Страница 39 - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

1.12. Вычислите массу гидроксида калия, вступившего в реакцию с серной кислотой, если в результате образовалось 174 г соли.

Дано:

$m(K_2SO_4) = 174 \text{ г}$

$m(K_2SO_4) = 174 \text{ г} = 0,174 \text{ кг}$

Найти:

$m(KOH) - ?$

Решение:

1. Сначала запишем сбалансированное уравнение реакции между гидроксидом калия ($KOH$) и серной кислотой ($H_2SO_4$). В результате реакции нейтрализации образуется соль (сульфат калия, $K_2SO_4$) и вода ($H_2O$).

$2KOH + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

2. Вычислим молярные массы реагента ($KOH$) и продукта ($K_2SO_4$), используя относительные атомные массы из периодической таблицы (округленные до целых): $Ar(K)=39$, $Ar(O)=16$, $Ar(H)=1$, $Ar(S)=32$.

Молярная масса гидроксида калия:

$M(KOH) = Ar(K) + Ar(O) + Ar(H) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$

Молярная масса сульфата калия:

$M(K_2SO_4) = 2 \cdot Ar(K) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 39 + 32 + 4 \cdot 16 = 78 + 32 + 64 = 174 \text{ г/моль}$

3. Теперь найдем количество вещества (число молей) образовавшегося сульфата калия по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(K_2SO_4) = \frac{m(K_2SO_4)}{M(K_2SO_4)} = \frac{174 \text{ г}}{174 \text{ г/моль}} = 1 \text{ моль}$

4. Используя стехиометрические коэффициенты из уравнения реакции, определим количество вещества гидроксида калия. Соотношение молей $KOH$ к молям $K_2SO_4$ составляет 2:1.

$\frac{n(KOH)}{2} = \frac{n(K_2SO_4)}{1}$

Следовательно, количество вещества $KOH$ равно:

$n(KOH) = 2 \cdot n(K_2SO_4) = 2 \cdot 1 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$

5. Наконец, рассчитаем массу гидроксида калия, вступившего в реакцию, по формуле $m = n \cdot M$:

$m(KOH) = n(KOH) \cdot M(KOH) = 2 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 112 \text{ г}$

Ответ: масса гидроксида калия составляет 112 г.

1.13. Определите количество вещества железа, вступившего в реакцию с разбавленной серной кислотой, если в результате реакции выделилось 100,8 л водорода (н. у.).

Дано:

$V(H_2) = 100,8$ л (н. у.)
Молярный объем газа при нормальных условиях ($V_m$) = 22,4 л/моль

Найти:

$n(Fe)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия железа с разбавленной серной кислотой:

$Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow$

2. Найдем количество вещества (число молей) выделившегося водорода. Количество вещества газа при нормальных условиях можно рассчитать по формуле:

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

где $V$ — объем газа, $V_m$ — молярный объем газа (22,4 л/моль при н. у.).

Подставляем известные значения:

$n(H_2) = \frac{100,8 \, \text{л}}{22,4 \, \text{л/моль}} = 4,5 \, \text{моль}$

3. По уравнению реакции определим количество вещества железа. Из уравнения видно, что на 1 моль железа ($Fe$) образуется 1 моль водорода ($H_2$). Следовательно, их количества вещества соотносятся как 1:1.

$\frac{n(Fe)}{1} = \frac{n(H_2)}{1}$

$n(Fe) = n(H_2) = 4,5 \, \text{моль}$

Ответ: количество вещества железа, вступившего в реакцию, составляет 4,5 моль.

1.14. Вычислите массу гидроксида кальция, образовавшегося при взаимодействии 100 г кальция с водой. Какой объем водорода выделится при этом (н. у.)?

Дано:

m(Ca) = 100 г

Найти:

m(Ca(OH)₂) - ?

V(H₂) (н. у.) - ?

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции взаимодействия кальция с водой. Кальций — активный металл, который реагирует с водой с образованием гидроксида кальция и выделением водорода.

$Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$

2. Рассчитаем количество вещества кальция (Ca), содержащееся в 100 г. Для этого воспользуемся формулой $n = \frac{m}{M}$, где $m$ — масса вещества, а $M$ — его молярная масса.

Молярная масса кальция $M(Ca) \approx 40$ г/моль.

$n(Ca) = \frac{100 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 2.5 \text{ моль}$

3. Используя уравнение реакции, определим количество вещества продуктов реакции: гидроксида кальция $Ca(OH)_2$ и водорода $H_2$.

Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, соотношение количеств веществ следующее:

$n(Ca) : n(Ca(OH)_2) : n(H_2) = 1 : 1 : 1$

Отсюда следует, что:

$n(Ca(OH)_2) = n(Ca) = 2.5 \text{ моль}$

$n(H_2) = n(Ca) = 2.5 \text{ моль}$

4. Теперь вычислим массу образовавшегося гидроксида кальция $Ca(OH)_2$ по формуле $m = n \cdot M$.

Сначала найдем молярную массу $Ca(OH)_2$:

$M(Ca(OH)_2) = M(Ca) + 2 \cdot (M(O) + M(H)) = 40 + 2 \cdot (16 + 1) = 40 + 34 = 74 \text{ г/моль}$

Рассчитаем массу гидроксида кальция:

$m(Ca(OH)_2) = 2.5 \text{ моль} \cdot 74 \text{ г/моль} = 185 \text{ г}$

5. Наконец, вычислим объем выделившегося водорода $H_2$ при нормальных условиях (н. у.). При н. у. один моль любого газа занимает объем $V_m = 22.4$ л/моль. Воспользуемся формулой $V = n \cdot V_m$.

$V(H_2) = 2.5 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 56 \text{ л}$

Ответ: масса образовавшегося гидроксида кальция равна 185 г, объем выделившегося водорода (н. у.) равен 56 л.

1.15. Вычислите массу силиката натрия ($Na_2SiO_3$), который образовался при нагревании 120 г оксида кремния(IV) ($SiO_2$) с гидроксидом натрия ($NaOH$).

Дано:

$m(SiO_2) = 120$ г

Найти:

$m(Na_2SiO_3)$ — ?

Решение:

1. Для решения задачи необходимо составить уравнение химической реакции. Оксид кремния(IV) $SiO_2$ — это кислотный оксид, который при сплавлении реагирует со щелочами, в данном случае с гидроксидом натрия $NaOH$. В результате реакции образуется соль — силикат натрия $Na_2SiO_3$ и вода $H_2O$.

Уравнение реакции:

$SiO_2 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2SiO_3 + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы реагента ($SiO_2$) и продукта ($Na_2SiO_3$), используя относительные атомные массы элементов из Периодической системы Д.И. Менделеева: $Ar(Si) = 28$, $Ar(O) = 16$, $Ar(Na) = 23$.

Молярная масса оксида кремния(IV):

$M(SiO_2) = Ar(Si) + 2 \cdot Ar(O) = 28 + 2 \cdot 16 = 60$ г/моль.

Молярная масса силиката натрия:

$M(Na_2SiO_3) = 2 \cdot Ar(Na) + Ar(Si) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 23 + 28 + 3 \cdot 16 = 46 + 28 + 48 = 122$ г/моль.

3. Найдем количество вещества (в молях) оксида кремния(IV) массой 120 г по формуле $\nu = \frac{m}{M}$:

$\nu(SiO_2) = \frac{m(SiO_2)}{M(SiO_2)} = \frac{120 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} = 2$ моль.

4. Согласно уравнению реакции, из 1 моль $SiO_2$ образуется 1 моль $Na_2SiO_3$. Таким образом, стехиометрическое соотношение между оксидом кремния и силикатом натрия составляет 1:1.

$\frac{\nu(SiO_2)}{1} = \frac{\nu(Na_2SiO_3)}{1}$

Следовательно, количество вещества образовавшегося силиката натрия равно количеству вещества прореагировавшего оксида кремния(IV) (поскольку гидроксид натрия, по условию, находится в избытке).

$\nu(Na_2SiO_3) = \nu(SiO_2) = 2$ моль.

5. Теперь можно вычислить массу силиката натрия, зная его количество вещества и молярную массу, по формуле $m = \nu \cdot M$:

$m(Na_2SiO_3) = \nu(Na_2SiO_3) \cdot M(Na_2SiO_3) = 2 \text{ моль} \cdot 122 \text{ г/моль} = 244$ г.

Ответ: масса образовавшегося силиката натрия равна 244 г.

1.16. Рассчитайте массу оксида кальция и объем оксида углерода(IV) (н. у.), которые можно получить при полном разложении 4 моль карбоната кальция.

Дано:

$n(\text{CaCO}_3) = 4 \text{ моль}$

Найти:

$m(\text{CaO})$ - ?

$V(\text{CO}_2)$ (н. у.) - ?

