Страница 56 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

5-16. В каком оксиде массовая доля кислорода больше:

а) $BaO$, $CO$, $ZnO$, $FeO$, $CuO$;

б) $Na_2O$, $CO_2$, $Fe_2O_3$, $N_2O_5$?

а)

Дано:

Ряд оксидов: BaO, CO, ZnO, FeO, CuO.

Относительные атомные массы: $Ar(Ba) = 137$, $Ar(C) = 12$, $Ar(Zn) = 65$, $Ar(Fe) = 56$, $Ar(Cu) = 64$, $Ar(O) = 16$.

Найти:

Оксид с наибольшей массовой долей кислорода $ \omega(O) $.

Решение:

Массовая доля элемента ($ \omega $) в веществе вычисляется по формуле:

$$ \omega(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)} \cdot 100\% $$

где $n$ — число атомов элемента в молекуле, $Ar(Э)$ — относительная атомная масса элемента, $Mr(вещества)$ — относительная молекулярная масса вещества.

Рассчитаем массовую долю кислорода для каждого оксида:

1. Для BaO:

$Mr(BaO) = Ar(Ba) + Ar(O) = 137 + 16 = 153$

$\omega(O) = \frac{Ar(O)}{Mr(BaO)} = \frac{16}{153} \approx 0,1046 \text{ или } 10,46\%$

2. Для CO:

$Mr(CO) = Ar(C) + Ar(O) = 12 + 16 = 28$

$\omega(O) = \frac{Ar(O)}{Mr(CO)} = \frac{16}{28} \approx 0,5714 \text{ или } 57,14\%$

3. Для ZnO:

$Mr(ZnO) = Ar(Zn) + Ar(O) = 65 + 16 = 81$

$\omega(O) = \frac{Ar(O)}{Mr(ZnO)} = \frac{16}{81} \approx 0,1975 \text{ или } 19,75\%$

4. Для FeO:

$Mr(FeO) = Ar(Fe) + Ar(O) = 56 + 16 = 72$

$\omega(O) = \frac{Ar(O)}{Mr(FeO)} = \frac{16}{72} \approx 0,2222 \text{ или } 22,22\%$

5. Для CuO:

$Mr(CuO) = Ar(Cu) + Ar(O) = 64 + 16 = 80$

$\omega(O) = \frac{Ar(O)}{Mr(CuO)} = \frac{16}{80} = 0,20 \text{ или } 20,00\%$

Сравнивая полученные значения: $57,14\% (\text{CO}) > 22,22\% (\text{FeO}) > 20,00\% (\text{CuO}) > 19,75\% (\text{ZnO}) > 10,46\% (\text{BaO})$.

Наибольшее значение массовой доли кислорода у оксида углерода(II).

Ответ: Наибольшая массовая доля кислорода в оксиде CO.

б)

Дано:

Ряд оксидов: Na₂O, CO₂, Fe₂O₃, N₂O₅.

Относительные атомные массы: $Ar(Na) = 23$, $Ar(C) = 12$, $Ar(Fe) = 56$, $Ar(N) = 14$, $Ar(O) = 16$.

Найти:

Оксид с наибольшей массовой долей кислорода $ \omega(O) $.

Решение:

Воспользуемся той же формулой для расчета массовой доли кислорода.

$$ \omega(O) = \frac{n(O) \cdot Ar(O)}{Mr(оксида)} \cdot 100\% $$

Рассчитаем массовую долю кислорода для каждого оксида:

1. Для Na₂O:

$Mr(Na_2O) = 2 \cdot Ar(Na) + Ar(O) = 2 \cdot 23 + 16 = 62$

$\omega(O) = \frac{1 \cdot Ar(O)}{Mr(Na_2O)} = \frac{16}{62} \approx 0,2581 \text{ или } 25,81\%$

2. Для CO₂:

$Mr(CO_2) = Ar(C) + 2 \cdot Ar(O) = 12 + 2 \cdot 16 = 44$

$\omega(O) = \frac{2 \cdot Ar(O)}{Mr(CO_2)} = \frac{32}{44} \approx 0,7273 \text{ или } 72,73\%$

3. Для Fe₂O₃:

$Mr(Fe_2O_3) = 2 \cdot Ar(Fe) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 160$

$\omega(O) = \frac{3 \cdot Ar(O)}{Mr(Fe_2O_3)} = \frac{48}{160} = 0,30 \text{ или } 30,00\%$

4. Для N₂O₅:

$Mr(N_2O_5) = 2 \cdot Ar(N) + 5 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 14 + 5 \cdot 16 = 108$

$\omega(O) = \frac{5 \cdot Ar(O)}{Mr(N_2O_5)} = \frac{80}{108} \approx 0,7407 \text{ или } 74,07\%$

Сравнивая полученные значения: $74,07\% (\text{N}_2\text{O}_5) > 72,73\% (\text{CO}_2) > 30,00\% (\text{Fe}_2\text{O}_3) > 25,81\% (\text{Na}_2\text{O})$.

