Глава II. Важнейшие представители неорганических веществ. Количественные отношения в химии. § 20. Расчёты по химическим уравнениям — с. 89
§ 20. Примените свои знания.
3. Какой объём водорода (н. у.) потребуется для реакции замещения с 480 кг оксида железа(III) Fe₂O₃?
Какое количество вещества воды образуется при этом?
Учтите, что в условии масса вещества дана в килограммах, следовательно, расчёт количества вещества ведите в киломолях, а объём рассчитывайте в кубических метрах.
Дано: m(Fe₂O₃) = 480 кг. Найти: V(H₂), n(H₂O).
Решение: 1. Уравнение реакции (замещение): Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O; количества веществ по уравнению: 1 кмоль Fe₂O₃, 3 кмоль H₂, 3 кмоль H₂O.
2) M(Fe₂O₃) = 56 · 2 + 16 · 3 = 160 кг/кмоль; n(Fe₂O₃) = 480 кг / 160 кг/кмоль = 3 кмоль.
3) По уравнению n(H₂) = 3 · n(Fe₂O₃) = 3 · 3 кмоль = 9 кмоль; n(H₂O) = n(H₂) = 9 кмоль.
4) V(H₂) = n · Vm = 9 кмоль · 22,4 м³/кмоль = 201,6 м³.
Ответ: V(H₂) = 201,6 м³; n(H₂O) = 9 кмоль.
Решение: 1. Уравнение реакции (замещение): Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O; количества веществ по уравнению: 1 кмоль Fe₂O₃, 3 кмоль H₂, 3 кмоль H₂O.
2) M(Fe₂O₃) = 56 · 2 + 16 · 3 = 160 кг/кмоль; n(Fe₂O₃) = 480 кг / 160 кг/кмоль = 3 кмоль.
3) По уравнению n(H₂) = 3 · n(Fe₂O₃) = 3 · 3 кмоль = 9 кмоль; n(H₂O) = n(H₂) = 9 кмоль.
4) V(H₂) = n · Vm = 9 кмоль · 22,4 м³/кмоль = 201,6 м³.
Ответ: V(H₂) = 201,6 м³; n(H₂O) = 9 кмоль.
§ 20. Примените свои знания.
4. Не производя письменных вычислений, укажите, какой объём углекислого газа и какое количество вещества негашёной извести CaO образуется при обжиге 2 моль карбоната кальция. Уравнение реакции: CaCO₃ =(t) CaO + CO₂↑
Уравнение: CaCO₃ =(t) CaO + CO₂↑. Коэффициенты перед всеми веществами равны 1, поэтому количества веществ в реакции одинаковы: из 2 моль CaCO₃ получается 2 моль CaO и 2 моль CO₂.
Объём углекислого газа (н. у.): V(CO₂) = 2 моль · 22,4 л/моль = 44,8 л.
Ответ: n(CaO) = 2 моль; V(CO₂) = 44,8 л.
Объём углекислого газа (н. у.): V(CO₂) = 2 моль · 22,4 л/моль = 44,8 л.
Ответ: n(CaO) = 2 моль; V(CO₂) = 44,8 л.
§ 20. Используйте дополнительную информацию.
5. При изучении § 10 вы выполняли лабораторный опыт по взаимодействию раствора едкого натра и серной кислоты. Придумайте и решите задачу, в условии которой дано количество вещества едкого натра, а требуется найти массу серной кислоты, вступившей в реакцию.
Задача: к раствору, содержащему 0,4 моль гидроксида натрия NaOH, добавили серную кислоту до полной нейтрализации. Какая масса серной кислоты вступила в реакцию?
Дано: n(NaOH) = 0,4 моль. Найти: m(H₂SO₄).
Решение: 1) 2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O (реакция обмена, нейтрализация); по уравнению 2 моль NaOH реагируют с 1 моль H₂SO₄.
2) n(H₂SO₄) = 1/2 · n(NaOH) = 1/2 · 0,4 моль = 0,2 моль.
3) M(H₂SO₄) = 2 + 32 + 64 = 98 г/моль; m(H₂SO₄) = 0,2 моль · 98 г/моль = 19,6 г.
Ответ: m(H₂SO₄) = 19,6 г.
Дано: n(NaOH) = 0,4 моль. Найти: m(H₂SO₄).
Решение: 1) 2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O (реакция обмена, нейтрализация); по уравнению 2 моль NaOH реагируют с 1 моль H₂SO₄.
2) n(H₂SO₄) = 1/2 · n(NaOH) = 1/2 · 0,4 моль = 0,2 моль.
3) M(H₂SO₄) = 2 + 32 + 64 = 98 г/моль; m(H₂SO₄) = 0,2 моль · 98 г/моль = 19,6 г.
