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

12 g Mg и 64 g O₂ реагируют по уравнению 2Mg + O₂ → 2MgO. Какая масса m вещества MgO может образоваться?

M(Mg) = 24,31M(O₂) = 32M(MgO) = 40,3 g/mol

m = g

2.СтехиометрияСложная

В реакции N₂ + 3H₂ → 2NH₃ 16 g N₂ реагирует полностью (остальные реагенты в избытке), и собирают 13,61 g NH₃. Найдите выход в процентах Y.

M(N₂) = 28,02 g/molM(NH₃) = 17,03 g/molфактический: 13,61 g

Y = %

3.Молярная концентрация и разбавлениеСредняя

Нужно 250 mL раствора с концентрацией 0,3 mol/L, а в наличии есть исходный раствор с концентрацией 2 mol/L. Какой объём V₁ исходного раствора нужен?

c₁ = 2 mol/Lc₂ = 0,3 mol/LV₂ = 250 mL

V₁ = mL

4.Молярная концентрация и разбавлениеСложная

200 mL раствора с концентрацией 0,1 mol/L смешивают с 100 mL раствора того же вещества с концентрацией 0,05 mol/L. Найдите концентрацию c смеси (объёмы аддитивны).

c₁ = 0,1 mol/LV₁ = 200 mLc₂ = 0,05 mol/LV₂ = 100 mL

c = mol/L

5.Уравнение состояния идеального газаСредняя

Резервуар объёмом 20 L содержит 20 g газа (CH₄) при 95 °C. Считайте газ идеальным и найдите давление P.

m = 20 gM = 16,04 g/molV = 20 LT = 95 °CR = 8,314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Уравнение состояния идеального газаСложная

Постоянное количество газа (CH₄) переходит от 400 kPa, 5 L, 40 °C к 250 kPa и 120 °C. Найдите новый объём V₂.

P₁ = 400 kPaV₁ = 5 LT₁ = 40 °CP₂ = 250 kPaT₂ = 120 °C

V₂ = L

7.Калориметрия и энтальпияСредняя

Брусок массой 100 g (материал: железо, c = 0,449 J/(g·°C)) при температуре 100 °C опускают в 300 g воды (c = 4,18 J/(g·°C)) при 20 °C в теплоизолированном стакане. Найдите конечную температуру T_f.

m_metal = 100 gc_metal = 0,449 J/(g·°C)T_metal = 100 °Cm_water = 300 gT_water = 20 °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 25 g CH₃OH (M = 32,04 g/mol): 2CH₃OH + 3O₂ → 2CO₂ + 4H₂O(l). Укажите q положительным числом.

ΔH°f(CH₃OH) = −238,7 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 1 mol/L H₂ и 1 mol/L I₂, и они реагируют: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, K_c = 9. Найдите равновесную концентрацию [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 1 mol/LK_c = 9

[H₂] = mol/L

10.Химическое равновесиеСложная

PCl₅ разлагается: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, K_c = 0,01 при температуре реакции. Вначале в сосуде есть только PCl₅ с концентрацией 0,25 mol/L. Найдите равновесную концентрацию [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 0,25 mol/LK_c = 0,01

[PCl₅] = mol/L

11.pH и буферыСредняя

Найдите pH pH раствора 0,1 mol/L, растворённое вещество — фтороводородная кислота (Ka = 0,00068).

c = 0,1 mol/LKa = 0,00068

pH =

12.pH и буферыСложная

Буфер объёмом 1,00 L содержит 0,3 mol вещества «фтороводородная кислота» и 0,2 mol его сопряжённого основания (Ka = 0,00068). Добавляют 0,05 mol NaOH. Найдите новое pH pH.

n(HA) = 0,3 moln(A⁻) = 0,2 moln(OH⁻) = 0,05 molKa = 0,00068

pH =

13.Химическая кинетикаСредняя

Реакция с кинетическим уравнением −r_A = k·C_A² имеет k = 1 L/(mol·min) и начинается с 0,5 mol/L. Найдите концентрацию C_A через 30 min.

k = 1 L/(mol·min)C_A0 = 0,5 mol/Lt = 30 min

C_A = mol/L

14.Химическая кинетикаСложная

Константа скорости реакции — 0,02 min⁻¹ при 35 °C и 0,102 min⁻¹ при 50 °C. Найдите энергию активации E_a.

k₁ = 0,02 min⁻¹T₁ = 35 °Ck₂ = 0,102 min⁻¹T₂ = 50 °CR = 8,314 J/(mol·K)

E_a = kJ/mol

3Растворы

1.Стехиометрия

Ответ: m = 19,89 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(Mg) = 12/24,31 = 0,4936 mol

n(O₂) = 64/32 = 2 mol

Лимитирующий реагент

0,4936/2 = 0,2468, 2/1 = 2 → Mg

Масса продукта

n(MgO) = 0,2468·2 = 0,4936 mol

m = 0,4936·40,3 = 19,89 g

Ответ

m = 19,89 g

2.Стехиометрия

Ответ: Y = 69,98 %

Теоретический выход

n(N₂) = 16/28,02 = 0,571 mol

m = 0,571·2/1·17,03 = 19,45 g

Выход в процентах

Y = 13,61/19,45·100 = 69,98%

Ответ

Y = 69,98%

3.Молярная концентрация и разбавление

Ответ: V₁ = 37,5 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 = 0,3·250/2 = 37,5 mL

Ответ

V₁ = 37,5 mL

4.Молярная концентрация и разбавление

Ответ: c = 0,08333 mol/L

Общее количество вещества

n = 0,1·200 + 0,05·100 = 25 mmol

Концентрация смеси

c = 25/300 = 0,08333 mol/L

Ответ

c = 0,08333 mol/L

5.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: P = 190,8 kPa

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

Моли

n = m/M = 20/16,04 = 1,247 mol

T = 95 + 273,15 = 368,1 K

Давление

P = nRT/V = 1,247·8,314·368,1/0,02 = 190,8 kPa

Ответ

P = 190,8 kPa

6.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V₂ = 10,04 L

Объединённый газовый закон: для постоянного количества идеального газа P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂.

Абсолютные температуры

T₁ = 313,1 K, T₂ = 393,1 K

Объединённый газовый закон

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 5·(400/250)·(393,1/313,1) = 10,04 L

Ответ

V₂ = 10,04 L

7.Калориметрия и энтальпия

Ответ: T_f = 22,77 °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

100·0,449·(100 − T_f) = 300·4,18·(T_f − 20)

Выразите конечную температуру

T_f = (44,9·100 + 1254·20)/(44,9 + 1254) = 22,77 °C

Ответ

T_f = 22,77 °C

8.Калориметрия и энтальпия

Ответ: q = 566,8 kJ

Энтальпия реакции

ΔH° = [2·(−393,5) + 4·(−285,8)] − [2·(−238,7) + 3·0] = −1453 kJ

Теплота для данной массы

n = 25/32,04 = 0,7803 mol

q = n·|ΔH°/2| = 0,7803·726,4 = 566,8 kJ

Ответ

q = 566,8 kJ

9.Химическое равновесие

Ответ: [H₂] = 0,4 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/(1 − x)²

Извлеките квадратный корень

3 = 2x/(1 − x) → x = 1·3/(2 + 3) = 0,6 mol/L

Равновесная концентрация

[H₂] = 1 − x = 0,4 mol/L

Ответ

[H₂] = 0,4 mol/L

10.Химическое равновесие

Ответ: [PCl₅] = 0,2048 mol/L

Выражение константы равновесия

0,01 = x²/(0,25 − x) → x² + 0,01·x − 0,0025 = 0

Решите квадратное уравнение

x = (−0,01 + √(0,01² + 4·0,0025))/2 = 0,04525 mol/L

Равновесная концентрация

[PCl₅] = 0,25 − 0,04525 = 0,2048 mol/L

Ответ

[PCl₅] = 0,2048 mol/L

11.pH и буферы

Ответ: pH = 2,102

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/(0,1 − x) → x = 0,007913 mol/L

pH

pH = −log(0,007913) = 2,102

Ответ

pH = 2,102

12.pH и буферы

Ответ: pH = 3,167

Нейтрализация

n(HA) = 0,3 − 0,05 = 0,25 mol

n(A⁻) = 0,2 + 0,05 = 0,25 mol

Хендерсон–Хассельбах

pH = 3,167 + log(0,25/0,25) = 3,167

Ответ

pH = 3,167

13.Химическая кинетика

Ответ: C_A = 0,03125 mol/L

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).

Интегральное уравнение второго порядка

1/C_A = 1/C_A0 + kt = 2 + 1·30 = 32 L/mol

C_A = 1/32 = 0,03125 mol/L

Ответ

C_A = 0,03125 mol/L

14.Химическая кинетика

Ответ: E_a = 89,92 kJ/mol

Абсолютные температуры

T₁ = 308,1 K, T₂ = 323,1 K

Выразите Ea из уравнения Аррениуса

E_a = −R·ln(k₂/k₁)/(1/T₂ − 1/T₁) = −8,314·1,629/(-1,506e-4) = 89923 J/mol

E_a = 89,92 kJ/mol

Ответ

E_a = 89,92 kJ/mol

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry