Страница 100 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

8-38. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения веществ:

а) Оксид меди(II) $\to$ Медь $\to$ Хлорид меди $\to$ Медь;

б) Медь $\to$ Оксид меди(II) $\to$ Хлорид меди(II) $\to$ Медь;

в) Бром $\to$ Бромид алюминия $\to$ Бром $\to$ Бромоводород;

г) Алюминий $\to$ Бромид алюминия $\to$ Алюминий $\to$ Хлорид алюминия;

д) Иод $\to$ Иодид натрия $\to$ Иод $\to$ Иодид алюминия.

а) Оксид меди(II) → Медь → Хлорид меди → Медь

1. Чтобы получить медь из оксида меди(II), нужно провести реакцию восстановления. Это можно сделать, пропуская водород над нагретым оксидом меди(II):
$CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$

2. Для получения хлорида меди из меди, можно провести реакцию меди с хлором при нагревании. В результате образуется хлорид меди(II):
$Cu + Cl_2 \xrightarrow{t} CuCl_2$

3. Чтобы получить медь из хлорида меди(II), можно использовать реакцию замещения с более активным металлом, например, с железом или цинком:
$CuCl_2 + Fe \rightarrow FeCl_2 + Cu$

Ответ:
$CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$
$Cu + Cl_2 \xrightarrow{t} CuCl_2$
$CuCl_2 + Fe \rightarrow FeCl_2 + Cu$

б) Медь → Оксид меди(II) → Хлорид меди(II) → Медь

1. Для получения оксида меди(II) из меди, необходимо окислить медь, например, путем нагревания на воздухе (в кислороде):
$2Cu + O_2 \xrightarrow{t} 2CuO$

2. Оксид меди(II) является основным оксидом и реагирует с кислотами. Для получения хлорида меди(II) нужно провести реакцию с соляной кислотой:
$CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$

3. Получение меди из хлорида меди(II) осуществляется реакцией замещения с более активным металлом. Например, с алюминием:
$3CuCl_2 + 2Al \rightarrow 2AlCl_3 + 3Cu$

Ответ:
$2Cu + O_2 \xrightarrow{t} 2CuO$
$CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$
$3CuCl_2 + 2Al \rightarrow 2AlCl_3 + 3Cu$

в) Бром → Бромид алюминия → Бром → Бромоводород

1. Бромид алюминия можно получить прямой реакцией алюминия с бромом:
$2Al + 3Br_2 \rightarrow 2AlBr_3$

2. Чтобы получить бром из бромида алюминия, можно использовать более активный галоген, например, хлор, который вытеснит бром из его соли:
$2AlBr_3 + 3Cl_2 \rightarrow 2AlCl_3 + 3Br_2$

3. Бромоводород получают в реакции брома с водородом при нагревании и в присутствии катализатора (например, платины):
$H_2 + Br_2 \xrightarrow{t, Pt} 2HBr$

Ответ:
$2Al + 3Br_2 \rightarrow 2AlBr_3$
$2AlBr_3 + 3Cl_2 \rightarrow 2AlCl_3 + 3Br_2$
$H_2 + Br_2 \xrightarrow{t, Pt} 2HBr$

г) Алюминий → Бромид алюминия → Алюминий → Хлорид алюминия

1. Бромид алюминия получают в результате реакции алюминия с бромом:
$2Al + 3Br_2 \rightarrow 2AlBr_3$

2. Получить чистый алюминий из его соли (бромида алюминия) можно с помощью электролиза расплава этой соли:
$2AlBr_3 \xrightarrow{электролиз} 2Al + 3Br_2$

3. Хлорид алюминия можно получить реакцией алюминия с соляной кислотой или с газообразным хлором:
$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$

Ответ:
$2Al + 3Br_2 \rightarrow 2AlBr_3$
$2AlBr_3 \xrightarrow{электролиз} 2Al + 3Br_2$
$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$

д) Иод → Иодид натрия → Иод → Иодид алюминия

1. Иодид натрия можно получить прямой реакцией металлического натрия с иодом:
$2Na + I_2 \rightarrow 2NaI$

2. Чтобы получить иод из иодида натрия, нужно провести реакцию с более активным галогеном, например, с бромом или хлором:
$2NaI + Cl_2 \rightarrow 2NaCl + I_2$

3. Иодид алюминия получают в результате прямой реакции алюминия с иодом. Реакция протекает энергично, часто с добавлением капли воды в качестве катализатора:
$2Al + 3I_2 \xrightarrow{H_2O} 2AlI_3$

Ответ:
$2Na + I_2 \rightarrow 2NaI$
$2NaI + Cl_2 \rightarrow 2NaCl + I_2$
$2Al + 3I_2 \rightarrow 2AlI_3$

8-39. Даны вещества: фторид натрия, хлорид натрия, бромид натрия, иодид натрия. Из данного перечня выберите вещества, с которыми будет реагировать хлор, и напишите уравнения возможных реакций.

Дано:

Вещества: фторид натрия ($NaF$), хлорид натрия ($NaCl$), бромид натрия ($NaBr$), иодид натрия ($NaI$).

Реагент: хлор ($Cl_2$).

Найти:

Определить, с какими из данных веществ будет реагировать хлор, и написать уравнения возможных реакций.

Решение:

Для определения возможности протекания реакций замещения галогенов в солях необходимо руководствоваться правилом: более активный галоген (расположенный выше в VIIA группе периодической системы) вытесняет менее активный галоген (расположенный ниже) из его солей. Окислительная активность галогенов уменьшается в ряду:

$F_2 > Cl_2 > Br_2 > I_2$

Рассмотрим взаимодействие хлора ($Cl_2$) с каждым из предложенных галогенидов натрия.