Наибольшее значение массовой доли кислорода у оксида азота(V).

Ответ: Наибольшая массовая доля кислорода в оксиде N₂O₅.

5-17. Напишите уравнения реакций оксида магния

а) с азотной кислотой,

б) с оксидом серы(VI),

в) с оксидом фосфора(V).

а) с азотной кислотой

Оксид магния ($MgO$) является основным оксидом, который реагирует с кислотами. Азотная кислота ($HNO_3$) является сильной кислотой. В результате их взаимодействия происходит реакция нейтрализации, продуктами которой являются соль (нитрат магния) и вода. Чтобы уравнять реакцию, необходимо учесть, что ион магния имеет заряд +2, а нитрат-ион -1, поэтому на один ион магния приходится два нитрат-иона.

Уравнение реакции:

$MgO + 2HNO_3 \rightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2O$

Ответ: $MgO + 2HNO_3 \rightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2O$

б) с оксидом серы(VI)

Оксид магния ($MgO$) — основный оксид, а оксид серы(VI) ($SO_3$) — кислотный оксид (ангидрид серной кислоты). При взаимодействии основного оксида с кислотным образуется соль. В данном случае образуется сульфат магния. Это реакция соединения.

Уравнение реакции:

$MgO + SO_3 \rightarrow MgSO_4$

Ответ: $MgO + SO_3 \rightarrow MgSO_4$

в) с оксидом фосфора(V)

Оксид магния ($MgO$) — основный оксид, а оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) — кислотный оксид (ангидрид ортофосфорной кислоты). При их взаимодействии (обычно при сплавлении) образуется соль — фосфат магния. Для составления правильной формулы соли нужно учесть заряды ионов: $Mg^{2+}$ и $PO_4^{3-}$. Наименьшее общее кратное зарядов равно 6, поэтому формула соли — $Mg_3(PO_4)_2$.

Уравнение реакции:

$3MgO + P_2O_5 \rightarrow Mg_3(PO_4)_2$

Ответ: $3MgO + P_2O_5 \rightarrow Mg_3(PO_4)_2$

5-18. Напишите уравнения реакций оксида фосфора(V)

а) с гидроксидом кальция,

б) с оксидом натрия,

в) с оксидом бария.

Оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) является кислотным оксидом. Он вступает в реакции с основаниями и основными оксидами, образуя соли — фосфаты. В данных реакциях образуется ортофосфат, так как оксид фосфора(V) является ангидридом ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$).

а) с гидроксидом кальция

Реакция между кислотным оксидом фосфора(V) и основанием — гидроксидом кальция ($Ca(OH)_2$) — является реакцией нейтрализации. В результате образуется соль (фосфат кальция) и вода.

Уравнение реакции:

$P_2O_5 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2O$

Ответ: $P_2O_5 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2O$

б) с оксидом натрия

Реакция между кислотным оксидом фосфора(V) и основным оксидом натрия ($Na_2O$) является реакцией соединения, в результате которой образуется соль — фосфат натрия.

Уравнение реакции:

$P_2O_5 + 3Na_2O \rightarrow 2Na_3PO_4$

Ответ: $P_2O_5 + 3Na_2O \rightarrow 2Na_3PO_4$

в) с оксидом бария

Реакция между кислотным оксидом фосфора(V) и основным оксидом бария ($BaO$) также является реакцией соединения с образованием соли — фосфата бария.

Уравнение реакции:

$P_2O_5 + 3BaO \rightarrow Ba_3(PO_4)_2$

Ответ: $P_2O_5 + 3BaO \rightarrow Ba_3(PO_4)_2$

5-19. Из списка оксидов выберите те, которые реагируют с водой, и напишите уравнения реакций.

Оксид кальция ($CaO$), оксид серы(VI) ($SO_3$), оксид серебра ($Ag_2O$), оксид алюминия ($Al_2O_3$), оксид фосфора(V) ($P_2O_5$), оксид железа(II) ($FeO$).

