г. вычислите массовую долю железа в полученном остатке. 12. в 100 г 10 %‑ного раствора нитрата серебра поместили смесь хлорида и бромида натрия массой 3 г. при этом образова‑ лось 6 г осадка. вычислите массовые доли веществ в полученном растворе. 13. при полном растворении в соляной кислоте смеси суль‑ фита и фосфида щелочного металла с равными мольными долями выделилось 2,24 л (н. у.) газовой смеси. установите состав исход‑ ных соединений. 14. при полном растворении в воде гидрида и фосфида щелоч‑ ного металла с равными массовыми долями образовалась газовая смесь с плотностью по со2 0,2. установите состав исходной смеси. 15. какой объем этиламина и этана (н. у.), при массовой доле этана 40 %, нужно пропустить через 100 г 9,8 %‑ного раствора фосфорной кислоты, чтобы массовые доли кислых солей, образу‑ ющихся в растворе, стали одинаковыми. 16. при разложении 20,48 г соли, содержащей ионы железа и нитрат‑ионы, образуется 8 г твердого остатка. определите каче‑ ственный и количественный состав образца. 717. смесь двух ближайших гомологов предельных карбоновых кислот массой 37,4 г нагрели с избытком метанола в присутствии следов серной кислоты. после перегонки получили 30,3 г смеси сложных эфиров. установите качественный и количественный состав исходной смеси, если известно, что выход одного эфира составил 50 %, второго — 70 %, а количество низшего гомолога кислот в исходной смеси в пять раз больше, чем высшего. 18. при сливании раствора, содержащего 2,346 г галогенида двухвалентного металла, с избытком раствора фосфата натрия получили 2,404 г осадка. а при сливании того же раствора с избыт‑ ком раствора нитрата серебра получили 2,82 г осадка. установите формулу неизвестной соли. 19. при прокаливании смеси нитрата натрия и нитрата трехва‑ лентного металла (в ряду напряжений находится между Mg и сu) образовалось 27,3 г твердого остатка и выделилось 34,72 л (н. у.) смеси газов. после пропускания газов через раствор гидроксида натрия образовалось две соли, а объем газов сократился до 7,84 л. установите формулу неизвестного нитрата. 20. 4,48 л (н. у.) смеси этилена с диеновым углеводородом разветвленного строения обесцвечивает 148,1 мл раствора брома в тетрахлориде углерода с массовой долей брома 15 % и плотно‑ стью 1,8 г/мл. назовите диеновый углеводород, если известно, что при сжигании такого же количества исходной смеси образуется 9 г воды. 21. 75 г сульфита металла, проявляющего в своих соедине‑ ниях степень окисления +2, обработали избытком раствора соля‑ ной кислоты. при этом выделился газ, масса которого численно равна молярной массе неизвестного металла. определите, какой сульфит был обработан раствором соляной кислоты. 22. из 13,44 л (н. у.) метана получили сначала ацетилен, а потом бензол массой 3,744 г. вычислите выход продуктов на каждой стадии, если выход на первой стадии на 25 % меньше, чем на второй. 823. при определенных условиях один углеводород способен превращаться в другой в соответствии с уравнением: х сnh4n–4 → → у с2n+2h4n. запишите уравнение реакции и укажите условия ее протекания. 24. смесь двух газообразных водородных соединений различ‑ ных элементов, один из которых имеет валентность (III), а дру‑ гой — валентность (IV), с массовой долей водорода 55,17 % имеет плотность при н. у. 1,942 г/л. определите формулы этих соедине‑ ний, если известно, что в смеси равных объемов этих газов массо‑ вая доля водорода составляет 6,364 %. 25. приготовили 10 г смеси оксидов кальция и натрия, при‑ чем масса оксида кальция в смеси больше массы оксида натрия, а масса натрия в этой же смеси больше массы кальция. найти массу оксида кальция в смеси. 26. в смеси углекислого газа, азота и оксида серы (IV) массо‑ вая доля серы составляет 48 %. вычислите область допустимых значений объемной доли азота в смеси. 27. после прокаливания 5 г смеси карбонатов магния, каль‑ ция, стронция и бария получили 2,4 г смеси оксидов. определите возможное значение карбоната магния в смеси. 28. из 3 г магния и 4 г неизвестного щелочноземельного металла отдельно получили сначала оксиды, а затем карбонаты. определите неизвестный металл, если масса оксида магния ока‑ залась меньше, чем масса оксида неизвестного металла, а масса карбоната магния, наоборот, тяжелее, чем карбоната неизвестного металла. 29. в результате обезвоживания кристаллогидрата его масса уменьшилась в два раза. определите формулу кристаллогидрата, если известно, что он содержит 18,25 мас. % натрия, 12,70 мас. % серы, а количество воды в кристаллогидрате является целым числом. 30. смесь газообразного углеводорода с кислородом (взя‑ тым в количестве, необходимом и достаточном для полного сго‑ рания углеводорода) занимает объем, в два раза больший, чем 9оксид углерода (IV), образующийся в результате реакции горения. объемы газов измерены при одинаковых условиях. какой углево‑ дород мог быть сожжен? 31. при полном окислении углеводорода масса образовавше‑ гося оксида углерода (VI) в три раза больше массы сгоревшего сое‑ динения. установите формулу углеводорода. 32. для сжигания какого одноатомного спирта требуется семи‑ кратное количество газообразного кислорода? 33. смесь углеводорода с кислородом при некоторой темпе‑ ратуре находится в газообразном состоянии. после поджигания смеси остается только вода и углекислый газ. объем углекислого газа, измеренный при той же температуре, относится к объему исходной смеси как 3 : 5. определите формулу неизвестного углеводорода. 34. элементы а и б образуют соединение, содержащее 16,18 % (по массе) элемента а. при гидролизе этого вещества выделяется газ, содержащий элемент б, массовая доля водорода в котором равна 5 %. определите формулу вещества, содержащего элементы а и б, напишите реакцию его гидролиза. 35. Массовая доля водорода в неизвестном углеводороде равна 5,88 %. этот углеводород, обладающий слабыми кислотными свойствами, способен образовывать с металлом соль, массовая доля металла в которой составляет 80,12 %. напишите структур‑ ную формулу соли. 36. при реакции некоторого металла массой 2,3 г с галогеном образовалось 5,85 г соли. зная, что для полного электролиза ее рас‑ плава требуется 9650 кл электричества, определите галоген. 