Страница 176 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

а) $Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + H_2O$

Для составления уравнения реакции необходимо сбалансировать количество атомов каждого химического элемента в левой и правой частях схемы. Этот процесс называется уравниванием химической реакции.

1. Смотрим на атомы железа (Fe). Слева 1 атом, справа 2. Чтобы уравнять, ставим коэффициент 2 перед $Fe(OH)_3$:

$2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + H_2O$

2. Теперь пересчитаем атомы водорода (H) и кислорода (O). Слева: H - $2 \cdot 3 = 6$ атомов, O - $2 \cdot 3 = 6$ атомов. Справа: H - 2 атома, O - $3 + 1 = 4$ атома.

3. Чтобы уравнять количество атомов водорода (6 слева, 2 справа), нужно поставить коэффициент 3 перед молекулой воды ($H_2O$):

$2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + 3H_2O$

4. Проверим количество атомов кислорода. Слева: $2 \cdot 3 = 6$. Справа: $3 + (3 \cdot 1) = 6$. Количество всех атомов сбалансировано.

Ответ: $2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + 3H_2O$

б) $CaSO_4 \xrightarrow{t} CaO + SO_2 + O_2$

1. Проанализируем исходную схему. Слева: 1 атом кальция (Ca), 1 атом серы (S), 4 атома кислорода (O). Справа: 1 атом Ca, 1 атом S, $1 + 2 + 2 = 5$ атомов O. Атомы Ca и S сбалансированы, а кислород — нет.

2. Чтобы сбалансировать кислород, попробуем изменить коэффициенты. Поставим коэффициент 2 перед $CaSO_4$ слева:

$2CaSO_4 \xrightarrow{t} CaO + SO_2 + O_2$

3. Теперь слева 2 атома Ca, 2 атома S и $2 \cdot 4 = 8$ атомов O. Уравняем Ca и S в правой части, поставив коэффициенты 2 перед $CaO$ и 2 перед $SO_2$:

$2CaSO_4 \xrightarrow{t} 2CaO + 2SO_2 + O_2$

4. Проверим кислород в правой части: $(2 \cdot 1) + (2 \cdot 2) + 2 = 2 + 4 + 2 = 8$. Количество всех атомов теперь совпадает.

Ответ: $2CaSO_4 \xrightarrow{t} 2CaO + 2SO_2 + O_2$

в) $HNO_3 \xrightarrow{t} H_2O + NO_2 + O_2$

1. Слева: 1 атом водорода (H), 1 атом азота (N), 3 атома кислорода (O). Справа: 2 атома H, 1 атом N, $1 + 2 + 2 = 5$ атомов O.

2. Начнем с уравнивания водорода, поставив коэффициент 2 перед $HNO_3$:

$2HNO_3 \xrightarrow{t} H_2O + NO_2 + O_2$

Теперь слева 2 H, 2 N, 6 O. Справа 2 H, 1 N, 5 O.

3. Уравняем азот, поставив коэффициент 2 перед $NO_2$:

$2HNO_3 \xrightarrow{t} H_2O + 2NO_2 + O_2$

Проверим кислород справа: $1 + (2 \cdot 2) + 2 = 7$ атомов. Слева 6. Баланс не достигнут.

4. Такая ситуация часто решается удвоением коэффициентов. Поставим коэффициент 4 перед $HNO_3$:

$4HNO_3 \xrightarrow{t} H_2O + NO_2 + O_2$

Слева: 4 H, 4 N, 12 O.

5. Уравняем H и N справа. Ставим 2 перед $H_2O$ (чтобы получить 4 H) и 4 перед $NO_2$ (чтобы получить 4 N):

$4HNO_3 \xrightarrow{t} 2H_2O + 4NO_2 + O_2$

6. Проверим кислород справа: $(2 \cdot 1) + (4 \cdot 2) + 2 = 2 + 8 + 2 = 12$. Слева также 12. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $4HNO_3 \xrightarrow{t} 2H_2O + 4NO_2 + O_2$

г) $Cu(NO_3)_2 \xrightarrow{t} CuO + NO_2 + O_2$

1. Слева: 1 атом меди (Cu), 2 атома азота (N), $3 \cdot 2 = 6$ атомов кислорода (O). Справа: 1 атом Cu, 1 атом N, $1 + 2 + 2 = 5$ атомов O.