Для того чтобы определить, какие из перечисленных оксидов реагируют с водой, необходимо проанализировать их химические свойства. С водой, как правило, реагируют оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (основные оксиды) и большинство кислотных оксидов. Амфотерные и многие основные оксиды переходных металлов в воде нерастворимы и с ней не реагируют.

Из предложенного списка с водой будут взаимодействовать оксид кальция ($CaO$), оксид серы(VI) ($SO_3$) и оксид фосфора(V) ($P_2O_5$).

Не будут реагировать с водой оксид серебра ($Ag_2O$), оксид алюминия ($Al_2O_3$) и оксид железа(II) ($FeO$), так как они практически нерастворимы в воде.

Ниже приведены уравнения реакций для взаимодействующих с водой оксидов.

Оксид кальция

Оксид кальция ($CaO$) является основным оксидом. Он активно реагирует с водой ($H_2O$), образуя соответствующее ему основание — гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$). Эта реакция называется гашением извести.

Уравнение реакции:

$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

Ответ: Оксид кальция реагирует с водой.

Оксид серы(VI)

Оксид серы(VI) ($SO_3$) — это типичный кислотный оксид. При его растворении в воде ($H_2O$) образуется сильная кислота — серная кислота ($H_2SO_4$).

Уравнение реакции:

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Ответ: Оксид серы(VI) реагирует с водой.

Оксид фосфора(V)

Оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) — это кислотный оксид. Он очень гигроскопичен и бурно реагирует с водой ($H_2O$), образуя ортофосфорную кислоту ($H_3PO_4$).

Уравнение реакции (необходимо расставить коэффициенты):

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

Ответ: Оксид фосфора(V) реагирует с водой.

5-20. Из списка оксидов выберите те, которые реагируют с водой, и напишите уравнения реакций.

Оксид углерода(IV), оксид азота(V), оксид натрия, оксид меди(II), оксид цинка, оксид кремния(IV).

С водой реагируют оксиды активных металлов (щелочных и щелочноземельных), которые образуют растворимые основания (щелочи), и большинство кислотных оксидов, которые образуют соответствующие кислоты. Оксиды меди(II), цинка и кремния(IV) с водой не взаимодействуют.

Из предложенного списка с водой реагируют следующие оксиды:

Оксид углерода(IV)

Оксид углерода(IV) ($CO_2$) является кислотным оксидом. При его растворении в воде образуется слабая, нестабильная угольная кислота ($H_2CO_3$). Реакция является обратимой.

$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$

Ответ: $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$

Оксид азота(V)

Оксид азота(V) ($N_2O_5$) — это типичный кислотный оксид, которому соответствует сильная азотная кислота ($HNO_3$). Реакция с водой протекает с образованием этой кислоты.

$N_2O_5 + H_2O \rightarrow 2HNO_3$

Ответ: $N_2O_5 + H_2O \rightarrow 2HNO_3$

Оксид натрия

Оксид натрия ($Na_2O$) — это основный оксид, образованный щелочным металлом. Он бурно реагирует с водой, образуя сильное основание — гидроксид натрия ($NaOH$), который является щелочью.

$Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH$

Ответ: $Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH$

5-21. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений веществ:

а) Кислород $\rightarrow$ Оксид кальция $\rightarrow$ Гидроксид кальция;

б) Водород $\rightarrow$ Вода $\rightarrow$ Ортофосфорная кислота;

в) Сера $\rightarrow$ Оксид серы(IV) $\rightarrow$ Сернистая кислота.

Решение

а) Кислород → Оксид кальция → Гидроксид кальция;

1. Первое превращение — получение оксида кальция из кислорода. Это можно осуществить путем реакции металлического кальция с кислородом при нагревании. Это реакция соединения.

$2Ca + O_2 \rightarrow 2CaO$

2. Второе превращение — получение гидроксида кальция из оксида кальция. Оксид кальция является основным оксидом, который бурно реагирует с водой, образуя соответствующее ему основание — гидроксид кальция (этот процесс называют гашением извести).

$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

Ответ: $2Ca + O_2 \rightarrow 2CaO$; $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$.

б) Водород → Вода → Ортофосфорная кислота;

1. Первое превращение — получение воды из водорода. Вода образуется в результате реакции горения водорода в кислороде. Это также реакция соединения.

