Страница 40 - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

1.28. В результате реакции водорода с хлором выделилось 11,2 л хлороводорода (н. у.). Рассчитайте объемы вступивших в реакцию веществ.

Дано:

$V(\text{HCl}) = 11,2 \text{ л}$ (н. у.)

Найти:

$V(\text{H}_2) - ?$

$V(\text{Cl}_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия водорода с хлором:

$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

Все вещества в данной реакции являются газами.

2. Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака (следствие из закона Авогадро), объемы вступающих в реакцию и образующихся в ней газов относятся между собой как их стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Из уравнения реакции следует, что на 1 объем водорода приходится 1 объем хлора и 2 объема хлороводорода. Таким образом, соотношение объемов равно:

$V(H_2) : V(Cl_2) : V(HCl) = 1 : 1 : 2$

3. Рассчитаем объемы вступивших в реакцию веществ (водорода и хлора), зная объем образовавшегося хлороводорода.

Объем водорода $V(H_2)$ в два раза меньше объема хлороводорода $V(HCl)$:

$V(H_2) = \frac{V(HCl)}{2} = \frac{11,2 \text{ л}}{2} = 5,6 \text{ л}$

Объем хлора $V(Cl_2)$ также в два раза меньше объема хлороводорода $V(HCl)$ и равен объему водорода:

$V(Cl_2) = \frac{V(HCl)}{2} = \frac{11,2 \text{ л}}{2} = 5,6 \text{ л}$

Ответ: для получения 11,2 л хлороводорода в реакцию вступили 5,6 л водорода и 5,6 л хлора.

1.29. В колбу с водой опустили кусочек натрия массой 0,23 г. Вычислите объем водорода (н. у.) и массу гидроксида натрия, образовавшихся в результате реакции.

Дано:

масса натрия $m(\text{Na}) = 0,23 \text{ г}$

Перевод в систему СИ:

$m(\text{Na}) = 0,23 \text{ г} = 0,00023 \text{ кг}$

Найти:

объем водорода $V(\text{H}_2)$ (н. у.) - ?

массу гидроксида натрия $m(\text{NaOH})$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции взаимодействия натрия с водой:

$2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2\uparrow$

2. Найдем количество вещества (моль) натрия, вступившего в реакцию. Молярная масса натрия $M(\text{Na})$ составляет приблизительно $23 \text{ г/моль}$.

$n(\text{Na}) = \frac{m(\text{Na})}{M(\text{Na})} = \frac{0,23 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} = 0,01 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, из 2 моль натрия образуется 1 моль водорода и 2 моль гидроксида натрия. Таким образом, соотношение количеств веществ следующее:

$n(\text{Na}) : n(\text{H}_2) : n(\text{NaOH}) = 2 : 1 : 2$

Вычисление объема водорода (н. у.)

Исходя из стехиометрического соотношения, найдем количество вещества выделившегося водорода:

$n(\text{H}_2) = \frac{1}{2} n(\text{Na}) = \frac{1}{2} \cdot 0,01 \text{ моль} = 0,005 \text{ моль}$

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

$V(\text{H}_2) = n(\text{H}_2) \cdot V_m = 0,005 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 0,112 \text{ л}$

Ответ: объем водорода, образовавшегося в результате реакции, составляет 0,112 л.

Вычисление массы гидроксида натрия

Исходя из стехиометрического соотношения, найдем количество вещества образовавшегося гидроксида натрия:

$n(\text{NaOH}) = n(\text{Na}) = 0,01 \text{ моль}$

Вычислим молярную массу гидроксида натрия ($NaOH$):

$M(\text{NaOH}) = M(\text{Na}) + M(\text{O}) + M(\text{H}) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

Теперь найдем массу образовавшегося гидроксида натрия по формуле $m = n \cdot M$.

