Страница 55 - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

3.1. К 200 г $2\%$-ного раствора серной кислоты прилили избыток раствора хлорида бария. Осадок отфильтровали, высушили и взвесили. Определите массу выделившегося осадка.

Дано:

$m_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) = 200 \text{ г}$

$\omega(H_2SO_4) = 2\% = 0.02$

Раствор $BaCl_2$ в избытке.

$m_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) = 200 \text{ г} = 0.2 \text{ кг}$

Найти:

$m(BaSO_4) - ?$

Решение:

При взаимодействии серной кислоты с хлоридом бария образуется нерастворимый в воде осадок — сульфат бария. Запишем уравнение химической реакции:

$H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$

Поскольку раствор хлорида бария дан в избытке, серная кислота прореагирует полностью. Следовательно, все расчеты будем вести по серной кислоте, которая является лимитирующим реагентом.

1. Определим массу чистой серной кислоты ($H_2SO_4$), содержащейся в 200 г 2%-ного раствора, по формуле массовой доли вещества в растворе:

$m(H_2SO_4) = m_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) \cdot \omega(H_2SO_4)$

$m(H_2SO_4) = 200 \text{ г} \cdot 0.02 = 4 \text{ г}$

2. Рассчитаем молярные массы серной кислоты ($H_2SO_4$) и сульфата бария ($BaSO_4$), используя относительные атомные массы элементов (округляем до целых: H=1, S=32, O=16, Ba=137):

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

$M(BaSO_4) = 137 + 32 + 4 \cdot 16 = 233 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число моль) серной кислоты, вступившей в реакцию:

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{4 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}}$

4. Согласно уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между серной кислотой и сульфатом бария составляет 1:1. Это означает, что из одного моля серной кислоты образуется один моль сульфата бария.

$n(BaSO_4) = n(H_2SO_4) = \frac{4}{98} \text{ моль}$

5. Теперь можем найти массу образовавшегося осадка — сульфата бария ($BaSO_4$):

$m(BaSO_4) = n(BaSO_4) \cdot M(BaSO_4)$

$m(BaSO_4) = \frac{4}{98} \text{ моль} \cdot 233 \text{ г/моль} = \frac{932}{98} \text{ г} \approx 9.51 \text{ г}$

Ответ: масса выделившегося осадка составляет 9.51 г.

3.2. Сероводород пропустили через 200 г раствора сульфата меди(II) с массовой долей $CuSO_4$ 18%. Вычислите массу осадка, выпавшего в результате этой реакции.

Дано:

$m_{раствора}(CuSO_4) = 200 \space г$

$w(CuSO_4) = 18\% \space или \space 0.18$

Найти:

$m_{осадка} - ?$

Решение:

При пропускании сероводорода через раствор сульфата меди(II) происходит химическая реакция с образованием нерастворимого сульфида меди(II), который выпадает в осадок, и серной кислоты. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

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

Осадком в данной реакции является сульфид меди(II) ($CuS$). Чтобы найти его массу, необходимо сначала определить массу чистого сульфата меди(II) в исходном растворе.

1. Вычислим массу сульфата меди(II) в 200 г 18%-го раствора:

$m(CuSO_4) = m_{раствора}(CuSO_4) \cdot w(CuSO_4)$

$m(CuSO_4) = 200 \space г \cdot 0.18 = 36 \space г$

2. Рассчитаем молярные массы сульфата меди(II) ($CuSO_4$) и сульфида меди(II) ($CuS$). Для расчетов используем относительные атомные массы: $Ar(Cu) = 64$, $Ar(S) = 32$, $Ar(O) = 16$.

$M(CuSO_4) = 64 + 32 + 4 \cdot 16 = 160 \space г/моль$

$M(CuS) = 64 + 32 = 96 \space г/моль$

3. Найдем количество вещества ($n$) сульфата меди(II), вступившего в реакцию:

$n(CuSO_4) = \frac{m(CuSO_4)}{M(CuSO_4)}$

$n(CuSO_4) = \frac{36 \space г}{160 \space г/моль} = 0.225 \space моль$

4. Согласно уравнению реакции, количества веществ $CuSO_4$ и $CuS$ соотносятся как 1:1.