37. Шарик цинка опустили в 98,27 г 10 %‑ного раствор соля‑ ной кислоты. после прекращения выделения пузырьков газа ока‑ залось, что радиус оставшегося шарика в два раза меньше, чем начального, а в растворе обнаружен только хлорид цинка. опреде‑ лите массу брошенного в раствор шарика. 10 38. смесь натрия и лития обработали хлором. полученную смесь растворили в воде, при этом выделилось 560 мл газа (н. у.). вычислить массу натрия в смеси, если сумма молярных концен‑ траций натрия и хлорид‑ионов равнялась сумме молярных концен‑ траций лития и гидроксид‑ионов. 39. в раствор, содержащий бромиды меди и неизвестного металла с равными массовыми долями, поместили железные стружки, при этом выделилось одно индивидуальное вещество, а в растворе остался единственный бромид с массовой долей 10,2 %. определите массовые доли веществ в исходном растворе. 40. при полном каталитическом гидрировании смеси пропади‑ ена, пропилена, пентадиена‑1,4 и 1‑винилциклопентена поглоща‑ ется объем водорода, равный половине объема диоксида углерода (измеренного при тех же условиях), выделяющегося при сжигании такого же количества этой смеси. определите объемное содержа‑ ние пропадиена в парах исходной смеси. 41. в молекуле алкана содержится a первичных, b вторичных и d четвертичных атомов углерода. найдите число третичных ато‑ мов углерода. 42. две пластинки одинаковой массы изготовлены из одного металла, степень окисления которого в соединениях равна 2. пла‑ стинки опустили в растворы солей меди и серебра одинаковой молярной концентрации; через некоторое время вынули, высушили и взвесили (при этом весь выделенный металл осел на пластин‑ ках). Масса первой пластинки увеличилась на 0,8 %, второй — на 16 %. из какого металла изготовлены пластинки? 43. смесь цинка и безводного нитрата цинка прокалили на воздухе, ее масса при этом не изменилась. определите массовые доли компонентов смеси. 44. при окислении предельного одноатомного спирта полу‑ чили 77 г смеси, состоящей из исходного спирта, альдегида и монокарбоновой кислоты в молярном соотношении 1 : 3 : 1. при добавлении к этой смеси гидрокарбоната натрия выделилось 11 5,6 л (н. у.) газа. определите количественный состав смеси (в мас‑ совых процентах) и структуру полученных веществ. 45. сульфид металла MeS массой 16,8 г (металл проявляет в своих соединениях степень окисления +2 и +3) поместили в замкнутый реактор, содержащий 0,45 моль кислорода, и подо‑ жгли. определите формулу полученных оксидов при сгорании, если после окончания процесса горения давление газов при неизменной температуре уменьшилось в 1,5 раза по сравнению с начальным. 46. при растворении серебра в 53 %‑ной азотной кислоте мас‑ совая доля кислоты уменьшилась до 46 %. в полученном растворе кислоты растворили медь, в результате массовая доля кислоты снизилась до 39 %. определите массовые доли солей в получен‑ ном растворе. 47. к раствору смеси бромида и иодида калия добавили бром‑ ную воду. Масса остатка, полученного при упаривании и прокали‑ вании, уменьшилась. полученный остаток вновь растворили в воде и через раствор пропустили хлор. Масса, полученная после упари‑ вания и прокаливания, уменьшилась на столько же, как в первом случае. определите массовые доли солей в исходной смеси. 48. при сгорании 10 г смеси предельного одноатомного спирта и его симметричного простого эфира образовалось 12 г воды. определите состав и массы соединений в исходной смеси. 49. при полном сгорании 2,72 г смеси двух алканов, отли‑ чающихся по составу на две гомологические разницы, образова‑ лось 8,36 г углекислого газа. определите объемную долю низшего гомолога в смеси. 50. при взаимодействии с водой 1,4 г смеси щелочного металла и его оксида образовалось 1,79 г щелочи. определите массовую долю металла в исходной смеси. 51. при прокаливании 1 моль сульфата двухвалентного металла получается x г оксида состава Мео. при прокаливании x г того же сульфата получается y г этого оксида. если прокалить y г того же сульфата, то получим 20 г оксида Мео. сульфат какого металла взят для изучения? 12 52. при электролизе 10 моль сплава бромида двухвалентного металла масса катода увеличивается на х г. при электролизе х г того же бромида масса катода увеличивается на у г. при электро‑ лизе у г того же бромида масса катода увеличивается на 0,4 моль. какая соль была подвергнута электролизу? 53. 10 г металла превратили в нитрат, в котором степень окис‑ ления металла может составлять +1, +2 или +3. установите фор‑ мулу нитрата, если ее масса численно больше молярной массы неизвестного металла на 51,89 г. 54. раствор галогеноводорода полностью прореагиро‑ вал с оксидом щелочного металла. определите массовую долю кислоты в начальном растворе, если она оказалась равной массо‑ вой доли галогенида металла в конечном растворе, а также воз‑ можную формулу соли. 55. имеется два раствора одной и той же соли, в одном из кото‑ рых массовая доля воды составляет 88 %, а в другом — 70 %. вычи‑ слите массовую долю воды в растворе, полученном при сливании исходных, если масса первого раствора больше второго, а масса растворенного вещества во втором растворе больше, чем в первом. 56. из раствора выпарили 56 г воды, и при этом выпало 4 г безводной соли. не меняя условий, из этого же раствора выпарили еще 37 г воды, в результате чего выпало еще 3 г безводной соли. определите массовую долю соли в исходном растворе. 57. углеводород ряда алканов объемом 224 мл (н. у.) сожгли, а продукты сгорания растворили в 1 л известковой воды с массо‑ вой долей 0,148 %. при этом было получено 1 г осадка. опреде‑ лите формулу сожженного алкана. 58. в раствор сульфата железа (III), содержащего 61,6 г соли, опустили металлическую пластинку. через некоторое время пла‑ стинку вынули из раствора, промыли, высушили и взвесили (ока‑ залось, что ее масса изменилась на 4 г). определите неизвестный металл пластинки, если после ее извлечения из раствора отноше‑ ние массовых долей сульфата железа (III) и сульфата неизвестного металла оказалось равно отношению молярных масс сульфата металла и сульфата железа (III). 