Кристаллогидраты — это сложные вещества, которые содержат в кристаллической решетке молекулы воды.

Многие соединения (чаще всего соли) выкристаллизовываются из водных растворов в виде кристаллогидратов.

Например, медный купорос:

CuSO4·5H2O

Кристаллогидраты растворяются в воде, при этом протекают сложные физико-химические процессы, но, если говорить про конечный результат, вещество диссоциирует, а кристаллизационная вода отделяется и попадает в раствор. Условно процесс растворения можно записать в виде уравнения:

CuSO4·5H2O → CuSO4 + 5H2O

Но в ЕГЭ по химии лучше не записывать растворение кристаллогидрата, как химическую реакцию!

Названия  кристаллогидратов, которые могут встретиться в ЕГЭ по химии:

CuSO4·5H2O — медный купорос, пентагидрат сульфата меди (II)

Na2CO3 × 10H2O — кристаллическая сода, декагидрат карбоната натрия

ZnSO4 × 7H2O — цинковый купорос, гептагидрат сульфата цинка

 

Как решать задачи на кристаллогидраты?

Рассмотрим приемы, которые можно использовать при решении задач на кристаллогидраты, на примере.

 

1. В 300 мл воды растворили 7,6 г CuSO4·5H2O (медного купороса). Определите массовую долю CuSO4 в образовавшемся растворе.

 

Для определения массы соли в составе кристаллогидрата по массе кристаллогидрата можно использовать два способа.

Первый способ.

В составе кристаллогидрата медного купороса на одну частицу кристаллогидрата приходится одна частица сульфата меди (II). На две частицы кристаллогидратов тогда приходится две частицы сульфата меди и т.д. Аналогично на 1 порцию (моль) частиц кристаллогидрата приходится 1 порция (1 моль) частиц сульфата меди (II).

То есть молярное соотношение (отношение количества вещества) кристаллогидрата CuSO4·5H2O и сульфата меди (II) равно CuSO4 1:1

n(CuSO4·5H2O):n(CuSO4) = 1:1

Или:

n(CuSO4·5H2O) = n(CuSO4)

Находим молярные массы гидрата и сульфата меди (II):

М(CuSO4·5H2O) = 64 + 32 + 64 + 5·18 = 250 г/моль

М(CuSO4) = 64 + 32 + 64 = 160 г/моль

Количество вещества кристаллогидрата:

n(CuSO4·5H2O) = m/M = 7,6/250 = 0,0304 моль

 n(CuSO4) = n(CuSO4·5H2O) = 0,0304 моль

Масса сульфата меди в составе кристаллогидрата:

m(CuSO4) = M·n = 160 г/моль·0,0304 моль = 4,864 г

Второй способ.

Определим массовую долю сульфата меди в составе кристаллогидрата:

ω(CuSO4) = М(CuSO4)/М(CuSO4·5H2O) = 160 г/моль/250 г/моль = 0,64 или 64%

Тогда массу сульфата меди в образце кристаллогидрата массой 7,6 г можно определить, зная массовую долю сульфата меди:

m(CuSO4) = ω(CuSO4) · m(CuSO4·5H2O) = 0,64 · 7,6 г = 4,864 г

 

Масса исходной воды:

m(H2O) = ρ·V = 1 г/мл · 300 мл = 300 г

Массу раствора сульфата меди (II) находим по принципу материального баланса: складываем все материальные потоки, которые пришли в систему, вычитаем уходящие материальные потоки.

mр-ра(CuSO4) = m(CuSO4·5H2O) + m(H2O) = 7,6 г + 300 г = 307,6 г

Массовая доля сульфата меди (II) в конечном растворе:

ω(CuSO4) = m(CuSO4)/mр-ра(CuSO4) = 4,864 г/307,6 г = 0,0158 или 1,58%

Ответ: ω(CuSO4) = 0,0158 или 1,58%

 

2. Какую массу железного купороса (FeSO4•7H2O) надо взять, чтобы приготовить 1,25 л раствора сульфата железа с массовой долей 9%, если плотность этого раствора 1,086 г/мл?