$n(CuS) = n(CuSO_4) = 0.225 \space моль$

5. Теперь можно вычислить массу выпавшего осадка ($CuS$):

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

$m(CuS) = 0.225 \space моль \cdot 96 \space г/моль = 21.6 \space г$

Ответ: масса выпавшего осадка составляет 21.6 г.

3.3. Определите, какой объем сероводорода (н. у.) образуется при взаимодействии сульфида железа(II) с соляной кислотой массой 130 г (массовая доля $HCl$ 20%).

Дано:

$m(раствора\ HCl) = 130 \text{ г}$
$\omega(HCl) = 20\% = 0.20$

Найти:

$V(H_2S)$ (н.у.) - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия сульфида железа(II) с соляной кислотой. Поскольку количество сульфида железа(II) не указано, считаем, что соляная кислота находится в недостатке и реагирует полностью. $$ FeS + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2S \uparrow $$

2. Рассчитаем массу чистого хлороводорода (HCl) в растворе, используя формулу для массовой доли: $$ m(HCl) = m(раствора\ HCl) \cdot \omega(HCl) $$ $$ m(HCl) = 130 \text{ г} \cdot 0.20 = 26 \text{ г} $$

3. Вычислим молярную массу хлороводорода ($M(HCl)$), используя относительные атомные массы элементов из Периодической таблицы: $Ar(H) \approx 1 \text{ г/моль}$, $Ar(Cl) \approx 35.5 \text{ г/моль}$. $$ M(HCl) = 1 + 35.5 = 36.5 \text{ г/моль} $$

4. Найдем количество вещества (число моль) хлороводорода, которое вступило в реакцию: $$ n(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} $$ $$ n(HCl) = \frac{26 \text{ г}}{36.5 \text{ г/моль}} \approx 0.7123 \text{ моль} $$

5. По уравнению реакции определим количество вещества образовавшегося сероводорода ($H_2S$). Согласно стехиометрическим коэффициентам, соотношение количеств веществ $HCl$ и $H_2S$ равно $2:1$. $$ n(H_2S) = \frac{1}{2} n(HCl) $$ $$ n(H_2S) = \frac{0.7123 \text{ моль}}{2} \approx 0.3562 \text{ моль} $$

6. Рассчитаем объем сероводорода при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем газа при н.у. ($V_m$) составляет 22.4 л/моль. $$ V(H_2S) = n(H_2S) \cdot V_m $$ $$ V(H_2S) = 0.3562 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} \approx 7.978 \text{ л} $$ Округлим результат до сотых.

Ответ: объем сероводорода, образовавшегося в реакции, составляет $7.98 \text{ л}$.

3.4. К 250 г 12%-ного раствора нитрата серебра прибавили раствор хлорида натрия. Вычислите массу образовавшегося осадка.

Дано:

масса раствора нитрата серебра ($AgNO_3$): $m_{р-ра}(AgNO_3) = 250$ г
массовая доля нитрата серебра: $w(AgNO_3) = 12\% = 0.12$

масса раствора нитрата серебра в СИ: $m_{р-ра}(AgNO_3) = 0.25$ кг

Найти:

масса осадка ($m_{осадка}$) - ?

Решение:

При смешивании растворов нитрата серебра и хлорида натрия протекает реакция ионного обмена, в результате которой образуется белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$). Условие задачи предполагает, что хлорид натрия добавлен в достаточном (или избыточном) количестве для полного осаждения ионов серебра.

Уравнение химической реакции:

$AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl \downarrow + NaNO_3$

1. Рассчитаем массу чистого нитрата серебра ($AgNO_3$), содержащегося в 250 г 12%-ного раствора.