$m(\text{NaOH}) = n(\text{NaOH}) \cdot M(\text{NaOH}) = 0,01 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 0,4 \text{ г}$

Ответ: масса гидроксида натрия, образовавшегося в результате реакции, составляет 0,4 г.

1.30. В результате взаимодействия водорода с кислородом образовалось 1,12 мл воды. Вычислите объемы вступивших в реакцию веществ (н. у.).

Дано:

Объем образовавшейся воды $V(H_2O) = 1,12 \text{ мл}$

$V(H_2O) = 1,12 \text{ мл} = 1,12 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$

Найти:

Объем водорода $V(H_2)$ (н. у.) - ?

Объем кислорода $V(O_2)$ (н. у.) - ?

Решение:

1. Первым шагом запишем сбалансированное уравнение реакции взаимодействия водорода и кислорода:

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

2. Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, объемы газов, которые вступают в реакцию и образуются в ее результате, соотносятся как небольшие целые числа. Эти числа равны стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Для применения этого закона необходимо, чтобы все участвующие вещества были в газообразном состоянии и находились при одинаковых условиях. Хотя вода при нормальных условиях (н. у.: 0°C и 1 атм) является жидкостью, в таких задачах обычно предполагается, что указанный объем воды — это объем, который она занимала бы в виде газа при н.у. Это позволяет использовать закон объемных отношений.

Из уравнения реакции видно, что соотношение объемов реагентов и продукта составляет:

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

3. Теперь можно вычислить объемы вступивших в реакцию веществ. Расчеты будем вести в миллилитрах, так как исходные данные представлены в этой единице измерения.

Вычислим объем водорода ($V(H_2)$). Согласно пропорции, на 2 объемные части воды приходится 2 объемные части водорода:

$$\frac{V(H_2)}{V(H_2O)} = \frac{2}{2} = 1$$

Отсюда следует, что объем водорода равен объему образовавшейся воды:

$$V(H_2) = V(H_2O) = 1,12 \text{ мл}$$

4. Вычислим объем кислорода ($V(O_2)$). Согласно пропорции, на 2 объемные части воды приходится 1 объемная часть кислорода:

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

Следовательно, объем кислорода в два раза меньше объема воды:

$$V(O_2) = \frac{1}{2} \cdot V(H_2O) = \frac{1}{2} \cdot 1,12 \text{ мл} = 0,56 \text{ мл}$$

Ответ: объем вступившего в реакцию водорода составляет 1,12 мл, а объем кислорода — 0,56 мл.

1.31. Вычислите количество вещества кислорода, необходимого для сгорания $1 \text{ м}^3$ ацетилена (н. у.).

Дано:

Объем ацетилена $V(\text{C}_2\text{H}_2) = 1 \text{ м}^3$.

Условия нормальные (н. у.), что соответствует молярному объему идеального газа $V_m = 22.4 \times 10^{-3} \text{ м}^3/\text{моль}$.

Найти:

Количество вещества кислорода $n(\text{O}_2)$ - ?

Решение:

1. Сначала составим уравнение реакции полного сгорания ацетилена ($C_2H_2$) в кислороде ($O_2$). Продуктами реакции являются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

Сбалансированное химическое уравнение выглядит следующим образом:

$2\text{C}_2\text{H}_2 + 5\text{O}_2 \rightarrow 4\text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$

2. Далее вычислим количество вещества ацетилена, содержащегося в объеме 1 м³ при нормальных условиях. Для этого воспользуемся формулой, связывающей количество вещества ($n$), объем ($V$) и молярный объем ($V_m$):

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

Подставим известные значения для ацетилена:

$n(\text{C}_2\text{H}_2) = \frac{1 \text{ м}^3}{22.4 \times 10^{-3} \text{ м}^3/\text{моль}} = \frac{1000}{22.4} \text{ моль} \approx 44.64 \text{ моль}$

3. Из уравнения реакции видно, что на 2 моль ацетилена расходуется 5 моль кислорода. Это стехиометрическое соотношение позволяет найти количество вещества кислорода, необходимое для реакции. Составим пропорцию:

