Страница 155 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

4. Вычислите массу серной кислоты, необходимой для нейтрализации раствора, содержащего 10 г гидроксида натрия.

Дано:

Масса гидроксида натрия $m(\text{NaOH}) = 10 \text{ г}$

Найти:

Массу серной кислоты $m(\text{H}_2\text{SO}_4)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нейтрализации серной кислоты гидроксидом натрия. Это реакция обмена, в результате которой образуются соль (сульфат натрия) и вода.

$ \text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O} $

2. Рассчитаем молярные массы $(\text{M})$ гидроксида натрия $(\text{NaOH})$ и серной кислоты $(\text{H}_2\text{SO}_4)$, используя относительные атомные массы элементов из Периодической системы Д.И. Менделеева (округляем до целых чисел, кроме хлора): $Ar(\text{Na})=23$, $Ar(\text{O})=16$, $Ar(\text{H})=1$, $Ar(\text{S})=32$.

Молярная масса гидроксида натрия:

$ M(\text{NaOH}) = Ar(\text{Na}) + Ar(\text{O}) + Ar(\text{H}) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль} $

Молярная масса серной кислоты:

$ M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2 \cdot Ar(\text{H}) + Ar(\text{S}) + 4 \cdot Ar(\text{O}) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 2 + 32 + 64 = 98 \text{ г/моль} $

3. Вычислим количество вещества $(n)$ гидроксида натрия массой 10 г.

$ n(\text{NaOH}) = \frac{m(\text{NaOH})}{M(\text{NaOH})} = \frac{10 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0.25 \text{ моль} $

4. По уравнению реакции определим количество вещества серной кислоты, которое необходимо для полной нейтрализации 0.25 моль гидроксида натрия. Из уравнения видно, что на 2 моль $\text{NaOH}$ требуется 1 моль $\text{H}_2\text{SO}_4$. Соотношение количеств веществ:

$ \frac{n(\text{H}_2\text{SO}_4)}{1} = \frac{n(\text{NaOH})}{2} $

Следовательно, количество вещества серной кислоты в два раза меньше количества вещества гидроксида натрия:

$ n(\text{H}_2\text{SO}_4) = \frac{n(\text{NaOH})}{2} = \frac{0.25 \text{ моль}}{2} = 0.125 \text{ моль} $

5. Зная количество вещества и молярную массу серной кислоты, рассчитаем её массу $(m)$.

$ m(\text{H}_2\text{SO}_4) = n(\text{H}_2\text{SO}_4) \cdot M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 0.125 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 12.25 \text{ г} $

Ответ: масса серной кислоты, необходимая для нейтрализации раствора, составляет 12,25 г.

5. Расположите соединения, формулы которых даны ниже, в порядке возрастания содержания в них железа:

а) $Fe_3O_4$;

б) $Fe(OH)_3$;

в) $FeSO_4$;

г) $FeO$;

д) $Fe_2O_3$.

Для того чтобы расположить соединения в порядке возрастания содержания в них железа, необходимо рассчитать массовую долю железа (Fe) в каждом соединении по формуле:

$\omega(Fe) = \frac{n \cdot Ar(Fe)}{Mr(соединения)} \cdot 100\%$

где $n$ — число атомов железа в формуле, $Ar(Fe)$ — относительная атомная масса железа, а $Mr(соединения)$ — относительная молекулярная масса соединения.

Будем использовать следующие округленные значения относительных атомных масс:

• $Ar(Fe) = 56$
• $Ar(O) = 16$
• $Ar(H) = 1$
• $Ar(S) = 32$

а) Fe₃O₄

Относительная молекулярная масса железной окалины $Fe_3O_4$:

$Mr(Fe_3O_4) = 3 \cdot Ar(Fe) + 4 \cdot Ar(O) = 3 \cdot 56 + 4 \cdot 16 = 168 + 64 = 232$

Массовая доля железа:

$\omega(Fe) = \frac{3 \cdot 56}{232} \cdot 100\% = \frac{168}{232} \cdot 100\% \approx 72.41\%$

Ответ: $\approx 72.41\%$

б) Fe(OH)₃

Относительная молекулярная масса гидроксида железа(III) $Fe(OH)_3$:

$Mr(Fe(OH)_3) = Ar(Fe) + 3 \cdot (Ar(O) + Ar(H)) = 56 + 3 \cdot (16 + 1) = 56 + 51 = 107$

Массовая доля железа:

$\omega(Fe) = \frac{1 \cdot 56}{107} \cdot 100\% = \frac{56}{107} \cdot 100\% \approx 52.34\%$

Ответ: $\approx 52.34\%$

в) FeSO₄

Относительная молекулярная масса сульфата железа(II) $FeSO_4$:

$Mr(FeSO_4) = Ar(Fe) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 56 + 32 + 4 \cdot 16 = 56 + 32 + 64 = 152$

Массовая доля железа:

$\omega(Fe) = \frac{1 \cdot 56}{152} \cdot 100\% = \frac{56}{152} \cdot 100\% \approx 36.84\%$

Ответ: $\approx 36.84\%$

г) FeO

Относительная молекулярная масса оксида железа(II) $FeO$:

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

Массовая доля железа:

$\omega(Fe) = \frac{1 \cdot 56}{72} \cdot 100\% = \frac{56}{72} \cdot 100\% \approx 77.78\%$

Ответ: $\approx 77.78\%$

д) Fe₂O₃

Относительная молекулярная масса оксида железа(III) $Fe_2O_3$:

$Mr(Fe_2O_3) = 2 \cdot Ar(Fe) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 112 + 48 = 160$

Массовая доля железа:

$\omega(Fe) = \frac{2 \cdot 56}{160} \cdot 100\% = \frac{112}{160} \cdot 100\% = 70.00\%$

Ответ: $70.00\%$

Сравним полученные значения массовой доли железа:

• в) $FeSO_4$: $\approx 36.84\%$
• б) $Fe(OH)_3$: $\approx 52.34\%$
• д) $Fe_2O_3$: $70.00\%$
• а) $Fe_3O_4$: $\approx 72.41\%$
• г) $FeO$: $\approx 77.78\%$

Располагаем соединения в порядке возрастания содержания в них железа:

$FeSO_4 \rightarrow Fe(OH)_3 \rightarrow Fe_2O_3 \rightarrow Fe_3O_4 \rightarrow FeO$

Ответ: в, б, д, а, г.

1. Формулы только оснований приведены в ряду

1) $Na_2CO_3$, NaOH, NaCl

2) $KNO_3$, $HNO_3$, KOH

3) KOH, $Mg(OH)_2$, $Cu(OH)_2$

4) HCl, $BaCl_2$, $Ba(OH)_2$

Для того чтобы определить, в каком ряду находятся формулы только оснований, необходимо проанализировать каждое вещество в предложенных вариантах. Основания — это химические соединения, состоящие из катиона металла (или иона аммония $NH_4^+$) и одной или нескольких гидроксид-анионов $OH^-$.

1) $Na_2CO_3$, $NaOH$, $NaCl$
В этом ряду представлены:

• $Na_2CO_3$ (карбонат натрия) — это средняя соль.
• $NaOH$ (гидроксид натрия) — это основание (щелочь).
• $NaCl$ (хлорид натрия) — это средняя соль.

Поскольку в ряду присутствуют соли, этот вариант не является правильным.

2) $KNO_3$, $HNO_3$, $KOH$
В этом ряду представлены:

• $KNO_3$ (нитрат калия) — это средняя соль.
• $HNO_3$ (азотная кислота) — это кислота.
• $KOH$ (гидроксид калия) — это основание (щелочь).

Этот ряд содержит вещества разных классов, поэтому он не подходит.

3) $KOH$, $Mg(OH)_2$, $Cu(OH)_2$
В этом ряду представлены:

• $KOH$ (гидроксид калия) — это растворимое основание (щелочь).
• $Mg(OH)_2$ (гидроксид магния) — это нерастворимое основание.
• $Cu(OH)_2$ (гидроксид меди(II)) — это нерастворимое основание.

Все три вещества являются основаниями. Следовательно, этот вариант является правильным.

4) $HCl$, $BaCl_2$, $Ba(OH)_2$
В этом ряду представлены:

• $HCl$ (соляная или хлороводородная кислота) — это кислота.
• $BaCl_2$ (хлорид бария) — это средняя соль.
• $Ba(OH)_2$ (гидроксид бария) — это основание (щелочь).

В этом ряду также находятся вещества разных классов, поэтому он не подходит.

Ответ: 3

2. Индикатор лакмус изменяет свой цвет в щелочной среде

1) на фиолетовый

2) на красный

3) на синий

4) на бесцветный

Решение

Лакмус — это кислотно-основный индикатор, который используется для определения pH среды. Его цвет меняется в зависимости от концентрации ионов водорода ($H^+$) и гидроксид-ионов ($OH^−$) в растворе.

Существуют три основных цвета, которые может принимать лакмус:

• В кислой среде (pH < 4,5) лакмус становится красным.
• В нейтральной среде (pH от 4,5 до 8,3) лакмус имеет фиолетовый цвет.
• В щелочной среде (pH > 8,3) лакмус становится синим.

Щелочная среда характеризуется избытком гидроксид-ионов ($OH^−$) и значением pH больше 7. Для лакмуса изменение цвета на характерный для щелочной среды происходит при pH > 8,3. Согласно правилу, в такой среде лакмус изменит свой цвет на синий. Следовательно, из предложенных вариантов правильным является ответ «на синий».

Ответ: 3) на синий

3. Вставьте в схемы реакций нейтрализации недостающие формулы веществ.

