Страница 59 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

5-57. Напишите уравнения реакций, которые могут протекать между гидроксидом калия, соляной кислотой и оксидом фосфора(V), взятыми попарно.

В задании требуется написать уравнения реакций, которые могут протекать между тремя веществами, взятыми попарно: гидроксидом калия ($KOH$), соляной кислотой ($HCl$) и оксидом фосфора(V) ($P_2O_5$). Рассмотрим все три возможные пары.

Гидроксид калия и соляная кислота

Гидроксид калия ($KOH$) — сильное основание (щёлочь), а соляная кислота ($HCl$) — сильная кислота. Между ними протекает классическая реакция нейтрализации, в результате которой образуется соль (хлорид калия) и вода. Эта реакция протекает независимо от соотношения реагентов.

Уравнение реакции:

$KOH + HCl \rightarrow KCl + H_2O$

Ответ: $KOH + HCl \rightarrow KCl + H_2O$

Гидроксид калия и оксид фосфора(V)

Гидроксид калия ($KOH$) является щёлочью, а оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) — кислотным оксидом. Кислотные оксиды реагируют со щелочами с образованием соли и воды. Оксиду фосфора(V) соответствует трехосновная ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$), поэтому в зависимости от мольного соотношения исходных веществ могут образовываться различные продукты: средняя соль (ортофосфат калия) и кислые соли (гидроортофосфат и дигидроортофосфат калия).

Возможные уравнения реакций:

1. При избытке щёлочи (мольное соотношение $KOH : P_2O_5$ составляет 6:1 и более) образуется средняя соль — ортофосфат калия:

$6KOH + P_2O_5 \rightarrow 2K_3PO_4 + 3H_2O$

2. При мольном соотношении $KOH : P_2O_5$ равном 4:1 образуется кислая соль — гидроортофосфат калия:

$4KOH + P_2O_5 \rightarrow 2K_2HPO_4 + H_2O$

3. При мольном соотношении $KOH : P_2O_5$ равном 2:1 (реакция в водном растворе) образуется кислая соль — дигидроортофосфат калия:

$2KOH + P_2O_5 + H_2O \rightarrow 2KH_2PO_4$

Ответ:
$6KOH + P_2O_5 \rightarrow 2K_3PO_4 + 3H_2O$
$4KOH + P_2O_5 \rightarrow 2K_2HPO_4 + H_2O$
$2KOH + P_2O_5 + H_2O \rightarrow 2KH_2PO_4$

Соляная кислота и оксид фосфора(V)

Соляная кислота ($HCl$) и оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) оба проявляют кислотные свойства ($P_2O_5$ является кислотным оксидом). Вещества с одинаковым типом химических свойств (в данном случае кислотных) друг с другом не взаимодействуют. При их смешивании в присутствии воды образуется раствор двух кислот: соляной и ортофосфорной.

Ответ: Реакция не протекает.

5-58. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений веществ:

а) Натрий → Гидроксид натрия → Нитрат натрия;

б) Калий → Гидроксид калия → Карбонат калия;

в) Медь → Оксид меди(II) → Хлорид меди(II) → Гидроксид меди(II) → Оксид меди(II);

г) Кальций → Оксид кальция → Гидроксид кальция → Хлорид кальция;

д) Цинк → Оксид цинка → Нитрат цинка → Гидроксид цинка → Сульфат цинка;

е) Барий → Гидроксид бария → Ацетат бария.

а) Натрий → Гидроксид натрия → Нитрат натрия

1. Для получения гидроксида натрия из металлического натрия, нужно провести реакцию натрия с водой. Натрий является активным щелочным металлом и бурно реагирует с водой, образуя щёлочь (гидроксид натрия) и выделяя водород.

$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$

2. Для получения нитрата натрия из гидроксида натрия, необходимо провести реакцию нейтрализации. Гидроксид натрия (щёлочь) реагирует с азотной кислотой ($HNO_3$) с образованием соли (нитрата натрия) и воды.

$NaOH + HNO_3 \rightarrow NaNO_3 + H_2O$

Ответ:

$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$

$NaOH + HNO_3 \rightarrow NaNO_3 + H_2O$

б) Калий → Гидроксид калия → Карбонат калия

1. Калий, как и натрий, является активным щелочным металлом. Он реагирует с водой, образуя гидроксид калия (сильную щёлочь) и водород.

$2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2 \uparrow$

2. Для получения карбоната калия из гидроксида калия, нужно пропустить через раствор щёлочи углекислый газ ($CO_2$). В результате реакции образуется средняя соль - карбонат калия и вода.

$2KOH + CO_2 \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$

Ответ:

$2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2 \uparrow$

$2KOH + CO_2 \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$

в) Медь → Оксид меди(II) → Хлорид меди(II) → Гидроксид меди(II) → Оксид меди(II)

1. Медь - малоактивный металл. Для получения оксида меди(II) необходимо провести реакцию меди с кислородом при нагревании.

$2Cu + O_2 \xrightarrow{t} 2CuO$

2. Оксид меди(II) является основным оксидом и реагирует с кислотами. Для получения хлорида меди(II) нужно провести реакцию с соляной кислотой ($HCl$).

$CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$

3. Для получения нерастворимого гидроксида меди(II) из растворимой соли хлорида меди(II), нужно провести реакцию обмена с раствором щёлочи, например, с гидроксидом натрия ($NaOH$). Гидроксид меди(II) выпадет в осадок синего цвета.

