Страница 22 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

1. Проанализируйте уравнение реакции $2\text{H}_2\text{S} + 3\text{O}_2 = 2\text{H}_2\text{O} + 2\text{SO}_2$ подобно тому, как это сделано на с. 19—20 для реакции горения метана.

Проанализируем данное уравнение химической реакции горения сероводорода: $2H_2S + 3O_2 = 2H_2O + 2SO_2$.

Качественный анализ (состав веществ и классификация реакции)

• Исходные вещества (реагенты): сероводород ($H_2S$) и кислород ($O_2$).
• Продукты реакции: вода ($H_2O$) и диоксид серы ($SO_2$), также известный как сернистый газ.
• Сероводород, вода и диоксид серы являются сложными веществами, так как их молекулы состоят из атомов разных химических элементов. Кислород является простым веществом, так как его молекула состоит из атомов одного химического элемента.
• Тип реакции: Данная реакция является окислительно-восстановительной (ОВР), так как происходит изменение степеней окисления у атомов серы и кислорода. Также это реакция горения, которая сопровождается выделением тепла и света, то есть она экзотермическая. По признаку изменения состава веществ ее можно отнести к реакциям замещения.

Количественный анализ (соотношения веществ)

• Коэффициенты в уравнении показывают мольные соотношения веществ, участвующих в реакции. Согласно уравнению, 2 моль сероводорода реагируют с 3 моль кислорода с образованием 2 моль воды и 2 моль диоксида серы. Соотношение количеств веществ: $n(H_2S) : n(O_2) : n(H_2O) : n(SO_2) = 2 : 3 : 2 : 2$.
• Уравнение реакции подчиняется закону сохранения массы веществ. Проверим это, рассчитав массы реагентов и продуктов, используя молярные массы ($M(H)=1$ г/моль, $M(S)=32$ г/моль, $M(O)=16$ г/моль):
  • $M(H_2S) = 2 \cdot 1 + 32 = 34$ г/моль
  • $M(O_2) = 2 \cdot 16 = 32$ г/моль
  • $M(H_2O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18$ г/моль
  • $M(SO_2) = 32 + 2 \cdot 16 = 64$ г/моль

  Масса вступивших в реакцию веществ: $m_{реагентов} = 2 \cdot M(H_2S) + 3 \cdot M(O_2) = 2 \cdot 34 + 3 \cdot 32 = 68 + 96 = 164$ г.

  Масса образовавшихся веществ: $m_{продуктов} = 2 \cdot M(H_2O) + 2 \cdot M(SO_2) = 2 \cdot 18 + 2 \cdot 64 = 36 + 128 = 164$ г.

  Масса реагентов равна массе продуктов, закон сохранения массы выполняется.

• При одинаковых условиях (температуре и давлении) все участники реакции являются газами. Согласно закону Авогадро, соотношение их объемов равно соотношению их количеств (моль).

  Объемное соотношение: $V(H_2S) : V(O_2) : V(H_2O_{газ}) : V(SO_2) = 2 : 3 : 2 : 2$.

Анализ с точки зрения окислительно-восстановительных процессов (ОВР)

Определим степени окисления элементов в веществах: $2\overset{+1}{H_2}\overset{-2}{S} + 3\overset{0}{O_2} = 2\overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} + 2\overset{+4}{S}\overset{-2}{O_2}$

Элементы, изменившие степень окисления:

• Сера ($S$) повысила степень окисления с -2 до +4, отдав 6 электронов. Процесс окисления.
• Кислород ($O$) понизил степень окисления с 0 до -2, приняв электроны. Процесс восстановления.

• Составим схемы электронного баланса: $\overset{-2}{S} - 6e^- \rightarrow \overset{+4}{S}$ | 2 | (процесс окисления)

  $\overset{0}{O_2} + 4e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}$ | 3 | (процесс восстановления)

• Сероводород ($H_2S$) отдает электроны, следовательно, является восстановителем. Кислород ($O_2$) принимает электроны, следовательно, является окислителем.

Ответ: Уравнение $2H_2S + 3O_2 = 2H_2O + 2SO_2$ описывает экзотермическую окислительно-восстановительную реакцию горения сероводорода в кислороде. В реакции участвуют сложное вещество-восстановитель $H_2S$ и простое вещество-окислитель $O_2$, образуя сложные вещества $H_2O$ и $SO_2$. Количественные соотношения (мольные, объемные для газов) реагентов и продуктов равны 2:3:2:2. Массовое соотношение составляет 68:96:36:128. В ходе реакции сера окисляется от -2 до +4, а кислород восстанавливается от 0 до -2.