$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

2. Второе превращение — получение ортофосфорной кислоты из воды. Ортофосфорная кислота образуется при взаимодействии её кислотного оксида (фосфорного ангидрида), оксида фосфора(V), с водой. Вода в данном случае является реагентом.

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

Ответ: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$; $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$.

в) Сера → Оксид серы(IV) → Сернистая кислота.

1. Первое превращение — получение оксида серы(IV) из серы. Для этого необходимо сжечь серу в кислороде. В результате образуется оксид серы(IV) (сернистый газ).

$S + O_2 \rightarrow SO_2$

2. Второе превращение — получение сернистой кислоты из оксида серы(IV). Оксид серы(IV) является кислотным оксидом. При его растворении в воде образуется соответствующая ему слабая, нестабильная сернистая кислота.

$SO_2 + H_2O \rightarrow H_2SO_3$

Ответ: $S + O_2 \rightarrow SO_2$; $SO_2 + H_2O \rightarrow H_2SO_3$.

5-22. С какими из перечисленных веществ будет взаимодействовать оксид меди(II): вода, оксид азота(V), соляная кислота, оксид бария, серная кислота, гидроксид натрия? Запишите уравнения возможных реакций.

Оксид меди(II) ($CuO$) является оксидом металла, проявляющим преимущественно основные свойства. Основные оксиды реагируют с кислотами и кислотными оксидами. Они, как правило, не вступают в реакцию с водой (за исключением оксидов щелочных и щелочноземельных металлов), основаниями и другими основными оксидами. Рассмотрим взаимодействие оксида меди(II) с каждым из предложенных веществ.

вода

Оксид меди(II) нерастворим в воде и не реагирует с ней. Соответствующий ему гидроксид, $Cu(OH)_2$, является нерастворимым основанием и не может быть получен прямой реакцией оксида с водой.

Ответ: взаимодействие не происходит.

оксид азота(V)

Оксид азота(V) ($N_2O_5$) — это кислотный оксид, который соответствует азотной кислоте ($HNO_3$). Основный оксид $CuO$ реагирует с кислотным оксидом $N_2O_5$ с образованием соли — нитрата меди(II). Уравнение реакции: $CuO + N_2O_5 \rightarrow Cu(NO_3)_2$.

Ответ: оксид меди(II) реагирует с оксидом азота(V).

соляная кислота

Соляная кислота ($HCl$) является сильной кислотой. Оксид меди(II) как основный оксид вступает в реакцию с кислотой с образованием соли и воды (реакция нейтрализации). В результате реакции образуются хлорид меди(II) и вода. Уравнение реакции: $CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$.

Ответ: оксид меди(II) реагирует с соляной кислотой.

оксид бария

Оксид бария ($BaO$) также является основным оксидом. Оксиды с одинаковыми химическими свойствами (в данном случае, два основных оксида) друг с другом не взаимодействуют.

Ответ: взаимодействие не происходит.

серная кислота

Серная кислота ($H_2SO_4$) — сильная кислота. Оксид меди(II) реагирует с ней по тому же принципу, что и с соляной кислотой: основный оксид + кислота → соль + вода. Продуктами реакции являются сульфат меди(II) и вода. Уравнение реакции: $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$.

Ответ: оксид меди(II) реагирует с серной кислотой.

гидроксид натрия

Гидроксид натрия ($NaOH$) — это сильное основание (щёлочь). Оксид меди(II) является основным оксидом и не проявляет амфотерных свойств в обычных условиях, поэтому он не реагирует с основаниями.

Ответ: взаимодействие не происходит.

Таким образом, оксид меди(II) будет взаимодействовать с оксидом азота(V), соляной кислотой и серной кислотой.

5-23. С какими из перечисленных веществ будет взаимодействовать оксид углерода(IV): вода, гидроксид калия, соляная кислота, оксид магния, оксид серы(IV), азотная кислота? Запишите уравнения возможных реакций.

Оксид углерода(IV), химическая формула которого $CO_2$, является кислотным оксидом. Его химические свойства определяются этой принадлежностью: он взаимодействует с веществами, проявляющими основные свойства (основаниями, основными оксидами), а также с водой, но не реагирует с веществами кислотного характера (кислотами, другими кислотными оксидами).

Рассмотрим взаимодействие оксида углерода(IV) с каждым из перечисленных веществ.

вода

Оксид углерода(IV) обратимо реагирует с водой, образуя слабую двухосновную угольную кислоту ($H_2CO_3$).

Уравнение реакции:

$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$

Ответ: Взаимодействует. Уравнение реакции: $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$.

