Задания 28. Расчеты объемных отношений газов при химической реакции. Тепловой эффект. Задание №1 В результате реакции, термохимическое уравнение которой 2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 484 кДж, выделилось 1452 кДж теплоты. Вычислите массу образовавшейся при этом воды (в граммах). (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 108 Пояснение: Из уравнения реакции следует, что при образовании 2 моль воды выделяется 484 кДж теплоты. У нас же выделилось 1452 кДж теплоты. Составим пропорцию 2 моль H2O - 484 кДж x моль H2O - 1452 кДж Составим уравнение: 2 : x = 484 : 1452 x = 2 ∙ 1452 /484 = 6 т.е. n(H2O) = 6 моль, следовательно: m(H2O) = n(H2O) ∙ M(H2O) = 6 ∙ 18 = 108 г Задание №2 При взаимодействии оксида серы (IV) с 5,6 л (н.у.) кислорода в соответствии с уравнением 2SO2(г) + O2(г) = 2SO3(г) + Q выделилось 19 кДж теплоты. Определите тепловой эффект реакции. (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 76 Пояснение: Рассчитаем количество вещества кислорода: n(O2) = 5,6/22,4 = 0,25 моль Т.е. при взаимодействии 0,25 моль кислорода с оксидом серы (IV) выделяется 19 кДж теплоты. Из представленного в условии термохимического уравнения следует, что при взаимодействии 1 моль кислорода с оксидом серы выделяется количество теплоты равное Q (тепловой эффект реакции). Тогда справедлива пропорция: 0,25 моль кислорода - 19 кДж 1 моль кислорода - Q Исходя из этой пропорции: 0,25 ∙ Q = 1 ∙ 19 Q = 76 кДж Таким образом, тепловой эффект реакции составляет 76 кДж. Задание №3 В соответствии с термохимическим уравнением реакции C(графит) + O2(газ) = CO2(газ) + 393 кДж выделилось 786 кДж теплоты. Какой объем (н.у.) углекислого газа при этом образовался? (Запишите число с точностью до десятых.) Решение Ответ: 44,8 Пояснение: В соответствии с термохимическим уравнением реакции при образовании 1 моль углекислого газа выделяется 393 кДж теплоты. В нашем же случае вместо этого выделилось 786 кДж теплоты. Обозначив искомое количество вещества углекислого газа равным х моль, можно записать пропорцию: 1 моль CO2 - 393 кДж теплоты x моль CO2 - 786 кДж теплоты Следовательно, справедливо уравнение: 1 ∙ 786 = 393 ∙ x Решая которое получаем: x = 2 Т.е. количество вещества углекислого газа при образовании которого выделяется 786 кДж теплоты составляет 2 моль. Рассчитаем объем такого количества углекислого газа при н.у.: V(CO2) = 2 моль ∙ 22,4 л/моль = 44,8 л Задание №4 В соответствии с термохимическим уравнением реакции CH4(газ) + 2O2(газ) = CO2(газ) + 2H2O(г) + 802 кДж выделилось 2406 кДж теплоты. Определите объем (н.у.) израсходованного кислорода в литрах. (Запишите число с точностью до десятых.) Решение Ответ: 134,4 Пояснение: Согласно термохимическому уравнению при участии в реакции горения метана 2 моль кислорода выделяется 802 кДж теплоты. В нашем же случае выделяется количество теплоты равное 2406 кДж. Обозначив количество вещества кислорода необходимое для выделения 2406 кДж теплоты через х моль мы можем записать следующую пропорцию: 2 моль O2 - 802 кДж теплоты x моль O2 - 2406 кДж теплоты Тогда, справедливо следующее уравнение: 2 ∙ 2406 = 802 ∙ x Решая которое находим ,что: x = 6 Таким образом, количество вещества кислорода равно 6 моль. Рассчитаем его объем: V(O2) = 6 ∙ 22,4 = 134,4 л. Задание №5 Вычислите количество теплоты, которое потребуется для получения 25 г железа согласно уравнению реакции Fe2O3(тв.) + 3CO(г) = 2Fe(тв.) + 3CO2(г) - 27 кДж (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 6 Пояснение: Рассчитаем количество вещества железа: n(Fe) = m(Fe)/M(Fe) = 25/56 = 0,4464 моль, Согласно термохимическому уравнению при образовании 2 моль металлического железа поглощается 27 кДж теплоты. Пусть количество поглощаемой в результате образования 0,4464 моль железа равно х кДж. Тогда можно записать пропорцию: 2 моль Fe - 27 кДж 0,4464 моль Fe - x кДж Следовательно, справедливо уравнение: 2 ∙ x = 0,4464 ∙ 27 x = 6 Таким образом, количество теплоты, которое необходимо для получения 25 г железа равно 6 кДж. [adsp-pro-3] Задание №6 Вычислите объем сгоревшего согласно уравнению реакции 2C2H2(г) + 5O2(г) = 4CO2(г) + 2H2O(ж) + 2700 кДж ацетилена, если при этом выделилось 67,5 кДж теплоты. (Запишите число с точностью до сотых.) Решение Ответ: 1,12 Пояснение: Согласно термохимическому уравнению при сгорании 2 моль ацетилена выделяется 2700 кДж теплоты. В нашем же случае выделилось 67,5 кДж. Пусть, количество вещества ацетилена, которое сгорело при этом равно х моль. Таким образом можно записать пропорцию: 2 моль C2H2 - 2700 кДж x моль - 67,5 кДж 2 ∙ 67,5 = 2700 ∙ x x = 0,05 Таким образом, количество вещества ацетилена равно 0,05 моль. Рассчитаем его объем: V(C2H2) = 0,05 моль ∙ 22,4 л/моль = 1,12 л Задание №7 В результате реакции, термохимическое уравнение которой C6H12O6(тв.) + 6O2(г) = 6CO2(г) + 6H2O(г) + 2800 кДж выделилось 280 кДж теплоты. Вычислите массу глюкозы, которая окислилась в результате этой реакции. (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 18 Пояснение: Согласно термохимическому уравнению при окислении 1 моль глюкозы выделяется 2800 кДж теплоты. В нашем же случае выделилось 280 кДж теплоты. Пусть количество глюкозы, которое окислилось при этом равно x моль. Тогда можно записать следующую пропорцию: 1 моль глюкозы – 2800 кДж теплоты x моль глюкозы – 280 кДж теплоты Следовательно, справедливо уравнение: 1 ∙ 280 = 2800 ∙ x Решая которое находим, что: x = 0,1 моль, т.е. количество глюкозы составляет 0,1 моль. Рассчитаем ее массу: m(C6H12O6) = M(C6H12O6) ∙ n(C6H12O6) = 0,1 моль ∙ 180 г/моль = 18 г. Задание №8 Какое количество вещества аммиака вступает в реакцию в соответствии с термохимическим уравнением 4NH3(г) + 5O2(г) = 4NO(г) + 6H2O(г) + 1268 кДж, если в результате реакции выделилось 634 кДж теплоты? (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 2 Пояснение: Согласно термохимическому уравнению при окислении 4 моль аммиака выделяется 1268 кДж теплоты. В нашем же случае выделилось 634 кДж теплоты. Обозначим количество вещества аммиака, которое при этом окислилось как x моль. Тогда можно записать пропорцию: 4 моль аммиака – 1268 кДж x моль аммиака – 634 кДж Следовательно, справедливо уравнение: 4 ∙ 634 = 1268 ∙ x Решая которое находим, что: x = 2, т.