Вот решения задач, оформленные так, чтобы их было удобно переписать в тетрадь школьнику.
***
Задание 16
Из перечисленных суждений о правилах работы с веществами в школьной лаборатории и быту выберите верное(-ые) суждение(-я).
1) Твёрдые вещества в лаборатории запрещено брать руками.
2) Для проведения опытов в пробирку объёмом 10 мл наливают по 5-7 мл растворов реагентов.
3) При нагревании растворов сначала следует прогреть всю пробирку.
4) После завершения нагревания пробирку следует сразу закрыть пробкой.
Решение:
Рассмотрим каждое суждение:
1) Твёрдые вещества в лаборатории запрещено брать руками.
Это верное суждение. Для работы с твёрдыми веществами используются шпатели, ложечки, пинцеты. Брать вещества руками опасно, так как они могут быть токсичными, едкими или просто загрязнять руки и вещества.
2) Для проведения опытов в пробирку объёмом 10 мл наливают по 5-7 мл растворов реагентов.
Это неверное суждение. Для проведения опытов в пробирку обычно наливают небольшое количество растворов, не более 1/3 объёма пробирки, чтобы избежать разбрызгивания и обеспечить безопасность. 5-7 мл в пробирку объёмом 10 мл - это слишком много. Обычно это 1-2 мл.
3) При нагревании растворов сначала следует прогреть всю пробирку.
Это верное суждение. Перед тем как нагревать содержимое пробирки в одном месте, необходимо равномерно прогреть всю пробирку, чтобы избежать её растрескивания от резкого перепада температур.
4) После завершения нагревания пробирку следует сразу закрыть пробкой.
Это неверное суждение. Горячую пробирку нельзя сразу закрывать пробкой, так как внутри может образоваться избыточное давление из-за нагретых паров, что может привести к выталкиванию пробки или даже разрушению пробирки. Также, если пробирка содержит горячую жидкость, при закрытии пробки может произойти всасывание воздуха извне, что может привести к загрязнению содержимого. Пробирку следует охладить.
Таким образом, верными являются суждения 1 и 3.
Ответ:
***
Задание 17
Установите соответствие между двумя веществами и реактивом, с помощью которого можно различить эти вещества.
ВЕЩЕСТВА
А) \( \text{K}_2\text{SO}_4 \) и \( \text{Na}_2\text{SiO}_3 \)
Б) \( \text{H}_2\text{SO}_4 \) и \( \text{HBr} \)
В) \( \text{NH}_4\text{Br} \) и \( \text{NaBr} \)
РЕАКТИВ
1) \( \text{HCl} \)
2) \( \text{KOH} \)
3) \( \text{MgCO}_3 \)
4) \( \text{BaCl}_2 \)
Решение:
Рассмотрим каждую пару веществ и реактивы:
А) \( \text{K}_2\text{SO}_4 \) (сульфат калия) и \( \text{Na}_2\text{SiO}_3 \) (силикат натрия)
Нужен реактив, который будет по-разному реагировать с этими солями.
1) \( \text{HCl} \) (соляная кислота):
С \( \text{K}_2\text{SO}_4 \): \( \text{K}_2\text{SO}_4 + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{KCl} + \text{H}_2\text{SO}_4 \) (реакция не идёт, так как все продукты растворимы и не образуется газ или осадок).
С \( \text{Na}_2\text{SiO}_3 \): \( \text{Na}_2\text{SiO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{SiO}_3 \downarrow \) (выпадает белый студенистый осадок кремниевой кислоты).
Соляная кислота позволяет различить эти вещества.
Значит, А - 1.
Б) \( \text{H}_2\text{SO}_4 \) (серная кислота) и \( \text{HBr} \) (бромоводородная кислота)
Нужен реактив, который будет по-разному реагировать с этими кислотами.
2) \( \text{KOH} \) (гидроксид калия):
С \( \text{H}_2\text{SO}_4 \): \( \text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{KOH} \rightarrow \text{K}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O} \) (реакция нейтрализации, без видимых признаков).
