Задания 34 ЕГЭ по химии на разложение: теория и пошаговый разбор примеров

В текстах задач часто встречается формулировка: «навеску … нагревали до тех пор, пока масса твёрдого остатка не уменьшилась на…».

Когда твёрдое вещество полностью разлагается, исходного реагента в колбе не остаётся. Но если разложение частичное, нагревание прекращают принудительно. В этом случае твёрдый остаток представляет собой смесь исходного вещества и твёрдых продуктов разложения.

Рассмотрим пример с карбонатом кальция:
$CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2\uparrow$

При частичном разложении в сухом остатке будут находиться:

• продукт реакции (оксид кальция, $CaO$);
• непрореагировавшее исходное вещество (карбонат кальция, $CaCO_3$).

Зная массу улетевшего газа, легко вычислить его количество (в молях). Затем по уравнению реакции можно определить, сколько исходного вещества успело разложиться и сколько продуктов образовалось.

Чтобы найти правильный ответ и не запутаться в вычислениях, используй пошаговый алгоритм:

1. Написание первоначального уравнения. Составь уравнение реакции термического разложения исходного вещества.
2. Расчёт по потере массы. Приравняй потерю массы к массе выделившегося газа. Найди количество вещества газа по формуле: $n = \frac{m}{M}$.
3. Определение состава твёрдого остатка. По молям улетевшего газа вычисли количество образовавшегося твёрдого продукта и количество разложившегося исходного вещества.
4. Учёт непрореагировавшего остатка. Вычти разложившуюся массу из первоначальной массы навески. Теперь количественный состав твёрдого остатка полностью известен.
5. Написание реакций растворения. Составь уравнения реакций компонентов твёрдого остатка с добавленным раствором (кислотой, водой, щёлочью). Важно учесть все протекающие химические процессы.
6. Вычисление массы конечного раствора. Сложи массу всего, что попало в колбу (масса твёрдого остатка + масса раствора реагента), и вычти массу всего, что колбу покинуло (газы и осадки из реакций растворения).
7. Финальный расчёт. Найди массу искомого вещества и раздели её на массу конечного раствора.

Перейдём к практике и разберём решение трёх базовых задач.

Задача 1. Частичное разложение карбонатов

Условие

Навеску карбоната магния массой $42$ г нагревали. Спустя некоторое время нагревание прекратили. Масса твёрдого остатка оказалась на $11$ г меньше исходной навески. Полученный твёрдый остаток внесли в $300$ г 20%-го раствора соляной кислоты. Найдите массовую долю хлорида магния в образовавшемся растворе.

Решение

1. Запишем уравнение реакции разложения:
   $MgCO_3 \xrightarrow{t} MgO + CO_2\uparrow$
2. Потеря массы ($11$ г) — это масса улетевшего углекислого газа.
   $n(CO_2) = \frac{11}{44} = 0,25$ моль.
3. Вычислим, сколько карбоната разложилось.
   По уравнению реакции $n(MgCO_3)_{\text{разл}} = n(CO_2) = 0,25$ моль.
   $m(MgCO_3)_{\text{разл}} = 0,25 \cdot 84 = 21$ г.
   Также образовался оксид магния: $n(MgO) = n(CO_2) = 0,25$ моль.
   $m(MgO) = 0,25 \cdot 40 = 10$ г.
4. Посчитаем, сколько карбоната осталось в колбе:
   $m(MgCO_3)_{\text{ост}} = 42 -21 = 21$ г.
   Количество оставшегося карбоната: $n(MgCO_3)_{\text{ост}} = \frac{21}{84} = 0,25$ моль.
   Для проверки состава остатка: масса твёрдого остатка равна $10 + 21 = 31$ г. Исходная масса ($42$ г) минус потеря ($11$ г) даёт те же $31$ г.
5. Обе соли из твёрдого остатка будут реагировать с соляной кислотой. Найдём количество кислоты в исходном растворе:
   $m(HCl) = 300 \cdot 0,20 = 60$ г.
   $n(HCl) = \frac{60}{36,5} \approx 1,64$ моль.
6. Запишем уравнения растворения:
   $MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O$
   $MgCO_3 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + CO_2\uparrow + H_2O$
   На реакцию с $MgO$ уйдёт $0,25 \cdot 2 = 0,5$ моль $HCl$.
   На реакцию с $MgCO_3$ также уйдёт $0,25 \cdot 2 = 0,5$ моль $HCl$.
   Всего потребуется $1,0$ моль $HCl$. Кислота дана в избытке ($1,64$ моль), поэтому продукты считаем по недостатку.
7. Масса образовавшегося $MgCl_2$:
   Из первой реакции: $0,25$ моль. Из второй реакции: $0,25$ моль. Суммарно: $0,5$ моль.
   $m(MgCl_2) = 0,5 \cdot 95 = 47,5$ г.
8. Вычислим массу конечного раствора. Для этого нужно учесть выделение новой порции углекислого газа:
   $n_{\text{новый}}(CO_2) = n(MgCO_3)_{\text{ост}} = 0,25$ моль.
   $m_{\text{новый}}(CO_2) = 0,25 \cdot 44 = 11$ г.
   $m_{\text{раствора}} = m_{\text{остатка}} + m_{\text{р-р}}(HCl) -m_{\text{новый}}(CO_2)$
   $m_{\text{раствора}} = 31 + 300 -11 = 320$ г.
9. Массовая доля хлорида магния:
   $\omega(MgCl_2) = \frac{47,5}{320} = 0,1484$ (или $14,84\%$).