 

 

 

3. В растворе хлорида алюминия с ω(AlCl3) = 2% растворили 100 г кристаллогидрата AlCl3·6H2O. Вычислите, какой стала массовая доля AlCl3 в полученном растворе, если объём раствора 1047 мл, а его плотность 1,07 г/мл.

 

 

4. Вычислите массы FeSO4·7H2O (железного купороса) и воды, необходимые для приготовления 500 г раствора с массовой долей FeSO4 7%.

 

5. Вычислите объём воды и массу кристаллогидрата Na2SO4·10H2O (глауберовой соли), которые требуются для приготовления 500 г раствора с массовой долей Na2SO4 15%.

 

6. Какую массу кристаллогидрата Na2SO4·10H2O необходимо растворить в 400 мл воды, чтобы получить раствор с ω(Na2SO4) = 10%?

 

7. Нужно приготовить 320 г раствора с ω(CuSO4) = 12%. Рассчитайте массу кристаллогидрата CuSO4·5H2O и массу раствора с ω1(CuSO4) = 8%, которые потребуются для приготовления заданного раствора.

 

 

 

8. Вычислите, какую массу кристаллогидрата AlCl3·6H2O нужно растворить в 1 кг раствора хлорида алюминия с массовой долей AlCl3 2%, чтобы получить раствор с массовой долей AlCl3 3%.

 

9. Сколько граммов кристаллогидрата Na2SO4·10H2O необходимо добавить к 100 мл раствора сульфата натрия с массовой долей Na2SO4 8% и плотностью 1,07 г/мл, чтобы удвоить массовую долю Na2SO4 в растворе?

 

10. Какую массу CuSO4·5H2O (медного купороса) нужно растворить в 1 кг раствора сульфата меди(II) с массовой долей CuSO4 5%, чтобы получить раствор с массовой долей CuSO4 10%?

 

11. Вычислите массу CuSO4·5H2O (медного купороса), необходимую для приготовления 5 л раствора с массовой долей CuSO4 8% (плотность раствора 1,084 г/мл)? Рассчитайте молярную концентрацию CuSO4 в этом растворе.

 

12. Массовая доля кристаллизационной воды в кристаллогидрате сульфата натрия (Na2SO4·xH2O) составляет 55,9%. Определите формулу кристаллогидрата. Вычислите массовую долю сульфата натрия в растворе, полученном при
растворении 80,5 г данного кристаллогидрата в 2 л воды.

13. К раствору сульфата железа(II) с массовой долей FeSO4 10% добавили 13,9 г кристаллогидрата этой соли. Получили раствор массой 133,9 г, с массовой долей FeSO4 14,64%. Определите формулу кристаллогидрата.

 

14. После растворения 13,9 г кристаллогидрата сульфата железа(II) (FeSO4·xH2O) в 86,1 г воды массовая доля FeSO4 в растворе оказалась равной 7,6%. Определите формулу кристаллогидрата.

15. При охлаждении 200 мл раствора сульфата магния с ω(MgSO4) = 24% (плотность раствора 1,270 г/мл) образовался осадок кристаллогидрата MgSO4·7H2O массой 61,5 г. Определите массовую долю MgSO4 в оставшемся
растворе.

16. При охлаждении 400 мл раствора сульфата меди(II) с массовой долей CuSO4 25% (плотность раствора 1,19 г/мл) образовался осадок кристаллогидрата CuSO4·5H2O массой 50 г. Определите массовую долю CuSO4 в оставшемся растворе.

 

17. При охлаждении 500 г раствора сульфата железа(II) с массовой долей FeSO4 35% выпало в осадок 150 г кристаллогидрата FeSO4·7H2O. Определите массовую долю FeSO4 в оставшемся растворе.

