Номер C, страница 148 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

C

1. Вычислите массу сульфата бария, который образуется при взаимодействии раствора хлорида бария объемом 50 мл и концентрацией $0,2 \text{ моль/л}$ с 20%-м раствором сульфата натрия массой 30 г.

Ответ: $2,33 \text{ г } \text{BaSO}_4$.

2. Дана смесь сероводорода и кислорода в сосуде объемом 4 л. Смесь взорвали, продукты горения обработали водой, при этом образовалась 1%-я кислота массой 440 г. Определите объемы исходных газов.

Ответ: $V(\text{H}_2\text{S}) = 1,2 \text{ л}$, $V(\text{O}_2) = 2,8 \text{ л}$.

3. Через раствор гидроксида натрия было пропущено 100 л воздуха, содержащего сернистый газ. К полученному раствору добавили раствор иода до обесцвечивания, при этом образовалась соль массой 7 г. Соответствует ли санитарной норме очищенный таким способом воздух, если ПДК сернистого газа $0,01 \text{ мг/мл}$?

Ответ: не соответствует.

4. Рассчитайте объем 20%-го раствора гидроксида натрия $(\rho= 1,225 \text{ г/мл})$, необходимого для полного поглощения сернистого газа, полученного при обжиге сульфида цинка массой 200 г, содержащего 6% примеси.

Ответ: $V_{\text{р-ра}}(\text{NaOH}) = 632,86 \text{ мл}$.

1. Дано:

Раствор $BaCl_2$:

$V(p-pa BaCl_2) = 50 \text{ мл}$

$C_M(BaCl_2) = 0,2 \text{ моль/л}$

Раствор $Na_2SO_4$:

$m(p-pa Na_2SO_4) = 30 \text{ г}$

$\omega(Na_2SO_4) = 20\% = 0,2$

$V(p-pa BaCl_2) = 50 \text{ мл} = 0,05 \text{ л}$

Найти:

$m(BaSO_4)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции обмена между хлоридом бария и сульфатом натрия:

$BaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$

Сульфат бария ($BaSO_4$) выпадает в осадок.

2. Найдем количество вещества каждого из реагентов, чтобы определить, который из них находится в недостатке.

Количество вещества хлорида бария $n(BaCl_2)$:

$n(BaCl_2) = C_M(BaCl_2) \times V(p-pa BaCl_2) = 0,2 \text{ моль/л} \times 0,05 \text{ л} = 0,01 \text{ моль}$

Масса чистого сульфата натрия $m(Na_2SO_4)$ в растворе:

$m(Na_2SO_4) = m(p-pa Na_2SO_4) \times \omega(Na_2SO_4) = 30 \text{ г} \times 0,2 = 6 \text{ г}$

Молярная масса сульфата натрия $M(Na_2SO_4)$:

$M(Na_2SO_4) = 2 \times 23 + 32 + 4 \times 16 = 142 \text{ г/моль}$

Количество вещества сульфата натрия $n(Na_2SO_4)$:

$n(Na_2SO_4) = \frac{m(Na_2SO_4)}{M(Na_2SO_4)} = \frac{6 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} \approx 0,042 \text{ моль}$

3. Сравним количество вещества реагентов. Согласно уравнению реакции, они реагируют в соотношении 1:1. $n(BaCl_2) = 0,01 \text{ моль}$ < $n(Na_2SO_4) \approx 0,042 \text{ моль}$.

Следовательно, хлорид бария ($BaCl_2$) является лимитирующим реагентом, и расчет массы продукта будем вести по нему.

4. По уравнению реакции, из 1 моль $BaCl_2$ образуется 1 моль $BaSO_4$. Таким образом, количество вещества сульфата бария равно количеству вещества хлорида бария:

$n(BaSO_4) = n(BaCl_2) = 0,01 \text{ моль}$

5. Найдем массу образовавшегося сульфата бария $m(BaSO_4)$.

