Общая химия: шпаргалка-пакет

Листы формул, ключевые шаги методов по каждой теме и тренировочные задачи (14) с полными решениями в конце.

Новые задачи Назад к курсу

В окне печати выберите «Сохранить как PDF», чтобы сохранить копию на своём устройстве.

1Формулы и методы

Стехиометрия

Моли: n = m/M
Концентрация: c = n/V
Мольное соотношение: используйте стехиометрические коэффициенты уравнения реакции
Лимитирующий реагент: тот, что заканчивается первым
Выход в процентах: фактический / теоретический × 100%

Метод

Запишите и уравняйте химическое уравнение.
Переведите данную массу в моли: n = m/M.
Используйте коэффициенты как мольное отношение, чтобы найти количество нужного вещества в молях.
Переведите обратно в массу по m = n·M. Если реагентов два, сначала найдите лимитирующий реагент.

Молярная концентрация и разбавление

Молярная концентрация: c = n/V (mol/L)
Моли: n = m/M
Разбавление: c₁V₁ = c₂V₂
Смешение: c = (c₁V₁ + c₂V₂)/(V₁ + V₂)

Метод

Переведите массу в моли по n = m/M.
Переведите объём в литры.
Молярная концентрация c = n/V в mol/L.
При разбавлении количество вещества не меняется: c₁V₁ = c₂V₂.

Уравнение состояния идеального газа

Уравнение состояния идеального газа: pV = nRT
Газовая постоянная: R = 8,314 J/(mol·K)
Объединённый газовый закон: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂
Моли: n = m/M
Температура: T[K] = T[°C] + 273,15

Калориметрия и энтальпия

Теплота: q = m·c·ΔT
Вода: c = 4,18 J/(g·°C)
Калориметр: отданная теплота = полученная теплота
Энтальпия реакции: ΔH° = ΣΔH°_f(products) − ΣΔH°_f(reactants)

Химическое равновесие

Константа равновесия: K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b)
Таблица ICE: Исходное (Initial), изменение (Change, ×коэффициент), равновесие (Equilibrium)
Квадратное уравнение: x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)

Метод

Запишите K_c как произведение концентраций продуктов, делённое на произведение концентраций реагентов, каждая в степени своего коэффициента.
Составьте таблицу ICE: исходное, изменение (с шагом x, умноженным на коэффициенты), равновесие.
Подставьте равновесные выражения в K_c и найдите x.
Проверьте, достаточно ли мало x для приближения; иначе решите квадратное уравнение.

pH и буферы

pH: pH = −log[H⁺]
pOH: pOH = −log[OH⁻], pH + pOH = 14
Слабая кислота: [H⁺] ≈ √(K_a·c)
Буфер: pH = pK_a + log([A⁻]/[HA])
Разбавление: c₁V₁ = c₂V₂

Метод

Определите, сильная ли кислота или основание (диссоциирует полностью) или слабая.
Сильная кислота: [H⁺] равна её концентрации. Сильное основание: сначала найдите [OH⁻].
Слабая кислота: решите K_a = x²/(c − x) относительно x = [H⁺].
pH = −log[H⁺], и pH + pOH = 14 при 25 °C.

Химическая кинетика

Первый порядок: ln(C_A/C_A0) = −kt
Период полупревращения (первый порядок): t_½ = ln 2/k
Второй порядок: 1/C_A = 1/C_A0 + kt
Аррениус: k = A·e^−E_a/(RT)
Две температуры: ln(k₂/k₁) = (E_a/R)(1/T₁ − 1/T₂)

2Тренировочные задачи

1.СтехиометрияСредняя

10 g Al и 32 g Cl₂ реагируют по уравнению 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃. Какая масса m вещества AlCl₃ может образоваться?

M(Al) = 26,98M(Cl₂) = 70,9M(AlCl₃) = 133,33 g/mol

m = g

2.СтехиометрияСложная

В реакции CaCO₃ → CaO + CO₂ 20 g CaCO₃ реагирует полностью (остальные реагенты в избытке), и собирают 9,53 g CaO. Найдите выход в процентах Y.

M(CaCO₃) = 100,09 g/molM(CaO) = 56,08 g/molфактический: 9,53 g

Y = %

3.Молярная концентрация и разбавлениеСредняя

Нужно 250 mL раствора с концентрацией 0,4 mol/L, а в наличии есть исходный раствор с концентрацией 1 mol/L. Какой объём V₁ исходного раствора нужен?

c₁ = 1 mol/Lc₂ = 0,4 mol/LV₂ = 250 mL

V₁ = mL

4.Молярная концентрация и разбавлениеСложная

200 mL раствора с концентрацией 2 mol/L смешивают с 100 mL раствора того же вещества с концентрацией 0,3 mol/L. Найдите концентрацию c смеси (объёмы аддитивны).

c₁ = 2 mol/LV₁ = 200 mLc₂ = 0,3 mol/LV₂ = 100 mL

c = mol/L

5.Уравнение состояния идеального газаСредняя

Какой объём V занимает 100 g газа (He) при 750 kPa и 90 °C? Считайте газ идеальным.

m = 100 gM = 4,003 g/molP = 750 kPaT = 90 °CR = 8,314 J/(mol·K)

V = L

6.Уравнение состояния идеального газаСложная

Найдите плотность ρ газа (O₂) при 650 kPa и 140 °C, считая его идеальным.

