Задание 28. Расчёты объёмных отношений газов при химических реакциях. Расчёты по термохимическим уравнениям. ЕГЭ 2020 по химии
Средний процент выполнения: 65.8%
Ответом к заданию 28 по химии может быть целое число или конечная десятичная дробь.
Задачи для практики
Задача 1
Рассчитайте массу газа, образующегося при взаимодействии с избытком кислорода 30,24 л (н. у.) оксида азота(II). (Запишите число с точностью до десятых.) Ответ в (г).
Решение
$2NO+O _2 →2NO_2$
V (NO)=30.24 л
n(NO)= 1.35 моль
n (NO)=n($NO_2$), так как коэффициенты при веществах равны
m ($NO_2$)=1.35⋅M
m ($NO_2$)=1.35⋅46=62.1 г
Задача 2
Взаимодействие угарного газа с кислородом описывается термохимическим уравнением $2CO_{(г)} + O_{2(г)} = 2CO_{2(г)} + 283 кДж$. Вычислите количество теплоты, выделившееся при сгорании 224 л (н. у.) угарного газа. (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (кДж).
Решение
Решение:
$2CO + O_2 = 2CO_2 + 283$ кДж
Обозначим 283 кДж как $Q_0$
Нам надо найти $Q_1$
По ТХУ видим, что сгорает 2 моль CO (стехиометрический коэффициент перед CO - это его минимальное количество, чтобы пошла реакция и выделилось $Q_0$ теплоты)
Рассчитаем объем 2 моль CO:
V = Vm*n = 22.4 л/моль*2 моль = 44.8 л
Составим и решим пропорцию:
44.8л – 283 кДж
224л = $Q_1$ кДж
Находим $Q_1$:
283*224/44.8 = 283*5 = 1415кДж
Задача 3
В результате осуществления реакции, термохимическое уравнение которой $СаО_{(тв.)} + Н_2О_{(ж)} = Са(ОН)_{2(тв.)} + 70 кДж$, было получено 185 г гидроксида кальция. Вычислите количество выделившейся теплоты. (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (кДж).
Решение
$СаО+H_2O=Ca(OH)_2 +70кДж$
70кДж выделяется при образовании 1моля гидроксида кальция $Са(ОН)_2$. Переходим от количества вещества к массе и получаем, что такое количество теплоты выделится при получении 1моль*74г/моль=74г гидроксида кальция. Составим пропорцию и найдем количество выделившейся теплоты: 74г - 70кДж 185г - X кДж
X=70*185/74=175кДж
Задача 4
Термохимическое уравнение получения аммиака из простых веществ имеет вид $N_{2(г)} + 3H_{2(г)} = 2NH_{3(г)} + 95 кДж$ Какое количество теплоты выделится при получении 840 мл (н. у.) аммиака? (Запишите число с точностью до сотых.) Ответ в (кДж).
Решение
Получению двух молей аммиака соответствует выделение 95 кДж теплоты.
Получению 0.84/22.4 = 0.0375 моль соответствует х кДж теплоты.
Таким образом, можно составить пропорцию:
2/95 = 0.375/х
Тогда :
x = (0.0375*95)/2 = 1.78(кДж)
Задача 5
Какой объём (н. у.) оксида углерода(II) нужно окислить оксидом железа(II) для получения 64 л (н. у.) оксида углерода(IV)? (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (л).
Решение
$СО + FeО = СО_2 + Fe$
Количество вещества для газов пропорционально их объёму, поэтому отношение объёмов газов в одной реакции равно отношению их коэффициентов:
V(СО) : V($СО_2$) = n(СО) : n($СО_2$) = 1 : 1
V(СО) = 64 л
Задача 6
Какой объём кислорода необходим для окисления 112 л оксида серы(IV) в оксид серы(VI)? Объёмы газов измерены при одинаковых условиях. (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (л).
Решение
$2SO_2 + O_2 = 2SO_3$
На один моль $O_2$ потребовалось 2 моль $SO_2$, следовательно, в реакцию кислорода вступило в два раза меньше, чем $SO_2$, а именно 56 литров.
Задача 7
Какой объём (н. у.) кислорода необходим для получения 80 л (н. у.) оксида углерода(IV) из угля? (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (л).