гидроксид калия

Как кислотный оксид, $CO_2$ реагирует с гидроксидом калия ($KOH$), который является сильным основанием (щелочью). В результате реакции нейтрализации образуются соль и вода. В зависимости от соотношения реагентов может образоваться средняя или кислая соль.

1. Образование средней соли (карбоната калия) при избытке щелочи:

$CO_2 + 2KOH \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$

2. Образование кислой соли (гидрокарбоната калия) при избытке оксида углерода(IV):

$CO_2 + KOH \rightarrow KHCO_3$

Ответ: Взаимодействует. Уравнение реакции (основное): $CO_2 + 2KOH \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$.

соляная кислота

Оксид углерода(IV) ($CO_2$) и соляная кислота ($HCl$) оба проявляют кислотные свойства. Вещества одного класса, как правило, не взаимодействуют друг с другом.

Ответ: Не взаимодействует.

оксид магния

Оксид магния ($MgO$) является основным оксидом. Кислотный оксид ($CO_2$) реагирует с основным оксидом с образованием соли — карбоната магния ($MgCO_3$).

Уравнение реакции (обычно протекает при нагревании):

$CO_2 + MgO \rightarrow MgCO_3$

Ответ: Взаимодействует. Уравнение реакции: $CO_2 + MgO \rightarrow MgCO_3$.

оксид серы(IV)

Оксид серы(IV) ($SO_2$) также является кислотным оксидом. Два кислотных оксида не вступают в реакцию друг с другом.

Ответ: Не взаимодействует.

азотная кислота

Оксид углерода(IV) ($CO_2$) и азотная кислота ($HNO_3$) оба являются веществами с кислотными свойствами. Взаимодействие между ними не происходит.

Ответ: Не взаимодействует.

5-24. В лаборатории имеется набор реактивов: гидроксид натрия ($ \text{NaOH} $), серная кислота ($ \text{H}_2\text{SO}_4 $), оксид натрия ($ \text{Na}_2\text{O} $), оксид кремния(IV) ($ \text{SiO}_2 $). Напишите уравнения возможных реакций, протекающих между данными веществами попарно.

В данном наборе реактивов имеются вещества, относящиеся к разным классам неорганических соединений:

• Гидроксид натрия ($NaOH$) — основание (щелочь).
• Серная кислота ($H_2SO_4$) — кислота.
• Оксид натрия ($Na_2O$) — основный оксид.
• Оксид кремния(IV) ($SiO_2$) — кислотный оксид.

Реакции возможны между веществами с противоположными химическими свойствами (кислотное с основным). Рассмотрим все возможные пары.

1. Гидроксид натрия и серная кислота

Щелочь ($NaOH$) реагирует с кислотой ($H_2SO_4$) в реакции нейтрализации, в результате которой образуются соль (сульфат натрия) и вода.

$2NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$

Ответ: $2NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$

2. Гидроксид натрия и оксид кремния(IV)

Щелочь ($NaOH$) реагирует с кислотным оксидом ($SiO_2$). Поскольку оксид кремния(IV) — твердое вещество с атомной кристаллической решеткой, реакция протекает при сплавлении реагентов или в концентрированном растворе щелочи при нагревании. Образуется соль (силикат натрия) и вода.

$2NaOH + SiO_2 \xrightarrow{t} Na_2SiO_3 + H_2O$

Ответ: $2NaOH + SiO_2 \xrightarrow{t} Na_2SiO_3 + H_2O$

3. Серная кислота и оксид натрия

Кислота ($H_2SO_4$) реагирует с основным оксидом ($Na_2O$) с образованием соли (сульфата натрия) и воды.

$H_2SO_4 + Na_2O \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

Ответ: $H_2SO_4 + Na_2O \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

4. Оксид натрия и оксид кремния(IV)

Основный оксид ($Na_2O$) реагирует с кислотным оксидом ($SiO_2$) при нагревании (сплавлении). В результате реакции соединения образуется соль — силикат натрия.

$Na_2O + SiO_2 \xrightarrow{t} Na_2SiO_3$

Ответ: $Na_2O + SiO_2 \xrightarrow{t} Na_2SiO_3$

Пары веществ, которые не реагируют между собой:

• $NaOH$ и $Na_2O$: Гидроксид натрия (основание) и оксид натрия (основный оксид) не реагируют друг с другом, так как оба проявляют основные свойства.
• $H_2SO_4$ и $SiO_2$: Серная кислота не реагирует с оксидом кремния(IV), так как оба вещества имеют кислотный характер. $SiO_2$ — химически инертный оксид, который не реагирует с кислотами, за исключением плавиковой ($HF$).

