Номер C, страница 49 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

C

1. Определите объем сероводорода, выделившегося при взаимодействии 120 г сульфида свинца с 360 мл 15%-го раствора ( $ \rho= 1,075 \text{ г/мл} $) соляной кислоты.

Ответ: 11,25 л.

2. Определите массовую долю кислоты, образованной при растворении газа, выделенного в результате взаимодействия 1,94 г сульфида цинка с 250 мл 20%-го раствора соляной кислоты ( $ \rho= 1,1 \text{ г/мл} $), в 200 мл воды.

Ответ: 3,3%.

3. Рассчитайте концентрацию и массу ионов в растворе сульфата алюминия 0,001 моль/л, если степень диссоциации равна 90%.

Ответ: $ C(\text{Al}^{3+}) = 1,8 \cdot 10^{-2} \text{ моль/л} $; $ C(\text{SO}_4^{2-}) = 2,7 \cdot 10^{-2} \text{ моль/л} $.

4. Определите концентрацию ионов и их массу в 0,001 моль раствора гидроксида бария, если $ \alpha = 85\% $.

Ответ: $ C(\text{Ba}^{2+}) = 8,5 \cdot 10^{-4} \text{ моль/л} $; $ m(\text{Ba}^{2+}) = 0,116 \text{ г} $; $ C(\text{OH}^-) = 1,7 \cdot 10^{-3} \text{ моль/л} $; $ m(\text{OH}^-) = 2,89 \cdot 10^{-2} \text{ г} $.

1. Дано:

$m(PbS) = 120$ г

$V_{р-ра HCl} = 360$ мл

$\omega(HCl) = 15\%$

$\rho_{р-ра HCl} = 1,075$ г/мл

$m(PbS) = 0,12$ кг

$V_{р-ра HCl} = 3,6 \cdot 10^{-4}$ м³

$\omega(HCl) = 0,15$

$\rho_{р-ра HCl} = 1075$ кг/м³

Найти:

$V(H_2S)$ - ?

Решение:

Запишем уравнение реакции взаимодействия сульфида свинца(II) с соляной кислотой:

$PbS + 2HCl \rightarrow PbCl_2 + H_2S\uparrow$

Найдем количество вещества (моль) каждого из реагентов.

Молярная масса сульфида свинца $M(PbS) = 207 + 32 = 239$ г/моль.

Количество вещества сульфида свинца:

$n(PbS) = \frac{m(PbS)}{M(PbS)} = \frac{120 \text{ г}}{239 \text{ г/моль}} \approx 0,502$ моль.

Найдем массу раствора соляной кислоты:

$m_{р-ра HCl} = V_{р-ра HCl} \cdot \rho_{р-ра HCl} = 360 \text{ мл} \cdot 1,075 \text{ г/мл} = 387$ г.

Найдем массу чистой соляной кислоты в растворе:

$m(HCl) = m_{р-ра HCl} \cdot \omega(HCl) = 387 \text{ г} \cdot 0,15 = 58,05$ г.

Молярная масса соляной кислоты $M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5$ г/моль.

Количество вещества соляной кислоты:

$n(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{58,05 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 1,59$ моль.

Определим, какой из реагентов находится в недостатке. По уравнению реакции, на 1 моль $PbS$ требуется 2 моль $HCl$.

Для реакции с $0,502$ моль $PbS$ необходимо $2 \cdot 0,502 = 1,004$ моль $HCl$. В наличии имеется $1,59$ моль $HCl$, что больше, чем требуется. Следовательно, $HCl$ находится в избытке, а $PbS$ является лимитирующим реагентом. Расчет продукта (сероводорода $H_2S$) будем вести по $PbS$.

По уравнению реакции, из 1 моль $PbS$ образуется 1 моль $H_2S$. Значит, $n(H_2S) = n(PbS) = 0,502$ моль.

Найдем объем сероводорода при нормальных условиях (н.у.), где молярный объем газа $V_m = 22,4$ л/моль:

$V(H_2S) = n(H_2S) \cdot V_m = 0,502 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 11,25$ л.

Ответ: 11,25 л.

2. Дано:

$m(ZnS) = 1,94$ г

$V_{р-ра HCl} = 250$ мл

$\omega(HCl) = 20\%$

$\rho_{р-ра HCl} = 1,1$ г/мл

$V(H_2O) = 200$ мл

$m(ZnS) = 1,94 \cdot 10^{-3}$ кг

$V_{р-ра HCl} = 2,5 \cdot 10^{-4}$ м³

$\omega(HCl) = 0,2$

$\rho_{р-ра HCl} = 1100$ кг/м³

$V(H_2O) = 2 \cdot 10^{-4}$ м³

Найти:

$\omega_{кислоты}$ - ?

