Страница 102 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

8-63. Вычислите массу и объем (н.у.) хлороводорода, который можно получить из 117 г поваренной соли.

Дано:

$m(\text{NaCl}) = 117 \text{ г}$

Условия: н.у. (нормальные условия)

(Перевод в базовые единицы СИ, такие как килограммы и кубические метры, для данного типа химических задач не является обязательным, так как расчеты традиционно ведутся в граммах и литрах).

Найти:

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

$V(\text{HCl}) - ?$

Решение:

1. Для решения задачи необходимо составить уравнение химической реакции. Хлороводород ($\text{HCl}$) получают в лаборатории действием концентрированной серной кислоты ($\text{H}_2\text{SO}_4$) на поваренную соль (хлорид натрия, $\text{NaCl}$) при нагревании. Уравнение реакции, описывающее полный процесс, выглядит следующим образом:

$2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{SO}_4 \xrightarrow{t} \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{HCl}\uparrow$

2. Рассчитаем молярные массы исходного вещества ($\text{NaCl}$) и продукта ($\text{HCl}$), используя относительные атомные массы элементов из Периодической системы Д.И. Менделеева.

Молярная масса хлорида натрия: $M(\text{NaCl}) = A_r(\text{Na}) + A_r(\text{Cl}) \approx 23 + 35.5 = 58.5 \text{ г/моль}$.

Молярная масса хлороводорода: $M(\text{HCl}) = A_r(\text{H}) + A_r(\text{Cl}) \approx 1 + 35.5 = 36.5 \text{ г/моль}$.

3. Теперь найдем количество вещества (в молях) хлорида натрия, вступившего в реакцию, по формуле $\nu = m/M$:

$\nu(\text{NaCl}) = \frac{m(\text{NaCl})}{M(\text{NaCl})} = \frac{117 \text{ г}}{58.5 \text{ г/моль}} = 2 \text{ моль}$.

4. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, из 2 моль $\text{NaCl}$ образуется 2 моль $\text{HCl}$. Таким образом, количество вещества хлороводорода равно количеству вещества хлорида натрия:

$\frac{\nu(\text{NaCl})}{2} = \frac{\nu(\text{HCl})}{2} \implies \nu(\text{HCl}) = \nu(\text{NaCl}) = 2 \text{ моль}$.

5. Зная количество вещества хлороводорода, мы можем найти его массу и объем при нормальных условиях (н.у.).

Масса хлороводорода вычисляется по формуле $m = \nu \cdot M$:

$m(\text{HCl}) = \nu(\text{HCl}) \cdot M(\text{HCl}) = 2 \text{ моль} \cdot 36.5 \text{ г/моль} = 73 \text{ г}$.

Объем газообразного хлороводорода при нормальных условиях (температура 0°C, давление 1 атм) вычисляется с использованием молярного объема газов $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$ по формуле $V = \nu \cdot V_m$:

$V(\text{HCl}) = \nu(\text{HCl}) \cdot V_m = 2 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 44.8 \text{ л}$.

Ответ: из 117 г поваренной соли можно получить 73 г хлороводорода, который при нормальных условиях займет объем 44,8 л.

8-64. Порцию хлорида натрия массой 23,4 г обработали избытком концентрированной серной кислоты. Весь образовавшийся хлороводород растворили в 200 г воды. Вычислите концентрацию образовавшегося раствора соляной кислоты.

Дано:

Масса хлорида натрия $m(\text{NaCl}) = 23,4 \text{ г}$

Масса воды $m(\text{H}_2\text{O}) = 200 \text{ г}$

Серная кислота $ \text{H}_2\text{SO}_4 $ взята в избытке.

Найти:

Массовую долю соляной кислоты в растворе $\omega(\text{HCl}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции между хлоридом натрия и концентрированной серной кислотой. При взаимодействии твердых солей с концентрированной серной кислотой образуется газообразный хлороводород и кислая соль (гидросульфат натрия), так как кислота взята в избытке.

$ \text{NaCl} + \text{H}_2\text{SO}_4(\text{конц.}) \rightarrow \text{NaHSO}_4 + \text{HCl}\uparrow $

2. Рассчитаем количество вещества хлорида натрия ($ \text{NaCl} $), вступившего в реакцию. Для этого сначала определим его молярную массу.

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

Теперь найдем количество вещества:

$ n(\text{NaCl}) = \frac{m(\text{NaCl})}{M(\text{NaCl})} = \frac{23,4 \text{ г}}{58,5 \text{ г/моль}} = 0,4 \text{ моль} $

3. Согласно уравнению реакции, из 1 моль $ \text{NaCl} $ образуется 1 моль $ \text{HCl} $. Следовательно, количество вещества образовавшегося хлороводорода равно количеству вещества прореагировавшего хлорида натрия.