M = 32 g/molP = 650 kPaT = 140 °CR = 8,314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.Калориметрия и энтальпияСредняя

Брусок массой 50 g (материал: цинк, c = 0,388 J/(g·°C)) при температуре 160 °C опускают в 400 g воды (c = 4,18 J/(g·°C)) при 22 °C в теплоизолированном стакане. Найдите конечную температуру T_f.

m_metal = 50 gc_metal = 0,388 J/(g·°C)T_metal = 160 °Cm_water = 400 gT_water = 22 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.Калориметрия и энтальпияСложная

По стандартным энтальпиям образования найдите теплоту q, выделяющуюся при полном сгорании 100 g C₃H₈ (M = 44,1 g/mol): C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O(l). Укажите q положительным числом.

ΔH°f(C₃H₈) = −103,8 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393,5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285,8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

q = kJ

9.Химическое равновесиеСредняя

В сосуд помещают 0,2 mol/L H₂ и 0,2 mol/L I₂, и они реагируют: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, K_c = 9. Найдите равновесную концентрацию [HI].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,2 mol/LK_c = 9

[HI] = mol/L

10.Химическое равновесиеСложная

PCl₅ разлагается: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, K_c = 0,05 при температуре реакции. Вначале в сосуде есть только PCl₅ с концентрацией 0,8 mol/L. Найдите равновесную концентрацию [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 0,8 mol/LK_c = 0,05

[PCl₅] = mol/L

11.pH и буферыСредняя

Найдите pH pH раствора 0,5 mol/L, растворённое вещество — фтороводородная кислота (Ka = 0,00068).

c = 0,5 mol/LKa = 0,00068

pH =

12.pH и буферыСложная

Буфер объёмом 1,00 L содержит 0,1 mol вещества «бензойная кислота» и 0,2 mol его сопряжённого основания (Ka = 6,3 × 10⁻⁵). Добавляют 0,01 mol NaOH. Найдите новое pH pH.

n(HA) = 0,1 moln(A⁻) = 0,2 moln(OH⁻) = 0,01 molKa = 6,3 × 10⁻⁵

pH =

13.Химическая кинетикаСредняя

В реакции первого порядка концентрация A уменьшается с 2 mol/L до 1,2 mol/L за 60 min. Найдите константу скорости k.

C_A0 = 2 mol/LC_A = 1,2 mol/Lt = 60 min

k = min⁻¹

14.Химическая кинетикаСложная

Константа скорости реакции — 0,01 min⁻¹ при 30 °C и 0,101 min⁻¹ при 70 °C. Найдите энергию активации E_a.

k₁ = 0,01 min⁻¹T₁ = 30 °Ck₂ = 0,101 min⁻¹T₂ = 70 °CR = 8,314 J/(mol·K)

E_a = kJ/mol

3Растворы

1.Стехиометрия

Ответ: m = 40,12 g

Стехиометрия: уравненное уравнение считает частицы, а не граммы. Переведите массу в моли по n = m/M, используйте коэффициенты уравнения как мольное соотношение, затем вернитесь к массе: m = n·M. Если реагентов два, лимитирующий реагент — тот, что заканчивается первым и определяет количество продукта.

Количество вещества каждого реагента

n(Al) = 10/26,98 = 0,3706 mol

n(Cl₂) = 32/70,9 = 0,4513 mol

Лимитирующий реагент

0,3706/2 = 0,1853, 0,4513/3 = 0,1504 → Cl₂

Масса продукта

n(AlCl₃) = 0,1504·2 = 0,3009 mol

m = 0,3009·133,33 = 40,12 g

Ответ

m = 40,12 g

2.Стехиометрия

Ответ: Y = 85,04 %

Теоретический выход

n(CaCO₃) = 20/100,09 = 0,1998 mol

m = 0,1998·1/1·56,08 = 11,21 g

Выход в процентах

Y = 9,53/11,21·100 = 85,04%

Ответ

Y = 85,04%

3.Молярная концентрация и разбавление

Ответ: V₁ = 100 mL

Молярная концентрация: концентрация c = n/V в mol/L, где n = m/M. При разбавлении добавляют растворитель, но не растворённое вещество, поэтому количество вещества не меняется: c₁·V₁ = c₂·V₂. При смешивании двух растворов одного и того же вещества количества вещества складываются, как и объёмы.

Объём исходного раствора

V₁ = c₂·V₂/c₁ = 0,4·250/1 = 100 mL

Ответ

V₁ = 100 mL

4.Молярная концентрация и разбавление

Ответ: c = 1,433 mol/L

Общее количество вещества

n = 2·200 + 0,3·100 = 430 mmol

Концентрация смеси

c = 430/300 = 1,433 mol/L

Ответ

c = 1,433 mol/L

5.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V = 100,6 L

Уравнение состояния идеального газа: PV = nRT, где n = m/M.