59. смесь оксида кобальта (III) и оксида трехвалентного 3d‑элемента массой 9,9 г восстановили в атмосфере водорода, при этом образовалось 7,02 г твердого остатка. определите массовую долю неизвестного металла в остатке. 60. безводный нитрат некоторого металла использован для приготовления 100 г раствора с массовой долей соли, равной 8 %. через полученный раствор пропускали постоянный электрический ток до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась до 57,43 г. определите, нитрат какого металла использовался для получе‑ ния раствора, если в результате электролиза выделилось 69,76 л (н. у.) газов и известно, что стандартный электродный потенциал металла положителен. считать, что продукты электролиза не взаи‑ модействуют между собой. 14 решение ЗАДАч Задачи на составление линейных уравнений при решении большей части задач по химии необходимо обращаться к введению неизвестного параметра х, n и т. д. в каче‑ стве такой неизвестной величины может быть взята масса, коли‑ чество вещества или степень окисления элемента в соединении, которые требуется найти и определить в конкретной задаче. такой метод сильно облегчает поиск решения, а в некоторых случаях он просто необходим. рассмотрим некоторые типы задач, при реше‑ нии которых мы будем использовать метод введения неизвестной величины. 1. для определения массы соли в растворе положим, что масса соли равна х г (m(соли) = х г). запишем формулу, связывающую массовую долю соли в растворе с ее массой: подставим все известные данные и найдем массу соли (в г): ответ: m(соли) = 4,656 г. 2. существует четыре соли, химический состав которых удов‑ летворяет условию задачи: KClO, KClO2, KClO3 и KClO4. естест‑ венно, отдельно составлять реакции термического разложения этих солей и сравнивать полученные массы хлорида калия с величиной, приведенной в тексте задачи, некорректно. пусть количество ато‑ мов кислорода в этой соли равно n, тогда химическую формулу 15 соединения можно представить как KClOn. напишем уравнение термического разложения этой соли: по уравнению реакции видно, что количество вещества неизвест‑ ной соли равно количеству вещества хлорида калия, тогда (KClO ) (KCl).nν = ν заменим количество каждого вещества массой, известной из тек‑ ста задачи, и молярной массой, которую можно легко рассчитать: (KClO ) (KCl) . (KClO ) (KCl) n n m m M M = подставим все известные величины: 1,81 1,49 1,81 0,02 1. 39 35,5 16 39 35,5 74,5 16 n n n = ⇒ = ⇒ = + + + + таким образом, можно рассчитать, сколько атомов кислорода содержалось в неизвестной соли. из приведенных выше веществ нашему условию удовлетворяет первое. поэтому неизвестная соль — это KClO. ответ: гипохлорит калия KClO. 3. пусть количество н2S — х моль, а сн4 — у моль. тогда масса сероводорода равна 34х г, а метана — 16у г. по условию задачи, массовая доля серы равна 50 %, т. е. (*) 16 в сероводороде содержится два атома водорода, в метане — четыре, тогда массовая доля водорода равна: 2 4 2 4 2 4 (H)(H) (H S) (CH ) 2 (H) (H S) 4 (H) (CH ) 2 4 . (H S) (CH ) 34 16 m m m M M x y m m x y ω = = + ⋅ ν + ⋅ ν + = = + + подставляя зависимость (*) в последнее уравнение и сокращая у, получаем 82 4 15(H) 0,1484 (14,84 %).834 16 15 y y y y ⋅ + ω = = ⋅ + ответ: ω(H) = 14,84 %. 4. пусть количество вещества нитрита натрия — х моль, а нитрата натрия — у. тогда их массы равны 69х и 85у г соответст‑ венно. Массовая доля азота в смеси может быть выражена следу‑ ющим образом: откуда х = 15у. аналогично выразим массовую долю кислорода и затем подставим вместо х произведение 15у: 2 16 3 16 32 48 32 15 48(O) 0,4714 (47,14 %). 69 85 69 85 69 15 85 x y x y y y x y x y y y ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ + ω = = = = + + ⋅ + ответ: ω(O) = 47,14 %. 5. напишем уравнение реакции пиролиза этена: 2 4 4 2 23C H 2CH 2C H .= + в данных условиях только часть этилена подверглась разложе‑ нию. пусть начальное количество вещеста этилена равно х моль, 17 а у моль израсходовалось на образование метана и ацетилена, тогда осталось (х − у) моль с2н4 и образовалось по у моль сн4 и с2н2. в соответствии с коэффициентами перед углеводородами имеем средняя молярная масса газовой смеси равна: 2 4 2 4 2 2 2 2 4 4 2 4 2 2 4 (C H ) (C H ) (C H ) (C H ) (CH ) (CH ) , (C H ) (C H ) (CH ) M M MM ν + ν + ν= ν + ν + ν подставим все известные значения: 3( ) 28 2 26 2 16 24 2 . 3( ) 2 2 x y y y x y x y y y − ⋅ + ⋅ + ⋅ = ⇒ = − + + определим теперь массовую долю ацетилена в смеси: 2 2 2 2 2 2 2 4 2 4 2 2 2 2 4 4 (C H ) (C H )(C H ) , (C H ) (C H ) (C H ) (C H ) (CH ) (CH ) M M M M ν ω = ν + ν + ν 2 2 2 26(C H ) 3( ) 28 2 26 2 16 2 26 0,31. 3(2 ) 28 2 26 2 16 y x y y y y y y y y ⋅ ω = = − ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ = = − ⋅ + ⋅ + ⋅ ответ: ω(с2н4) = 31 %. 6. количество с–н связей в алкане сnh3n+2 равно количеству атомов водорода (2n + 2), а количество с–с связей на единицу меньше, чем количество атомов углерода, т. е. (n – 1). определим n из условия, что неизвестный алкан — это пропан. ответ: пропан. 18 7. при сплавлении карбоновой кислоты со щелочью образу‑ ется углеводород. схематически это можно показать как 2 3 2COOH 2KOH H K CO H O . t R R+ = ↑ + + ↑ (*) а при электролизе происходит удвоение числа атомов углерода, содержащегося в радикале R (реакция кольбе): (**) обозначим символом n количество атомов углерода в радикале R, тогда R = сnh3n+1. по реакции (*) RH соответствует химической формуле Cnh3n+2, а по реакции (**) RR — сnh3n+1− сnh3n+1 или с2nh5n+2. запишем уравнения реакции, заменяя радикал R на фор‑ мулу алкила: (***) (****) по уравнению (***) выделилось 17,4 г углевода, рассчитаем его количество: количество карбоновой кислоты равно: по уравнению (****) из двух молей карбоновой кислоты образу‑ ется 1 моль углеводорода, тогда 19 с другой стороны, можно рассчитать количество образовав‑ шегося углеводорода при электролизе из условия задачи: приравняем ν и ν′: 8,7 17,1 4,2 16,8 4. 14 2 28 2 n n n n = ⇒ = ⇒ = + + таким образом, при сплавлении выделился бутан, а при электролизе — октан. ответ: бутан и октан. 