Страница 71 - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

5.24. По термохимическому уравнению реакции

$2Na(\text{тв}) + Cl_2(\text{г}) = 2NaCl(\text{тв}) + 819 \text{ кДж}$

вычислите объем (н. у.) и количество вещества хлора, вступившего в реакцию, если известно, что выделилось 81,90 кДж теплоты.

Дано:

Термохимическое уравнение реакции: $2\text{Na(тв)} + \text{Cl}_2\text{(г)} = 2\text{NaCl(тв)} + 819 \text{ кДж}$

Количество выделившейся теплоты: $Q_{эксп} = 81,90 \text{ кДж}$

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

Найти:

Количество вещества хлора $n(\text{Cl}_2) - ?$

Объем хлора $V(\text{Cl}_2)$ (н. у.) $- ?$

Решение:

Термохимическое уравнение показывает, что при реакции 1 моль хлора ($Cl_2$) с избытком натрия выделяется 819 кДж теплоты. В условии задачи указано, что в ходе реакции выделилось 81,90 кДж теплоты. Чтобы найти количество вещества хлора, вступившего в реакцию, составим пропорцию:

1 моль $Cl_2$ — 819 кДж

$x$ моль $Cl_2$ — 81,90 кДж

Из пропорции находим количество вещества хлора ($n(\text{Cl}_2)$):

$n(\text{Cl}_2) = \frac{1 \text{ моль} \cdot 81,90 \text{ кДж}}{819 \text{ кДж}} = 0,1 \text{ моль}$

Теперь, зная количество вещества хлора, можем вычислить его объем при нормальных условиях (н. у.). Объем газа связан с количеством вещества через молярный объем ($V_m = 22,4 \text{ л/моль}$ при н. у.) по формуле:

$V = n \cdot V_m$

Подставим значения для хлора:

$V(\text{Cl}_2) = 0,1 \text{ моль} \cdot 22,4 \frac{\text{л}}{\text{моль}} = 2,24 \text{ л}$

Ответ: количество вещества хлора, вступившего в реакцию, составляет 0,1 моль; объем хлора (н. у.) равен 2,24 л.

5.25. По термохимическому уравнению реакции

$ \text{Fe(тв)} + \text{S(тв)} = \text{FeS(тв)} + 95,4 \text{ кДж} $

вычислите количество теплоты, образуемой при окислении 11,2 г железа, и количество вещества сульфида железа(II), полученного при этом.

Дано:

Термохимическое уравнение: $Fe(тв) + S(тв) = FeS(тв) + 95,4 \text{ кДж}$

Масса железа: $m(Fe) = 11,2 \text{ г}$

$m(Fe) = 11,2 \text{ г} = 0,0112 \text{ кг}$

$Q_{\text{реакции}} = 95,4 \text{ кДж} = 95400 \text{ Дж}$

Найти:

Количество теплоты, $Q$ - ?

Количество вещества сульфида железа(II), $n(FeS)$ - ?

Решение:

Для проведения расчетов необходимо сначала найти количество вещества (моль) железа, вступившего в реакцию. Для этого воспользуемся молярной массой железа, которую можно найти в периодической таблице химических элементов.

Молярная масса железа $M(Fe)$ приблизительно равна $56 \text{ г/моль}$.

Количество вещества железа $n(Fe)$ рассчитывается по формуле:

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

$n(Fe) = \frac{11,2 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Найденное количество вещества железа будет использовано для дальнейших вычислений.

Количество теплоты, образуемой при окислении 11,2 г железа

Из предоставленного термохимического уравнения известно, что при реакции 1 моль железа выделяется 95,4 кДж теплоты. На основе этого соотношения составим пропорцию, чтобы найти количество теплоты $Q$, которое выделится при реакции 0,2 моль железа:

При реакции 1 моль $Fe$ — выделяется $95,4 \text{ кДж}$

При реакции 0,2 моль $Fe$ — выделяется $Q$

Решая данную пропорцию, находим искомое количество теплоты $Q$:

$Q = \frac{0,2 \text{ моль} \cdot 95,4 \text{ кДж}}{1 \text{ моль}} = 19,08 \text{ кДж}$

Ответ: 19,08 кДж.

Количество вещества сульфида железа(II), полученного при этом

Согласно уравнению химической реакции $Fe(тв) + S(тв) = FeS(тв)$, стехиометрические коэффициенты перед исходным веществом (железом, $Fe$) и продуктом реакции (сульфидом железа(II), $FeS$) равны 1.

Это означает, что молярное соотношение между ними составляет 1 к 1:

$n(Fe) : n(FeS) = 1 : 1$

Следовательно, количество вещества образовавшегося сульфида железа(II) будет равно количеству вещества прореагировавшего железа:

$n(FeS) = n(Fe) = 0,2 \text{ моль}$

Ответ: 0,2 моль.