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

4. Гидроксид меди(II) - термически неустойчивое основание. При нагревании он разлагается на оксид меди(II) и воду.

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

Ответ:

$2Cu + O_2 \xrightarrow{t} 2CuO$

$CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$

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

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

г) Кальций → Оксид кальция → Гидроксид кальция → Хлорид кальция

1. Кальций - щелочноземельный металл. При его сжигании в кислороде образуется оксид кальция.

$2Ca + O_2 \xrightarrow{t} 2CaO$

2. Оксид кальция (негашёная известь) - основной оксид, который активно реагирует с водой, образуя гидроксид кальция (гашёную известь). Эта реакция экзотермическая.

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

3. Гидроксид кальция является основанием (щёлочью). Для получения соли хлорида кальция нужно провести реакцию нейтрализации с соляной кислотой ($HCl$).

$Ca(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O$

Ответ:

$2Ca + O_2 \xrightarrow{t} 2CaO$

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

$Ca(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O$

д) Цинк → Оксид цинка → Нитрат цинка → Гидроксид цинка → Сульфат цинка

1. При сжигании цинка в кислороде образуется амфотерный оксид цинка.

$2Zn + O_2 \xrightarrow{t} 2ZnO$

2. Оксид цинка проявляет основные свойства в реакции с сильными кислотами. Для получения нитрата цинка нужно провести реакцию с азотной кислотой ($HNO_3$).

$ZnO + 2HNO_3 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + H_2O$

3. Для получения нерастворимого гидроксида цинка из раствора нитрата цинка необходимо добавить щёлочь, например, гидроксид натрия ($NaOH$). Гидроксид цинка выпадет в виде белого осадка.

$Zn(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_2 \downarrow + 2NaNO_3$

4. Гидроксид цинка - амфотерное соединение, реагирующее с кислотами. Для получения сульфата цинка нужно провести реакцию с серной кислотой ($H_2SO_4$).

$Zn(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + 2H_2O$

Ответ:

$2Zn + O_2 \xrightarrow{t} 2ZnO$

$ZnO + 2HNO_3 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + H_2O$

$Zn(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_2 \downarrow + 2NaNO_3$

$Zn(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + 2H_2O$

е) Барий → Гидроксид бария → Ацетат бария

1. Барий - активный щелочноземельный металл, который реагирует с водой с образованием сильного основания - гидроксида бария - и водорода.

$Ba + 2H_2O \rightarrow Ba(OH)_2 + H_2 \uparrow$

2. Гидроксид бария (щёлочь) реагирует с кислотами. Для получения ацетата бария нужно провести реакцию с уксусной кислотой ($CH_3COOH$).

$Ba(OH)_2 + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Ba + 2H_2O$

Ответ:

$Ba + 2H_2O \rightarrow Ba(OH)_2 + H_2 \uparrow$

$Ba(OH)_2 + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Ba + 2H_2O$

5-59. В двух склянках без этикеток находятся раствор гидроксида натрия и соляная кислота. Предложите способы идентификации* веществ.

Для идентификации раствора гидроксида натрия ($NaOH$) и соляной кислоты ($HCl$) в двух склянках без этикеток необходимо провести качественный анализ, основанный на их противоположных химических свойствах. Гидроксид натрия является сильным основанием (щёлочью), а соляная кислота – сильной кислотой. Ниже предложено несколько способов их распознавания.

Это самый простой и наглядный метод. Кислотно-основные индикаторы – это вещества, которые обратимо изменяют свой цвет в зависимости от водородного показателя (pH) среды. Для анализа необходимо отобрать из каждой склянки небольшие пробы (по 1-2 мл) в отдельные чистые пробирки и добавить в каждую по 1-2 капли раствора индикатора.

• При добавлении лакмуса раствор в одной из пробирок окрасится в синий цвет, что указывает на щелочную среду ($NaOH$). В другой пробирке раствор станет красным, что характерно для кислой среды ($HCl$).
• При добавлении фенолфталеина раствор в одной из пробирок станет малиновым – это гидроксид натрия ($NaOH$). В пробирке с соляной кислотой ($HCl$) раствор останется бесцветным.
• При добавлении метилового оранжевого (метилоранжа) раствор в пробирке с кислотой ($HCl$) станет красным, а в пробирке со щёлочью ($NaOH$) – жёлтым.

Ответ: Склянка, содержимое которой окрашивает лакмус в синий цвет, фенолфталеин – в малиновый, а метилоранж – в жёлтый, содержит раствор гидроксида натрия. Соответственно, в другой склянке находится соляная кислота.

Этот метод основан на проведении химических реакций, которые имеют характерные, легко наблюдаемые признаки (выпадение осадка, выделение газа) только для одного из определяемых веществ.

1. Реакция с растворимой солью металла, образующего нерастворимый гидроксид. В качестве реагента можно использовать раствор сульфата меди(II) ($CuSO_4$). При добавлении нескольких капель этого раствора к пробам из склянок наблюдаются следующие изменения:

   • В пробирке с гидроксидом натрия выпадает объёмный студенистый осадок синего цвета – гидроксид меди(II). Уравнение реакции:
     $2NaOH + CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$
   • В пробирке с соляной кислотой никаких видимых изменений не происходит.

