Страница 42 - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

1.56. Объем метана (н. у.), сгоревшего полностью в 0,4 моль кислорода, равен

1) $2,24 \text{ дм}^3$

2) $4,48 \text{ дм}^3$

3) $11,2 \text{ дм}^3$

4) $56 \text{ дм}^3$

Дано:

Количество вещества кислорода $n(\text{O}_2) = 0,4 \text{ моль}$

Условия: нормальные (н. у.)

Молярный объем газа при н. у. $V_m = 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}$

Найти:

Объем метана $V(\text{CH}_4)$ - ?

Решение:

Для решения задачи необходимо составить уравнение реакции полного сгорания метана ($\text{CH}_4$) в кислороде ($\text{O}_2$). При полном сгорании углеводородов образуются углекислый газ и вода.

Уравнение реакции:

$\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$

Из уравнения реакции следует, что на сгорание 1 моль метана требуется 2 моль кислорода. То есть, их количества вещества соотносятся как 1:2.

Составим пропорцию на основе стехиометрических коэффициентов:

$\frac{n(\text{CH}_4)}{1} = \frac{n(\text{O}_2)}{2}$

Из этой пропорции найдем количество вещества метана, которое полностью сгорает в 0,4 моль кислорода:

$n(\text{CH}_4) = \frac{n(\text{O}_2)}{2} = \frac{0,4 \text{ моль}}{2} = 0,2 \text{ моль}$

Теперь, зная количество вещества метана, мы можем найти его объем при нормальных условиях (н. у.). Объем газа связан с количеством вещества через молярный объем $V_m$, который при н. у. составляет 22,4 дм³/моль.

Формула для расчета объема:

$V = n \cdot V_m$

Подставим наши значения для метана:

$V(\text{CH}_4) = n(\text{CH}_4) \cdot V_m = 0,2 \text{ моль} \cdot 22,4 \frac{\text{дм}^3}{\text{моль}} = 4,48 \text{ дм}^3$

Полученный результат соответствует варианту ответа под номером 2.

Ответ: 2) 4,48 дм³

1.57. В результате окисления $3,2 \text{ г}$ меди кислородом получен оксид меди(II) количеством вещества

1) $0,01 \text{ моль}$

2) $0,05 \text{ моль}$

3) $0,4 \text{ моль}$

4) $1,5 \text{ моль}$

Дано:

$m(Cu) = 3,2$ г

Найти:

$n(CuO)$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции окисления меди кислородом до оксида меди(II):

$2Cu + O_2 \rightarrow 2CuO$

2. Найдем количество вещества (в молях) меди, которая вступила в реакцию. Для этого воспользуемся формулой:

$n = \frac{m}{M}$

где $n$ — количество вещества (моль), $m$ — масса вещества (г), $M$ — молярная масса вещества (г/моль).

Молярная масса меди ($Cu$) согласно периодической таблице химических элементов составляет приблизительно 64 г/моль.

$M(Cu) = 64$ г/моль

Подставим известные значения в формулу:

$n(Cu) = \frac{3,2 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции определим количество вещества оксида меди(II) ($CuO$), которое образовалось. Из уравнения видно, что из 2 моль меди образуется 2 моль оксида меди(II). Стехиометрические коэффициенты перед $Cu$ и $CuO$ равны, следовательно, их количества веществ соотносятся как 1:1.

$\frac{n(Cu)}{2} = \frac{n(CuO)}{2}$

Отсюда следует, что $n(Cu) = n(CuO)$.

Значит, количество вещества образовавшегося оксида меди(II) равно количеству вещества прореагировавшей меди.

$n(CuO) = 0,05 \text{ моль}$

Сравнивая полученный результат с предложенными вариантами, видим, что он соответствует варианту 2).

Ответ: 2) 0,05 моль

1.58. Масса брома, который полностью прореагировал с $2,24 \text{ л}$ ацетилена, равна

1) $3,2 \text{ кг}$

2) $32 \text{ кг}$

3) $32 \text{ г}$

4) $0,0032 \text{ кг}$

Дано:

$V(C_2H_2) = 2,24 \text{ л}$

Предполагается, что объем дан при нормальных условиях (н.у.).

Перевод в СИ:

$V(C_2H_2) = 2,24 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

Найти:

$m(Br_2)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции полного бромирования ацетилена. Ацетилен (химическая формула $C_2H_2$) является алкином и имеет одну тройную связь. Для полного насыщения этой связи требуется две молекулы брома ($Br_2$). Реакция протекает по механизму электрофильного присоединения.

Уравнение реакции:

$C_2H_2 + 2Br_2 \rightarrow C_2H_2Br_4$

Продуктом реакции является 1,1,2,2-тетрабромэтан.

2. Рассчитаем количество вещества ацетилена ($C_2H_2$), вступившего в реакцию. В нормальных условиях (н.у.) молярный объем любого газа ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

Количество вещества ($n$) вычисляется по формуле:

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

$n(C_2H_2) = \frac{2,24 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

3. По стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции определим количество вещества брома ($Br_2$), которое полностью прореагировало с ацетиленом. Из уравнения видно, что на 1 моль ацетилена расходуется 2 моль брома.