2. В каком массовом соотношении необходимо смешать железо с серой для получения сульфида железа $FeS$?

Дано:

Реакция между железом (Fe) и серой (S).

Продукт реакции: сульфид железа (FeS).

Найти:

Массовое соотношение реагентов $m(Fe) : m(S)$.

Решение:

Чтобы найти массовое соотношение реагентов, необходимо сначала составить уравнение химической реакции. Затем, используя молярные массы веществ, перейти от мольного соотношения (которое дают коэффициенты в уравнении) к массовому.

1. Составим уравнение реакции взаимодействия железа и серы:

$Fe + S \xrightarrow{t} FeS$

Уравнение сбалансировано. Из него видно, что 1 моль железа реагирует с 1 молем серы, образуя 1 моль сульфида железа (II). Таким образом, мольное соотношение реагентов составляет:

$n(Fe) : n(S) = 1 : 1$

2. Найдем молярные массы железа и серы, используя относительные атомные массы из периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева (округлим до целых чисел для простоты расчетов, что является общепринятой практикой в школьных задачах):

Относительная атомная масса железа: $Ar(Fe) \approx 56$. Молярная масса: $M(Fe) = 56$ г/моль.

Относительная атомная масса серы: $Ar(S) \approx 32$. Молярная масса: $M(S) = 32$ г/моль.

3. Массовое соотношение реагентов можно найти, зная их мольное соотношение и молярные массы. Масса вещества ($m$) вычисляется по формуле $m = n \cdot M$, где $n$ – количество вещества, а $M$ – молярная масса.

Так как $n(Fe) = n(S)$, то массовое соотношение будет равно соотношению их молярных масс:

$m(Fe) : m(S) = M(Fe) : M(S)$

$m(Fe) : m(S) = 56 : 32$

4. Упростим полученное соотношение, разделив оба числа на их наибольший общий делитель, равный 8:

$56 \div 8 = 7$

$32 \div 8 = 4$

Следовательно, искомое массовое соотношение $m(Fe) : m(S) = 7 : 4$.

Ответ: для получения сульфида железа (FeS) необходимо смешать железо с серой в массовом соотношении 7:4.

3. Сколько молей оксида фосфора(V) $P_2O_5$ образуется при сгорании 2 моль фосфора? Сколько молей кислорода расходуется при этом?

Дано:

Количество вещества фосфора $n(P) = 2 \text{ моль}$

Найти:

Количество вещества оксида фосфора(V) $n(P_2O_5)$ - ?

Количество вещества кислорода $n(O_2)$ - ?

Решение:

Для решения задачи необходимо составить уравнение химической реакции горения фосфора. Фосфор (P) сгорает в кислороде (O₂) с образованием оксида фосфора(V) ($P_2O_5$).

Запишем и уравняем химическую реакцию:

$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

Стехиометрические коэффициенты в уравнении показывают мольное соотношение реагентов и продуктов. Соотношение количества вещества фосфора, кислорода и оксида фосфора(V) составляет $n(P) : n(O_2) : n(P_2O_5) = 4 : 5 : 2$.

Сколько молей оксида фосфора(V) P₂O₅ образуется при сгорании 2 моль фосфора?

Исходя из уравнения реакции, из 4 моль фосфора образуется 2 моль оксида фосфора(V). Составим пропорцию для расчета количества вещества $P_2O_5$, образующегося из 2 моль $P$:

$\frac{n(P)}{4} = \frac{n(P_2O_5)}{2}$

Отсюда выразим искомое количество вещества $n(P_2O_5)$:

$n(P_2O_5) = \frac{2 \times n(P)}{4} = \frac{1}{2} n(P)$

Подставим заданное значение $n(P) = 2 \text{ моль}$:

$n(P_2O_5) = \frac{1}{2} \times 2 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

Ответ: при сгорании 2 моль фосфора образуется 1 моль оксида фосфора(V).

Сколько молей кислорода расходуется при этом?