Решение:

1. Составим уравнение реакции термического разложения карбоната кальция:

$\text{CaCO}_3 \xrightarrow{t} \text{CaO} + \text{CO}_2 \uparrow$

Уравнение сбалансировано. Из него следует, что при разложении 1 моль карбоната кальция образуется 1 моль оксида кальция и 1 моль оксида углерода(IV). Таким образом, соотношение количеств веществ реагента и продуктов составляет:

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

Следовательно, из 4 моль карбоната кальция можно получить:

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

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

2. Рассчитаем массу оксида кальция ($CaO$).

Масса вещества вычисляется по формуле: $m = n \cdot M$, где $n$ – количество вещества, а $M$ – молярная масса.

Найдем молярную массу оксида кальция:

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

Теперь вычислим массу оксида кальция:

$m(\text{CaO}) = n(\text{CaO}) \cdot M(\text{CaO}) = 4 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 224 \text{ г}$

3. Рассчитаем объем оксида углерода(IV) ($CO_2$) при нормальных условиях (н. у.).

Объем газа при н. у. вычисляется по формуле: $V = n \cdot V_m$, где $V_m$ – молярный объем газа при н. у., равный $22,4$ л/моль.

Вычислим объем оксида углерода(IV):

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

Ответ: масса оксида кальция равна 224 г, объем оксида углерода(IV) (н. у.) равен 89,6 л.

1.17. Определите количество вещества ортофосфорной кислоты, которое можно получить при нагревании 28,4 г оксида фосфора(V) с водой.

Дано:

$m(P_2O_5) = 28,4 \text{ г}$

Данные не нуждаются в переводе в систему СИ, так как граммы являются стандартной единицей измерения для расчетов с использованием молярной массы (г/моль), а искомая величина — количество вещества (моль) — является основной единицей СИ.

Найти:

$n(H_3PO_4)$

Решение:

1. Первым шагом составим уравнение химической реакции. Оксид фосфора(V) является кислотным оксидом, который при взаимодействии с водой образует соответствующую кислоту — ортофосфорную. Реакция протекает при нагревании:

$P_2O_5 + 3H_2O \xrightarrow{t} 2H_3PO_4$

2. Далее рассчитаем молярную массу оксида фосфора(V) ($P_2O_5$). Для этого воспользуемся относительными атомными массами элементов из Периодической таблицы Д.И. Менделеева: $Ar(P) \approx 31$, $Ar(O) \approx 16$.

$M(P_2O_5) = 2 \cdot Ar(P) + 5 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 31 + 5 \cdot 16 = 62 + 80 = 142 \text{ г/моль}$

3. Теперь найдем количество вещества (число молей) оксида фосфора(V), содержащееся в 28,4 г, по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(P_2O_5) = \frac{m(P_2O_5)}{M(P_2O_5)} = \frac{28,4 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, из 1 моль оксида фосфора(V) образуется 2 моль ортофосфорной кислоты. Соотношение количеств веществ реагента и продукта составляет:

$\frac{n(P_2O_5)}{1} = \frac{n(H_3PO_4)}{2}$

Из этой пропорции выразим и рассчитаем количество вещества ортофосфорной кислоты:

$n(H_3PO_4) = 2 \cdot n(P_2O_5) = 2 \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$

Ответ: количество вещества ортофосфорной кислоты, которое можно получить, составляет 0,4 моль.

1.18. Вычислите объем воздуха, необходимого для сгорания смеси газов, содержащей 8 моль метана и 6 моль этана (н. у.).

Дано:

Количество вещества метана, $n(CH_4) = 8 \text{ моль}$

Количество вещества этана, $n(C_2H_6) = 6 \text{ моль}$

Условия нормальные (н. у.)

Молярный объем газа при н. у., $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$

Объемная доля кислорода в воздухе, $\phi(O_2) \approx 21 \% = 0,21$

Найти:

Объем воздуха, $V(\text{воздуха}) - ?$

Решение:

1. Для решения задачи необходимо сначала написать уравнения реакций полного сгорания метана и этана в кислороде. Продуктами полного сгорания углеводородов являются углекислый газ и вода.

Уравнение реакции горения метана ($CH_4$):

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

Уравнение реакции горения этана ($C_2H_6$):

$2C_2H_6 + 7O_2 \rightarrow 4CO_2 + 6H_2O$

2. Далее, на основе стехиометрических коэффициентов в уравнениях реакций, рассчитаем количество вещества кислорода, которое потребуется для сжигания заданных количеств метана и этана.

Количество вещества кислорода для сгорания 8 моль метана ($n_1(O_2)$):

Согласно уравнению, на 1 моль $CH_4$ расходуется 2 моль $O_2$.