Решение
$C + O_2 = CO_2$
Количество вещества для газов пропорционально их объёму, поэтому отношение объёмов газов в одной реакции равно отношению их коэффициентов:
V($O_2$) : V($СО_2$) = n($O_2$) : n($СО_2$) = 1 : 1
V($O_2$) = 80 л
Задача 8
Согласно термохимическому уравнению реакции $СаО_{(тв.)} + Н_2О_{(ж)} = Са(ОН)_{2(тв.)} + 70 кДж$ выделилось 15 кДж теплоты. Сколько граммов оксида кальция вступило в реакцию? (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (г).
Решение
Определим количество моль вступившего в реакцию оксида кальция по данному нам количеству теплоты:
n(CaO) = 15/75 = 0.21 моль
Теперь посчитаем массу оксида кальция:
m(CaO) = 0.21*56 = 11.76 = 12 г.
Задача 9
Согласно термохимическому уравнению реакции $CH_{4(г)} + 2O_{2(г)} = CO_{2(г)} + 2H_2O_{(г)} + 802 кДж$ выделилось 5371 кДж теплоты. Сколько литров (н. у.) метана потребуется для этого? (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (л).
Решение
Согласно данному термохимическому уравнению реакции, на 1 моль $СН_4$ выделяется 802 кДж теплоты, следовательно,
n($СН_4$) = 5371 : 802 = 6.7 моль
V = nVm
V($СН_4$) = 6.7 x 22.4 = 150.04 л
Округлим ответ до целых: 150 л
Задача 10
В результате реакции, термохимическое уравнение которой $NH_4NO_{2(тв.)} = N_{2(г)} + 2H_2O_{(ж)} + 316 кДж$, выделилось 94,8 кДж теплоты. Сколько граммов нитрита аммония вступило в реакцию? (Запишите число с точностью до десятых.) Ответ в (г).
Решение
Найдем моли реакции, разделив данное количество теплоты на количество теплоты на 1 моль:
n($NH_4NO_2$) = 94.8/316 = 0.3 моль
Найдем массу нитрита, умножив его количество на молярную массу:
m($NH_4NO_2$) = 0.3*64 = 19.2 г.
Задача 11
Окисление метана описывается термохимическим уравнением $2CH_{4(г)} + O_{2(г)} = 2CO_{(г)} + 4H_{2(г)} + 70 кДж$ Какой объём метана необходим для получения 1050 кДж тепла? (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (л).
Решение
Определим количество моль необходимого для получения 1050 кДж тепла, для этого разделим 1050 на количество тепла при одном моль:
n = 1050/70 = 15 моль
В уравнении фигурирует 2 моль метана(коэффициент перед ним 2)
Это значит, что необходимо считать 15*2=30 моль метана, ведь для получения 70 кДж нужно два моль.
Найдем объем необходимого метана, умножив его количество на постоянную Авогадро.
V($CH_4$) = 22.4*30 = 672 л.
Задача 12
В соответствии с термохимическим уравнением реакции $2H_2O_{(ж)} + O_{2(г)} + 4NO_{2(г)} = 4HNO_{3(ж)} + 258 кДж$ выделилось 1290 кДж. Определите количество воды, вступившей в реакцию. (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (моль).
Решение
В соответствии с термохимическим уравнением реакции на 2 моль $Н_2О$ выделяется 258 кДж теплоты, следовательно, искомое количество воды относится к 2 так же, как 1290 к 258:
n($Н_2О$) : 2 = 1290 : 258
n($Н_2О$) : 2 = 5
n($Н_2О$) = 10 моль
Задача 13
Какой объём кислорода необходим для окисления 46 л оксида серы(IV) в оксид серы(VI)? Объёмы газов измерены при одинаковых условиях. (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (л).
Решение
$2SO_2 + O_2 = 2SO_3$
Количество вещества для газов пропорционально их объёму, поэтому отношение объёмов газов в одной реакции равно отношению их коэффициентов:
V($O_2$) : V($SO_2$) = n($O_2$) : n($SO_2$) = 1 : 2
V($O_2$) = V($SO_2$) : 2
V($O_2$) = 46 : 2 = 23 л
Задача 14
Рассчитайте массу газа, образующегося при взаимодействии 50 л (н. у.) оксида азота(II) с избытком кислорода. (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (г).