5-25. Запишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность а) оксида цинка, б) оксида алюминия.

Амфотерность — это способность химических соединений проявлять в зависимости от условий как кислотные, так и основные свойства. Чтобы доказать амфотерность оксида, нужно записать уравнения его реакций как с кислотой, так и со щелочью.

Оксид цинка ($ZnO$) проявляет свои основные свойства при взаимодействии с кислотами. Например, в реакции с соляной кислотой образуется соль (хлорид цинка) и вода:

$ZnO + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O$

Свои кислотные свойства оксид цинка проявляет при взаимодействии со щелочами. При реакции с водным раствором гидроксида натрия образуется комплексная соль — тетрагидроксоцинкат натрия:

$ZnO + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$

Ответ: $ZnO + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O$; $ZnO + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$.

Оксид алюминия ($Al_2O_3$) реагирует с кислотами, проявляя основные свойства. Например, в реакции с серной кислотой образуется соль (сульфат алюминия) и вода:

$Al_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2O$

Кислотные свойства оксида алюминия проявляются в его способности реагировать со щелочами. Так как оксид алюминия тугоплавкий и химически инертный, реакция со щелочью обычно проводится при сплавлении. В результате образуется соль (метаалюминат натрия) и вода:

$Al_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{t} 2NaAlO_2 + H_2O$

Ответ: $Al_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2O$; $Al_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{t} 2NaAlO_2 + H_2O$.

5-26. Вычислите массу оксида магния, который можно получить при сгорании 36 г магния.

Дано:

$m(Mg) = 36 \text{ г}$

$m(Mg) = 0.036 \text{ кг}$

Найти:

$m(MgO) - ?$

Решение:

Сначала составим уравнение реакции горения магния. Магний $(Mg)$ реагирует с кислородом $(O_2)$ с образованием оксида магния $(MgO)$. Сбалансированное уравнение реакции выглядит следующим образом:

$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$

Далее рассчитаем молярные массы магния и оксида магния. Для этого воспользуемся значениями относительных атомных масс из периодической таблицы химических элементов, округленными до целых чисел: $Ar(Mg) \approx 24$, $Ar(O) \approx 16$.

Молярная масса магния $(M(Mg))$: $M(Mg) = 24 \text{ г/моль}$.

Молярная масса оксида магния $(M(MgO))$: $M(MgO) = Ar(Mg) + Ar(O) = 24 + 16 = 40 \text{ г/моль}$.

Теперь найдем количество вещества (число молей) магния, масса которого дана в условии задачи. Для этого используем формулу $n = m/M$:

$n(Mg) = \frac{m(Mg)}{M(Mg)} = \frac{36 \text{ г}}{24 \text{ г/моль}} = 1.5 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, из 2 моль магния образуется 2 моль оксида магния. Это означает, что стехиометрическое соотношение между магнием и оксидом магния составляет $1:1$. Следовательно, количество вещества образовавшегося оксида магния равно количеству вещества прореагировавшего магния:

$n(MgO) = n(Mg) = 1.5 \text{ моль}$

Наконец, вычислим массу оксида магния, которую можно получить. Для этого воспользуемся формулой $m = n \cdot M$:

$m(MgO) = n(MgO) \cdot M(MgO) = 1.5 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 60 \text{ г}$

Ответ: масса оксида магния, который можно получить, равна 60 г.

5-27. Вычислите массу оксида алюминия, который можно получить при сгорании 135 г порошка алюминия.

5-27.

Дано:

$m(\text{Al}) = 135 \text{ г}$

Найти:

$m(\text{Al}_2\text{O}_3) - ?$

Решение:

Для решения задачи необходимо составить уравнение реакции горения алюминия. При сгорании алюминий взаимодействует с кислородом из воздуха, образуя оксид алюминия ($Al_2O_3$).

Запишем сбалансированное химическое уравнение реакции:

$4\text{Al} + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Al}_2\text{O}_3$

Далее, найдем молярные массы алюминия ($Al$) и оксида алюминия ($Al_2O_3$), используя периодическую таблицу химических элементов. Относительная атомная масса алюминия $A_r(\text{Al}) \approx 27$, относительная атомная масса кислорода $A_r(\text{O}) \approx 16$.