Молярная масса сульфата бария $M(BaSO_4)$:

$M(BaSO_4) = 137 + 32 + 4 \times 16 = 233 \text{ г/моль}$

Масса осадка:

$m(BaSO_4) = n(BaSO_4) \times M(BaSO_4) = 0,01 \text{ моль} \times 233 \text{ г/моль} = 2,33 \text{ г}$

Ответ: $m(BaSO_4) = 2,33 \text{ г}$.

2. Дано:

$V_{смеси} = 4 \text{ л}$

$m(p-pa \text{ кислоты}) = 440 \text{ г}$

$\omega(\text{кислоты}) = 1\% = 0,01$

Найти:

$V(H_2S)$ - ?, $V(O_2)$ - ?

Решение:

1. При горении (взрыве) сероводорода в кислороде образуется сернистый газ и вода:

$2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2SO_2 + 2H_2O$

При обработке продуктов горения водой сернистый газ ($SO_2$) растворяется, образуя сернистую кислоту ($H_2SO_3$):

$SO_2 + H_2O \rightarrow H_2SO_3$

2. Рассчитаем массу, а затем количество вещества образовавшейся сернистой кислоты.

Масса чистой кислоты:

$m(H_2SO_3) = m(p-pa) \times \omega = 440 \text{ г} \times 0,01 = 4,4 \text{ г}$

Молярная масса сернистой кислоты $M(H_2SO_3)$:

$M(H_2SO_3) = 2 \times 1 + 32 + 3 \times 16 = 82 \text{ г/моль}$

Количество вещества кислоты:

$n(H_2SO_3) = \frac{m(H_2SO_3)}{M(H_2SO_3)} = \frac{4,4 \text{ г}}{82 \text{ г/моль}} \approx 0,05366 \text{ моль}$

3. Согласно уравнениям реакций, количество вещества исходного сероводорода равно количеству вещества полученной сернистой кислоты:

$n(H_2S) = n(SO_2) = n(H_2SO_3) \approx 0,05366 \text{ моль}$

4. Объем исходной смеси газов составляет 4 л. Будем считать, что объемы даны для одинаковых условий (н.у.). Мольный объем газа $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

Общее количество вещества в исходной смеси:

$n_{общ} = \frac{V_{смеси}}{V_m} = \frac{4 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} \approx 0,17857 \text{ моль}$

5. Зная общее количество вещества и количество вещества сероводорода, найдем количество вещества кислорода:

$n(O_2) = n_{общ} - n(H_2S) = 0,17857 \text{ моль} - 0,05366 \text{ моль} = 0,12491 \text{ моль}$

6. Теперь найдем объемы исходных газов:

$V(H_2S) = n(H_2S) \times V_m = 0,05366 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} \approx 1,20 \text{ л}$

$V(O_2) = n(O_2) \times V_m = 0,12491 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} \approx 2,80 \text{ л}$

Ответ: $V(H_2S) = 1,2 \text{ л}$, $V(O_2) = 2,8 \text{ л}$.

3. Дано:

$V_{воздуха} = 100 \text{ л}$

$m(соли) = 7 \text{ г}$

ПДК($SO_2$) = $0,01 \text{ мг/мл}$

Найти:

Соответствует ли воздух санитарной норме?

Решение:

1. Запишем уравнения реакций. Сначала сернистый газ поглощается раствором гидроксида натрия с образованием сульфита натрия:

$SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$

Затем к полученному раствору сульфита натрия добавляют йод. Сульфит-ион окисляется йодом до сульфат-иона. Образуется соль — сульфат натрия:

$Na_2SO_3 + I_2 + H_2O \rightarrow Na_2SO_4 + 2HI$

2. Образовавшаяся соль массой 7 г — это сульфат натрия ($Na_2SO_4$). Найдем его количество вещества.

Молярная масса $M(Na_2SO_4) = 2 \times 23 + 32 + 4 \times 16 = 142 \text{ г/моль}$

$n(Na_2SO_4) = \frac{m}{M} = \frac{7 \text{ г}}{142 \text{ г/моль}} \approx 0,0493 \text{ моль}$

3. По цепочке стехиометрических соотношений найдем количество вещества исходного $SO_2$:

$n(SO_2) = n(Na_2SO_3) = n(Na_2SO_4) \approx 0,0493 \text{ моль}$

4. Рассчитаем массу сернистого газа, которая содержалась в 100 л воздуха.