$n_1(O_2) = n(CH_4) \cdot 2 = 8 \text{ моль} \cdot 2 = 16 \text{ моль}$

Количество вещества кислорода для сгорания 6 моль этана ($n_2(O_2)$):

Согласно уравнению, на 2 моль $C_2H_6$ расходуется 7 моль $O_2$, то есть на 1 моль этана приходится 3,5 моль кислорода.

$n_2(O_2) = n(C_2H_6) \cdot \frac{7}{2} = 6 \text{ моль} \cdot 3,5 = 21 \text{ моль}$

3. Суммируем количество вещества кислорода, необходимое для сгорания обоих газов, чтобы найти общее количество ($n_{общ}(O_2)$).

$n_{общ}(O_2) = n_1(O_2) + n_2(O_2) = 16 \text{ моль} + 21 \text{ моль} = 37 \text{ моль}$

4. Зная общее количество вещества кислорода, вычислим его объем при нормальных условиях (н. у.), используя значение молярного объема газа ($V_m = 22,4 \text{ л/моль}$).

$V(O_2) = n_{общ}(O_2) \cdot V_m = 37 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 828,8 \text{ л}$

5. На последнем этапе рассчитаем объем воздуха, который содержит необходимый объем кислорода. Примем, что объемная доля кислорода в воздухе составляет 21% (или 0,21).

Объем воздуха вычисляется по формуле:

$V(\text{воздуха}) = \frac{V(O_2)}{\phi(O_2)}$

$V(\text{воздуха}) = \frac{828,8 \text{ л}}{0,21} \approx 3946,67 \text{ л}$

Ответ: объем воздуха, необходимый для сгорания смеси газов, составляет примерно 3946,67 л.

1.19. Через известковую воду пропустили оксид углерода(IV). Масса образовавшегося осадка составила 1,5 г. Вычислите массу гидроксида кальция, содержащегося в известковой воде, и объем пропущенного через нее оксида углерода(IV) (н. у.).

Дано:

$m(CaCO_3) = 1,5 \text{ г}$

Найти:

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

$V(CO_2) - ?$

Решение:

При пропускании оксида углерода(IV) через известковую воду (раствор гидроксида кальция) происходит химическая реакция с образованием нерастворимого карбоната кальция, который выпадает в осадок. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

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

Сначала найдем количество вещества образовавшегося осадка – карбоната кальция ($CaCO_3$).

Молярная масса карбоната кальция ($CaCO_3$) рассчитывается как сумма атомных масс его элементов:

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

Теперь вычислим количество вещества $CaCO_3$ в молях:

$n(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)} = \frac{1,5 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 0,015 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, стехиометрические коэффициенты перед $Ca(OH)_2$, $CO_2$ и $CaCO_3$ равны 1. Это означает, что вещества реагируют в мольном соотношении 1:1:1. Следовательно:

$n(Ca(OH)_2) = n(CO_2) = n(CaCO_3) = 0,015 \text{ моль}$

масса гидроксида кальция, содержащегося в известковой воде

Для нахождения массы гидроксида кальция, сначала вычислим его молярную массу:

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

Теперь можем рассчитать массу $Ca(OH)_2$:

$m(Ca(OH)_2) = n(Ca(OH)_2) \cdot M(Ca(OH)_2) = 0,015 \text{ моль} \cdot 74 \text{ г/моль} = 1,11 \text{ г}$

Ответ: масса гидроксида кальция составляет 1,11 г.

объем пропущенного через нее оксида углерода(IV) (н. у.)

Объем газа при нормальных условиях (н. у.) вычисляется по формуле $V = n \cdot V_m$, где $V_m$ – молярный объем газа, равный 22,4 л/моль при н.у.

Объем $CO_2$:

$V(CO_2) = n(CO_2) \cdot V_m = 0,015 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 0,336 \text{ л}$

Ответ: объем оксида углерода(IV) составляет 0,336 л.

1.20. Определите массу карбоната натрия, необходимого для умягчения образца жесткой воды, содержащей 13,6 г сульфата кальция и 6,1 г сульфата магния.

Дано:

Масса сульфата кальция $m(CaSO_4) = 13,6$ г
Масса сульфата магния $m(MgSO_4) = 6,1$ г

$m(CaSO_4) = 13,6 \text{ г} = 0,0136 \text{ кг}$
$m(MgSO_4) = 6,1 \text{ г} = 0,0061 \text{ кг}$

Найти:

Массу карбоната натрия $m(Na_2CO_3)$ — ?

