Страница 62 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

5-89. Запишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить цепочки превращений веществ:

а) $C$ → $CO_2$ → $Na_2CO_3$ → $CO_2$ → $BaCO_3$;

б) $Na$ → $NaOH$ → $NaNO_3$ → $HNO_3$ → $Cu(NO_3)_2$ → $Cu(OH)_2$;

в) $P$ → $P_2O_5$ → $H_3PO_4$ → $Ca_3(PO_4)_2$ → $H_3PO_4$ → $Na_3PO_4$;

г) $K$ → $KOH$ → $K_2CO_3$ → $KCl$ → $K_2SO_4$;

д) $S$ → $FeS$ → $H_2S$ → $Na_2S$ → $Na_2SO_4$;

е) $Mg$ → $Mg(CH_3COO)_2$ → $CH_3COOH$ → $CH_3COOK$.

а) Углерод → Углекислый газ → Карбонат натрия → Углекислый газ → Карбонат бария

Решение:

1) $C + O_2 \xrightarrow{t} CO_2$

2) $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

3) $Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

4) $CO_2 + Ba(OH)_2 \rightarrow BaCO_3\downarrow + H_2O$

Ответ:

$C + O_2 \xrightarrow{t} CO_2$

$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

$CO_2 + Ba(OH)_2 \rightarrow BaCO_3\downarrow + H_2O$

б) Натрий → Гидроксид натрия → Нитрат натрия → Азотная кислота → Нитрат меди(II) → Гидроксид меди(II);

Решение:

1) $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$

2) $NaOH + HNO_3 \rightarrow NaNO_3 + H_2O$

3) $NaNO_3 \text{(тв.)} + H_2SO_4 \text{(конц.)} \xrightarrow{t} NaHSO_4 + HNO_3\uparrow$

4) $CuO + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O$

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

Ответ:

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

$NaOH + HNO_3 \rightarrow NaNO_3 + H_2O$

$NaNO_3 \text{(тв.)} + H_2SO_4 \text{(конц.)} \xrightarrow{t} NaHSO_4 + HNO_3\uparrow$

$CuO + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O$

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

в) Фосфор → Оксид фосфора(V) → Фосфорная кислота → Фосфат кальция → Ортофосфорная кислота → Фосфат натрия;

Решение:

1) $4P + 5O_2 \xrightarrow{t} 2P_2O_5$

2) $P_2O_5 + 3H_2O \xrightarrow{t} 2H_3PO_4$

3) $2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6H_2O$

4) $Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2H_3PO_4 + 3CaSO_4\downarrow$

5) $H_3PO_4 + 3NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 3H_2O$

Ответ:

$4P + 5O_2 \xrightarrow{t} 2P_2O_5$

$P_2O_5 + 3H_2O \xrightarrow{t} 2H_3PO_4$

$2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 6H_2O$

$Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2H_3PO_4 + 3CaSO_4\downarrow$

$H_3PO_4 + 3NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 3H_2O$

г) Калий → Гидроксид калия → Карбонат калия → Хлорид калия → Сульфат калия;

Решение:

1) $2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2\uparrow$

2) $2KOH + CO_2 \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$

3) $K_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2KCl + H_2O + CO_2\uparrow$

4) $2KCl + H_2SO_4 \text{(конц.)} \xrightarrow{t} K_2SO_4 + 2HCl\uparrow$

Ответ:

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

$2KOH + CO_2 \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$

$K_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2KCl + H_2O + CO_2\uparrow$

$2KCl + H_2SO_4 \text{(конц.)} \xrightarrow{t} K_2SO_4 + 2HCl\uparrow$

д) Сера → Сульфид железа(II) → Сероводород → Сульфид натрия → Сульфат натрия;

Решение:

1) $Fe + S \xrightarrow{t} FeS$

2) $FeS + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2S\uparrow$

3) $H_2S + 2NaOH \rightarrow Na_2S + 2H_2O$

4) $Na_2S + 4H_2O_2 \rightarrow Na_2SO_4 + 4H_2O$

Ответ:

$Fe + S \xrightarrow{t} FeS$

$FeS + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2S\uparrow$

$H_2S + 2NaOH \rightarrow Na_2S + 2H_2O$

$Na_2S + 4H_2O_2 \rightarrow Na_2SO_4 + 4H_2O$

е) Магний → Ацетат магния → Уксусная кислота → Ацетат калия.