2. Уравняем азот, поставив коэффициент 2 перед $NO_2$:

$Cu(NO_3)_2 \xrightarrow{t} CuO + 2NO_2 + O_2$

Проверим кислород справа: $1 + (2 \cdot 2) + 2 = 7$. Слева 6. Не сбалансировано.

3. Попробуем удвоить количество исходного вещества, поставив коэффициент 2 перед $Cu(NO_3)_2$:

$2Cu(NO_3)_2 \xrightarrow{t} CuO + NO_2 + O_2$

Теперь слева 2 Cu, 4 N, 12 O.

4. Уравняем медь и азот в правой части. Ставим 2 перед $CuO$ и 4 перед $NO_2$:

$2Cu(NO_3)_2 \xrightarrow{t} 2CuO + 4NO_2 + O_2$

5. Проверим кислород справа: $(2 \cdot 1) + (4 \cdot 2) + 2 = 2 + 8 + 2 = 12$. Слева также 12. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2Cu(NO_3)_2 \xrightarrow{t} 2CuO + 4NO_2 + O_2$

Дано:

$V(O_2) = 67.2 \, м^3$ (н. у.)

(Примечание: в условии задачи, вероятно, допущена опечатка, и вместо м² следует читать м³, так как объем измеряется в кубических единицах.)

Молярный объем газа при нормальных условиях $V_m = 22.4 \times 10^{-3} \, м^3/моль$.

Найти:

$n(H_2O) - ?$

$V(H_2) - ?$

Решение:

1. Процесс разложения воды под действием электрического тока называется электролизом. Запишем сбалансированное уравнение этой химической реакции:

$2H_2O \xrightarrow{электрический \, ток} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$

Из уравнения видно, что при разложении 2 моль воды образуются 2 моль газообразного водорода и 1 моль газообразного кислорода. Таким образом, соотношение количеств веществ реагента и продуктов составляет:

$n(H_2O) : n(H_2) : n(O_2) = 2 : 2 : 1$

2. Вычислим количество вещества (число молей) кислорода, которое образовалось в ходе реакции. Для этого воспользуемся формулой, связывающей количество вещества газа с его объемом при нормальных условиях:

$n = \frac{V}{V_m}$

$n(O_2) = \frac{V(O_2)}{V_m} = \frac{67.2 \, м^3}{22.4 \times 10^{-3} \, м^3/моль} = 3000 \, моль$

Таким образом, образовалось 3000 моль (или 3 кмоль) кислорода.

3. Теперь, используя стехиометрическое соотношение из уравнения реакции, определим количество вещества воды, которое подверглось разложению.

Соотношение $n(H_2O) : n(O_2) = 2 : 1$, следовательно:

$\frac{n(H_2O)}{2} = \frac{n(O_2)}{1}$

$n(H_2O) = 2 \cdot n(O_2) = 2 \cdot 3000 \, моль = 6000 \, моль$

Следовательно, разложилось 6000 моль (или 6 кмоль) воды.

4. Аналогично найдем объем водорода, образовавшегося в результате реакции. Согласно закону Авогадро, объемы газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) относятся друг к другу так же, как их количества вещества. Из уравнения реакции следует, что $n(H_2) : n(O_2) = 2 : 1$. Значит, и соотношение их объемов будет таким же:

$V(H_2) : V(O_2) = 2 : 1$

$V(H_2) = 2 \cdot V(O_2) = 2 \cdot 67.2 \, м^3 = 134.4 \, м^3$

Объем полученного водорода составляет 134,4 м³.

Ответ: количество вещества разложившейся воды составляет 6000 моль (6 кмоль); объем полученного при этом водорода равен 134,4 м³.

Какие группы реакций вы знаете по признаку выделения или поглощения теплоты?