Аналогично, найдем количество вещества кислорода, которое расходуется на сгорание 2 моль фосфора. Из уравнения реакции, на 4 моль фосфора расходуется 5 моль кислорода. Составим пропорцию:

$\frac{n(P)}{4} = \frac{n(O_2)}{5}$

Выразим искомое количество вещества $n(O_2)$:

$n(O_2) = \frac{5 \times n(P)}{4}$

Подставим заданное значение $n(P) = 2 \text{ моль}$:

$n(O_2) = \frac{5 \times 2 \text{ моль}}{4} = \frac{10}{4} \text{ моль} = 2.5 \text{ моль}$

Ответ: при этом расходуется 2,5 моль кислорода.

4. Определите количество вещества хлорида натрия, который образуется при взаимодействии соляной кислоты с 0,5 моль:

а) гидроксида натрия;

б) оксида натрия.

а) гидроксида натрия Дано:

$n(\text{NaOH}) = 0,5 \text{ моль}$

В условии задачи указано, что соляная кислота ($HCl$) вступает в реакцию, но не дано ее количество. Это означает, что кислота взята в избытке и расчеты необходимо вести по веществу, количество которого известно, то есть по гидроксиду натрия.

Найти:

$n(\text{NaCl})$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции взаимодействия соляной кислоты ($HCl$) с гидроксидом натрия ($NaOH$). Это реакция нейтрализации, в результате которой образуются соль (хлорид натрия) и вода.

$\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$

2. Проанализируем стехиометрические коэффициенты в уравнении. Коэффициенты перед гидроксидом натрия ($NaOH$) и хлоридом натрия ($NaCl$) равны 1. Это означает, что количества веществ этих соединений соотносятся как 1:1.

$\frac{n(\text{NaOH})}{1} = \frac{n(\text{NaCl})}{1}$

3. Следовательно, количество вещества образовавшегося хлорида натрия равно количеству вещества прореагировавшего гидроксида натрия.

$n(\text{NaCl}) = n(\text{NaOH}) = 0,5 \text{ моль}$

Ответ: $0,5 \text{ моль}$.

б) оксида натрия Дано:

$n(\text{Na}_2\text{O}) = 0,5 \text{ моль}$

Соляная кислота ($HCl$) находится в избытке.

Найти:

$n(\text{NaCl})$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции взаимодействия соляной кислоты ($HCl$) с оксидом натрия ($Na_2O$). Это реакция между кислотой и основным оксидом, в результате которой также образуются соль (хлорид натрия) и вода.

$\text{Na}_2\text{O} + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$

2. Согласно уравнению реакции, из 1 моль оксида натрия ($Na_2O$) образуется 2 моль хлорида натрия ($NaCl$). Соотношение количеств веществ $n(\text{Na}_2\text{O})$ и $n(\text{NaCl})$ составляет 1:2.

$\frac{n(\text{Na}_2\text{O})}{1} = \frac{n(\text{NaCl})}{2}$

3. Отсюда, количество вещества хлорида натрия в два раза больше количества вещества оксида натрия. Рассчитаем его:

$n(\text{NaCl}) = 2 \times n(\text{Na}_2\text{O}) = 2 \times 0,5 \text{ моль} = 1,0 \text{ моль}$

Ответ: $1,0 \text{ моль}$.

5. Составьте уравнение реакции сгорания аммиака $NH_3$ в кислороде с образованием азота и воды. Сколько молей кислорода необходимо для сжигания 24 моль аммиака? Сколько молей каждого из продуктов реакции при этом образуется?

Составьте уравнение реакции сгорания аммиака NH₃ в кислороде с образованием азота и воды.

Исходные вещества (реагенты) — это аммиак ($NH_3$) и кислород ($O_2$). Продукты реакции — азот ($N_2$) и вода ($H_2O$). Сначала запишем схему реакции:

$NH_3 + O_2 \rightarrow N_2 + H_2O$

Далее необходимо сбалансировать (уравнять) количество атомов каждого химического элемента в левой и правой частях уравнения, подбирая стехиометрические коэффициенты.

Сначала уравняем атомы азота (N). Слева 1 атом, справа 2. Ставим коэффициент 2 перед $NH_3$:

$2NH_3 + O_2 \rightarrow N_2 + H_2O$

Затем уравняем атомы водорода (H). Слева стало $2 \times 3 = 6$ атомов, справа 2. Ставим коэффициент 3 перед $H_2O$:

$2NH_3 + O_2 \rightarrow N_2 + 3H_2O$

Теперь уравняем атомы кислорода (O). Слева 2 атома, а справа 3. Для баланса нужен дробный коэффициент $\frac{3}{2}$ перед $O_2$:

$2NH_3 + \frac{3}{2}O_2 \rightarrow N_2 + 3H_2O$

В химических уравнениях принято использовать целые коэффициенты, поэтому умножим все коэффициенты на 2, чтобы избавиться от дроби:

$4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$

Проведем проверку баланса атомов:

Азот (N): слева 4, справа $2 \times 2 = 4$.

