Страница 89 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

7. Вычислите объём газа (н. у.), выделившегося при сливании $150$ г $30 \%$-ной соляной кислоты с раствором карбоната натрия, содержащим $0.5$ моль этой соли.

Дано:

$m_{р-ра(HCl)} = 150 \text{ г}$
$\omega_{(HCl)} = 30\% = 0.3$
$n_{(Na_2CO_3)} = 0.5 \text{ моль}$

Найти:

$V_{(газа)} - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между соляной кислотой и карбонатом натрия. В результате реакции выделяется углекислый газ:

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

2. Определим количество вещества (моль) для каждого из реагентов, чтобы выяснить, который из них находится в недостатке. Количество вещества карбоната натрия нам уже дано: $n_{(Na_2CO_3)} = 0.5 \text{ моль}$.

Вычислим массу чистой соляной кислоты в растворе:

$m_{(HCl)} = m_{р-ра(HCl)} \cdot \omega_{(HCl)} = 150 \text{ г} \cdot 0.3 = 45 \text{ г}$

Вычислим молярную массу соляной кислоты:

$M_{(HCl)} = 1 + 35.5 = 36.5 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества соляной кислоты:

$n_{(HCl)} = \frac{m_{(HCl)}}{M_{(HCl)}} = \frac{45 \text{ г}}{36.5 \text{ г/моль}} \approx 1.233 \text{ моль}$

3. Сравним количества веществ реагентов с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции (1:2).

Для реакции с $0.5 \text{ моль} \ Na_2CO_3$ требуется $2 \cdot 0.5 = 1.0 \text{ моль} \ HCl$.

У нас есть $1.233 \text{ моль} \ HCl$, что больше, чем $1.0 \text{ моль}$. Следовательно, соляная кислота находится в избытке, а карбонат натрия — в недостатке. Расчет объема выделившегося газа будем вести по карбонату натрия.

4. По уравнению реакции, из 1 моль $Na_2CO_3$ образуется 1 моль $CO_2$. Значит, количество вещества выделившегося газа равно количеству вещества прореагировавшего карбоната натрия:

$n_{(CO_2)} = n_{(Na_2CO_3)} = 0.5 \text{ моль}$

5. Вычислим объем углекислого газа при нормальных условиях (н. у.), используя молярный объем газа $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$:

$V_{(CO_2)} = n_{(CO_2)} \cdot V_m = 0.5 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 11.2 \text{ л}$

Ответ: объем выделившегося газа равен $11.2$ л.

1. В качестве катионов только ионы $H^+$ образуются при диссоциации

1) KOH

2) $HNO_3$

3) $KHCO_3$

4) $Na_2HPO_4$

Решение

Согласно определению кислот в рамках теории электролитической диссоциации, кислотами являются электролиты, которые при диссоциации в водном растворе образуют в качестве катионов только ионы водорода ($H^+$). Проанализируем диссоциацию каждого из предложенных соединений.

1) KOH

Гидроксид калия является сильным основанием (щёлочью). При растворении в воде он диссоциирует на ионы металла и гидроксид-ионы. Катионом в данном случае является ион калия ($K^+$).

Уравнение диссоциации: $KOH \rightarrow K^+ + OH^-$

2) HNO₃

Азотная кислота является сильной кислотой. При диссоциации она полностью распадается на катионы водорода ($H^+$) и анионы кислотного остатка — нитрат-ионы ($NO_3^-$). Это единственное вещество из списка, которое при диссоциации образует в качестве катионов только ионы $H^+$.

Уравнение диссоциации: $HNO_3 \rightarrow H^+ + NO_3^-$

3) KHCO₃

Гидрокарбонат калия является кислой солью. При диссоциации в воде он в первую очередь распадается на катион металла ($K^+$) и анион кислотного остатка ($HCO_3^-$). Таким образом, в растворе в качестве катионов присутствуют ионы калия $K^+$. Анион $HCO_3^-$ может подвергаться дальнейшей, но очень слабой диссоциации с образованием $H^+$, но это не единственный вид катионов в растворе.

Уравнение диссоциации: $KHCO_3 \rightarrow K^+ + HCO_3^-$

4) Na₂HPO₄

Гидрофосфат натрия также является кислой солью. При диссоциации он образует катионы металла ($Na^+$) и анион кислотного остатка ($HPO_4^{2-}$). Следовательно, в качестве катионов в растворе присутствуют ионы натрия $Na^+$.

Уравнение диссоциации: $Na_2HPO_4 \rightarrow 2Na^+ + HPO_4^{2-}$

Таким образом, только при диссоциации азотной кислоты в качестве катионов образуются исключительно ионы водорода.

Ответ: 2

2. В качестве анионов только ионы $OH^-$ образуются при диссоциации

1) $NaOH$

2) $Cu(OH)Cl$

3) $Al(OH)_2Cl$

4) $Na_2CO_3$

Вопрос заключается в том, чтобы найти вещество, которое при электролитической диссоциации в водном растворе образует только один вид анионов – гидроксид-ионы ($OH^-$). Согласно теории Аррениуса, такие вещества являются основаниями. Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

Решение

1) NaOH
Гидроксид натрия (NaOH) – это сильное основание (щёлочь). В водном растворе он полностью диссоциирует на ионы по следующей схеме: $NaOH \leftrightarrow Na^+ + OH^-$
Как видно из уравнения, при диссоциации NaOH в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы ($OH^-$). Этот вариант полностью соответствует условию задачи.

2) Cu(OH)Cl
Гидроксохлорид меди(II) ($Cu(OH)Cl$) – это основная соль. Такие соли диссоциируют в первую очередь с отщеплением аниона кислотного остатка: $Cu(OH)Cl \leftrightarrow [Cu(OH)]^+ + Cl^-$
В результате диссоциации образуются сложные катионы гидроксомеди(II) ($[Cu(OH)]^+$) и хлорид-анионы ($Cl^-$). Следовательно, этот вариант не подходит.

3) Al(OH)₂Cl
Хлорид дигидроксоалюминия ($Al(OH)_2Cl$) – это также основная соль. Её диссоциация в водном растворе протекает аналогично: $Al(OH)_2Cl \leftrightarrow [Al(OH)_2]^+ + Cl^-$
Анионами, образующимися при диссоциации, являются хлорид-ионы ($Cl^-$), а не гидроксид-ионы. Этот вариант не подходит.

4) Na₂CO₃
Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) – это средняя соль. При растворении в воде она диссоциирует на катионы металла и анионы кислотного остатка: $Na_2CO_3 \leftrightarrow 2Na^+ + CO_3^{2-}$
Анионами, которые образуются в результате диссоциации, являются карбонат-ионы ($CO_3^{2-}$). Раствор этой соли имеет щелочную реакцию из-за последующего гидролиза карбонат-иона, в ходе которого действительно образуются гидроксид-ионы ($CO_3^{2-} + H_2O \leftrightarrow HCO_3^- + OH^-$), но сам процесс диссоциации соли не даёт $OH^-$ в качестве анионов. Поэтому этот вариант не подходит.

Таким образом, единственным веществом из предложенного списка, которое при диссоциации образует в качестве анионов только гидроксид-ионы, является гидроксид натрия.

Ответ: 1

3. Степень диссоциации вещества в растворе составляет 97 %.

Это вещество —

1) сильный электролит

2) слабый электролит

3) электролит средней силы

4) неэлектролит

Решение

Степень электролитической диссоциации, обозначаемая греческой буквой альфа ($\alpha$), — это количественная мера, показывающая, какая часть молекул растворенного вещества распалась на ионы. Она рассчитывается как отношение числа диссоциировавших молекул к общему числу растворенных молекул и часто выражается в процентах.

Сила электролита определяется его способностью к диссоциации. По значению степени диссоциации ($\alpha$) в разбавленных растворах существует условная классификация:

• Сильные электролиты — это вещества, которые в растворе диссоциируют практически полностью. Их степень диссоциации стремится к 100% и условно принимается за $\alpha > 30\%$.
• Электролиты средней силы — это вещества, которые диссоциируют частично. Их степень диссоциации находится в диапазоне $3\% \le \alpha \le 30\%$.
• Слабые электролиты — это вещества, которые диссоциируют в очень малой степени. Их степень диссоциации мала, условно $\alpha < 3\%$.
• Неэлектролиты — это вещества, которые в растворах на ионы не распадаются, их степень диссоциации равна нулю ($\alpha = 0\%$).

Согласно условию задачи, степень диссоциации вещества составляет 97%. Это очень высокое значение. Сравнивая его с приведенной классификацией, видим, что $97\% > 30\%$. Это означает, что подавляющее большинство молекул вещества в растворе распалось на ионы.

Таким образом, вещество с такой высокой степенью диссоциации относится к сильным электролитам.

Ответ: 1) сильный электролит.

4. Слабым электролитом является

1) гидроксид калия

2) уксусная кислота

3) серная кислота

4) бромид натрия

Решение

Электролиты — это вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток за счет наличия подвижных ионов. Сила электролита определяется его способностью к диссоциации, то есть к распаду на ионы. По этой способности электролиты делят на сильные и слабые.

• Сильные электролиты в растворах практически полностью диссоциируют на ионы. К ним относятся сильные кислоты (например, серная, соляная, азотная), сильные основания (щелочи — гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов) и большинство растворимых солей.
• Слабые электролиты диссоциируют на ионы лишь в незначительной степени, их диссоциация — обратимый процесс. К ним относятся слабые кислоты (например, угольная, сероводородная, большинство органических кислот), слабые основания (например, гидроксид аммония, нерастворимые гидроксиды) и вода.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) гидроксид калия

Гидроксид калия, химическая формула $KOH$, является гидроксидом щелочного металла калия. Это сильное основание (щелочь). В водном растворе он диссоциирует практически полностью: $KOH \rightarrow K^+ + OH^-$. Следовательно, гидроксид калия — сильный электролит.

2) уксусная кислота

Уксусная кислота, химическая формула $CH_3COOH$, является органической карбоновой кислотой. Большинство органических кислот — слабые. Диссоциация уксусной кислоты в воде является обратимым процессом, и лишь малая часть ее молекул распадается на ионы: $CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^- + H^+$. Поэтому уксусная кислота — слабый электролит.

3) серная кислота

Серная кислота, химическая формула $H_2SO_4$, — это сильная неорганическая кислота. В разбавленных водных растворах она считается сильным электролитом, так как полностью диссоциирует по первой ступени: $H_2SO_4 \rightarrow H^+ + HSO_4^-$.

4) бромид натрия

Бромид натрия, химическая формула $NaBr$, — это соль, образованная сильным основанием ($NaOH$) и сильной кислотой ($HBr$). Растворимые соли являются сильными электролитами. В водном растворе бромид натрия полностью диссоциирует на ионы: $NaBr \rightarrow Na^+ + Br^-$.

Таким образом, из перечисленных веществ единственным слабым электролитом является уксусная кислота.

Ответ: 2) уксусная кислота.