1. Взаимодействие с фторидом натрия ($NaF$):

Хлор ($Cl$) менее активен, чем фтор ($F$). Следовательно, хлор не может вытеснить фтор из его соли. Реакция не протекает.

$Cl_2 + NaF \nrightarrow$

2. Взаимодействие с хлоридом натрия ($NaCl$):

Реакция не имеет смысла, так как хлор не может вытеснить сам себя из соли.

$Cl_2 + NaCl \nrightarrow$

3. Взаимодействие с бромидом натрия ($NaBr$):

Хлор ($Cl$) является более активным галогеном, чем бром ($Br$). Поэтому хлор вытесняет бром из раствора его соли, в результате чего образуется хлорид натрия и свободный бром.

Уравнение реакции: $Cl_2 + 2NaBr \rightarrow 2NaCl + Br_2$

4. Взаимодействие с иодидом натрия ($NaI$):

Хлор ($Cl$) также более активен, чем иод ($I$), и вытесняет его из раствора соли с образованием хлорида натрия и свободного иода.

Уравнение реакции: $Cl_2 + 2NaI \rightarrow 2NaCl + I_2$

Ответ:

Хлор будет реагировать с бромидом натрия и иодидом натрия. Уравнения реакций:

$Cl_2 + 2NaBr \rightarrow 2NaCl + Br_2$

$Cl_2 + 2NaI \rightarrow 2NaCl + I_2$

8-40. Даны вещества: фторид калия, хлорид калия, бромид калия, иодид калия. Из данного перечня выберите вещества, с которыми будет реагировать бром, и напишите уравнения возможных реакций.

Решение

Для определения возможности реакции между бромом и предложенными солями калия (фторидом, хлоридом, бромидом и иодидом) необходимо обратиться к ряду активности галогенов. В группе галогенов (17-я группа периодической системы) окислительная активность, то есть способность отнимать электроны, уменьшается сверху вниз:

$F_2 > Cl_2 > Br_2 > I_2$

Это означает, что более активный галоген, стоящий в ряду левее (и выше в группе), способен вытеснять менее активный галоген, стоящий правее (и ниже в группе), из растворов его солей (галидов).

Рассмотрим взаимодействие брома ($Br_2$) с каждой солью из перечня:

Фторид калия ($KF$) и хлорид калия ($KCl$). Бром является менее активным галогеном по сравнению с фтором и хлором. Поэтому бром не может вытеснить фторид-ионы ($F^-$) и хлорид-ионы ($Cl^-$) из их солей. Реакции не идут.
$Br_2 + KF \nrightarrow$
$Br_2 + KCl \nrightarrow$

Бромид калия ($KBr$). Бром не может реагировать с солью, содержащей одноименный бромид-ион ($Br^-$), так как не происходит химического превращения. Реакция не идет.

Иодид калия ($KI$). Бром является более активным галогеном, чем иод ($Br_2 > I_2$). Поэтому бром вытесняет иод из раствора иодида калия. Реакция протекает с образованием бромида калия и свободного иода.

Уравнение этой реакции:

$Br_2 + 2KI \rightarrow 2KBr + I_2$

Ответ: Из предложенного перечня веществ бром будет реагировать только с иодидом калия. Уравнение возможной реакции: $Br_2 + 2KI \rightarrow 2KBr + I_2$.

8-41. Напишите уравнения реакций получения хлора при взаимодействии соляной кислоты:

а) с оксидом марганца(IV);

б) с оксидом свинца(IV);

в) с перманганатом калия;

г) с дихроматом калия;

д) с хлоратом калия.

Найдите коэффициенты в уравнениях реакций методом электронного баланса.

Для получения хлора ($Cl_2$) при взаимодействии соляной кислоты ($HCl$) с различными окислителями, необходимо составить уравнения окислительно-восстановительных реакций и расставить коэффициенты методом электронного баланса. Во всех случаях соляная кислота является восстановителем за счет хлорид-иона ($Cl^{-1}$), который окисляется до молекулярного хлора ($Cl_2^0$).

а) с оксидом марганца(IV)

Решение:

Реакция соляной кислоты ($HCl$) с оксидом марганца(IV) ($MnO_2$). $MnO_2$ - окислитель, $HCl$ - восстановитель.

Схема реакции с указанием степеней окисления изменяющихся элементов:

$\stackrel{+4}{Mn}O_2 + H\stackrel{-1}{Cl} \rightarrow \stackrel{+2}{Mn}Cl_2 + \stackrel{0}{Cl}_2 + H_2O$

Составим электронный баланс:

$\stackrel{+4}{Mn} + 2e^- \rightarrow \stackrel{+2}{Mn} \quad | \times 1 \quad$ (восстановление, $MnO_2$ — окислитель)
$2\stackrel{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \stackrel{0}{Cl}_2 \quad | \times 1 \quad$ (окисление, $HCl$ — восстановитель)

Из баланса следует, что перед $MnO_2$, $MnCl_2$ и $Cl_2$ должен стоять коэффициент 1. Подставим их в уравнение:

$MnO_2 + HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + H_2O$

Теперь уравняем остальные атомы. Справа 4 атома хлора (2 в $MnCl_2$ и 2 в $Cl_2$), значит, слева необходимо 4 молекулы $HCl$.

$MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + H_2O$

Слева 4 атома водорода, значит, справа необходимо 2 молекулы воды ($H_2O$).

$MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$

Проверка по кислороду: слева 2 атома, справа 2 атома. Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $MnO_2 + 4HCl = MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$.

б) с оксидом свинца(IV)

Решение:

Реакция соляной кислоты ($HCl$) с оксидом свинца(IV) ($PbO_2$). $PbO_2$ - окислитель, $HCl$ - восстановитель.