Ответ: m(H₂SO₄) = 19,6 г.
§ 20. Используйте дополнительную информацию.
6. При изучении § 10 вы выполняли лабораторный опыт по взаимодействию растворов едкого натра и сульфата железа(III). Придумайте и решите задачу, в условии которой дана масса едкого натра, а требуется найти массу прореагировавшего с ним сульфата железа(III).
Задача: на раствор сульфата железа(III) подействовали раствором, содержащим 24 г гидроксида натрия. Какая масса сульфата железа(III) прореагировала?
Дано: m(NaOH) = 24 г. Найти: m(Fe₂(SO₄)₃).
Решение: 1) 6NaOH + Fe₂(SO₄)₃ = 2Fe(OH)₃↓ + 3Na₂SO₄ (реакция обмена, выпадает бурый осадок).
2) M(NaOH) = 40 г/моль; n(NaOH) = 24 г / 40 г/моль = 0,6 моль.
3) По уравнению n(Fe₂(SO₄)₃) = 1/6 · n(NaOH) = 1/6 · 0,6 моль = 0,1 моль.
4) M(Fe₂(SO₄)₃) = 56 · 2 + (32 + 16 · 4) · 3 = 112 + 288 = 400 г/моль; m = 0,1 моль · 400 г/моль = 40 г.
Ответ: m(Fe₂(SO₄)₃) = 40 г.
Дано: m(NaOH) = 24 г. Найти: m(Fe₂(SO₄)₃).
Решение: 1) 6NaOH + Fe₂(SO₄)₃ = 2Fe(OH)₃↓ + 3Na₂SO₄ (реакция обмена, выпадает бурый осадок).
2) M(NaOH) = 40 г/моль; n(NaOH) = 24 г / 40 г/моль = 0,6 моль.
3) По уравнению n(Fe₂(SO₄)₃) = 1/6 · n(NaOH) = 1/6 · 0,6 моль = 0,1 моль.
4) M(Fe₂(SO₄)₃) = 56 · 2 + (32 + 16 · 4) · 3 = 112 + 288 = 400 г/моль; m = 0,1 моль · 400 г/моль = 40 г.
Ответ: m(Fe₂(SO₄)₃) = 40 г.
§ 20. Используйте дополнительную информацию.
7. Придумайте и решите задачу на нахождение объёма кислорода (н. у.), выделившегося при каталитическом разложении пероксида водорода H₂O₂.
Задача: при разложении пероксида водорода массой 6,8 г в присутствии катализатора (оксида марганца(IV)) выделился кислород. Найдите его объём (н. у.).
Дано: m(H₂O₂) = 6,8 г. Найти: V(O₂).
Решение: 1) 2H₂O₂ =(MnO₂) 2H₂O + O₂↑ (реакция разложения); из 2 моль H₂O₂ получается 1 моль O₂.
2) M(H₂O₂) = 2 + 32 = 34 г/моль; n(H₂O₂) = 6,8 г / 34 г/моль = 0,2 моль.
3) n(O₂) = 1/2 · n(H₂O₂) = 1/2 · 0,2 моль = 0,1 моль.
4) V(O₂) = 0,1 моль · 22,4 л/моль = 2,24 л.
Ответ: V(O₂) = 2,24 л.
Дано: m(H₂O₂) = 6,8 г. Найти: V(O₂).
Решение: 1) 2H₂O₂ =(MnO₂) 2H₂O + O₂↑ (реакция разложения); из 2 моль H₂O₂ получается 1 моль O₂.
2) M(H₂O₂) = 2 + 32 = 34 г/моль; n(H₂O₂) = 6,8 г / 34 г/моль = 0,2 моль.
3) n(O₂) = 1/2 · n(H₂O₂) = 1/2 · 0,2 моль = 0,1 моль.
4) V(O₂) = 0,1 моль · 22,4 л/моль = 2,24 л.
Ответ: V(O₂) = 2,24 л.
§ 21. Вопрос в начале параграфа. Гидросфера — водная оболочка Земли, которая включает в себя всю химически не связанную воду: жидкую, твёрдую, газообразную. Почему химически не связанную?
Химически связанная вода входит в состав кристаллов минералов и других веществ (кристаллогидратов) в виде части их структуры, например в гипсе CaSO₄ · 2H₂O или мирабилите (глауберовой соли) Na₂SO₄ · 10H₂O. Такая вода не существует как самостоятельное вещество: она удерживается химическими связями, не течёт, не испаряется при обычных условиях и не участвует в круговороте воды в природе. Поэтому её не учитывают в объёме гидросферы. В гидросферу входит свободная вода — океаны, моря, реки, озёра, подземные воды, ледники и водяной пар атмосферы, то есть вода, сохраняющая свойства вещества H₂O.