2. Реакция с карбонатами. Можно использовать твёрдый карбонат, например, карбонат кальция ($CaCO_3$, мел, мрамор) или карбонат натрия ($Na_2CO_3$). При добавлении небольшого количества карбоната в пробирки с пробами:

   • В пробирке с соляной кислотой начнётся бурная реакция с выделением пузырьков бесцветного газа без запаха – углекислого газа. Уравнение реакции:
     $2HCl + CaCO_3 \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$
   • В пробирке с гидроксидом натрия реакция не пойдёт, видимых изменений не будет.

3. Реакция с активным металлом. Металлы, стоящие в ряду активности до водорода (например, цинк $Zn$, магний $Mg$, железо $Fe$), реагируют с кислотами с выделением водорода. Рекомендуется использовать магний, так как он не реагирует со щелочами.

   • При добавлении в пробирку с соляной кислотой стружки магния или гранулы цинка будет наблюдаться выделение пузырьков газа – водорода. Уравнение реакции с магнием:
     $Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow$
   • В пробирке с гидроксидом натрия реакции с магнием не произойдет.

Ответ: Склянка, содержимое которой даёт синий осадок с сульфатом меди, является раствором гидроксида натрия. Склянка, содержимое которой реагирует с карбонатом или активным металлом с выделением газа, является соляной кислотой.

5-60. Вычислите массу гидроксида натрия и объем водорода (н.у.), которые образуются при взаимодействии 5,75 г натрия с водой.

Дано:

Масса натрия: $m(Na) = 5,75 \text{ г}$

Перевод данных в систему СИ:
Масса натрия: $m(Na) = 5,75 \text{ г} = 0,00575 \text{ кг}$

Найти:

Массу гидроксида натрия: $m(NaOH) - ?$

Объем водорода (н.у.): $V(H_2) - ?$

Решение:

Запишем уравнение химической реакции взаимодействия натрия с водой и расставим коэффициенты:
$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$

Вычислим количество вещества натрия ($n(Na)$), вступившего в реакцию. Молярная масса натрия $M(Na) \approx 23 \text{ г/моль}$.
$n(Na) = \frac{m(Na)}{M(Na)} = \frac{5,75 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} = 0,25 \text{ моль}$

Используя уравнение реакции, найдем количество вещества продуктов реакции — гидроксида натрия ($NaOH$) и водорода ($H_2$). Согласно стехиометрическим коэффициентам, соотношение количеств веществ следующее: $n(Na) : n(NaOH) : n(H_2) = 2 : 2 : 1$.
Отсюда количество вещества гидроксида натрия:
$n(NaOH) = n(Na) = 0,25 \text{ моль}$
И количество вещества водорода:
$n(H_2) = \frac{1}{2} n(Na) = \frac{0,25 \text{ моль}}{2} = 0,125 \text{ моль}$

Рассчитаем массу образовавшегося гидроксида натрия. Его молярная масса составляет:
$M(NaOH) = M(Na) + M(O) + M(H) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$
Тогда масса гидроксида натрия:
$m(NaOH) = n(NaOH) \cdot M(NaOH) = 0,25 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 10 \text{ г}$

Рассчитаем объем выделившегося водорода при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем газа при н.у. составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.
$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 0,125 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 2,8 \text{ л}$

Ответ: масса гидроксида натрия равна 10 г, объем водорода — 2,8 л.

5-61. Вычислите массу гидроксида калия и объем водорода, которые образуются при взаимодействии 7,8 г калия с водой.

Дано:

$m(K) = 7,8 \text{ г}$

Найти:

$m(KOH) - ?$

$V(H_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции взаимодействия калия с водой. Калий, как активный щелочной металл, реагирует с водой, образуя гидроксид калия и газообразный водород. Сбалансированное уравнение реакции выглядит следующим образом:

$2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2 \uparrow$

2. Рассчитаем количество вещества калия ($n$), используя его массу ($m$) и молярную массу ($M$). Молярная масса калия $M(K)$ составляет примерно $39 \text{ г/моль}$.

$n(K) = \frac{m(K)}{M(K)} = \frac{7,8 \text{ г}}{39 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

3. Используя стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции, найдём количество вещества образовавшихся продуктов: гидроксида калия ($KOH$) и водорода ($H_2$).

Из уравнения реакции видно, что соотношение количеств веществ калия, гидроксида калия и водорода равно:

$n(K) : n(KOH) : n(H_2) = 2 : 2 : 1$

Следовательно, количество вещества образовавшегося гидроксида калия равно количеству вещества прореагировавшего калия:

$n(KOH) = n(K) = 0,2 \text{ моль}$

А количество вещества выделившегося водорода в два раза меньше количества вещества калия:

$n(H_2) = \frac{1}{2} n(K) = \frac{0,2 \text{ моль}}{2} = 0,1 \text{ моль}$

4. Теперь вычислим массу гидроксида калия ($m(KOH)$). Сначала найдём его молярную массу:

$M(KOH) = M(K) + M(O) + M(H) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$

Затем рассчитаем массу:

$m(KOH) = n(KOH) \times M(KOH) = 0,2 \text{ моль} \times 56 \text{ г/моль} = 11,2 \text{ г}$

5. Наконец, рассчитаем объем водорода ($V(H_2)$), который выделился в ходе реакции. Расчет будем проводить для нормальных условий (н.у.), при которых молярный объем любого газа ($V_m$) равен $22,4 \text{ л/моль}$.