 

18. Медный купорос (CuSO4 × 5H2O) массой 25 г растворили в воде и получили раствор с массовой долей соли 10%. К этому раствору добавили 8,4 г железа и после завершения реакции ещё 100 г 9,8%-ного раствора серной кислоты. Определите массовую долю соли в полученном растворе.

 

19. Медный купорос (CuSO4 × 5H2O) массой 100 г растворили в воде и получили раствор с массовой долей соли 20%. К этому раствору добавили 32,5 г цинка и после завершения реакции ещё 560 г 40%-ного раствора гидроксида калия. Определите массовую долю гидроксида калия в полученном растворе.

 

20. К 20%-ному раствору соли, полученному при растворении в воде 50 г медного купороса (CuSO4 × 5H2O), добавили 14,4 г магния. После завершения реакции к полученной смеси прибавили 146 г 25%-ного раствора хлороводородной кислоты. Определите массовую долю хлороводорода в образовавшемся растворе. (Процессами гидролиза пренебречь.)

 

21. Нитрид натрия массой 8,3 г растворили в 490 г 20%-ного раствора серной кислоты. К полученному раствору добавили 57,2 г кристаллической соды (Na2CO3 × 10H2O). Определите массовую долю кислоты в конечном растворе. Учитывать образование только средних солей.

 

22. Медный купорос (CuSO4 × 5H2O) массой 12,5 г растворили в воде и получили раствор с массовой долей соли 20%. К этому раствору добавили 5,6 г железа и после завершения реакции еще 117 г 10%-ного раствора сульфида натрия. Определите массовую долю сульфида натрия в конечном растворе.

 

23. Медный купорос (CuSO4 × 5H2O) массой 37,5 г растворили в воде и получили раствор с массовой долей соли 20%. К этому раствору добавили 11,2 г железа и после завершения реакции ещё 100 г 20%-ного раствора серной кислоты. Определите массовую долю соли в полученном растворе.

 

24. При растворении в воде 57,4 г цинкового купороса (ZnSO4 × 7H2O) получили 20%-ный раствор соли. К полученному раствору добавили 14,4 г магния. После завершения реакции к полученной смеси прибавили 292 г 25%-ного раствора хлороводородной кислоты. Определите массовую долю кислоты в образовавшемся растворе. (Процессами гидролиза пренебречь.)

 

25. При растворении 25 г медного купороса (CuSO4 × 5H2O) в воде был получен 20%-ный раствор соли. К этому раствору добавили измельчённую смесь, образовавшуюся в результате прокаливания порошка алюминия массой 2,16 г с оксидом железа(III) массой 6,4 г. Определите массовую долю сульфата меди(II) в полученном растворе.

 

26. При растворении в воде 57,4 г цинкового купороса (ZnSO4 × 7H2O) получили 10%-ный раствор соли. К полученному раствору добавили 14,4 г магния. После завершения реакции к полученной смеси прибавили 240 г 30%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю гидроксида натрия в образовавшемся растворе. (Процессами гидролиза пренебречь.)

 

27. Свинцовый сахар ((CH3COO)2Pb × 3H2O) массой 37,9 г растворили в воде и получили 10%-ный раствор соли. К этому раствору добавили 7,8 г цинка и после завершения реакции добавили еще 156 г 10%-ного раствора сульфида натрия. Определите массовую долю сульфида натрия в конечном растворе.

 

28. Медный купорос (CuSO4 × 5H2O) массой 25 г растворили в воде и получили раствор с массовой долей соли 10%. К этому раствору добавили 19,5 г цинка и после завершения реакции ещё 240 г 30%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю гидроксида натрия в полученном растворе.

29. При растворении в воде 114,8 г цинкового купороса (ZnSO4 × 7H2O) получили 10%-ный раствор соли. К полученному раствору добавили 12 г магния. После завершения реакции к полученной смеси прибавили 365 г 20%-ного раствора хлороводородной кислоты. Определите массовую долю кислоты в образовавшемся растворе. (Процессами гидролиза пренебречь.)

