Для получения 560 л водорода потребуется расчет массы гидрида кальция CaH2. Подробное решение с уравнением реакции и расчетом количества вещества.
check_circle
Подробное решение
Хорошо, давайте решим эти задачи по порядку.
Задача 1. Расчет массы гидрида кальция
Условие задачи:
Какая масса гидрида кальция \(CaH_2\) необходима для получения 560 л водорода (н.у.) при его взаимодействии с водой?
Схема реакции (коэффициенты не расставлены):
\(CaH_2 + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow\)
Решение:
1. Запишем уравнение реакции и расставим коэффициенты:
Сначала нужно уравнять химическое уравнение.
\(CaH_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + 2H_2 \uparrow\)
Проверим:
Кальций (Ca): 1 слева, 1 справа.
Кислород (O): 2 слева (в \(2H_2O\)), 2 справа (в \(Ca(OH)_2\)).
Водород (H): 2 (в \(CaH_2\)) + 4 (в \(2H_2O\)) = 6 слева. 2 (в \(Ca(OH)_2\)) + 4 (в \(2H_2\)) = 6 справа.
Уравнение уравнено.
2. Найдем количество вещества водорода:
По условию задачи, объем водорода \(V(H_2) = 560\) л (н.у.).
Молярный объем любого газа при нормальных условиях (н.у.) равен \(V_m = 22.4\) л/моль.
Количество вещества водорода \(n(H_2)\) можно найти по формуле:
\[n = \frac{V}{V_m}\]
Подставим значения:
\[n(H_2) = \frac{560 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 25 \text{ моль}\]
3. Определим количество вещества гидрида кальция:
Из уравненной реакции видно, что 1 моль \(CaH_2\) образует 2 моль \(H_2\).
Значит, количество вещества \(CaH_2\) в 2 раза меньше, чем количество вещества \(H_2\).
\[n(CaH_2) = \frac{n(H_2)}{2}\]
\[n(CaH_2) = \frac{25 \text{ моль}}{2} = 12.5 \text{ моль}\]
4. Рассчитаем молярную массу гидрида кальция \(CaH_2\):
Атомная масса кальция \(Ar(Ca) = 40\) г/моль.
Атомная масса водорода \(Ar(H) = 1\) г/моль.
Молярная масса \(M(CaH_2)\) равна:
\[M(CaH_2) = Ar(Ca) + 2 \cdot Ar(H)\]
\[M(CaH_2) = 40 \text{ г/моль} + 2 \cdot 1 \text{ г/моль} = 42 \text{ г/моль}\]
5. Найдем массу гидрида кальция:
Масса вещества \(m\) находится по формуле:
\[m = n \cdot M\]
Подставим значения:
\[m(CaH_2) = 12.5 \text{ моль} \cdot 42 \text{ г/моль} = 525 \text{ г}\]
Ответ:
Масса гидрида кальция \(CaH_2\), необходимая для получения 560 л водорода, составляет 525 г.
Задача 2. Расчеты по химическим уравнениям
Условие задачи:
При растворении 40 г карбоната кальция (\(CaCO_3\)) в избытке соляной кислоты (\(HCl\)) образуется углекислый газ (\(CO_2\)). Определите, в каком количестве (моль) он образуется?
Уравнение химической реакции: \(CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\)
Решение:
1. Проверим уравненность химического уравнения:
\(CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\)
Кальций (Ca): 1 слева, 1 справа.
Углерод (C): 1 слева, 1 справа.
Кислород (O): 3 слева, 1 (в \(H_2O\)) + 2 (в \(CO_2\)) = 3 справа.
Водород (H): 2 слева (в \(2HCl\)), 2 справа (в \(H_2O\)).
Хлор (Cl): 2 слева (в \(2HCl\)), 2 справа (в \(CaCl_2\)).
Уравнение уравнено.
2. Рассчитаем молярную массу карбоната кальция \(CaCO_3\):
Атомная масса кальция \(Ar(Ca) = 40\) г/моль.
Атомная масса углерода \(Ar(C) = 12\) г/моль.
Атомная масса кислорода \(Ar(O) = 16\) г/моль.
Молярная масса \(M(CaCO_3)\) равна:
\[M(CaCO_3) = Ar(Ca) + Ar(C) + 3 \cdot Ar(O)\]
\[M(CaCO_3) = 40 \text{ г/моль} + 12 \text{ г/моль} + 3 \cdot 16 \text{ г/моль} = 40 + 12 + 48 = 100 \text{ г/моль}\]
3. Найдем количество вещества карбоната кальция:
По условию задачи, масса карбоната кальция \(m(CaCO_3) = 40\) г.
Количество вещества \(n(CaCO_3)\) можно найти по формуле:
\[n = \frac{m}{M}\]
Подставим значения:
\[n(CaCO_3) = \frac{40 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 0.4 \text{ моль}\]
4. Определим количество вещества углекислого газа:
Из уравненной реакции видно, что 1 моль \(CaCO_3\) образует 1 моль \(CO_2\).
Значит, количество вещества \(CO_2\) равно количеству вещества \(CaCO_3\).
\[n(CO_2) = n(CaCO_3)\]
\[n(CO_2) = 0.4 \text{ моль}\]
Ответ:
Образуется 0.4 моль углекислого газа.
Задача 3. Объемные отношения газов при химических реакциях
Условие задачи:
Для сжигания при н.у. угля в недостатке кислорода по схеме (коэффициенты не расставлены):
\(C + O_2 \rightarrow CO\)
потребовалось 15 литров кислорода. Какой объем угарного газа \(CO\) образуется в ходе реакции?
Решение:
1. Запишем уравнение реакции и расставим коэффициенты:
Сначала нужно уравнять химическое уравнение.
\(2C + O_2 \rightarrow 2CO\)
Проверим:
Углерод (C): 2 слева, 2 справа.
Кислород (O): 2 слева (в \(O_2\)), 2 справа (в \(2CO\)).
Уравнение уравнено.
2. Используем закон объемных отношений газов:
Согласно закону Авогадро, при одинаковых условиях (температура и давление) равные объемы газов содержат равное число молекул. Это означает, что объемные отношения реагирующих газов и газообразных продуктов реакции равны их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.
Из уравненной реакции \(2C + O_2 \rightarrow 2CO\) видно, что 1 объем кислорода (\(O_2\)) реагирует с углеродом, образуя 2 объема угарного газа (\(CO\)).
То есть, отношение объемов \(V(O_2) : V(CO)\) равно \(1 : 2\).
3. Рассчитаем объем угарного газа:
По условию задачи, объем кислорода \(V(O_2) = 15\) л.
Так как объем \(CO\) в 2 раза больше объема \(O_2\), то:
\[V(CO) = 2 \cdot V(O_2)\]
\[V(CO) = 2 \cdot 15 \text{ л} = 30 \text{ л}\]
Ответ:
В ходе реакции образуется 30 литров угарного газа.
