Перейти к содержанию

Глава 6. Упражнения

6.1 Молекулярная масса (по формуле, формульная масса)

  1. Какова суммарная масса (в а. е. м.) углерода в каждой из следующих молекул? (a) \(\ce{CH4}\); (b) \(\ce{CHCl3}\); © \(\ce{C12H10O6}\); (d) \(\ce{CH3CH2CH2CH2CH3}\).

  2. Какова суммарная масса водорода в каждой из этих молекул? (a) \(\ce{CH4}\); (b) \(\ce{CHCl3}\); © \(\ce{C12H10O6}\); (d) \(\ce{CH3CH2CH2CH2CH3}\).

  3. Рассчитайте молекулярную массу (по формуле) каждого из следующих веществ: (a) \(\ce{P4}\); (b) \(\ce{H2O}\); © \(\ce{Ca(NO3)2}\); (d) \(\ce{CH3CO2H}\) (уксусная кислота); (e) \(\ce{C12H22O11}\) (сахароза, тростниковый сахар).

  4. Определите молекулярную массу следующих соединений:

    (a) ; (b) ; © ; (d) .

  5. Определите молекулярную массу следующих соединений:

    (a) ; (b) ; © ; (d) .

  6. Какая из молекул имеет молекулярную массу \(28{,}05\ \text{а. е. м.}\)?

    (a) ; (b) ; © .

6.2 Определение эмпирических и молекулярных формул

  1. Какие данные необходимы, чтобы определить молекулярную формулу соединения по его простейшей формуле?

  2. Рассчитайте с точностью до четырёх значащих цифр: (a) процентный состав аммиака \(\ce{NH3}\); (b) процентный состав фотографического закрепителя «гипосульфита» \(\ce{Na2S2O3}\); © массовую долю иона кальция в \(\ce{Ca3(PO4)2}\).

  3. Определите с точностью до четырёх значащих цифр: (a) процентный состав азидоводородной кислоты \(\ce{HN3}\); (b) процентный состав тротила \(\ce{C6H2(CH3)(NO2)3}\); © массовую долю \(\ce{SO4^{2-}}\) в \(\ce{Al2(SO4)3}\).

  4. Определите массовую долю аммиака \(\ce{NH3}\) в \(\ce{Co(NH3)6Cl3}\) с точностью до трёх значащих цифр.

  5. Определите массовую долю воды в \(\ce{CuSO4 * 5H2O}\) с точностью до трёх значащих цифр.

  6. Определите простейшие формулы соединений со следующим процентным составом: (a) \(15{,}8\,\%\) углерода и \(84{,}2\,\%\) серы; (b) \(40{,}0\,\%\) углерода, \(6{,}7\,\%\) водорода и \(53{,}3\,\%\) кислорода.

  7. Определите простейшие формулы соединений со следующим процентным составом: (a) \(43{,}6\,\%\) фосфора и \(56{,}4\,\%\) кислорода; (b) \(28{,}7\,\%\) \(\ce{K}\), \(1{,}5\,\%\) \(\ce{H}\), \(22{,}8\,\%\) \(\ce{P}\) и \(47{,}0\,\%\) \(\ce{O}\).

  8. Соединение углерода и водорода содержит \(92{,}3\,\%\) \(\ce{C}\) и имеет молярную массу \(78{,}1\ \text{г/моль}\). Какова его молекулярная формула?

  9. Дихлорэтан — соединение, часто используемое для химической чистки, — содержит углерод, водород и хлор. Его молярная масса равна \(99\ \text{г/моль}\). Анализ пробы показывает, что в нём содержится \(24{,}3\,\%\) углерода и \(4{,}1\,\%\) водорода. Какова его молекулярная формула?

  10. Определите простейшую и молекулярную формулу хризотилового асбеста. Хризотил имеет следующий процентный состав: \(28{,}03\,\%\) \(\ce{Mg}\), \(21{,}60\,\%\) \(\ce{Si}\), \(1{,}16\,\%\) \(\ce{H}\) и \(49{,}21\,\%\) \(\ce{O}\). Молярная масса хризотила — \(520{,}8\ \text{г/моль}\).