Ответ: $14,84\%$.

Задача 2. Разложение нитратов и введение газов в раствор

Условие

Навеску нитрата меди(II) прокалили. Процесс остановили, когда масса твёрдого остатка стала на $21,6$ г меньше первоначальной. Выделившуюся смесь газов полностью поглотили $200$ г воды. Вычислите массовую долю полученного в воде вещества.

Решение

1. Уравнение разложения нитрата меди(II):
   $2Cu(NO_3)_2 \xrightarrow{t} 2CuO + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow$
2. Выделяются сразу два газа, и потеря массы — это их суммарный вес. Здесь удобно ввести переменную.
   Пусть $n(O_2) = x$ моль.
   Тогда по коэффициентам реакции $n(NO_2) = 4x$ моль.
   Составим уравнение по потере массы:
   $m_{\text{убыль}} = m(NO_2) + m(O_2) = (4x \cdot 46) + (x \cdot 32) = 21,6$ г.
   $184x + 32x = 21,6$
   $216x = 21,6 \Rightarrow x = 0,1$.
3. Значит, выделилось $n(O_2) = 0,1$ моль и $n(NO_2) = 0,4$ моль.
4. Пропускаем газы через воду. Протекает реакция синтеза азотной кислоты:
   $4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$
5. Проверим газы на соотношение (избыток/недостаток):
   Отношение $NO_2$ к $O_2$ по реакции равно $4:1$. По факту прореагировало $0,4$ моль и $0,1$ моль газов. Соотношение совпадает, газы прореагируют полностью, избытка нет.
   Образуется азотная кислота: $n(HNO_3) = n(NO_2) = 0,4$ моль.
   $m(HNO_3) = 0,4 \cdot 63 = 25,2$ г.
6. Масса конечного раствора:
   Газы полностью перешли в раствор и не образовывали новых летучих веществ, поэтому масса воды увеличилась ровно на массу поглощённых газов.
   $m_{\text{раствора}} = m(H_2O) + m(NO_2 + O_2) = 200 + 21,6 = 221,6$ г.
7. Рассчитаем массовую долю:
   $\omega(HNO_3) = \frac{25,2}{221,6} = 0,1137$ (или $11,37\%$).

Ответ: $11,37\%$.

Задача 3. Разложение солей в несколько продуктов с окислительно-восстановительным продолжением

Условие

Навеску перманганата калия массой $79$ г нагревали. Выделился кислород объёмом $2,24$ л (н. у.). Полученный твёрдый остаток добавили к $500$ г избытка горячего раствора соляной кислоты. Вычислите массовую долю хлорида марганца(II) в образовавшемся растворе.