8. данная задача является комбинированной. определим сначала массу раствора сульфида калия и массу растворенной соли: также определим массу второго раствора и массу растворенного сульфата меди: запишем уравнения реакций, протекающих при пропускании смеси азота и хлороводорода. в первом сосуде происходит взаимодействие в растворе между хлороводородом и сульфидом калия: 2 22HCl K S 2KCl H S .+ = + ↑ во второй сосуд поступает непрореагировавший азот и обра‑ зованный в предыдущем сосуде сероводород. сероводород взаи‑ модействует с сульфатом меди; при этом происходит образование осадка сульфида меди: 2 4 2 4H S CuSO CuS H SO .+ = ↓ + 20 заметим, что количество образованного в первом сосуде газа в два раза меньше, чем хлороводорода, а во втором случае наблюдается равенство количества сероводорода и сульфида меди. запишем это условие: пусть количество вещества хлороводорода равно х моль, тогда количество образованного сероводорода равно 0,5х моль, а образо‑ ванного осадка — 0,5х моль. запишем условие выравнивания масс растворов между пер‑ вым и вторым сосудом: 1 2 2 2(HCl) (H S) (H S) (CuS).m m m m m m+ − = + − выражая массу хлороводорода, сероводорода и сульфида меди через молярную массу и количество вещества, имеем 1 2 2 2 2 2 (HCl) (HCl) (H S) (H S) (H S) (H S) (CuS) (CuS). m M M m M M + ν ⋅ − ν ⋅ = = + ν ⋅ − ν ⋅ подставим все известные значения: по плотности определим среднюю молярную массу (г/моль) смеси газов: после чего рассчитаем количество вещества азота по формуле 21 подставим известные значения, полагая, что количество азота равно у (моль): 36,5 0,355 28 29,12 2,339. 0,355 y y y ⋅ + = ⇒ = + общий объем газов при условиях, отличающихся от нормальных, определятся уравнением Менделеева — клайперона: объем пропущенной смеси, таким образом, равен 0,115 м3 или 115 л. ответ: V = 115 л. 9. запишем уравнение происходящих реакций, описанных в задаче. цинк, являясь активнее железа, способен вытеснять его из солей. уравнение этой реакции записывается следующим образом: 3 3 3 23Zn 2Fe(NO ) 3Zn(NO ) 2Fe.+ → + установим, какая масса нитрата цинка образовалась в растворе и сколько осталось в растворе нитрата железа (III). пусть масса нитрата цинка равна х г. начальная масса нитрата железа (III) в растворе равна: за счет восстановления железа массовая доля нитрата железа уменьшается. в растворе остается (34 − х) г Fe(NO3)3. найдем х. из уравнения видно, что 3 3 3 2(Fe(NO ) ) (Zn(NO ) ) , 2 3 ν ν = 22 заменим количество веществ соответствующими массой и моляр‑ ной массой: 3 3 3 2 3 3 3 2 (Fe(NO ) ) (Zn(NO ) ) , 2 (Fe(NO ) ) 3 (Zn(NO ) ) m m M M = такая масса нитрата цинка образовалась. теперь можно найти количество цинка, израсходанного по реакции: найдем количество железа, восстановленного и осажденного на пластинке: определим массы цинка и железа: найдем массу конечной пластинки: ответ: m(пластинки) = 10,5 г. 23 Задачи на составление системы двух уравнений существует достаточно большое количество задач, при реше‑ нии которых необходимо вводить не одну, а несколько неизвест‑ ных переменных. чтобы найти требуемое решение, нужно соста‑ вить несколько уравнений, число которых соответствует числу принятых неизвестных. найти такую задачу среди других доста‑ точно легко: обычно в ее тексте приведены данные, касающиеся не одного вещества, а смеси. например, если в тексте указана масса начальной и конечной смеси или общий объем газов, то, ско‑ рее всего, такая задача может быть решена с помощью составле‑ ния системы уравнений. система может содержать не только два уравнения, но и больше. с другой стороны, такие задачи можно решить, не прибегая к составлению системы уравнений. следую‑ щий пример иллюстрирует вышесказанное. 10. задачу можно решить несколькими способами. рассмо‑ трим два из них, полностью проведя вычисления. Первый способ основан на том, что при решении восполь‑ зуемся только одной неизвестной, например, массой одного из исходных веществ: х = m(SrCO3). так как смесь состоит только из карбоната кальция и стронция, масса карбоната кальция будет равна (2 − х) г. рассчитаем количество каждого карбоната: 3 3 3 3 3 3 (CaCO ) (SrCO )2(CaCO ) , (SrCO ) . (CaCO ) 100 (SrCO ) 148 m mx x M M − ν = = ν = = по уравнениям реакций из 1 моля каждого карбоната образуется 1 моль соответствующего оксида: 3 3(CaCO ) (CaO), (SrCO ) (SrO).ν = ν ν = ν 24 вычисляем массу оксидов кальция и стронция: по условию задачи сумма масс оксидов стронция и кальция равна 1,23 г: (CaO) (SrO) 1,23,m m+ = (CaO) (CaO) (SrO) (SrO) 1,23,M Mν ⋅ + ν ⋅ = 2104 56 1,23. 148 100 x x− ⋅ + ⋅ = решим уравнение относительно х: 0,703 0,56(2 ) 1,23,x x+ − = 0,703 1,12 0,56 1,23,x x+ − = таким образом, масса карбоната стронция равна 0,77 г. Второй способ является более универсальным. Мы рекомен‑ дуем использовать именно его для решения последующих задач. он состоит в том, что в качестве неизвестных используется не масса, а количество каждого вещества: пусть ν(сaCO3) = x моль, а ν(SrCO3) = y моль. составим систему, первое уравнение которой будет соответ‑ ствовать условию до термического разложения, а второе — после термического разложения: 3 3(CaCO ) (SrCO ) 2, (CaO) (SrO) 1,23. m m m m + = + = 25 заменим массу каждого исходного вещества и продукта на произ‑ ведение количества вещества и молярную массу. так как количе‑ ство вещества карбоната стронция и количество оксида стронция, а также карбоната кальция и оксида кальция равны, то система приобретает вид: 3 3(CaCO ) (SrCO ) 2, (CaO) (SrO) 1,23. M x M y M x M y ⋅ + ⋅ = ⋅ + ⋅ = 100 148 2, 56 104 1,23. x y x y ⋅ + ⋅ = ⋅ + ⋅ = выразим из второго уравнение х: 1,23 104 , 56 yx −= подставим в первое: 1,23 104100 148 2, 56 y y− + = избавимся от дробей умножением правой и левой части на 56 и откроем скобки: 123 10400 8288 112,y y− + = (123 112) 11 . 10400 8288 2112 y −= = − Масса карбоната стронция равна: как видно, результаты, полученные при решении первым и вторым способом, равны. тем не менее второй способ явля‑ ется более универсальным (это будет подтверждено при решении задачи № 50). ответ: m(SrCO3) = 0,77 г. 26 предыдущая задача была сравнительно простой, так как при разложении каждого карбоната образовывалось эквимолярное количество оксида. следующий пример покажет, что очень важно учитывать стехиометрические коэффициенты в уравнениях хими‑ ческих реакций. 