Решение

Жесткость воды обусловлена наличием в ней растворенных солей кальция и магния. Для умягчения воды необходимо удалить ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ из раствора, осадив их в виде нерастворимых солей. В данном случае для этого используется карбонат натрия ($Na_2CO_3$). Происходят следующие реакции обмена:

1) Реакция с сульфатом кальция: $CaSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + Na_2SO_4$

2) Реакция с сульфатом магния: $MgSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow MgCO_3 \downarrow + Na_2SO_4$

Для решения задачи рассчитаем молярные массы необходимых веществ, используя округленные значения атомных масс из периодической таблицы химических элементов: $Ar(Ca) = 40$, $Ar(S) = 32$, $Ar(O) = 16$, $Ar(Mg) = 24$, $Ar(Na) = 23$, $Ar(C) = 12$.

Молярная масса сульфата кальция ($CaSO_4$): $M(CaSO_4) = 40 + 32 + 4 \cdot 16 = 136$ г/моль

Молярная масса сульфата магния ($MgSO_4$): $M(MgSO_4) = 24 + 32 + 4 \cdot 16 = 120$ г/моль

Молярная масса карбоната натрия ($Na_2CO_3$): $M(Na_2CO_3) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 46 + 12 + 48 = 106$ г/моль

Теперь найдем количество вещества (число молей) сульфата кальция и сульфата магния:

$n(CaSO_4) = \frac{m(CaSO_4)}{M(CaSO_4)} = \frac{13,6 \text{ г}}{136 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

$n(MgSO_4) = \frac{m(MgSO_4)}{M(MgSO_4)} = \frac{6,1 \text{ г}}{120 \text{ г/моль}} \approx 0,0508 \text{ моль}$

Из уравнений реакций видно, что карбонат натрия реагирует с сульфатами кальция и магния в мольном соотношении 1:1.

Следовательно, количество вещества карбоната натрия, необходимое для реакции с $CaSO_4$, равно: $n_1(Na_2CO_3) = n(CaSO_4) = 0,1 \text{ моль}$

Количество вещества карбоната натрия, необходимое для реакции с $MgSO_4$, равно: $n_2(Na_2CO_3) = n(MgSO_4) \approx 0,0508 \text{ моль}$

Общее количество вещества карбоната натрия, которое потребуется для умягчения воды, равно сумме количеств, необходимых для каждой реакции: $n_{общ}(Na_2CO_3) = n_1(Na_2CO_3) + n_2(Na_2CO_3) = 0,1 \text{ моль} + 0,0508 \text{ моль} = 0,1508 \text{ моль}$

Наконец, рассчитаем массу карбоната натрия: $m(Na_2CO_3) = n_{общ}(Na_2CO_3) \cdot M(Na_2CO_3) = 0,1508 \text{ моль} \cdot 106 \text{ г/моль} \approx 15,985 \text{ г}$

Округляя результат до одного знака после запятой (как в исходных данных), получаем 16,0 г.

Ответ: для умягчения данного образца жесткой воды потребуется 16,0 г карбоната натрия.

1.21. Определите массу аммиака, вступившего в реакцию с серной кислотой, если было получено 2 т сульфата аммония.

Дано:

масса сульфата аммония $m((NH_4)_2SO_4) = 2 \text{ т}$

Перевод в систему СИ:
В данном случае расчет удобнее вести в тоннах, но для полноты решения переведем массу в граммы:
$m((NH_4)_2SO_4) = 2 \text{ т} = 2 \cdot 10^3 \text{ кг} = 2 \cdot 10^6 \text{ г}$

Найти:

массу аммиака $m(NH_3)$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции взаимодействия аммиака с серной кислотой с образованием сульфата аммония и расставим стехиометрические коэффициенты:

$2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$

Из уравнения реакции следует, что из 2 моль аммиака ($NH_3$) образуется 1 моль сульфата аммония ($(NH_4)_2SO_4$).

2. Рассчитаем молярные массы аммиака и сульфата аммония, используя относительные атомные массы элементов из Периодической системы Д.И. Менделеева (округлим до целых: N - 14, H - 1, S - 32, O - 16).

Молярная масса аммиака: $M(NH_3) = 14 + 3 \cdot 1 = 17 \text{ г/моль}$.

Молярная масса сульфата аммония: $M((NH_4)_2SO_4) = 2 \cdot (14 + 4 \cdot 1) + 32 + 4 \cdot 16 = 2 \cdot 18 + 32 + 64 = 132 \text{ г/моль}$.

3. Теперь можно решить задачу двумя способами.

Способ 1: через составление пропорции по массам.

Согласно уравнению реакции, для получения 1 моль (132 г) сульфата аммония необходимо 2 моль ( $2 \cdot 17 = 34$ г) аммиака.

Составим пропорцию, используя массы веществ. Обозначим искомую массу аммиака за $x$. Удобно вести расчет в тоннах.

Из $34$ т $NH_3$ образуется $132$ т $(NH_4)_2SO_4$.
Из $x$ т $NH_3$ образуется $2$ т $(NH_4)_2SO_4$.

Пропорция: $\frac{x \text{ т}}{34} = \frac{2 \text{ т}}{132}$

Решим уравнение относительно $x$: $x = \frac{2 \cdot 34}{132} = \frac{68}{132} \approx 0.51515... \text{ т}$

Способ 2: через количество вещества (моль).

а) Найдем количество вещества ($n$) сульфата аммония массой 2 т ($2 \cdot 10^6$ г):

$n((NH_4)_2SO_4) = \frac{m((NH_4)_2SO_4)}{M((NH_4)_2SO_4)} = \frac{2 \cdot 10^6 \text{ г}}{132 \text{ г/моль}} \approx 15151.5 \text{ моль}$

б) По уравнению реакции, количество вещества аммиака в 2 раза больше количества вещества сульфата аммония:

$n(NH_3) = 2 \cdot n((NH_4)_2SO_4) = 2 \cdot 15151.5 \text{ моль} \approx 30303 \text{ моль}$

в) Найдем массу этого количества аммиака:

$m(NH_3) = n(NH_3) \cdot M(NH_3) = 30303 \text{ моль} \cdot 17 \text{ г/моль} \approx 515151 \text{ г}$

Переведем массу из граммов в тонны: $515151 \text{ г} = 515.151 \text{ кг} \approx 0.515 \text{ т}$

Оба способа дают одинаковый результат. Округлим его до тысячных.

Ответ: масса аммиака, вступившего в реакцию, составляет примерно 0,515 т.

1.22. Вычислите объем хлора (н. у.), вступившего в реакцию с бромидом калия, если было получено 16 г брома.

Дано:

$m(Br_2) = 16$ г

Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

$V(Cl_2)$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции. Хлор является более активным галогеном, чем бром, поэтому он вытесняет бром из раствора его соли (бромида калия):

$Cl_2 + 2KBr \rightarrow 2KCl + Br_2$

2. Рассчитаем количество вещества (моль) брома ($Br_2$), который образовался в результате реакции. Для этого сначала определим молярную массу брома. Атомная масса брома $Ar(Br)$ приблизительно равна 80 г/моль.

Молярная масса молекулярного брома $Br_2$:

$M(Br_2) = 2 \times Ar(Br) = 2 \times 80 \frac{\text{г}}{\text{моль}} = 160 \frac{\text{г}}{\text{моль}}$

Теперь найдем количество вещества брома по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(Br_2) = \frac{m(Br_2)}{M(Br_2)} = \frac{16 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0.1$ моль

3. Используя уравнение реакции, найдем количество вещества хлора ($Cl_2$), которое прореагировало. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении, на 1 моль образовавшегося брома приходится 1 моль вступившего в реакцию хлора.

Соотношение количеств веществ:

$\frac{n(Cl_2)}{1} = \frac{n(Br_2)}{1}$

Отсюда следует, что количество вещества хлора равно количеству вещества брома:

$n(Cl_2) = n(Br_2) = 0.1$ моль

4. Вычислим объем хлора при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем любого газа при н. у. ($V_m$) — это константа, равная 22,4 л/моль. Объем газа можно найти по формуле $V = n \times V_m$.

$V(Cl_2) = n(Cl_2) \times V_m = 0.1 \text{ моль} \times 22.4 \frac{\text{л}}{\text{моль}} = 2.24$ л

Ответ: объем хлора, вступившего в реакцию, составляет 2,24 л.

1.23. Вычислите количество вещества хлорида калия, образовавшегося в результате взаимодействия 10 г кальция с хлором.

Дано:

$m(Ca) = 10 \text{ г}$

$m(Ca) = 10 \text{ г} = 0.01 \text{ кг}$

Найти:

$n(CaCl_2) - ?$

Решение:

1. Первым шагом составим уравнение химической реакции взаимодействия металлического кальция с газообразным хлором. В результате этой реакции образуется соль — хлорид кальция ($CaCl_2$).

$Ca + Cl_2 \rightarrow CaCl_2$

Данное уравнение реакции уже сбалансировано, так как количество атомов каждого элемента в левой и правой частях одинаково. Из уравнения видно, что стехиометрические коэффициенты перед кальцием ($Ca$) и хлоридом кальция ($CaCl_2$) равны 1.