По признаку выделения или поглощения тепловой энергии (тепловому эффекту) все химические реакции можно разделить на две большие группы:

• Экзотермические реакции (от греческих слов «экзо» — наружу и «термос» — тепло). Это реакции, которые протекают с выделением теплоты в окружающую среду. В уравнениях таких реакций тепловой эффект обозначается знаком «+Q», а изменение энтальпии системы ($ \Delta H $) является отрицательным ($ \Delta H < 0 $). Примеры экзотермических реакций:
  • Реакция горения метана: $ CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O + Q $
  • Реакция нейтрализации: $ HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O + Q $
• Эндотермические реакции (от греческих слов «эндо» — внутрь и «термос» — тепло). Это реакции, которые протекают с поглощением теплоты из окружающей среды. Для их осуществления требуется постоянный подвод энергии. В уравнениях тепловой эффект обозначается знаком «–Q», а изменение энтальпии ($ \Delta H $) является положительным ($ \Delta H > 0 $). Примеры эндотермических реакций:
  • Разложение карбоната кальция при нагревании: $ CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2 - Q $
  • Реакция синтеза оксида азота(II): $ N_2 + O_2 \rightleftharpoons 2NO - Q $

Ответ: По признаку теплового эффекта реакции делятся на экзотермические (протекающие с выделением теплоты) и эндотермические (протекающие с поглощением теплоты).

Как можно назвать реакцию, протекающую с участием катализатора?

Реакция, которая протекает с участием катализатора, называется каталитической. Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само при этом не расходуется и не входит в состав продуктов реакции. Механизм действия катализатора заключается в том, что он предоставляет альтернативный путь реакции с более низкой энергией активации, что и приводит к увеличению ее скорости. Сам процесс изменения скорости реакции под действием катализатора называется катализом.

Ответ: Реакцию, протекающую с участием катализатора, называют каталитической.

А как — с участием фермента?

Реакция, протекающая с участием фермента, называется ферментативной. Ферменты представляют собой биологические катализаторы, которые по своей химической природе являются, как правило, белками. Они ускоряют биохимические реакции в живых организмах. Процесс, катализируемый ферментом, называют ферментативным катализом. Ферментативные реакции обладают высокой специфичностью (каждый фермент действует на определенный субстрат) и эффективностью, позволяя сложным химическим процессам протекать с большой скоростью в мягких условиях живой клетки (при нормальном давлении и невысокой температуре).

Ответ: Реакцию, протекающую с участием фермента, называют ферментативной.

Решение

В задаче требуется составить уравнение реакции разложения нитрата серебра. Химическая формула нитрата серебра — $AgNO_3$.

Согласно условию, в результате реакции образуются следующие вещества:

• кислород, формула $O_2$;
• оксид азота (IV), формула $NO_2$;
• серебро, формула $Ag$.

Запишем схему химической реакции, где нитрат серебра является исходным веществом (реагентом), а кислород, оксид азота (IV) и серебро — продуктами реакции:

$AgNO_3 \rightarrow Ag + NO_2 + O_2$

Для соблюдения закона сохранения массы необходимо уравнять количество атомов каждого химического элемента в левой и правой частях уравнения. Этот процесс называется подбором стехиометрических коэффициентов.

1. Посчитаем количество атомов каждого элемента в начальной схеме:

Слева: 1 атом серебра ($Ag$), 1 атом азота ($N$), 3 атома кислорода ($O$).

Справа: 1 атом серебра ($Ag$), 1 атом азота ($N$), 4 атома кислорода ($O$) (2 в $NO_2$ и 2 в $O_2$).

Как мы видим, количество атомов кислорода не сбалансировано.

2. В левой части уравнения находится нечетное число атомов кислорода (3), а в правой — четное (4). Чтобы уравнять их, начнем с удвоения количества молекул нитрата серебра. Поставим коэффициент 2 перед $AgNO_3$:

$2AgNO_3 \rightarrow Ag + NO_2 + O_2$

3. Теперь в левой части уравнения: 2 атома $Ag$, 2 атома $N$ и $2 \cdot 3 = 6$ атомов $O$. Сбалансируем количество атомов серебра и азота в правой части, поставив коэффициент 2 перед $Ag$ и коэффициент 2 перед $NO_2$:

$2AgNO_3 \rightarrow 2Ag + 2NO_2 + O_2$

4. Проведем финальную проверку количества атомов кислорода. Слева их по-прежнему 6. В правой части в двух молекулах $NO_2$ содержится $2 \cdot 2 = 4$ атома кислорода, и в одной молекуле $O_2$ еще 2 атома. Суммарно в правой части $4 + 2 = 6$ атомов кислорода.

Теперь количество атомов всех элементов в левой и правой частях уравнения одинаково. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2AgNO_3 \rightarrow 2Ag + 2NO_2 + O_2$.