$ n(\text{HCl}) = n(\text{NaCl}) = 0,4 \text{ моль} $

4. Вычислим массу хлороводорода ($ \text{HCl} $), который выделился в ходе реакции. Сначала найдем его молярную массу.

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

Теперь рассчитаем массу $ \text{HCl} $:

$ m(\text{HCl}) = n(\text{HCl}) \cdot M(\text{HCl}) = 0,4 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} = 14,6 \text{ г} $

5. Весь полученный хлороводород растворили в воде, получив раствор соляной кислоты. Масса конечного раствора складывается из массы растворенного вещества ($ \text{HCl} $) и массы растворителя ($ \text{H}_2\text{O} $).

$ m(\text{раствора}) = m(\text{HCl}) + m(\text{H}_2\text{O}) = 14,6 \text{ г} + 200 \text{ г} = 214,6 \text{ г} $

6. Рассчитаем массовую долю (концентрацию) соляной кислоты в полученном растворе по формуле:

$ \omega(\text{HCl}) = \frac{m(\text{HCl})}{m(\text{раствора})} \cdot 100\% $

Подставим найденные значения:

$ \omega(\text{HCl}) = \frac{14,6 \text{ г}}{214,6 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 6,803\% $

Округлим результат до десятых долей процента.

Ответ: концентрация образовавшегося раствора соляной кислоты составляет 6,8%.

8-65. Вычислите массу оксида марганца(IV) и массу 30%-ного раствора соляной кислоты, которые потребуются для получения 56 л (н.у.) хлора.

Дано:

$V(\text{Cl}_2) = 56 \text{ л (н.у.)}$

$\omega(\text{HCl}) = 30\% = 0.3$

Найти:

$m(\text{MnO}_2) - ?$

$m(\text{р-ра HCl}) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции взаимодействия оксида марганца(IV) с соляной кислотой:

$\text{MnO}_2 + 4\text{HCl} \rightarrow \text{MnCl}_2 + \text{Cl}_2 \uparrow + 2\text{H}_2\text{O}$

2. Рассчитаем количество вещества (моль) выделившегося хлора. Поскольку газ находится при нормальных условиях (н.у.), для расчетов используем молярный объем газов $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$:

$\nu(\text{Cl}_2) = \frac{V(\text{Cl}_2)}{V_m} = \frac{56 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 2.5 \text{ моль}$

3. Используя уравнение реакции, найдем количество вещества реагентов — оксида марганца(IV) и соляной кислоты. Соотношение количеств веществ равно соотношению стехиометрических коэффициентов:

$\frac{\nu(\text{MnO}_2)}{1} = \frac{\nu(\text{Cl}_2)}{1} \implies \nu(\text{MnO}_2) = \nu(\text{Cl}_2) = 2.5 \text{ моль}$

$\frac{\nu(\text{HCl})}{4} = \frac{\nu(\text{Cl}_2)}{1} \implies \nu(\text{HCl}) = 4 \cdot \nu(\text{Cl}_2) = 4 \cdot 2.5 \text{ моль} = 10 \text{ моль}$

4. Вычислим молярные массы оксида марганца(IV) и хлороводорода, используя периодическую таблицу химических элементов:

$M(\text{MnO}_2) = Ar(\text{Mn}) + 2 \cdot Ar(\text{O}) = 55 + 2 \cdot 16 = 87 \text{ г/моль}$

$M(\text{HCl}) = Ar(\text{H}) + Ar(\text{Cl}) = 1 + 35.5 = 36.5 \text{ г/моль}$

5. Найдем массу оксида марганца(IV), необходимую для реакции:

$m(\text{MnO}_2) = \nu(\text{MnO}_2) \cdot M(\text{MnO}_2) = 2.5 \text{ моль} \cdot 87 \text{ г/моль} = 217.5 \text{ г}$

6. Рассчитаем массу чистого хлороводорода, который вступил в реакцию:

$m(\text{HCl}) = \nu(\text{HCl}) \cdot M(\text{HCl}) = 10 \text{ моль} \cdot 36.5 \text{ г/моль} = 365 \text{ г}$

7. Наконец, определим массу 30%-ного раствора соляной кислоты, который содержит 365 г чистого HCl. Массовая доля вещества в растворе вычисляется по формуле $\omega = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})}$, откуда:

$m(\text{р-ра HCl}) = \frac{m(\text{HCl})}{\omega(\text{HCl})} = \frac{365 \text{ г}}{0.3} \approx 1216.7 \text{ г}$

Ответ: масса оксида марганца(IV) равна 217.5 г; масса 30%-ного раствора соляной кислоты равна 1216.7 г.

