Страница 27 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

2-26. В реакцию, протекающую по схеме:

$Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$,

вступил водород количеством вещества 4,5 моль. Рассчитайте количества веществ — продуктов реакции. Какое количество вещества $Fe_2O_3$ может прореагировать с указанным количеством вещества водорода? (Не забудьте поставить коэффициенты в уравнении реакции.)

Дано:

$n(H_2) = 4,5 \text{ моль}$

Найти:

$n(Fe) - ?$

$n(H_2O) - ?$

$n(Fe_2O_3) - ?$

Решение:

1. Первым шагом необходимо составить и уравнять уравнение химической реакции. Исходная схема:

$Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow Fe + H_2O$

Для соблюдения закона сохранения массы уравняем количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения, расставив стехиометрические коэффициенты.

• Слева 2 атома железа (Fe), значит, справа перед Fe ставим коэффициент 2.

  $Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow 2Fe + H_2O$

• Слева 3 атома кислорода (O), значит, справа перед водой $H_2O$ ставим коэффициент 3.

  $Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$

• Теперь справа 6 атомов водорода (H) ($3 \times 2$), значит, слева перед водородом $H_2$ ставим коэффициент 3.

  $Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$

Итоговое сбалансированное уравнение реакции:

$Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$

2. Уравнение показывает молярные соотношения реагентов и продуктов: 1 моль оксида железа(III) реагирует с 3 моль водорода, в результате чего образуется 2 моль железа и 3 моль воды. Соотношение количеств веществ ($n$) равно соотношению их коэффициентов в уравнении:

$\frac{n(Fe_2O_3)}{1} = \frac{n(H_2)}{3} = \frac{n(Fe)}{2} = \frac{n(H_2O)}{3}$

3. По условию задачи дано количество вещества водорода $n(H_2) = 4,5 \text{ моль}$. Используя это значение и пропорции из уравнения реакции, рассчитаем искомые величины.

Рассчитайте количества веществ — продуктов реакции.

Продуктами реакции являются железо (Fe) и вода ($H_2O$).

а) Рассчитаем количество вещества железа $n(Fe)$. Из пропорции $\frac{n(H_2)}{3} = \frac{n(Fe)}{2}$ выразим $n(Fe)$:

$n(Fe) = \frac{2 \times n(H_2)}{3} = \frac{2 \times 4,5 \text{ моль}}{3} = \frac{9}{3} \text{ моль} = 3 \text{ моль}$

б) Рассчитаем количество вещества воды $n(H_2O)$. Из пропорции $\frac{n(H_2)}{3} = \frac{n(H_2O)}{3}$ следует:

$n(H_2O) = n(H_2) = 4,5 \text{ моль}$

Ответ: количество вещества железа (Fe) равно 3 моль, количество вещества воды ($H_2O$) равно 4,5 моль.

Какое количество вещества Fe₂O₃ может прореагировать с указанным количеством вещества водорода?

Рассчитаем количество вещества оксида железа(III) $n(Fe_2O_3)$, необходимое для реакции. Из пропорции $\frac{n(Fe_2O_3)}{1} = \frac{n(H_2)}{3}$ выразим $n(Fe_2O_3)$:

$n(Fe_2O_3) = \frac{n(H_2)}{3} = \frac{4,5 \text{ моль}}{3} = 1,5 \text{ моль}$

Ответ: с 4,5 моль водорода может прореагировать 1,5 моль оксида железа(III) ($Fe_2O_3$).

2-27. В реакцию, протекающую по схеме

$Al + CuO \rightarrow Al_2O_3 + Cu,$

вступило 120 г оксида меди(II) CuO. Рассчитайте, какое количество вещества алюминия потребуется для этой реакции. Какое количество вещества меди и оксида алюминия образуется?

Дано:

$m(CuO) = 120 \text{ г}$

Найти:

$n(Al) - ?$

$n(Cu) - ?$

$n(Al_2O_3) - ?$

Решение:

1. Первым шагом необходимо составить и сбалансировать уравнение химической реакции. Исходная схема: $Al + CuO \rightarrow Al_2O_3 + Cu$.

Уравняем количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения:

Справа 2 атома алюминия ($Al_2O_3$), слева 1. Ставим коэффициент 2 перед $Al$.

$2Al + CuO \rightarrow Al_2O_3 + Cu$

Справа 3 атома кислорода ($Al_2O_3$), слева 1 ($CuO$). Ставим коэффициент 3 перед $CuO$.

$2Al + 3CuO \rightarrow Al_2O_3 + Cu$

Теперь слева 3 атома меди ($3CuO$), а справа 1. Ставим коэффициент 3 перед $Cu$.

Итоговое сбалансированное уравнение реакции имеет вид:

$2Al + 3CuO \rightarrow Al_2O_3 + 3Cu$

2. Рассчитаем количество вещества оксида меди(II), вступившего в реакцию. Для этого сначала определим его молярную массу. Используем округленные атомные массы: $Ar(Cu) \approx 64$ а.е.м., $Ar(O) \approx 16$ а.е.м.

$M(CuO) = Ar(Cu) + Ar(O) = 64 + 16 = 80$ г/моль.

Теперь найдем количество вещества ($n$) по формуле $n = m/M$:

$n(CuO) = \frac{m(CuO)}{M(CuO)} = \frac{120 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 1,5$ моль.

3. На основе сбалансированного уравнения реакции и известного количества вещества $CuO$ рассчитаем количества веществ других участников реакции.

Рассчитайте, какое количество вещества алюминия потребуется для этой реакции.

Из уравнения реакции видно, что на 3 моль $CuO$ требуется 2 моль $Al$. Соотношение их количеств веществ равно соотношению их стехиометрических коэффициентов:

$\frac{n(Al)}{2} = \frac{n(CuO)}{3}$

Выразим и рассчитаем количество вещества алюминия:

$n(Al) = \frac{2}{3} \times n(CuO) = \frac{2}{3} \times 1,5 \text{ моль} = 1$ моль.

Ответ: для реакции потребуется 1 моль алюминия.

Какое количество вещества меди и оксида алюминия образуется?

Аналогично, используя стехиометрические коэффициенты, найдем количества веществ продуктов реакции.

Для меди ($Cu$): из 3 моль $CuO$ образуется 3 моль $Cu$.

$\frac{n(Cu)}{3} = \frac{n(CuO)}{3} \implies n(Cu) = n(CuO) = 1,5$ моль.

Для оксида алюминия ($Al_2O_3$): из 3 моль $CuO$ образуется 1 моль $Al_2O_3$.

$\frac{n(Al_2O_3)}{1} = \frac{n(CuO)}{3}$

$n(Al_2O_3) = \frac{1}{3} \times n(CuO) = \frac{1}{3} \times 1,5 \text{ моль} = 0,5$ моль.

Ответ: в результате реакции образуется 1,5 моль меди и 0,5 моль оксида алюминия.

2-28. Найдите недостающие данные и заполните таблицу:

$2Al + 6HCl = 2AlCl_3 + 3H_2$

а

2Al: 6 моль, 6HCl: ? моль, $2AlCl_3$: ? моль, $3H_2$: ? моль

б

2Al: ? моль, 6HCl: 0,12 моль, $2AlCl_3$: ? моль, $3H_2$: ? моль

в

2Al: ? моль, 6HCl: ? моль, $2AlCl_3$: 0,36 моль, $3H_2$: ? моль

г

2Al: ? моль, 6HCl: ? моль, $2AlCl_3$: ? моль, $3H_2$: 5,1 моль

Для решения задачи воспользуемся уравнением реакции и стехиометрическими соотношениями количеств веществ.

Уравнение реакции: $2\text{Al} + 6\text{HCl} = 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2$.

Соотношение количеств веществ (в молях) равно соотношению стехиометрических коэффициентов:

$n(\text{Al}) : n(\text{HCl}) : n(\text{AlCl}_3) : n(\text{H}_2) = 2 : 6 : 2 : 3$.

Это соотношение можно записать в виде пропорции:

$\frac{n(\text{Al})}{2} = \frac{n(\text{HCl})}{6} = \frac{n(\text{AlCl}_3)}{2} = \frac{n(\text{H}_2)}{3}$

Используя эту пропорцию, рассчитаем недостающие данные для каждой строки таблицы.

Дано:

$n(\text{Al}) = 6 \text{ моль}$

Найти:

$n(\text{HCl}) - ?$, $n(\text{AlCl}_3) - ?$, $n(\text{H}_2) - ?$

Решение:

1. Найдем количество вещества соляной кислоты ($HCl$):

$\frac{n(\text{HCl})}{6} = \frac{n(\text{Al})}{2} \implies n(\text{HCl}) = \frac{6 \cdot n(\text{Al})}{2} = 3 \cdot n(\text{Al})$

$n(\text{HCl}) = 3 \cdot 6 \text{ моль} = 18 \text{ моль}$

2. Найдем количество вещества хлорида алюминия ($\text{AlCl}_3$):

$\frac{n(\text{AlCl}_3)}{2} = \frac{n(\text{Al})}{2} \implies n(\text{AlCl}_3) = n(\text{Al})$

$n(\text{AlCl}_3) = 6 \text{ моль}$

3. Найдем количество вещества водорода ($\text{H}_2$):

$\frac{n(\text{H}_2)}{3} = \frac{n(\text{Al})}{2} \implies n(\text{H}_2) = \frac{3 \cdot n(\text{Al})}{2} = 1.5 \cdot n(\text{Al})$

$n(\text{H}_2) = 1.5 \cdot 6 \text{ моль} = 9 \text{ моль}$

Ответ: $n(\text{HCl}) = 18 \text{ моль}$, $n(\text{AlCl}_3) = 6 \text{ моль}$, $n(\text{H}_2) = 9 \text{ моль}$.

Дано:

$n(\text{HCl}) = 0,12 \text{ моль}$

Найти:

$n(\text{Al}) - ?$, $n(\text{AlCl}_3) - ?$, $n(\text{H}_2) - ?$

Решение:

1. Найдем количество вещества алюминия ($Al$):

$\frac{n(\text{Al})}{2} = \frac{n(\text{HCl})}{6} \implies n(\text{Al}) = \frac{2 \cdot n(\text{HCl})}{6} = \frac{n(\text{HCl})}{3}$

$n(\text{Al}) = \frac{0,12 \text{ моль}}{3} = 0,04 \text{ моль}$

2. Найдем количество вещества хлорида алюминия ($\text{AlCl}_3$):

$\frac{n(\text{AlCl}_3)}{2} = \frac{n(\text{HCl})}{6} \implies n(\text{AlCl}_3) = \frac{2 \cdot n(\text{HCl})}{6} = \frac{n(\text{HCl})}{3}$

$n(\text{AlCl}_3) = \frac{0,12 \text{ моль}}{3} = 0,04 \text{ моль}$

3. Найдем количество вещества водорода ($\text{H}_2$):

$\frac{n(\text{H}_2)}{3} = \frac{n(\text{HCl})}{6} \implies n(\text{H}_2) = \frac{3 \cdot n(\text{HCl})}{6} = \frac{n(\text{HCl})}{2}$

$n(\text{H}_2) = \frac{0,12 \text{ моль}}{2} = 0,06 \text{ моль}$

Ответ: $n(\text{Al}) = 0,04 \text{ моль}$, $n(\text{AlCl}_3) = 0,04 \text{ моль}$, $n(\text{H}_2) = 0,06 \text{ моль}$.

Дано:

$n(\text{AlCl}_3) = 0,36 \text{ моль}$

Найти:

$n(\text{Al}) - ?$, $n(\text{HCl}) - ?$, $n(\text{H}_2) - ?$

Решение:

1. Найдем количество вещества алюминия ($Al$):

$\frac{n(\text{Al})}{2} = \frac{n(\text{AlCl}_3)}{2} \implies n(\text{Al}) = n(\text{AlCl}_3)$

$n(\text{Al}) = 0,36 \text{ моль}$

2. Найдем количество вещества соляной кислоты ($HCl$):

$\frac{n(\text{HCl})}{6} = \frac{n(\text{AlCl}_3)}{2} \implies n(\text{HCl}) = \frac{6 \cdot n(\text{AlCl}_3)}{2} = 3 \cdot n(\text{AlCl}_3)$

$n(\text{HCl}) = 3 \cdot 0,36 \text{ моль} = 1,08 \text{ моль}$

3. Найдем количество вещества водорода ($\text{H}_2$):

$\frac{n(\text{H}_2)}{3} = \frac{n(\text{AlCl}_3)}{2} \implies n(\text{H}_2) = \frac{3 \cdot n(\text{AlCl}_3)}{2} = 1.5 \cdot n(\text{AlCl}_3)$

$n(\text{H}_2) = 1.5 \cdot 0,36 \text{ моль} = 0,54 \text{ моль}$

Ответ: $n(\text{Al}) = 0,36 \text{ моль}$, $n(\text{HCl}) = 1,08 \text{ моль}$, $n(\text{H}_2) = 0,54 \text{ моль}$.

Дано:

$n(\text{H}_2) = 5,1 \text{ моль}$

Найти:

$n(\text{Al}) - ?$, $n(\text{HCl}) - ?$, $n(\text{AlCl}_3) - ?$

Решение:

1. Найдем количество вещества алюминия ($Al$):

$\frac{n(\text{Al})}{2} = \frac{n(\text{H}_2)}{3} \implies n(\text{Al}) = \frac{2 \cdot n(\text{H}_2)}{3}$

$n(\text{Al}) = \frac{2 \cdot 5,1 \text{ моль}}{3} = \frac{10,2}{3} \text{ моль} = 3,4 \text{ моль}$

2. Найдем количество вещества соляной кислоты ($HCl$):

$\frac{n(\text{HCl})}{6} = \frac{n(\text{H}_2)}{3} \implies n(\text{HCl}) = \frac{6 \cdot n(\text{H}_2)}{3} = 2 \cdot n(\text{H}_2)$

$n(\text{HCl}) = 2 \cdot 5,1 \text{ моль} = 10,2 \text{ моль}$

3. Найдем количество вещества хлорида алюминия ($\text{AlCl}_3$):

$\frac{n(\text{AlCl}_3)}{2} = \frac{n(\text{H}_2)}{3} \implies n(\text{AlCl}_3) = \frac{2 \cdot n(\text{H}_2)}{3}$

$n(\text{AlCl}_3) = \frac{2 \cdot 5,1 \text{ моль}}{3} = \frac{10,2}{3} \text{ моль} = 3,4 \text{ моль}$

Ответ: $n(\text{Al}) = 3,4 \text{ моль}$, $n(\text{HCl}) = 10,2 \text{ моль}$, $n(\text{AlCl}_3) = 3,4 \text{ моль}$.

2-29. Найдите недостающие данные и заполните таблицу:

$3\text{CaO} + 2\text{H}_3\text{PO}_4 = \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2 + 3\text{H}_2\text{O}$

Для решения задачи используется уравнение химической реакции:

$3CaO + 2H_3PO_4 = Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2O$

Коэффициенты в уравнении показывают соотношение количеств веществ (в молях), участвующих в реакции. Соотношение для данной реакции следующее:

$n(CaO) : n(H_3PO_4) : n(Ca_3(PO_4)_2) : n(H_2O) = 3 : 2 : 1 : 3$

Это соотношение можно записать в виде пропорции, которая будет использоваться для всех расчетов:

$ \frac{n(CaO)}{3} = \frac{n(H_3PO_4)}{2} = \frac{n(Ca_3(PO_4)_2)}{1} = \frac{n(H_2O)}{3} $

а

Дано:

$n(CaO) = 9$ моль

Найти:

$n(H_3PO_4)$ - ?, $n(Ca_3(PO_4)_2)$ - ?, $n(H_2O)$ - ?

Решение:

Используем стехиометрические соотношения. Сначала найдем значение общей части пропорции, подставив известное количество вещества $CaO$:

$ \frac{n(CaO)}{3} = \frac{9 \text{ моль}}{3} = 3 \text{ моль} $

Теперь, используя это значение, найдем количества остальных веществ:

1. Количество вещества ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$):

$ \frac{n(H_3PO_4)}{2} = 3 \text{ моль} \Rightarrow n(H_3PO_4) = 3 \cdot 2 = 6 \text{ моль} $

2. Количество вещества фосфата кальция ($Ca_3(PO_4)_2$):

$ \frac{n(Ca_3(PO_4)_2)}{1} = 3 \text{ моль} \Rightarrow n(Ca_3(PO_4)_2) = 3 \cdot 1 = 3 \text{ моль} $

3. Количество вещества воды ($H_2O$):

$ \frac{n(H_2O)}{3} = 3 \text{ моль} \Rightarrow n(H_2O) = 3 \cdot 3 = 9 \text{ моль} $

Ответ: $n(H_3PO_4) = 6$ моль, $n(Ca_3(PO_4)_2) = 3$ моль, $n(H_2O) = 9$ моль.

б

Дано:

$n(H_3PO_4) = 0,14$ моль

Найти:

$n(CaO)$ - ?, $n(Ca_3(PO_4)_2)$ - ?, $n(H_2O)$ - ?

Решение:

Найдем значение общей части пропорции, подставив известное количество вещества $H_3PO_4$:

$ \frac{n(H_3PO_4)}{2} = \frac{0,14 \text{ моль}}{2} = 0,07 \text{ моль} $

Теперь рассчитаем количества остальных веществ:

1. Количество вещества оксида кальция ($CaO$):

$ \frac{n(CaO)}{3} = 0,07 \text{ моль} \Rightarrow n(CaO) = 0,07 \cdot 3 = 0,21 \text{ моль} $

2. Количество вещества фосфата кальция ($Ca_3(PO_4)_2$):

$ \frac{n(Ca_3(PO_4)_2)}{1} = 0,07 \text{ моль} \Rightarrow n(Ca_3(PO_4)_2) = 0,07 \cdot 1 = 0,07 \text{ моль} $

3. Количество вещества воды ($H_2O$):

$ \frac{n(H_2O)}{3} = 0,07 \text{ моль} \Rightarrow n(H_2O) = 0,07 \cdot 3 = 0,21 \text{ моль} $

Ответ: $n(CaO) = 0,21$ моль, $n(Ca_3(PO_4)_2) = 0,07$ моль, $n(H_2O) = 0,21$ моль.

в

Дано:

$n(Ca_3(PO_4)_2) = 2,2$ моль

Найти:

$n(CaO)$ - ?, $n(H_3PO_4)$ - ?, $n(H_2O)$ - ?

Решение:

Найдем значение общей части пропорции, подставив известное количество вещества $Ca_3(PO_4)_2$:

$ \frac{n(Ca_3(PO_4)_2)}{1} = \frac{2,2 \text{ моль}}{1} = 2,2 \text{ моль} $

Теперь рассчитаем количества остальных веществ:

1. Количество вещества оксида кальция ($CaO$):

$ \frac{n(CaO)}{3} = 2,2 \text{ моль} \Rightarrow n(CaO) = 2,2 \cdot 3 = 6,6 \text{ моль} $

2. Количество вещества ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$):

$ \frac{n(H_3PO_4)}{2} = 2,2 \text{ моль} \Rightarrow n(H_3PO_4) = 2,2 \cdot 2 = 4,4 \text{ моль} $

3. Количество вещества воды ($H_2O$):

$ \frac{n(H_2O)}{3} = 2,2 \text{ моль} \Rightarrow n(H_2O) = 2,2 \cdot 3 = 6,6 \text{ моль} $

Ответ: $n(CaO) = 6,6$ моль, $n(H_3PO_4) = 4,4$ моль, $n(H_2O) = 6,6$ моль.

г

Дано:

$n(H_2O) = 15,9$ моль

Найти:

$n(CaO)$ - ?, $n(H_3PO_4)$ - ?, $n(Ca_3(PO_4)_2)$ - ?

Решение:

Найдем значение общей части пропорции, подставив известное количество вещества $H_2O$:

$ \frac{n(H_2O)}{3} = \frac{15,9 \text{ моль}}{3} = 5,3 \text{ моль} $

Теперь рассчитаем количества остальных веществ:

1. Количество вещества оксида кальция ($CaO$):

$ \frac{n(CaO)}{3} = 5,3 \text{ моль} \Rightarrow n(CaO) = 5,3 \cdot 3 = 15,9 \text{ моль} $

2. Количество вещества ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$):

$ \frac{n(H_3PO_4)}{2} = 5,3 \text{ моль} \Rightarrow n(H_3PO_4) = 5,3 \cdot 2 = 10,6 \text{ моль} $

3. Количество вещества фосфата кальция ($Ca_3(PO_4)_2$):

$ \frac{n(Ca_3(PO_4)_2)}{1} = 5,3 \text{ моль} \Rightarrow n(Ca_3(PO_4)_2) = 5,3 \cdot 1 = 5,3 \text{ моль} $

Ответ: $n(CaO) = 15,9$ моль, $n(H_3PO_4) = 10,6$ моль, $n(Ca_3(PO_4)_2) = 5,3$ моль.