Дано:

Объём кислорода $V(O_2) = 11.2$ л

Условия: нормальные (н. у.)

Перевод в СИ:

$V(O_2) = 11.2 \text{ л} = 11.2 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 0.0112 \text{ м}^3$

Найти:

Массу перманганата калия $m(KMnO_4)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции термического разложения перманганата калия. При нагревании перманганат калия разлагается на манганат калия, диоксид марганца и кислород:

$2KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2 \uparrow$

2. Вычислим количество вещества (число моль) выделившегося кислорода. Согласно закону Авогадро, при нормальных условиях (н. у.) молярный объём любого идеального газа $V_m$ равен 22,4 л/моль.

$n(O_2) = \frac{V(O_2)}{V_m} = \frac{11.2 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

3. Используя уравнение реакции, найдем количество вещества перманганата калия. Из стехиометрических коэффициентов в уравнении следует, что для получения 1 моль кислорода требуется 2 моль перманганата калия. Соотношение их количеств веществ равно соотношению их коэффициентов:

$\frac{n(KMnO_4)}{2} = \frac{n(O_2)}{1}$

Отсюда находим количество вещества $KMnO_4$:

$n(KMnO_4) = 2 \cdot n(O_2) = 2 \cdot 0.5 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

4. Рассчитаем молярную массу перманганата калия ($KMnO_4$), используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы: $Ar(K) \approx 39$, $Ar(Mn) \approx 55$, $Ar(O) \approx 16$.

$M(KMnO_4) = Ar(K) + Ar(Mn) + 4 \cdot Ar(O) = 39 + 55 + 4 \cdot 16 = 158 \text{ г/моль}$

5. Теперь можем найти массу перманганата калия, которая потребуется для реакции, по формуле $m = n \cdot M$:

$m(KMnO_4) = n(KMnO_4) \cdot M(KMnO_4) = 1 \text{ моль} \cdot 158 \text{ г/моль} = 158 \text{ г}$

Ответ: 158 г.

Чтобы определить формулы соответствующих кислот и оксидов для данных солей, необходимо определить кислотный остаток и степень окисления центрального атома (марганца и хрома) в каждой соли.

KMnO₄

Соль перманганат калия ($KMnO_4$) образована катионом металла калия ($K^+$) и анионом кислотного остатка — перманганат-ионом ($MnO_4^-$).

Соответствующая кислота:

Чтобы получить формулу кислоты, нужно мысленно заменить катион металла ($K^+$) на катион водорода ($H^+$). Заряд перманганат-иона равен -1, следовательно, для образования нейтральной молекулы кислоты требуется один ион водорода.

Формула соответствующей кислоты — $HMnO_4$ (марганцовая кислота).

Соответствующий оксид:

Оксид, соответствующий кислоте, называется кислотным оксидом (ангидридом). В нем центральный элемент должен иметь ту же степень окисления, что и в кислоте (или соли). Найдем степень окисления марганца ($x$) в $KMnO_4$:

$+1 + x + 4 \cdot (-2) = 0$

$1 + x - 8 = 0$

$x = +7$

Степень окисления марганца равна +7. Следовательно, соответствующий оксид — это оксид марганца(VII).

Формула оксида — $Mn_2O_7$.

Ответ: кислота — $HMnO_4$, оксид — $Mn_2O_7$.

K₂CrO₄

Соль хромат калия ($K_2CrO_4$) образована катионами металла калия ($2K^+$) и анионом кислотного остатка — хромат-ионом ($CrO_4^{2-}$).

Соответствующая кислота:

Заменяем два катиона калия ($2K^+$) на два катиона водорода ($2H^+$), так как заряд хромат-иона равен -2.

Формула соответствующей кислоты — $H_2CrO_4$ (хромовая кислота).

Соответствующий оксид:

Найдем степень окисления хрома ($y$) в $K_2CrO_4$:

$2 \cdot (+1) + y + 4 \cdot (-2) = 0$

$2 + y - 8 = 0$

$y = +6$

Степень окисления хрома равна +6. Следовательно, соответствующий оксид — это оксид хрома(VI).

Формула оксида — $CrO_3$.

Ответ: кислота — $H_2CrO_4$, оксид — $CrO_3$.