$m(AgNO_3) = m_{р-ра}(AgNO_3) \times w(AgNO_3) = 250 \text{ г} \times 0.12 = 30 \text{ г}$

2. Определим молярные массы нитрата серебра ($AgNO_3$) и образующегося осадка хлорида серебра ($AgCl$). Используем относительные атомные массы: $Ar(Ag) \approx 108$; $Ar(N) \approx 14$; $Ar(O) \approx 16$; $Ar(Cl) \approx 35.5$.

$M(AgNO_3) = 108 + 14 + 3 \times 16 = 170 \text{ г/моль}$

$M(AgCl) = 108 + 35.5 = 143.5 \text{ г/моль}$

3. Вычислим количество вещества (число молей) нитрата серебра, вступившего в реакцию.

$n(AgNO_3) = \frac{m(AgNO_3)}{M(AgNO_3)} = \frac{30 \text{ г}}{170 \text{ г/моль}} \approx 0.1765 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между нитратом серебра и хлоридом серебра составляет 1:1. Это означает, что из 1 моль $AgNO_3$ образуется 1 моль $AgCl$.

$n(AgCl) = n(AgNO_3) \approx 0.1765 \text{ моль}$

5. Найдем массу образовавшегося осадка хлорида серебра ($AgCl$).

$m(AgCl) = n(AgCl) \times M(AgCl) \approx 0.1765 \text{ моль} \times 143.5 \text{ г/моль} \approx 25.32 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося осадка составляет 25.32 г.

3.5. 5 г 90%-ного раствора этилового спирта смешали с уксусной кислотой и нагрели в присутствии концентрированной серной кислоты. Вычислите массу образовавшегося эфира.

Дано:

$m_{р-ра(C_2H_5OH)} = 5 \text{ г} = 0.005 \text{ кг}$
$\omega(C_2H_5OH) = 90\% = 0.9$

Найти:

$m_{эфира} - ?$

Решение:

Происходит реакция этерификации — взаимодействие этилового спирта с уксусной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты в качестве катализатора и водоотнимающего средства. Образуется сложный эфир — этилацетат — и вода.

Уравнение химической реакции:

$CH_3COOH + C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3COOC_2H_5 + H_2O$

1. Найдем массу чистого этилового спирта ($C_2H_5OH$) в исходном растворе:

$m(C_2H_5OH) = m_{р-ра} \cdot \omega(C_2H_5OH) = 5 \text{ г} \cdot 0.9 = 4.5 \text{ г}$

2. Рассчитаем молярные массы этилового спирта ($C_2H_5OH$) и образовавшегося эфира — этилацетата ($CH_3COOC_2H_5$). Для этого используем относительные атомные массы: $Ar(C) = 12 \text{ а.е.м.}$, $Ar(H) = 1 \text{ а.е.м.}$, $Ar(O) = 16 \text{ а.е.м.}$

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

$M(CH_3COOC_2H_5) = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 48 + 8 + 32 = 88 \text{ г/моль}$

3. Вычислим количество вещества (число молей) этилового спирта, вступившего в реакцию:

$n(C_2H_5OH) = \frac{m(C_2H_5OH)}{M(C_2H_5OH)} = \frac{4.5 \text{ г}}{46 \text{ г/моль}} \approx 0.0978 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции видно, что из 1 моль этилового спирта образуется 1 моль этилацетата. В условии задачи количество уксусной кислоты не указано, поэтому считаем, что она взята в избытке. Расчет ведем по веществу, которое находится в недостатке, то есть по этиловому спирту.

$n(CH_3COOC_2H_5) = n(C_2H_5OH) = \frac{4.5}{46} \text{ моль}$

5. Теперь можем вычислить массу образовавшегося этилацетата:

$m(CH_3COOC_2H_5) = n(CH_3COOC_2H_5) \cdot M(CH_3COOC_2H_5) = \frac{4.5}{46} \text{ моль} \cdot 88 \text{ г/моль} = \frac{396}{46} \text{ г} \approx 8.61 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося эфира составляет 8.61 г.