11. пусть количество вещества оксида железа (III) равно х моль, а оксида меди — y моль, тогда согласно стехиометрическим коэффициентам реакций, из х моль оксида железа (III) образуется 2х моль железа, а из у моль оксида меди (II) образуется у моль меди. система уравнений выглядит следующим образом: 2 3(Fe O ) (CuO) 10, (Fe) (Cu) 7,5. m m m m + = + = проводя замену m = M · ν, имеем следующую систему уравнений: 2 3(Fe O ) (CuO) 10, (Fe) 2 (Cu) 1 7,5. M x M y M x M y ⋅ + ⋅ = ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ = 160 79,5 10, 56 2 63,5 7,5. x y x y ⋅ + ⋅ = ⋅ ⋅ + ⋅ = решая систему, получаем х = 0,0309 моль, y = 0,0637 моль. тогда массовая доля железа в остатке равна: ответ: ω(Fe) = 46,07 %. 27 следующая задача лишь по объему рассуждений отличается от предыдущих, так как она является комплексной (состоящей из нескольких отдельных задач). на первом этапе запишем уравне‑ ния химических реакций и составим систему, соответствующую условию задачи. после вычисления масс требуемых компонентов проведем расчет массовых долей солей в растворе. 12. пусть количество вещества хлорида натрия — х, бромида натрия — у. из уравнений реакций видно, что при образовании 1 моль галоге‑ нида серебра требуется 1 моль галогенида натрия и 1 моль нитрата серебра. составим систему уравнений: (NaCl) (NaBr) 3, (AgCl) (AgBr) 6. m m m m + = + = используя формулу m = νM, решим следующую систему: (NaCl) (NaBr) 3, (AgCl) (AgBr) 6. M x M y M x M y ⋅ + ⋅ = ⋅ + ⋅ = подставляя значения молярных масс соответствующих веществ, получим 58,5 103 3, 0,0153, 142,5 187 6. 0,0205. x y x x y y ⋅ + ⋅ = = ⇒ ⋅ + ⋅ = = рассчитаем количество нитрата серебра, вступившего в реакцию: 28 рассчитаем массу нитрата серебра, оставшегося после реакции: вычислим массу нитрата натрия, образовавшегося в ходе реакций: Масса конечного раствора равна массе начального раствора с мас‑ сой смеси галогенидов натрия, но без массы осадка: в конечном растворе растворены часть нитрата серебра, которая не вступила в реакцию, и нитрат натрия, образовавшийся в ходе нее. Массовые доли находим следующим образом: 3 3 3 3 (AgNO ) 3,95(AgNO ) 0,0407 (4,07%), 97 (NaNO ) 3,043(NaNO ) 0,0314 (3,14%). 97 m m m m ω = = = ω = = = ответ: ω(AgNO3) = 4,07 %, ω(NaNO3) = 3,14 %. следующие три задачи качественно отличаются от рассмо‑ тренных выше. если в приведенных до этого примерах состав‑ ление систем уравнений было видно из условия, то в следующих задачах это условие менее очевидно. однако применение данного метода также целесообразно, если речь идет не только о массе или объеме смеси, но и о других функциональных зависимостях между веществами, например, равенстве массовых, мольных или объемных долей. 29 13. так как по условию задачи не известно, что за металл вхо‑ дил в состав соединений, то примем, что молярная масса неиз‑ вестного металла Ме будет равна М (по молярной массе далее напрямую определим элемент). пусть количество вещества фос‑ фида и сульфита щелочного металла равно х моль (по условию они имеют равные мольные доли), тогда уравнения реакций выглядят следующим образом: по условию задачи сумма масс сульфита и фосфида щелочного металла составляет 7,3 г, т. е. 2 3 3 2 3 2 3 3 3 (Me SO ) (Me P) 7,3, (Me SO ) (Me SO ) (Me P) (Me P) 7,3, m m M M + = ν + ν = (2 80) (3 31) 7,3.x M x M+ + + = (*) с другой стороны, выделилось 2,24 л газов, т. е. подставляя х в уравнение (*), получим, что М = 7, т. е. этот металл — литий, а смесь состояла из Li2SO3 и Li3P. ответ: Li2SO3 и Li3P. 14. решение этой задачи похоже на предыдущее. также неиз‑ вестный металл обозначим как Me, а его молярную массу — М (г/ моль), составим систему уравнений, отвечающую начальному и конечному условию. первое уравнение системы — равенство масс гидрида и фосфида, второе — выражение, связывающее 30 среднюю молярную массу выделившихся продуктов. обозначив через х количество вещества гидрида, а через у — количество вещества фосфида, получаем: 3 3 3 (MeH) (Me P), (MeH) (MeH) (Me P) (Me P), m m M M = ν = ν ( 1) (3 31) .M x M y+ = + (*) напишем уравнения реакций: среднюю молярную массу газов находят следующим образом: с другой стороны, средняя молярная масса равна: тогда получим, что 2 34 8,8.x y x y + = + (**) если решать совместно уравнения (*) и (**), то прийти к нуж‑ ному результату довольно легко, хотя система имеет два уравнения и три неизвестные. рассмотрим это решение. из второго уравнения системы получаем 25,22 34 8,8 8,8 6,8 25,2 . 6,8 x y x y x y x y+ = + ⇒ = ⇒ = подставим полученное выражение в первое уравнение: 25,2( 1) (3 31) . 6,8 M y M y+ = + 31 теперь сократим у ( у не равен нулю по условию задачи) и получим уравнение с одним неизвестным: 25,2( 1) (3 31), 6,8 3,7059 3,7059 3 31 39. M M M M M + = + + = + ⇒ ≈ Щелочной элемент, обладающий такой молярной массой, — калий. то есть смесь состояла из гидрида калия и фосфида калия. ответ: кн и к3р. 15. смесь газов пропускают через раствор фосфорной кислоты, при этом реагирует только этиламин; а этан, являющийся инертным, не вступает во взаимодействие. напишем происходя‑ щие реакции, полагая, что х моль этиламина пошло на образование дигидрофосфорной соли, а у моль — на образование гидрофос‑ форной соли: составим систему уравнений, соответствующую условиям задачи. первое уравнение — количество вещества фосфорной кислоты, которое требуется для реакций, второе — равенство мас‑ совых долей кислых солей (или равенство масс, что эквивалентно): из уравнений реакций видно, что количество вещества фосфорной кислоты равно (х + у). подставим известные величины в систему, не забыв заменить массу аминов на молярную массу и количество вещества: 100 0,098 0,1. 98 143 188 . x y x y ⋅ + = = = 32 из второго уравнения имеем 188 . 