$V(H_2) = n(H_2) \times V_m = 0,1 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 2,24 \text{ л}$

Ответ: в результате реакции образуется $11,2 \text{ г}$ гидроксида калия и выделяется $2,24 \text{ л}$ водорода.

5-62. При взаимодействии кальция ($Ca$) с водой ($H_2O$) образовалось 37 г гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$). Вычислите массы исходных веществ, необходимые для получения данного количества продукта реакции.

Дано:

$m(Ca(OH)_2) = 37 \text{ г}$

Перевод в систему СИ:
$m(Ca(OH)_2) = 0.037 \text{ кг}$

Найти:

$m(Ca) - ?$

$m(H_2O) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия кальция с водой. В результате реакции образуется гидроксид кальция и выделяется водород:

$Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$

2. Для дальнейших расчетов вычислим молярные массы веществ, используя значения относительных атомных масс из периодической системы химических элементов:

• Молярная масса гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$):
  $M(Ca(OH)_2) = Ar(Ca) + 2 \times (Ar(O) + Ar(H)) = 40 + 2 \times (16 + 1) = 74 \text{ г/моль}$
• Молярная масса кальция ($Ca$):
  $M(Ca) = 40 \text{ г/моль}$
• Молярная масса воды ($H_2O$):
  $M(H_2O) = 2 \times Ar(H) + Ar(O) = 2 \times 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число молей) образовавшегося гидроксида кальция, зная его массу, по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(Ca(OH)_2) = \frac{m(Ca(OH)_2)}{M(Ca(OH)_2)} = \frac{37 \text{ г}}{74 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции определим количество вещества исходных реагентов. Стехиометрические коэффициенты показывают, что для образования 1 моль $Ca(OH)_2$ требуется 1 моль $Ca$ и 2 моль $H_2O$. Таким образом, соотношение количеств веществ следующее:

$n(Ca) : n(H_2O) : n(Ca(OH)_2) = 1 : 2 : 1$

Отсюда находим количество вещества кальция и воды:

$n(Ca) = n(Ca(OH)_2) = 0.5 \text{ моль}$

$n(H_2O) = 2 \times n(Ca(OH)_2) = 2 \times 0.5 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

5. Зная количество вещества реагентов, вычислим их массы по формуле $m = n \times M$:

Масса кальция:

$m(Ca) = n(Ca) \times M(Ca) = 0.5 \text{ моль} \times 40 \text{ г/моль} = 20 \text{ г}$

Масса воды:

$m(H_2O) = n(H_2O) \times M(H_2O) = 1 \text{ моль} \times 18 \text{ г/моль} = 18 \text{ г}$

Ответ: для получения 37 г гидроксида кальция необходимо взять 20 г кальция и 18 г воды.

5-63. При взаимодействии бария с водой образовалось 17,1 г гидроксида бария. Вычислите массы реагентов, необходимых для получения данного количества продукта реакции.

Дано:

$m(Ba(OH)₂) = 17,1 \text{ г}$

В системе СИ: $m(Ba(OH)₂) = 0,0171 \text{ кг}$. Для удобства расчетов в химии обычно используют граммы и моли, поэтому оставим массу в граммах.

Найти:

$m(Ba) - ?$

$m(H₂O) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции взаимодействия металлического бария с водой. Барий — активный щелочноземельный металл, который реагирует с водой с образованием гидроксида и выделением водорода:

$Ba + 2H₂O \rightarrow Ba(OH)₂ + H₂ \uparrow$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, которые нам понадобятся для расчетов. Используем значения относительных атомных масс из Периодической системы Д. И. Менделеева:

• Молярная масса бария ($Ba$): $M(Ba) = 137 \text{ г/моль}$.
• Молярная масса воды ($H₂O$): $M(H₂O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$.
• Молярная масса гидроксида бария ($Ba(OH)₂$): $M(Ba(OH)₂) = 137 + 2 \cdot (16 + 1) = 137 + 34 = 171 \text{ г/моль}$.

3. Найдем количество вещества (в молях) гидроксида бария, образовавшегося в ходе реакции, используя формулу $n = m/M$:

$n(Ba(OH)₂) = \frac{m(Ba(OH)₂)}{M(Ba(OH)₂)} = \frac{17,1 \text{ г}}{171 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

4. Используя стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции, найдем количество вещества реагентов — бария и воды. Соотношение молей реагирующих веществ и продуктов следующее:

$n(Ba) : n(H₂O) : n(Ba(OH)₂) = 1 : 2 : 1$

Отсюда следует, что количество вещества бария равно количеству вещества гидроксида бария:

$n(Ba) = n(Ba(OH)₂) = 0,1 \text{ моль}$

А количество вещества воды в два раза больше количества вещества гидроксида бария:

$n(H₂O) = 2 \cdot n(Ba(OH)₂) = 2 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

5. Вычислим массы бария и воды, которые вступили в реакцию, по формуле $m = n \cdot M$:

Масса бария:

$m(Ba) = n(Ba) \cdot M(Ba) = 0,1 \text{ моль} \cdot 137 \text{ г/моль} = 13,7 \text{ г}$

Масса воды:

$m(H₂O) = n(H₂O) \cdot M(H₂O) = 0,2 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 3,6 \text{ г}$

Ответ: для получения 17,1 г гидроксида бария необходимы следующие массы реагентов: 13,7 г бария и 3,6 г воды.