Схема реакции с указанием степеней окисления:

$\stackrel{+4}{Pb}O_2 + H\stackrel{-1}{Cl} \rightarrow \stackrel{+2}{Pb}Cl_2 + \stackrel{0}{Cl}_2 + H_2O$

Составим электронный баланс:

$\stackrel{+4}{Pb} + 2e^- \rightarrow \stackrel{+2}{Pb} \quad | \times 1 \quad$ (восстановление, $PbO_2$ — окислитель)
$2\stackrel{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \stackrel{0}{Cl}_2 \quad | \times 1 \quad$ (окисление, $HCl$ — восстановитель)

Аналогично предыдущему пункту, коэффициенты перед $PbO_2$, $PbCl_2$ и $Cl_2$ равны 1.

$PbO_2 + HCl \rightarrow PbCl_2 + Cl_2 + H_2O$

Уравниваем хлор: справа 4 атома, значит, слева нужно 4 молекулы $HCl$.

$PbO_2 + 4HCl \rightarrow PbCl_2 + Cl_2 + H_2O$

Уравниваем водород: слева 4 атома, значит, справа нужно 2 молекулы $H_2O$.

$PbO_2 + 4HCl \rightarrow PbCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$

Проверка по кислороду: слева 2, справа 2. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $PbO_2 + 4HCl = PbCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$.

в) с перманганатом калия

Решение:

Реакция соляной кислоты ($HCl$) с перманганатом калия ($KMnO_4$). $KMnO_4$ - сильный окислитель, $HCl$ - восстановитель. В кислой среде марганец восстанавливается до $Mn^{+2}$.

Схема реакции:

$K\stackrel{+7}{Mn}O_4 + H\stackrel{-1}{Cl} \rightarrow \stackrel{+2}{Mn}Cl_2 + \stackrel{0}{Cl}_2 + KCl + H_2O$

Составим электронный баланс:

$\stackrel{+7}{Mn} + 5e^- \rightarrow \stackrel{+2}{Mn} \quad | \times 2 \quad$ (восстановление, $KMnO_4$ — окислитель)
$2\stackrel{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \stackrel{0}{Cl}_2 \quad | \times 5 \quad$ (окисление, $HCl$ — восстановитель)

Из баланса следует, что перед $KMnO_4$ и $MnCl_2$ ставим коэффициент 2, а перед $Cl_2$ — коэффициент 5.

$2KMnO_4 + HCl \rightarrow 2MnCl_2 + 5Cl_2 + KCl + H_2O$

Уравниваем калий: слева 2 атома, значит, справа перед $KCl$ ставим коэффициент 2.

$2KMnO_4 + HCl \rightarrow 2MnCl_2 + 5Cl_2 + 2KCl + H_2O$

Уравниваем хлор: справа $2 \times 2 + 5 \times 2 + 2 = 4 + 10 + 2 = 16$ атомов. Значит, слева нужно 16 молекул $HCl$.

$2KMnO_4 + 16HCl \rightarrow 2MnCl_2 + 5Cl_2 + 2KCl + H_2O$

Уравниваем водород: слева 16 атомов, значит, справа нужно 8 молекул $H_2O$.

$2KMnO_4 + 16HCl \rightarrow 2MnCl_2 + 5Cl_2 + 2KCl + 8H_2O$

Проверка по кислороду: слева $2 \times 4 = 8$ атомов, справа 8 атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2KMnO_4 + 16HCl = 2MnCl_2 + 5Cl_2 + 2KCl + 8H_2O$.

г) с дихроматом калия

Решение:

Реакция соляной кислоты ($HCl$) с дихроматом калия ($K_2Cr_2O_7$). $K_2Cr_2O_7$ - окислитель, $HCl$ - восстановитель. В кислой среде хром восстанавливается до $Cr^{+3}$.

Схема реакции:

$K_2\stackrel{+6}{Cr}_2O_7 + H\stackrel{-1}{Cl} \rightarrow \stackrel{+3}{Cr}Cl_3 + \stackrel{0}{Cl}_2 + KCl + H_2O$

Составим электронный баланс:

$2\stackrel{+6}{Cr} + 6e^- \rightarrow 2\stackrel{+3}{Cr} \quad | \times 1 \quad$ (восстановление, $K_2Cr_2O_7$ — окислитель)
$2\stackrel{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \stackrel{0}{Cl}_2 \quad | \times 3 \quad$ (окисление, $HCl$ — восстановитель)

Из баланса следует, что перед $K_2Cr_2O_7$ ставим коэффициент 1, перед $CrCl_3$ — 2, а перед $Cl_2$ — 3.

$K_2Cr_2O_7 + HCl \rightarrow 2CrCl_3 + 3Cl_2 + KCl + H_2O$

Уравниваем калий: слева 2 атома, значит, справа перед $KCl$ ставим коэффициент 2.

$K_2Cr_2O_7 + HCl \rightarrow 2CrCl_3 + 3Cl_2 + 2KCl + H_2O$

Уравниваем хлор: справа $2 \times 3 + 3 \times 2 + 2 = 6 + 6 + 2 = 14$ атомов. Значит, слева нужно 14 молекул $HCl$.

$K_2Cr_2O_7 + 14HCl \rightarrow 2CrCl_3 + 3Cl_2 + 2KCl + H_2O$

Уравниваем водород: слева 14 атомов, значит, справа нужно 7 молекул $H_2O$.

$K_2Cr_2O_7 + 14HCl \rightarrow 2CrCl_3 + 3Cl_2 + 2KCl + 7H_2O$

Проверка по кислороду: слева 7 атомов, справа 7 атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $K_2Cr_2O_7 + 14HCl = 2CrCl_3 + 3Cl_2 + 2KCl + 7H_2O$.