  11. Полимеры — это крупные молекулы, состоящие из многократно повторяющихся простых звеньев. Поэтому они часто имеют сравнительно простые эмпирические формулы. Рассчитайте простейшие формулы следующих полимеров: (a) Lucite (плексиглас): \(59{,}9\,\%\) \(\ce{C}\), \(8{,}06\,\%\) \(\ce{H}\), \(32{,}0\,\%\) \(\ce{O}\); (b) Saran: \(24{,}8\,\%\) \(\ce{C}\), \(2{,}0\,\%\) \(\ce{H}\), \(73{,}1\,\%\) \(\ce{Cl}\); © полиэтилен: \(86\,\%\) \(\ce{C}\), \(14\,\%\) \(\ce{H}\); (d) полистирол: \(92{,}3\,\%\) \(\ce{C}\), \(7{,}7\,\%\) \(\ce{H}\); (e) Orlon: \(67{,}9\,\%\) \(\ce{C}\), \(5{,}70\,\%\) \(\ce{H}\), \(26{,}4\,\%\) \(\ce{N}\).

  12. Крупный производитель текстильных красителей разработал новый жёлтый краситель. Его процентный состав по массе: \(75{,}95\,\%\) \(\ce{C}\), \(17{,}72\,\%\) \(\ce{N}\) и \(6{,}33\,\%\) \(\ce{H}\), молярная масса — около \(240\ \text{г/моль}\). Определите молекулярную формулу красителя.

6.3 Молярная концентрация (молярность)

  1. Объясните, что меняется и что остаётся неизменным, когда \(1{,}00\ \text{л}\) раствора \(\ce{NaCl}\) разбавляют до \(1{,}80\ \text{л}\).

  2. Какие сведения необходимы, чтобы рассчитать молярную концентрацию раствора серной кислоты?

  3. Проба объёмом \(200\ \text{мл}\) и проба объёмом \(400\ \text{мл}\) раствора соли имеют одну и ту же молярную концентрацию. Чем эти две пробы одинаковы и чем различаются?

  4. Определите молярную концентрацию каждого из следующих растворов: (a) \(0{,}444\ \text{моль}\) \(\ce{CoCl2}\) в \(0{,}654\ \text{л}\) раствора; (b) \(98{,}0\ \text{г}\) фосфорной кислоты \(\ce{H3PO4}\) в \(1{,}00\ \text{л}\) раствора; © \(0{,}2074\ \text{г}\) гидроксида кальция \(\ce{Ca(OH)2}\) в \(40{,}00\ \text{мл}\) раствора; (d) \(10{,}5\ \text{кг}\) \(\ce{Na2SO4 * 10H2O}\) в \(18{,}60\ \text{л}\) раствора; (e) \(7{,}0 \times 10^{-3}\ \text{моль}\) \(\ce{I2}\) в \(100{,}0\ \text{мл}\) раствора; (f) \(1{,}8 \times 10^{4}\ \text{мг}\) \(\ce{HCl}\) в \(0{,}075\ \text{л}\) раствора.

  5. Определите молярную концентрацию каждого из следующих растворов: (a) \(1{,}457\ \text{моль}\) \(\ce{KCl}\) в \(1{,}500\ \text{л}\) раствора; (b) \(0{,}515\ \text{г}\) \(\ce{H2SO4}\) в \(1{,}00\ \text{л}\) раствора; © \(20{,}54\ \text{г}\) \(\ce{Al(NO3)3}\) в \(1575\ \text{мл}\) раствора; (d) \(2{,}76\ \text{кг}\) \(\ce{CuSO4 * 5H2O}\) в \(1{,}45\ \text{л}\) раствора; (e) \(0{,}005653\ \text{моль}\) \(\ce{Br2}\) в \(10{,}00\ \text{мл}\) раствора; (f) \(0{,}000889\ \text{г}\) глицина \(\ce{C2H5NO2}\) в \(1{,}05\ \text{мл}\) раствора.