Водород (H): слева $4 \times 3 = 12$, справа $6 \times 2 = 12$.

Кислород (O): слева $3 \times 2 = 6$, справа $6 \times 1 = 6$.

Уравнение составлено верно.

Ответ: $4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$.

Дано:

$v(NH_3) = 24 \text{ моль}$

Найти:

$v(O_2) - ?$

$v(N_2) - ?$

$v(H_2O) - ?$

Решение:

Сколько молей кислорода необходимо для сжигания 24 моль аммиака?

Из уравнения реакции $4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$ видно, что на 4 моль аммиака расходуется 3 моль кислорода. Составим пропорцию, используя мольные соотношения:

$\frac{v(O_2)}{v(NH_3)} = \frac{3}{4}$

Выразим и рассчитаем количество вещества кислорода $v(O_2)$:

$v(O_2) = \frac{3}{4} \times v(NH_3) = \frac{3}{4} \times 24 \text{ моль} = 18 \text{ моль}$

Ответ: для сжигания 24 моль аммиака необходимо 18 моль кислорода.

Сколько молей каждого из продуктов реакции при этом образуется?

1. Расчет количества вещества азота ($N_2$):

Согласно уравнению, из 4 моль аммиака образуется 2 моль азота. Соотношение $v(NH_3) : v(N_2) = 4:2$ или $2:1$. Составим пропорцию:

$\frac{v(N_2)}{v(NH_3)} = \frac{2}{4} = \frac{1}{2}$

Выразим и рассчитаем количество вещества азота $v(N_2)$:

$v(N_2) = \frac{1}{2} \times v(NH_3) = \frac{1}{2} \times 24 \text{ моль} = 12 \text{ моль}$

2. Расчет количества вещества воды ($H_2O$):

Согласно уравнению, из 4 моль аммиака образуется 6 моль воды. Соотношение $v(NH_3) : v(H_2O) = 4:6$ или $2:3$. Составим пропорцию:

$\frac{v(H_2O)}{v(NH_3)} = \frac{6}{4} = \frac{3}{2}$

Выразим и рассчитаем количество вещества воды $v(H_2O)$:

$v(H_2O) = \frac{3}{2} \times v(NH_3) = \frac{3}{2} \times 24 \text{ моль} = 36 \text{ моль}$

Ответ: при сжигании 24 моль аммиака образуется 12 моль азота и 36 моль воды.

6. Сколько граммов угля сгорело, если при этом образовалось 22 г углекислого газа?

Дано:

$m(CO_2) = 22 \text{ г}$

Найти:

$m(C) - ?$

Решение:

Процесс горения угля (который в основном состоит из углерода C) с образованием углекислого газа ($CO_2$) описывается следующим химическим уравнением:

$C + O_2 \rightarrow CO_2$

Из этого уравнения видно, что на 1 моль атомов углерода (C) приходится 1 моль молекул углекислого газа ($CO_2$). Это означает, что их количества вещества соотносятся как 1:1.

$v(C) : v(CO_2) = 1 : 1$, следовательно $v(C) = v(CO_2)$.

Для дальнейших расчетов нам понадобятся молярные массы углерода и углекислого газа. Найдем их, используя относительные атомные массы из периодической таблицы химических элементов (Ar(C) = 12, Ar(O) = 16).

Молярная масса углерода (C):

$M(C) = 12 \text{ г/моль}$

Молярная масса углекислого газа ($CO_2$):

$M(CO_2) = M(C) + 2 \cdot M(O) = 12 + 2 \cdot 16 = 44 \text{ г/моль}$

Теперь определим количество вещества (число моль) углекислого газа, которое образовалось в ходе реакции, по формуле $v = m / M$:

$v(CO_2) = \frac{m(CO_2)}{M(CO_2)} = \frac{22 \text{ г}}{44 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

Поскольку количества вещества углерода и углекислого газа равны, количество вещества сгоревшего угля также составляет 0.5 моль:

$v(C) = v(CO_2) = 0.5 \text{ моль}$

Наконец, вычислим массу сгоревшего угля (углерода) по формуле $m = v \cdot M$:

$m(C) = v(C) \cdot M(C) = 0.5 \text{ моль} \cdot 12 \text{ г/моль} = 6 \text{ г}$

Ответ: сгорело 6 граммов угля.

