Опыт 1, страница 181 - гдз по химии 8 класс учебник Усманова, Сакарьянова

Лабораторный опыт №9

Свойства и получение солей

Реактивы

$CuSO_4$ (p-p) – сульфат меди (II), $CaCO_3$ – карбонат кальция (мрамор или мел), $HCl$ (p-p) – соляная кислота, $NaOH$ (p-p) – гидроксид натрия, $Ca(OH)_2$ – известковая вода, $BaCl_2$ (p-p) – хлорид бария, $Na_2SO_4$ (p-p) – сульфат натрия

Химическая посуда, оборудование

Пробирки, пипетка, пробирка с газоотводной трубкой, штатив

Опыт 1. Взаимодействие солей с щелочью. В пробирку налейте немного раствора сульфата меди (II), затем добавьте по каплям раствор щелочи до образования осадка. Какого цвета осадок? Напишите уравнение реакции.

1. Дано:

$m(C) = 210 \text{ г}$

Перевод в СИ:

$m(C) = 0,21 \text{ кг}$

Найти:

$m(Ca(OH)_2) - ?$

Решение:

1. При сжигании угля (чистого углерода) образуется углекислый газ. Запишем уравнение реакции:

$C + O_2 \rightarrow CO_2$

2. Углекислый газ поглощается гидроксидом кальция (гашеной известью) с образованием нерастворимого карбоната кальция. Уравнение реакции поглощения:

$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

3. Рассчитаем количество вещества углерода. Молярная масса углерода $M(C) = 12 \text{ кг/кмоль}$.

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{0,21 \text{ кг}}{12 \text{ кг/кмоль}} = 0,0175 \text{ кмоль}$

4. Из уравнения реакции сжигания (1) видно, что количество вещества образовавшегося углекислого газа равно количеству вещества сгоревшего углерода:

$n(CO_2) = n(C) = 0,0175 \text{ кмоль}$

5. Из уравнения реакции поглощения (2) следует, что для поглощения всего углекислого газа требуется эквимолярное количество гидроксида кальция:

$n(Ca(OH)_2) = n(CO_2) = 0,0175 \text{ кмоль}$

6. Теперь найдем массу гидроксида кальция. Молярная масса $Ca(OH)_2$ составляет:

$M(Ca(OH)_2) = 40 + 2 \times (16 + 1) = 74 \text{ кг/кмоль}$

Рассчитаем массу $Ca(OH)_2$:

$m(Ca(OH)_2) = n(Ca(OH)_2) \times M(Ca(OH)_2) = 0,0175 \text{ кмоль} \times 74 \text{ кг/кмоль} = 1,295 \text{ кг}$

Переведем массу в граммы: $1,295 \text{ кг} = 1295 \text{ г}$.

Ответ: 1295 г.

2. Дано:

$m(C) = 1 \text{ кг}$

Объемная доля кислорода в воздухе $\phi(O_2) = 20\%$

Перевод в СИ:

Все данные уже представлены в единицах СИ или являются безразмерными величинами.

Найти:

$V_{воздуха} \text{ (н.у.)} - ?$

Решение:

1. Водяной газ — это смесь угарного газа ($CO$) и водорода ($H_2$), которую получают при пропускании водяного пара над раскаленным углем. Уравнение реакции:

$C + H_2O \rightarrow CO + H_2$

2. Процесс сжигания водяного газа включает в себя горение его компонентов:

$2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2$ (или $CO + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow CO_2$)

$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ (или $H_2 + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow H_2O$)

3. Найдем количество вещества углерода. Молярная масса углерода $M(C) = 12 \text{ кг/кмоль}$.

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{1 \text{ кг}}{12 \text{ кг/кмоль}} = \frac{1}{12} \text{ кмоль}$

4. Согласно уравнению (1), из 1 кмоля углерода образуется 1 кмоль $CO$ и 1 кмоль $H_2$. Значит:

$n(CO) = n(C) = \frac{1}{12} \text{ кмоль}$

$n(H_2) = n(C) = \frac{1}{12} \text{ кмоль}$

5. Рассчитаем общее количество вещества кислорода ($O_2$), необходимое для сжигания $CO$ и $H_2$. Из уравнений горения следует, что на сжигание 1 моля $CO$ и 1 моля $H_2$ расходуется по 0,5 моля $O_2$ на каждый.

$n_{общ}(O_2) = \frac{1}{2}n(CO) + \frac{1}{2}n(H_2) = \frac{1}{2}n(C) + \frac{1}{2}n(C) = n(C)$

$n_{общ}(O_2) = \frac{1}{12} \text{ кмоль}$

6. Найдем объем кислорода при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем газа при н.у. равен $V_m = 22,4 \text{ м}^3/\text{кмоль}$.

$V(O_2) = n_{общ}(O_2) \times V_m = \frac{1}{12} \text{ кмоль} \times 22,4 \text{ м}^3/\text{кмоль} \approx 1,867 \text{ м}^3$

7. Рассчитаем объем воздуха. Принимая объемную долю кислорода в воздухе равной 20% (0,2), как это часто делается в учебных задачах для упрощения.

$V_{воздуха} = \frac{V(O_2)}{\phi(O_2)} = \frac{1,867 \text{ м}^3}{0,2} = 9,335 \text{ м}^3$

Округляя до сотых, получаем $9,33 \text{ м}^3$.

Ответ: 9,33 м³.