д) с хлоратом калия

Решение:

Реакция соляной кислоты ($HCl$) с хлоратом калия ($KClO_3$). В этой реакции $KClO_3$ является окислителем (за счет $Cl^{+5}$), а $HCl$ — восстановителем (за счет $Cl^{-1}$). Происходит реакция сопропорционирования, где хлор из разных степеней окисления переходит в одну.

Схема реакции:

$K\stackrel{+5}{Cl}O_3 + H\stackrel{-1}{Cl} \rightarrow \stackrel{0}{Cl}_2 + KCl + H_2O$

В этой реакции хлор ($Cl^{+5}$) из $KClO_3$ восстанавливается до хлорида ($Cl^{-1}$) в $KCl$, а хлор ($Cl^{-1}$) из $HCl$ окисляется до $Cl_2$.

Составим электронный баланс для этого процесса:

$\stackrel{+5}{Cl} + 6e^- \rightarrow \stackrel{-1}{Cl} \quad | \times 1 \quad$ (восстановление, $KClO_3$ — окислитель)
$2\stackrel{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \stackrel{0}{Cl}_2 \quad | \times 3 \quad$ (окисление, $HCl$ — восстановитель)

Из баланса следует, что перед $KClO_3$ и $KCl$ ставим коэффициент 1, а перед $Cl_2$ — 3.

$KClO_3 + HCl \rightarrow 3Cl_2 + KCl + H_2O$

Общее количество молекул $HCl$, участвующих в реакции, определяется суммой хлорид-ионов, пошедших на окисление и на образование соли $KCl$ (не изменивших степень окисления). Для образования $3$ молекул $Cl_2$ требуется $3 \times 2 = 6$ хлорид-ионов. Таким образом, перед $HCl$ ставим коэффициент 6.

$KClO_3 + 6HCl \rightarrow 3Cl_2 + KCl + H_2O$

Уравняем водород: слева 6 атомов, значит, справа нужно 3 молекулы $H_2O$.

$KClO_3 + 6HCl \rightarrow 3Cl_2 + KCl + 3H_2O$

Проверка по кислороду: слева 3 атома, справа 3 атома. Проверка по хлору: слева $1 + 6 = 7$ атомов, справа $3 \times 2 + 1 = 7$ атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $KClO_3 + 6HCl = KCl + 3Cl_2 + 3H_2O$.

8-42. Вычислите массу порошка железа, который необходимо сжечь в хлоре для получения 130 г хлорида железа(III). Рассчитайте массу и объем хлора (н.у.), который потребуется для получения такой порции продукта.

Дано:

$m(FeCl_3) = 130 \text{ г}$

Условия для хлора - нормальные (н.у.)

$m(FeCl_3) = 130 \text{ г} = 0.130 \text{ кг}$

Найти:

$m(Fe) - ?$

$m(Cl_2) - ?$

$V(Cl_2) - ?$

Решение:

Для удобства дальнейших расчетов будем использовать массу в граммах, так как молярные массы принято выражать в г/моль.

1. Составим уравнение реакции горения железа в хлоре. При взаимодействии железа с таким сильным окислителем, как хлор, образуется соль железа(III) - хлорид железа(III):

$2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в реакции, используя значения относительных атомных масс из Периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева ($Ar(Fe) \approx 56$; $Ar(Cl) \approx 35.5$):

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

Молярная масса хлора ($Cl_2$): $M(Cl_2) = 2 \times 35.5 = 71 \text{ г/моль}$.

Молярная масса хлорида железа(III) ($FeCl_3$): $M(FeCl_3) = M(Fe) + 3 \times M(Cl) = 56 + 3 \times 35.5 = 162.5 \text{ г/моль}$.

3. Найдем количество вещества (моль) хлорида железа(III) массой 130 г по формуле $n = m/M$:

$n(FeCl_3) = \frac{m(FeCl_3)}{M(FeCl_3)} = \frac{130 \text{ г}}{162.5 \text{ г/моль}} = 0.8 \text{ моль}$.

4. По уравнению реакции определим количество вещества железа и хлора, необходимых для получения 0.8 моль продукта. Стехиометрические коэффициенты в уравнении показывают мольные соотношения реагентов и продуктов:

$n(Fe) : n(Cl_2) : n(FeCl_3) = 2 : 3 : 2$

Из соотношения $n(Fe) : n(FeCl_3) = 2 : 2$, следует что $n(Fe) = n(FeCl_3) = 0.8 \text{ моль}$.

Из соотношения $n(Cl_2) : n(FeCl_3) = 3 : 2$, следует что $n(Cl_2) = \frac{3}{2} \times n(FeCl_3) = \frac{3}{2} \times 0.8 \text{ моль} = 1.2 \text{ моль}$.

5. Вычислим массу железа, необходимую для реакции, по формуле $m = n \times M$:

$m(Fe) = n(Fe) \times M(Fe) = 0.8 \text{ моль} \times 56 \text{ г/моль} = 44.8 \text{ г}$.

6. Аналогично вычислим массу хлора:

$m(Cl_2) = n(Cl_2) \times M(Cl_2) = 1.2 \text{ моль} \times 71 \text{ г/моль} = 85.2 \text{ г}$.

7. Рассчитаем объем хлора, который занимает 1.2 моль газа при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем любого газа при н.у. ($V_m$) составляет 22.4 л/моль. Используем формулу $V = n \times V_m$:

$V(Cl_2) = n(Cl_2) \times V_m = 1.2 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 26.88 \text{ л}$.

Ответ:

• масса порошка железа: $44.8 \text{ г}$;
• масса хлора: $85.2 \text{ г}$;
• объем хлора (н.у.): $26.88 \text{ л}$.