7. Сколько граммов серной кислоты и хлорида бария требуется для получения 4,66 г сульфата бария?

Дано:

$m(BaSO_4) = 4,66 \text{ г}$

Найти:

$m(H_2SO_4) - ?$

$m(BaCl_2) - ?$

Решение:

Для решения задачи необходимо составить уравнение химической реакции, рассчитать молярные массы участвующих веществ, найти количество вещества продукта реакции (сульфата бария) и, исходя из стехиометрии, определить массы исходных веществ (серной кислоты и хлорида бария).

1. Составляем уравнение реакции:

Серная кислота реагирует с хлоридом бария с образованием нерастворимого осадка сульфата бария и соляной кислоты.

$H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$

2. Рассчитываем молярные массы ($M$) необходимых веществ, используя периодическую таблицу химических элементов:

• Серная кислота ($H_2SO_4$):

  $M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

• Хлорид бария ($BaCl_2$):

  $M(BaCl_2) = 137 + 2 \cdot 35,5 = 208 \text{ г/моль}$

• Сульфат бария ($BaSO_4$):

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

3. Находим количество вещества ($\nu$) образовавшегося сульфата бария по формуле $\nu = \frac{m}{M}$:

$\nu(BaSO_4) = \frac{4,66 \text{ г}}{233 \text{ г/моль}} = 0,02 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции определяем количество вещества реагентов. Согласно стехиометрическим коэффициентам, соотношение количеств веществ следующее:

$\nu(H_2SO_4) : \nu(BaCl_2) : \nu(BaSO_4) = 1 : 1 : 1$

Следовательно, для получения 0,02 моль сульфата бария требуется 0,02 моль серной кислоты и 0,02 моль хлорида бария:

$\nu(H_2SO_4) = \nu(BaSO_4) = 0,02 \text{ моль}$

$\nu(BaCl_2) = \nu(BaSO_4) = 0,02 \text{ моль}$

5. Рассчитываем массы серной кислоты и хлорида бария, необходимые для реакции, по формуле $m = \nu \cdot M$:

Масса серной кислоты:

$m(H_2SO_4) = 0,02 \text{ моль} \cdot 98 \text{ г/моль} = 1,96 \text{ г}$

Масса хлорида бария:

$m(BaCl_2) = 0,02 \text{ моль} \cdot 208 \text{ г/моль} = 4,16 \text{ г}$

Ответ: для получения 4,66 г сульфата бария потребуется 1,96 г серной кислоты и 4,16 г хлорида бария.

8. Сколько граммов оксида кальция необходимо взять для получения 18,5 г гашёной извести (гидроксида кальция)?

Дано:

$m(Ca(OH)_2) = 18,5 \text{ г}$

Перевод в систему СИ:

$m(Ca(OH)_2) = 0,0185 \text{ кг}$

Найти:

$m(CaO) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции получения гидроксида кальция (гашёной извести) из оксида кальция и воды:

$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

Реакция сбалансирована, соотношение реагента и продукта, которые нас интересуют, составляет 1:1.

2. Рассчитаем молярные массы оксида кальция ($CaO$) и гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$). Для этого воспользуемся периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева для нахождения относительных атомных масс: $Ar(Ca) \approx 40$, $Ar(O) \approx 16$, $Ar(H) \approx 1$.

Молярная масса оксида кальция:

$M(CaO) = Ar(Ca) + Ar(O) = 40 + 16 = 56 \text{ г/моль}$

Молярная масса гидроксида кальция:

$M(Ca(OH)_2) = Ar(Ca) + 2 \cdot (Ar(O) + Ar(H)) = 40 + 2 \cdot (16 + 1) = 40 + 34 = 74 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) гидроксида кальция, масса которого дана в условии задачи. Используем формулу $n = m/M$:

$n(Ca(OH)_2) = \frac{m(Ca(OH)_2)}{M(Ca(OH)_2)} = \frac{18,5 \text{ г}}{74 \text{ г/моль}} = 0,25 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, для образования 1 моль гидроксида кальция $Ca(OH)_2$ требуется 1 моль оксида кальция $CaO$. Таким образом, их количества вещества соотносятся как 1:1.