$\frac{n(\text{O}_2)}{n(\text{C}_2\text{H}_2)} = \frac{5}{2}$

Отсюда выразим искомое количество вещества кислорода:

$n(\text{O}_2) = \frac{5}{2} \times n(\text{C}_2\text{H}_2) = 2.5 \times n(\text{C}_2\text{H}_2)$

Подставим вычисленное значение количества вещества ацетилена:

$n(\text{O}_2) = 2.5 \times \frac{1000}{22.4} \text{ моль} = \frac{2500}{22.4} \text{ моль} \approx 111.6 \text{ моль}$

Расчет можно также провести, используя молярный объем, выраженный в кубических метрах на киломоль ($V_m = 22.4 \text{ м}^3/\text{кмоль}$):

$n(\text{C}_2\text{H}_2) = \frac{1 \text{ м}^3}{22.4 \text{ м}^3/\text{кмоль}} \approx 0.04464 \text{ кмоль}$

$n(\text{O}_2) = 2.5 \times 0.04464 \text{ кмоль} \approx 0.1116 \text{ кмоль}$

Переводя киломоли в моли ($1 \text{ кмоль} = 1000 \text{ моль}$):

$0.1116 \text{ кмоль} = 111.6 \text{ моль}$

Ответ: для сгорания 1 м³ ацетилена необходимо 111.6 моль кислорода.

1.32. Определите массы соли и воды, образовавшихся в результате нейтрализации 3,66 г хлороводородной кислоты раствором гидроксида натрия, взятым в избытке.

Дано:

$m(\text{HCl}) = 3,66 \text{ г}$

Гидроксид натрия ($\text{NaOH}$) в избытке.

Найти:

$m(\text{соли}) - ?$

$m(\text{H}_2\text{O}) - ?$

Решение:

Реакция нейтрализации хлороводородной кислоты гидроксидом натрия описывается следующим уравнением:

$\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$

В результате реакции образуется соль — хлорид натрия ($\text{NaCl}$) и вода ($\text{H}_2\text{O}$).

Поскольку гидроксид натрия взят в избытке, расчеты ведем по хлороводородной кислоте, которая полностью вступает в реакцию (является лимитирующим реагентом).

1. Найдем количество вещества (моль) хлороводородной кислоты. Для этого нам понадобится ее молярная масса:

$M(\text{HCl}) = M(\text{H}) + M(\text{Cl}) \approx 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

Теперь рассчитаем количество вещества $\text{HCl}$:

$n(\text{HCl}) = \frac{m(\text{HCl})}{M(\text{HCl})} = \frac{3,66 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

2. Согласно уравнению реакции, стехиометрические коэффициенты перед $\text{HCl}$, $\text{NaCl}$ и $\text{H}_2\text{O}$ равны 1. Это означает, что количество вещества хлорида натрия и воды, образовавшихся в реакции, равно количеству вещества прореагировавшей хлороводородной кислоты:

$n(\text{NaCl}) = n(\text{H}_2\text{O}) = n(\text{HCl}) = 0,1 \text{ моль}$

3. Рассчитаем массы образовавшихся соли и воды, используя их молярные массы.

Молярная масса хлорида натрия ($\text{NaCl}$):

$M(\text{NaCl}) = M(\text{Na}) + M(\text{Cl}) \approx 23 + 35,5 = 58,5 \text{ г/моль}$

Масса соли:

$m(\text{NaCl}) = n(\text{NaCl}) \cdot M(\text{NaCl}) = 0,1 \text{ моль} \cdot 58,5 \text{ г/моль} = 5,85 \text{ г}$

Молярная масса воды ($\text{H}_2\text{O}$):

$M(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot M(\text{H}) + M(\text{O}) \approx 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$

Масса воды:

$m(\text{H}_2\text{O}) = n(\text{H}_2\text{O}) \cdot M(\text{H}_2\text{O}) = 0,1 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 1,8 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшейся соли (хлорида натрия) составляет 5,85 г, масса воды — 1,8 г.