8-43. Вычислите массу хлорида сурьмы(III), который образуется при сгорании 61 г сурьмы. Рассчитайте массу и объем хлора, необходимого для реакции.

Дано:

$m(\text{Sb}) = 61 \text{ г}$

Перевод в СИ:

$m(\text{Sb}) = 0.061 \text{ кг}$

Найти:

$m(\text{SbCl}_3)$ — ?

$m(\text{Cl}_2)$ — ?

$V(\text{Cl}_2)$ (н.у.) — ?

Решение:

Сначала запишем уравнение химической реакции горения сурьмы в хлоре. Сурьма ($\text{Sb}$) реагирует с хлором ($\text{Cl}_2$) с образованием хлорида сурьмы(III) ($\text{SbCl}_3$). Сбалансируем уравнение:

$2\text{Sb} + 3\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{SbCl}_3$

Рассчитаем молярные массы веществ, используя округленные значения атомных масс из периодической таблицы: $Ar(\text{Sb}) \approx 122 \text{ а.е.м.}$, $Ar(\text{Cl}) \approx 35.5 \text{ а.е.м.}$

Молярная масса сурьмы: $M(\text{Sb}) = 122 \text{ г/моль}$.

Молярная масса хлора: $M(\text{Cl}_2) = 2 \times 35.5 = 71 \text{ г/моль}$.

Молярная масса хлорида сурьмы(III): $M(\text{SbCl}_3) = 122 + 3 \times 35.5 = 122 + 106.5 = 228.5 \text{ г/моль}$.

Найдем количество вещества (число молей) исходной сурьмы массой 61 г:

$n(\text{Sb}) = \frac{m(\text{Sb})}{M(\text{Sb})} = \frac{61 \text{ г}}{122 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

Теперь, используя стехиометрические коэффициенты из уравнения реакции, мы можем найти количества вещества продуктов и других реагентов.

Вычислите массу хлорида сурьмы(III), который образуется при сгорании 61 г сурьмы.

Согласно уравнению реакции, из 2 моль сурьмы образуется 2 моль хлорида сурьмы(III). Следовательно, их количества вещества соотносятся как 1:1.

$\frac{n(\text{SbCl}_3)}{n(\text{Sb})} = \frac{2}{2} = 1 \implies n(\text{SbCl}_3) = n(\text{Sb}) = 0.5 \text{ моль}$

Зная количество вещества хлорида сурьмы(III), найдем его массу:

$m(\text{SbCl}_3) = n(\text{SbCl}_3) \times M(\text{SbCl}_3) = 0.5 \text{ моль} \times 228.5 \text{ г/моль} = 114.25 \text{ г}$

Ответ: масса хлорида сурьмы(III) составляет 114,25 г.

Рассчитайте массу и объем хлора, необходимого для реакции.

Согласно уравнению реакции, на 2 моль сурьмы требуется 3 моль хлора.

$\frac{n(\text{Cl}_2)}{n(\text{Sb})} = \frac{3}{2} \implies n(\text{Cl}_2) = \frac{3}{2} \times n(\text{Sb}) = 1.5 \times 0.5 \text{ моль} = 0.75 \text{ моль}$

Найдем массу хлора, необходимую для реакции:

$m(\text{Cl}_2) = n(\text{Cl}_2) \times M(\text{Cl}_2) = 0.75 \text{ моль} \times 71 \text{ г/моль} = 53.25 \text{ г}$

Объем хлора рассчитаем для нормальных условий (н.у.), при которых молярный объем любого газа $V_m$ составляет 22,4 л/моль.

$V(\text{Cl}_2) = n(\text{Cl}_2) \times V_m = 0.75 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 16.8 \text{ л}$

Ответ: для реакции необходимо 53,25 г хлора, объем которого при нормальных условиях составляет 16,8 л.

8-44. Порцию оксида меди(II) обработали водородом. Образовавшуюся медь сожгли в хлоре, в результате чего образовалось 13,5 г хлорида. Вычислите массу исходного оксида меди(II).

Дано:

$m(CuCl_2) = 13,5 \text{ г}$

Найти:

$m(CuO)$ - ?

Решение:

В задаче описана следующая последовательность химических превращений:

1. Восстановление оксида меди(II) водородом с образованием меди:

$CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$

2. Сгорание полученной меди в хлоре с образованием хлорида меди(II):

$Cu + Cl_2 \xrightarrow{t} CuCl_2$

Для решения задачи будем проводить расчеты в обратном порядке, от конечного продукта к исходному веществу.

Сначала вычислим молярные массы веществ, участвующих в расчетах. Будем использовать округленные до десятых долей относительные атомные массы: $Ar(Cu) = 64 \text{ а.е.м.}$, $Ar(Cl) = 35,5 \text{ а.е.м.}$, $Ar(O) = 16 \text{ а.е.м.}$

Молярная масса хлорида меди(II) ($CuCl_2$):

$M(CuCl_2) = Ar(Cu) + 2 \times Ar(Cl) = 64 + 2 \times 35,5 = 135 \text{ г/моль}$

Молярная масса оксида меди(II) ($CuO$):

$M(CuO) = Ar(Cu) + Ar(O) = 64 + 16 = 80 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества (число молей) образовавшегося хлорида меди(II) по известной массе:

$n(CuCl_2) = \frac{m(CuCl_2)}{M(CuCl_2)} = \frac{13,5 \text{ г}}{135 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции (2), из 1 моль меди образуется 1 моль хлорида меди(II). Следовательно, количество вещества меди, вступившей в реакцию, равно количеству вещества образовавшегося хлорида меди(II):

$n(Cu) = n(CuCl_2) = 0,1 \text{ моль}$

Теперь рассмотрим реакцию (1). Вся медь, которая прореагировала с хлором, образовалась в результате восстановления оксида меди(II). Согласно уравнению реакции (1), из 1 моль оксида меди(II) образуется 1 моль меди. Значит, количество вещества исходного оксида меди(II) равно количеству вещества полученной меди:

$n(CuO) = n(Cu) = 0,1 \text{ моль}$

Наконец, зная количество вещества оксида меди(II), можем вычислить его массу:

$m(CuO) = n(CuO) \times M(CuO) = 0,1 \text{ моль} \times 80 \text{ г/моль} = 8 \text{ г}$

Ответ: масса исходного оксида меди(II) составляет 8 г.

8-45. Вычислите объемы хлора и водорода, необходимых для получения 25 л хлороводорода. [Объемы газов даются при одинаковых условиях.]

Дано:

$V(HCl) = 25 \text{ л}$

Объемы газов измерены при одинаковых условиях (T, P = const).

Найти:

$V(H_2)$ — ?

$V(Cl_2)$ — ?

Решение:

Для решения задачи составим уравнение химической реакции синтеза хлороводорода ($HCl$) из водорода ($H_2$) и хлора ($Cl_2$):

$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

Все вещества, участвующие в этой реакции, являются газами. Согласно условию, их объемы измерены при одинаковых температуре и давлении. Это позволяет применить закон объемных отношений Гей-Люссака. Этот закон гласит, что объемы газов, вступающих в реакцию и образующихся в ее результате, соотносятся между собой как простые целые числа, равные их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Из уравнения реакции видно, что стехиометрические коэффициенты для водорода, хлора и хлороводорода соотносятся как 1:1:2.

Следовательно, их объемы также будут находиться в этом соотношении:

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

По условию задачи, объем полученного хлороводорода $V(HCl)$ составляет 25 л. Используя это значение и выведенное соотношение, можно рассчитать объемы исходных газов.

Рассчитаем необходимый объем водорода ($V(H_2)$):

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

$V(H_2) = \frac{1}{2} \cdot V(HCl) = \frac{1}{2} \cdot 25 \text{ л} = 12,5 \text{ л}$

Рассчитаем необходимый объем хлора ($V(Cl_2)$):

$\frac{V(Cl_2)}{V(HCl)} = \frac{1}{2}$

$V(Cl_2) = \frac{1}{2} \cdot V(HCl) = \frac{1}{2} \cdot 25 \text{ л} = 12,5 \text{ л}$

Ответ: для получения 25 л хлороводорода необходимо 12,5 л хлора и 12,5 л водорода.

8-46. При сгорании в хлоре 12,8 г порошка некоторого металла образовалось 27 г хлорида, в котором данный металл двухвалентен. Порошок какого металла сожгли?

Дано:

$m(Me) = 12,8 \text{ г}$

$m(\text{хлорида}) = 27 \text{ г}$

Валентность металла = II

Найти:

Неизвестный металл (Me) - ?

Решение:

1. Так как металл двухвалентен, а хлор в хлоридах одновалентен, формула образовавшегося хлорида будет $MeCl_2$.

2. Запишем уравнение реакции горения металла в хлоре:

$Me + Cl_2 \rightarrow MeCl_2$

3. Согласно закону сохранения массы, масса прореагировавшего хлора равна разности масс образовавшегося хлорида и исходного металла:

$m(Cl_2) = m(MeCl_2) - m(Me) = 27 \text{ г} - 12,8 \text{ г} = 14,2 \text{ г}$

4. Найдем количество вещества (число молей) прореагировавшего хлора. Молярная масса хлора $Cl_2$ равна:

$M(Cl_2) = 2 \times 35,5 \text{ г/моль} = 71 \text{ г/моль}$

Количество вещества хлора:

$n(Cl_2) = \frac{m(Cl_2)}{M(Cl_2)} = \frac{14,2 \text{ г}}{71 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

5. По уравнению реакции, количества вещества металла и хлора соотносятся как 1:1.

$n(Me) = n(Cl_2) = 0,2 \text{ моль}$

6. Теперь, зная массу и количество вещества металла, можем найти его молярную массу:

$M(Me) = \frac{m(Me)}{n(Me)} = \frac{12,8 \text{ г}}{0,2 \text{ моль}} = 64 \text{ г/моль}$

7. Металл с относительной атомной массой, близкой к 64, и проявляющий валентность II — это медь (Cu).

Ответ: Сжгли порошок меди (Cu).

8-47. При сгорании в хлоре 224 г порошка некоторого металла образовалось 650 г хлорида, в котором данный металл трехвалентен. О каком металле идет речь?

Дано:

$m(\text{металла}) = 224 \text{ г}$

$m(\text{хлорида}) = 650 \text{ г}$

Валентность металла = III

Найти:

Неизвестный металл - ?

Решение:

Обозначим неизвестный металл символом Me. Так как по условию металл трехвалентен, формула его хлорида будет $\text{MeCl}_3$. Запишем уравнение реакции горения (взаимодействия) металла с хлором: $2\text{Me} + 3\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{MeCl}_3$

На основании закона сохранения массы веществ, масса прореагировавшего хлора равна разности масс образовавшегося хлорида металла и исходного металла: $m(\text{Cl}_2) = m(\text{MeCl}_3) - m(\text{Me})$ $m(\text{Cl}_2) = 650 \text{ г} - 224 \text{ г} = 426 \text{ г}$