  6. Рассмотрите вопрос: какова масса растворённого вещества в \(0{,}500\ \text{л}\) \(0{,}30\ M\) раствора глюкозы \(\ce{C6H12O6}\), применяемого для внутривенных вливаний? (a) Перечислите шаги, необходимые для ответа на вопрос. (b) Ответьте на вопрос.

  7. Рассмотрите вопрос: какова масса растворённого вещества в \(200{,}0\ \text{л}\) \(1{,}556\ M\) раствора \(\ce{KBr}\)? (a) Перечислите шаги, необходимые для ответа на вопрос. (b) Ответьте на вопрос.

  8. Рассчитайте число молей и массу растворённого вещества в каждом из следующих растворов: (a) \(2{,}00\ \text{л}\) \(18{,}5\ M\) \(\ce{H2SO4}\) — концентрированная серная кислота; (b) \(100{,}0\ \text{мл}\) \(3{,}8 \times 10^{-6}\ M\) \(\ce{NaCN}\) — минимальная смертельная концентрация цианида натрия в сыворотке крови; © \(5{,}50\ \text{л}\) \(13{,}3\ M\) \(\ce{H2CO}\) — формальдегид, используемый для фиксации тканевых препаратов; (d) \(325\ \text{мл}\) \(1{,}8 \times 10^{-6}\ M\) \(\ce{FeSO4}\) — минимальная концентрация сульфата железа(II), различимая по вкусу в питьевой воде.

  9. Рассчитайте число молей и массу растворённого вещества в каждом из следующих растворов: (a) \(325\ \text{мл}\) \(8{,}23 \times 10^{-5}\ M\) \(\ce{KI}\) — источник иода в рационе; (b) \(75{,}0\ \text{мл}\) \(2{,}2 \times 10^{-5}\ M\) \(\ce{H2SO4}\) — проба кислотного дождя; © \(0{,}2500\ \text{л}\) \(0{,}1135\ M\) \(\ce{K2CrO4}\) — аналитический реактив для определения железа; (d) \(10{,}5\ \text{л}\) \(3{,}716\ M\) \(\ce{(NH4)2SO4}\) — жидкое удобрение.

  10. Рассмотрите вопрос: какова молярность \(\ce{KMnO4}\) в растворе, содержащем \(0{,}0908\ \text{г}\) \(\ce{KMnO4}\) в \(0{,}500\ \text{л}\) раствора? (a) Перечислите шаги, необходимые для ответа на вопрос. (b) Ответьте на вопрос.

  11. Рассмотрите вопрос: какова молярность \(\ce{HCl}\), если \(35{,}23\ \text{мл}\) раствора \(\ce{HCl}\) содержат \(0{,}3366\ \text{г}\) \(\ce{HCl}\)? (a) Перечислите шаги, необходимые для ответа на вопрос. (b) Ответьте на вопрос.

  12. Рассчитайте молярную концентрацию каждого из следующих растворов: (a) \(0{,}195\ \text{г}\) холестерина \(\ce{C27H46O}\) в \(0{,}100\ \text{л}\) сыворотки — средняя концентрация холестерина в сыворотке крови человека; (b) \(4{,}25\ \text{г}\) \(\ce{NH3}\) в \(0{,}500\ \text{л}\) раствора — концентрация \(\ce{NH3}\) в бытовом нашатырном спирте; © \(1{,}49\ \text{кг}\) изопропилового спирта \(\ce{C3H7OH}\) в \(2{,}50\ \text{л}\) раствора — концентрация изопропилового спирта в медицинском спирте для растираний; (d) \(0{,}029\ \text{г}\) \(\ce{I2}\) в \(0{,}100\ \text{л}\) раствора — растворимость \(\ce{I2}\) в воде при \(20\ \text{°C}\).