8-66. Вычислите массу оксида свинца(IV) и массу 25%-ного раствора соляной кислоты, которые потребуются для получения 16,8 л (н.у.) хлора.

Дано:

$V(Cl_2) = 16,8$ л (н.у.)

$\omega(HCl) = 25\% = 0,25$

$V_m = 22,4$ л/моль

Найти:

$m(PbO_2)$ — ?

$m_{р-ра}(HCl)$ — ?

Решение:

1. Составим уравнение реакции взаимодействия оксида свинца(IV) с концентрированной соляной кислотой. В этой окислительно-восстановительной реакции свинец в степени окисления +4 является окислителем, а хлор в степени окисления -1 — восстановителем:

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

2. Найдем количество вещества (моль) хлора, полученного в результате реакции. Объем дан для нормальных условий (н.у.), поэтому используем молярный объем газов $V_m = 22,4$ л/моль.

$n(Cl_2) = \frac{V(Cl_2)}{V_m} = \frac{16,8 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,75 \text{ моль}$

3. Используя стехиометрические коэффициенты из уравнения реакции, найдем количество вещества реагентов — оксида свинца(IV) и соляной кислоты.

Согласно уравнению, на 1 моль образовавшегося хлора расходуется 1 моль оксида свинца(IV) и 4 моль соляной кислоты. Таким образом, соотношение количеств веществ:

$n(PbO_2) : n(HCl) : n(Cl_2) = 1 : 4 : 1$

Количество вещества оксида свинца(IV):

$n(PbO_2) = n(Cl_2) = 0,75 \text{ моль}$

Количество вещества соляной кислоты:

$n(HCl) = 4 \cdot n(Cl_2) = 4 \cdot 0,75 \text{ моль} = 3 \text{ моль}$

4. Вычислим массу необходимого оксида свинца(IV). Сначала найдем его молярную массу.

$M(PbO_2) = M(Pb) + 2 \cdot M(O) \approx 207 + 2 \cdot 16 = 239 \text{ г/моль}$

Теперь вычислим массу:

$m(PbO_2) = n(PbO_2) \cdot M(PbO_2) = 0,75 \text{ моль} \cdot 239 \text{ г/моль} = 179,25 \text{ г}$

5. Вычислим массу чистой соляной кислоты, а затем массу ее 25%-ного раствора.

Молярная масса соляной кислоты:

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

Масса чистой $HCl$:

$m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = 3 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} = 109,5 \text{ г}$

Масса раствора вычисляется по формуле массовой доли:

$m_{р-ра} = \frac{m_{вещества}}{\omega}$

Масса 25%-ного раствора соляной кислоты:

$m_{р-ра}(HCl) = \frac{m(HCl)}{\omega(HCl)} = \frac{109,5 \text{ г}}{0,25} = 438 \text{ г}$

Ответ: для получения 16,8 л хлора потребуется 179,25 г оксида свинца(IV) и 438 г 25%-ного раствора соляной кислоты.

8-67. К 378,1 г воды добавили 21,9 г кристаллогидрата хлорида кальция $CaCl_2 \cdot 6H_2O$. Вычислите массовую долю хлорида кальция в образовавшемся растворе.

8-67.

Дано:

Найти:

Решение:

Массовая доля вещества в растворе ($\omega$) вычисляется по формуле:

$\omega(\text{вещества}) = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})}$

Для решения задачи необходимо найти массу растворенного вещества (безводного хлорида кальция $CaCl_2$) и общую массу полученного раствора.

1. Найдем молярные массы хлорида кальция ($CaCl_2$) и его кристаллогидрата ($CaCl_2 \cdot 6H_2O$). Для расчетов используем относительные атомные массы элементов: $Ar(Ca) = 40$, $Ar(Cl) = 35,5$, $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$.

Молярная масса хлорида кальция:

$M(CaCl_2) = Ar(Ca) + 2 \cdot Ar(Cl) = 40 + 2 \cdot 35,5 = 111$ г/моль.

Молярная масса воды:

$M(H_2O) = 2 \cdot Ar(H) + Ar(O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18$ г/моль.