$n(CaO) = n(Ca(OH)_2) = 0,25 \text{ моль}$

5. Зная количество вещества оксида кальция, найдем его массу по формуле $m = n \cdot M$:

$m(CaO) = n(CaO) \cdot M(CaO) = 0,25 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 14 \text{ г}$

Ответ: для получения 18,5 г гашёной извести необходимо взять 14 г оксида кальция.

9. Определите массу соды (карбоната натрия), необходимую для реакции с 4,9 г серной кислоты.

Дано:

$m(H_2SO_4) = 4,9 \text{ г}$

Найти:

$m(Na_2CO_3) - ?$

Решение:

Для решения задачи необходимо составить уравнение химической реакции и произвести расчеты на его основе.

1. Запишем уравнение реакции между карбонатом натрия ($Na_2CO_3$) и серной кислотой ($H_2SO_4$):

$Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2\uparrow$

Из уравнения видно, что вещества реагируют в мольном соотношении 1:1, то есть на 1 моль серной кислоты приходится 1 моль карбоната натрия.

2. Рассчитаем молярные массы серной кислоты и карбоната натрия, используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы:

Молярная масса серной кислоты ($H_2SO_4$):

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot M(H) + M(S) + 4 \cdot M(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

Молярная масса карбоната натрия ($Na_2CO_3$):

$M(Na_2CO_3) = 2 \cdot M(Na) + M(C) + 3 \cdot M(O) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 46 + 12 + 48 = 106 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число молей) серной кислоты в 4,9 г:

$\nu(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{4,9 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

4. Согласно стехиометрии реакции, количество вещества карбоната натрия, которое прореагирует с серной кислотой, будет таким же:

$\nu(Na_2CO_3) = \nu(H_2SO_4) = 0,05 \text{ моль}$

5. Зная количество вещества и молярную массу карбоната натрия, найдем его массу:

$m(Na_2CO_3) = \nu(Na_2CO_3) \cdot M(Na_2CO_3) = 0,05 \text{ моль} \cdot 106 \text{ г/моль} = 5,3 \text{ г}$

Ответ: масса соды (карбоната натрия), необходимая для реакции, составляет 5,3 г.

10. Образцы магния массой по 36 г вступили в следующие реакции:

а) $2Mg + O_2 = 2MgO$;

б) $Mg + 2HCl = MgCl_2 + H_2 \uparrow$;

в) $Mg + H_2SO_4 = MgSO_4 + H_2 \uparrow$.

Рассчитайте массы образовавшихся соединений магния.

Дано:

$m(Mg) = 36 \text{ г}$

Найти:

$m(MgO) - ?$

$m(MgCl_2) - ?$

$m(MgSO_4) - ?$

Решение:

Для всех трех реакций исходное вещество - магний массой 36 г. Сначала найдем количество вещества магния, которое вступает в реакцию. Молярная масса магния $M(Mg) = 24 \text{ г/моль}$.

Количество вещества магния рассчитывается по формуле:

$n = \frac{m}{M}$

$n(Mg) = \frac{36 \text{ г}}{24 \text{ г/моль}} = 1.5 \text{ моль}$

Теперь рассчитаем массу продуктов для каждой реакции.

а) $2Mg + O_2 = 2MgO$

Согласно уравнению реакции, из 2 моль магния образуется 2 моль оксида магния. Следовательно, соотношение количеств веществ $n(Mg) : n(MgO) = 2 : 2 = 1 : 1$.

Значит, $n(MgO) = n(Mg) = 1.5 \text{ моль}$.

Рассчитаем молярную массу оксида магния ($MgO$):

$M(MgO) = M(Mg) + M(O) = 24 + 16 = 40 \text{ г/моль}$.

Теперь найдем массу образовавшегося оксида магния:

$m(MgO) = n(MgO) \cdot M(MgO) = 1.5 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 60 \text{ г}$.

Ответ: масса образовавшегося оксида магния равна 60 г.

б) $Mg + 2HCl = MgCl_2 + H_2 \uparrow$

Согласно уравнению реакции, из 1 моль магния образуется 1 моль хлорида магния. Следовательно, соотношение количеств веществ $n(Mg) : n(MgCl_2) = 1 : 1$.

Значит, $n(MgCl_2) = n(Mg) = 1.5 \text{ моль}$.

Рассчитаем молярную массу хлорида магния ($MgCl_2$):

$M(MgCl_2) = M(Mg) + 2 \cdot M(Cl) = 24 + 2 \cdot 35.5 = 24 + 71 = 95 \text{ г/моль}$.