  13. Рассчитайте молярную концентрацию каждого из следующих растворов: (a) \(293\ \text{г}\) \(\ce{HCl}\) в \(666\ \text{мл}\) раствора — концентрированный раствор \(\ce{HCl}\); (b) \(2{,}026\ \text{г}\) \(\ce{FeCl3}\) в \(0{,}1250\ \text{л}\) раствора, используемого как «неизвестная проба» в учебных лабораториях общей химии; © \(0{,}001\ \text{мг}\) \(\ce{Cd^{2+}}\) в \(0{,}100\ \text{л}\) — максимально допустимая концентрация кадмия в питьевой воде; (d) \(0{,}0079\ \text{г}\) \(\ce{C7H5SNO3}\) в одной унции (\(29{,}6\ \text{мл}\)) — концентрация сахарина в диетическом газированном напитке.

  14. В \(1{,}0\ \text{л}\) молока содержится около \(1{,}0\ \text{г}\) кальция в форме \(\ce{Ca^{2+}}\). Какова молярность \(\ce{Ca^{2+}}\) в молоке?

  15. Какой объём \(1{,}00\ M\) раствора \(\ce{Fe(NO3)3}\) можно разбавить, чтобы приготовить \(1{,}00\ \text{л}\) раствора с концентрацией \(0{,}250\ M\)?

  16. Если \(0{,}1718\ \text{л}\) \(0{,}3556\ M\) раствора \(\ce{C3H7OH}\) разбавить до концентрации \(0{,}1222\ M\), каков объём полученного раствора?

  17. Если \(4{,}12\ \text{л}\) \(0{,}850\ M\) раствора \(\ce{H3PO4}\) разбавить до объёма \(10{,}00\ \text{л}\), какова концентрация полученного раствора?

  18. Какой объём \(0{,}33\ M\) раствора \(\ce{C12H22O11}\) можно разбавить, чтобы приготовить \(25\ \text{мл}\) раствора с концентрацией \(0{,}025\ M\)?

  19. Какой будет концентрация раствора \(\ce{NaCl}\), если \(0{,}150\ \text{л}\) \(0{,}556\ M\) раствора оставить испаряться до тех пор, пока объём не уменьшится до \(0{,}105\ \text{л}\)?

  20. Какой будет молярность разбавленного раствора, если каждый из следующих растворов разбавить до указанного конечного объёма? (a) \(1{,}00\ \text{л}\) \(0{,}250\ M\) раствора \(\ce{Fe(NO3)3}\) разбавлен до конечного объёма \(2{,}00\ \text{л}\); (b) \(0{,}5000\ \text{л}\) \(0{,}1222\ M\) раствора \(\ce{C3H7OH}\) разбавлен до конечного объёма \(1{,}250\ \text{л}\); © \(2{,}35\ \text{л}\) \(0{,}350\ M\) раствора \(\ce{H3PO4}\) разбавлен до конечного объёма \(4{,}00\ \text{л}\); (d) \(22{,}50\ \text{мл}\) \(0{,}025\ M\) раствора \(\ce{C12H22O11}\) разбавлены до \(100{,}0\ \text{мл}\).

  21. Какова конечная концентрация раствора, образующегося, когда \(225{,}5\ \text{мл}\) \(0{,}09988\ M\) раствора \(\ce{Na2CO3}\) оставляют испаряться до тех пор, пока объём раствора не уменьшится до \(45{,}00\ \text{мл}\)?

  22. Двухлитровая бутыль концентрированного раствора \(\ce{HCl}\) была приобретена для учебной лаборатории общей химии. Раствор содержал \(868{,}8\ \text{г}\) \(\ce{HCl}\). Какова молярность раствора?

  23. По методике учебной лаборатории общей химии требуется \(2{,}00\ M\) раствор \(\ce{HCl}\). Сколько миллилитров \(11{,}9\ M\) \(\ce{HCl}\) нужно взять, чтобы приготовить \(250\ \text{мл}\) \(2{,}00\ M\) \(\ce{HCl}\)?

  24. Какой объём \(0{,}20\ M\) раствора \(\ce{K2SO4}\) содержит \(57\ \text{г}\) \(\ce{K2SO4}\)?

