Страница 93 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

а) $Fe \to FeCl_2 \to FeCl_3 \to Fe(OH)_3 \to Fe_2(SO_4)_3$

б) $P \to P_2O_5 \to H_3PO_4 \to Ca_3(PO_4)_2$

а)

Для осуществления данной цепи превращений необходимо последовательно провести четыре химические реакции.
1. Превращение железа в хлорид железа(II) ($Fe \rightarrow FeCl_2$). Железо, как металл средней активности, реагирует с соляной кислотой с образованием соли железа(II) и выделением водорода. Использование более сильного окислителя, чем ионы $H^+$, привело бы к образованию соли железа(III).
$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$
2. Превращение хлорида железа(II) в хлорид железа(III) ($FeCl_2 \rightarrow FeCl_3$). Для этого необходимо окислить железо со степени окисления +2 до +3. В качестве окислителя можно использовать газообразный хлор.
$2FeCl_2 + Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$
3. Превращение хлорида железа(III) в гидроксид железа(III) ($FeCl_3 \rightarrow Fe(OH)_3$). Гидроксид железа(III) является нерастворимым основанием, поэтому его можно получить реакцией ионного обмена, добавив к раствору соли $FeCl_3$ раствор щелочи, например, гидроксида натрия. В результате выпадает бурый осадок.
$FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl$
4. Превращение гидроксида железа(III) в сульфат железа(III) ($Fe(OH)_3 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3$). Основание $Fe(OH)_3$ реагирует с серной кислотой в реакции нейтрализации с образованием соли и воды.
$2Fe(OH)_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 6H_2O$

Ответ:
$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$
$2FeCl_2 + Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$
$FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl$
$2Fe(OH)_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 6H_2O$

б)

Для осуществления данной цепи превращений необходимо провести следующие химические реакции.
1. Превращение фосфора в оксид фосфора(V) ($P \rightarrow P_2O_5$). Фосфор (простое вещество) сгорает в избытке кислорода при нагревании с образованием высшего оксида $P_2O_5$.
$4P + 5O_2 \xrightarrow{t} 2P_2O_5$
2. Превращение оксида фосфора(V) в ортофосфорную кислоту ($P_2O_5 \rightarrow H_3PO_4$). $P_2O_5$ является кислотным оксидом, который при взаимодействии с водой образует соответствующую кислоту — ортофосфорную.
$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$
3. Превращение ортофосфорной кислоты в фосфат кальция ($H_3PO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$). Для получения соли необходимо провести реакцию нейтрализации кислоты с основанием (гидроксидом кальция). Фосфат кальция является нерастворимой солью и выпадает в осадок.
$2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6H_2O$
На схеме также указана возможность прямого получения фосфата кальция из оксида фосфора(V) ($P_2O_5 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$). Это реакция кислотного оксида с основным оксидом (оксидом кальция) или основанием (гидроксидом кальция).
$P_2O_5 + 3CaO \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$

Ответ:
Уравнения для основной цепи превращений:
$4P + 5O_2 \xrightarrow{t} 2P_2O_5$
$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$
$2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6H_2O$
Уравнение для дополнительного превращения, указанного на схеме:
$P_2O_5 + 3CaO \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$

2. Через 2 %-ный раствор известковой воды $Ca(OH)_2$ пропустили 89,6 л углекислого газа. Рассчитайте объём известковой воды ($\rho = 1,05$ г/мл), который необходим для взаимодействия с указанным объёмом $CO_2$. Определите количество вещества выпавшей в осадок соли и её массу.

Дано:

Решение:

Дано:

$w(\text{Ca(OH)}_2) = 2\% = 0,02$

$V(\text{CO}_2) = 89,6 \text{ л (н.у.)}$

$\rho(\text{р-ра Ca(OH)}_2) = 1,05 \text{ г/мл}$

Перевод всех данных в систему СИ:

$V(\text{CO}_2) = 89,6 \text{ л} = 89,6 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 0,0896 \text{ м}^3$

$\rho(\text{р-ра Ca(OH)}_2) = 1,05 \frac{\text{г}}{\text{мл}} = 1,05 \frac{10^{-3} \text{ кг}}{10^{-6} \text{ м}^3} = 1050 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3}$

Найти:

$V(\text{р-ра Ca(OH)}_2) - ?$

$n(\text{CaCO}_3) - ?$

$m(\text{CaCO}_3) - ?$

Решение:

Запишем уравнение реакции взаимодействия углекислого газа с известковой водой (раствором гидроксида кальция). В результате реакции образуется нерастворимый карбонат кальция ($ \text{CaCO}_3 $), выпадающий в осадок, и вода.

$ \text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow + \text{H}_2\text{O} $

Рассчитаем количество вещества (число молей) углекислого газа, используя его объем при нормальных условиях (н.у.) и молярный объем газов ($ V_m = 22,4 \text{ л/моль} $).

$ n(\text{CO}_2) = \frac{V(\text{CO}_2)}{V_m} = \frac{89,6 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 4 \text{ моль} $

Далее, используя уравнение реакции, определим искомые величины.

Количество вещества выпавшей в осадок соли

Согласно уравнению реакции, стехиометрические коэффициенты перед $ \text{CO}_2 $ и $ \text{CaCO}_3 $ равны 1. Это означает, что их количества вещества соотносятся как 1:1.

$ \frac{n(\text{CO}_2)}{1} = \frac{n(\text{CaCO}_3)}{1} $

$ n(\text{CaCO}_3) = n(\text{CO}_2) = 4 \text{ моль} $

Ответ: $4 \text{ моль}$.

Масса выпавшей в осадок соли

Массу осадка ($ \text{CaCO}_3 $) найдем, умножив количество вещества на его молярную массу. Сначала рассчитаем молярную массу карбоната кальция:

$ M(\text{CaCO}_3) = M(\text{Ca}) + M(\text{C}) + 3 \cdot M(\text{O}) = 40,08 + 12,01 + 3 \cdot 16,00 \approx 100,1 \text{ г/моль} $

Для школьных расчетов часто используют округленные значения: $ M(\text{CaCO}_3) = 100 \text{ г/моль} $.

Теперь рассчитаем массу осадка:

$ m(\text{CaCO}_3) = n(\text{CaCO}_3) \cdot M(\text{CaCO}_3) = 4 \text{ моль} \cdot 100 \text{ г/моль} = 400 \text{ г} $

Ответ: $400 \text{ г}$.

Объём известковой воды

Для расчета объема раствора необходимо сначала найти массу чистого гидроксида кальция $ \text{Ca(OH)}_2 $, вступившего в реакцию. По уравнению реакции $ n(\text{Ca(OH)}_2) = n(\text{CO}_2) = 4 \text{ моль} $.

Рассчитаем молярную массу $ \text{Ca(OH)}_2 $:

$ M(\text{Ca(OH)}_2) = M(\text{Ca}) + 2 \cdot (M(\text{O}) + M(\text{H})) = 40,08 + 2 \cdot (16,00 + 1,01) \approx 74,1 \text{ г/моль} $

Используя округленные значения: $ M(\text{Ca(OH)}_2) = 40 + 2 \cdot (16+1) = 74 \text{ г/моль} $.

Найдем массу гидроксида кальция:

$ m(\text{Ca(OH)}_2) = n(\text{Ca(OH)}_2) \cdot M(\text{Ca(OH)}_2) = 4 \text{ моль} \cdot 74 \text{ г/моль} = 296 \text{ г} $

Эта масса чистого вещества содержится в 2%-ном растворе. Найдем массу всего раствора, используя формулу для массовой доли:

$ w = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}} \implies m_{раствора} = \frac{m_{вещества}}{w} $

$ m(\text{р-ра}) = \frac{m(\text{Ca(OH)}_2)}{w(\text{Ca(OH)}_2)} = \frac{296 \text{ г}}{0,02} = 14800 \text{ г} $

Наконец, зная массу и плотность раствора, рассчитаем его объем:

$ \rho = \frac{m}{V} \implies V = \frac{m}{\rho} $

$ V(\text{р-ра}) = \frac{m(\text{р-ра})}{\rho(\text{р-ра})} = \frac{14800 \text{ г}}{1,05 \text{ г/мл}} \approx 14095,24 \text{ мл} $

Переведем миллилитры в литры ($ 1 \text{ л} = 1000 \text{ мл} $):

$ 14095,24 \text{ мл} \approx 14,1 \text{ л} $

Ответ: $\approx 14,1 \text{ л}$.