е. количество вещества аммиака составляет 2 моль. Задание №9 В соответствии с термохимическим уравнением реакции C6H12O6(тв.) + 6O2(г) = 6CO2(г) + 6H2O(г) + 2800 кДж получено 1400 кДж теплоты. Какая масса (в граммах) глюкозы при этом окислилась? (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 90 Пояснение: Согласно термохимическому уравнению при окислении 1 моль глюкозы выделяется 2800 кДж теплоты. В нашем же случае выделилось 1400 кДж теплоты. Пусть количество глюкозы, которое окислилось при этом равно x моль. Тогда можно записать следующую пропорцию: 1 моль глюкозы – 2800 кДж теплоты x моль глюкозы – 1400 кДж теплоты Следовательно, справедливо уравнение: 1 ∙ 1400 = 2800 ∙ x x = 0,5, т.е. количество вещества глюкозы для получения 1400 кДж тепла составляет 0,5 моль. Рассчитаем ее массу: m(C6H12O6) = M(C6H12O6) ∙ n(C6H12O6) = 0,5 моль ∙ 180 г/моль = 90 г. Задание №10 В соответствии с термохимическим уравнением реакции 2Mg(тв.) + O2(г) = 2MgO(тв.) + 1200 кДж выделилось 240 кДж теплоты. Определите массу полученного оксида магния. (Запишите число в точностью до целых.) Решение Ответ: 16 Пояснение: Согласно термохимическому уравнению при образовании 2 моль оксида магния выделяется 1200 кДж теплоты. В нашем же случае выделилось 240 кДж теплоты. Пусть количество оксида магния, образовавшегося при этом равно x моль. Тогда можно записать пропорцию: 2 моль MgO – 1200 кДж x моль MgO – 240 кДж Следовательно, справедливо уравнение: 2 ∙ 240 = 1200 ∙ x Решая которое находим, что: x = 0,4, т.е. при выделении 240 кДж теплоты количество вещества образовавшегося оксида магния составляет 0,4 моль. Тогда его масса равна: m(MgO) = n(MgO) ∙ M(MgO) = 0,4 ∙ 40 = 16 г [adsp-pro-3] Задание №11 В ходе реакции, термохимическое уравнение которой CaCO3(тв.) = CaO(тв.) + CO2(г) -180 кДж, было затрачено 450 кДж теплоты. Определите объем (н.у.) получившегося при этом газа. (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 56 Пояснение: Выделившийся газ – CO2. В соответствии с термохимическим уравнением при образовании одного моля CO2 поглощается 180 кДж теплоты. В нашем же случае поглощено 450 кДж теплоты. Обозначив количество вещества углекислого газа, образовавшегося при этом как x моль, можно записать следующую пропорцию: 1 моль CO2 – 180 кДж x моль CO2 – 450 кДж Следовательно, справедливо уравнение: 1 ∙ 450 = 180 ∙ x x = 2,5, т.е. количество вещества углекислого газа составляет 2,5 моль. Рассчитаем его объем: V(CO2) = Vm ∙ n(CO2) = 22,4 ∙ 2,5 = 56 л Задание №12 В соответствии с термохимическим уравнением реакции 3Fe3O4(тв.) + 8Al(тв.) = 9Fe(тв.) + 4Al2O3(тв.) + 3330 кДж образовалось 168 г железа. Какое количество теплоты при этом выделилось? (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 1110 Пояснение: Рассчитаем количество вещества железа с массой 168 г: n(Fe) = m(Fe)/M(Fe) = 168/56 = 3 моль, В соответствии с термохимическим уравнением реакции при образовании 9 моль металлического железа выделяется 3330 кДж. В нашем же случае образуется 3 моль железа. Обозначив количество теплоты выделившейся при этом как x кДж можно составить пропорцию: 9 моль Fe - 3330 кДж 3 моль Fe - x кДж тогда справедливо уравнение: 9 ∙ x = 3 ∙ 3330 x = 1110 Таким образом, количество теплоты выделяющееся при образовании 168 г металлического железа составляет 1110 кДж. Задание №13 Определите количество теплоты, которое выделится при взаимодействии 280 г негашеной извести с водой в соответствии с термохимическим уравнением реакции CaO(тв.) + H2O(ж) = Ca(OH)2(тв.) + 