Найдем количество вещества (число моль) прореагировавшего хлора. Для этого сначала вычислим молярную массу молекулярного хлора $\text{Cl}_2$, используя относительную атомную массу хлора $Ar(\text{Cl}) \approx 35.5$: $M(\text{Cl}_2) = 2 \times 35.5 \text{ г/моль} = 71 \text{ г/моль}$ Теперь вычислим количество вещества хлора: $n(\text{Cl}_2) = \frac{m(\text{Cl}_2)}{M(\text{Cl}_2)} = \frac{426 \text{ г}}{71 \text{ г/моль}} = 6 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, на 2 моль металла приходится 3 моль хлора. Используя эту стехиометрическую пропорцию, найдем количество вещества металла $n(\text{Me})$: $\frac{n(\text{Me})}{2} = \frac{n(\text{Cl}_2)}{3}$ Отсюда: $n(\text{Me}) = \frac{2 \times n(\text{Cl}_2)}{3} = \frac{2 \times 6 \text{ моль}}{3} = 4 \text{ моль}$

Зная массу исходного порошка металла (224 г) и его количество вещества (4 моль), мы можем определить молярную массу неизвестного металла $M(\text{Me})$: $M(\text{Me}) = \frac{m(\text{Me})}{n(\text{Me})} = \frac{224 \text{ г}}{4 \text{ моль}} = 56 \text{ г/моль}$

Обратившись к Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, находим элемент с атомной массой, близкой к 56, который способен проявлять валентность III. Таким элементом является железо (Fe), его относительная атомная масса равна 55.845. Железо образует соединения как с валентностью II, так и с валентностью III.

Ответ: неизвестный металл — это железо (Fe).

8-48. При пропускании хлора через раствор иодида калия образовалось 2,54 г иода. Вычислите массу иодида калия, находившегося в исходном растворе, а также массу и объем (н.у.) хлора, вступившего в реакцию.

Дано:

$m(I_2) = 2,54 \text{ г}$

Найти:

$m(KI) - ?$

$m(Cl_2) - ?$

$V(Cl_2)_{\text{н.у.}} - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия хлора с иодидом калия. Хлор, как более активный галоген, вытесняет иод из его соли (иодида калия):

$Cl_2 + 2KI \rightarrow 2KCl + I_2$

2. Найдем количество вещества (моль) образовавшегося иода. Для этого нам понадобится молярная масса иода $M(I_2)$. Атомная масса иода $A_r(I) \approx 127 \text{ а.е.м.}$

Молярная масса иода: $M(I_2) = 2 \times A_r(I) = 2 \times 127 = 254 \text{ г/моль}$.

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

$n(I_2) = \frac{m(I_2)}{M(I_2)} = \frac{2,54 \text{ г}}{254 \text{ г/моль}} = 0,01 \text{ моль}$.

3. По уравнению реакции определим количество вещества иодида калия и хлора, вступивших в реакцию. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, соотношение количеств веществ следующее:

$n(Cl_2) : n(KI) : n(I_2) = 1 : 2 : 1$

Отсюда находим количество вещества иодида калия:

$n(KI) = 2 \times n(I_2) = 2 \times 0,01 \text{ моль} = 0,02 \text{ моль}$

И количество вещества хлора:

$n(Cl_2) = n(I_2) = 0,01 \text{ моль}$

4. Вычислим массу иодида калия, находившегося в исходном растворе. Для этого нам понадобится молярная масса иодида калия $M(KI)$. Атомные массы: $A_r(K) \approx 39 \text{ а.е.м.}$, $A_r(I) \approx 127 \text{ а.е.м.}$

Молярная масса иодида калия: $M(KI) = A_r(K) + A_r(I) = 39 + 127 = 166 \text{ г/моль}$.

Масса иодида калия:

$m(KI) = n(KI) \times M(KI) = 0,02 \text{ моль} \times 166 \text{ г/моль} = 3,32 \text{ г}$.

5. Вычислим массу и объем хлора, вступившего в реакцию. Нам понадобятся молярная масса хлора $M(Cl_2)$ и молярный объем газа при нормальных условиях ($V_m = 22,4 \text{ л/моль}$). Атомная масса хлора $A_r(Cl) \approx 35,5 \text{ а.е.м.}$

Молярная масса хлора: $M(Cl_2) = 2 \times A_r(Cl) = 2 \times 35,5 = 71 \text{ г/моль}$.

Масса хлора:

$m(Cl_2) = n(Cl_2) \times M(Cl_2) = 0,01 \text{ моль} \times 71 \text{ г/моль} = 0,71 \text{ г}$.

Объем хлора (н.у.) рассчитывается по формуле $V = n \times V_m$:

$V(Cl_2) = n(Cl_2) \times V_m = 0,01 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 0,224 \text{ л}$.

Ответ: масса иодида калия, находившегося в исходном растворе, составляет 3,32 г; масса хлора, вступившего в реакцию, – 0,71 г, а его объем при нормальных условиях – 0,224 л.

8-49. При пропускании хлора через раствор бромида натрия образовалось 4 г брома. Вычислите массу бромида натрия в исходном растворе, а также массу и объем (н.у.) хлора, вступившего в реакцию.

Дано:

$m(Br_2) = 4 \text{ г}$
Условия: н.у. (нормальные условия)

Найти:

$m(NaBr) - ?$
$m(Cl_2) - ?$
$V(Cl_2) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции. Хлор является более активным галогеном, чем бром, поэтому он вытесняет бром из раствора его соли (бромида натрия): $$Cl_2 + 2NaBr \rightarrow 2NaCl + Br_2$$

2. Найдем количество вещества (моль) брома ($Br_2$), который образовался в ходе реакции. Для этого сначала вычислим его молярную массу.
Молярная масса брома $M(Br_2)$ равна: $$M(Br_2) = 2 \cdot A_r(Br) \approx 2 \cdot 80 \text{ г/моль} = 160 \text{ г/моль}$$ Теперь вычислим количество вещества брома: $$\nu(Br_2) = \frac{m(Br_2)}{M(Br_2)} = \frac{4 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0,025 \text{ моль}$$