5-64. Вычислите массу азотной кислоты, необходимую для нейтрализации

а) 10 г гидроксида натрия;

б) 60 г гидроксида лития;

в) 12,2 г гидроксида стронция.

а)

Дано:
$m(NaOH) = 10$ г

Найти:

$m(HNO_3) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации гидроксида натрия азотной кислотой. В результате реакции образуются нитрат натрия и вода.
$NaOH + HNO_3 \rightarrow NaNO_3 + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы реагентов, используя округленные значения относительных атомных масс из Периодической таблицы: Ar(H)=1, Ar(N)=14, Ar(O)=16, Ar(Na)=23.
$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль
$M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 1 + 14 + 48 = 63$ г/моль

3. Найдем количество вещества (число молей) гидроксида натрия в 10 г:
$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{10 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,25$ моль

4. Согласно уравнению реакции, для нейтрализации 1 моль $NaOH$ требуется 1 моль $HNO_3$ (соотношение 1:1). Следовательно, количество вещества азотной кислоты равно количеству вещества гидроксида натрия:
$n(HNO_3) = n(NaOH) = 0,25$ моль

5. Вычислим массу азотной кислоты, необходимую для реакции:
$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 0,25 \text{ моль} \cdot 63 \text{ г/моль} = 15,75$ г

Ответ: 15,75 г.

б)

Дано:
$m(LiOH) = 60$ г

Найти:

$m(HNO_3) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации гидроксида лития азотной кислотой. В результате реакции образуются нитрат лития и вода.
$LiOH + HNO_3 \rightarrow LiNO_3 + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы реагентов, используя округленные значения относительных атомных масс: Ar(H)=1, Ar(Li)=7, Ar(N)=14, Ar(O)=16.
$M(LiOH) = 7 + 16 + 1 = 24$ г/моль
$M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63$ г/моль

3. Найдем количество вещества гидроксида лития в 60 г:
$n(LiOH) = \frac{m(LiOH)}{M(LiOH)} = \frac{60 \text{ г}}{24 \text{ г/моль}} = 2,5$ моль

4. Из уравнения реакции следует, что $LiOH$ и $HNO_3$ реагируют в соотношении 1:1. Таким образом, количество вещества азотной кислоты, необходимое для реакции, равно количеству вещества гидроксида лития:
$n(HNO_3) = n(LiOH) = 2,5$ моль

5. Вычислим массу азотной кислоты:
$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 2,5 \text{ моль} \cdot 63 \text{ г/моль} = 157,5$ г

Ответ: 157,5 г.

в)

Дано:
$m(Sr(OH)_2) = 12,2$ г

Найти:

$m(HNO_3) - ?$

Решение:

1. Гидроксид стронция является двухосновным основанием, поэтому для его полной нейтрализации требуются две молекулы одноосновной азотной кислоты. Запишем уравнение реакции:
$Sr(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Sr(NO_3)_2 + 2H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы реагентов, используя округленные значения относительных атомных масс: Ar(H)=1, Ar(N)=14, Ar(O)=16, Ar(Sr)=88.
$M(Sr(OH)_2) = 88 + 2 \cdot (16 + 1) = 88 + 34 = 122$ г/моль
$M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63$ г/моль

3. Найдем количество вещества гидроксида стронция в 12,2 г:
$n(Sr(OH)_2) = \frac{m(Sr(OH)_2)}{M(Sr(OH)_2)} = \frac{12,2 \text{ г}}{122 \text{ г/моль}} = 0,1$ моль

4. Согласно уравнению реакции, 1 моль $Sr(OH)_2$ реагирует с 2 молями $HNO_3$ (соотношение 1:2). Следовательно, количество вещества азотной кислоты в два раза больше количества вещества гидроксида стронция:
$n(HNO_3) = 2 \cdot n(Sr(OH)_2) = 2 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,2$ моль

5. Вычислим массу азотной кислоты, необходимую для реакции:
$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 0,2 \text{ моль} \cdot 63 \text{ г/моль} = 12,6$ г

Ответ: 12,6 г.

5-65. Вычислите массу гидроксида калия ($KOH$), необходимую для полной нейтрализации:

а) 29,2 г хлороводорода ($HCl$);

б) 25,2 г азотной кислоты ($HNO_3$);

в) 49 г серной кислоты ($H_2SO_4$).

а)

Дано:

$m(HCl) = 29,2 \text{ г}$

Найти:

$m(KOH) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации хлороводорода (соляной кислоты) гидроксидом калия:

$KOH + HCl \rightarrow KCl + H_2O$

Из уравнения видно, что стехиометрическое соотношение между гидроксидом калия и хлороводородом составляет $1:1$. Это значит, что для полной нейтрализации 1 моль $HCl$ требуется 1 моль $KOH$.

2. Рассчитаем молярные массы веществ. Будем использовать следующие атомные массы: $Ar(K) = 39,1$; $Ar(O) = 16$; $Ar(H) = 1$; $Ar(Cl) = 35,5$.

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

$M(KOH) = Ar(K) + Ar(O) + Ar(H) = 39,1 + 16 + 1 = 56,1 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества хлороводорода ($n$) в 29,2 г:

$n(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{29,2 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} = 0,8 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, количество вещества гидроксида калия равно количеству вещества хлороводорода:

$n(KOH) = n(HCl) = 0,8 \text{ моль}$

5. Вычислим массу гидроксида калия, необходимую для реакции:

$m(KOH) = n(KOH) \cdot M(KOH) = 0,8 \text{ моль} \cdot 56,1 \text{ г/моль} = 44,88 \text{ г}$

Ответ: для полной нейтрализации 29,2 г хлороводорода необходимо 44,88 г гидроксида калия.