5.26. Составьте термохимическое уравнение реакции, если известно, что при взаимодействии 14 г железа с серой выделилось 24,3 кДж теплоты.

Дано:

m(Fe) = 14 г

Q = 24,3 кДж

Найти:

Термохимическое уравнение реакции - ?

Решение:

1. Составим уравнение реакции взаимодействия железа с серой. При нагревании эти простые вещества реагируют с образованием сульфида железа(II):

$Fe + S \rightarrow FeS$

Уравнение уже сбалансировано, стехиометрические коэффициенты перед всеми веществами равны 1. Это означает, что 1 моль железа реагирует с 1 моль серы, образуя 1 моль сульфида железа(II).

2. Термохимическое уравнение включает в себя тепловой эффект реакции, рассчитанный на мольные количества веществ, указанные в уравнении. Нам нужно найти тепловой эффект для реакции 1 моль железа.

Сначала вычислим количество вещества (число моль) железа массой 14 г. Молярная масса железа $M(Fe)$ равна 56 г/моль.

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{14 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,25 \text{ моль}$

3. Из условия известно, что при реакции 0,25 моль железа выделилось 24,3 кДж теплоты. Чтобы найти тепловой эффект реакции для 1 моль железа ($Q_m$), составим пропорцию:

при реакции 0,25 моль Fe — выделилось 24,3 кДж теплоты

при реакции 1 моль Fe — выделится $Q_m$ кДж теплоты

$Q_m = \frac{1 \text{ моль} \cdot 24,3 \text{ кДж}}{0,25 \text{ моль}} = 97,2 \text{ кДж}$

4. Тепловой эффект для 1 моль железа составляет 97,2 кДж. Поскольку теплота выделяется, реакция является экзотермической. В термохимическом уравнении это отражается знаком «+» перед значением теплоты в правой части уравнения. Также укажем агрегатные состояния веществ (тв - твердое).

Ответ: $Fe_{(тв)} + S_{(тв)} = FeS_{(тв)} + 97,2 \text{ кДж}$.

5.27. Составьте термохимическое уравнение реакции, если известно, что при сгорании 6 г водорода в кислороде выделяется 858 кДж теплоты. Вычислите, какое количество вещества воды выделилось при этом.

Дано:

$m(H_2) = 6$ г

$Q = 858$ кДж

Найти:

Термохимическое уравнение реакции - ?

$n(H_2O)$ - ?

Решение:

Составьте термохимическое уравнение реакции

Сначала запишем сбалансированное уравнение реакции горения водорода в кислороде:

$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

Для составления термохимического уравнения необходимо рассчитать тепловой эффект реакции, который соответствует стехиометрическим коэффициентам в уравнении (в данном случае, сгоранию 2 моль водорода).

Найдем количество вещества водорода ($H_2$) массой 6 г. Молярная масса водорода $M(H_2)$ составляет примерно $2$ г/моль.

$n(H_2) = \frac{m(H_2)}{M(H_2)} = \frac{6 \text{ г}}{2 \text{ г/моль}} = 3$ моль

Из условия известно, что при сгорании 3 моль водорода выделяется 858 кДж теплоты. Составим пропорцию, чтобы найти, сколько теплоты ($Q_{р}$) выделится при сгорании 2 моль водорода (согласно коэффициентам в уравнении реакции):

$\frac{3 \text{ моль } H_2}{858 \text{ кДж}} = \frac{2 \text{ моль } H_2}{Q_{р}}$

$Q_{р} = \frac{2 \text{ моль} \cdot 858 \text{ кДж}}{3 \text{ моль}} = 572$ кДж

Теперь мы можем записать термохимическое уравнение. Так как теплота выделяется, реакция является экзотермической, и тепловой эффект записывается со знаком «+» в правой части уравнения. Укажем агрегатные состояния веществ: (г) - газ, (ж) - жидкость.

Ответ: $2H_2(г) + O_2(г) = 2H_2O(ж) + 572$ кДж

Вычислите, какое количество вещества воды выделилось при этом

Количество вещества образовавшейся воды ($H_2O$) можно вычислить по уравнению реакции, используя найденное ранее количество вещества водорода. Мы уже рассчитали, что в реакцию вступило 3 моль водорода: $n(H_2) = 3$ моль.

Согласно уравнению реакции $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$, из 2 моль водорода образуется 2 моль воды. Соотношение количеств веществ водорода и воды составляет $2:2$ или $1:1$.

Следовательно, количество вещества образовавшейся воды равно количеству вещества сгоревшего водорода:

$n(H_2O) = n(H_2) = 3$ моль

Ответ: 3 моль

5.28. По термохимическому уравнению реакции

$3\text{Fe}(\text{тв}) + 2\text{O}_2(\text{г}) = \text{Fe}_3\text{O}_4(\text{тв}) + 1116 \text{ кДж}$

вычислите количество теплоты, выделившейся при сжигании 1 кг железа, содержащего 6% примеси.

Дано:

Термохимическое уравнение: $3\text{Fe(тв)} + 2\text{O}_2\text{(г)} = \text{Fe}_3\text{O}_4\text{(тв)} + 1116 \text{ кДж}$

Масса образца железа, $m_{\text{образца}} = 1 \text{ кг}$

Массовая доля примесей, $w_{\text{примесей}} = 6\% = 0.06$

Молярная масса железа, $M(\text{Fe}) \approx 56 \text{ г/моль}$

Найти:

Количество теплоты, $Q$ — ?

Решение:

1. Сначала определим массу чистого железа в образце. Примеси составляют 6%, следовательно, массовая доля чистого железа равна:

$w(\text{Fe}) = 100\% - 6\% = 94\% = 0.94$

Теперь можем рассчитать массу чистого железа, которое вступит в реакцию:

$m(\text{Fe}) = m_{\text{образца}} \times w(\text{Fe}) = 1 \text{ кг} \times 0.94 = 0.94 \text{ кг}$

2. Для дальнейших расчетов с использованием молярной массы, переведем массу железа в граммы:

$m(\text{Fe}) = 0.94 \text{ кг} \times 1000 \frac{\text{г}}{\text{кг}} = 940 \text{ г}$

Вычислим количество вещества (число моль) чистого железа:

$n(\text{Fe}) = \frac{m(\text{Fe})}{M(\text{Fe})} = \frac{940 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 16.786 \text{ моль}$

3. Составим пропорцию на основе данных из термохимического уравнения. Согласно уравнению, при сгорании 3 моль железа выделяется 1116 кДж теплоты. Рассчитаем, сколько теплоты ($Q$) выделится при сгорании $16.786 \text{ моль}$ железа.

Пропорция выглядит следующим образом:

При сгорании $3 \text{ моль Fe}$ выделяется $1116 \text{ кДж}$ теплоты.

При сгорании $16.786 \text{ моль Fe}$ выделяется $Q \text{ кДж}$ теплоты.

$\frac{3 \text{ моль}}{16.786 \text{ моль}} = \frac{1116 \text{ кДж}}{Q}$

4. Решим пропорцию и найдем $Q$:

$Q = \frac{16.786 \text{ моль} \times 1116 \text{ кДж}}{3 \text{ моль}} \approx 6244.3 \text{ кДж}$

Ответ: количество теплоты, выделившейся при сжигании 1 кг железа, содержащего 6% примесей, составляет 6244,3 кДж.

5.29. Термохимическое уравнение горения водорода

$2H_2(\text{г}) + O_2(\text{г}) = 2H_2O(\text{ж}) + 484 \text{ кДж}$

При сгорании 2,24 л водорода в избытке кислорода выделится теплоты

1) 484 кДж

2) 242 кДж

3) 4,84 кДж

4) 2,42 кДж

Дано:

Термохимическое уравнение: $2H_2(г) + O_2(г) = 2H_2O(ж) + 484 \text{ кДж}$
Объем водорода $V(H_2) = 2,24 \text{ л}$
Кислород в избытке
Молярный объем газа при нормальных условиях (н.у.) $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$

Найти:

Количество выделившейся теплоты $Q$.

Решение:

1. Сначала найдем количество вещества (число молей) водорода, вступившего в реакцию. Так как объем газа дан при нормальных условиях (что является стандартным допущением в таких задачах), мы можем использовать молярный объем газов $V_m$.

Количество вещества $n$ рассчитывается по формуле:$n = \frac{V}{V_m}$

Подставим известные значения для водорода:$n(H_2) = \frac{2,24 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

2. Теперь воспользуемся данными из термохимического уравнения для нахождения количества выделившейся теплоты. Уравнение $2H_2(г) + O_2(г) = 2H_2O(ж) + 484 \text{ кДж}$ показывает, что при сгорании 2 моль газообразного водорода выделяется 484 кДж теплоты.

Составим пропорцию, чтобы определить, сколько теплоты выделится при сгорании 0,1 моль водорода:

• При сгорании 2 моль $H_2$ выделяется 484 кДж теплоты.
• При сгорании 0,1 моль $H_2$ выделяется $Q$ кДж теплоты.

Из пропорции находим $Q$:$\frac{Q}{0,1 \text{ моль}} = \frac{484 \text{ кДж}}{2 \text{ моль}}$

$Q = \frac{0,1 \text{ моль} \times 484 \text{ кДж}}{2 \text{ моль}} = 0,05 \times 484 \text{ кДж} = 24,2 \text{ кДж}$

Таким образом, при сгорании 2,24 л водорода в избытке кислорода выделится 24,2 кДж теплоты.