С \( \text{HBr} \): \( \text{HBr} + \text{KOH} \rightarrow \text{KBr} + \text{H}_2\text{O} \) (реакция нейтрализации, без видимых признаков).
\( \text{KOH} \) не подходит.
3) \( \text{MgCO}_3 \) (карбонат магния):
С \( \text{H}_2\text{SO}_4 \): \( \text{MgCO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{MgSO}_4 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow \) (выделяется газ).
С \( \text{HBr} \): \( \text{MgCO}_3 + 2\text{HBr} \rightarrow \text{MgBr}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow \) (выделяется газ).
\( \text{MgCO}_3 \) не подходит.
4) \( \text{BaCl}_2 \) (хлорид бария):
С \( \text{H}_2\text{SO}_4 \): \( \text{H}_2\text{SO}_4 + \text{BaCl}_2 \rightarrow \text{BaSO}_4 \downarrow + 2\text{HCl} \) (выпадает белый осадок сульфата бария).
С \( \text{HBr} \): \( 2\text{HBr} + \text{BaCl}_2 \rightarrow \text{BaBr}_2 + 2\text{HCl} \) (реакция не идёт, так как все продукты растворимы и не образуется газ или осадок).
\( \text{BaCl}_2 \) позволяет различить эти кислоты.
Значит, Б - 4.
В) \( \text{NH}_4\text{Br} \) (бромид аммония) и \( \text{NaBr} \) (бромид натрия)
Нужен реактив, который будет по-разному реагировать с этими солями.
2) \( \text{KOH} \) (гидроксид калия):
С \( \text{NH}_4\text{Br} \): \( \text{NH}_4\text{Br} + \text{KOH} \xrightarrow{t} \text{KBr} + \text{H}_2\text{O} + \text{NH}_3 \uparrow \) (при нагревании выделяется газ аммиак с характерным запахом).
С \( \text{NaBr} \): \( \text{NaBr} + \text{KOH} \rightarrow \text{No reaction} \) (реакция не идёт).
\( \text{KOH} \) позволяет различить эти вещества.
Значит, В - 2.
Ответ:
***
Задание 18
Двойной суперфосфат (дигидрофосфат кальция, \( \text{Ca(H}_2\text{PO}_4)_2 \)) как комплексное удобрение. При подкормках овощных культур вносят 10 г кальция на 1 м\(^2\).
Вычислите массовую долю (в процентах) кальция в дигидрофосфате кальция. Запишите число с точностью до десятых.
Решение:
Формула дигидрофосфата кальция: \( \text{Ca(H}_2\text{PO}_4)_2 \).
Нам нужно найти массовую долю кальция в этом соединении.
1. Найдем молярные массы элементов:
\( \text{Ca} \): 40 г/моль
\( \text{H} \): 1 г/моль
\( \text{P} \): 31 г/моль
\( \text{O} \): 16 г/моль
2. Найдем молярную массу \( \text{Ca(H}_2\text{PO}_4)_2 \):
\( \text{M}(\text{Ca(H}_2\text{PO}_4)_2) = \text{M}(\text{Ca}) + 2 \times (\text{M}(\text{H}) \times 2 + \text{M}(\text{P}) + \text{M}(\text{O}) \times 4) \)
\( \text{M}(\text{Ca(H}_2\text{PO}_4)_2) = 40 + 2 \times (1 \times 2 + 31 + 16 \times 4) \)
\( \text{M}(\text{Ca(H}_2\text{PO}_4)_2) = 40 + 2 \times (2 + 31 + 64) \)
\( \text{M}(\text{Ca(H}_2\text{PO}_4)_2) = 40 + 2 \times 97 \)
\( \text{M}(\text{Ca(H}_2\text{PO}_4)_2) = 40 + 194 \)
\( \text{M}(\text{Ca(H}_2\text{PO}_4)_2) = 234 \text{ г/моль} \)
3. Найдем массовую долю кальция \( \omega(\text{Ca}) \):
\( \omega(\text{Ca}) = \frac{\text{M}(\text{Ca})}{\text{M}(\text{Ca(H}_2\text{PO}_4)_2)} \times 100\% \)
\( \omega(\text{Ca}) = \frac{40}{234} \times 100\% \)
\( \omega(\text{Ca}) \approx 0.17094 \times 100\% \)
\( \omega(\text{Ca}) \approx 17.094\% \)
4. Округлим до десятых:
\( \omega(\text{Ca}) \approx 17.1\% \)
Ответ:
17.1
***
Задание 19
При выполнении задания 19 используйте величину, которая определена в задании 18 с указанной в нём степенью точности.
