Номер 801, страница 144 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

801. Навеску соли А массой 2,516 г прокалили при 900 °C в токе водорода. При этом её масса уменьшилась на 47,00 %, а массовая доля металла в полученном твёрдом веществе Б оказалась равной 55,55 %. При охлаждении до 20 °C выходящих газов было получено только вещество В, массовая доля водорода в котором равна 11,19 %. При действии на вещество Б соляной кислоты выделяется газ Г с очень неприятным запахом.

a) Рассчитайте объём (н. у.) водорода, вступившего в реакцию.

б) Установите формулу вещества В.

в) Приведите уравнение реакции, протекающей при действии на Б соляной кислоты. Кратко поясните ход ваших рассуждений.

г) Установите формулу А. Приведите ваши расчёты и пояснения. Приведите уравнение химической реакции, протекающей в описанном опыте.

Дано:

$m(\text{соли А}) = 2.516 \text{ г} = 2.516 \times 10^{-3} \text{ кг}$

$\Delta m_{\text{отн.}} = 47.00 \% = 0.4700$

$w(\text{Me в Б}) = 55.55 \% = 0.5555$

$w(\text{H в В}) = 11.19 \% = 0.1119$

$T_{\text{прокаливания}} = 900°C = 1173.15 \text{ K}$

$T_{\text{охлаждения}} = 20°C = 293.15 \text{ K}$

Найти:

а) $V(H_2)$ (н. у.) - ?

б) Формулу вещества В - ?

в) Уравнение реакции Б + HCl и пояснения - ?

г) Формулу вещества А, расчёты, пояснения и уравнение реакции - ?

Решение:

б) Установите формулу вещества В.

Вещество В — единственный продукт, полученный при охлаждении выходящих газов до 20 °C. Известно, что массовая доля водорода в веществе В составляет $11.19\%$. Прокаливание в токе водорода соли, содержащей кислород, обычно приводит к образованию воды. Проверим эту гипотезу.

Молярная масса воды $H_2O$ равна $M(H_2O) = 2 \cdot M(H) + M(O) = 2 \cdot 1.008 + 15.999 = 18.015 \text{ г/моль}$.

Массовая доля водорода в воде:

$w(H) = \frac{2 \cdot M(H)}{M(H_2O)} = \frac{2 \cdot 1.008 \text{ г/моль}}{18.015 \text{ г/моль}} \cdot 100\% = 11.19\%$

Рассчитанное значение совпадает с данными из условия задачи. Следовательно, вещество В — это вода.

Ответ: Формула вещества В — $H_2O$.

в) Приведите уравнение реакции, протекающей при действии на Б соляной кислоты. Кратко поясните ход ваших рассуждений.

По условию, при действии на твёрдое вещество Б соляной кислоты выделяется газ Г с очень неприятным запахом. Характерный неприятный запах (тухлых яиц) имеет сероводород $H_2S$. Его выделение при реакции с кислотой указывает на то, что вещество Б является сульфидом металла.

Определим металл. Пусть формула сульфида $Me_xS_y$. Массовая доля металла в нём $w(Me) = 55.55\%$, следовательно, массовая доля серы $w(S) = 100\% - 55.55\% = 44.45\%$.

Соотношение индексов в формуле можно найти через молярные отношения:

$\frac{x}{y} = \frac{w(Me)/M(Me)}{w(S)/M(S)} = \frac{0.5555/M(Me)}{0.4445/32.06}$

Отсюда можно выразить молярную массу металла: $M(Me) = \frac{0.5555 \cdot 32.06}{0.4445} \cdot \frac{y}{x} \approx 40.06 \cdot \frac{y}{x} \text{ г/моль}$.

Для наиболее распространённых сульфидов металлов II группы (формула $MeS$, $x=1, y=1$), молярная масса металла будет $M(Me) \approx 40.06 \text{ г/моль}$. Эта величина соответствует молярной массе кальция ($M(Ca) = 40.08$ г/моль). Таким образом, вещество Б — сульфид кальция $CaS$.

Реакция сульфида кальция с соляной кислотой:

$CaS + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2S\uparrow$

Ответ: Уравнение реакции: $CaS + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2S\uparrow$. Пояснение: Газ с неприятным запахом — сероводород $H_2S$, что указывает на то, что Б — сульфид. Расчёт по массовой доле металла (55.55%) показывает, что это сульфид кальция $CaS$.

г) Установите формулу А. Приведите ваши расчёты и пояснения. Приведите уравнение химической реакции, протекающей в описанном опыте.

Мы установили, что продуктами прокаливания являются сульфид кальция ($CaS$) и вода ($H_2O$). Это означает, что исходная соль А содержала кальций, серу и кислород. Вероятнее всего, это сульфат кальция $CaSO_4$. Проверим это расчётом.

Масса исходной соли А $m(A) = 2.516$ г. Масса уменьшилась на $47.00\%$, значит масса твёрдого остатка Б ($CaS$) составляет $100\% - 47.00\% = 53.00\%$ от исходной массы.

$m(Б) = m(CaS) = m(A) \cdot 0.5300 = 2.516 \text{ г} \cdot 0.5300 = 1.33348$ г.

Найдём количество вещества образовавшегося $CaS$ ($M(CaS) = 72.14$ г/моль):

$n(CaS) = \frac{m(CaS)}{M(CaS)} = \frac{1.33348 \text{ г}}{72.14 \text{ г/моль}} \approx 0.018485$ моль.

Так как в одной формульной единице соли А и продукта Б содержится по одному атому кальция, их количества веществ равны: $n(A) = n(CaS) \approx 0.018485$ моль.

Вычислим молярную массу соли А:

$M(A) = \frac{m(A)}{n(A)} = \frac{2.516 \text{ г}}{0.018485 \text{ моль}} \approx 136.11$ г/моль.

Теоретическая молярная масса сульфата кальция $CaSO_4$ равна:

$M(CaSO_4) = 40.08 + 32.06 + 4 \cdot 16.00 = 136.14$ г/моль.

Рассчитанная молярная масса практически совпадает с теоретической. Следовательно, соль А — сульфат кальция $CaSO_4$.

Уравнение реакции полного восстановления сульфата кальция водородом:

$CaSO_4 + 4H_2 \xrightarrow{900^\circ C} CaS + 4H_2O$

Ответ: Формула вещества А — $CaSO_4$. Уравнение химической реакции: $CaSO_4 + 4H_2 \xrightarrow{t} CaS + 4H_2O$.

а) Рассчитайте объём (н. у.) водорода, вступившего в реакцию.

Из уравнения реакции $CaSO_4 + 4H_2 \rightarrow CaS + 4H_2O$ следует, что на 1 моль образовавшегося $CaS$ расходуется 4 моль водорода.

$n(H_2) = 4 \cdot n(CaS)$

Ранее мы вычислили $n(CaS) \approx 0.018485$ моль.

$n(H_2) = 4 \cdot 0.018485 \text{ моль} = 0.07394$ моль.

Объём водорода при нормальных условиях (н. у.) равен:

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 0.07394 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} \approx 1.656$ л.

Ответ: Объём вступившего в реакцию водорода составляет 1.656 л (н. у.).