$\frac{n(C_2H_2)}{1} = \frac{n(Br_2)}{2}$

Следовательно, количество вещества брома:

$n(Br_2) = 2 \cdot n(C_2H_2) = 2 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

4. Вычислим массу брома ($m(Br_2)$). Для этого найдем молярную массу брома ($M(Br_2)$). Атомная масса брома ($Ar(Br)$) согласно периодической таблице Менделеева равна приблизительно 80 г/моль.

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

5. Теперь найдем массу брома, используя формулу $m = n \cdot M$:

$m(Br_2) = n(Br_2) \cdot M(Br_2) = 0,2 \text{ моль} \cdot 160 \text{ г/моль} = 32 \text{ г}$

Сравним полученный результат с предложенными вариантами ответа:
1) 3,2 кг = 3200 г
2) 32 кг = 32000 г
3) 32 г
4) 0,0032 кг = 3,2 г

Расчетное значение массы брома соответствует варианту 3.

Ответ: 32 г.

1.59. Масса вещества, полученного при гидратации 44,8 л этилена (н. у.), равна

1) 46 г

2) 92 г

3) 23 г

4) 68 г

Дано:

Объем этилена $V(C_2H_4) = 44,8$ л (н. у.)

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

$V(C_2H_4) = 44,8 \text{ л} = 44,8 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 0,0448 \text{ м}^3$
$V_m = 22,4 \text{ л/моль} = 22,4 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3\text{/моль} = 0,0224 \text{ м}^3\text{/моль}$

Найти:

Массу полученного вещества $m(\text{продукта})$ - ?

Решение:

При гидратации этилена (реакция с водой) образуется этанол. Уравнение этой реакции выглядит следующим образом:

$C_2H_4 + H_2O \xrightarrow{H^+, t, p} C_2H_5OH$

1. Сначала определим количество вещества (число молей) этилена, исходя из его объема при нормальных условиях (н. у.). Формула для расчета:

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

где $n$ - количество вещества, $V$ - объем газа, $V_m$ - молярный объем газа при н. у., равный 22,4 л/моль.

Подставим известные значения:

$n(C_2H_4) = \frac{44,8 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 2$ моль.

2. Согласно уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между этиленом и этанолом составляет 1:1. Это означает, что из 1 моль этилена образуется 1 моль этанола.

$\frac{n(C_2H_4)}{1} = \frac{n(C_2H_5OH)}{1}$

Следовательно, количество вещества полученного этанола равно количеству вещества этилена:

$n(C_2H_5OH) = n(C_2H_4) = 2$ моль.

3. Теперь рассчитаем молярную массу этанола ($C_2H_5OH$), используя атомные массы элементов из периодической таблицы (C ≈ 12, H ≈ 1, O ≈ 16):

$M(C_2H_5OH) = 2 \cdot A_r(C) + 6 \cdot A_r(H) + 1 \cdot A_r(O)$

$M(C_2H_5OH) = 2 \cdot 12 \text{ г/моль} + 6 \cdot 1 \text{ г/моль} + 1 \cdot 16 \text{ г/моль} = 24 + 6 + 16 = 46$ г/моль.

4. Наконец, найдем массу полученного этанола, используя формулу, связывающую массу, количество вещества и молярную массу:

$m = n \cdot M$

$m(C_2H_5OH) = n(C_2H_5OH) \cdot M(C_2H_5OH)$

$m(C_2H_5OH) = 2 \text{ моль} \cdot 46 \text{ г/моль} = 92$ г.

Таким образом, масса вещества, полученного при гидратации 44,8 л этилена, составляет 92 г, что соответствует варианту ответа 2).

Ответ: 92 г.

1.60. Масса этилена, необходимого для получения 280 г полиэтилена, равна

1) 5 г

2) 10 г

3) 280 г

4) 40 г

Дано:

$m(полиэтилена) = 280 \ г$

Найти:

$m(этилена) - ?$

Решение:

Полиэтилен получают в результате реакции полимеризации этилена. Реакция полимеризации — это процесс соединения множества молекул мономера в одну большую макромолекулу полимера. Уравнение реакции в общем виде выглядит следующим образом:

$n \ C_2H_4 \rightarrow (-CH_2-CH_2-)_n$

где $C_2H_4$ — это мономер (этилен), а $(-CH_2-CH_2-)_n$ — полимер (полиэтилен).

Согласно закону сохранения массы, масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. Так как в реакции полимеризации не образуются побочные продукты (все атомы мономера переходят в состав полимера), масса исходного этилена равна массе полученного полиэтилена, при условии, что реакция протекает со 100% выходом.

Следовательно, мы можем записать:

$m(этилена) = m(полиэтилена)$

Подставим известное значение массы полиэтилена:

$m(этилена) = 280 \ г$

Таким образом, для получения 280 г полиэтилена необходимо взять 280 г этилена.

Ответ: 3) 280 г