Вычислите массу (в килограммах) двойного суперфосфата, которую надо внести в почву на участке площадью 150 м\(^2\). Запишите число с точностью до десятых.
Решение:
Из условия задачи 18:
Массовая доля кальция в двойном суперфосфате \( \omega(\text{Ca}) = 17.1\% = 0.171 \).
Норма внесения кальция: 10 г на 1 м\(^2\).
Площадь участка: 150 м\(^2\).
1. Определим общую массу кальция, которую нужно внести на участок:
Масса \( \text{Ca} = \text{норма внесения} \times \text{площадь участка} \)
Масса \( \text{Ca} = 10 \text{ г/м}^2 \times 150 \text{ м}^2 = 1500 \text{ г} \)
2. Переведем массу кальция в килограммы:
Масса \( \text{Ca} = 1500 \text{ г} = 1.5 \text{ кг} \)
3. Определим массу двойного суперфосфата, содержащего 1.5 кг кальция, используя массовую долю кальция:
Масса суперфосфата \( = \frac{\text{Масса Ca}}{\omega(\text{Ca})} \)
Масса суперфосфата \( = \frac{1.5 \text{ кг}}{0.171} \)
Масса суперфосфата \( \approx 8.7719 \text{ кг} \)
4. Округлим до десятых:
Масса суперфосфата \( \approx 8.8 \text{ кг} \)
Ответ:
8.8
***
Задание 20
Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, схема которой:
\( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{KI} \rightarrow \text{I}_2 + \text{FeI}_2 + \text{K}_2\text{SO}_4 \)
Определите окислитель и восстановитель.
Решение:
1. Запишем схему реакции и определим степени окисления элементов, которые их меняют:
\( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{KI} \rightarrow \text{I}_2 + \text{FeI}_2 + \text{K}_2\text{SO}_4 \)
\( \text{Fe}^{+3}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{K}^{+1}\text{I}^{-1} \rightarrow \text{I}^0_2 + \text{Fe}^{+2}\text{I}^{-1}_2 + \text{K}^{+1}_2\text{S}^{+6}\text{O}^{-2}_4 \)
2. Выпишем элементы, изменившие степень окисления, и составим полуреакции:
Железо: \( \text{Fe}^{+3} \rightarrow \text{Fe}^{+2} \)
Йод: \( \text{I}^{-1} \rightarrow \text{I}^0_2 \)
3. Составим электронный баланс:
Окислитель: \( \text{Fe}^{+3} + 1\text{e}^- \rightarrow \text{Fe}^{+2} \) (восстановление)
Восстановитель: \( 2\text{I}^{-1} - 2\text{e}^- \rightarrow \text{I}^0_2 \) (окисление)
Наименьшее общее кратное для числа электронов (1 и 2) равно 2.
Для \( \text{Fe}^{+3} \rightarrow \text{Fe}^{+2} \): коэффициент 2
Для \( 2\text{I}^{-1} \rightarrow \text{I}^0_2 \): коэффициент 1
4. Расставим коэффициенты в уравнении:
\( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{KI} \rightarrow \text{I}_2 + \text{FeI}_2 + \text{K}_2\text{SO}_4 \)
Начнем с железа: в \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \) два атома \( \text{Fe}^{+3} \), поэтому перед \( \text{FeI}_2 \) ставим коэффициент 2.
\( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{KI} \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{FeI}_2 + \text{K}_2\text{SO}_4 \)
Теперь йод: в правой части 2 атома йода в \( \text{I}_2 \) и \( 2 \times 2 = 4 \) атома йода в \( 2\text{FeI}_2 \), всего 6 атомов йода. Значит, перед \( \text{KI} \) ставим коэффициент 6.
\( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 6\text{KI} \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{FeI}_2 + \text{K}_2\text{SO}_4 \)
Проверим калий: в левой части 6 атомов калия в \( 6\text{KI} \). В правой части в \( \text{K}_2\text{SO}_4 \) два атома калия. Чтобы уравнять, перед \( \text{K}_2\text{SO}_4 \) ставим коэффициент 3.
\( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 6\text{KI} \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{FeI}_2 + 3\text{K}_2\text{SO}_4 \)
Проверим сульфатные группы: в левой части 3 сульфатные группы в \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \). В правой части 3 сульфатные группы в \( 3\text{K}_2\text{SO}_4 \). Все уравнено.
Окончательное уравнение:
\( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 6\text{KI} \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{FeI}_2 + 3\text{K}_2\text{SO}_4 \)
5. Определим окислитель и восстановитель:
Окислитель - вещество, которое принимает электроны и восстанавливается. В данном случае это \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \), так как \( \text{Fe}^{+3} \) восстанавливается до \( \text{Fe}^{+2} \).
Восстановитель - вещество, которое отдает электроны и окисляется. В данном случае это \( \text{KI} \), так как \( \text{I}^{-1} \) окисляется до \( \text{I}^0 \).
Ответ:
Уравнение реакции: \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 6\text{KI} \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{FeI}_2 + 3\text{K}_2\text{SO}_4 \)
Окислитель: \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \) (или \( \text{Fe}^{+3} \))
Восстановитель: \( \text{KI} \) (или \( \text{I}^{-1} \))
***
Задание 21
Дана схема превращений:
\( \text{Cu} \xrightarrow{+\text{AgNO}_3} \text{X} \xrightarrow{} \text{Cu(OH)}_2 \xrightarrow{} \text{CuO} \)
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения.
Решение:
Рассмотрим каждое превращение:
1. \( \text{Cu} \xrightarrow{+\text{AgNO}_3} \text{X} \)
Медь реагирует с нитратом серебра, вытесняя серебро из соли, так как медь более активный металл.
\( \text{Cu} + 2\text{AgNO}_3 \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{Ag} \downarrow \)
Таким образом, вещество \( \text{X} \) - это нитрат меди(II) \( \text{Cu(NO}_3)_2 \).
2. \( \text{X} \xrightarrow{} \text{Cu(OH)}_2 \)
Вещество \( \text{X} \) - это \( \text{Cu(NO}_3)_2 \). Для получения гидроксида меди(II) из нитрата меди(II) нужно добавить щелочь, например, гидроксид натрия \( \text{NaOH} \).
\( \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Cu(OH)}_2 \downarrow + 2\text{NaNO}_3 \)
3. \( \text{Cu(OH)}_2 \xrightarrow{} \text{CuO} \)
Гидроксид меди(II) при нагревании разлагается на оксид меди(II) и воду.
\( \text{Cu(OH)}_2 \xrightarrow{t} \text{CuO} + \text{H}_2\text{O} \)
Ответ:
1) \( \text{Cu} + 2\text{AgNO}_3 \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{Ag} \)
2) \( \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Cu(OH)}_2 \downarrow + 2\text{NaNO}_3 \)
3) \( \text{Cu(OH)}_2 \xrightarrow{t} \text{CuO} + \text{H}_2\text{O} \)
***
Задание 22
К 135 г раствора с массовой долей хлорида меди(II) 2 % добавили избыток раствора нитрата серебра. Определите массу выпавшего осадка.
В ответе запишите уравнение реакции, о которой идёт речь в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Решение:
1. Запишем уравнение реакции:
Хлорид меди(II) \( \text{CuCl}_2 \) реагирует с нитратом серебра \( \text{AgNO}_3 \). В результате реакции обмена образуется хлорид серебра \( \text{AgCl} \) (осадок) и нитрат меди(II) \( \text{Cu(NO}_3)_2 \).