Молярная масса кристаллогидрата хлорида кальция:

$M(CaCl_2 \cdot 6H_2O) = M(CaCl_2) + 6 \cdot M(H_2O) = 111 + 6 \cdot 18 = 111 + 108 = 219$ г/моль.

2. Рассчитаем массу безводного хлорида кальция ($CaCl_2$), которая содержится в 21,9 г кристаллогидрата. Сначала найдем количество вещества ($n$) кристаллогидрата.

$n(CaCl_2 \cdot 6H_2O) = \frac{m(CaCl_2 \cdot 6H_2O)}{M(CaCl_2 \cdot 6H_2O)} = \frac{21,9 \text{ г}}{219 \text{ г/моль}} = 0,1$ моль.

В одной формульной единице кристаллогидрата $CaCl_2 \cdot 6H_2O$ содержится одна формульная единица $CaCl_2$. Следовательно, количество вещества безводной соли равно количеству вещества кристаллогидрата:

$n(CaCl_2) = n(CaCl_2 \cdot 6H_2O) = 0,1$ моль.

Теперь можем найти массу безводного хлорида кальция:

$m(CaCl_2) = n(CaCl_2) \cdot M(CaCl_2) = 0,1 \text{ моль} \cdot 111 \text{ г/моль} = 11,1$ г.

3. Вычислим общую массу образовавшегося раствора. При растворении кристаллогидрата в воде и сам кристаллогидрат, и вода, в которой его растворяют, образуют раствор. Поэтому масса раствора равна сумме масс исходной воды и добавленного кристаллогидрата.

$m(\text{раствора}) = m(H_2O) + m(CaCl_2 \cdot 6H_2O) = 378,1 \text{ г} + 21,9 \text{ г} = 400,0$ г.

4. Рассчитаем массовую долю хлорида кальция в полученном растворе.

$\omega(CaCl_2) = \frac{m(CaCl_2)}{m(\text{раствора})} = \frac{11,1 \text{ г}}{400,0 \text{ г}} = 0,02775$.

Для выражения результата в процентах, умножим полученное значение на 100%:

$\omega(CaCl_2) = 0,02775 \cdot 100\% = 2,775\%$.

Ответ: массовая доля хлорида кальция в образовавшемся растворе составляет 0,02775 или 2,775%.

8-68. К 179,7 г воды добавили 20,3 г кристаллогидрата хлорида магния $\text{MgCl}_2 \cdot \text{6H}_2\text{O}$. Вычислите массовую долю хлорида магния в растворе.

Дано:

$m(H_2O) = 179,7 \text{ г}$

$m(MgCl_2 \cdot 6H_2O) = 20,3 \text{ г}$

Перевод в систему СИ для данного расчета не требуется, так как массовая доля является безразмерной величиной, а массы даны в одинаковых единицах (граммах).

Найти:

$\omega(MgCl_2) - ?$

Решение:

1. Массовая доля растворенного вещества ($\omega$) в растворе определяется как отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора:

$\omega(MgCl_2) = \frac{m(MgCl_2)}{m(\text{раствора})}$

В данном случае растворенным веществом является безводный хлорид магния ($MgCl_2$).

2. Найдем массу безводного хлорида магния ($m(MgCl_2)$), которая содержится в 20,3 г кристаллогидрата $MgCl_2 \cdot 6H_2O$. Для этого нам понадобятся молярные массы.

Используем относительные атомные массы (округленные): $Ar(Mg) = 24$, $Ar(Cl) = 35,5$, $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$.

Молярная масса безводного хлорида магния ($MgCl_2$):

$M(MgCl_2) = 24 + 2 \cdot 35,5 = 95 \text{ г/моль}$

Молярная масса кристаллогидрата ($MgCl_2 \cdot 6H_2O$):

$M(MgCl_2 \cdot 6H_2O) = M(MgCl_2) + 6 \cdot M(H_2O) = 95 + 6 \cdot (2 \cdot 1 + 16) = 95 + 6 \cdot 18 = 95 + 108 = 203 \text{ г/моль}$

3. Теперь рассчитаем массу чистого $MgCl_2$ в 20,3 г кристаллогидрата. Можно найти ее через массовую долю $MgCl_2$ в кристаллогидрате или через количество вещества.

Найдем количество вещества кристаллогидрата:

$n(MgCl_2 \cdot 6H_2O) = \frac{m(MgCl_2 \cdot 6H_2O)}{M(MgCl_2 \cdot 6H_2O)} = \frac{20,3 \text{ г}}{203 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Из формулы кристаллогидрата следует, что $n(MgCl_2) = n(MgCl_2 \cdot 6H_2O) = 0,1 \text{ моль}$.

Масса безводного хлорида магния:

$m(MgCl_2) = n(MgCl_2) \cdot M(MgCl_2) = 0,1 \text{ моль} \cdot 95 \text{ г/моль} = 9,5 \text{ г}$

4. Рассчитаем общую массу полученного раствора. Масса раствора складывается из массы исходной воды и массы добавленного кристаллогидрата, так как вся его масса (и соль, и кристаллизационная вода) переходит в раствор.

$m(\text{раствора}) = m(H_2O) + m(MgCl_2 \cdot 6H_2O)$

$m(\text{раствора}) = 179,7 \text{ г} + 20,3 \text{ г} = 200,0 \text{ г}$

5. Подставим найденные значения в формулу для массовой доли:

$\omega(MgCl_2) = \frac{m(MgCl_2)}{m(\text{раствора})} = \frac{9,5 \text{ г}}{200,0 \text{ г}} = 0,0475$

Часто массовую долю выражают в процентах. Для этого результат умножают на 100%:

$\omega(MgCl_2) = 0,0475 \cdot 100\% = 4,75\%$

Ответ: массовая доля хлорида магния в растворе равна 0,0475 или 4,75%.

8-69. Навеску кристаллогидрата хлорида меди $CuCl_2 \cdot 2H_2O$ массой 51,3 г растворили в воде и добавили гидроксид натрия в стехиометрическом соотношении. Затем образовавшийся осадок отфильтровали и прокалили. Вычислите массу образовавшегося после прокаливания вещества.

Дано:

$m(CuCl_2 \cdot 2H_2O) = 51,3 \text{ г}$

Найти:

$m(\text{вещества после прокаливания}) - ?$

Решение:

1. Составим уравнения реакций, которые протекают в ходе описанных процессов.
При добавлении гидроксида натрия к раствору хлорида меди(II) происходит реакция обмена, в результате которой выпадает осадок гидроксида меди(II):

$CuCl_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

Образовавшийся осадок $Cu(OH)_2$ затем прокаливают. При нагревании гидроксид меди(II) разлагается на оксид меди(II) и воду:

$Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} CuO + H_2O$

Следовательно, искомое вещество, образовавшееся после прокаливания, – это оксид меди(II), $CuO$.

2. Рассчитаем молярную массу кристаллогидрата хлорида меди(II), $CuCl_2 \cdot 2H_2O$. Используем относительные атомные массы: $Ar(Cu) \approx 63,5$, $Ar(Cl) \approx 35,5$, $Ar(H) \approx 1$, $Ar(O) \approx 16$.

$M(CuCl_2 \cdot 2H_2O) = Ar(Cu) + 2 \cdot Ar(Cl) + 2 \cdot M(H_2O) = 63,5 + 2 \cdot 35,5 + 2 \cdot (2 \cdot 1 + 16) = 63,5 + 71 + 36 = 170,5 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число моль) $CuCl_2 \cdot 2H_2O$ в исходной навеске.

$n(CuCl_2 \cdot 2H_2O) = \frac{m(CuCl_2 \cdot 2H_2O)}{M(CuCl_2 \cdot 2H_2O)} = \frac{51,3 \text{ г}}{170,5 \text{ г/моль}} = 0,3 \text{ моль}$

4. Проследим стехиометрическую цепочку превращений меди.

При растворении из 1 моль $CuCl_2 \cdot 2H_2O$ образуется 1 моль $CuCl_2$.
Согласно первому уравнению реакции, из 1 моль $CuCl_2$ образуется 1 моль $Cu(OH)_2$.
Согласно второму уравнению, из 1 моль $Cu(OH)_2$ образуется 1 моль $CuO$.
Таким образом, количество вещества конечного продукта ($CuO$) равно количеству вещества исходного кристаллогидрата:

$n(CuO) = n(Cu(OH)_2) = n(CuCl_2) = n(CuCl_2 \cdot 2H_2O) = 0,3 \text{ моль}$

5. Рассчитаем молярную массу оксида меди(II), $CuO$.

$M(CuO) = Ar(Cu) + Ar(O) = 63,5 + 16 = 79,5 \text{ г/моль}$

6. Вычислим массу оксида меди(II), образовавшегося после прокаливания.

$m(CuO) = n(CuO) \cdot M(CuO) = 0,3 \text{ моль} \cdot 79,5 \text{ г/моль} = 23,85 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося после прокаливания вещества составляет 23,85 г.