 

30. Медный купорос (CuSO4 × 5H2O) массой 50 г растворили в воде и получили раствор с массовой долей соли 10%. К этому раствору добавили 19,5 г цинка и после завершения реакции ещё 200 г 30%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю гидроксида натрия в полученном растворе.

Ответ: w(NaOH) = 3,8%

 

31. Медный купорос (CuSO4 × 5H2O) массой 50 г растворили в воде и получили раствор с массовой долей соли 16%. К этому раствору добавили 26 г цинка и после завершения реакции ещё 320 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю гидроксида натрия в полученном растворе.

 

 

32. Фосфид кальция массой 18,2 г растворили в 182,5 г 20%-ного раствора соляной кислоты. К полученному раствору добавили 200,2 г кристаллической соды (Na2CO3 × 10H2O). Определите массовую долю карбоната натрия в конечном растворе.

Ответ: w(Na2CO3) = 6%

Задачи на состав и определение формулы кристаллогидратов:

  1. Вычислите массовую долю бария в кристаллогидрате гидроксида бария, в котором число атомов водорода в 1,8 раз больше числа атомов кислорода.
  2. Имеется смесь равных масс гептагидрата гидрофосфата натрия и дигидрата дигидрофосфата натрия. Сколько в это смеси приходится атомов кислорода на один атом фосфора?
  3. Число атомов водорода, равное числу Авогадро, содер­жится в 21,9 г кристаллогидрата ацетата цинка. Установите формулу кристаллогидрата.
  4. В некоторой порции пентагидрата сульфата меди содержится 0,25 моль воды. Вычислите массу этой порции кристаллогидрата.
  5. В какой массе дигидрата сульфата кальция содержится число электронов, равное числу Авогадро?
  6. Вычислите число атомов и число электронов 14г гептагидрата сульфата никеля (II).
  7. Рассчитайте массу атомов водорода, содержащихся в 143 моногидрата ацетата меди.
  8. В некоторой порции кристаллогидрата сульфата желез (III) число атомов кислорода в 15 раз больше числа Авогадро, а число атомов железа точно соответствует числу Авогадро. Выведите формулу кристаллогидрата.
  9. В 0,250 моль кристаллогидрата разница между массой кристаллизационной воды и массой беводной соли равна 59,5. Массовая доля кристаллизационной воды составляет 28,83%. Вычислите относительную молекулярную массу кристаллогидрата.
  10. В кристаллогидрате, образованном средней солью метал­ла, массовая доля кристаллизационной воды равна 50,0%. Вычислите массу водорода, содержащегося в 100 г этого кристаллогидрата.
  11. В кристаллогидрате, образованном солью бескислородной кислоты, массовая доля соли равна 0,755. Вычислите массу кислорода, содержащегося в 1.00 г этого кристаллогидрата.
  12. В некоторой порции кристаллогидрата ацетата магния находится 9,632∙1023 атомов углерода и 3,371∙1024 атомов водо­рода. Вычислите число атомов кислорода, находящихся в этой порции кристаллогидрата.
  13. В некоторой порции кристаллогидрата ацетата бария находится 4,816∙1023 атомов углерода и 8,428∙1023 атомов кислорода. Вычислите число атомов водорода, находящихся в этой порции кристаллогидрата.

14. В 0,250 моль дигидрата ацетата металла 2А-группы содержится 1,535∙1025 электронов. Установите, какой металл вхо­дит в состав кристаллогидрата.