64,8 кДж. (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 324 Пояснение: Негашеная известь - тривиальное название оксида кальция CaO. Рассчитаем его количество вещества, зная массу: n(CaO) = 280 г/ 56 г/моль = 5 моль, В соответствии с термохимическим уравнением реакции при взаимодействии с водой 1 моль CaO выделяется количество теплоты равное 64,8 кДж. В нашем же случае в реакции принимает участие 5 моль оксида кальция, в связи с чем мы можем записать следующую пропорцию: 1 моль CaO - 64,8 кДж 5 моль CaO - x кДж Следовательно, справедливо уравнение: 1 ∙ x = 5 ∙ 64,8 Решая которое находим, что: x = 324 кДж Таким образом, количество теплоты, которое выделится при взаимодействии 280 г негашеной извести водой составляет 324 кДж. Задание №14 В результате реакции, термохимическое уравнение которой 4FeS2(тв.) + 11O2(г) = 8SO2(г) + 2Fe2O3(тв.) + 3310 кДж выделилось 6620 кДж теплоты. Определите массу образовавшегося оксида железа (III). (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 640 Пояснение: В соответствии с термохимическим уравнением реакции при образовании 2 моль Fe2O3 выделяется 3310 кДж теплоты. В нашем же случае, выделилось 6620 кДж теплоты. Пусть количество вещества Fe2O3, образовавшегося при этом составляет x моль. Тогда можно записать следующую пропорцию: 2 моль Fe2O3 - 3310 кДж x моль Fe2O3 - 6620 кДж Следовательно, справедливо уравнение: 2 ∙ 6620 = x ∙ 3310 Решая которое находим, что: x = 4 Таким образом, количество вещества Fe2O3 образовавшееся при этом составляет 4 моль. Следовательно масса образовавшегося Fe2O3 составляет: m(Fe2O3) = M(Fe2O3) ∙ n(Fe2O3) = 160 ∙ 4 = 640 г Задание №15 При образовании 560 мл (н.у.) газообразного аммиака в соответствии с уравнением N2(г) + 3H2(г) = 2NH3(г) + Q выделилось 1,15 кДж теплоты. Чему равен тепловой эффект этой реакции? (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 92 Пояснение: Посчитаем какое количество вещества содержится в 560 мл газообразного аммиака. Прежде всего переведем его объем из мл в л: 560 мл = 0,56 л. Теперь, зная, что 1 моль любого газа при н.у. занимает объем равный 22,4 л, можно рассчитать количество вещества аммиака: n(NH3) = V(NH3)/Vm = 0,56 л / 22,4 л/моль = 0,025 моль, Из условия задания следует, что при образовании 0,025 моль (0,56 л) аммиака выделилось 1,15 кДж теплоты. В термохимическом же уравнении реакции фигурирует количество вещества аммиака равное 2 моль (коэффициент 2 перед NH3) и при этом выделяется количество тепла, равное Q (тепловой эффект реакции). Таким образом, мы можем записать следующую пропорцию: 0,025 моль - 1,15 кДж 2 моль - Q Следовательно справедливо уравнение: 0,025 ∙ Q = 2 ∙ 1,15 кДж Решая которое находим, что: Q = 92 кДж Т.е. тепловой эффект реакции равен 92 кДж. [adsp-pro-3] Задание №16 В соответствии с термохимическим уравнением реакции 3Fe3O4(тв.) + 8Al(тв.) = 9Fe(тв.) + 4Al2O3(тв.) + 3330 кДж восстановили 464 г железной окалины. Какое количество теплоты при этом выделилось? (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 2220 Пояснение: Рассчитаем количество вещества железной окалины массой 464 г: n(Fe3O4) = m(Fe3O4)/M(Fe3O4) = 464/232 = 2 моль, В соответствии с термохимическим уравнением реакции при восстановлении 3 моль Fe3O4 выделяется 