Молярная масса алюминия:

$M(\text{Al}) = 27 \text{ г/моль}$

Молярная масса оксида алюминия:

$M(\text{Al}_2\text{O}_3) = 2 \cdot A_r(\text{Al}) + 3 \cdot A_r(\text{O}) = 2 \cdot 27 + 3 \cdot 16 = 54 + 48 = 102 \text{ г/моль}$

Теперь вычислим количество вещества (число молей) алюминия массой 135 г:

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

Согласно уравнению реакции, из 4 моль алюминия образуется 2 моль оксида алюминия. Соотношение количеств веществ алюминия и оксида алюминия составляет $n(\text{Al}) : n(\text{Al}_2\text{O}_3) = 4 : 2 = 2 : 1$.

Найдем количество вещества оксида алюминия, которое образуется в реакции:

$n(\text{Al}_2\text{O}_3) = \frac{1}{2} n(\text{Al}) = \frac{1}{2} \cdot 5 \text{ моль} = 2.5 \text{ моль}$

Наконец, вычислим массу полученного оксида алюминия:

$m(\text{Al}_2\text{O}_3) = n(\text{Al}_2\text{O}_3) \cdot M(\text{Al}_2\text{O}_3) = 2.5 \text{ моль} \cdot 102 \text{ г/моль} = 255 \text{ г}$

Ответ: масса оксида алюминия, который можно получить, составляет 255 г.

5-28. Вычислите массу железной окалины $Fe_3O_4$, которую можно получить при сгорании 140 г порошка железа.

Дано:

Масса порошка железа $m(Fe) = 140 \text{ г}$

Найти:

Массу железной окалины $m(Fe_3O_4)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции горения железа в кислороде с образованием железной окалины ($Fe_3O_4$) и расставим коэффициенты. Железная окалина является смешанным оксидом железа(II) и железа(III), ее формула $FeO \cdot Fe_2O_3$, или $Fe_3O_4$.

$3Fe + 2O_2 \rightarrow Fe_3O_4$

2. Рассчитаем молярные массы железа ($Fe$) и железной окалины ($Fe_3O_4$). Для этого используем относительные атомные массы элементов из периодической таблицы Д.И. Менделеева, округленные до целых чисел: $Ar(Fe) = 56$, $Ar(O) = 16$.

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

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

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

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{140 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 2,5 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции определим количество вещества железной окалины. Соотношение количеств веществ железа и железной окалины соответствует их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Из уравнения следует, что из 3 моль железа ($Fe$) образуется 1 моль железной окалины ($Fe_3O_4$). Составим пропорцию:
$\frac{n(Fe)}{3} = \frac{n(Fe_3O_4)}{1}$

Отсюда найдем количество вещества железной окалины:
$n(Fe_3O_4) = \frac{n(Fe)}{3} = \frac{2,5 \text{ моль}}{3}$

5. Теперь вычислим массу железной окалины, которую можно получить, по формуле $m = n \cdot M$:

$m(Fe_3O_4) = n(Fe_3O_4) \cdot M(Fe_3O_4) = \frac{2,5}{3} \text{ моль} \cdot 232 \text{ г/моль} = \frac{580}{3} \text{ г} \approx 193,33 \text{ г}$

Ответ: масса железной окалины, которую можно получить, составляет 193,33 г.

5-29. Вычислите массу смеси оксидов, которая образуется при сгорании 500 г смеси угля и серы в избытке кислорода. Массовая доля угля в смеси составляет 24%.

Дано:

Найти:

Решение:

При сгорании в избытке кислорода углерод (C) и сера (S) полностью реагируют с образованием своих высших оксидов: диоксида углерода ($CO_2$) и диоксида серы ($SO_2$).

1. Сначала определим массы углерода и серы в исходной смеси.

Масса углерода вычисляется по формуле:
$m(C) = m_{смеси} \cdot ω(C) = 500\ г \cdot 0.24 = 120\ г$

Масса серы в смеси равна разности общей массы смеси и массы углерода:
$m(S) = m_{смеси} - m(C) = 500\ г - 120\ г = 380\ г$

2. Запишем уравнения химических реакций горения:
$C + O_2 \rightarrow CO_2$
$S + O_2 \rightarrow SO_2$

3. Рассчитаем количество вещества (в молях) для каждого из реагентов, используя их молярные массы ($M(C) \approx 12\ г/моль$, $M(S) \approx 32\ г/моль$):