1.33. Определите массу марганца, полученного из 52,2 г оксида марганца(IV) в результате восстановления алюминием.

Дано:

масса оксида марганца(IV), $m(MnO_2) = 52,2$ г

Найти:

массу марганца, $m(Mn)$ — ?

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции восстановления оксида марганца(IV) алюминием. Этот процесс называется алюмотермией. В результате реакции образуется чистый марганец и оксид алюминия.

Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$3MnO_2 + 4Al \xrightarrow{t} 3Mn + 2Al_2O_3$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в расчете: оксида марганца(IV) ($MnO_2$) и марганца ($Mn$). Для этого воспользуемся периодической таблицей химических элементов. Относительные атомные массы (округляем до целых): $Ar(Mn) = 55$, $Ar(O) = 16$.

Молярная масса оксида марганца(IV):

$M(MnO_2) = Ar(Mn) + 2 \cdot Ar(O) = 55 + 2 \cdot 16 = 55 + 32 = 87$ г/моль.

Молярная масса марганца:

$M(Mn) = 55$ г/моль.

3. Теперь найдем количество вещества (в молях) оксида марганца(IV), вступившего в реакцию, зная его массу:

$n(MnO_2) = \frac{m(MnO_2)}{M(MnO_2)} = \frac{52,2 \text{ г}}{87 \text{ г/моль}} = 0,6$ моль.

4. Согласно уравнению реакции, из 3 моль $MnO_2$ образуется 3 моль $Mn$. Это означает, что их мольные соотношения равны 1:1.

$\frac{n(MnO_2)}{3} = \frac{n(Mn)}{3} \implies n(MnO_2) = n(Mn)$

Следовательно, количество вещества полученного марганца также равно 0,6 моль:

$n(Mn) = 0,6$ моль.

5. Наконец, рассчитаем массу марганца, зная его количество вещества и молярную массу:

$m(Mn) = n(Mn) \cdot M(Mn) = 0,6 \text{ моль} \cdot 55 \text{ г/моль} = 33$ г.

Ответ: масса марганца, полученного в результате реакции, равна 33 г.

1.34. Вычислите массу белого фосфора, вступившего в реакцию с кислородом, если в результате образовалось 0,1 моль оксида фосфора(V).

Дано:

Количество вещества оксида фосфора(V) $n(P_4O_{10}) = 0,1$ моль.

Найти:

Массу белого фосфора $m(P_4)$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции горения белого фосфора. Белый фосфор имеет молекулярную формулу $P_4$. При его сгорании в избытке кислорода образуется оксид фосфора(V), димерная формула которого $P_4O_{10}$.

Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$P_4 + 5O_2 \rightarrow P_4O_{10}$

2. Из уравнения реакции видно, что стехиометрические коэффициенты перед белым фосфором ($P_4$) и оксидом фосфора(V) ($P_4O_{10}$) равны. Это означает, что их количества вещества соотносятся как 1:1.

$\frac{n(P_4)}{1} = \frac{n(P_4O_{10})}{1}$

Следовательно, $n(P_4) = n(P_4O_{10})$.

3. По условию задачи, количество вещества образовавшегося оксида фосфора(V) равно 0,1 моль. Значит, количество вещества прореагировавшего белого фосфора также равно 0,1 моль.

$n(P_4) = 0,1$ моль

4. Рассчитаем молярную массу белого фосфора ($P_4$). Относительная атомная масса фосфора $A_r(P)$ равна 31.

$M(P_4) = 4 \times A_r(P) = 4 \times 31 = 124$ г/моль

5. Найдем массу белого фосфора, используя формулу, связывающую массу, количество вещества и молярную массу: $m = n \times M$.