Молярная масса $M(SO_2) = 32 + 2 \times 16 = 64 \text{ г/моль}$

$m(SO_2) = n(SO_2) \times M(SO_2) = 0,0493 \text{ моль} \times 64 \text{ г/моль} \approx 3,155 \text{ г}$

5. Найдем концентрацию $SO_2$ в воздухе и сравним ее с ПДК. Для этого приведем величины к одинаковым единицам измерения (мг/мл).

Масса $SO_2$: $m(SO_2) = 3,155 \text{ г} = 3155 \text{ мг}$

Объем воздуха: $V_{воздуха} = 100 \text{ л} = 100 \times 1000 \text{ мл} = 100000 \text{ мл}$

Концентрация $SO_2$ в воздухе:

$C(SO_2) = \frac{m(SO_2)}{V_{воздуха}} = \frac{3155 \text{ мг}}{100000 \text{ мл}} = 0,03155 \text{ мг/мл}$

6. Сравним полученную концентрацию с предельно допустимой концентрацией (ПДК):

$0,03155 \text{ мг/мл} > 0,01 \text{ мг/мл}$

Концентрация сернистого газа в исследуемом воздухе превышает санитарную норму.

Ответ: не соответствует.

4. Дано:

$m(техн. ZnS) = 200 \text{ г}$

$\omega(примесей) = 6\% = 0,06$

Раствор $NaOH$:

$\omega(NaOH) = 20\% = 0,2$

$\rho(p-pa NaOH) = 1,225 \text{ г/мл}$

Найти:

$V(p-pa NaOH)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции обжига сульфида цинка:

$2ZnS + 3O_2 \xrightarrow{t} 2ZnO + 2SO_2$

2. Рассчитаем массу чистого $ZnS$ и его количество вещества.

Массовая доля чистого $ZnS$: $\omega(ZnS) = 100\% - 6\% = 94\% = 0,94$

Масса чистого $ZnS$: $m(ZnS) = m(техн. ZnS) \times \omega(ZnS) = 200 \text{ г} \times 0,94 = 188 \text{ г}$

Молярная масса $M(ZnS) = 65 + 32 = 97 \text{ г/моль}$

Количество вещества $ZnS$: $n(ZnS) = \frac{m(ZnS)}{M(ZnS)} = \frac{188 \text{ г}}{97 \text{ г/моль}} \approx 1,9381 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции, количество вещества образовавшегося $SO_2$ равно количеству вещества $ZnS$:

$n(SO_2) = n(ZnS) \approx 1,9381 \text{ моль}$

4. Запишем уравнение реакции полного поглощения сернистого газа гидроксидом натрия. При полном поглощении образуется средняя соль — сульфит натрия:

$SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$

5. По уравнению, для поглощения 1 моль $SO_2$ требуется 2 моль $NaOH$. Найдем необходимое количество вещества $NaOH$:

$n(NaOH) = 2 \times n(SO_2) = 2 \times 1,9381 \text{ моль} \approx 3,8762 \text{ моль}$

6. Рассчитаем массу чистого $NaOH$, затем массу и объем его 20%-го раствора.

Молярная масса $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

Масса чистого $NaOH$:

$m(NaOH) = n(NaOH) \times M(NaOH) = 3,8762 \text{ моль} \times 40 \text{ г/моль} \approx 155,05 \text{ г}$

Масса раствора $NaOH$:

$m(p-pa NaOH) = \frac{m(NaOH)}{\omega(NaOH)} = \frac{155,05 \text{ г}}{0,2} = 775,25 \text{ г}$

Объем раствора $NaOH$:

$V(p-pa NaOH) = \frac{m(p-pa NaOH)}{\rho(p-pa NaOH)} = \frac{775,25 \text{ г}}{1,225 \text{ г/мл}} \approx 632,86 \text{ мл}$

Ответ: $V_{p-pa}(NaOH) = 632,86 \text{ мл}$.