1) ... + ... $\rightarrow$ Mg(NO$_3$)$_2$ + H$_2$O

2) ... + ... $\rightarrow$ MgCl$_2$ + H$_2$O

3) ... + ... $\rightarrow$ K$_3$PO$_4$ + H$_2$O

4) ... + ... $\rightarrow$ Na$_2$S + H$_2$O

1)

В данной реакции продуктами являются соль нитрат магния ($Mg(NO_3)_2$) и вода ($H_2O$). Это реакция нейтрализации.

Реакция нейтрализации протекает между кислотой и основанием. Соль, образующаяся в результате, состоит из катиона металла основания и аниона кислотного остатка кислоты.

Катион магния $Mg^{2+}$ в соли $Mg(NO_3)_2$ указывает на то, что основанием является гидроксид магния $Mg(OH)_2$.

Нитрат-анион $NO_3^-$ указывает на то, что кислотой является азотная кислота $HNO_3$.

Составим уравнение реакции и уравняем его, расставив коэффициенты:

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

Ответ: недостающие вещества — $Mg(OH)_2$ и $HNO_3$.

2)

В этой реакции продуктами являются соль хлорид магния ($MgCl_2$) и вода ($H_2O$).

Поскольку это реакция нейтрализации, исходными веществами должны быть основание и кислота.

Катион магния $Mg^{2+}$ в соли $MgCl_2$ происходит от основания — гидроксида магния $Mg(OH)_2$.

Хлорид-анион $Cl^-$ происходит от кислоты — соляной (хлороводородной) кислоты $HCl$.

Составим и уравняем полное уравнение реакции:

$Mg(OH)_2 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + 2H_2O$

Ответ: недостающие вещества — $Mg(OH)_2$ и $HCl$.

3)

Продуктами реакции являются соль фосфат калия ($K_3PO_4$) и вода ($H_2O$).

Это реакция нейтрализации между основанием и кислотой.

Катион калия $K^+$ в соли $K_3PO_4$ указывает на основание — гидроксид калия $KOH$.

Фосфат-анион $PO_4^{3-}$ указывает на кислоту — ортофосфорную кислоту $H_3PO_4$.

Составим и уравняем полное уравнение реакции:

$3KOH + H_3PO_4 \rightarrow K_3PO_4 + 3H_2O$

Ответ: недостающие вещества — $KOH$ и $H_3PO_4$.

4)

Продуктами реакции являются соль сульфид натрия ($Na_2S$) и вода ($H_2O$).

Данная реакция является реакцией нейтрализации.

Катион натрия $Na^+$ в соли $Na_2S$ соответствует основанию — гидроксиду натрия $NaOH$.

Сульфид-анион $S^{2-}$ соответствует кислоте — сероводородной кислоте $H_2S$.

Составим и уравняем полное уравнение реакции:

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

Ответ: недостающие вещества — $NaOH$ и $H_2S$.

4. Установите соответствие между исходными веществами (веществом) и продуктами химических реакций.

1) $NaOH + CO_2$
A. $FeO + H_2O$

2) $NaOH + H_2SO_4$
Б. $Na_2CO_3 + H_2O$

3) $Fe(OH)_2 + HCl$
В. $Na_2SO_4 + H_2O$

4) $Fe(OH)_2$
Г. $FeCl_2 + H_2O$

1) NaOH + CO₂

Это реакция между щелочью (гидроксидом натрия $NaOH$) и кислотным оксидом (диоксидом углерода $CO_2$). Взаимодействие основания с кислотным оксидом приводит к образованию соли и воды. В данном случае образуется карбонат натрия ($Na_2CO_3$) и вода ($H_2O$).
Уравнение реакции: $2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$.
Данный набор продуктов соответствует варианту Б.
Ответ: Б

2) NaOH + H₂SO₄

Это реакция нейтрализации между сильным основанием (гидроксидом натрия $NaOH$) и сильной кислотой (серной кислотой $H_2SO_4$). В результате реакции обмена образуется соль (сульфат натрия $Na_2SO_4$) и вода ($H_2O$).
Уравнение реакции: $2NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$.
Данный набор продуктов соответствует варианту В.
Ответ: В

3) Fe(OH)₂ + HCl

Это реакция нейтрализации между основанием (гидроксидом железа(II) $Fe(OH)_2$) и сильной кислотой (соляной кислотой $HCl$). В результате реакции обмена образуется соль (хлорид железа(II) $FeCl_2$) и вода ($H_2O$).
Уравнение реакции: $Fe(OH)_2 + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + 2H_2O$.
Данный набор продуктов соответствует варианту Г.
Ответ: Г

4) Fe(OH)₂

Это реакция термического разложения нерастворимого основания (гидроксида железа(II) $Fe(OH)_2$). Нерастворимые основания при нагревании разлагаются на соответствующий оксид металла и воду. Гидроксид железа(II) разлагается на оксид железа(II) ($FeO$) и воду ($H_2O$).
Уравнение реакции: $Fe(OH)_2 \xrightarrow{t} FeO + H_2O$.
Данный набор продуктов соответствует варианту А.
Ответ: А