Страница 28 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

2-30. Найдите недостающие данные и заполните таблицу:

$Al_2O_3 + 6HNO_3 = 2Al(NO_3)_3 + 3H_2O$

а
$Al_2O_3$: 0,8 моль
$6HNO_3$: ? моль
$2Al(NO_3)_3$: ? моль
$3H_2O$: ? моль

б
$Al_2O_3$: ? моль
$6HNO_3$: 18 моль
$2Al(NO_3)_3$: ? моль
$3H_2O$: ? моль

в
$Al_2O_3$: ? моль
$6HNO_3$: ? моль
$2Al(NO_3)_3$: 7,2 моль
$3H_2O$: ? моль

г
$Al_2O_3$: 0,24 моль
$6HNO_3$: ? моль
$2Al(NO_3)_3$: ? моль
$3H_2O$: ? моль

Для решения задачи используется уравнение химической реакции:

$Al_2O_3 + 6HNO_3 = 2Al(NO_3)_3 + 3H_2O$

Из данного уравнения видно, что стехиометрические коэффициенты, которые показывают мольные соотношения реагентов и продуктов, равны:

$n(Al_2O_3) : n(HNO_3) : n(Al(NO_3)_3) : n(H_2O) = 1 : 6 : 2 : 3$

Используя эти соотношения, можно рассчитать неизвестные количества веществ (в молях) для каждой строки таблицы.

а

Дано:

$n(Al_2O_3) = 0,8 \text{ моль}$

Найти:

$n(HNO_3)$, $n(Al(NO_3)_3)$, $n(H_2O)$

Решение:

За основу для расчетов берем количество оксида алюминия $n(Al_2O_3)$.

Количество азотной кислоты $n(HNO_3)$ в 6 раз больше количества оксида алюминия:

$n(HNO_3) = n(Al_2O_3) \cdot 6 = 0,8 \text{ моль} \cdot 6 = 4,8 \text{ моль}$

Количество нитрата алюминия $n(Al(NO_3)_3)$ в 2 раза больше количества оксида алюминия:

$n(Al(NO_3)_3) = n(Al_2O_3) \cdot 2 = 0,8 \text{ моль} \cdot 2 = 1,6 \text{ моль}$

Количество воды $n(H_2O)$ в 3 раза больше количества оксида алюминия:

$n(H_2O) = n(Al_2O_3) \cdot 3 = 0,8 \text{ моль} \cdot 3 = 2,4 \text{ моль}$

Ответ: $n(HNO_3) = 4,8 \text{ моль}$; $n(Al(NO_3)_3) = 1,6 \text{ моль}$; $n(H_2O) = 2,4 \text{ моль}$.

б

Дано:

$n(HNO_3) = 18 \text{ моль}$

Найти:

$n(Al_2O_3)$, $n(Al(NO_3)_3)$, $n(H_2O)$

Решение:

За основу для расчетов берем количество азотной кислоты $n(HNO_3)$.

Количество оксида алюминия $n(Al_2O_3)$ в 6 раз меньше количества азотной кислоты:

$n(Al_2O_3) = n(HNO_3) / 6 = 18 \text{ моль} / 6 = 3 \text{ моль}$

Соотношение $n(HNO_3) : n(Al(NO_3)_3) = 6 : 2 = 3 : 1$. Следовательно, количество нитрата алюминия в 3 раза меньше количества азотной кислоты:

$n(Al(NO_3)_3) = n(HNO_3) / 3 = 18 \text{ моль} / 3 = 6 \text{ моль}$

Соотношение $n(HNO_3) : n(H_2O) = 6 : 3 = 2 : 1$. Следовательно, количество воды в 2 раза меньше количества азотной кислоты:

$n(H_2O) = n(HNO_3) / 2 = 18 \text{ моль} / 2 = 9 \text{ моль}$

Ответ: $n(Al_2O_3) = 3 \text{ моль}$; $n(Al(NO_3)_3) = 6 \text{ моль}$; $n(H_2O) = 9 \text{ моль}$.