Сравнивая полученный результат с предложенными вариантами ответов (1) 484 кДж, 2) 242 кДж, 3) 4,84 кДж, 4) 2,42 кДж), мы видим, что точного совпадения нет. Наиболее вероятно, что в условии задачи или в вариантах ответов допущена опечатка. Расчет, основанный на приведенных данных, дает однозначный результат 24,2 кДж.

Ответ: 24,2 кДж.

5.30. Термохимическое уравнение разложения аммиака

$2NH_3(\text{г}) = 3H_2(\text{г}) + N_2(\text{г}) - 92 \text{ кДж}$

На разложение 6 моль аммиака необходимо затратить теплоты

1) 276 кДж

2) 30,6 кДж

3) 15,3 кДж

4) 552 кДж

Дано:

Термохимическое уравнение: $2\text{NH}_3(\text{г}) = 3\text{H}_2(\text{г}) + \text{N}_2(\text{г}) - 92 \text{ кДж}$

Количество вещества аммиака: $n(\text{NH}_3) = 6 \text{ моль}$

Найти:

Количество теплоты, необходимое для разложения $Q$ - ?

Решение:

Термохимическое уравнение реакции разложения аммиака показывает, что на разложение 2 моль газообразного аммиака ($\text{NH}_3$) затрачивается 92 кДж теплоты (реакция эндотермическая, так как тепловой эффект $Q$ записан со знаком минус в правой части уравнения, что эквивалентно $\Delta H = +92$ кДж).

Чтобы найти количество теплоты, необходимое для разложения 6 моль аммиака, составим пропорцию, исходя из данных уравнения:

При разложении 2 моль $\text{NH}_3$ затрачивается 92 кДж теплоты.

При разложении 6 моль $\text{NH}_3$ затрачивается $Q$ кДж теплоты.

Математически это можно записать так:

$\frac{2 \text{ моль}}{92 \text{ кДж}} = \frac{6 \text{ моль}}{Q \text{ кДж}}$

Выразим и вычислим $Q$:

$Q = \frac{6 \text{ моль} \cdot 92 \text{ кДж}}{2 \text{ моль}} = 3 \cdot 92 \text{ кДж} = 276 \text{ кДж}$

Таким образом, на разложение 6 моль аммиака необходимо затратить 276 кДж теплоты. Этот вариант соответствует ответу 1).

Ответ: 276 кДж.

5.31. При взаимодействии $2 \text{ моль}$ натрия с хлором выделяется $819 \text{ кДж}$ теплоты. Масса натрия, прореагировавшего с хлором с выделением $40,95 \text{ кДж}$, составляет

1) $0,5 \text{ г}$

2) $23 \text{ г}$

3) $2,3 \text{ г}$

4) $4,6 \text{ г}$

Дано:

Количество вещества натрия в первой реакции: $n_1(\text{Na}) = 2 \text{ моль}$

Теплота, выделившаяся в первой реакции: $Q_1 = 819 \text{ кДж}$

Теплота, выделившаяся во второй реакции: $Q_2 = 40,95 \text{ кДж}$

Молярная масса натрия: $M(\text{Na}) = 23 \text{ г/моль}$

Найти:

Массу натрия, прореагировавшего во второй реакции: $m_2(\text{Na}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия натрия с хлором:

$2\text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{NaCl}$

2. Согласно условию задачи, при реакции 2 моль натрия выделяется 819 кДж теплоты. Это соответствует стехиометрическим коэффициентам в уравнении. Таким образом, термохимическое уравнение реакции имеет вид:

$2\text{Na} + \text{Cl}_2 = 2\text{NaCl} + 819 \text{ кДж}$

3. Из термохимического уравнения видно, что при реакции 2 моль натрия выделяется 819 кДж теплоты. Чтобы найти, какое количество вещества натрия ($n_2$) прореагировало с выделением 40,95 кДж теплоты, составим пропорцию:

$\frac{2 \text{ моль Na}}{819 \text{ кДж}} = \frac{n_2(\text{Na})}{40,95 \text{ кДж}}$

4. Решим пропорцию относительно $n_2(\text{Na})$:

$n_2(\text{Na}) = \frac{2 \text{ моль} \cdot 40,95 \text{ кДж}}{819 \text{ кДж}} = \frac{81,9}{819} \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

5. Теперь найдем массу 0,1 моль натрия ($m_2(\text{Na})$), используя формулу массы через количество вещества и молярную массу $m = n \cdot M$:

$m_2(\text{Na}) = 0,1 \text{ моль} \cdot 23 \text{ г/моль} = 2,3 \text{ г}$

Масса натрия, прореагировавшего с хлором с выделением 40,95 кДж теплоты, составляет 2,3 г. Это соответствует варианту ответа 3).

Ответ: 2,3 г.