Решение
n(газа) = V : Vm
n(NO) = 50 : 22.4 = 2.23 моль
$2NO + O_2 = 2NO_2$
n($NO_2$) = n(NO)
n($NO_2$) = 2.23 моль
m = nM
m($NO_2$) = 2.23 x 46 = 102.58 г
Округлим ответ до целых: 103 г
Задача 15
В результате реакции, термохимическое уравнение которой
$MgCO_{3(тв.)} = MgO_{(тв.)} + CO_{2(г)} – 102 кДж$, выделилось 4,48 л углекислого газа.
Вычислите количество теплоты, затраченной при этом. (Запишите число с точностью до десятых.) Ответ в (кДж).
Решение
Всего в реакции выделилось 4,48л углекислого газа.
n(газа) = V/Vm
n($CO_2$) = 4.48/22.4 = 0.2(моль)
Количество затраченной энергии = 102⋅0.2 = 20.4 (Дж)
Задача 16
Согласно термохимическому уравнению реакции $2C_2H_{2(г)} + 5O_{2(г)} = 4CO_{2(г)} + 2H_2O_{(г)}$ + 2610 кДж в реакцию вступило 224 л (н. у.) ацетилена. Какое количество теплоты выделилось? (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (кДж).
Решение
n(газа) = V : Vm
$n(C_2H_2)$ = 224 : 22.4 = 10 моль
Согласно термохимическому уравнению, на 2 моль ацетилена выделяется 2610 кДж теплоты, следовательно на 10 моль - в пять раз больше.
Q = 2610 x 5 = 13050 кДж
Задача 17
Какой объём (н. у.) водорода теоретически необходим для синтеза 100 л (н. у.) аммиака? (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (л).
Решение
$N_2 + 3H_2 = 2NH_3$
Моли аммиака в реакции в полтора раза меньше моль водорода (коэффициенты 2 и 3), поэтому рассчитаем объем образующегося водорода:
$V(H_2) = 100 ⋅ 1.5 = 150$ л.
Задача 18
В соответствии с термохимическим уравнением
MgO(тв.) + CO2(г) = MgCO3(тв.) + 102 кДж
в реакцию вступило 17,6 г CO2. Определите количество выделившейся теплоты. (Запишите число с точностью до десятых.) Ответ в (кДж).
Решение
Находим количество вещества $CO_2$:
$n = m_{в-ва} / М_{в-ва}$
$M(CO_2)$ = 44 г/моль; $n(CO_2)$ = 17.6 / 44 = 0.4 моль
Производим расчёт по уравнению реакции:
$MgO_{(тв.)} +{CO_{2(г)}↖{0.4 моль}}/{1 моль}= MgCO_{3(тв.)} +{102 кДж↖{x кДж}}/{102 кДж}$
x = 0.4 · 102 / 1 = 40.8 кДж
Задача 19
В соответствии с термохимическим уравнением реакции
2Mg(тв.) + O2(г) = 2MgO(тв.) + 1200 кДж выделилось 360 кДж теплоты.
Рассчитайте массу полученного оксида магния. (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (г).
Решение
По уравнению реакции находим количество вещества MgO:
$2Mg_{(тв.)} + O_{2(г)} = {{2MgO_{(тв.)}}↖{x}}/{2 моль} + {{1200 кДж}↖{360 кДж}}/{1200 кДж}$
x = 2 · 360 / 1200 = 0.6 моль MgO.
Находим массу MgO:
$n = m_{в-ва} / М_{в-ва}$
M(MgO) = 40 г/моль; m(MgO) = 0.6 · 40 = 24 г
Задача 20
Какой объём хлора (объёмы газов измерены при одинаковых условиях) теоретически вступает в реакцию с 56 л водорода? (Запишите число с точностью до целых.) Ответ в (л).
Решение
Основные формулы для расчёта:
$n = V_г /V_M$; $n = m_{в-ва} / М_{в-ва}$
1) Составляем уравнение реакции:
$H_{2(г)} + Cl_{2(г)} = 2HCl_{(г)}$
2) Логическая связь:
Требуется найти объём хлора, расчёт будем производить по количеству вещества водорода.
3) Расчёт по уравнению реакции.
Только для расчёта объёма реагирующих газов:
объёмы реагирующих газов относятся как коэффициенты в уравнении реакции:
$V(H_2) / 1 = V(Cl_2) / 1$
56 / 1 = x / 1
x = 56.