в

Дано:

$n(Al(NO_3)_3) = 7,2 \text{ моль}$

Найти:

$n(Al_2O_3)$, $n(HNO_3)$, $n(H_2O)$

Решение:

За основу для расчетов берем количество нитрата алюминия $n(Al(NO_3)_3)$.

Соотношение $n(Al_2O_3) : n(Al(NO_3)_3) = 1 : 2$. Следовательно, количество оксида алюминия в 2 раза меньше количества нитрата алюминия:

$n(Al_2O_3) = n(Al(NO_3)_3) / 2 = 7,2 \text{ моль} / 2 = 3,6 \text{ моль}$

Соотношение $n(HNO_3) : n(Al(NO_3)_3) = 6 : 2 = 3 : 1$. Следовательно, количество азотной кислоты в 3 раза больше количества нитрата алюминия:

$n(HNO_3) = n(Al(NO_3)_3) \cdot 3 = 7,2 \text{ моль} \cdot 3 = 21,6 \text{ моль}$

Соотношение $n(H_2O) : n(Al(NO_3)_3) = 3 : 2$. Следовательно, количество воды в 1,5 раза больше количества нитрата алюминия:

$n(H_2O) = n(Al(NO_3)_3) \cdot \frac{3}{2} = 7,2 \text{ моль} \cdot 1,5 = 10,8 \text{ моль}$

Ответ: $n(Al_2O_3) = 3,6 \text{ моль}$; $n(HNO_3) = 21,6 \text{ моль}$; $n(H_2O) = 10,8 \text{ моль}$.

г

Дано:

$n(Al_2O_3) = 0,24 \text{ моль}$

Найти:

$n(HNO_3)$, $n(Al(NO_3)_3)$, $n(H_2O)$

Решение:

За основу для расчетов берем количество оксида алюминия $n(Al_2O_3)$.

Количество азотной кислоты $n(HNO_3)$ в 6 раз больше количества оксида алюминия:

$n(HNO_3) = n(Al_2O_3) \cdot 6 = 0,24 \text{ моль} \cdot 6 = 1,44 \text{ моль}$

Количество нитрата алюминия $n(Al(NO_3)_3)$ в 2 раза больше количества оксида алюминия:

$n(Al(NO_3)_3) = n(Al_2O_3) \cdot 2 = 0,24 \text{ моль} \cdot 2 = 0,48 \text{ моль}$

Количество воды $n(H_2O)$ в 3 раза больше количества оксида алюминия:

$n(H_2O) = n(Al_2O_3) \cdot 3 = 0,24 \text{ моль} \cdot 3 = 0,72 \text{ моль}$

Ответ: $n(HNO_3) = 1,44 \text{ моль}$; $n(Al(NO_3)_3) = 0,48 \text{ моль}$; $n(H_2O) = 0,72 \text{ моль}$.

Итоговая заполненная таблица:

2-31. Вычислите массу оксида алюминия, который образуется при сгорании 135 г порошкообразного алюминия. Рассчитайте массу кислорода, который потребуется для этого.

Дано:

$m(Al) = 135$ г

Найти:

$m(Al_2O_3)$ — ?

$m(O_2)$ — ?

Решение:

Для удобства расчетов будем вести вычисления в граммах и молях, так как молярные массы в химии традиционно выражаются в г/моль.

1. Запишем уравнение реакции горения алюминия. Алюминий ($Al$) реагирует с кислородом ($O_2$) с образованием оксида алюминия ($Al_2O_3$). Сбалансируем химическое уравнение:

$4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в реакции, используя периодическую таблицу химических элементов.

Молярная масса алюминия ($Al$): $M(Al) \approx 27$ г/моль.

Молярная масса кислорода ($O_2$): $M(O_2) = 2 \times 16 = 32$ г/моль.

Молярная масса оксида алюминия ($Al_2O_3$): $M(Al_2O_3) = 2 \times 27 + 3 \times 16 = 54 + 48 = 102$ г/моль.

