Номер C, страница 229 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

C

1. Сколько литров (н.у.) бутана необходимо сжечь, чтобы при пропускании полученного $CO_2$ через известковую воду образовалось 250 г $CaCO_3$?

Ответ: $V(C_4H_{10})$ = 14 л.

2. Какой объем метана выделится при сплавлении 180 г ацетата натрия с 80 г сухого гидроксида натрия, если выход метана составляет 80%?

Ответ: $V(CH_4)$ = 35,84 л.

3. Вычислите объем хлороводорода и массовую долю кислоты $(\rho= 1,15 \text{ г/мл})$, которая образуется при растворении хлороводорода, полученного хлорированием $1 \text{ м}^3$ (по первой ступени) этана при $t^\circ = 30^\circ C$, $p = 98 \text{ кПа}$ в 3 л воды.

Ответ: $w(HCl)$ = 31,42%, $V(HCl)$ = 3,8 л.

1. Дано:

m(CaCO₃) = 250 г

Условия: нормальные (н.у.)

Найти:

V(C₄H₁₀) – ?

Решение:

Сначала напишем уравнения двух последовательных реакций. Первая – горение бутана с образованием углекислого газа, вторая – реакция углекислого газа с известковой водой (раствором гидроксида кальция) с образованием нерастворимого карбоната кальция.

1) Горение бутана:

$2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O$

2) Реакция с известковой водой:

$CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O$

Теперь проведем расчеты, двигаясь от конечного продукта (CaCO₃) к исходному реагенту (C₄H₁₀).

Вычислим количество вещества образовавшегося карбоната кальция (CaCO₃). Его молярная масса:

$M(CaCO₃) = M(Ca) + M(C) + 3 \cdot M(O) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100$ г/моль.

Количество вещества CaCO₃:

$n(CaCO₃) = \frac{m(CaCO₃)}{M(CaCO₃)} = \frac{250 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 2,5$ моль.

Из уравнения реакции (2) следует, что для образования 1 моль CaCO₃ требуется 1 моль CO₂. Следовательно, количество вещества CO₂, прореагировавшего с известковой водой, равно:

$n(CO₂) = n(CaCO₃) = 2,5$ моль.

Теперь, используя уравнение горения бутана (1), найдем, какое количество вещества бутана необходимо сжечь для получения 2,5 моль CO₂. Из уравнения видно, что из 2 моль C₄H₁₀ образуется 8 моль CO₂. Соотношение количеств веществ:

$\frac{n(C₄H₁₀)}{2} = \frac{n(CO₂)}{8}$

Отсюда, $n(C₄H₁₀) = \frac{2 \cdot n(CO₂)}{8} = \frac{n(CO₂)}{4} = \frac{2,5 \text{ моль}}{4} = 0,625$ моль.

Наконец, вычислим объем бутана при нормальных условиях (н.у.), зная, что молярный объем любого газа при н.у. составляет $V_m = 22,4$ л/моль:

$V(C₄H₁₀) = n(C₄H₁₀) \cdot V_m = 0,625 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 14$ л.

Ответ: $V(C₄H₁₀) = 14$ л.

2. Дано:

m(CH₃COONa) = 180 г

m(NaOH) = 80 г

η = 80% = 0,8

Найти:

V(CH₄) – ?

Решение:

Реакция сплавления ацетата натрия с гидроксидом натрия (реакция Дюма) приводит к образованию метана и карбоната натрия:

$CH₃COONa + NaOH \xrightarrow{t} CH₄↑ + Na₂CO₃$

Для определения объема выделившегося метана сначала нужно найти, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент).

Вычислим молярные массы реагентов:

$M(CH₃COONa) = 2 \cdot 12 + 3 \cdot 1 + 2 \cdot 16 + 23 = 82$ г/моль.

$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль.

Найдем количество вещества каждого реагента:

$n(CH₃COONa) = \frac{m(CH₃COONa)}{M(CH₃COONa)} = \frac{180 \text{ г}}{82 \text{ г/моль}} \approx 2,195$ моль.

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{80 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 2$ моль.

Согласно уравнению реакции, реагенты взаимодействуют в мольном соотношении 1:1. Поскольку $n(NaOH) < n(CH₃COONa)$ (2 моль < 2,195 моль), гидроксид натрия является лимитирующим реагентом, и дальнейшие расчеты ведутся по нему.

Теоретическое количество вещества метана, которое могло бы образоваться, равно количеству вещества лимитирующего реагента:

$n_{теор}(CH₄) = n(NaOH) = 2$ моль.

Практическое количество вещества метана, полученное с учетом 80% выхода, составляет:

$n_{практ}(CH₄) = n_{теор}(CH₄) \cdot η = 2 \text{ моль} \cdot 0,8 = 1,6$ моль.

Поскольку в условии не указаны конкретные условия (температура и давление) для метана, расчет объема производится для нормальных условий (н.у.), где молярный объем $V_m = 22,4$ л/моль.

$V(CH₄) = n_{практ}(CH₄) \cdot V_m = 1,6 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 35,84$ л.

Ответ: $V(CH₄) = 35,84$ л.

3. Дано:

V(C₂H₆) = 1 м³

t = 30°С

p = 98 кПа

V(H₂O) = 3 л

ρ(кислоты) = 1,15 г/мл

Перевод в СИ:

V(C₂H₆) = 1 м³

T = 30 + 273,15 = 303,15 К

p = 98 × 10³ Па

V(H₂O) = 3 × 10⁻³ м³

ρ(кислоты) = 1,15 × 10³ кг/м³

Найти:

w(HCl) – ?

V(кислоты) – ?

Решение:

1. Сначала найдем количество вещества хлороводорода, полученного при хлорировании этана. Уравнение реакции хлорирования этана по первой ступени:

$C₂H₆ + Cl₂ \xrightarrow{hν} C₂H₅Cl + HCl$

2. Рассчитаем количество вещества этана, используя уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона) $pV = nRT$:

$n(C₂H₆) = \frac{pV}{RT} = \frac{98 \cdot 10³ \text{ Па} \cdot 1 \text{ м³}}{8,314 \mathrm{Дж/(моль \cdot К)} \cdot 303,15 \text{ К}} \approx 38,886$ моль.

3. Согласно стехиометрии реакции, из 1 моль этана образуется 1 моль хлороводорода. Следовательно:

$n(HCl) = n(C₂H₆) \approx 38,886$ моль.

4. Вычислим массу полученного хлороводорода. Молярная масса HCl:

$M(HCl) = 1,008 + 35,453 \approx 36,46$ г/моль.

$m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = 38,886 \text{ моль} \cdot 36,46 \text{ г/моль} \approx 1417,8$ г.

5. Далее этот хлороводород растворяют в 3 л воды. Примем плотность воды $ρ(H₂O) = 1$ г/мл = 1000 г/л. Тогда масса воды:

$m(H₂O) = 3 \text{ л} \cdot 1000 \text{ г/л} = 3000$ г.

6. Общая масса полученного раствора соляной кислоты:

$m(раствора) = m(HCl) + m(H₂O) = 1417,8 \text{ г} + 3000 \text{ г} = 4417,8$ г.

7. Теперь можно вычислить массовую долю HCl в растворе:

$w(HCl) = \frac{m(HCl)}{m(раствора)} \cdot 100\% = \frac{1417,8 \text{ г}}{4417,8 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 32,09\%$

8. Наконец, найдем объем полученной кислоты, используя ее массу и данную плотность $ρ(кислоты) = 1,15$ г/мл.

$V(кислоты) = \frac{m(раствора)}{ρ(кислоты)} = \frac{4417,8 \text{ г}}{1,15 \text{ г/мл}} \approx 3841,6 \text{ мл} \approx 3,84$ л.

Примечание: Рассчитанное значение массовой доли (32,09%) отличается от значения в ответе (31,42%), что может быть связано с опечаткой в условии задачи или в ответе. Однако расчет объема раствора (~3,84 л) соответствует ответу (3,8 л) после округления.

Ответ: $w(HCl) \approx 32,09\%$, $V(кислоты) \approx 3,84$ л.