8-70. Для нейтрализации 182,5 г 10%-ного раствора соляной кислоты использовали 60 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Оставшуюся соляную кислоту нейтрализовали гидроксидом калия. После выпаривания воды получили смесь хлоридов. Вычислите массовую долю каждой соли в этой смеси.

Дано:

$m_{\text{р-ра}}(HCl) = 182,5 \text{ г}$

$\omega(HCl) = 10\% = 0.1$

$m_{\text{р-ра}}(NaOH) = 60 \text{ г}$

$\omega(NaOH) = 20\% = 0.2$

Найти:

$\omega(NaCl)$ - ?

$\omega(KCl)$ - ?

Решение:

1. Определим массу и количество вещества соляной кислоты в исходном растворе.

Масса чистого $HCl$:

$m(HCl) = m_{\text{р-ра}}(HCl) \cdot \omega(HCl) = 182,5 \text{ г} \cdot 0,1 = 18,25 \text{ г}$

Молярная масса $HCl$ составляет $M(HCl) \approx 36,5 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $HCl$:

$n(HCl)_{\text{исх}} = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{18,25 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} = 0,5 \text{ моль}$

2. Определим массу и количество вещества гидроксида натрия в растворе.

Масса чистого $NaOH$:

$m(NaOH) = m_{\text{р-ра}}(NaOH) \cdot \omega(NaOH) = 60 \text{ г} \cdot 0,2 = 12 \text{ г}$

Молярная масса $NaOH$ составляет $M(NaOH) = 40 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $NaOH$:

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{12 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,3 \text{ моль}$

3. Запишем уравнение реакции между соляной кислотой и гидроксидом натрия:

$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

Из уравнения видно, что вещества реагируют в мольном соотношении 1:1. Сравним количество вещества реагентов: $n(HCl)_{\text{исх}} = 0,5 \text{ моль}$ и $n(NaOH) = 0,3 \text{ моль}$. Так как $n(HCl) > n(NaOH)$, соляная кислота находится в избытке, а гидроксид натрия прореагирует полностью. Дальнейшие расчеты по первой реакции ведем по $NaOH$.

4. Рассчитаем массу хлорида натрия ($NaCl$), образовавшегося в первой реакции.

Количество вещества $NaCl$ равно количеству вещества прореагировавшего $NaOH$:

$n(NaCl) = n(NaOH) = 0,3 \text{ моль}$

Молярная масса $NaCl$ составляет $M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5 \text{ г/моль}$.

Масса $NaCl$:

$m(NaCl) = n(NaCl) \cdot M(NaCl) = 0,3 \text{ моль} \cdot 58,5 \text{ г/моль} = 17,55 \text{ г}$

5. Найдем количество вещества соляной кислоты, оставшейся после первой реакции.

$n(HCl)_{\text{прореаг}} = n(NaOH) = 0,3 \text{ моль}$

$n(HCl)_{\text{ост}} = n(HCl)_{\text{исх}} - n(HCl)_{\text{прореаг}} = 0,5 \text{ моль} - 0,3 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

6. Эта оставшаяся кислота реагирует с гидроксидом калия ($KOH$).

$HCl + KOH \rightarrow KCl + H_2O$

7. Рассчитаем массу хлорида калия ($KCl$), образовавшегося во второй реакции.

По уравнению реакции, $n(KCl) = n(HCl)_{\text{ост}} = 0,2 \text{ моль}$.

Молярная масса $KCl$ составляет $M(KCl) = 39 + 35,5 = 74,5 \text{ г/моль}$.

Масса $KCl$:

$m(KCl) = n(KCl) \cdot M(KCl) = 0,2 \text{ моль} \cdot 74,5 \text{ г/моль} = 14,9 \text{ г}$

8. После выпаривания воды образуется смесь солей, состоящая из $NaCl$ и $KCl$. Найдем общую массу смеси.

$m_{\text{смеси}} = m(NaCl) + m(KCl) = 17,55 \text{ г} + 14,9 \text{ г} = 32,45 \text{ г}$

9. Вычислим массовые доли каждой соли в конечной смеси.

Массовая доля хлорида натрия:

$\omega(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{m_{\text{смеси}}} \cdot 100\% = \frac{17,55 \text{ г}}{32,45 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 54,08\%$

Массовая доля хлорида калия:

$\omega(KCl) = \frac{m(KCl)}{m_{\text{смеси}}} \cdot 100\% = \frac{14,9 \text{ г}}{32,45 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 45,92\%$

Ответ: массовая доля хлорида натрия в смеси составляет 54,08%, а массовая доля хлорида калия - 45,92%.

Контрольная работа по теме «Водород. Галогены»

Вариант 1

1. Вычислите массу 75%-ного раствора серной кислоты ($H_2SO_4$), при взаимодействии которого с хлоридом натрия ($NaCl$) образовался сульфат натрия ($Na_2SO_4$) и хлороводород ($HCl$), объем которого составил 2,24 л (н.у.).

2. Даны вещества: иодид калия ($KI$), хлор ($Cl_2$), магний ($Mg$), водород ($H_2$). Напишите уравнения возможных реакций между этими веществами, выбирая их попарно. Укажите условия осуществления реакций, составьте схемы электронного баланса.

3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения веществ:

Хлор ($Cl_2$) → Хлороводород ($HCl$) → Хлор ($Cl_2$) → Хлорид железа(III) ($FeCl_3$) → Хлорид серебра ($AgCl$).

Укажите типы реакций, в уравнениях окислительно-восстановительных реакций обозначьте степени окисления и переход электронов.

4. В трех колбах без этикеток находятся растворы хлорида натрия ($NaCl$), бромида натрия ($NaBr$) и соляная кислота ($HCl$). Как можно идентифицировать эти вещества? Ответ мотивируйте.

1. Дано:
$\omega(H_2SO_4) = 75\% = 0.75$
$V(HCl) = 2,24 \text{ л}$ (н.у.)

Найти:

$m_{р-ра}(H_2SO_4) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия концентрированной серной кислоты с хлоридом натрия (при нагревании):
$H_2SO_4 + 2NaCl \rightarrow Na_2SO_4 + 2HCl\uparrow$
2. Найдем количество вещества (моль) выделившегося хлороводорода. Так как объем дан при нормальных условиях (н.у.), используем молярный объем газов $V_m = 22,4$ л/моль:
$n(HCl) = \frac{V(HCl)}{V_m} = \frac{2,24 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,1 \text{ моль}$
3. По уравнению реакции найдем количество вещества серной кислоты, вступившей в реакцию. Соотношение количеств веществ $H_2SO_4$ и $HCl$ равно 1:2.
$n(H_2SO_4) = \frac{1}{2} n(HCl) = \frac{1}{2} \times 0,1 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$
4. Вычислим массу чистой серной кислоты. Молярная масса $H_2SO_4$ равна:
$M(H_2SO_4) = 2 \times 1 + 32 + 4 \times 16 = 98$ г/моль
$m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4) \times M(H_2SO_4) = 0,05 \text{ моль} \times 98 \text{ г/моль} = 4,9 \text{ г}$
5. Найдем массу 75%-го раствора серной кислоты, содержащего 4,9 г чистого вещества:
$m_{р-ра}(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{\omega(H_2SO_4)} = \frac{4,9 \text{ г}}{0,75} \approx 6,53 \text{ г}$

Ответ: масса 75%-го раствора серной кислоты составляет 6,53 г.

2. Даны вещества: иодид калия ($KI$), хлор ($Cl_2$), магний ($Mg$), водород ($H_2$).

1. Взаимодействие хлора с иодидом калия. Хлор как более активный галоген вытесняет иод из его соли. Реакция протекает в водном растворе при комнатной температуре.
$Cl_2 + 2KI \rightarrow 2KCl + I_2$
Схема электронного баланса:
$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^-$ | 1 (окислитель, восстановление)
$2I^- - 2e^- \rightarrow I_2^0$ | 1 (восстановитель, окисление)

2. Взаимодействие магния с хлором. Активный металл реагирует с активным неметаллом с образованием соли. Реакция протекает при небольшом нагревании.
$Mg + Cl_2 \xrightarrow{t} MgCl_2$
Схема электронного баланса:
$Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{+2}$ | 1 (восстановитель, окисление)
$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^-$ | 1 (окислитель, восстановление)

3. Взаимодействие водорода с хлором. Реакция протекает при облучении ультрафиолетовым светом (со взрывом) или при нагревании.
$H_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$
Схема электронного баланса:
$H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^+$ | 1 (восстановитель, окисление)
$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^-$ | 1 (окислитель, восстановление)

4. Взаимодействие магния с водородом. Активные металлы реагируют с водородом при высокой температуре и давлении с образованием гидридов.
$Mg + H_2 \xrightarrow{t, p} MgH_2$
Схема электронного баланса:
$Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{+2}$ | 1 (восстановитель, окисление)
$H_2^0 + 2e^- \rightarrow 2H^-$ | 1 (окислитель, восстановление)

Другие пары веществ (KI и Mg, KI и H_2) не реагируют друг с другом в обычных условиях.