$m(P_4) = n(P_4) \times M(P_4) = 0,1 \text{ моль} \times 124 \text{ г/моль} = 12,4$ г

Ответ: масса белого фосфора, вступившего в реакцию, составляет 12,4 г.

1.35. При взаимодействии цинка с раствором ортофосфорной кислоты выделилось 0,224 л водорода (н. у.). Определите массу цинка, прореагировавшего с кислотой.

Дано:

V(H₂) = 0,224 л (н. у.)

V(H₂) = 0,224 л = $0,224 \cdot 10^{-3}$ м³

Найти:

m(Zn) - ?

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции взаимодействия цинка с раствором ортофосфорной кислоты. Цинк, как металл, стоящий в ряду активности левее водорода, вытесняет его из кислоты с образованием соли (фосфата цинка) и газообразного водорода.

$3Zn + 2H_3PO_4 \rightarrow Zn_3(PO_4)_2 + 3H_2\uparrow$

2. Найдем количество вещества (в молях) выделившегося водорода. Согласно закону Авогадро, 1 моль любого газа при нормальных условиях (н. у.) занимает объем 22,4 л. Этот объем называется молярным объемом ($V_m$).

Количество вещества водорода $n(H_2)$ можно рассчитать по формуле:

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

Подставим известные значения:

$n(H_2) = \frac{0,224 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,01 \text{ моль}$

3. Используя уравнение реакции, найдем количество вещества цинка ($n(Zn)$), которое прореагировало. Из уравнения видно, что стехиометрические коэффициенты перед цинком и водородом равны (3 и 3). Это означает, что их количества вещества относятся как 1:1.

$\frac{n(Zn)}{3} = \frac{n(H_2)}{3} \Rightarrow n(Zn) = n(H_2)$

$n(Zn) = 0,01 \text{ моль}$

4. Зная количество вещества цинка, определим его массу ($m(Zn)$). Для этого воспользуемся формулой, связывающей массу, количество вещества и молярную массу ($M$).

$m = n \cdot M$

Молярная масса цинка ($M(Zn)$) из периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева составляет приблизительно 65 г/моль.

$m(Zn) = 0,01 \text{ моль} \cdot 65 \text{ г/моль} = 0,65 \text{ г}$

Ответ: масса цинка, прореагировавшего с кислотой, равна 0,65 г.

1.36. Определите массу ортофосфорной кислоты, которая образовалась в результате взаимодействия 0,4 моль оксида фосфора(V) с водой.

Дано:

Количество вещества оксида фосфора(V) $\nu(P_2O_5) = 0,4 \text{ моль}$.

Найти:

Массу ортофосфорной кислоты $m(H_3PO_4)$.

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия оксида фосфора(V) с водой. Оксиду фосфора(V), который является кислотным оксидом, соответствует ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$). Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$P_2O_5 + 3H_2O = 2H_3PO_4$

2. По уравнению реакции видно, что стехиометрические коэффициенты перед оксидом фосфора(V) и ортофосфорной кислотой соотносятся как 1:2. Это означает, что из 1 моль $P_2O_5$ образуется 2 моль $H_3PO_4$.

3. Рассчитаем количество вещества ортофосфорной кислоты, которое образуется из 0,4 моль оксида фосфора(V), исходя из пропорции:

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

$\nu(H_3PO_4) = 2 \cdot \nu(P_2O_5) = 2 \cdot 0,4 \text{ моль} = 0,8 \text{ моль}$

4. Вычислим молярную массу ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$). Используем относительные атомные массы элементов: $A_r(H) = 1$, $A_r(P) = 31$, $A_r(O) = 16$.

$M(H_3PO_4) = 3 \cdot A_r(H) + 1 \cdot A_r(P) + 4 \cdot A_r(O) = 3 \cdot 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

5. Зная количество вещества и молярную массу, найдем массу образовавшейся ортофосфорной кислоты по формуле $m = \nu \cdot M$:

$m(H_3PO_4) = \nu(H_3PO_4) \cdot M(H_3PO_4) = 0,8 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 78,4 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшейся ортофосфорной кислоты составляет 78,4 г.

1.37. Вычислите массу $H_2SiO_3$, которую можно получить при взаимодействии 244 г $Na_2SiO_3$ с раствором $HCl$, взятой в избытке.

Дано:

$m(\text{Na}_2\text{SiO}_3) = 244 \text{ г}$

Раствор хлороводородной кислоты $(\text{HCl})$ взят в избытке.

$m(\text{Na}_2\text{SiO}_3) = 244 \text{ г} = 0.244 \text{ кг}$

Найти:

$m(\text{H}_2\text{SiO}_3) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции между силикатом натрия и хлороводородной (соляной) кислотой. В результате реакции обмена образуется нерастворимая кремниевая кислота (выпадает в осадок) и хлорид натрия.

$\text{Na}_2\text{SiO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{H}_2\text{SiO}_3 \downarrow + 2\text{NaCl}$

2. Рассчитаем молярные массы реагента (силиката натрия) и продукта (кремниевой кислоты), используя относительные атомные массы элементов из Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева: $Ar(\text{Na}) \approx 23 \text{ а.е.м.}$, $Ar(\text{Si}) \approx 28 \text{ а.е.м.}$, $Ar(\text{O}) \approx 16 \text{ а.е.м.}$, $Ar(\text{H}) \approx 1 \text{ а.е.м.}$

Молярная масса силиката натрия $(\text{Na}_2\text{SiO}_3)$:

$M(\text{Na}_2\text{SiO}_3) = 2 \cdot Ar(\text{Na}) + Ar(\text{Si}) + 3 \cdot Ar(\text{O}) = 2 \cdot 23 + 28 + 3 \cdot 16 = 46 + 28 + 48 = 122 \text{ г/моль}$

Молярная масса кремниевой кислоты $(\text{H}_2\text{SiO}_3)$:

$M(\text{H}_2\text{SiO}_3) = 2 \cdot Ar(\text{H}) + Ar(\text{Si}) + 3 \cdot Ar(\text{O}) = 2 \cdot 1 + 28 + 3 \cdot 16 = 2 + 28 + 48 = 78 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число молей) силиката натрия массой 244 г по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(\text{Na}_2\text{SiO}_3) = \frac{m(\text{Na}_2\text{SiO}_3)}{M(\text{Na}_2\text{SiO}_3)} = \frac{244 \text{ г}}{122 \text{ г/моль}} = 2 \text{ моль}$

4. Согласно условию, хлороводородная кислота находится в избытке, значит, силикат натрия является лимитирующим реагентом и полностью вступает в реакцию. Расчет массы продукта ведем по недостатку, то есть по силикату натрия.

Из уравнения реакции видно, что стехиометрические коэффициенты перед $\text{Na}_2\text{SiO}_3$ и $\text{H}_2\text{SiO}_3$ равны 1. Это означает, что их количества вещества соотносятся как 1:1.

$n(\text{H}_2\text{SiO}_3) = n(\text{Na}_2\text{SiO}_3) = 2 \text{ моль}$

5. Зная количество вещества кремниевой кислоты, можем рассчитать ее массу по формуле $m = n \cdot M$:

$m(\text{H}_2\text{SiO}_3) = n(\text{H}_2\text{SiO}_3) \cdot M(\text{H}_2\text{SiO}_3) = 2 \text{ моль} \cdot 78 \text{ г/моль} = 156 \text{ г}$

Ответ: масса кремниевой кислоты, которую можно получить, равна 156 г.

1.38. Определите, какое количество вещества гидроксида кальция можно получить, если в реакцию с водой, взятой в избытке, вступило 11,2 г оксида кальция.