3. Найдем количество вещества (число молей) алюминия, вступившего в реакцию, по формуле $n = m/M$:

$n(Al) = \frac{m(Al)}{M(Al)} = \frac{135 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} = 5$ моль.

4. Используя уравнение реакции, определим количество вещества оксида алюминия ($Al_2O_3$) и кислорода ($O_2$). Из уравнения реакции видно, что соотношение молей реагентов и продуктов составляет: $n(Al) : n(O_2) : n(Al_2O_3) = 4 : 3 : 2$.

Вычислите массу оксида алюминия, который образуется при сгорании 135 г порошкообразного алюминия.

Найдем количество вещества оксида алюминия, исходя из стехиометрического соотношения:

$n(Al_2O_3) = \frac{2}{4} \times n(Al) = \frac{1}{2} \times 5 \text{ моль} = 2.5$ моль.

Теперь вычислим массу образовавшегося оксида алюминия по формуле $m = n \times M$:

$m(Al_2O_3) = n(Al_2O_3) \times M(Al_2O_3) = 2.5 \text{ моль} \times 102 \text{ г/моль} = 255$ г.

Ответ: масса оксида алюминия, который образуется, составляет 255 г.

Рассчитайте массу кислорода, который потребуется для этого.

Найдем количество вещества кислорода, необходимого для реакции, исходя из стехиометрического соотношения:

$n(O_2) = \frac{3}{4} \times n(Al) = \frac{3}{4} \times 5 \text{ моль} = 3.75$ моль.

Теперь вычислим массу кислорода:

$m(O_2) = n(O_2) \times M(O_2) = 3.75 \text{ моль} \times 32 \text{ г/моль} = 120$ г.

Для проверки можно использовать закон сохранения массы: масса реагентов должна быть равна массе продуктов. $m(Al) + m(O_2) = 135 \text{ г} + 120 \text{ г} = 255$ г. Масса продукта $m(Al_2O_3) = 255$ г. Расчеты верны.

Ответ: масса кислорода, который потребуется, составляет 120 г.

2-32. Какую массу меди надо взять, чтобы получить 16 г оксида меди(II)? Какая масса кислорода потребуется для этой реакции?

Дано:

Масса оксида меди(II) $m(\text{CuO}) = 16 \text{ г}$

Перевод в систему СИ (хотя для химических расчетов удобнее использовать граммы):

$m(\text{CuO}) = 0.016 \text{ кг}$

Найти:

Массу меди $m(\text{Cu}) - ?$

Массу кислорода $m(\text{O}_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции окисления меди кислородом с образованием оксида меди(II):

$2\text{Cu} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CuO}$

2. Рассчитаем молярные массы участвующих в реакции веществ, используя округленные значения относительных атомных масс из периодической таблицы химических элементов: $Ar(\text{Cu}) \approx 64$, $Ar(\text{O}) \approx 16$.

• Молярная масса меди: $M(\text{Cu}) = 64 \text{ г/моль}$
• Молярная масса кислорода: $M(\text{O}_2) = 2 \cdot Ar(\text{O}) = 2 \cdot 16 = 32 \text{ г/моль}$
• Молярная масса оксида меди(II): $M(\text{CuO}) = Ar(\text{Cu}) + Ar(\text{O}) = 64 + 16 = 80 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число молей) оксида меди(II), масса которого нам известна, по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(\text{CuO}) = \frac{m(\text{CuO})}{M(\text{CuO})} = \frac{16 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 0.2 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, стехиометрическое соотношение реагентов и продукта составляет:

$n(\text{Cu}) : n(\text{O}_2) : n(\text{CuO}) = 2 : 1 : 2$

Из этого соотношения видно, что количество вещества меди равно количеству вещества оксида меди(II), а количество вещества кислорода в два раза меньше.

