Страница 171 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

Дано:

$m_{образца}(CaCO_3) = 250 \text{ кг}$

$\omega(\text{примесей}) = 20\%$

$m(CaO) - ?$

$V_{\text{н.у.}}(CO_2) - ?$

1. Сначала определим массу чистого карбоната кальция, который участвует в реакции. Массовая доля примесей в образце составляет 20%, следовательно, массовая доля чистого карбоната кальция ($CaCO_3$) равна:

$\omega(CaCO_3) = 100\% - \omega(\text{примесей}) = 100\% - 20\% = 80\% = 0.8$

2. Теперь найдем массу чистого $CaCO_3$, которая подвергается разложению:

$m(CaCO_3) = m_{образца} \times \omega(CaCO_3) = 250 \text{ кг} \times 0.8 = 200 \text{ кг}$

3. Запишем уравнение химической реакции термического разложения карбоната кальция:

$CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2\uparrow$

4. Рассчитаем молярные массы веществ, используя округленные значения атомных масс ($Ar(Ca)=40$, $Ar(C)=12$, $Ar(O)=16$). Так как масса дана в килограммах, для удобства будем вести расчеты в киломолях (кмоль) и килограммах на киломоль (кг/кмоль).

$M(CaCO_3) = 40 + 12 + 3 \times 16 = 100 \text{ г/моль} = 100 \text{ кг/кмоль}$

$M(CaO) = 40 + 16 = 56 \text{ г/моль} = 56 \text{ кг/кмоль}$

5. Найдем количество вещества (в киломолях) чистого карбоната кальция:

$n(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)} = \frac{200 \text{ кг}}{100 \text{ кг/кмоль}} = 2 \text{ кмоль}$

6. Согласно уравнению реакции, стехиометрические коэффициенты перед $CaCO_3$, $CaO$ и $CO_2$ равны 1. Это означает, что их количества вещества соотносятся как 1:1:1.

$n(CaCO_3) : n(CaO) : n(CO_2) = 1 : 1 : 1$

Следовательно, количество вещества образовавшихся продуктов будет равно количеству вещества разложившегося карбоната кальция:

$n(CaO) = n(CO_2) = n(CaCO_3) = 2 \text{ кмоль}$

Какая масса оксида кальция получится при разложении 250 кг карбоната кальция, содержащего 20% примесей?

Зная количество вещества оксида кальция ($CaO$), мы можем рассчитать его массу:

$m(CaO) = n(CaO) \times M(CaO) = 2 \text{ кмоль} \times 56 \text{ кг/кмоль} = 112 \text{ кг}$

Ответ: масса получившегося оксида кальция составляет 112 кг.

Какой объём (н. у.) оксида углерода (IV) при этом выделится?

Объём выделившегося оксида углерода (IV) ($CO_2$) при нормальных условиях (н. у.) можно найти, используя молярный объём газа, который при н. у. составляет $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$ или $22.4 \text{ м³/кмоль}$.

$V(CO_2) = n(CO_2) \times V_m = 2 \text{ кмоль} \times 22.4 \frac{\text{м³}}{\text{кмоль}} = 44.8 \text{ м³}$

Ответ: при этом выделится 44,8 м³ оксида углерода (IV).

Дано:

$m(H_2O) = 180 \text{ г}$

Условия: нормальные (н. у.)

Найти:

$N(O_2) - ?$

$V(H_2) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции разложения воды. Вода разлагается на водород и кислород под действием электрического тока или высокой температуры:

$2H_2O \rightarrow 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$

2. Рассчитаем молярную массу воды ($M(H_2O)$). Используем относительные атомные массы водорода ($A_r(H) \approx 1$) и кислорода ($A_r(O) \approx 16$):

$M(H_2O) = 2 \cdot A_r(H) + A_r(O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$

3. Вычислим количество вещества (число молей) для 180 г воды по формуле $\nu = m/M$:

$\nu(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{180 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 10 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции определим стехиометрические соотношения между реагентом и продуктами. На 2 моль воды приходится 2 моль водорода и 1 моль кислорода:

$\nu(H_2O) : \nu(H_2) : \nu(O_2) = 2 : 2 : 1$

Теперь мы можем рассчитать искомые величины.

Сколько молекул кислорода образуется

На основе соотношения найдем количество вещества кислорода ($\nu(O_2)$):

$\nu(O_2) = \frac{1}{2} \nu(H_2O) = \frac{1}{2} \cdot 10 \text{ моль} = 5 \text{ моль}$

Для нахождения числа молекул ($N$) воспользуемся числом Авогадро ($N_A \approx 6.02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$):

$N(O_2) = \nu(O_2) \cdot N_A = 5 \text{ моль} \cdot 6.02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1} = 30.1 \cdot 10^{23} = 3.01 \cdot 10^{24}$

Ответ: образуется $3.01 \cdot 10^{24}$ молекул кислорода.

Какой объём водорода (н. у.) образуется

На основе соотношения найдем количество вещества водорода ($\nu(H_2)$):

$\nu(H_2) = \frac{2}{2} \nu(H_2O) = \nu(H_2O) = 10 \text{ моль}$

Объем газа при нормальных условиях (н. у.) вычисляется через молярный объем ($V_m = 22.4 \text{ л/моль}$):

$V(H_2) = \nu(H_2) \cdot V_m = 10 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 224 \text{ л}$

Ответ: образуется 224 л водорода (н. у.).

Условие придуманной задачи:

Какая масса фосфата натрия ($Na_3PO_4$) образуется при взаимодействии 49 г ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$) с избытком гидроксида натрия ($NaOH$)?

Дано:

$m(H_3PO_4) = 49 \text{ г}$

Найти:

$m(Na_3PO_4) - ?$

Решение:

1. В основе решения лежит данное уравнение химической реакции:

$H_3PO_4 + 3NaOH = Na_3PO_4 + 3H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в расчете (ортофосфорной кислоты и фосфата натрия), используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы:

$M(H_3PO_4) = 3 \times 1.008 + 30.974 + 4 \times 15.999 \approx 98 \text{ г/моль}$

$M(Na_3PO_4) = 3 \times 22.990 + 30.974 + 4 \times 15.999 \approx 164 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число моль) ортофосфорной кислоты, масса которой дана в условии задачи, по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(H_3PO_4) = \frac{49 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, из 1 моль ортофосфорной кислоты образуется 1 моль фосфата натрия. Это означает, что их количества вещества соотносятся как 1:1.

$\frac{n(H_3PO_4)}{1} = \frac{n(Na_3PO_4)}{1}$

Следовательно, количество вещества образовавшегося фосфата натрия равно количеству вещества прореагировавшей кислоты:

$n(Na_3PO_4) = n(H_3PO_4) = 0.5 \text{ моль}$

5. Теперь, зная количество вещества и молярную массу фосфата натрия, можем рассчитать его массу по формуле $m = n \times M$:

$m(Na_3PO_4) = 0.5 \text{ моль} \times 164 \text{ г/моль} = 82 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося фосфата натрия составляет 82 г.

Условие задачи:

К избытку цинка добавили 245 г раствора серной кислоты с массовой долей $H_2SO_4$ 20%. Рассчитайте количество вещества образовавшегося сульфата цинка ($ZnSO_4$) и объём выделившегося водорода ($H_2$) при нормальных условиях (н.у.).

Дано:

$m_{раствора(H_2SO_4)} = 245 \text{ г} = 0.245 \text{ кг}$

$\omega(H_2SO_4) = 20\% = 0.2$

Найти:

$n(ZnSO_4) - ?$

$V(H_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции:

$Zn + H_2SO_4 = ZnSO_4 + H_2$

Согласно уравнению, цинк и серная кислота реагируют в мольном соотношении 1:1.

2. Найдем массу чистого вещества серной кислоты ($H_2SO_4$) в растворе. Для этого массу раствора умножим на массовую долю растворенного вещества:

$m(H_2SO_4) = m_{раствора(H_2SO_4)} \cdot \omega(H_2SO_4)$

$m(H_2SO_4) = 245 \text{ г} \cdot 0.2 = 49 \text{ г}$

3. Рассчитаем молярную массу серной кислоты, используя периодическую таблицу химических элементов:

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot A_r(H) + A_r(S) + 4 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества серной кислоты, вступившей в реакцию:

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)}$

$n(H_2SO_4) = \frac{49 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

5. По уравнению реакции определим количество вещества продуктов. Стехиометрические коэффициенты перед $H_2SO_4$, $ZnSO_4$ и $H_2$ равны 1, следовательно:

$n(H_2SO_4) : n(ZnSO_4) : n(H_2) = 1 : 1 : 1$

Отсюда находим количество вещества сульфата цинка:

$n(ZnSO_4) = n(H_2SO_4) = 0.5 \text{ моль}$

И количество вещества водорода:

$n(H_2) = n(H_2SO_4) = 0.5 \text{ моль}$

6. Рассчитаем объём водорода, выделившегося в результате реакции (при нормальных условиях). Молярный объем идеального газа при н.у. составляет $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$:

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m$

$V(H_2) = 0.5 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 11.2 \text{ л}$

Ответ: количество вещества образовавшегося сульфата цинка $n(ZnSO_4) = 0.5 \text{ моль}$; объем выделившегося водорода $V(H_2) = 11.2 \text{ л}$.