Ответ:
$Cl_2 + 2KI \rightarrow 2KCl + I_2$
$Mg + Cl_2 \rightarrow MgCl_2$
$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$
$Mg + H_2 \rightarrow MgH_2$

3. Цепочка превращений: Хлор $\rightarrow$ Хлороводород $\rightarrow$ Хлор $\rightarrow$ Хлорид железа(III) $\rightarrow$ Хлорид серебра.

1. $Cl_2 \rightarrow HCl$
$H_2 + \overset{0}{Cl_2} \xrightarrow{h\nu} 2H\overset{-1}{Cl}$
Тип реакции: соединение, окислительно-восстановительная.
$\overset{0}{H_2} - 2e^- \rightarrow 2\overset{+1}{H}$ (окисление)
$\overset{0}{Cl_2} + 2e^- \rightarrow 2\overset{-1}{Cl}$ (восстановление)

2. $HCl \rightarrow Cl_2$
$4H\overset{-1}{Cl} + \overset{+4}{Mn}O_2 \xrightarrow{t} \overset{+2}{Mn}Cl_2 + \overset{0}{Cl_2}\uparrow + 2H_2O$
Тип реакции: замещение, окислительно-восстановительная.
$2\overset{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \overset{0}{Cl_2}$ (окисление)
$\overset{+4}{Mn} + 2e^- \rightarrow \overset{+2}{Mn}$ (восстановление)

3. $Cl_2 \rightarrow FeCl_3$
$2\overset{0}{Fe} + 3\overset{0}{Cl_2} \xrightarrow{t} 2\overset{+3}{Fe}\overset{-1}{Cl_3}$
Тип реакции: соединение, окислительно-восстановительная.
$\overset{0}{Fe} - 3e^- \rightarrow \overset{+3}{Fe}$ | 2 (окисление)
$\overset{0}{Cl_2} + 2e^- \rightarrow 2\overset{-1}{Cl}$ | 3 (восстановление)

4. $FeCl_3 \rightarrow AgCl$
$FeCl_3 + 3AgNO_3 \rightarrow 3AgCl\downarrow + Fe(NO_3)_3$
Тип реакции: обмен (ионный обмен). Реакция не является окислительно-восстановительной.

Ответ:
1. $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$
2. $4HCl + MnO_2 \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$
3. $2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$
4. $FeCl_3 + 3AgNO_3 \rightarrow 3AgCl\downarrow + Fe(NO_3)_3$

4. В трех колбах находятся растворы: хлорид натрия ($NaCl$), бромид натрия ($NaBr$) и соляная кислота ($HCl$). Для их идентификации можно провести следующие действия:

1. Определение соляной кислоты.
Соляная кислота, в отличие от растворов солей, имеет кислую среду из-за наличия ионов водорода $H^+$. Это можно доказать несколькими способами:
а) С помощью индикатора. Например, лакмус или метиловый оранжевый. В колбу с соляной кислотой добавляем каплю индикатора, он изменит свой цвет (лакмус станет красным, метилоранж – розовым). В двух других колбах с солями цвет индикатора не изменится (среда нейтральная).
б) С помощью реакции с активным металлом, например, цинком ($Zn$) или магнием ($Mg$). В пробирку с соляной кислотой добавим гранулу цинка, начнется выделение пузырьков газа (водорода).
$2HCl + Zn \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$
В растворах солей $NaCl$ и $NaBr$ реакции не будет.
Таким образом, колба, в которой наблюдается указанная реакция, содержит соляную кислоту.

2. Различение хлорида натрия и бромида натрия.
В две оставшиеся колбы необходимо добавить раствор нитрата серебра ($AgNO_3$). Это качественный реагент на галогенид-ионы ($Cl^-, Br^-, I^-$). В результате реакций образуются нерастворимые осадки, различающиеся по цвету:
а) В колбе с хлоридом натрия выпадет белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$):
$NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$
б) В колбе с бромидом натрия выпадет бледно-желтый (кремовый) осадок бромида серебра ($AgBr$):
$NaBr + AgNO_3 \rightarrow AgBr\downarrow + NaNO_3$
По цвету выпавшего осадка можно однозначно определить, в какой колбе какое вещество находилось.

Ответ: Сначала с помощью индикатора или активного металла определяется соляная кислота (изменение цвета индикатора или выделение водорода). Затем в оставшиеся два раствора добавляется нитрат серебра: с хлоридом натрия он дает белый осадок, с бромидом натрия - бледно-желтый.