$n(\text{Cu}) = n(\text{CuO}) = 0.2 \text{ моль}$

$n(\text{O}_2) = \frac{1}{2} n(\text{CuO}) = \frac{1}{2} \cdot 0.2 \text{ моль} = 0.1 \text{ моль}$

5. Зная количество вещества меди и кислорода, вычислим их массы по формуле $m = n \cdot M$:

Масса необходимой меди:

$m(\text{Cu}) = n(\text{Cu}) \cdot M(\text{Cu}) = 0.2 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 12.8 \text{ г}$

Масса необходимого кислорода:

$m(\text{O}_2) = n(\text{O}_2) \cdot M(\text{O}_2) = 0.1 \text{ моль} \cdot 32 \text{ г/моль} = 3.2 \text{ г}$

Для проверки можно воспользоваться законом сохранения массы: масса вступивших в реакцию веществ должна равняться массе образовавшихся веществ.

$m(\text{Cu}) + m(\text{O}_2) = 12.8 \text{ г} + 3.2 \text{ г} = 16 \text{ г}$, что равно заданной массе $m(\text{CuO})$.

Ответ: для получения 16 г оксида меди(II) необходимо взять 12.8 г меди, при этом потребуется 3.2 г кислорода.

2-33. Какую массу железа надо взять, чтобы получить 116 г железной окалины $Fe_3O_4$? Какая масса кислорода будет израсходована в этой реакции?

Дано:

$m(Fe_3O_4) = 116 \text{ г}$

Найти:

$m(Fe) - ?$

$m(O_2) - ?$

Решение:

1. Первым шагом запишем уравнение химической реакции образования железной окалины ($Fe_3O_4$) из железа и кислорода. Железная окалина образуется при горении железа в кислороде. Уравняем реакцию:

$3Fe + 2O_2 \rightarrow Fe_3O_4$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, используя относительные атомные массы из периодической таблицы химических элементов: $Ar(Fe) \approx 56$, $Ar(O) \approx 16$.

Молярная масса железа ($Fe$):

$M(Fe) = 56 \text{ г/моль}$

Молярная масса кислорода ($O_2$):

$M(O_2) = 2 \cdot 16 = 32 \text{ г/моль}$

Молярная масса железной окалины ($Fe_3O_4$):

$M(Fe_3O_4) = 3 \cdot M(Fe) + 4 \cdot M(O) = 3 \cdot 56 + 4 \cdot 16 = 168 + 64 = 232 \text{ г/моль}$

3. Теперь найдем количество вещества (число моль) железной окалины, масса которой дана в условии задачи:

$\nu(Fe_3O_4) = \frac{m(Fe_3O_4)}{M(Fe_3O_4)} = \frac{116 \text{ г}}{232 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

4. Используя стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции, определим количество вещества железа и кислорода, которые необходимы для получения 0.5 моль $Fe_3O_4$.

Согласно уравнению реакции $3Fe + 2O_2 \rightarrow Fe_3O_4$, соотношение количеств веществ следующее:

$\nu(Fe) : \nu(O_2) : \nu(Fe_3O_4) = 3 : 2 : 1$

Отсюда находим количество вещества железа:

$\nu(Fe) = 3 \cdot \nu(Fe_3O_4) = 3 \cdot 0.5 \text{ моль} = 1.5 \text{ моль}$

И количество вещества кислорода:

$\nu(O_2) = 2 \cdot \nu(Fe_3O_4) = 2 \cdot 0.5 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

5. Зная количество вещества, рассчитаем массу железа и кислорода.

Масса железа:

$m(Fe) = \nu(Fe) \cdot M(Fe) = 1.5 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 84 \text{ г}$

Масса кислорода:

$m(O_2) = \nu(O_2) \cdot M(O_2) = 1 \text{ моль} \cdot 32 \text{ г/моль} = 32 \text{ г}$

Для проверки можно сложить массы реагентов, чтобы убедиться, что выполняется закон сохранения массы:

$m(Fe) + m(O_2) = 84 \text{ г} + 32 \text{ г} = 116 \text{ г}$, что равно массе продукта $m(Fe_3O_4)$.

Ответ: для получения 116 г железной окалины надо взять 84 г железа; масса израсходованного кислорода составит 32 г.