3330 кДж теплоты. Пусть при восстановлении 2 моль Fe3O4 выделяется x кДж теплоты. Тогда можно составить следующую пропорцию: 3 моль Fe3O4 - 3330 кДж 2 моль Fe3O4 - x кДж Следовательно, справедливо уравнение: 3 ∙ x = 2 ∙ 3330 Решая которое, получаем, что: x = 2220 Таким образом, количество теплоты, выделившейся при восстановлении 464 г железной окалины составляет 2220 кДж. Задание №17 В соответствии с термохимическим уравнением реакции CH4(г) + 2O2(г) = CO2(г) + 2H2O(г) + 802 кДж, выделилось 2406 кДж теплоты. Определите объем (н.у.) израсходованного кислорода. (Запишите число с точностью до десятых.) Решение Ответ: 134,4 Пояснение: В соответствии с термохимическим уравнением реакции при реакции с метаном 2 моль кислорода выделяется 802 кДж. В нашем же случае выделилось 2406 кДж теплоты. Пусть количество вещества израсходованного при этом кислорода составляет x моль. Тогда можно записать пропорцию: 2 моль O2 – 802 кДж x моль O2 – 2406 кДж Следовательно, справедливо уравнение: 2 ∙ 2406 = 802 ∙ x x = 6 Т.е. количество вещества кислорода составляет 6 моль. Найдем его объем: V(O2) = Vm ∙ n(O2) = 22,4 ∙ 6 = 134,4 л. Задание №18 В соответствии с термохимическим уравнением реакции C(тв.) + O2(газ) = CO2(газ) + 393 кДж получено 422,2 кДж теплоты. Какой объем (н.у.) кислорода при этом израсходован? (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 24 Пояснение: В соответствии с термохимическим уравнением при израсходовании на горение угля 1 моля кислорода выделяется 393 кДж теплоты. В нашем же случае выделяется 422,2 кДж. Пусть при выделении такого количества теплоты расходуется x моль кислорода. Тогда, мы можем записать пропорцию: 1 моль O2 – 393 кДж x моль O2 – 422,2 кДж Следовательно, справедливо уравнение: 1 ∙ 422,2 = 393 ∙ x Решая которое находим, что: x = 1,0743 т.е. количество вещества израсходованного кислорода составляет 1,0743 моль. Рассчитаем его объем: V(O2) = Vm ∙ n(O2) = 22,4 ∙ 1,0743 ≈ 24 л Задание №19 Какой объем (н.у.) кислорода потребуется для получения 5600 кДж теплоты в соответствии с термохимическим уравнением реакции C6H12O6(тв.) + 6O2(г) = 6CO2(г) + 6H2O(г) + 2800 кДж? (Запишите число с точностью до десятых.) Решение Ответ: 268,8 Пояснение: Исходя из термохимического уравнения: 6 моль O2 - 2800 кДж теплоты В нашем же случае должно выделиться 5600 кДж. Пусть количество вещества кислорода необходимое для выделения такого количества тепла составляет x моль. Тогда справедлива пропорция: 6 моль O2 - 2800 кДж теплоты x моль O2 - 5600 кДж теплоты Следовательно, верным является уравнение: 6 ∙ 5600 = 2800 ∙ x x = 12 Таким образом, количество вещества кислорода, которое должно принять участие в окислении глюкозы для выделения 5600 кДж теплоты, составляет 12 моль. Рассчитаем объем такого количества кислорода при н.у.: V(O2) = Vm ∙ n(O2) = 22,4 ∙ 12 = 268,8 л Задание №20 При сжигании ацетилена в соответствии с термохимическим уравнением реакции 2C2H2(г) + 5O2(г) = 4CO2(г) + 2H2O(ж) + 930 кДж выделилось 186 кДж теплоты. Какой объем (н.