б)

Дано:

$m(HNO_3) = 25,2 \text{ г}$

Найти:

$m(KOH) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации азотной кислоты гидроксидом калия:

$KOH + HNO_3 \rightarrow KNO_3 + H_2O$

Соотношение реагентов в реакции составляет $1:1$. Это значит, что для полной нейтрализации 1 моль $HNO_3$ требуется 1 моль $KOH$.

2. Рассчитаем молярную массу азотной кислоты. Молярная масса гидроксида калия была рассчитана в предыдущем пункте. Будем использовать следующие атомные массы: $Ar(H) = 1$; $Ar(N) = 14$; $Ar(O) = 16$.

$M(HNO_3) = Ar(H) + Ar(N) + 3 \cdot Ar(O) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль}$

$M(KOH) = 56,1 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества азотной кислоты в 25,2 г:

$n(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{25,2 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}} = 0,4 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, количество вещества гидроксида калия равно количеству вещества азотной кислоты:

$n(KOH) = n(HNO_3) = 0,4 \text{ моль}$

5. Вычислим массу гидроксида калия, необходимую для реакции:

$m(KOH) = n(KOH) \cdot M(KOH) = 0,4 \text{ моль} \cdot 56,1 \text{ г/моль} = 22,44 \text{ г}$

Ответ: для полной нейтрализации 25,2 г азотной кислоты необходимо 22,44 г гидроксида калия.

в)

Дано:

$m(H_2SO_4) = 49 \text{ г}$

Найти:

$m(KOH) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции полной нейтрализации серной кислоты гидроксидом калия. Так как серная кислота двухосновная, для ее полной нейтрализации требуется две молекулы основания:

$2KOH + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

Из уравнения видно, что стехиометрическое соотношение между гидроксидом калия и серной кислотой составляет $2:1$. Это значит, что для полной нейтрализации 1 моль $H_2SO_4$ требуется 2 моль $KOH$.

2. Рассчитаем молярную массу серной кислоты. Будем использовать следующие атомные массы: $Ar(H) = 1$; $Ar(S) = 32$; $Ar(O) = 16$.

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot Ar(H) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

$M(KOH) = 56,1 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества серной кислоты в 49 г:

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{49 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0,5 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, количество вещества гидроксида калия в два раза больше количества вещества серной кислоты:

$n(KOH) = 2 \cdot n(H_2SO_4) = 2 \cdot 0,5 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

5. Вычислим массу гидроксида калия, необходимую для реакции:

$m(KOH) = n(KOH) \cdot M(KOH) = 1 \text{ моль} \cdot 56,1 \text{ г/моль} = 56,1 \text{ г}$

Ответ: для полной нейтрализации 49 г серной кислоты необходимо 56,1 г гидроксида калия.

5-66. В раствор гидроксида натрия пропустили 6,72 л (н.у.) углекислого газа. Вычислите массу образовавшегося карбоната натрия.

Дано:

$V(CO_2) = 6,72 \text{ л}$ (н.у.)

Найти:

$m(Na_2CO_3) - ?$

Решение:

1. При пропускании углекислого газа ($CO_2$) через раствор гидроксида натрия ($NaOH$) образуется карбонат натрия ($Na_2CO_3$) и вода ($H_2O$). В условии задачи не указано количество гидроксида натрия, поэтому предполагаем, что он взят в количестве, достаточном для образования средней соли (карбоната).

Составим уравнение химической реакции:

$2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

2. Вычислим количество вещества (число молей) углекислого газа, объем которого дан по условию. Так как газ находится при нормальных условиях (н.у.), используем молярный объем газов $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{6,72 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,3 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции определим количество вещества карбоната натрия, которое образовалось. Из стехиометрических коэффициентов уравнения видно, что из 1 моль $CO_2$ образуется 1 моль $Na_2CO_3$.

Следовательно, количество вещества карбоната натрия равно количеству вещества углекислого газа:

$n(Na_2CO_3) = n(CO_2) = 0,3 \text{ моль}$

4. Рассчитаем молярную массу карбоната натрия ($Na_2CO_3$), используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы Д.И. Менделеева: $Ar(Na) = 23$, $Ar(C) = 12$, $Ar(O) = 16$.

$M(Na_2CO_3) = 2 \cdot Ar(Na) + Ar(C) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 46 + 12 + 48 = 106 \text{ г/моль}$

5. Теперь можем вычислить массу образовавшегося карбоната натрия по формуле $m = n \cdot M$.

$m(Na_2CO_3) = n(Na_2CO_3) \cdot M(Na_2CO_3) = 0,3 \text{ моль} \cdot 106 \text{ г/моль} = 31,8 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося карбоната натрия равна 31,8 г.

5-67. В раствор гидроксида кальция пропустили 224 мл (н.у.) углекислого газа. Вычислите массу образовавшегося карбоната кальция.