Решение:

В условии задачи, вероятно, допущена опечатка. При массе сульфида цинка $1,94$ г, итоговый ответ составляет $0,33\%$. Чтобы получить ответ $3,3\%$, указанный в условии, масса сульфида цинка должна быть $19,4$ г. Расчет будет проведен с исправленным значением $m(ZnS) = 19,4$ г.

1. Определяем количество выделившегося газа.

Уравнение реакции: $ZnS + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2S\uparrow$.

Газ, выделяющийся в реакции - сероводород ($H_2S$).

Молярная масса сульфида цинка $M(ZnS) = 65 + 32 = 97$ г/моль.

Количество вещества $ZnS$: $n(ZnS) = \frac{19,4 \text{ г}}{97 \text{ г/моль}} = 0,2$ моль.

Масса раствора $HCl$: $m_{р-ра HCl} = 250 \text{ мл} \cdot 1,1 \text{ г/мл} = 275$ г.

Масса чистого $HCl$: $m(HCl) = 275 \text{ г} \cdot 0,20 = 55$ г.

Молярная масса $HCl$: $M(HCl) = 36,5$ г/моль.

Количество вещества $HCl$: $n(HCl) = \frac{55 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 1,51$ моль.

По уравнению на $0,2$ моль $ZnS$ требуется $2 \cdot 0,2 = 0,4$ моль $HCl$. Так как в наличии $1,51$ моль $HCl$, кислота в избытке, а $ZnS$ - в недостатке. Расчет ведем по $ZnS$.

Из уравнения $n(H_2S) = n(ZnS) = 0,2$ моль.

Молярная масса сероводорода $M(H_2S) = 2 \cdot 1 + 32 = 34$ г/моль.

Масса выделившегося сероводорода: $m(H_2S) = 0,2 \text{ моль} \cdot 34 \text{ г/моль} = 6,8$ г.

2. Определяем массовую долю кислоты.

При растворении сероводорода в воде образуется сероводородная кислота. Масса растворенного вещества (сероводорода) равна $6,8$ г.

Масса растворителя (воды), принимая плотность воды за 1 г/мл: $m(H_2O) = 200 \text{ мл} \cdot 1 \text{ г/мл} = 200$ г.

Масса конечного раствора: $m_{р-ра} = m(H_2S) + m(H_2O) = 6,8 \text{ г} + 200 \text{ г} = 206,8$ г.

Массовая доля кислоты (сероводорода) в полученном растворе:

$\omega(H_2S) = \frac{m(H_2S)}{m_{р-ра}} \cdot 100\% = \frac{6,8 \text{ г}}{206,8 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 3,29\%$

Ответ: 3,3%.

3. Дано:

$C(Al_2(SO_4)_3) = 0,001$ моль/л

$\alpha = 90\%$

$C(Al_2(SO_4)_3) = 1$ моль/м³

$\alpha = 0,9$

Найти:

$C(Al^{3+})$ - ?, $C(SO_4^{2-})$ - ?

$m(Al^{3+})$ - ?, $m(SO_4^{2-})$ - ?

Решение:

Сульфат алюминия диссоциирует в водном растворе по уравнению:

$Al_2(SO_4)_3 \rightleftharpoons 2Al^{3+} + 3SO_4^{2-}$

Степень диссоциации $\alpha$ показывает, какая доля от исходной концентрации вещества диссоциировала на ионы. Концентрация диссоциировавших молекул соли:

$C_{дисс} = C(Al_2(SO_4)_3) \cdot \alpha = 0,001 \text{ моль/л} \cdot 0,9 = 0,0009$ моль/л.

Согласно уравнению диссоциации, из одной молекулы соли образуется два иона алюминия и три сульфат-иона. Поэтому концентрации ионов будут:

$C(Al^{3+}) = 2 \cdot C_{дисс} = 2 \cdot 0,0009 \text{ моль/л} = 0,0018 \text{ моль/л} = 1,8 \cdot 10^{-3}$ моль/л.

$C(SO_4^{2-}) = 3 \cdot C_{дисс} = 3 \cdot 0,0009 \text{ моль/л} = 0,0027 \text{ моль/л} = 2,7 \cdot 10^{-3}$ моль/л.