2-34. Какую массу воды нужно подвергнуть разложению электрическим током, чтобы получить
а) 1,6 г кислорода;
б) 1,6 г водорода?

Для решения задачи необходимо использовать уравнение реакции разложения воды (электролиза). Это стехиометрическая задача, решаемая через нахождение количества вещества.

Уравнение реакции разложения воды электрическим током:

$$2H_2O \xrightarrow{\text{электрический ток}} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$$

Из уравнения видно, что из 2 моль воды образуется 2 моль водорода и 1 моль кислорода.

Рассчитаем молярные массы (M) необходимых веществ, используя относительные атомные массы: $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$.

• Молярная масса воды ($H_2O$): $M(H_2O) = 2 \cdot Ar(H) + Ar(O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$
• Молярная масса кислорода ($O_2$): $M(O_2) = 2 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 16 = 32 \text{ г/моль}$
• Молярная масса водорода ($H_2$): $M(H_2) = 2 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 1 = 2 \text{ г/моль}$

а)

Дано:

$m(O_2) = 1,6 \text{ г}$

Найти:

$m(H_2O) - ?$

Решение:

1. Найдем количество вещества (n) кислорода ($O_2$) массой 1,6 г по формуле $n = m/M$:

$$n(O_2) = \frac{m(O_2)}{M(O_2)} = \frac{1,6 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$$

2. Согласно уравнению реакции, количество вещества воды в 2 раза больше количества вещества кислорода:

$\frac{n(H_2O)}{2} = \frac{n(O_2)}{1}$

$n(H_2O) = 2 \cdot n(O_2) = 2 \cdot 0,05 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

3. Найдем массу воды, необходимую для реакции, по формуле $m = n \cdot M$:

$$m(H_2O) = n(H_2O) \cdot M(H_2O) = 0,1 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 1,8 \text{ г}$$

Ответ: чтобы получить 1,6 г кислорода, нужно подвергнуть разложению 1,8 г воды.

б)

Дано:

$m(H_2) = 1,6 \text{ г}$

Найти:

$m(H_2O) - ?$

Решение:

1. Найдем количество вещества (n) водорода ($H_2$) массой 1,6 г:

$$n(H_2) = \frac{m(H_2)}{M(H_2)} = \frac{1,6 \text{ г}}{2 \text{ г/моль}} = 0,8 \text{ моль}$$

2. Согласно уравнению реакции, количество вещества воды равно количеству вещества водорода:

$\frac{n(H_2O)}{2} = \frac{n(H_2)}{2} \implies n(H_2O) = n(H_2)$

$n(H_2O) = 0,8 \text{ моль}$

3. Найдем массу воды, необходимую для реакции:

$$m(H_2O) = n(H_2O) \cdot M(H_2O) = 0,8 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 14,4 \text{ г}$$

Ответ: чтобы получить 1,6 г водорода, нужно подвергнуть разложению 14,4 г воды.

2-35. Какова масса оксида лития, образовавшегося при взаимодействии 35 г лития с кислородом?

Дано:

$m(\text{Li}) = 35 \text{ г}$

Найти:

$m(\text{Li}_2\text{O}) - ?$

Решение:

Для решения задачи необходимо выполнить следующие шаги:

1. Составить уравнение химической реакции. При взаимодействии лития с кислородом (горение) образуется оксид лития:
$4\text{Li} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{Li}_2\text{O}$

2. Рассчитать молярные массы лития $(\text{Li})$ и оксида лития $(\text{Li}_2\text{O})$. Для этого используем относительные атомные массы элементов из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округленные до целых значений: $Ar(\text{Li}) \approx 7$; $Ar(\text{O}) \approx 16$.
Молярная масса лития:
$M(\text{Li}) = 7 \text{ г/моль}$
Молярная масса оксида лития:
$M(\text{Li}_2\text{O}) = 2 \cdot Ar(\text{Li}) + Ar(\text{O}) = 2 \cdot 7 + 16 = 30 \text{ г/моль}$

3. Найти количество вещества (число молей) лития, масса которого дана в условии, по формуле $n = \frac{m}{M}$:
$n(\text{Li}) = \frac{m(\text{Li})}{M(\text{Li})} = \frac{35 \text{ г}}{7 \text{ г/моль}} = 5 \text{ моль}$

4. Используя уравнение реакции, определить количество вещества оксида лития. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении, из 4 моль лития образуется 2 моль оксида лития. Составим пропорцию:
$\frac{n(\text{Li})}{4} = \frac{n(\text{Li}_2\text{O})}{2}$
Отсюда количество вещества оксида лития:
$n(\text{Li}_2\text{O}) = \frac{2 \cdot n(\text{Li})}{4} = \frac{1}{2} n(\text{Li}) = \frac{1}{2} \cdot 5 \text{ моль} = 2.5 \text{ моль}$

5. Рассчитать массу образовавшегося оксида лития, используя формулу $m = n \cdot M$:
$m(\text{Li}_2\text{O}) = n(\text{Li}_2\text{O}) \cdot M(\text{Li}_2\text{O}) = 2.5 \text{ моль} \cdot 30 \text{ г/моль} = 75 \text{ г}$

Ответ: масса оксида лития, образовавшегося при взаимодействии 35 г лития с кислородом, равна 75 г.

2-36. Вычислите объем кислорода (н.у.), который потребуется для сжигания порошка магния массой 6 г.

Дано:

Масса порошка магния $m(Mg) = 6$ г.

Условия: нормальные (н.у.)

Найти:

Объем кислорода $V(O_2)$ — ?

Решение:

1. Запишем сбалансированное уравнение химической реакции горения магния в кислороде. При сгорании магния ($Mg$) образуется оксид магния ($MgO$):

$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$

Из уравнения реакции следует, что 2 моль магния реагируют с 1 моль кислорода.

2. Вычислим количество вещества (моль) для 6 г магния. Молярная масса магния ($M(Mg)$) равна 24 г/моль.

Количество вещества $n$ находится по формуле:

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

Подставим наши значения:

$n(Mg) = \frac{6 \text{ г}}{24 \text{ г/моль}} = 0.25 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции определим, какое количество вещества кислорода необходимо для сжигания 0.25 моль магния. Согласно стехиометрическому соотношению (2:1), количество вещества кислорода будет в два раза меньше количества вещества магния.

$n(O_2) = \frac{n(Mg)}{2} = \frac{0.25 \text{ моль}}{2} = 0.125 \text{ моль}$

4. Найдем объем кислорода при нормальных условиях (н.у.). При н.у. молярный объем любого газа ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

Объем газа $V$ вычисляется по формуле:

$V = n \cdot V_m$

Рассчитаем объем для кислорода:

$V(O_2) = 0.125 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 2.8 \text{ л}$

Ответ: для сжигания 6 г порошка магния потребуется 2,8 л кислорода (н.у.).

2-37. При прокаливании 100 г карбоната кальция $\text{CaCO}_3$ образовалось 56 г оксида кальция $\text{CaO}$ и 22,4 л (н.у.) углекислого газа $\text{CO}_2$. Не противоречит ли это закону сохранения массы?

Дано:

Масса карбоната кальция: $m(CaCO_3) = 100 \text{ г}$
Масса оксида кальция: $m(CaO) = 56 \text{ г}$
Объем углекислого газа (н.у.): $V(CO_2) = 22,4 \text{ л}$

Найти:

Противоречит ли результат закону сохранения массы?

Решение:

Закон сохранения массы веществ гласит, что масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции. Чтобы проверить, выполняется ли этот закон в данном случае, необходимо сравнить массу исходного вещества (реагента) с суммарной массой продуктов реакции.

Уравнение реакции разложения карбоната кальция при прокаливании:
$CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2$

Масса реагента, карбоната кальция $CaCO_3$, дана в условии: $m(CaCO_3) = 100 \text{ г}$.

Продуктами реакции являются оксид кальция $CaO$ и углекислый газ $CO_2$. Масса оксида кальция также дана: $m(CaO) = 56 \text{ г}$.

Чтобы найти суммарную массу продуктов, нужно вычислить массу углекислого газа, зная его объем при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем любого газа при н.у. составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

1. Найдем количество вещества (моль) углекислого газа:
$\nu(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{22,4 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 1 \text{ моль}$

2. Рассчитаем молярную массу углекислого газа $CO_2$, используя относительные атомные массы элементов: $Ar(C) = 12$, $Ar(O) = 16$.
$M(CO_2) = Ar(C) + 2 \cdot Ar(O) = 12 + 2 \cdot 16 = 44 \text{ г/моль}$

3. Теперь найдем массу углекислого газа:
$m(CO_2) = \nu(CO_2) \cdot M(CO_2) = 1 \text{ моль} \cdot 44 \text{ г/моль} = 44 \text{ г}$

4. Сложим массы продуктов реакции, чтобы найти их общую массу:
$m(\text{продуктов}) = m(CaO) + m(CO_2) = 56 \text{ г} + 44 \text{ г} = 100 \text{ г}$

5. Сравним массу реагента с общей массой продуктов:
Масса реагента: $m(CaCO_3) = 100 \text{ г}$.
Масса продуктов: $m(\text{продуктов}) = 100 \text{ г}$.
$m(\text{реагента}) = m(\text{продуктов})$

Так как масса исходного вещества равна суммарной массе продуктов реакции, закон сохранения массы выполняется.

Ответ: Нет, это не противоречит закону сохранения массы, так как масса вступившего в реакцию вещества (100 г карбоната кальция) равна сумме масс образовавшихся продуктов (56 г оксида кальция + 44 г углекислого газа = 100 г).

2-38. Тепловой эффект реакции образования сульфида меди(II) CuS составляет 48,53 кДж/моль. Какое количество теплоты выделится при образовании 144 г сульфида меди(II)?

Дано:

$Q_{обр}(CuS) = 48,53$ кДж/моль

$m(CuS) = 144$ г

Найти:

$Q$ - ?

Решение:

Тепловой эффект реакции образования сульфида меди(II) из простых веществ показывает, какое количество теплоты выделяется при образовании 1 моля вещества. Термохимическое уравнение реакции имеет вид:

$Cu_{(тв)} + S_{(тв)} = CuS_{(тв)} + 48,53 \text{ кДж}$

Это означает, что при образовании 1 моль $CuS$ выделяется $48,53$ кДж теплоты.

Чтобы найти, какое количество теплоты выделится при образовании 144 г сульфида меди(II), необходимо сначала рассчитать количество вещества ($n$) в этой массе $CuS$.

1. Найдем молярную массу сульфида меди(II) ($M(CuS)$). Используем значения относительных атомных масс из периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, округленные до целых чисел для упрощения расчетов (что часто делается в школьных задачах):

$Ar(Cu) \approx 64$

$Ar(S) \approx 32$

$M(CuS) = Ar(Cu) + Ar(S) = 64 + 32 = 96$ г/моль.

2. Рассчитаем количество вещества $CuS$ в 144 г по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(CuS) = \frac{144 \text{ г}}{96 \text{ г/моль}} = 1,5$ моль.

3. Теперь, зная количество вещества, можно найти общее количество выделившейся теплоты ($Q$). Составим пропорцию:

При образовании 1 моль $CuS$ — выделяется $48,53$ кДж теплоты

При образовании 1,5 моль $CuS$ — выделяется $Q$ кДж теплоты

Отсюда:

$Q = n(CuS) \cdot Q_{обр}(CuS) = 1,5 \text{ моль} \cdot 48,53 \frac{\text{кДж}}{\text{моль}} = 72,795$ кДж.

Ответ: при образовании 144 г сульфида меди(II) выделится 72,795 кДж теплоты.

2-39. Тепловой эффект образования хлороводорода составляет 92,05 $ \text{кДж/моль} $. Вычислите количество теплоты, которое выделится при образовании 73 г хлороводорода:

2-39.

Дано:

Тепловой эффект образования хлороводорода, $Q_{обр}(\text{HCl}) = 92,05 \text{ кДж/моль}$

Масса образовавшегося хлороводорода, $m(\text{HCl}) = 73 \text{ г}$

Найти:

Количество выделившейся теплоты $Q$.

Решение:

Тепловой эффект образования вещества показывает, какое количество теплоты выделяется при образовании 1 моль этого вещества из простых веществ. Согласно условию, при образовании 1 моль хлороводорода ($HCl$) выделяется $92,05 \text{ кДж}$ теплоты.

1. Для начала вычислим молярную массу хлороводорода $M(HCl)$. Она равна сумме относительных атомных масс водорода ($H$) и хлора ($Cl$), выраженной в г/моль. Используем округленные значения из периодической таблицы химических элементов:

Атомная масса водорода $A_r(H) \approx 1$.

Атомная масса хлора $A_r(Cl) \approx 35,5$.

Следовательно, молярная масса $HCl$ равна:

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

2. Далее найдем количество вещества $n$ (число молей) хлороводорода в 73 граммах, используя формулу:

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

где $m$ — масса вещества, а $M$ — его молярная масса.

Подставляем известные значения:

$n(HCl) = \frac{73 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} = 2 \text{ моль}$.

3. Теперь, зная количество вещества, мы можем рассчитать общее количество теплоты $Q$, которое выделится. Для этого необходимо умножить количество вещества ($n$) на тепловой эффект образования ($Q_{обр}$):

$Q = n(HCl) \cdot Q_{обр}$

$Q = 2 \text{ моль} \cdot 92,05 \text{ кДж/моль} = 184,1 \text{ кДж}$.

Ответ: при образовании 73 г хлороводорода выделится 184,1 кДж теплоты.

2-40. Реакция получения хлороводорода протекает по уравнению:

$H_2 + Cl_2 = 2HCl + 184,1 \text{ кДж}$

Какое количество теплоты выделится, если в реакции будет участвовать 142 г хлора?

Дано:

Термохимическое уравнение реакции: $H_2 + Cl_2 = 2HCl + 184,1 \text{ кДж}$

Масса хлора: $m(Cl_2) = 142 \text{ г}$

Перевод в СИ:

Масса хлора: $m(Cl_2) = 142 \text{ г} = 0,142 \text{ кг}$

Выделившееся количество теплоты по уравнению: $Q_1 = 184,1 \text{ кДж} = 184100 \text{ Дж}$

Найти:

Количество теплоты $Q_2$ - ?

Решение:

Термохимическое уравнение $H_2 + Cl_2 = 2HCl + 184,1 \text{ кДж}$ показывает, что при реакции 1 моль газообразного хлора ($Cl_2$) с 1 моль газообразного водорода ($H_2$) выделяется 184,1 кДж теплоты.

1. Найдем молярную массу хлора ($Cl_2$). Атомная масса хлора (Cl) составляет примерно 35,5 г/моль.

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

2. Рассчитаем количество вещества (число молей) хлора в 142 г.

$\nu(Cl_2) = \frac{m(Cl_2)}{M(Cl_2)} = \frac{142 \text{ г}}{71 \text{ г/моль}} = 2 \text{ моль}$

3. Составим пропорцию для нахождения количества теплоты ($Q_2$), которое выделится при участии в реакции 2 моль хлора.

Из уравнения реакции следует:

при реакции 1 моль $Cl_2$ выделяется 184,1 кДж теплоты;

при реакции 2 моль $Cl_2$ выделяется $Q_2$ кДж теплоты.

$\frac{1 \text{ моль}}{2 \text{ моль}} = \frac{184,1 \text{ кДж}}{Q_2}$

4. Решим пропорцию относительно $Q_2$.

$Q_2 = \frac{2 \text{ моль} \times 184,1 \text{ кДж}}{1 \text{ моль}} = 368,2 \text{ кДж}$

Ответ: при участии в реакции 142 г хлора выделится 368,2 кДж теплоты.