143 x y= подставим х в первое уравнение: тогда найдем теперь объем газа, пропущенного через раствор: 2 5 2 2 622,4[ (C H NH ) (C H )].V = ν + ν количество этиламина равно (по уравнениям реакций): количество с2н6 найдем из условия концентрации этана в газовой смеси: 2 6 2 6 2 6 2 5 2 (C H )(C H ) , (C H ) (C H NH ) m m m ω = + 2 6 2 6 2 6 2 6 2 6 2 5 2 2 5 2 (C H ) (C H )(C H ) . (C H ) (C H ) (C H NH ) (C H NH ) M M M ν ω = ν + ν или, подставляя все известные величины в последнее уравнение, получим 33 тогда объем смеси равен: ответ: 6,415 л. 16. очевидно, что разложению подвергся либо нитрат железа (II), либо нитрат железа (III). Мы не советуем отдельно брать то или иное соединение и рассчитывать требуемые параметры. пусть степень окисления железа в нитрате равна n, тогда запи‑ шем химическую формулу соли: Fe(NO3)n. независимо от того, какая степень окисления железа в нитрате, при разложении обра‑ зуется только оксид железа (III). напишем схематически реакцию разложения: из уравнения видно, что при разложении 2 моль нитрата образу‑ ется 1 моль оксида железа, значит: ( )3 2 3Fe(NO ) 2 (Fe O ),nν = ν ( ) ( ) 3 2 3 3 2 3 Fe(NO ) (Fe O )2 . Fe(NO ) (Fe O ) n n m m M M = подставим известные значения и решим полученное уравне‑ ние относительно n: 20,48 2 8 2,4. 56 62 160 n n ⋅ = ⇒ = + нами получено на первый взгляд несуществующее значение степени окисления железа. однако данные промежуточного вычи‑ сления верны. дело в том, что образец содержал не индивидуальный нитрат железа (II) или нитрат железа (III), а их смесь. теперь необ‑ ходимо сделать следующие замены: пусть ν(Fe(NO3)2) = х моль, а ν(Fe(NO3)3) = у моль. составим систему, первое уравнение кото‑ рой будет описывать условие суммы масс нитратов, а второе — количество вещества образовавшегося оксида. 34 180 242 20,48, 80,5 0,5 0,05. 160 x y x y + = + = = решая систему, получаем х = 0,06 моль, у = 0,04 моль, тогда ответ: ω(Fe(NO3)2) = 52,7 %, ω(Fe(NO3)3) = 47,3 %. предлагаем рассмотреть еще одну задачу с «изюминкой», при решении которой придется составить две системы уравнений и проверить полученные значения. 17. запишем краткие формулы кислот, обозначая символом n количество атомов углерода в цепи низшего гомолога кислоты — сnh3n+1COOH (вещество 1) и сnh3n+1Ch3COOH (вещество 2), их молярные массы равны: M1 = 14n + 46 и M2 = 14n + 60 г/моль соответственно. по условию задачи количество вещества низшего гомолога в смеси больше, чем высшего, в пять раз. обозначим количество вещества высшего гомолога символом х, тогда имеем ν2 = х, ν1 = 5х моль. таким образом, составим первое уравнение системы: 1 2 1 1 2 2 37,4, 37,4, 5 (14 46) (14 60) 37,4 (84 290) 37,4. m m M M x n x n x n + = ν + ν = + + + = ⇒ + = (*) в качестве продуктов образовались сложные метиловые эфиры, это значит, что молярная масса продуктов больше, чем молярная масса исходных веществ, на 14 единиц, т. е. для сnh3n+1COOсh4 (вещество 3) M3 = 14n + 60 и сnh3n+1Ch3COOсh4 (вещество 4) M4 = 14n + 74. в тексте также указан выход продуктов, причем не указано, какой именно сложный эфир вышел с выходом 50 %, 35 а какой — 70 %. учитывая, что по уравнению реакции ν1 = ν3, а ν2 = ν4 и что выход 50 % может быть как у вещества 3, так и у вещества 4, имеем либо уравнение 5x(14n + 60) 0,5 + x (14n + 74) 0,7 = 30,3, (**) либо уравнение 5x (14n + 60) 0,7 + x (14n + 74) 0,5 = 30,3. (***) на основе уравнений (*), (**) и (***) имеем две системы уравнений: (84 290) 37,4, (1) 5 (14 60)0,5 (14 74)0,7 30,3. x n x n x n + = + + + = и (84 290) 37,4, (2) 5 (14 60)0,7 (14 74)0,5 30,3. x n x n x n + = + + + = решая систему (1), получаем, что n является отрицательным, что лишено физического смысла. решая систему (2), получаем, что n = 1, а х = 0,1 моль, т. е. низший гомолог кислоты — этановая кислота, высший — пропановая. Массовую долю вещества 1 опре‑ делим по формуле: ответ: ω (этановая кислота) = 80,21 %, ω (пропановая кис‑ лота) = 19,79 %. 18. очевидно, что для решения задачи необходимо ввести пере‑ менные величины. пусть молярная масса неизвестного металла Ме равна М г/моль, а неизвестного галогенид‑иона Hal — H г/моль. напишем уравнения, отражающие процесс сливания растворов: 2 3 4 3 4 23MeHal 2Na PO 2Me (PO ) 6NaHal,+ = ↓ + 36 2 3 3 2MeHal 2AgNO 2AgHal Me(NO ) .+ = ↓ + рассчитаем количество всех веществ с известной массой: теперь составим систему уравнений, связывающую в матема‑ тическом виде количество веществ с учетом стехиометрических коэффициентов реакций: ( )3 4 22 2 Me (PO )(MeHal ) , 3 2 (AgHal)(MeHal ) . 2 νν = ν ν = ( )2 3 4 2 2 2 (MeHal ) 3 Me (PO ) , 2 (MeHal ) (AgHal). ν = ν ν = ν подставим найденные выражения в эту систему: 2,346 2,4042 3 , 2 3 190 2,346 2,822 . 2 108 M H M M H H = + + = + + 37 упростим равенства и избавимся от знаменателей: 4,692 7,212 , 4,692(3 190) 7,212( 2 ),2 3 190 4,692 2,82 4,692(108 ) 2,82( 2 ).. 2 108 M M HM H M H M H M H Í = + = + + + ⇒ + = + = + + имеем 6,864 14,424 891,48, 2,82 0,948 506,736. M H M H − = − + = решая эту систему уравнений, получим, что M = 137 (Me = Ba), а H = 127 (Hal = I). неизвестная соль — иодид бария. ответ: BaI2. Задачи на составление системы трех уравнений принципиально нижеприведенные задачи мало чем отлича‑ ются от рассмотренных выше. отличие заключается лишь в том, что функциональных зависимостей в таких задачах становится больше. 19. напишем уравнения реакций, описывающих происходя‑ щие процессы: пусть количество нитрата натрия равно 2х моль, а нитрата неизвестного металла — 4у моль (коэффициенты 2 и 4 для нитра‑ тов соответствуют коэффициентам в реакциях и подобраны для простоты расчетов), тогда по уравнениям выделилось х + 12у + 3у = х + 15у моль газов. после пропускания газов через раствор гидроксида натрия происходит 38 растворение оксида азота (IV) с образованием нитрата и нитрита натрия: 2 3 2 22NO 2NaOH NaNO NaNO H O.+ = + + после этого остается (х + 3у) моль кислорода. составим систему уравнений, описывающую условие задачи, где первое уравнение соответствует сумме масс твердых остатков, второе — объему выделившихся газов, а третье — объему остав‑ шегося кислорода: 2 2 3 2 2 2 (NaNO ) (Al O ) 27,3, (NO O ) 34,72, (O ) 7,84. m m V V + = + = = проводя замену m = ν · M и подставляя все известные величины, имеем 2 69 2 (2 48) 27,3, ( 15 ) 22,4 34,72, ( 3 ) 22,4 7,84. x y M x y x y ⋅ + ⋅ + = + ⋅ = + ⋅ = из второго уравнения вычтем третье и получим подставляя у в третье уравнение, определяем значение х: теперь, зная х и у, легко определить М из первого уравнения системы: неизвестная соль — нитрат алюминия Al(NO3)3. ответ: нитрат алюминия. 