Дано:

$V(CO_2) = 224 \text{ мл (н.у.)}$

$V(CO_2) = 2.24 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$

Найти:

$m(CaCO_3) - ?$

Решение:

При пропускании углекислого газа ($CO_2$) через раствор гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$), также известного как известковая вода, происходит химическая реакция с образованием нерастворимого осадка карбоната кальция ($CaCO_3$) и воды ($H_2O$). Уравнение этой реакции выглядит следующим образом:

$Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$

Для нахождения массы образовавшегося карбоната кальция сначала необходимо вычислить количество вещества (число молей) прореагировавшего углекислого газа. По условию, объем газа дан при нормальных условиях (н.у.), что означает, что молярный объем любого газа $V_m$ равен $22.4 \text{ л/моль}$.

Переведем заданный объем углекислого газа из миллилитров в литры, так как молярный объем выражен в л/моль:

$V(CO_2) = 224 \text{ мл} = 0.224 \text{ л}$

Теперь, используя формулу $n = V / V_m$, найдем количество вещества $CO_2$:

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{0.224 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.01 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между углекислым газом и карбонатом кальция составляет 1:1. Это значит, что из одного моля $CO_2$ образуется один моль $CaCO_3$. Следовательно, количество вещества образовавшегося карбоната кальция равно количеству вещества углекислого газа:

$n(CaCO_3) = n(CO_2) = 0.01 \text{ моль}$

Далее, рассчитаем молярную массу карбоната кальция ($M(CaCO_3)$), используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы: $Ar(Ca) = 40$, $Ar(C) = 12$, $Ar(O) = 16$.

$M(CaCO_3) = Ar(Ca) + Ar(C) + 3 \cdot Ar(O) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100 \text{ г/моль}$

Наконец, зная количество вещества и молярную массу карбоната кальция, мы можем вычислить его массу ($m$) по формуле $m = n \cdot M$:

$m(CaCO_3) = n(CaCO_3) \cdot M(CaCO_3) = 0.01 \text{ моль} \cdot 100 \text{ г/моль} = 1 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося карбоната кальция равна 1 г.

5-68. Фосфорный ангидрид, полученный при сгорании 6,2 г фосфора, обработали избытком щелочи. Вычислите массу образовавшегося фосфата натрия.

Дано:

$m(P) = 6,2$ г

Найти:

$m(Na_3PO_4) - ?$

Решение:

1. Составим уравнения химических реакций, описанных в задаче.

Сначала фосфор сгорает в кислороде, образуя фосфорный ангидрид (оксид фосфора(V)):

$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

Затем фосфорный ангидрид реагирует с избытком щелочи (в данном случае, гидроксида натрия, так как в продуктах фосфат натрия), образуя фосфат натрия и воду. Так как щелочь в избытке, образуется средняя соль:

$P_2O_5 + 6NaOH \rightarrow 2Na_3PO_4 + 3H_2O$

2. Найдем количество вещества (в молях) исходного фосфора. Молярная масса фосфора $M(P) \approx 31$ г/моль.

$n(P) = \frac{m(P)}{M(P)} = \frac{6,2 \text{ г}}{31 \text{ г/моль}} = 0,2$ моль

3. Рассчитаем количество вещества образовавшегося фосфата натрия, используя стехиометрические коэффициенты в уравнениях реакций.

По первому уравнению, из 4 моль фосфора ($P$) образуется 2 моль оксида фосфора(V) ($P_2O_5$). Таким образом, количество вещества $P_2O_5$ в два раза меньше количества вещества $P$:

$n(P_2O_5) = \frac{n(P)}{2} = \frac{0,2 \text{ моль}}{2} = 0,1$ моль

По второму уравнению, из 1 моль $P_2O_5$ образуется 2 моль фосфата натрия ($Na_3PO_4$). Следовательно, количество вещества $Na_3PO_4$ в два раза больше количества вещества $P_2O_5$:

$n(Na_3PO_4) = 2 \cdot n(P_2O_5) = 2 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,2$ моль

Таким образом, весь фосфор из исходного образца перешел в конечный продукт, и количество вещества фосфата натрия равно исходному количеству вещества фосфора: $n(Na_3PO_4) = n(P)$.

4. Вычислим массу образовавшегося фосфата натрия ($Na_3PO_4$).

Сначала найдем молярную массу фосфата натрия:

$M(Na_3PO_4) = 3 \cdot M(Na) + M(P) + 4 \cdot M(O) = 3 \cdot 23 + 31 + 4 \cdot 16 = 69 + 31 + 64 = 164$ г/моль

Теперь рассчитаем массу $Na_3PO_4$:

$m(Na_3PO_4) = n(Na_3PO_4) \cdot M(Na_3PO_4) = 0,2 \text{ моль} \cdot 164 \text{ г/моль} = 32,8$ г

Ответ: масса образовавшегося фосфата натрия равна 32,8 г.

5-69. Газ, образовавшийся при сгорании 32 г метана $ \text{CH}_4 $, пропустили в раствор гидроксида бария. Вычислите массу образовавшегося карбоната бария.

Дано:

$m(\text{CH}_4) = 32 \text{ г}$

$m(\text{CH}_4) = 0.032 \text{ кг}$

Найти:

$m(\text{BaCO}_3) - ?$

Решение:

Процесс состоит из двух последовательных химических реакций. Сначала происходит полное сгорание метана, в результате чего образуется углекислый газ. Затем этот газ реагирует с гидроксидом бария, образуя нерастворимый карбонат бария.

1. Составим уравнение реакции горения метана ($\text{CH}_4$):

$\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$

Из уравнения видно, что при сгорании 1 моль метана образуется 1 моль углекислого газа ($\text{CO}_2$).