Моли

n = 100/4,003 = 24,98 mol

T = 90 + 273,15 = 363,1 K

Объём

V = nRT/P = 24,98·8,314·363,1/750 = 100,6 L

Ответ

V = 100,6 L

6.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: ρ = 6,055 kg/m³

Плотность идеального газа: ρ = PM/(RT).

Преобразуйте газовый закон

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 140 + 273,15 = 413,1 K

Плотность

ρ = 650·32/(8,314·413,1) = 6,055 kg/m³

Ответ

ρ = 6,055 kg/m³

7.Калориметрия и энтальпия

Ответ: T_f = 23,58 °C

Теплота и энтальпия: для нагревания вещества нужна теплота q = m·c·ΔT. В калориметре теплота, отданная горячим телом, равна теплоте, полученной холодным. Изменение энтальпии реакции находят по энтальпиям образования: ΔH° = ΣΔH°f(продукты) − ΣΔH°f(реагенты), каждая умножается на свой коэффициент.

Тепловой баланс

50·0,388·(160 − T_f) = 400·4,18·(T_f − 22)

Выразите конечную температуру

T_f = (19,4·160 + 1672·22)/(19,4 + 1672) = 23,58 °C

Ответ

T_f = 23,58 °C

8.Калориметрия и энтальпия

Ответ: q = 5034 kJ

Энтальпия реакции

ΔH° = [3·(−393,5) + 4·(−285,8)] − [1·(−103,8) + 5·0] = −2220 kJ

Теплота для данной массы

n = 100/44,1 = 2,268 mol

q = n·|ΔH°/1| = 2,268·2220 = 5034 kJ

Ответ

q = 5034 kJ

9.Химическое равновесие

Ответ: [HI] = 0,24 mol/L

Химическое равновесие: для реакции aA + bB ⇌ cC + dD константа равновесия K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b), где берутся равновесные концентрации. Таблица ICE (исходное, изменение, равновесие) связывает начальные количества с равновесными через одно неизвестное x, умноженное на коэффициенты.

Выражение константы равновесия

9 = (2x)²/(0,2 − x)²

Извлеките квадратный корень

3 = 2x/(0,2 − x) → x = 0,2·3/(2 + 3) = 0,12 mol/L

Равновесная концентрация

[HI] = 2x = 0,24 mol/L

Ответ

[HI] = 0,24 mol/L

10.Химическое равновесие

Ответ: [PCl₅] = 0,6234 mol/L

Выражение константы равновесия

0,05 = x²/(0,8 − x) → x² + 0,05·x − 0,04 = 0

Решите квадратное уравнение

x = (−0,05 + √(0,05² + 4·0,04))/2 = 0,1766 mol/L

Равновесная концентрация

[PCl₅] = 0,8 − 0,1766 = 0,6234 mol/L

Ответ

[PCl₅] = 0,6234 mol/L

11.pH и буферы

Ответ: pH = 1,742

pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] и pOH = −log₁₀[OH⁻], причём pH + pOH = 14 при 25 °C. Сильные кислоты и основания диссоциируют полностью. Слабая кислота — лишь частично: Ka = x²/(c − x), где x = [H₃O⁺]. Буфер из слабой кислоты и сопряжённого основания подчиняется уравнению Хендерсона–Хассельбаха: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).

Равновесие

HA ⇌ H⁺ + A⁻: диссоциирует x mol/L кислоты.

Ka = x²/(0,5 − x) → x = 0,0181 mol/L

pH

pH = −log(0,0181) = 1,742

Ответ

pH = 1,742

12.pH и буферы

Ответ: pH = 4,569

Нейтрализация

n(HA) = 0,1 − 0,01 = 0,09 mol

n(A⁻) = 0,2 + 0,01 = 0,21 mol

Хендерсон–Хассельбах

pH = 4,201 + log(0,21/0,09) = 4,569

Ответ

pH = 4,569

13.Химическая кинетика

Ответ: k = 0,008514 min⁻¹

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

Интегральное уравнение первого порядка

k = ln(C_A0/C_A)/t = ln(2/1,2)/60 = 0,5108/60 = 0,008514 min⁻¹

Ответ

k = 0,008514 min⁻¹

14.Химическая кинетика

Ответ: E_a = 50 kJ/mol

Скорость реакции: для реакции первого порядка −dC/dt = kC, поэтому C = C₀·e^−kt, а период полупревращения ln 2/k не зависит от концентрации. Для реакции второго порядка 1/C = 1/C₀ + kt. Константа скорости растёт с температурой по Аррениусу: k = A·e^−Ea/(RT).

Абсолютные температуры

T₁ = 303,1 K, T₂ = 343,1 K

Выразите Ea из уравнения Аррениуса

E_a = −R·ln(k₂/k₁)/(1/T₂ − 1/T₁) = −8,314·2,313/(-3,845e-4) = 50001 J/mol

E_a = 50 kJ/mol

Ответ

E_a = 50 kJ/mol

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry