Номер 1, страница 100 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

Приведите примеры бытовых ситуаций, при решении которых необходимы расчёты по уравнениям химических реакций.

Расчёты по уравнениям химических реакций часто необходимы для решения различных бытовых задач, где требуется точное дозирование веществ для достижения желаемого результата, обеспечения безопасности или эффективности процесса. Ниже приведены несколько примеров.

При выпечке часто используют пищевую соду (гидрокарбонат натрия, $NaHCO_3$) в качестве разрыхлителя. Чтобы сода выделила углекислый газ ($CO_2$), который и делает тесто пышным, её необходимо "погасить", то есть добавить кислоту. В быту для этого часто используют столовый уксус, который является раствором уксусной кислоты ($CH_3COOH$).

Уравнение реакции:

$NaHCO_3 + CH_3COOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O + CO_2\uparrow$

Зачем нужен расчёт? Чтобы тесто хорошо поднялось, но при этом не имело неприятного "мыльного" привкуса от избытка непрореагировавшей соды, необходимо соблюсти правильные пропорции реагентов. Если добавить слишком мало уксуса, не вся сода прореагирует. Если слишком много — выпечка может получиться кислой. Рецепты обычно дают уже выверенные пропорции, но если нужно изменить количество ингредиентов или используется уксус другой концентрации, может потребоваться расчёт.

Пример расчёта: Допустим, по рецепту нужно взять 5 г соды ($NaHCO_3$). Какую массу 9%-го раствора уксуса для этого потребуется?

1. Находим количество вещества соды: $v(NaHCO_3) = \frac{m}{M} = \frac{5 \text{ г}}{84 \text{ г/моль}} \approx 0.06 \text{ моль}$.
2. По уравнению реакции, $v(CH_3COOH) = v(NaHCO_3) = 0.06 \text{ моль}$.
3. Находим массу чистой уксусной кислоты: $m(CH_3COOH) = v \cdot M = 0.06 \text{ моль} \cdot 60 \text{ г/моль} = 3.6 \text{ г}$.
4. Находим массу 9%-го раствора уксуса: $m(\text{раствора}) = \frac{m(\text{вещества})}{\omega} = \frac{3.6 \text{ г}}{0.09} = 40 \text{ г}$.

Ответ: Для полного гашения 5 граммов соды потребуется 40 граммов 9%-го уксуса. Точный расчёт позволяет добиться оптимального результата в кулинарии.

Накипь в чайниках и кофемашинах состоит в основном из карбонатов кальция ($CaCO_3$) и магния ($MgCO_3$). Для её удаления используют растворы кислот, например, лимонной кислоты ($C_6H_8O_7$).

Уравнение реакции (для карбоната кальция):

$3CaCO_3 + 2C_6H_8O_7 \rightarrow Ca_3(C_6H_5O_7)_2 + 3H_2O + 3CO_2\uparrow$

Зачем нужен расчёт? Чтобы эффективно и без лишних затрат удалить всю накипь. Если взять слишком мало кислоты, часть накипи останется. Если взять слишком много — это неэкономичный расход реактива, а также потенциально более длительный контакт концентрированной кислоты с нагревательным элементом, что нежелательно.

Пример расчёта: Предположим, в чайнике образовалось около 10 г накипи ($CaCO_3$). Сколько граммов лимонной кислоты нужно взять для её полного растворения?

1. Находим количество вещества накипи: $v(CaCO_3) = \frac{m}{M} = \frac{10 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 0.1 \text{ моль}$.
2. По уравнению реакции, количество вещества лимонной кислоты относится к количеству вещества карбоната кальция как 2:3. $v(C_6H_8O_7) = \frac{2}{3} v(CaCO_3) = \frac{2}{3} \cdot 0.1 \text{ моль} \approx 0.067 \text{ моль}$.
3. Находим массу лимонной кислоты: $m(C_6H_8O_7) = v \cdot M = 0.067 \text{ моль} \cdot 192 \text{ г/моль} \approx 12.8 \text{ г}$.

Ответ: Для удаления 10 граммов накипи потребуется примерно 13 граммов (или одна столовая ложка) лимонной кислоты. Расчёт помогает определить оптимальное количество чистящего средства.

Автомобильные свинцово-кислотные аккумуляторы содержат в качестве электролита раствор серной кислоты ($H_2SO_4$). При неосторожном обращении или повреждении аккумулятора кислота может пролиться. Это опасно, так как серная кислота — едкое вещество. Для её безопасной нейтрализации в бытовых условиях чаще всего используют пищевую соду ($NaHCO_3$).

Уравнение реакции нейтрализации:

$H_2SO_4 + 2NaHCO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O + 2CO_2\uparrow$

Зачем нужен расчёт? В первую очередь, для обеспечения безопасности. Необходимо использовать достаточное количество соды, чтобы полностью нейтрализовать всю пролитую кислоту. Неполная нейтрализация оставит опасный участок. Расчёт позволяет определить минимально необходимое количество нейтрализующего агента.

Пример расчёта: Допустим, пролилось 50 мл электролита, который представляет собой 35%-й раствор серной кислоты плотностью $1.26 \text{ г/мл}$. Сколько соды понадобится для нейтрализации?

1. Находим массу раствора кислоты: $m(\text{раствора}) = V \cdot \rho = 50 \text{ мл} \cdot 1.26 \text{ г/мл} = 63 \text{ г}$.
2. Находим массу чистой серной кислоты: $m(H_2SO_4) = m(\text{раствора}) \cdot \omega = 63 \text{ г} \cdot 0.35 = 22.05 \text{ г}$.
3. Находим количество вещества кислоты: $v(H_2SO_4) = \frac{m}{M} = \frac{22.05 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} \approx 0.225 \text{ моль}$.
4. По уравнению реакции, $v(NaHCO_3) = 2 \cdot v(H_2SO_4) = 2 \cdot 0.225 \text{ моль} = 0.45 \text{ моль}$.
5. Находим массу соды: $m(NaHCO_3) = v \cdot M = 0.45 \text{ моль} \cdot 84 \text{ г/моль} = 37.8 \text{ г}$.

Ответ: Для безопасной нейтрализации 50 мл аккумуляторного электролита потребуется не менее 38 граммов пищевой соды. Расчёт по уравнению реакции критически важен для устранения химической опасности.