Решение:

1) $Mg + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Mg + H_2\uparrow$

2) $(CH_3COO)_2Mg + H_2SO_4 \rightarrow 2CH_3COOH + MgSO_4$

3) $CH_3COOH + KOH \rightarrow CH_3COOK + H_2O$

Ответ:

$Mg + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Mg + H_2\uparrow$

$(CH_3COO)_2Mg + H_2SO_4 \rightarrow 2CH_3COOH + MgSO_4$

$CH_3COOH + KOH \rightarrow CH_3COOK + H_2O$

5-90. Даны вещества: углекислый газ, гидроксид натрия, соляная кислота, оксид магния. Напишите уравнения возможных реакций между данными веществами, взятыми попарно.

Решение

Для того чтобы написать уравнения возможных реакций, необходимо определить класс каждого вещества и проанализировать их химические свойства.

• Углекислый газ ($CO_2$) — кислотный оксид.
• Гидроксид натрия ($NaOH$) — щелочь (растворимое сильное основание).
• Соляная кислота ($HCl$) — сильная кислота.
• Оксид магния ($MgO$) — основный оксид.

Рассмотрим попарно все возможные взаимодействия между этими веществами.

1. Взаимодействие углекислого газа ($CO_2$) и гидроксида натрия ($NaOH$)

Как кислотный оксид, $CO_2$ реагирует со щелочью $NaOH$. В зависимости от мольного соотношения реагентов могут образовываться два продукта: средняя соль (карбонат) или кислая соль (гидрокарбонат).

а) При соотношении $CO_2$ : $NaOH$ как 1:2 (в избытке щелочи) образуется средняя соль:

Ответ: $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

б) При соотношении $CO_2$ : $NaOH$ как 1:1 (в избытке углекислого газа) образуется кислая соль:

Ответ: $CO_2 + NaOH \rightarrow NaHCO_3$

2. Взаимодействие гидроксида натрия ($NaOH$) и соляной кислоты ($HCl$)

Это реакция нейтрализации между сильным основанием и сильной кислотой, в результате которой образуются соль и вода.

Ответ: $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$

3. Взаимодействие оксида магния ($MgO$) и соляной кислоты ($HCl$)

Основный оксид $MgO$ реагирует с кислотой $HCl$ с образованием соли и воды.

Ответ: $MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O$

4. Взаимодействие углекислого газа ($CO_2$) и оксида магния ($MgO$)

Кислотный оксид $CO_2$ реагирует с основным оксидом $MgO$ с образованием соли. Реакция обычно протекает при нагревании.

Ответ: $CO_2 + MgO \xrightarrow{t} MgCO_3$

Остальные пары веществ ($CO_2$ и $HCl$; $NaOH$ и $MgO$) не реагируют друг с другом, так как относятся к одному химическому классу (кислотное с кислотным; основное с основным).

5-91. Даны вещества: оксид фосфора(V) ($P_2O_5$), гидроксид калия ($KOH$), азотная кислота ($HNO_3$), оксид кальция ($CaO$). Напишите уравнения возможных реакций между данными веществами, взятыми попарно.

Для решения задачи определим класс каждого из предложенных веществ: оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) является кислотным оксидом, гидроксид калия ($KOH$) — основанием (щелочью), азотная кислота ($HNO_3$) — кислотой, а оксид кальция ($CaO$) — основным оксидом. Химические реакции будут протекать между веществами с противоположными свойствами, то есть между кислотными и основными.

Решение

Возможны следующие попарные взаимодействия:

1. Взаимодействие кислотного оксида фосфора(V) со щелочью гидроксидом калия. В результате реакции нейтрализации образуется средняя соль — фосфат калия и вода.

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

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

2. Взаимодействие кислотного оксида фосфора(V) с основным оксидом кальция. В результате реакции соединения образуется соль — фосфат кальция.

   $P_2O_5 + 3CaO \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$

   Ответ: $P_2O_5 + 3CaO \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$

3. Взаимодействие азотной кислоты с гидроксидом калия. Это классическая реакция нейтрализации между кислотой и щелочью с образованием соли нитрата калия и воды.

   $HNO_3 + KOH \rightarrow KNO_3 + H_2O$

   Ответ: $HNO_3 + KOH \rightarrow KNO_3 + H_2O$

4. Взаимодействие азотной кислоты с основным оксидом кальция. Кислота реагирует с основным оксидом, образуя соль нитрат кальция и воду.

   $2HNO_3 + CaO \rightarrow Ca(NO_3)_2 + H_2O$

   Ответ: $2HNO_3 + CaO \rightarrow Ca(NO_3)_2 + H_2O$

Остальные пары веществ не реагируют друг с другом, так как проявляют однотипные химические свойства:

• $P_2O_5$ (кислотный оксид) и $HNO_3$ (кислота).
• $KOH$ (основание) и $CaO$ (основный оксид).

5-92. В трех склянках без этикеток находятся растворы гидроксида кальция, азотной кислоты, хлорида натрия. Предложите простейший способ идентификации веществ.

Дано:

В трех склянках без этикеток находятся растворы следующих веществ:

• Гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$)
• Азотная кислота ($HNO_3$)
• Хлорид натрия ($NaCl$)

Найти:

Простейший способ идентификации веществ в каждой склянке.

Решение:

Для идентификации данных веществ необходимо проанализировать их химические свойства. Гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$) является основанием (щелочью), азотная кислота ($HNO_3$) – сильной кислотой, а хлорид натрия ($NaCl$) – солью, образованной сильной кислотой и сильным основанием, поэтому его раствор имеет нейтральную среду.

Простейшим способом отличить кислоту, щелочь и нейтральный раствор является использование кислотно-основных индикаторов.

План эксперимента:

1. Пронумеровать склянки (№1, №2, №3).
2. Отобрать из каждой склянки небольшие пробы вещества в три отдельные пробирки с соответствующими номерами.
3. В каждую пробирку добавить несколько капель раствора индикатора, например, лакмуса, или опустить полоску универсальной индикаторной бумаги.
4. Наблюдать за изменением цвета и на основании этого сделать вывод о содержимом каждой склянки.

Ожидаемые результаты:

• В той пробирке, где индикатор покажет щелочную среду (лакмус станет синим, фенолфталеин – малиновым), находится раствор гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$).
• В той пробирке, где индикатор покажет кислотную среду (лакмус станет красным), находится раствор азотной кислоты ($HNO_3$).
• В той пробирке, где индикатор не изменит своего цвета (останется фиолетовым для лакмуса) и покажет нейтральную среду, находится раствор хлорида натрия ($NaCl$).

Альтернативный простой способ:

Можно использовать один реагент, который даст разные видимые эффекты с каждым из трех веществ. Таким реагентом может быть раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$).

1. Также отобрать пробы в три пробирки.
2. В каждую пробу добавить несколько капель раствора карбоната натрия.

Ожидаемые результаты:

• В пробирке с гидроксидом кальция выпадет белый осадок карбоната кальция:
  $Ca(OH)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaOH$
• В пробирке с азотной кислотой будет наблюдаться бурное выделение бесцветного газа (углекислого газа):
  $2HNO_3 + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O + CO_2\uparrow$
• В пробирке с хлоридом натрия видимых изменений не произойдет, так как реакция не идет.

Таким образом, оба способа позволяют однозначно идентифицировать все три вещества. Метод с индикаторами часто считается самым простым, так как является стандартной процедурой для определения класса соединения (кислота/основание).

Ответ:

Самый простой способ идентификации – использование кислотно-основного индикатора (например, лакмуса). Нужно отобрать пробы веществ и добавить в каждую индикатор. Раствор, окрасивший лакмус в синий цвет – гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$), в красный – азотная кислота ($HNO_3$), а раствор, не изменивший цвет индикатора – хлорид натрия ($NaCl$).

5-93. Вычислите объем водорода (н.у.), который образуется при растворении 7,2 г магния в соляной кислоте. Рассчитайте массу образовавшейся соли.

Дано:

$m(\text{Mg}) = 7,2 \text{ г}$

Условия: н.у. (нормальные условия)

Найти:

$V(\text{H}_2) - ?$

$m(\text{соли}) - ?$

Решение:

1. Составляем уравнение химической реакции растворения магния в соляной кислоте. Магний, как активный металл, стоящий в ряду напряжений до водорода, вытесняет водород из кислоты. Образуется соль — хлорид магния ($ \text{MgCl}_2 $) — и выделяется газообразный водород ($ \text{H}_2 $).

$ \text{Mg} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2\uparrow $

2. Находим количество вещества (число молей) магния, масса которого дана в условии. Для этого используем формулу $ n = \frac{m}{M} $, где $m$ — масса вещества, а $M$ — его молярная масса.

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

$ n(\text{Mg}) = \frac{m(\text{Mg})}{M(\text{Mg})} = \frac{7,2 \text{ г}}{24 \text{ г/моль}} = 0,3 \text{ моль} $

3. По уравнению реакции находим количество вещества водорода и хлорида магния. Из стехиометрических коэффициентов в уравнении видно, что из 1 моль магния образуется 1 моль водорода и 1 моль хлорида магния.

$ \frac{n(\text{Mg})}{1} = \frac{n(\text{H}_2)}{1} = \frac{n(\text{MgCl}_2)}{1} $

Следовательно, количество вещества водорода и соли равно количеству вещества магния:

$ n(\text{H}_2) = n(\text{Mg}) = 0,3 \text{ моль} $

$ n(\text{MgCl}_2) = n(\text{Mg}) = 0,3 \text{ моль} $

4. Вычисляем объем водорода. По закону Авогадро, 1 моль любого газа при нормальных условиях (н.у.) занимает объем $ V_m = 22,4 \text{ л/моль} $ (молярный объем).

$ V(\text{H}_2) = n(\text{H}_2) \times V_m = 0,3 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 6,72 \text{ л} $

5. Вычисляем массу образовавшейся соли — хлорида магния ($ \text{MgCl}_2 $). Сначала определим молярную массу соли.

$ M(\text{MgCl}_2) = M(\text{Mg}) + 2 \times M(\text{Cl}) = 24 \text{ г/моль} + 2 \times 35,5 \text{ г/моль} = 24 + 71 = 95 \text{ г/моль} $

Теперь находим массу соли по формуле $ m = n \times M $:

$ m(\text{MgCl}_2) = n(\text{MgCl}_2) \times M(\text{MgCl}_2) = 0,3 \text{ моль} \times 95 \text{ г/моль} = 28,5 \text{ г} $

Ответ: объем водорода (н.у.) равен $6,72$ л; масса образовавшейся соли (хлорида магния) равна $28,5$ г.

5-94. Вычислите объем водорода (н.у.), который образуется при растворении 14 г железа в соляной кислоте. Рассчитайте массу образовавшейся соли.

Дано:

$m(\text{Fe}) = 14 \text{ г}$

Реакция протекает в соляной кислоте (HCl)

Условия нормальные (н.у.)

Найти:

$V(\text{H}_2)$ - ?

$m(\text{соли})$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции растворения железа в соляной кислоте. Железо, являясь металлом средней активности, вступает в реакцию замещения с соляной кислотой, образуя хлорид железа(II) и водород. Соляная кислота взята в избытке.

$\text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\uparrow$

2. Вычислим количество вещества железа ($n$), используя его массу ($m$) и молярную массу ($M$). Молярная масса железа $M(\text{Fe})$ составляет приблизительно $56 \text{ г/моль}$.

$n(\text{Fe}) = \frac{m(\text{Fe})}{M(\text{Fe})} = \frac{14 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0.25 \text{ моль}$

3. Используя уравнение реакции, найдем количество вещества выделившегося водорода ($H_2$) и образовавшейся соли — хлорида железа(II) ($FeCl_2$).

Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении, соотношение количеств веществ реагентов и продуктов следующее:

$n(\text{Fe}) : n(\text{H}_2) : n(\text{FeCl}_2) = 1:1:1$

Это означает, что из 0.25 моль железа образуется 0.25 моль водорода и 0.25 моль хлорида железа(II).

$n(\text{H}_2) = n(\text{Fe}) = 0.25 \text{ моль}$

$n(\text{FeCl}_2) = n(\text{Fe}) = 0.25 \text{ моль}$

4. Рассчитаем объем водорода ($V(\text{H}_2)$), который образуется при нормальных условиях (н.у.). При н.у. молярный объем любого газа ($V_m$) равен $22.4 \text{ л/моль}$.

$V(\text{H}_2) = n(\text{H}_2) \cdot V_m = 0.25 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 5.6 \text{ л}$

5. Рассчитаем массу образовавшейся соли ($m(\text{FeCl}_2)$).

Сначала определим молярную массу хлорида железа(II):

$M(\text{FeCl}_2) = M(\text{Fe}) + 2 \cdot M(\text{Cl}) = 56 \text{ г/моль} + 2 \cdot 35.5 \text{ г/моль} = 127 \text{ г/моль}$

Теперь вычислим массу соли:

$m(\text{FeCl}_2) = n(\text{FeCl}_2) \cdot M(\text{FeCl}_2) = 0.25 \text{ моль} \cdot 127 \text{ г/моль} = 31.75 \text{ г}$

Ответ: объем водорода, образовавшегося в результате реакции, составляет 5.6 л; масса образовавшейся соли (хлорида железа(II)) — 31.75 г.

5-95. Вычислите массу серной кислоты, которая потребуется для реакции с порцией оксида магния массой 8 г. Рассчитайте массу образовавшейся соли.

Дано:

$m(MgO) = 8 \text{ г}$

Найти:

$m(H_2SO_4) - ?$

$m(\text{соли}) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции взаимодействия оксида магния с серной кислотой. В результате реакции образуется соль сульфат магния и вода:

$MgO + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2O$

Уравнение сбалансировано, все коэффициенты равны 1.

2. Вычислим молярные массы веществ, участвующих в расчетах. Для этого используем периодическую систему химических элементов Д.И. Менделеева, округляя атомные массы до целых чисел:

$Ar(Mg) = 24 \text{ а.е.м.}$

$Ar(O) = 16 \text{ а.е.м.}$

$Ar(H) = 1 \text{ а.е.м.}$

$Ar(S) = 32 \text{ а.е.м.}$

Молярная масса оксида магния $(MgO)$:

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

Молярная масса серной кислоты $(H_2SO_4)$:

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot Ar(H) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 2 + 32 + 64 = 98 \text{ г/моль}$

Молярная масса образовавшейся соли, сульфата магния $(MgSO_4)$:

$M(MgSO_4) = Ar(Mg) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 24 + 32 + 4 \cdot 16 = 24 + 32 + 64 = 120 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число моль) оксида магния массой 8 г по формуле $n = m/M$:

$n(MgO) = \frac{m(MgO)}{M(MgO)} = \frac{8 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0.2 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, вещества реагируют в соотношении 1:1:1. Это означает, что количество вещества серной кислоты и сульфата магния равно количеству вещества оксида магния:

$\frac{n(MgO)}{1} = \frac{n(H_2SO_4)}{1} = \frac{n(MgSO_4)}{1}$

$n(H_2SO_4) = n(MgO) = 0.2 \text{ моль}$

$n(MgSO_4) = n(MgO) = 0.2 \text{ моль}$

5. Вычислим массу серной кислоты, которая потребуется для реакции, по формуле $m = n \cdot M$:

$m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4) \cdot M(H_2SO_4) = 0.2 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 19.6 \text{ г}$

6. Вычислим массу образовавшейся соли (сульфата магния):

$m(MgSO_4) = n(MgSO_4) \cdot M(MgSO_4) = 0.2 \text{ моль} \cdot 120 \text{ г/моль} = 24 \text{ г}$

Ответ:для реакции потребуется 19.6 г серной кислоты, при этом образуется 24 г соли.

5-96. Вычислите массу азотной кислоты, которая потребуется для реакции с порцией оксида меди(II) массой 8 г.

Дано:

$m(CuO) = 8$ г

$m(CuO) = 0.008$ кг

Найти:

$m(HNO_3)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между оксидом меди(II) и азотной кислотой. В результате реакции основного оксида с кислотой образуется соль (нитрат меди(II)) и вода:

$CuO + 2HNO_3 = Cu(NO_3)_2 + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы ($M$) оксида меди(II) и азотной кислоты. Для этого воспользуемся периодической таблицей химических элементов, округлив атомные массы до целых чисел: $Ar(Cu) = 64$, $Ar(O) = 16$, $Ar(H) = 1$, $Ar(N) = 14$.

Молярная масса оксида меди(II):

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

Молярная масса азотной кислоты:

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

3. Найдем количество вещества ($n$) оксида меди(II) в порции массой 8 г по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(CuO) = \frac{m(CuO)}{M(CuO)} = \frac{8 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 0.1 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между оксидом меди(II) и азотной кислотой составляет 1:2. Следовательно, количество вещества азотной кислоты будет в два раза больше:

$n(HNO_3) = 2 \cdot n(CuO) = 2 \cdot 0.1 \text{ моль} = 0.2 \text{ моль}$

5. Вычислим массу азотной кислоты, необходимую для реакции, по формуле $m = n \cdot M$:

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 0.2 \text{ моль} \cdot 63 \text{ г/моль} = 12.6 \text{ г}$

Ответ: масса азотной кислоты, которая потребуется для реакции, равна 12.6 г.

5-97. К 65 г 10%-ного раствора азотной кислоты добавили гидроксид калия в стехиометрическом соотношении. Вычислите массу образовавшейся соли. Рассчитайте массу гидроксида калия, вступившего в реакцию.

Дано:

$m_{р-ра(HNO_3)} = 65 \text{ г}$

$\omega_{(HNO_3)} = 10\% = 0.1$

Найти:

$m_{(KNO_3)} - ?$

$m_{(KOH)} - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции нейтрализации азотной кислоты гидроксидом калия. Это реакция обмена, в результате которой образуются соль (нитрат калия) и вода.

$HNO_3 + KOH \rightarrow KNO_3 + H_2O$

Согласно уравнению, реагенты вступают в реакцию в мольном соотношении $1:1$, и на каждый моль кислоты образуется один моль соли.

2. Вычислим массу чистой азотной кислоты ($HNO_3$), содержащейся в 65 г 10%-го раствора.

$m_{(HNO_3)} = m_{р-ра(HNO_3)} \times \omega_{(HNO_3)} = 65 \text{ г} \times 0.1 = 6.5 \text{ г}$

3. Рассчитаем молярные массы веществ, которые нам понадобятся для вычислений:

$M(HNO_3) = 1.008 + 14.007 + 3 \times 15.999 \approx 63 \text{ г/моль}$

$M(KOH) = 39.098 + 15.999 + 1.008 \approx 56.1 \text{ г/моль}$

$M(KNO_3) = 39.098 + 14.007 + 3 \times 15.999 \approx 101.1 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (в молях) азотной кислоты, вступившей в реакцию.

$n_{(HNO_3)} = \frac{m_{(HNO_3)}}{M_{(HNO_3)}} = \frac{6.5 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}} \approx 0.1032 \text{ моль}$

5. Из уравнения реакции следует, что количества веществ всех участников соотносятся как $1:1:1$.

$n_{(HNO_3)} = n_{(KOH)} = n_{(KNO_3)} \approx 0.1032 \text{ моль}$

Вычислите массу образовавшейся соли.

Масса образовавшейся соли, нитрата калия ($KNO_3$), рассчитывается по формуле:

$m_{(KNO_3)} = n_{(KNO_3)} \times M_{(KNO_3)} \approx 0.1032 \text{ моль} \times 101.1 \text{ г/моль} \approx 10.43 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшейся соли составляет 10.43 г.

Рассчитайте массу гидроксида калия, вступившего в реакцию.

Масса гидроксида калия ($KOH$), необходимого для реакции, рассчитывается аналогично:

$m_{(KOH)} = n_{(KOH)} \times M_{(KOH)} \approx 0.1032 \text{ моль} \times 56.1 \text{ г/моль} \approx 5.79 \text{ г}$

Ответ: масса гидроксида калия, вступившего в реакцию, составляет 5.79 г.

5-98. К 365 г 5%-ного раствора соляной кислоты добавили гидроксид лития в стехиометрическом соотношении. Вычислите массу образовавшейся соли и массу гидроксида лития, вступившего в реакцию.

Дано:
$m_{р-ра(HCl)} = 365 \text{ г}$
$\omega_{(HCl)} = 5\% = 0.05$

Найти:

$m_{(LiCl)} - ?$
$m_{(LiOH)} - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации соляной кислоты гидроксидом лития. В результате реакции образуются соль хлорид лития и вода:
$HCl + LiOH \rightarrow LiCl + H_2O$

2. Рассчитаем массу чистой соляной кислоты ($HCl$) в исходном растворе, используя формулу массовой доли:
$\omega = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}} \Rightarrow m_{вещества} = \omega \cdot m_{раствора}$
$m_{(HCl)} = 0.05 \cdot 365 \text{ г} = 18.25 \text{ г}$

3. Найдем молярные массы веществ, участвующих в расчетах (используя округленные атомные массы: H - 1, Cl - 35.5, Li - 7, O - 16):
$M_{(HCl)} = 1 + 35.5 = 36.5 \text{ г/моль}$
$M_{(LiOH)} = 7 + 16 + 1 = 24 \text{ г/моль}$
$M_{(LiCl)} = 7 + 35.5 = 42.5 \text{ г/моль}$

4. Вычислим количество вещества (число моль) соляной кислоты, вступившей в реакцию:
$n = \frac{m}{M}$
$n_{(HCl)} = \frac{18.25 \text{ г}}{36.5 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

5. Согласно уравнению реакции, реагенты вступают в реакцию в стехиометрическом соотношении 1:1, и образуется 1 моль соли. Следовательно, количество вещества гидроксида лития и хлорида лития будет равно количеству вещества соляной кислоты:
$n_{(LiOH)} = n_{(HCl)} = 0.5 \text{ моль}$
$n_{(LiCl)} = n_{(HCl)} = 0.5 \text{ моль}$

6. Теперь можем вычислить массу гидроксида лития, вступившего в реакцию, и массу образовавшейся соли (хлорида лития).
Рассчитаем массу гидроксида лития:
$m_{(LiOH)} = n_{(LiOH)} \cdot M_{(LiOH)} = 0.5 \text{ моль} \cdot 24 \text{ г/моль} = 12 \text{ г}$
Рассчитаем массу образовавшейся соли:
$m_{(LiCl)} = n_{(LiCl)} \cdot M_{(LiCl)} = 0.5 \text{ моль} \cdot 42.5 \text{ г/моль} = 21.25 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшейся соли (хлорида лития) составляет 21.25 г, масса гидроксида лития, вступившего в реакцию, составляет 12 г.

5-99. Вычислите массу 10%-ного раствора $H_2SO_4$, который потребуется для полной нейтрализации 50 г $NaOH$.

Дано:

Массовая доля серной кислоты в растворе, $\omega(H_2SO_4) = 10\%$ или $0.1$
Масса гидроксида натрия, $m(NaOH) = 50 \text{ г}$

Найти:

Массу 10%-ного раствора серной кислоты - $m_{p-pa}(H_2SO_4)$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации, которая происходит между серной кислотой и гидроксидом натрия: $$ H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O $$ Из уравнения реакции следует, что для полной нейтрализации 1 моль серной кислоты требуется 2 моль гидроксида натрия.

2. Рассчитаем молярные массы реагентов, используя относительные атомные массы из периодической таблицы химических элементов:
Молярная масса гидроксида натрия ($NaOH$): $$ M(NaOH) = M(Na) + M(O) + M(H) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль} $$ Молярная масса серной кислоты ($H_2SO_4$): $$ M(H_2SO_4) = 2 \cdot M(H) + M(S) + 4 \cdot M(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль} $$

3. Найдем количество вещества (число молей) гидроксида натрия в 50 г: $$ n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{50 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 1.25 \text{ моль} $$

4. По уравнению реакции определим, какое количество вещества серной кислоты потребуется для нейтрализации 1.25 моль $NaOH$. Соотношение реагентов $n(H_2SO_4) : n(NaOH)$ составляет $1:2$. $$ n(H_2SO_4) = \frac{1}{2} \cdot n(NaOH) = \frac{1}{2} \cdot 1.25 \text{ моль} = 0.625 \text{ моль} $$

5. Вычислим массу чистой серной кислоты (растворенного вещества), которая соответствует найденному количеству вещества: $$ m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4) \cdot M(H_2SO_4) = 0.625 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 61.25 \text{ г} $$

6. Зная массу чистой серной кислоты и ее массовую долю в растворе, можем найти массу всего раствора. Массовая доля ($\omega$) связана с массами вещества и раствора соотношением: $$ \omega(\text{вещества}) = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})} $$ Выразим отсюда массу раствора: $$ m_{p-pa}(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{\omega(H_2SO_4)} = \frac{61.25 \text{ г}}{0.1} = 612.5 \text{ г} $$

Ответ: 612.5 г.

5-100. Вычислите массу 25%-ного раствора азотной кислоты, который потребуется для полной нейтрализации 18,5 г гидроксида кальция.

Дано:

Массовая доля азотной кислоты в растворе $\omega(HNO_3) = 25\%$

Масса гидроксида кальция $m(Ca(OH)_2) = 18.5 \text{ г}$

Все данные представлены в единицах, не требующих перевода в СИ для данного типа задач.

Найти:

Массу 25%-ного раствора азотной кислоты $m_{р-ра}(HNO_3)$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции нейтрализации, которая происходит между азотной кислотой и гидроксидом кальция. В результате реакции образуются соль (нитрат кальция) и вода.

$2HNO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + 2H_2O$

Из сбалансированного уравнения реакции видно, что на нейтрализацию 1 моль гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$) расходуется 2 моль азотной кислоты ($HNO_3$).

2. Рассчитаем молярные массы реагентов, используя периодическую таблицу химических элементов (значения атомных масс округляем до целых, кроме хлора):

Молярная масса гидроксида кальция $Ca(OH)_2$:

$M(Ca(OH)_2) = M(Ca) + 2 \times (M(O) + M(H)) = 40 + 2 \times (16 + 1) = 74 \text{ г/моль}$

Молярная масса азотной кислоты $HNO_3$:

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

3. Найдем количество вещества (число моль) гидроксида кальция, содержащееся в 18,5 г:

$n(Ca(OH)_2) = \frac{m(Ca(OH)_2)}{M(Ca(OH)_2)} = \frac{18.5 \text{ г}}{74 \text{ г/моль}} = 0.25 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции определим количество вещества азотной кислоты, необходимое для полной нейтрализации 0,25 моль гидроксида кальция. Соотношение $n(HNO_3) : n(Ca(OH)_2) = 2 : 1$.

$n(HNO_3) = 2 \times n(Ca(OH)_2) = 2 \times 0.25 \text{ моль} = 0.5 \text{ моль}$

5. Теперь вычислим массу чистой азотной кислоты, которая соответствует 0,5 моль:

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \times M(HNO_3) = 0.5 \text{ моль} \times 63 \text{ г/моль} = 31.5 \text{ г}$

6. В задаче требуется найти массу 25%-ного раствора азотной кислоты. Это означает, что 31,5 г чистой $HNO_3$ составляют 25% от общей массы раствора. Массу раствора можно найти по формуле:

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

Где $\omega$ — массовая доля вещества, выраженная в долях единицы ($\omega = 25\% = 0.25$).

$m_{р-ра}(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{\omega(HNO_3)} = \frac{31.5 \text{ г}}{0.25} = 126 \text{ г}$

Ответ: для полной нейтрализации 18,5 г гидроксида кальция потребуется 126 г 25%-ного раствора азотной кислоты.

5-101. Вычислите массу 12%-ного раствора серной кислоты, который потребуется для полной нейтрализации 560 г 20%-ного раствора гидроксида калия.

Дано:

$m_{\text{р-ра}}(KOH) = 560 \text{ г}$
$\omega(KOH) = 20\% = 0,20$
$\omega(H_2SO_4) = 12\% = 0,12$

Найти:

$m_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) - ?$

Решение:

Для решения задачи необходимо выполнить следующие шаги:

1. Составить уравнение химической реакции нейтрализации между серной кислотой ($H_2SO_4$) и гидроксидом калия ($KOH$).
$H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

2. Рассчитать массу чистого вещества гидроксида калия в исходном растворе.
Масса вещества ($m$) находится по формуле: $m = m_{\text{раствора}} \cdot \omega$, где $\omega$ - массовая доля вещества.
$m(KOH) = 560 \text{ г} \cdot 0,20 = 112 \text{ г}$

3. Вычислить количество вещества (в молях) гидроксида калия.
Молярная масса гидроксида калия $M(KOH) = 39,1 + 16 + 1 = 56,1 \text{ г/моль}$. Для упрощения расчетов часто используют округленные значения: $M(KOH) \approx 56 \text{ г/моль}$.
$n(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{112 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 2 \text{ моль}$

4. Используя стехиометрические коэффициенты из уравнения реакции, определить количество вещества серной кислоты, необходимое для полной нейтрализации.
Из уравнения реакции видно, что на 2 моль $KOH$ требуется 1 моль $H_2SO_4$.
$n(H_2SO_4) = \frac{1}{2} \cdot n(KOH) = \frac{1}{2} \cdot 2 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

5. Рассчитать массу чистой серной кислоты.
Молярная масса серной кислоты $M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$.
$m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4) \cdot M(H_2SO_4) = 1 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 98 \text{ г}$

6. Найти массу 12%-ного раствора серной кислоты, содержащего 98 г чистого вещества.
$m_{\text{р-ра}}(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{\omega(H_2SO_4)} = \frac{98 \text{ г}}{0,12} \approx 816,67 \text{ г}$

Ответ: масса 12%-ного раствора серной кислоты, который потребуется для полной нейтрализации, составляет 816,67 г.

5-102. Раствор соды массой 212 г с массовой долей карбоната натрия 10% обработали соляной кислотой в стехиометрическом соотношении. Вычислите объем (н.у.) образовавшегося углекислого газа (взаимодействием углекислого газа с водой можно пренебречь). Рассчитайте массу образовавшейся соли.

Дано:

$m(раствора\ Na_2CO_3) = 212 \ г$

$\omega(Na_2CO_3) = 10\% = 0.1$

Найти:

$V(CO_2)\ (н.у.) - ?$

$m(соли) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции взаимодействия карбоната натрия с соляной кислотой. Карбонат натрия (сода) реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида натрия (соль), воды и углекислого газа.

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

2. Найдем массу чистого карбоната натрия в растворе, используя формулу для массовой доли вещества:

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

$m(Na_2CO_3) = 0.1 \cdot 212 \ г = 21.2 \ г$

3. Вычислим количество вещества (число моль) карбоната натрия. Для этого сначала найдем его молярную массу:

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

Теперь найдем количество вещества:

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

$n(Na_2CO_3) = \frac{21.2 \ г}{106 \ г/моль} = 0.2 \ моль$

4. По уравнению реакции определим количество вещества углекислого газа и образовавшейся соли (хлорида натрия).

Согласно уравнению, из 1 моль $Na_2CO_3$ образуется 1 моль $CO_2$ и 2 моль $NaCl$.

$n(CO_2) = n(Na_2CO_3) = 0.2 \ моль$

$n(NaCl) = 2 \cdot n(Na_2CO_3) = 2 \cdot 0.2 \ моль = 0.4 \ моль$

5. Вычислим объем выделившегося углекислого газа при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем газа при н.у. ($V_m$) составляет 22.4 л/моль.

$V = n \cdot V_m$

$V(CO_2) = 0.2 \ моль \cdot 22.4 \ л/моль = 4.48 \ л$

6. Рассчитаем массу образовавшейся соли (хлорида натрия). Сначала найдем молярную массу $NaCl$:

$M(NaCl) = Ar(Na) + Ar(Cl) = 23 + 35.5 = 58.5 \ г/моль$

Теперь найдем массу соли:

$m = n \cdot M$

$m(NaCl) = 0.4 \ моль \cdot 58.5 \ г/моль = 23.4 \ г$

Ответ:объем образовавшегося углекислого газа составляет 4.48 л; масса образовавшейся соли составляет 23.4 г.