Для расчета массы ионов необходимо задать объем раствора. Примем объем раствора равным 1 л. Тогда количество вещества каждого иона будет численно равно их молярной концентрации.

$n(Al^{3+}) = 1,8 \cdot 10^{-3}$ моль.

$n(SO_4^{2-}) = 2,7 \cdot 10^{-3}$ моль.

Молярные массы: $M(Al) = 27$ г/моль; $M(SO_4) = 32 + 4 \cdot 16 = 96$ г/моль.

Массы ионов в 1 л раствора:

$m(Al^{3+}) = n(Al^{3+}) \cdot M(Al) = 1,8 \cdot 10^{-3} \text{ моль} \cdot 27 \text{ г/моль} = 0,0486$ г.

$m(SO_4^{2-}) = n(SO_4^{2-}) \cdot M(SO_4) = 2,7 \cdot 10^{-3} \text{ моль} \cdot 96 \text{ г/моль} = 0,2592$ г.

Ответ: $C(Al^{3+}) = 1,8 \cdot 10^{-3}$ моль/л; $C(SO_4^{2-}) = 2,7 \cdot 10^{-3}$ моль/л. В 1 л раствора масса ионов составляет $m(Al^{3+}) = 0,0486$ г; $m(SO_4^{2-}) = 0,2592$ г.

4. Дано:

$n_{исх}(Ba(OH)_2) = 0,001$ моль

$\alpha = 85\%$

$\alpha = 0,85$

Найти:

$C(Ba^{2+})$ - ?, $C(OH^{-})$ - ?

$m(Ba^{2+})$ - ?, $m(OH^{-})$ - ?

Решение:

Формулировка "в 0,001 моль раствора" является некорректной. Судя по предоставленному ответу, где концентрация выражена в моль/л, имелся в виду раствор, содержащий 0,001 моль гидроксида бария в 1 литре, то есть раствор с начальной концентрацией $C(Ba(OH)_2) = 0,001$ моль/л. Расчет массы также будем проводить для 1 л раствора.

Гидроксид бария, сильное основание, диссоциирует в воде:

$Ba(OH)_2 \rightleftharpoons Ba^{2+} + 2OH^{-}$

Степень диссоциации $\alpha = 85\% = 0,85$.

Концентрация диссоциировавших молекул $Ba(OH)_2$:

$C_{дисс} = C(Ba(OH)_2) \cdot \alpha = 0,001 \text{ моль/л} \cdot 0,85 = 0,00085 \text{ моль/л} = 8,5 \cdot 10^{-4}$ моль/л.

Из уравнения диссоциации видно, что из 1 молекулы $Ba(OH)_2$ образуется 1 ион $Ba^{2+}$ и 2 иона $OH^{-}$.

Концентрации ионов:

$C(Ba^{2+}) = 1 \cdot C_{дисс} = 8,5 \cdot 10^{-4}$ моль/л.

$C(OH^{-}) = 2 \cdot C_{дисс} = 2 \cdot 8,5 \cdot 10^{-4} \text{ моль/л} = 17 \cdot 10^{-4} \text{ моль/л} = 1,7 \cdot 10^{-3}$ моль/л.

Рассчитаем массу ионов в 1 л раствора. Количество вещества ионов (в моль) будет численно равно их концентрации (в моль/л).

$n(Ba^{2+}) = 8,5 \cdot 10^{-4}$ моль.

$n(OH^{-}) = 1,7 \cdot 10^{-3}$ моль.

Молярные массы: $M(Ba) = 137$ г/моль; $M(OH) = 16 + 1 = 17$ г/моль.

Массы ионов:

$m(Ba^{2+}) = n(Ba^{2+}) \cdot M(Ba) = 8,5 \cdot 10^{-4} \text{ моль} \cdot 137 \text{ г/моль} = 0,11645$ г.

$m(OH^{-}) = n(OH^{-}) \cdot M(OH) = 1,7 \cdot 10^{-3} \text{ моль} \cdot 17 \text{ г/моль} = 0,0289 \text{ г} = 2,89 \cdot 10^{-2}$ г.

Ответ: $C(Ba^{2+}) = 8,5 \cdot 10^{-4}$ моль/л; $m(Ba^{2+}) = 0,116$ г; $C(OH^{-}) = 1,7 \cdot 10^{-3}$ моль/л; $m(OH^{-}) = 2,89 \cdot 10^{-2}$ г.