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{120\ г}{12\ г/моль} = 10\ моль$

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{380\ г}{32\ г/моль} = 11.875\ моль$

4. Согласно стехиометрии уравнений реакций, количество вещества образовавшихся оксидов равно количеству вещества исходных элементов:

$n(CO_2) = n(C) = 10\ моль$

$n(SO_2) = n(S) = 11.875\ моль$

5. Теперь вычислим массы оксидов, используя их молярные массы ($M(CO_2) = 12 + 2 \cdot 16 = 44\ г/моль$, $M(SO_2) = 32 + 2 \cdot 16 = 64\ г/моль$):

$m(CO_2) = n(CO_2) \cdot M(CO_2) = 10\ моль \cdot 44\ г/моль = 440\ г$

$m(SO_2) = n(SO_2) \cdot M(SO_2) = 11.875\ моль \cdot 64\ г/моль = 760\ г$

6. Общая масса смеси оксидов равна сумме масс диоксида углерода и диоксида серы:

$m_{оксидов} = m(CO_2) + m(SO_2) = 440\ г + 760\ г = 1200\ г$

Ответ: масса смеси оксидов, которая образуется при сгорании, составляет 1200 г.

5-30. Вычислите массу смеси оксидов, которая образуется при сгорании 200 г смеси порошка магния и алюминия. Массовая доля алюминия в смеси составляет 54%.

Дано:

Масса смеси (Mg + Al) $m_{смеси} = 200 \text{ г}$
Массовая доля алюминия $\omega(Al) = 54\%$

Найти:

Массу смеси оксидов $m_{оксидов} - ?$

Решение:

1. Рассчитаем массы чистого алюминия и магния в исходной смеси.

Масса алюминия в смеси:

$m(Al) = m_{смеси} \cdot \omega(Al) = 200 \text{ г} \cdot 0.54 = 108 \text{ г}$

Массовая доля магния в смеси:

$\omega(Mg) = 100\% - \omega(Al) = 100\% - 54\% = 46\%$

Масса магния в смеси:

$m(Mg) = m_{смеси} \cdot \omega(Mg) = 200 \text{ г} \cdot 0.46 = 92 \text{ г}$

2. Составим уравнения химических реакций горения металлов:

Горение магния:

$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$

Горение алюминия:

$4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$

3. Найдем количество вещества (в молях) для каждого металла. Для этого нам понадобятся их молярные массы:

$M(Mg) \approx 24 \text{ г/моль}$

$M(Al) \approx 27 \text{ г/моль}$

Количество вещества магния:

$\nu(Mg) = \frac{m(Mg)}{M(Mg)} = \frac{92 \text{ г}}{24 \text{ г/моль}} \approx 3.833 \text{ моль}$

Количество вещества алюминия:

$\nu(Al) = \frac{m(Al)}{M(Al)} = \frac{108 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} = 4 \text{ моль}$

4. Используя стехиометрические коэффициенты в уравнениях реакций, найдем количество вещества образовавшихся оксидов.

Из уравнения горения магния видно, что $\nu(Mg) = \nu(MgO)$, следовательно:

$\nu(MgO) \approx 3.833 \text{ моль}$

Из уравнения горения алюминия видно, что $\nu(Al_2O_3) = \frac{1}{2} \nu(Al)$, следовательно:

$\nu(Al_2O_3) = \frac{1}{2} \cdot 4 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массы оксидов. Для этого найдем их молярные массы:

$M(MgO) = M(Mg) + M(O) = 24 + 16 = 40 \text{ г/моль}$

$M(Al_2O_3) = 2 \cdot M(Al) + 3 \cdot M(O) = 2 \cdot 27 + 3 \cdot 16 = 54 + 48 = 102 \text{ г/моль}$

Масса оксида магния:

$m(MgO) = \nu(MgO) \cdot M(MgO) \approx 3.833 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} \approx 153.33 \text{ г}$

Масса оксида алюминия:

$m(Al_2O_3) = \nu(Al_2O_3) \cdot M(Al_2O_3) = 2 \text{ моль} \cdot 102 \text{ г/моль} = 204 \text{ г}$

6. Найдем общую массу смеси оксидов, сложив массы каждого оксида.

$m_{оксидов} = m(MgO) + m(Al_2O_3) \approx 153.33 \text{ г} + 204 \text{ г} \approx 357.33 \text{ г}$

Ответ: масса смеси оксидов, которая образуется при сгорании, составляет примерно 357.33 г.