Кислород: Часть 3

Видео

Конспект

Задачи с решениями

Задача 1

Условие

Сколько литров кислорода (н.у.) можно получить термическим разложением $47{,}4$ г перманганата калия? Ответ округлите до десятых.

Решение

Реакция термического разложения $KMnO_4$: $$

2KMnO_4(тв) \overset{t}{=} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow,

$$ $$

\nu(KMnO_4) = 47{,}4 / 158 = 0{,}3 моль,

$$ $$

\nu(O_2) = 0{,}5 \cdot \nu(KMnO_4) = 0{,}5 \cdot 0{,}3 = 0{,}15 моль,

$$ $$

V(O_2) = 22{,}4 \cdot 0{,}15 = 3{,}36 \approx 3{,}4 л.

$$

Ответ $3{,}4$ л.

Задача 2

Условие

Сколько литров кислорода (н.у.) потребуется для окислительного обжига $64$ г сульфида меди(I)? Ответ округлите до десятых.

Решение

$$

Cu_2S + 2O_2 = 2CuO + SO_2,

$$ $$

n(Cu_2S) = 64/160 = 0{,}4 моль,\ n(O_2) = 2 \cdot 0{,}4 = 0{,}8 моль,\ V(O_2) = 0{,}8 \cdot 22{,}4 = 17{,}92 л.

$$

Ответ $17{,}92$ л кислорода.

Задача 3

Условие

В результате полного термического разложения хлората калия в присутствии катализатора получили $44{,}7$ г твёрдого остатка. Сколько литров кислорода (н.у.) при этом было получено? Ответ округлите до десятых.

Решение

$$

2KClO_3 \overset{t,\ кат}{=} 2KCl + 3O_2\uparrow,

$$ $$

n(KCl) = 44{,}7/74{,}5 = 0{,}6 моль,\ n(O_2) = 1{,}5 \cdot 0{,}6 = 0{,}9 моль,

$$ $$

V(O_2) = 0{,}9 \cdot 22{,}4 = 20{,}16 л.

$$

Ответ $20{,}16$ л кислорода.

Задача 4

Условие

Сколько граммов осадка будет получено, если через избыток подкисленного раствора иодида натрия пропустить ток кислорода с примесью $0{,}672$ л (н.у.) озона? Ответ округлите до десятых.

Решение

$$

O_3 + 2KI + H_2SO_4 = I_2 + K_2SO_4 + O_2 + H_2O.

$$

Кислород с раствором иодида калия не реагирует. $$

n(O_2) = 0{,}672/22{,}4 = 0{,}03 моль,\ n(I_2) = 0{,}03 моль,\ m(I_2) = 0{,}03 \cdot 254 = 7{,}6 г.

$$

Ответ $7{,}6$ г.

Задача 5

Условие

При стандартных условиях теплоты сгорания водорода в кислороде равна $286{,}2$ кДж/моль, а теплота сгорания водорода в озоне равна $333{,}9$ кДж/моль. Чему равна теплота образования озона из кислорода при стандартных условиях?

Решение

$$

H_2 + \frac{1}{2}O_2 = H_2O + 286{,}2,

$$ т.к. дана теплота сгорания водорода, то это тепловой эффект на 1 моль водорода. $$

H_2 + \frac{1}{3}O_3 = H_2O + 333{,}9,

$$ т.к. дана теплота сгорания водорода, то это тепловой эффект на 1 моль водорода. $$

\frac{3}{2}O_2 = O_3 + Q,

$$ т.к. спрашивается теплота образования озона, то это тепловой эффект в расчете на 1 моль озона. $$

Q = -3 \cdot 333{,}9 + 3 \cdot 286{,}2 = -1001{,}7 + 858{,}6 = -143{,}1 кДж/моль.

$$

Ответ $-143{,}1$ кДж/моль.

Задача 6

Условие

При полном растворении в воде $0{,}348$ г соединения щелочного металла с кислородом при нагревании выделился газ и образовалось $40$ мл раствора с $pH=13$. К полученному раствору добавили избыток алюминия. Объем выделившегося при этом газа оказался на $22{,}4$ мл (н.у.) больше объема первого газа. Установите формулу исходного соединения.

Решение

Чтобы выделился газ при реакции соединения щелочного металла с кислородом при нагревании, это должен быть или пероксид, или надпероксид. Раствор будет щелочи. Запишем возможные реакции: $$

2M_2O_2 + 2H_2O \overset{t}{=} 4MOH + O_2,

$$ $$

2MO_2 + H_2O \overset{t}{=} 2MOH + 1{,}5O_2,

$$ $$

2MOH + 2Al + 6H_2O = 2M[Al(OH)_4] + 3H_2.

$$

Чтобы рассчитать количество щелочи, необходимо определить концентрацию гидроксид-ионов: $$

[H^+] = 10^{-pH} = 10^{-13} M,

$$ $$

[OH^-] = K_w/[H^+] = 10^{-14}/10^{-13} = 0{,}1 M,

$$ $$

C(KOH) = 0{,}1 M.

$$

Количество щелочи: $$

n = cV = 0{,}1 \cdot 0{,}04 = 0{,}004 моль.

$$

При реакции с таким количеством щелочи избытка алюминия выделится $0{,}004 \cdot 1{,}5 = 0{,}006$ моль водорода, т.е. $0{,}006 \cdot 22{,}4 = 0{,}1344$ л.

Объем кислорода, который выделился по первой реакции, равен $0{,}1344 - 0{,}0224 = 0{,}112$ л. $$

n(O_2) = 0{,}112/22{,}4 = 0{,}005 моль.

$$

Мы видим, что кислорода больше, чем щелочи. А такого по реакциям быть не может. Но мы не учли еще одно кислородное соединение, которое и без нагревания будет давать кислород: $$

2MO_3 + H_2O = 2MOH + 2{,}5O_2 --- это озонид.

$$

Соотношение количеств как раз подходит для этой реакции. Значит изначально было $0{,}004$ моль озонида щелочного металла.

Найдем молярную массу озонида: $$

M = m/n = 0{,}348/0{,}004 = 87 г/моль,

$$ $$

M(M) = 87 - 16 \cdot 3 = 39 г/моль, это калий.

$$

Ответ $KO_3$.