Дано:

$m(CaO) = 11,2$ г

Вода ($H_2O$) в избытке

Найти:

$n(Ca(OH)_2)$ — ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции взаимодействия оксида кальция с водой. В результате реакции образуется гидроксид кальция (гашеная известь):

$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

Уравнение сбалансировано. Из него видно, что реагенты и продукт находятся в мольном соотношении 1:1:1.

2. Рассчитаем молярную массу оксида кальция ($CaO$). Используем относительные атомные массы элементов из периодической таблицы: $Ar(Ca) \approx 40$, $Ar(O) \approx 16$.

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

3. Найдем количество вещества оксида кальция ($CaO$), которое вступило в реакцию, используя формулу $n = \frac{m}{M}$:

$n(CaO) = \frac{m(CaO)}{M(CaO)} = \frac{11,2 \text{ г}}{56 \frac{\text{г}}{\text{моль}}} = 0,2$ моль

4. Согласно уравнению реакции, из 1 моль оксида кальция образуется 1 моль гидроксида кальция. Так как вода находится в избытке, оксид кальция является лимитирующим реагентом, и расчет ведется по нему.

Соотношение количеств веществ:

$\frac{n(CaO)}{1} = \frac{n(Ca(OH)_2)}{1}$

Следовательно, количество вещества образовавшегося гидроксида кальция равно количеству вещества прореагировавшего оксида кальция:

$n(Ca(OH)_2) = n(CaO) = 0,2$ моль

Ответ: можно получить 0,2 моль гидроксида кальция.

1.39. Определите массу сульфида алюминия, полученного в результате взаимодействия 32 г серы с алюминием, взятым в избытке.

Дано:

$m(S) = 32$ г

Алюминий ($Al$) взят в избытке

Найти:

$m(Al_2S_3)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия алюминия с серой. При сплавлении этих двух веществ образуется сульфид алюминия:

$2Al + 3S \rightarrow Al_2S_3$

Согласно условию задачи, алюминий находится в избытке. Это означает, что сера прореагирует полностью, и она является лимитирующим реагентом. Все дальнейшие расчеты будем вести по количеству серы.

2. Рассчитаем молярные массы серы ($S$) и сульфида алюминия ($Al_2S_3$), используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы: $Ar(Al) = 27$, $Ar(S) = 32$.

Молярная масса серы:

$M(S) = 32$ г/моль

Молярная масса сульфида алюминия:

$M(Al_2S_3) = 2 \cdot Ar(Al) + 3 \cdot Ar(S) = 2 \cdot 27 + 3 \cdot 32 = 54 + 96 = 150$ г/моль

3. Найдем количество вещества серы ($n$), содержащееся в 32 г, по формуле $n = m/M$:

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{32 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 1$ моль

4. По уравнению реакции определим количество вещества сульфида алюминия, которое образуется из 1 моль серы. Из уравнения видно, что из 3 моль серы образуется 1 моль сульфида алюминия. Составим пропорцию:

$\frac{n(S)}{3} = \frac{n(Al_2S_3)}{1}$

Выразим количество вещества сульфида алюминия:

$n(Al_2S_3) = \frac{n(S)}{3} = \frac{1 \text{ моль}}{3}$

5. Рассчитаем массу полученного сульфида алюминия по формуле $m = n \cdot M$:

$m(Al_2S_3) = n(Al_2S_3) \cdot M(Al_2S_3) = \frac{1}{3} \text{ моль} \cdot 150 \text{ г/моль} = 50$ г

Ответ: масса сульфида алюминия составляет 50 г.

1.40. При взаимодействии железа с хлором получено 16,25 г хлорида железа(II) (практический выход условно принимаем за 100%). Определите массу железа, прореагировавшего с хлором.

Дано:

$m(\text{FeCl}_2) = 16,25 \text{ г}$

$\eta = 100\%$ (практический выход)

В данной задаче единицы измерения (граммы) являются общепринятыми для химических расчетов и не требуют перевода в систему СИ (кг).