39 20. так как нам неизвестно, какой алкадиен находился в смеси, положим, что число атомов углерода в нем равно n. запишем хими‑ ческую формулу этого диена: Cnh3n–2. полагая, что количество этилена равно х моль, а диена — у моль, запишем уравнения пол‑ ного сжигания органических веществ: по задаче объем смеси равен 4,48 л. составим уравнение, соответ‑ ствующее этому условию: ( ) 22,4 4,48.x y+ ⋅ = (*) запишем уравнение реакций взаимодействия алкена и алкадиена с бромом: найдем количество вещества брома, вступившего в реакцию с углеводородом: 40 подставим все известные величины: с другой стороны, такое количество брома израсходовалось на вза‑ имодействие с ненасыщенными углеводородами: 2(Br ) 2 0,25.x yν = + = (**) наконец, составим уравнение, связывающее неизвестные х и у с массой воды, образовавшейся при сжигании. согласно первым двум уравнениям химических реакций, количество полученной воды равно: 2 2 4 2 2(H O) 4 (C H ) ( 1) (C H ) 2 ( 1) .n nn x n y−ν = ⋅ν + − ⋅ν = + − в то же время масса воды (в г) равна: [ ]2 2 2(H O) (H O) (H O) 18 2 ( 1) 9.m M x n y= ⋅ν = + − = (***) составим систему из трех выведенных уравнений: [ ] ( ) 22,4 4,48, 2 0,25, 18 2 ( 1) 9. x y x y x n y + ⋅ = + = + − = решим полученную систему. левую и правую части первого урав‑ нения разделим на 22,4: (****) вычтем полученное уравнение из второго уравнения системы и найдем у: 2 ( ) 0,25 0,2 0,05.x y x y y+ − + = − ⇒ = 41 подставим найденное значение у в уравнение (****) и определим х: 0,2 0,2 0,2 0,05 0,15.x y x y+ = ⇒ = − = − = теперь подставим х и у в третье уравнение системы и определим n: [ ]18 2 ( 1) 9 2 ( 1) 0,5, 0,5 2 0,152 0,15 ( 1) 0,05 0,5 1 5. 0,05 x n y x n y n n + − = ⇒ + − = − ⋅ ⋅ + − ⋅ = ⇒ = − = таким образом, мы можем составить химическую формулу алкадиена: с5н8. единственный возможный вариант разветвлен‑ ного диена, содержащего пять атомов углерода, — это изопрен или 2‑метилбутадиен‑1,3. ответ: изопрен. Задачи на составление квадратных уравнений некоторые химические задачи невозможно решить без состав‑ ления квадратных уравнений. ниже приведены примеры. 21. напишем уравнение реакции сульфита с соляной кисло‑ той, полагая, что молярная масса неизвестного металла Ме рав‑ нее М г/моль: 3 2 2 2MeSO 2HCl MeCl H O SO .+ = + + ↑ из уравнения реакции видно, что из 1 моль сульфита образуется 1 моль газа, тогда 3 2(MeSO ) (SO ),ν = ν заменим количество веществ соответствующими массами и моляр‑ ными массами: 3 2 3 2 (MeSO ) (SO ) , (MeSO ) (SO ) m m M M = 75 75 . 32 3 16 32 16 2 80 64 M M M M = ⇒ = + + ⋅ + ⋅ + 42 из последнего равенства можно получить квадратное уравнение: ( 80) 64 75,M M + = ⋅ 2 80 4800 0.M M+ − = решим его: 2 1,2 12080 80 4800 40 80 . 402 2 M − = − ± + = − ± = естественно, отрицательная молярная масса у элементов не бывает, поэтому М = 40 − Cа. неизвестная соль — саSO3. ответ: сульфит кальция. 22. запишем схематически уравнения реакции, учитывая баланс по углероду: 4 2 2 6 66CH 2C H C H .→ → определим количество израсходованного метана и получен‑ ного бензола: подставим найденные значения в уравнения реакций: введем переменные: пусть η1 — выход первой стадии процесса, а η2 — второй. напишем уравнения корреляции между количест‑ вом вещества метана и бензола: 6 62 2 4 1 1 2 6 (C H )3 (C H )(CH ) ,ννν = = η η ⋅η 43 6 6 4 1 2 6 (C H )(CH ) ,νν = η ⋅η 1 2 6 0,0480,6 ,⋅= η ⋅η 1 2 0,48.η ⋅η = запишем второе условие задачи, касающееся соотношения выходов реакций: 2 1 1 2(1 0,25) 0,75 .η − = η ⇒η = η подставим это равенство в предыдущее: 2 1 2 2 2 2 20,75 0,48 0,64 0,8 (80 %).η ⋅η = η ⋅η = ⇒ η = ⇒η = остается вычислить выход первой реакции: 1 20,75 0,75 0,8 0,6 (60 %).η = η = ⋅ = ответ: 60 % и 80 %. 23. для того чтобы определить формулы исходного и конеч‑ ного углеводорода, составим баланс углерода и водорода. в левой части общее количество углерода равно xn, а в пра‑ вой — y(2n + 2), тогда (2 2) .nx n y= + (*) в левой части число атомов водорода равно х(3n – 4), а в пра‑ вой — y · 3n, тогда уравнение, описывающее баланс водорода, будет иметь вид: (3 4) 3 .n x ny− = (**) соберем эти уравнения в систему: (2 2) , (3 4) 3 . nx n y n x ny = + − = 44 разделим первое уравнение на второе: (2 2) , (3 4) 3 nx n y n x ny + = − (2 2) , (3 4) 3 n n n n + = − после чего выведем квадратное уравнение: 2 23 (2 2)(3 4) 3 2 8 0.n n n n n= + − ⇒ − − = решим его: 2 1,2 4 / 3,2 2 8 2 10 2.6 6 3 6 6 n − = ± + = ± = выбираем положительный корень n = 2. таким образом, исходное вещество — с2н2, а конечное — с6н6. это реакция тримеризации ацетилена с получением бензола. реакция протекает в присутствии активированного угля при повы‑ шенных температурах (600– 650 °с). ответ: 24. это типичная задача с неполным условием. обозначим молярную массу вещества э1н3 как а г/моль, а молярную массу э2н4 как b г/моль. здесь э1 и э2 — неизвестные элементы. пусть количество вещества э1н3 равно х моль, а количество вещества э2н4 — у моль. тогда найдем массу газовой смеси: 1,942 22,4 ( ) 43,5( ).mm V x y x y= ρ⋅ ⋅ ν = ⋅ ⋅ + = +∑ определим массы неизвестных соединений, если дана массовая доля одного из компонентов: 45 определим количество каждого компонента: общее количество этих компонентов равно: решим это уравнение, сокращая левую и правую часть на (х + у ≠ 0): 19,5( ) 24( ) 19,5 24 1,x y x y x y a b a b + + + = + ⇒ + = 19,5 24 .b a ab+ = (*) второе уравнение составим, руководствуясь последним усло‑ вием задачи. Массовую долю водорода в смеси, содержащей оди‑ наковые объемы неизвестных веществ, можно найти следующим образом (при этом одинаковые объемы газов соответствуют оди‑ наковому количеству при Т, Р = const). положим, что количество каждого компонента равно z моль, тогда 3 4 0,06364, a b + = + 7 110. 0,06364 a b+ = ≈ (**) 46 имеем систему двух уравнений (*) и (**): 19,5 24 , 110. b a ab a b + = + = решим ее, при этом выразим из второго уравнения a или b: 110 110 .a b a b+ = ⇒ = − подставим это выражение в первое уравнение: 19,5 24(110 ) (110 ) .b b b b+ − = − раскрываем скобки и приводим подобные слагаемые. при этом получим квадратное уравнение: 2 114,5 2640 0.b b− + = его корни равны: 2 1,2 32114,5 114,5 2640 57,25 25,25 . 