Теперь найдем массу образовавшегося хлорида магния:

$m(MgCl_2) = n(MgCl_2) \cdot M(MgCl_2) = 1.5 \text{ моль} \cdot 95 \text{ г/моль} = 142.5 \text{ г}$.

Ответ: масса образовавшегося хлорида магния равна 142,5 г.

в) $Mg + H_2SO_4 = MgSO_4 + H_2 \uparrow$

Согласно уравнению реакции, из 1 моль магния образуется 1 моль сульфата магния. Следовательно, соотношение количеств веществ $n(Mg) : n(MgSO_4) = 1 : 1$.

Значит, $n(MgSO_4) = n(Mg) = 1.5 \text{ моль}$.

Рассчитаем молярную массу сульфата магния ($MgSO_4$):

$M(MgSO_4) = M(Mg) + M(S) + 4 \cdot M(O) = 24 + 32 + 4 \cdot 16 = 56 + 64 = 120 \text{ г/моль}$.

Теперь найдем массу образовавшегося сульфата магния:

$m(MgSO_4) = n(MgSO_4) \cdot M(MgSO_4) = 1.5 \text{ моль} \cdot 120 \text{ г/моль} = 180 \text{ г}$.

Ответ: масса образовавшегося сульфата магния равна 180 г.

11. Составьте уравнение реакции магния с серой. В каком соотношении по массе надо взять эти вещества, чтобы они полностью прореагировали друг с другом?

Дано:

Реагенты: магний ($Mg$) и сера ($S$).

Найти:

1. Уравнение реакции.

2. Массовое соотношение реагентов $m(Mg) : m(S)$ для полной реакции.

Решение:

1. Составление уравнения реакции.

Магний ($Mg$) является металлом, а сера ($S$) — неметаллом. При их взаимодействии (обычно при нагревании) образуется бинарное соединение — сульфид магния. В своих соединениях магний проявляет степень окисления +2, а сера в сульфидах — -2. Следовательно, формула продукта реакции — $MgS$.

Уравнение реакции имеет вид: $Mg + S \rightarrow MgS$

Уравнение сбалансировано, так как количество атомов каждого элемента в левой и правой частях равно (1 атом $Mg$ и 1 атом $S$). Стехиометрические коэффициенты перед всеми веществами равны 1.

2. Расчет массового соотношения.

Чтобы вещества прореагировали полностью, без остатка, их нужно взять в соотношении, соответствующем стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Согласно уравнению, 1 моль магния реагирует с 1 молем серы. $ \nu(Mg) : \nu(S) = 1 : 1 $

Массовое соотношение реагентов ($m$) можно найти через их молярные массы ($M$) и количества вещества ($\nu$): $ m(Mg) : m(S) = (\nu(Mg) \cdot M(Mg)) : (\nu(S) \cdot M(S)) $

Найдем молярные массы магния и серы, используя их относительные атомные массы из Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева (округлим до целых):

Относительная атомная масса магния $Ar(Mg) = 24$, следовательно, молярная масса $M(Mg) = 24$ г/моль.

Относительная атомная масса серы $Ar(S) = 32$, следовательно, молярная масса $M(S) = 32$ г/моль.

Теперь подставим значения в формулу для массового соотношения: $ m(Mg) : m(S) = (1 \cdot 24 \text{ г/моль}) : (1 \cdot 32 \text{ г/моль}) $ $ m(Mg) : m(S) = 24 : 32 $

Для упрощения разделим обе части отношения на их наибольший общий делитель, который равен 8: $ m(Mg) : m(S) = \frac{24}{8} : \frac{32}{8} = 3 : 4 $

Это означает, что для полного протекания реакции необходимо взять 3 массовые части магния на каждые 4 массовые части серы.

Ответ: Уравнение реакции: $Mg + S = MgS$. Чтобы вещества полностью прореагировали друг с другом, их нужно взять в массовом соотношении $m(Mg) : m(S) = 3 : 4$.

12. Рассчитайте массу сульфата цинка, образующегося при растворении оксида цинка в 200 г 24,5%-й серной кислоты.

Дано:

Масса раствора серной кислоты $m(\text{раствора } H_2SO_4) = 200 \text{ г}$

Массовая доля серной кислоты $\omega(H_2SO_4) = 24,5\% = 0.245$

Перевод данных в систему СИ:

$m(\text{раствора } H_2SO_4) = 0.2 \text{ кг}$

Найти:

$m(ZnSO_4) - ?$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции взаимодействия оксида цинка с серной кислотой. Оксид цинка является основным оксидом, который реагирует с кислотой с образованием соли и воды:

$ZnO + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2O$

2. Рассчитаем массу чистой серной кислоты ($H_2SO_4$), содержащейся в 200 г ее 24,5%-го раствора. Для этого используем формулу для массовой доли вещества в растворе:

$m(H_2SO_4) = m(\text{раствора } H_2SO_4) \cdot \omega(H_2SO_4)$

$m(H_2SO_4) = 200 \text{ г} \cdot 0.245 = 49 \text{ г}$

3. Вычислим молярные массы серной кислоты ($H_2SO_4$) и сульфата цинка ($ZnSO_4$), используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы: $Ar(Z_n)=65$, $Ar(S)=32$, $Ar(O)=16$, $Ar(H)=1$.

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot Ar(H) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

$M(ZnSO_4) = Ar(Zn) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 65 + 32 + 4 \cdot 16 = 161 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (в молях) серной кислоты, которая вступила в реакцию. В условии задачи сказано, что оксид цинка растворяется в кислоте, это означает, что кислота является лимитирующим реагентом, и расчет следует вести по ней.

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{49 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

5. Согласно уравнению реакции, стехиометрические коэффициенты перед серной кислотой и сульфатом цинка равны 1. Это означает, что из 1 моль серной кислоты образуется 1 моль сульфата цинка. Следовательно, их количества вещества равны:

$n(ZnSO_4) = n(H_2SO_4) = 0.5 \text{ моль}$

6. Теперь, зная количество вещества и молярную массу сульфата цинка, мы можем рассчитать его массу:

$m(ZnSO_4) = n(ZnSO_4) \cdot M(ZnSO_4)$

$m(ZnSO_4) = 0.5 \text{ моль} \cdot 161 \text{ г/моль} = 80.5 \text{ г}$

Ответ: масса сульфата цинка, образовавшегося при растворении оксида цинка, составляет 80,5 г.

13. Сколько граммов карбоната натрия может быть получено при пропускании углекислого газа через 200 г 10%-го раствора гидроксида натрия?

Дано:

Масса раствора гидроксида натрия $m_{\text{р-ра}}(NaOH) = 200~г$

Массовая доля гидроксида натрия $\omega(NaOH) = 10\%$

Перевод в систему СИ:

$m_{\text{р-ра}}(NaOH) = 200~г = 0.2~кг$

Найти:

Массу карбоната натрия $m(Na_2CO_3) - ?$

Решение:

1. Первым шагом определим массу чистого гидроксида натрия в исходном растворе. Для этого умножим массу раствора на массовую долю растворенного вещества, предварительно выразив проценты в долях единицы:

$\omega(NaOH) = 10\% = 0.1$

$m(NaOH) = m_{\text{р-ра}}(NaOH) \cdot \omega(NaOH) = 200~г \cdot 0.1 = 20~г$

2. Запишем уравнение химической реакции. При пропускании углекислого газа ($CO_2$) через раствор гидроксида натрия ($NaOH$) образуется карбонат натрия ($Na_2CO_3$) и вода ($H_2O$):

$2NaOH + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

3. Рассчитаем молярные массы ($M$) реагента ($NaOH$) и продукта ($Na_2CO_3$), используя данные из периодической таблицы химических элементов (атомные массы: Na - 23, O - 16, H - 1, C - 12):

$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40~г/моль$

$M(Na_2CO_3) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 46 + 12 + 48 = 106~г/моль$

4. Найдем количество вещества ($n$) гидроксида натрия, содержащегося в растворе:

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{20~г}{40~г/моль} = 0.5~моль$

5. По уравнению реакции определим, какое количество вещества карбоната натрия может образоваться. Стехиометрическое соотношение между $NaOH$ и $Na_2CO_3$ составляет 2 к 1. Это означает, что из 2 моль $NaOH$ получается 1 моль $Na_2CO_3$.

$n(Na_2CO_3) = \frac{1}{2} \cdot n(NaOH) = \frac{1}{2} \cdot 0.5~моль = 0.25~моль$

6. Наконец, рассчитаем массу карбоната натрия, которая может быть получена в результате реакции:

$m(Na_2CO_3) = n(Na_2CO_3) \cdot M(Na_2CO_3) = 0.25~моль \cdot 106~г/моль = 26.5~г$

Ответ: может быть получено 26,5 г карбоната натрия.