Найти:

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

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции взаимодействия железа с хлором с образованием хлорида железа(II):

$Fe + Cl_2 \rightarrow FeCl_2$

Уравнение сбалансировано, стехиометрические коэффициенты перед всеми веществами равны 1. Из уравнения следует, что количество вещества прореагировавшего железа равно количеству вещества образовавшегося хлорида железа(II).

$n(Fe) = n(FeCl_2)$

2. Рассчитаем молярные массы железа (Fe) и хлорида железа(II) (FeCl₂), используя значения относительных атомных масс из периодической таблицы химических элементов:

$Ar(Fe) = 56$, следовательно, молярная масса железа $M(Fe) = 56 \text{ г/моль}$.

$Ar(Cl) = 35,5$, следовательно, молярная масса хлорида железа(II) $M(FeCl_2) = Ar(Fe) + 2 \cdot Ar(Cl) = 56 + 2 \cdot 35,5 = 56 + 71 = 127 \text{ г/моль}$.

3. Найдем количество вещества (число моль) хлорида железа(II) массой 16,25 г по формуле $n = m/M$:

$n(FeCl_2) = \frac{m(FeCl_2)}{M(FeCl_2)} = \frac{16,25 \text{ г}}{127 \text{ г/моль}} \approx 0,128 \text{ моль}$.

4. Согласно стехиометрическому соотношению в уравнении реакции, количество вещества железа, вступившего в реакцию, равно количеству вещества полученного хлорида железа(II):

$n(Fe) = n(FeCl_2) \approx 0,128 \text{ моль}$.

5. Вычислим массу железа, которая прореагировала, используя формулу $m = n \cdot M$. Для большей точности используем не округленное значение количества вещества:

$m(Fe) = n(Fe) \cdot M(Fe) = \frac{16,25}{127} \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} \approx 7,165 \text{ г}$.

Ответ: масса прореагировавшего железа составляет 7,165 г.

1.41. Озонатор наполнили кислородом, объем которого составлял $10 \text{ см}^3$ (н. у.), и через него пропустили электрический разряд. Рассчитайте количество вещества образовавшегося озона.

Дано:

$V(O_2) = 10 \text{ см}^3 = 1 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$

Условия: нормальные (н. у.)

Молярный объем газа при н.у. $V_m = 22.4 \text{ л/моль} = 0.0224 \text{ м}^3/\text{моль}$

Найти:

$n(O_3)$ — ?

Решение:

Процесс превращения кислорода в озон под действием электрического разряда описывается следующим уравнением химической реакции:

$3O_2 \xrightarrow{\text{электрический разряд}} 2O_3$

1. Найдем количество вещества исходного кислорода. Поскольку объем газа дан при нормальных условиях, для расчета можно использовать значение молярного объема газов $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.

Сначала переведем объем кислорода в литры (1 л = 1000 см³):
$V(O_2) = 10 \text{ см}^3 = 0.01 \text{ л}$

Теперь рассчитаем количество вещества кислорода по формуле $n = V / V_m$:

$n(O_2) = \frac{V(O_2)}{V_m} = \frac{0.01 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} \approx 0.0004464 \text{ моль}$

2. По уравнению реакции определим количество вещества озона, которое может образоваться из данного количества кислорода. Соотношение количеств веществ кислорода и озона составляет:

$\frac{n(O_2)}{n(O_3)} = \frac{3}{2}$

Выразим из этой пропорции искомое количество вещества озона $n(O_3)$:

$n(O_3) = \frac{2}{3} \cdot n(O_2)$

Подставим числовое значение $n(O_2)$:

$n(O_3) = \frac{2}{3} \cdot 0.0004464 \text{ моль} \approx 0.0002976 \text{ моль}$

Округлим полученное значение до трех значащих цифр.

Ответ: $n(O_3) \approx 2.98 \cdot 10^{-4} \text{ моль}$.