2. Далее необходимо рассчитать количество вещества кальция ($n(Ca)$), масса которого дана в условии задачи. Для этого воспользуемся периодической таблицей химических элементов Д.И. Менделеева, чтобы найти молярную массу кальция ($M(Ca)$).

$M(Ca) \approx 40 \text{ г/моль}$

Теперь можем вычислить количество вещества кальция по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(Ca) = \frac{m(Ca)}{M(Ca)} = \frac{10 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0.25 \text{ моль}$

3. На основе уравнения реакции определим количество вещества образовавшегося хлорида кальция ($n(CaCl_2)$). Согласно уравнению, из 1 моль кальция образуется 1 моль хлорида кальция. Это означает, что их количества вещества соотносятся как 1:1.

$\frac{n(Ca)}{1} = \frac{n(CaCl_2)}{1}$

Таким образом, количество вещества хлорида кальция, которое образуется в реакции, равно количеству вещества кальция, которое вступило в реакцию.

$n(CaCl_2) = n(Ca) = 0.25 \text{ моль}$

Ответ: количество вещества хлорида кальция равно 0.25 моль.

1.24. Определите массу хлората калия, при разложении которого получили 44,8 л кислорода (н. у.).

Дано:

$V(O_2) = 44,8$ л

Условия: нормальные (н. у.)

Найти:

$m(KClO_3) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции термического разложения хлората калия ($KClO_3$):

$2KClO_3 \xrightarrow{t, MnO_2} 2KCl + 3O_2 \uparrow$

Из уравнения следует, что из 2 моль хлората калия образуется 3 моль кислорода.

2. Найдем количество вещества (число моль) выделившегося кислорода. При нормальных условиях (н. у.) молярный объем любого газа $V_m$ составляет 22,4 л/моль.

$n(O_2) = \frac{V(O_2)}{V_m} = \frac{44,8 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 2 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции найдем количество вещества хлората калия, вступившего в реакцию. Составим стехиометрическую пропорцию:

$\frac{n(KClO_3)}{2} = \frac{n(O_2)}{3}$

Выразим и вычислим количество вещества $KClO_3$:

$n(KClO_3) = \frac{2}{3} \cdot n(O_2) = \frac{2}{3} \cdot 2 \text{ моль} = \frac{4}{3} \text{ моль}$

4. Рассчитаем молярную массу хлората калия ($KClO_3$):

$M(KClO_3) = Ar(K) + Ar(Cl) + 3 \cdot Ar(O) = 39 + 35,5 + 3 \cdot 16 = 122,5 \text{ г/моль}$

5. Теперь можем определить массу разложившегося хлората калия:

$m(KClO_3) = n(KClO_3) \cdot M(KClO_3) = \frac{4}{3} \text{ моль} \cdot 122,5 \text{ г/моль} \approx 163,33 \text{ г}$

Ответ: масса хлората калия равна 163,33 г.

1.25. Определите массу $CuS$, образовавшегося в результате взаимодействия 3 моль $CuSO_4$ с $H_2S$, взятой в избытке.

Дано:

$n(CuSO_4) = 3 \text{ моль}$

Сероводородная кислота ($H_2S$) взята в избытке.

Найти:

$m(CuS) - \text{?}$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции между сульфатом меди(II) и сероводородной кислотой. Это реакция обмена, в результате которой образуется нерастворимый сульфид меди(II) и серная кислота.

$CuSO_4 + H_2S \rightarrow CuS \downarrow + H_2SO_4$

Уравнение сбалансировано, все стехиометрические коэффициенты равны 1.

2. Согласно условию, сероводородная кислота находится в избытке. Это означает, что сульфат меди(II) прореагирует полностью, и он является лимитирующим реагентом. Расчет массы продукта будем вести по сульфату меди(II).

Из уравнения реакции видно, что из 1 моль сульфата меди(II) образуется 1 моль сульфида меди(II). Таким образом, их мольные соотношения равны:

$n(CuSO_4) : n(CuS) = 1 : 1$

Следовательно, количество вещества образовавшегося сульфида меди(II) равно количеству вещества исходного сульфата меди(II):

$n(CuS) = n(CuSO_4) = 3 \text{ моль}$

3. Рассчитаем молярную массу сульфида меди(II) ($M(CuS)$). Для этого воспользуемся периодической таблицей химических элементов Д.И. Менделеева, взяв округленные значения относительных атомных масс меди (Cu) и серы (S).

