V1н1 = V2н2.
Или
н1•100 = 6,25•0,08; н1=0,005 моль/дм3.
Таким образом, в 1 дм3 исследуемой воды содержится 0,005•1000 = =5 мэкв Ca2+ - ионов. Карбонат-
ная жесткость воды составит 5 мэкв/дм3.
Приведенные примеры решают, применяя формулу:
Ж = m/МэV, (7.1.1)
где Ж - жесткость воды, мэкв/дм3; m - масса вещества, обусловливающего жесткость воды или приме-
няемого для ее устранения, мг; Мэ - эквивалентная масса этого вещества, г/моль; V - объем воды, дм3.
Решение примера 147 По формуле (7.1.1) получим: Ж = = 202500/81•500 = 5 мэкв/дм3 (81 - экви-
валентная масса Ca(HCO3)2, равная половине его мольной массы).
Решение примера 148 По формуле (7.1.1) получим:
m = 4•68,07•1000 = 272280 мг = 272,280 г CaSO4.
П р и м е р 151* При полном термическом разложении смеси нитрата натрия и карбоната кальция
получили смесь газов объемом 11,2 дм3 (н.у.) с плотностью по водороду равной 16,5. Определите массу
исходной смеси.
Решение
t
1) 2NaNO3 = 2NaNO2+O2↑
t
2) CaCO3 = CaO+CO2↑
M(CO2) = 44 г/моль; M(O2) = 32 г/моль; M(CaCO3) = 100 г/моль;
M(NaNO3) = 85 г/моль.
Из условия задачи найдем Mгазов = 16,5•2 = 33 г/моль. Пусть x - объем кислорода, выделяющегося по
реакции (1). Тогда (11,2 - x) - объем диоксида углерода, образующийся по реакции (2). Следовательно:
32x + 44(11,2 - x) = = 33•11,2. Откуда x = 10,27 дм3 кислорода; объем диоксида углерода равен 11,20 -
10,27 = 0,93 дм3.
Количество кислорода 10,27/22,4 = 0,4584 моль, диоксида углерода - 0,93/22,4 = 0,0415 моль. Из
уравнений реакций (1, 2) следует, что разлагается 0,9168 моль нитрата натрия или 0,9168•85 = 77,928 г и
0,0415 моль карбоната кальция или 0,0415•100 = 4,150 г. Общая масса смеси веществ составит 77,928 +
4,150 = 82,078 г.
П р и м е р 152* Сплав магния и кальция массой 19,2 г прокалили в токе азота. Полученные про-
дукты обработали сначала соляной кислотой, а потом избытком раствора щелочи. При этом выделился
газ объемом 8,96 дм3 (н.у.). Определите состав сплава в массовых долях (ω, %).
Решение
1) 3Сa + N2 = Cа3N2
2) 3Mg + N2 = Mg3N2
3) Ca3N2+6HCl = 3CaCl2+2NH3↑
4) Mg3N2+6HCl = 3MgCl2+2NH3↑
M(Ca) = 40 г/моль; M(Mg) = 24 г/моль.
Пусть масса кальция в сплаве равна x г, тогда масса магния составит (19,2 - x) г. Из уравнений (1, 3)
следует, что 3 моль Ca → 2 моль NH3, а из уравнений (2, 4): 3 моль Mg → 2 моль NH3. Объем аммиака
составит:
2•22,4x/3•40 + 2•22,4(19,2-x)/3•24 = 8,96. Откуда x = 12 г.
Тогда ω(Mg) = 12•100/19,2 = 62,5 %, а ω(Ca) = 37,5 %.
Задачи
597 Напишите уравнения реакций, в результате которых можно осуществить следующие превра-
щения:
а) NaCl → NaOH → Na2CO3 → NaHCO3 → NaNO3 → NaNO2;
б) NaCl → Na → NaH → NaOH → NaHCO3;
в) CaCl2 → Ca→ CaO→ Ca(OH)2→ CaCO3 → Ca(HCO3)2 → CaCO3 → CaCl2;
г) CaO → Ca(OH)2 → Ca3(PO4)2 → H3PO4 → Na2HPO4 → Na3PO4;
д) ацетат магния → гидроксид магния → оксид магния → магний → → нитрат магния;
е) кальций → нитрид кальция → гидроксид кальция → хлорид кальция → нитрат кальция.
598 Закончите уравнения реакций:
1 Na2O2 + KI + H2SO4 →
2 Na2O2 + KMnO4 + H2SO4 →
3 Na2O2 + CO2 →
4 NaI + H2O2 →
5 H2O2 + KMnO4 + H2SO4 →
6 NaCrO2 + H2O2 + NaOH →
7 K4[Fe(CN)6] + H2O2 + H2SO4 →
8 H2O2 + K2Cr2O7 + H2SO4 →
9 PbS + H2O2 →
10 CaH2 + O2 →
11 CaH2 + Cl2 →
12 CaH2 + H2O →
13 Be(OH)2 + NaOH →
14 Mg + HNO3(разб) →
15 KMnO4 + H2O2 →
599 Какой объем займет водород (н.у.), полученный из пакета, содержащего гидрид лития массой
40 кг?
600 Сплав лития и магния растворили в разбавленной соляной кислоте. Определите состав сплава
в массовых долях (%), если масса выделившегося газа составила 10 % от массы сплава.
601 При взаимодействии гидрида металла(I) c водой массой 100 г получился раствор с массовой
долей вещества в нем 2,38. Масса конечного раствора оказалась на 0,2 г меньше суммы масс воды и ис-
ходного гидрида. Определите какой гидрид был взят?
602 Взаимодействием кальцинированной соды массой 10,0 т с гашенной известью получена кау-
стическая сода массой 6,7 т. Определите выход продукта (%).
603 Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 800 дм3 воды, чтобы устранить жесткость,
равную 6 мэкв/дм3?
604 Вычислите карбонатную жесткость воды, зная что для реакции с гидрокарбонатном магния,
содержащимся в 500 см3 воды требуется 20 см3 0,12 н. раствора HCl.
Введем еще один важный термин, нужный нам для дальнейшей работы: валентность. Валентность атома – это его образовывать определенное число химических связей с другими атомами. Например, число черточек, отходящих от символа элемента в структурных формулах, равно валентности этого элемента. Посмотрите на приведенные ниже структурные формулы некоторых веществ – из них видно, что водород и хлор одновалентны, кислород двухвалентен, углерод четырехвалентен, а азот трехвалентен.
Точками здесь обозначены неподеленные пары электронов, но в структурных формулах их показывают не всегда (в связывании они непосредственно не участвуют, хотя важны с точки зрения правила октета). В структурных формулах каждая черточка – это именно поделенная пара электронов. Поэтому можно дать такое определение валентности:
Валентность определяется как число электронных пар, которыми данный атом связан с другими атомами.
Поскольку в химической связи участвуют только электроны внешних оболочек, такие электроны называют валентными. Единичная связь возникает, когда атомы делят между собой одну пару валентных электронов.
Структурные формулы наглядно показывают состав вещества, последовательность связывания атомов друг с другом и валентность элементов. Но если такая подробная информация не нужна, состав вещества можно записывать в виде сокращенных химических формул:
H2 (водород) Cl2 (хлор) CO2 (углекислый газ) H2O (вода) N2H4 (гидразин) N2 (азот)
В данном случае все вещества состоят из молекул, поэтому такие формулы называют не сокращенными, а молекулярными. Цифра, стоящая внизу справа от символа элемента, называется индексом. Индекс показывает, сколько атомов данного элемента содержится в молекуле. Индекс 1 никогда не пишут.
Молекулярная формула показывает, сколько атомов каждого элемента входит в состав молекулы вещества.
Однако есть много веществ, в которых атомы не образуют отдельных молекул, а связаны друг с другом в "бесконечные" каркасы (подробнее вы познакомитесь с ними в §3.8). В этом случае можно выделить лишь отдельный повторяющийся фрагмент из атомов в таком веществе. Например, металлическая медь состоит из атомов (а не из молекул) меди, поэтому наименьший повторяющийся фрагмент этого вещества – атом Cu. Формула меди такая же: Cu. Соединения NaCl и CaF2 в твердом виде состоят из ионов, причем трудно различить, какие атомы "персонально" связаны друг с другом. Но отдельные повторяющиеся фрагменты (их называют "структурные единицы") состоят из атомов этих элементов именно в таких соотношениях, как мы только что записали. Кварц представляет собой "бесконечный" каркас из атомов кремния и кислорода, но наименьший повторяющийся фрагмент (структурная единица) этого каркаса содержит один атом Si и два атома O. Поэтому формула кварца – SiO2.
В этом случае сокращенные формулы вроде Cu, NaCl, CaF2, SiO2, строго говоря, нельзя называть молекулярными. Однако они тоже выражают элементный состав вещества и в этом смысле ничем принципиально от молекулярных формул не отличаются.
** Существует также ближайшая "родственница" сокращенной формулы - так называемая эмпирическая формула. Она показывает лишь соотношение между количеством атомов разного вида в соединении. Например, молекулярная формула гидразина N2H4 говорит о том, что молекула этого вещества действительно состоит из 2-х атомов азота и 4-х атомов в
б) н на