3. Используя уравнение реакции, найдем количество вещества вступивших в реакцию хлора ($Cl_2$) и бромида натрия ($NaBr$). Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении, соотношение количеств веществ следующее: $$\nu(Cl_2) : \nu(NaBr) : \nu(Br_2) = 1 : 2 : 1$$ Отсюда следует, что количество вещества хлора равно количеству вещества брома: $$\nu(Cl_2) = \nu(Br_2) = 0,025 \text{ моль}$$ А количество вещества бромида натрия в два раза больше количества вещества брома: $$\nu(NaBr) = 2 \cdot \nu(Br_2) = 2 \cdot 0,025 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$$

4. Рассчитаем массу бромида натрия ($NaBr$), содержавшегося в исходном растворе.
Молярная масса бромида натрия $M(NaBr)$: $$M(NaBr) = A_r(Na) + A_r(Br) \approx 23 \text{ г/моль} + 80 \text{ г/моль} = 103 \text{ г/моль}$$ Масса бромида натрия: $$m(NaBr) = \nu(NaBr) \cdot M(NaBr) = 0,05 \text{ моль} \cdot 103 \text{ г/моль} = 5,15 \text{ г}$$

5. Рассчитаем массу хлора ($Cl_2$), вступившего в реакцию.
Молярная масса хлора $M(Cl_2)$: $$M(Cl_2) = 2 \cdot A_r(Cl) \approx 2 \cdot 35,5 \text{ г/моль} = 71 \text{ г/моль}$$ Масса хлора: $$m(Cl_2) = \nu(Cl_2) \cdot M(Cl_2) = 0,025 \text{ моль} \cdot 71 \text{ г/моль} = 1,775 \text{ г}$$

6. Рассчитаем объем хлора ($Cl_2$) при нормальных условиях (н.у.). При н.у. молярный объем любого газа ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.
Объем хлора: $$V(Cl_2) = \nu(Cl_2) \cdot V_m = 0,025 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 0,56 \text{ л}$$

Ответ: масса бромида натрия в исходном растворе равна 5,15 г, масса прореагировавшего хлора — 1,775 г, а его объем при нормальных условиях — 0,56 л.

8-50. Порошок алюминия массой 13,5 г добавили к порции брома массой 120 г. Вычислите массу образовавшегося бромида алюминия.

Дано:

масса алюминия, $m(Al) = 13,5 \text{ г}$
масса брома, $m(Br_2) = 120 \text{ г}$

Найти:

массу бромида алюминия, $m(AlBr_3)$

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции взаимодействия алюминия с бромом. Алюминий (Al) реагирует с бромом ($Br_2$) с образованием бромида алюминия ($AlBr_3$).

Сбалансированное уравнение реакции:

$2Al + 3Br_2 \rightarrow 2AlBr_3$

2. Вычислим молярные массы веществ, участвующих в реакции, используя значения атомных масс из Периодической таблицы Д.И. Менделеева (округлим до целых чисел для Al и до 80 для Br):

Молярная масса алюминия: $M(Al) = 27 \text{ г/моль}$

Молярная масса брома (молекула состоит из двух атомов): $M(Br_2) = 2 \cdot M(Br) = 2 \cdot 80 = 160 \text{ г/моль}$

Молярная масса бромида алюминия: $M(AlBr_3) = M(Al) + 3 \cdot M(Br) = 27 + 3 \cdot 80 = 267 \text{ г/моль}$

3. Рассчитаем количество вещества (число молей) для каждого из исходных реагентов по формуле $ \nu = \frac{m}{M} $.

Количество вещества алюминия:

$ \nu(Al) = \frac{m(Al)}{M(Al)} = \frac{13,5 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} = 0,5 \text{ моль} $

Количество вещества брома:

$ \nu(Br_2) = \frac{m(Br_2)}{M(Br_2)} = \frac{120 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0,75 \text{ моль} $

4. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент), чтобы вести дальнейший расчет по нему. Для этого сравним мольные отношения реагентов, которые даны в задаче, со стехиометрическими коэффициентами в уравнении реакции.

По уравнению реакции, на 2 моль Al требуется 3 моль $Br_2$. Найдем, сколько моль брома необходимо для реакции с 0,5 моль алюминия:

$ \nu_{\text{теор.}}(Br_2) = \nu(Al) \cdot \frac{3}{2} = 0,5 \text{ моль} \cdot \frac{3}{2} = 0,75 \text{ моль} $

По условию задачи у нас есть 0,75 моль брома. Поскольку теоретически необходимое количество брома равно имеющемуся, это означает, что реагенты даны в стехиометрическом соотношении. Оба вещества прореагируют полностью, без остатка.

5. Рассчитаем количество вещества образовавшегося бромида алюминия. Расчет можно вести по любому из исходных веществ. Возьмем алюминий. Согласно уравнению, из 2 моль Al образуется 2 моль $AlBr_3$. Следовательно, их количества вещества равны:

$ \nu(AlBr_3) = \nu(Al) = 0,5 \text{ моль} $

6. Вычислим массу образовавшегося бромида алюминия по формуле $ m = \nu \cdot M $:

$ m(AlBr_3) = \nu(AlBr_3) \cdot M(AlBr_3) = 0,5 \text{ моль} \cdot 267 \text{ г/моль} = 133,5 \text{ г} $

Также можно проверить результат по закону сохранения массы. Так как оба реагента прореагировали полностью, масса продукта равна сумме масс исходных веществ:

$ m(AlBr_3) = m(Al) + m(Br_2) = 13,5 \text{ г} + 120 \text{ г} = 133,5 \text{ г} $

Ответ: масса образовавшегося бромида алюминия равна 133,5 г.