  25. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) устанавливает предельные значения сброса токсичных веществ в канализацию. Предельные значения установлены для разных веществ, в том числе для шестивалентного хрома — не более \(0{,}50\ \text{мг/л}\). Если предприятие сбрасывает шестивалентный хром в виде дихромата калия (\(\ce{K2Cr2O7}\)), какова максимально допустимая молярность этого вещества?

6.4 Другие единицы концентрации растворов

  1. Рассмотрите вопрос: какая масса концентрированного раствора азотной кислоты (\(68{,}0\,\%\) \(\ce{HNO3}\) по массе) необходима, чтобы приготовить \(400{,}0\ \text{г}\) \(10{,}0\,\%\) раствора \(\ce{HNO3}\) по массе? (a) Перечислите шаги, необходимые для ответа на вопрос. (b) Ответьте на вопрос.

  2. Какая масса \(4{,}00\,\%\) по массе раствора \(\ce{NaOH}\) содержит \(15{,}0\ \text{г}\) \(\ce{NaOH}\)?

  3. Какая масса твёрдого \(\ce{NaOH}\) (\(97{,}0\,\%\) \(\ce{NaOH}\) по массе) необходима, чтобы приготовить \(1{,}00\ \text{л}\) \(10{,}0\,\%\) раствора \(\ce{NaOH}\) по массе? Плотность \(10{,}0\,\%\) раствора равна \(1{,}109\ \text{г/мл}\).

  4. Какая масса \(\ce{HCl}\) содержится в \(45{,}0\ \text{мл}\) водного раствора \(\ce{HCl}\) с плотностью \(1{,}19\ \text{г/см}^{3}\), содержащего \(37{,}21\,\%\) \(\ce{HCl}\) по массе?

  5. Жёсткость воды (число жёсткости) обычно выражают в миллионных долях по массе \(\ce{CaCO3}\), что эквивалентно миллиграммам \(\ce{CaCO3}\) на литр воды. Какова молярная концентрация ионов \(\ce{Ca^{2+}}\) в пробе воды с числом жёсткости \(175\ \text{мг}\ \ce{CaCO3}/\text{л}\)?

  6. Предполагалось, что содержание ртути в ручье превышает минимальное безопасное значение (\(1\) часть на миллиард по массе). Анализ показал, что концентрация составляет \(0{,}68\) части на миллиард. Считая плотность раствора равной \(1{,}0\ \text{г/мл}\), рассчитайте молярность ртути в ручье.

  7. В Канаде и Великобритании приборы для измерения уровня глюкозы в крови выдают показание в миллимолях на литр. Если получено значение \(5{,}3\ \text{мМ}\), какова концентрация глюкозы (\(\ce{C6H12O6}\)) в \(\text{мг}/\text{дл}\)?

  8. Спрей для горла содержит \(1{,}40\,\%\) фенола \(\ce{C6H5OH}\) по массе в воде. Если плотность раствора равна \(0{,}9956\ \text{г/мл}\), рассчитайте молярность раствора.

  9. Иодид меди(I) (\(\ce{CuI}\)) часто добавляют в поваренную соль как пищевой источник иода. Сколько молей \(\ce{CuI}\) содержится в \(1{,}00\) фунте (\(454\ \text{г}\)) поваренной соли, содержащей \(0{,}0100\,\%\) \(\ce{CuI}\) по массе?

  10. Сироп от кашля содержит \(5{,}0\,\%\) этилового спирта \(\ce{C2H5OH}\) по массе. Если плотность раствора равна \(0{,}9928\ \text{г/мл}\), определите молярность спирта в сиропе.

  11. D5W — раствор, используемый как раствор для внутривенных вливаний. Это \(5{,}0\,\%\) по массе раствор декстрозы (\(\ce{C6H12O6}\)) в воде. Если плотность D5W равна \(1{,}029\ \text{г/мл}\), рассчитайте молярность декстрозы в растворе.

  12. Найдите молярность \(40{,}0\,\%\) по массе водного раствора серной кислоты \(\ce{H2SO4}\), плотность которого равна \(1{,}3057\ \text{г/мл}\).