Решение

1. Уравнение термического разложения:
   $2KMnO_4 \xrightarrow{t} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow$
2. Рассчитаем количество улетевшего газа:
   $n(O_2) = \frac{2,24}{22,4} = 0,1$ моль.
   $m(O_2) = 0,1 \cdot 32 = 3,2$ г.
3. Проанализируем твёрдый остаток. По уравнению:
   Разложилось $n(KMnO_4) = 0,2$ моль.
   Образовалось $n(K_2MnO_4) = 0,1$ моль и $n(MnO_2) = 0,1$ моль.
   Найдём исходное количество реагента: $n_{\text{исх}}(KMnO_4) = \frac{79}{158} = 0,5$ моль.
   Вычислим остаток: $0,5 -0,2 = 0,3$ моль $KMnO_4$.
   В твёрдых продуктах содержатся: $KMnO_4$ ($0,3$ моль), $K_2MnO_4$ ($0,1$ моль), $MnO_2$ ($0,1$ моль).
   Масса остатка составит: $79 -3,2 = 75,8$ г.
4. Смесь добавили в соляную кислоту. Произойдут три окислительно-восстановительные реакции, так как все компоненты остатка — окислители:
   $2KMnO_4 + 16HCl \rightarrow 2KCl + 2MnCl_2 + 5Cl_2\uparrow + 8H_2O$
   $K_2MnO_4 + 8HCl \rightarrow 2KCl + MnCl_2 + 2Cl_2\uparrow + 4H_2O$
   $MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2\uparrow + 2H_2O$
5. Найдём общее количество растворённого хлорида марганца(II) — $MnCl_2$:
   Из первой реакции: $n_1(MnCl_2) = 0,3$ моль.
   Из второй реакции: $n_2(MnCl_2) = 0,1$ моль.
   Из третьей реакции: $n_3(MnCl_2) = 0,1$ моль.
   Суммарное $n(MnCl_2) = 0,3 + 0,1 + 0,1 = 0,5$ моль.
   $m(MnCl_2) = 0,5 \cdot 126 = 63$ г.
6. В расчётах понадобится масса улетевшего хлора, так как он покидает раствор:
   Из первой реакции: $n_1(Cl_2) = \frac{0,3}{2} \cdot 5 = 0,75$ моль.
   Из второй реакции: $n_2(Cl_2) = 0,1 \cdot 2 = 0,2$ моль.
   Из третьей реакции: $n_3(Cl_2) = 0,1$ моль.
   Всего $n(Cl_2) = 1,05$ моль.
   $m(Cl_2) = 1,05 \cdot 71 = 74,55$ г.
7. Масса конечного раствора:
   $m_{\text{раствора}} = m_{\text{остатка}} + m_{\text{р-р}}(HCl) -m(Cl_2)$
   $m_{\text{раствора}} = 75,8 + 500 -74,55 = 501,25$ г.
8. Массовая доля:
   $\omega(MnCl_2) = \frac{63}{501,25} = 0,1257$ (или $12,57\%$).

Ответ: $12,57\%$.

Обрати внимание на самые частые затруднения учеников, чтобы их избежать:

• Учёт продуктов. Не забывай про неразложившееся вещество. Всегда вычитай количество разложившегося вещества из исходного количества.
• Двойной счёт газов. Не добавляй и массу твёрдого остатка, и массу исходной навески одновременно.

• Определение состава летучих продуктов. Чтобы выяснить состав газовой смеси после разложения (как в задаче № 2), используй алгебраические уравнения с переменными $x$ и $y$. Выражай потерю массы через стехиометрические коэффициенты.

Попробуй решить подобные задачи без подсказок, опираясь на разобранный алгоритм.

Задание 1

Условие

Карбонат бария массой $59,1$ г нагревали до тех пор, пока масса остатка не составила $50,3$ г. Полученный остаток полностью растворили в $400$ г раствора избытка азотной кислоты. Найдите массовую долю нитрата бария в полученном растворе.

Задание 2

Условие

Нитрат серебра массой 85 г частично разложили при нагревании, при этом выделилось $6,72$ л (н. у.) смеси газов. Твёрдый остаток аккуратно внесли в $150$ г 15%-й соляной кислоты. Определи массу выпавшего в осадок хлорида серебра.

Задание 3

Условие

Хлорат калия ($KClO_3$) прокалили до прекращения изменения массы. Потеря массы составила $9,6$ г. Твердый остаток растворили в воде. В результате получили 250 г 10,43%-го раствора хлорида калия. Найдите массу исходного хлората калия до начала нагревания. Учтите, что разложение хлората калия протекает по двум разным механизмам.

После изучения этого материала можно уверенно приступать к решению задач № 34 на термическое разложение из ЕГЭ по химии. Теперь ты умеешь:

• понимать разницу между полным и частичным разложением навески;
• находить массу газов по убыли массы исходной смеси;
• определять качественный и количественный состав твёрдого остатка;
• составлять уравнения реакций растворённого вещества с кислотами и водой;
• рассчитывать массовую долю искомого вещества в конечном растворе, учитывая осадки и газы.

Для закрепления навыков рекомендуем решить 8–10 подобных задач в «100балльном банке» и обращать особое внимание на вычисление состава газовой смеси.