$Ar(Cu) \approx 64 \text{ а.е.м.}$

$Ar(S) \approx 32 \text{ а.е.м.}$

$M(CuS) = Ar(Cu) + Ar(S) = 64 \text{ г/моль} + 32 \text{ г/моль} = 96 \text{ г/моль}$

4. Теперь мы можем найти массу сульфида меди(II), используя формулу, связывающую массу, количество вещества и молярную массу: $m = n \times M$.

$m(CuS) = n(CuS) \times M(CuS) = 3 \text{ моль} \times 96 \text{ г/моль} = 288 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося сульфида меди(II) составляет 288 г.

1.26. Рассчитайте массу продукта реакции, образовавшегося при горении 100 г серы в избытке кислорода.

Дано:

Масса серы $m(S) = 100 \text{ г}$

Кислород ($O_2$) взят в избытке.

В системе СИ:
$m(S) = 0.1 \text{ кг}$

Найти:

Массу продукта реакции $m(\text{прод.}) - ?$

Решение:

1. Сначала составим уравнение химической реакции горения серы. Сера (S) реагирует с кислородом ($O_2$) с образованием диоксида серы ($SO_2$), так как кислород находится в избытке.

$S + O_2 \rightarrow SO_2$

Уравнение сбалансировано. Из стехиометрических коэффициентов видно, что на 1 моль серы приходится 1 моль кислорода и образуется 1 моль диоксида серы. Таким образом, количество вещества серы равно количеству вещества диоксида серы:

$n(S) = n(SO_2)$

2. Рассчитаем количество вещества (число молей) серы массой 100 г. Для этого воспользуемся молярной массой серы. Округляя до целых, молярная масса серы $M(S)$ равна $32 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $n$ находится по формуле: $n = \frac{m}{M}$

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{100 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 3.125 \text{ моль}$

3. Поскольку кислород дан в избытке, вся сера прореагирует. Согласно уравнению реакции, количество вещества образовавшегося диоксида серы $n(SO_2)$ будет равно количеству вещества вступившей в реакцию серы $n(S)$.

$n(SO_2) = n(S) = 3.125 \text{ моль}$

4. Теперь рассчитаем массу продукта реакции — диоксида серы ($SO_2$). Для этого сначала найдем его молярную массу $M(SO_2)$. Молярная масса кислорода $M(O) \approx 16 \text{ г/моль}$.

$M(SO_2) = M(S) + 2 \cdot M(O) = 32 \text{ г/моль} + 2 \cdot 16 \text{ г/моль} = 64 \text{ г/моль}$

Масса диоксида серы находится по формуле: $m = n \cdot M$

$m(SO_2) = n(SO_2) \cdot M(SO_2) = 3.125 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 200 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося продукта реакции (диоксида серы) составляет 200 г.

1.27. Определите массу углерода, необходимого для восстановления 112 г железа из оксида железа(II).

Дано:

масса железа $m(Fe) = 112$ г

Перевод в систему СИ:
$m(Fe) = 112 \text{ г} = 0.112 \text{ кг}$

Найти:

массу углерода $m(C)$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции восстановления железа из оксида железа(II) углеродом. В данном процессе углерод выступает в роли восстановителя. В зависимости от условий, продуктом окисления углерода может быть оксид углерода(II) или оксид углерода(IV). В задачах по химии для данного процесса чаще всего рассматривается образование угарного газа (CO):

$FeO + C \rightarrow Fe + CO$

2. Для расчетов нам понадобятся молярные массы железа (Fe) и углерода (C), которые мы находим по периодической таблице Д.И. Менделеева (значения округлены для удобства расчетов):

$M(Fe) \approx 56$ г/моль

$M(C) \approx 12$ г/моль

3. Вычислим количество вещества (число молей) для 112 г железа по формуле $n = m/M$:

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{112 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 2$ моль

4. Согласно уравнению реакции, для получения 1 моля железа (Fe) требуется 1 моль углерода (C). Таким образом, мольные соотношения веществ $Fe$ и $C$ равны:

$\frac{n(C)}{1} = \frac{n(Fe)}{1}$

Следовательно, количество вещества углерода, необходимого для реакции, равно количеству вещества полученного железа:

$n(C) = n(Fe) = 2$ моль

5. Зная количество вещества углерода, можем найти его массу по формуле $m = n \times M$:

$m(C) = n(C) \times M(C) = 2 \text{ моль} \times 12 \text{ г/моль} = 24$ г

Ответ: для восстановления 112 г железа из оксида железа(II) необходимо 24 г углерода.