у.) кислорода затрачен на сжигание ацетилена? (Запишите число с точностью до десятых.) Решение Ответ: 22,4 Пояснение: Из термохимического уравнения реакции следует, что когда в реакции принимает участие 5 моль O2 выделяется 930 кДж теплоты. В нашем же случае выделяется 186 кДж теплоты. Пусть количество вещества кислорода, израсходованного при этом, составляет x моль. Тогда мы можем записать следующую пропорцию: 5 моль O2 – 930 кДж x моль O2 – 186 кДж Следовательно, справедливо уравнение: 5 ∙ 186 = 930 ∙ x Решая которое находим, что: x = 1 Таким образом, количество вещества кислорода составляет 1 моль. Найдем его объем: V(O2) = n(O2) ∙ Vm = 1 ∙ 22,4 = 22,4 л [adsp-pro-3] Задание №21 В соответствии с термохимическим уравнением реакции 2H2O(ж)+4NO2(г)+O2(г) = 4HNO3(г) + 258 кДж выделилось 2580 кДж теплоты. Определите количество вещества оксида азота(IV), вступившего в реакцию. (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 40 Пояснение: Из термохимического уравнения реакции следует, что когда в реакции принимает участие 4 моль NO2 выделяется 258 кДж теплоты. В нашем же случае выделяется 2580 кДж теплоты. Пусть количество вещества оксида азота (IV), прореагировавшего при этом, составляет x моль. Тогда мы можем записать следующую пропорцию: 4 моль NO2 – 258 кДж x моль NO2 – 2580 кДж Следовательно, справедливо уравнение: 4 ∙ 2580 = x ∙ 258 Решая которое находим, что: x = 40 Таким образом, количество вещества оксида азота (IV) составляет 40 моль. Задание №22 Определите объём газообразного продукта (в литрах), который получается при взаимодействии 1 л водорода с избытком хлора. Объёмы газов измерены при одинаковых условиях. (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 2 Пояснение: Запишем уравнение реакции взаимодействия водорода с хлором: H2 + Cl2 = 2HCl Одним из следствий закона Авогадро является то, что объемы прореагировавших и образовавшихся газов относятся друг к другу точно так же, как и коэффициенты перед этими газообразными веществами в уравнении реакции. Для газообразных водорода и хлороводорода, применительно к нашей реакции, мы можем записать что: V(H2)/V(HCl) = k(H2)/k(HCl), откуда: V(HCl) = V(H2) ∙ k(HCl)/k(H2) = 1 л ∙ 2/1 = 2 л Задание №23 Определите количество теплоты, которое выделяется при окислении серы кислородом взятым в объёме 100,8 л (н.у.) в соответствии с термохимическим уравнением реакции S(тв.) + O2(г) = SO2(г) + 298 кДж. (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 1341 Задание №24 Определите количество теплоты, которое выделится при обжиге 720 г FeS2 согласно термохимическому уравнению реакции 4FeS2(тв.) + 11O2(г) = 8SO2(г) + 2Fe2O3(тв.) + 3310 кДж. (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 4965 Задание №25 Вычислите количество выделившейся теплоты, если в реакцию вступает 3,5 моль кислорода в соответствии с термохимическим уравнением реакции 2H2O(ж) + 4NO2(г) + O2(г) = 4HNO3(ж) + 258 кДж. (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 903 [adsp-pro-3] Задание №26 Какое количество теплоты выделится при взаимодействии 3,6 моль кремния с фтором в соответствии с термохимическим уравнением реакции Si(тв.) + 2F2(г) = SiF4(г) + 1615 кДж. (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 5814 Задание №27 В реакцию, термохимическое уравнение которой MgO(тв.) + CO2(г) → MgCO3(тв.) + 102 кДж, вступило 88 г углекислого газа. Какое количество теплоты выделится при этом? (Запишите число с точностью до целых.) Решение Ответ: 204 [adsp-pro-10]