\( \text{CuCl}_2 + 2\text{AgNO}_3 \rightarrow 2\text{AgCl} \downarrow + \text{Cu(NO}_3)_2 \)
2. Найдем массу \( \text{CuCl}_2 \) в растворе:
Масса раствора \( \text{CuCl}_2 = 135 \text{ г} \)
Массовая доля \( \text{CuCl}_2 = 2\% = 0.02 \)
Масса \( \text{CuCl}_2 = \text{масса раствора} \times \text{массовая доля} \)
Масса \( \text{CuCl}_2 = 135 \text{ г} \times 0.02 = 2.7 \text{ г} \)
3. Найдем молярные массы веществ, участвующих в расчетах:
\( \text{M}(\text{CuCl}_2) = \text{M}(\text{Cu}) + 2 \times \text{M}(\text{Cl}) = 63.5 + 2 \times 35.5 = 63.5 + 71 = 134.5 \text{ г/моль} \)
\( \text{M}(\text{AgCl}) = \text{M}(\text{Ag}) + \text{M}(\text{Cl}) = 108 + 35.5 = 143.5 \text{ г/моль} \)
4. Найдем количество вещества \( \text{CuCl}_2 \):
\( \text{n}(\text{CuCl}_2) = \frac{\text{масса}(\text{CuCl}_2)}{\text{M}(\text{CuCl}_2)} = \frac{2.7 \text{ г}}{134.5 \text{ г/моль}} \approx 0.02007 \text{ моль} \)
5. По уравнению реакции, 1 моль \( \text{CuCl}_2 \) образует 2 моль \( \text{AgCl} \).
Значит, количество вещества \( \text{AgCl} = 2 \times \text{n}(\text{CuCl}_2) \)
\( \text{n}(\text{AgCl}) = 2 \times 0.02007 \text{ моль} = 0.04014 \text{ моль} \)
6. Найдем массу выпавшего осадка \( \text{AgCl} \):
Масса \( \text{AgCl} = \text{n}(\text{AgCl}) \times \text{M}(\text{AgCl}) \)
Масса \( \text{AgCl} = 0.04014 \text{ моль} \times 143.5 \text{ г/моль} \approx 5.75991 \text{ г} \)
7. Округлим до сотых (или до десятых, если не указано иное, но обычно для массы осадка принято до сотых):
Масса \( \text{AgCl} \approx 5.76 \text{ г} \)
Ответ:
Уравнение реакции: \( \text{CuCl}_2 + 2\text{AgNO}_3 \rightarrow 2\text{AgCl} \downarrow + \text{Cu(NO}_3)_2 \)
Вычисления:
1. Масса \( \text{CuCl}_2 \) в растворе:
\( \text{m}(\text{CuCl}_2) = 135 \text{ г} \times 0.02 = 2.7 \text{ г} \)
2. Молярная масса \( \text{CuCl}_2 \):
\( \text{M}(\text{CuCl}_2) = 63.5 + 2 \times 35.5 = 134.5 \text{ г/моль} \)
3. Количество вещества \( \text{CuCl}_2 \):
\( \text{n}(\text{CuCl}_2) = \frac{2.7 \text{ г}}{134.5 \text{ г/моль}} \approx 0.02007 \text{ моль} \)
4. Молярная масса \( \text{AgCl} \):
\( \text{M}(\text{AgCl}) = 108 + 35.5 = 143.5 \text{ г/моль} \)
5. По уравнению реакции \( \text{CuCl}_2 : 2\text{AgCl} \), следовательно:
\( \text{n}(\text{AgCl}) = 2 \times \text{n}(\text{CuCl}_2) = 2 \times 0.02007 \text{ моль} = 0.04014 \text{ моль} \)
6. Масса осадка \( \text{AgCl} \):
\( \text{m}(\text{AgCl}) = 0.04014 \text{ моль} \times 143.5 \text{ г/моль} \approx 5.76 \text{ г} \)
Масса выпавшего осадка: 5.76 г.