82,52 2 b = ± − = ± = проверим корни. если b = 32, то молярная масса элемента равна (b – 4) = 32 – 4 = 28. такой молярной массой обладает кремний. причем кремний способен образовывать водородные соединения, которые называются силанами. если b = 82,5, то молярная масса элемента равна 78,5. близ‑ кой молярной массой обладает селен. однако селен образует водо‑ родное соединение н2Se, а не Seh4. следовательно, второй корень квадратного уравнения является посторонним. определим второй элемент, подставляя b = 32 в уравнение (**): 32 110 78.a a+ = ⇒ = Молярная масса второго элемента равна молярной массе вещества минус молярная масса трех атомов водорода: 78 – 3 = 75 г/ моль. такой молярной массой обладает мышьяк. действительно, мышьяк образует водородное соединение Ash4. ответ: Ash4 и Sih5. 47 Задачи на составление неравенств очень часто можно встретить задачи, которые необходимо решить при помощи неравенств. заметить такие задачи также несложно: слова «больше/меньше», «не менее/не более» могут сразу натолкнуть на идею о неравенствах. 25. в данной задаче, как и в предыдущей, за неизвестные лучше брать не количество компонентов, а их массы. пусть определим, какая масса кальция и натрия содержится в смеси оксидов. в одном моле оксида кальция содержится 1 моль кальция, а в одном моле оксида натрия — 2 моль натрия: 2(CaO) (Ca), (Na O) 2 (Na).ν = ν ν = ν заменим в этих выражениях количество вещества на массу и молярную массу, после чего определим из полученных выраже‑ ний массу металлов: 48 по условию задачи масса натрия больше, чем масса кальция, т. е. таким образом, в данной смеси масса оксида кальция прини‑ мает значения 5,0 − > ⇒ ⇒ = − > откуда вытекает, что n = 2. 87 теперь, подставляя n = 2 в систему (*) и решая ее, получаем, что масса спирта равна 3,833 г, масса диэтилового эфира — 6,167 г. ответ: m(этиловый спирт) = 3,833 г, m(диэтиловый эфир) = = 6,167 г. 49. эта задача решается так же, как и предыдущая. единствен‑ ное отличие состоит в том, что величина n принимает два целочи‑ сленных значения: n = 5 и n = 6. соответственно задача будет иметь два решения. ответ: ϕ(с5н12) = 33,3 % или ϕ(с6н14) = 83,3 %. 50. напишем уравнения, оговоренные в задаче: 2 2 2 2 2Me 2H O 2MeOH H , Me O 2H O 2MeOH. + = + + = Первый способ. примем, что молярная масса Ме равна М г/ моль и количество вещества Ме — 2х моль, а Ме2о — у моль, тогда составим систему уравнений, соответствующую первому и вто‑ рому условию задачи: 2(Me) (Me O) 1,4, (MeOH) 1,79. m m m + = = 2 2(Me) (Me) (Me O) (Me O) 1,4, (MeOH) (MeOH) 1,79. M M M ⋅ν + ⋅ν = ⋅ν = 2 (2 16) 1,4, 2( 17) 2( 17) 1,79. Mx M y M x M y + + = + + + = (*) 88 система имеет три неизвестные и два уравнения. поэтому выра‑ зим х и y через М. из первого уравнения системы имеем: 0,7 82 (2 16) 1,4 0,7 ( 8) .My yMx M y Mx y M x M − − + + = ⇒ = − + ⇒ = (**) полученное выражение подставим во второе уравнение системы (*): 1,792( 17) 2( 17) 1,79 2 2 , 17 M x M y x y M + + + = ⇒ + = + 0,7 8 1,79 1,4 2 16 2 1,792 2 17 17 My y My y Myy M M M M − − − − + + = ⇒ = ⇒ + + 1,79 23,8 0,391,4 16 . 17 16( 17) M My y M M − ⇒ − = ⇒ = + + (***) подставим найденное выражение в уравнение (**) и выразим х через М: 2 23,8 0,39 23,8 0,390,7 8 16( 17) 16( 17) 0,7 16( 17) (23,8 0,39 ) 8(23,8 0,39 ) 16 ( 17) 11,2 190,4 23,8 0,39 190,4 3,12 16 ( 17) M MM M Mx M M M M M M M M M M M M M − − − − + += = ⋅ + − − − − = = + + − + − + = = + 20,39 9,48 0,39 ( 24,3) . 16 ( 17) 16 ( 17) M M M Mx M M M M − − = ⇒ = + + (****) поскольку количество вещества (x и y) является положитель‑ ной величиной, имеем 0, 0. x y > > 89 подставим в последнюю систему уравнения (***) и (****) и учтем, что молярная масса (М ) неизвестного металла является положи‑ тельной величиной: 0,39 ( 24,3) 0, 16 ( 17)0, ( 17; 0) (24,3; ), 23,8 0,390, 0, ( 17; 61), 16( 17) 0. 0. 0. M M M Mx M My M M M M M − > +> ∈ − ∪ +∞ − > ⇒ > ⇒ ∈ − + > > > общим решением системы неравенств является 24,3 y. тогда значение дроби х/(х + у) должно превышать 0,5: 0,18 0,7; 0,18 0,5 0,7; 0,79 (79 %).xz z z x y = + > ⋅ + > + из второго условия вытекает, что масса растворенного вещества (р. в.) второго раствора больше, чем первого: (1 0,70) (1 0,88) 0,4 .y x y x⋅ − > ⋅ − ⇒ > подставляя крайнее значение у = 0,4х, получим, что дробь х/(х + у) равна: 1/(1 + 0,4) = 0,714. возвращаясь к неравенству, получаем, что дробь не может превышать этого значения. тогда 0,18 0,7; 0,18 0,714 0,7; 0,829 (82,9 %).xz z z x y = + х. введем еще одну переменную — массу начального раствора m. тогда в начальном растворе содержится соль массой: после выпарки воды и выпадения осадка масса второго рас‑ твора уменьшилась на (56 + 4) г, поэтому масса соли в конечном (насыщенном) растворе была равна: после первой выпарки баланс по соли имеет следующий вид: ( 60) 4.mx m y= − + (*) после последующего удаления воды массой 37 г из насыщен‑ ного раствора выпадает еще 3 г соли, при этом конечный раствор также является насыщенным. Масса соли в конечном растворе равна: тогда составим второй баланс по соли: ( 60) ( 100) 3.m y m y− = − + (**) 103 соберем уравнения (*) и (**) в систему: ( 60) 4, ( 60) ( 100) 3, mx m y m y m y = − + − = − + и решим ее относительно х и у. из второго уравнения этой системы имеем ( 60) ( 100) 3 40 3 0,075.m y m y y y− = − + ⇒ = ⇒ = это означает, что массовая доля соли в насыщенном растворе равна 7,5 %. подставим найденное значение в первое уравнение системы и выразим х: 0,075 4,5 4 0,5( 60) 0,075 4 0,075 .mmx m x m m − + = − ⋅ + ⇒ = = − это уравнение неопределенное и имеет бесконечное количе‑ ство решений. для того чтобы определить массовую долю соли в начальном растворе, необходимо привлечь дополнительные данные. из уравнения (**) можно определить, что выражение (m – 100) должно быть положительной величиной, значит, m > 100. рассматривая систему, получим 0,50,075 , 0,50,075 0,07 (7 %). 100100. x x xm m = − ⇒ > − ⇒ > > с другой стороны, массовая доля соли в насыщенном растворе больше, чем в исходном, т. е. y > х. рассматривая вторую систему уравнений, определим, что 0,075, 0,075 (7,5 %). . y x y x = ⇒ таким образом, массовая доля соли в начальном растворе находится в интервале 7 % ⇒ ⋅ − > ⇒ ⇒ > ⋅ − получим, что 59 59,21. 110 теперь объединим неравенства в систему: 0, 59, 0. 59, 59,21. x M y M M > общим решением является М
Leave A Comment