 

Задачи на реакции с участием кристаллогидратов:

  1. Оксид меди (II) массой 16 г обработали 40 мл 5,0 %-го раствора серной кислоты (ρ=1,03 г/см3). Полученный раствор отфильтровали, фильтрат упарили. Определите массу полученного кристаллогидрата.
  2. Декагидрат карбоната натрия обработали раствором азотной кислоты массой 150 г, при этом выделилось 2,67 л угле­кислого газа (н.у.). Вычислите массовую долю азотной кислоты в исходном растворе.
  3. К сульфиду калия массой 3,30 г, находящемуся в водном растворе, добавили 0,02 моль гексагидрата хлорида меди. Вычислите массу образовавшегося осадка.
  4. При растворении 27,2 г смеси железа и оксида железа (II) в серной кислоте и выпаривании раствора досуха образовалось 111,2 г железного купороса — гептагидрата сульфата железа (II). Определите количественный состав исходной смеси.
  5. Какую массу медного купороса необходимо добавить к 150 г 12%-ного раствора гидроксида натрия, чтобы щёлочь полностью прореагировала?
  6. 7,5 г медного купороса (пентагидрат сульфата меди) растворили в 142,5 воды. К полученному раствору добавили 150 мл 10 %-ного раствора гидроксида калия (плотность 1,1 г/мл). Определить состав полученного раствора в массовых процентах.
  7. Какую массу декагидрата карбоната натрия необходимо растворить в 130 г 10%-ного раствора хлорида алюминия, чтобы полностью осадить гидроксид алюминия? Определить состав раствора (в массовых процентах) после отделения осадка.

     8. В 1 л воды растворили 57,2 г кристаллической соды (декагидрат карбоната натрия). Через полученный раствор пропустили 1,12 л углекислого газа. Найти массовые доли веществ в полученном растворе.

 

Задачи на материальный баланс и растворы с участием кристаллогидратов:

  1.  Медный купорос массой 12,5 г; растворили в 87,5 мл воды. Вычислите массовую долю (в %) сульфата меди (II) в полученном растворе.
  2. В 200 г раствора сульфата меди (II) с массовой долей соли 4% растворили 50 г медного купороса. Вычислите массовую долю (в %) сульфата меди (II) в полученном растворе.
  3. В 5 л воды растворили дигидрат хлорида бария массой 250 г. Вычислите массовую долю (в %) безводной соли в полученном растворе.
  4. В 135,6 г воды растворили глауберову соль массой 64,4 г. Рассчитайте массовую долю (в %) безводной соли в полученном растворе.
  5. Необходимо приготовить 2 л 0,1 М водного раствора сульфата меди (II). Какая масса медного купороса потребуется для этого?
  6. Выпарили досуха 0,5 л 15-процентного раствора сульфата натрия (плотность 1,14 г/см3). Вычислите массу полученных кристаллов, учитывая, что соль выделяется в виде кристаллогидрата — декагидрата сульфата натрия.
  7. До какого объема надо разбавить 500 мл 20-процентного раствора хлорида натрия (плотность 1,152 г/мл), чтобы получить 4,5-процентный раствор плотностью 1,029 г/мл?
  8. Смешали 500 мл 32 — процентного раствора азотной кислоты плотностью 1,2 г/мл и один литр воды. Вычислите массовую долю (в %) азотной кислоты в полученном растворе.
  9. Рассчитайте объем 25% раствора сульфата цинка (плотность 1,3 г/мл), который необходимо разбавить водой для получения 0,5 М раствора этой соли объемом 4л.
  10. Декагидрат карбоната натрия массой 0,05 кг растворили в воде объемом 0,15 л. Вычислите массовую долю безводной соли в полученном растворе.
  11. В воде объемом 0,157 м3 растворили медный купорос массой 43 кг. Вычислите массовую долю безводной соли в полученном растворе.
  12. Какую массу дигидрата фторида калия можно получить из 450 г 25,0%-го раствора фторида калия?
  13. Массовая доля безводной соли в кристаллогидрате равна 64%. Какую массу кристаллогидрата нужно взять для пригото­вления 150 г 50%-го раствора соли?
  14. В каком количестве вещества воды следует растворить 100 г декагидрата карбоната натрия для получения раствора с массовой долей соли, равной 10,0%?
  15. Из какой массы 25,0%-го раствора карбоната натрия выпало при охлаждении 10 г декагидрата, если в результате этого массовая доля соли в растворе уменьшилась в два раза?
  16. В каком объеме воды следует растворить 0,3 моль пентагидрата сульфата меди (II) для получения 12%-го рас­твора?
  17. Рассчитайте, сколько г FeSO4×7H2O и воды потребуется для приготовления 200 мл 18 мас % раствора сульфата железа (II) с плотностью 1,19 г/мл.
  18. Кристаллогидрат фосфата натрия Nа3РО4×12Н2О количеством вещества 1 моль растворили в 75 моль воды. Плотность получившегося раствора оказалась равной 1,098 г/мл. Вычислите молярную концентрацию ионов натрия в этом растворе.
  19. В 225 г 25,5%-го раствора бромида кальция растворили гексагидрат бромида кальция массой 50,0 г. Вычислите массовые доли веществ в получившемся растворе.
  20. Из 500 г 15,0%-го раствора сульфита натрия при охлаждении выпало 25,2 г гептагидрата сульфита натрия. Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе.
  21. Из 250 г 17,0%-го раствора карбоната натрия при охлаждении выпало 28,6 г декагидрата карбоната натрия. Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе.
  22. В 20,0 г 5,00%-го раствора гидроксида натрия растворили 4 г тетрагидрата гидроксида натрия, при этом плотность полученного раствора стала равной 1,11 г/мл. Вычислите моляр­ную концентрацию полученного раствора.
  23. К 2% раствору хлорида алюминия добавили 100 г кристаллогидрата АlСl3∙6Н2О. Найдите концентрацию полученного раствора, объем которого составил 1047 мл, а плотность 1,07 г/мл.
  24. Сколько граммов кристаллогидрата СuSО4∙5Н2О и какой объем раствора сульфата меди, содержащего 5 мас.% СuSО4 и имеющего плотность 1,045 г/мл, надо взять для приготовления 400 мл раствора сульфата меди, содержащего 7 мас.% СuSО4 и имеющего плотность 1,06 г/см3?
  25. Сколько граммов кристаллогидрата Nа2СО3∙10 Н2О надо добавить к 400 мл раствора карбоната натрия, содержащего 5 мас.% Na2СО3 и имеющего плотность 1,05 г/см , чтобы получить 16 мас.% раствор, плотность которого 1,17 г/см ?
  26. Какой объем 5% раствора сульфата натрия надо взять, чтобы растворение в нем 150 г кристаллогидрата Nа2SO4∙10Н2О привело к образованию 14% раствора? Плотности растворов Nа24 равны, соответственно, 1,044 и 1,131 г/мл.
  27. Алюмокалиевые квасцы КАl(SО4)2∙12Н2О количеством вещества 10 ммоль растворили в 10 моль воды. Вычислите массовые доли сульфата калия и сульфата алюминия в образо­вавшемся растворе.
  28. В каком количестве вещества воды следует растворить 100 г декагидрата карбоната натрия для получения раствора с массовой долей соли, равной 10,0%?
  29. Из какой массы 25,0%-го раствора карбоната натрия выпало при охлаждении 10 г декагидрата, если в результате этого массовая доля соли в растворе уменьшилась в два раза?
  30. Из 500 г 15,0%-го раствора сульфита натрия при охлаждении выпало 25,2 г гептагидрата сульфита натрия. Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе.
  31. Из 250 г 17,0%-го раствора карбоната натрия при охлаждении выпало 28,6 г декагидрата карбоната натрия. Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе.
  32. В 20,0 г 5,00%-го раствора гидроксида натрия растворили 4 г тетрагидрата гидроксида натрия, при этом плотность полученного раствора стала равной 1,11 г/мл. Вычислите моляр­ную концентрацию полученного раствора.
  33. Какую массу дигидрата фторида калия можно получить из 450 г 25,0%-го раствора фторида калия?
  34. Какую массу кристаллогидрата сульфата хрома (III), кристаллизующегося с 18 молекулами воды, можно получить из 80 мл раствора с концентрацией сульфата хрома 0,8 моль/л?