2. Составим уравнение реакции взаимодействия углекислого газа с гидроксидом бария ($\text{Ba(OH)}_2$):

$\text{CO}_2 + \text{Ba(OH)}_2 \rightarrow \text{BaCO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O}$

Из этого уравнения следует, что из 1 моль углекислого газа образуется 1 моль карбоната бария ($\text{BaCO}_3$).

3. Рассчитаем молярные массы метана и карбоната бария, используя относительные атомные массы элементов: $Ar(\text{C}) = 12$, $Ar(\text{H}) = 1$, $Ar(\text{Ba}) = 137$, $Ar(\text{O}) = 16$.

Молярная масса метана: $M(\text{CH}_4) = 12 + 4 \cdot 1 = 16 \text{ г/моль}$

Молярная масса карбоната бария: $M(\text{BaCO}_3) = 137 + 12 + 3 \cdot 16 = 137 + 12 + 48 = 197 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (число молей) метана массой 32 г:

$n(\text{CH}_4) = \frac{m(\text{CH}_4)}{M(\text{CH}_4)} = \frac{32 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 2 \text{ моль}$

5. Согласно стехиометрическим коэффициентам в первом уравнении, количество вещества образовавшегося углекислого газа равно количеству вещества сгоревшего метана:

$n(\text{CO}_2) = n(\text{CH}_4) = 2 \text{ моль}$

6. Согласно стехиометрическим коэффициентам во втором уравнении, количество вещества образовавшегося карбоната бария равно количеству вещества прореагировавшего углекислого газа (предполагая, что гидроксид бария был в избытке):

$n(\text{BaCO}_3) = n(\text{CO}_2) = 2 \text{ моль}$

7. Теперь вычислим массу образовавшегося карбоната бария:

$m(\text{BaCO}_3) = n(\text{BaCO}_3) \cdot M(\text{BaCO}_3) = 2 \text{ моль} \cdot 197 \text{ г/моль} = 394 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося карбоната бария равна 394 г.

5-70. Газ, образовавшийся при сгорании 4,4 г пропана $C_3H_8$, пропустили в раствор гидроксида натрия. Вычислите массу образовавшегося карбоната натрия.

Дано:

Масса пропана $m(\text{C}_3\text{H}_8) = 4,4 \text{ г}$

В системе СИ:

Масса пропана $m(\text{C}_3\text{H}_8) = 0,0044 \text{ кг}$

Найти:

Массу карбоната натрия $m(\text{Na}_2\text{CO}_3)$ - ?

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции горения пропана ($\text{C}_3\text{H}_8$). При полном сгорании любого углеводорода образуются углекислый газ ($\text{CO}_2$) и вода ($\text{H}_2\text{O}$). Газ, который затем пропускают через раствор гидроксида натрия, - это углекислый газ.

$\text{C}_3\text{H}_8 + 5\text{O}_2 \rightarrow 3\text{CO}_2 + 4\text{H}_2\text{O}$

2. Рассчитаем молярную массу пропана, используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы Д.И. Менделеева ($Ar(\text{C})=12$, $Ar(\text{H})=1$).

$M(\text{C}_3\text{H}_8) = 3 \cdot Ar(\text{C}) + 8 \cdot Ar(\text{H}) = 3 \cdot 12 \text{ г/моль} + 8 \cdot 1 \text{ г/моль} = 44 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число моль) пропана массой 4,4 г.

$n(\text{C}_3\text{H}_8) = \frac{m(\text{C}_3\text{H}_8)}{M(\text{C}_3\text{H}_8)} = \frac{4,4 \text{ г}}{44 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции горения, из 1 моль пропана образуется 3 моль углекислого газа. Рассчитаем количество вещества образовавшегося $\text{CO}_2$.

$n(\text{CO}_2) = 3 \cdot n(\text{C}_3\text{H}_8) = 3 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,3 \text{ моль}$

5. Далее углекислый газ реагирует с гидроксидом натрия ($\text{NaOH}$). Поскольку в задаче требуется найти массу "карбоната", имеется в виду средняя соль - карбонат натрия ($\text{Na}_2\text{CO}_3$). Это означает, что гидроксид натрия взят в достаточном количестве. Запишем уравнение реакции:

$\text{CO}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O}$

6. Из уравнения реакции следует, что из 1 моль углекислого газа образуется 1 моль карбоната натрия. Следовательно, количество вещества карбоната натрия равно количеству вещества прореагировавшего углекислого газа.

$n(\text{Na}_2\text{CO}_3) = n(\text{CO}_2) = 0,3 \text{ моль}$

7. Рассчитаем молярную массу карбоната натрия ($\text{Na}_2\text{CO}_3$), используя атомные массы: $Ar(\text{Na})=23$, $Ar(\text{C})=12$, $Ar(\text{O})=16$.

$M(\text{Na}_2\text{CO}_3) = 2 \cdot Ar(\text{Na}) + Ar(\text{C}) + 3 \cdot Ar(\text{O}) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 46 + 12 + 48 = 106 \text{ г/моль}$

8. Наконец, вычислим массу образовавшегося карбоната натрия.

$m(\text{Na}_2\text{CO}_3) = n(\text{Na}_2\text{CO}_3) \cdot M(\text{Na}_2\text{CO}_3) = 0,3 \text{ моль} \cdot 106 \text{ г/моль} = 31,8 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося карбоната натрия составляет 31,8 г.