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

30 g CH₄ и 8 g O₂ реагируют по уравнению CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Какая масса m вещества H₂O может образоваться?

M(CH₄) = 16,04M(O₂) = 32M(H₂O) = 18,02 g/mol

m = g

2.СтехиометрияСложная

В реакции 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃ 16 g Al реагирует полностью (остальные реагенты в избытке), и собирают 69,58 g AlCl₃. Найдите выход в процентах Y.

M(Al) = 26,98 g/molM(AlCl₃) = 133,33 g/molфактический: 69,58 g

Y = %

3.Молярная концентрация и разбавлениеСредняя

Нужно 200 mL раствора с концентрацией 0,4 mol/L, а в наличии есть исходный раствор с концентрацией 4 mol/L. Какой объём V₁ исходного раствора нужен?

c₁ = 4 mol/Lc₂ = 0,4 mol/LV₂ = 200 mL

V₁ = mL

4.Молярная концентрация и разбавлениеСложная

100 mL раствора с концентрацией 1,5 mol/L смешивают с 500 mL раствора того же вещества с концентрацией 2,5 mol/L. Найдите концентрацию c смеси (объёмы аддитивны).

c₁ = 1,5 mol/LV₁ = 100 mLc₂ = 2,5 mol/LV₂ = 500 mL

c = mol/L

5.Уравнение состояния идеального газаСредняя

Какой объём V занимает 170 g газа (CH₄) при 700 kPa и 70 °C? Считайте газ идеальным.

m = 170 gM = 16,04 g/molP = 700 kPaT = 70 °CR = 8,314 J/(mol·K)

V = L

6.Уравнение состояния идеального газаСложная

Найдите плотность ρ газа (O₂) при 300 kPa и 180 °C, считая его идеальным.

M = 32 g/molP = 300 kPaT = 180 °CR = 8,314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.Калориметрия и энтальпияСредняя

Брусок массой 100 g (материал: железо, c = 0,449 J/(g·°C)) при температуре 150 °C опускают в 400 g воды (c = 4,18 J/(g·°C)) при 21 °C в теплоизолированном стакане. Найдите конечную температуру T_f.

m_metal = 100 gc_metal = 0,449 J/(g·°C)T_metal = 150 °Cm_water = 400 gT_water = 21 °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 10 g C₂H₆ (M = 30,07 g/mol): 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O(l). Укажите q положительным числом.

ΔH°f(C₂H₆) = −84,7 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 0,8 mol/L H₂ и 0,8 mol/L I₂, и они реагируют: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, K_c = 4. Найдите равновесную концентрацию [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,8 mol/LK_c = 4

[H₂] = mol/L

10.Химическое равновесиеСложная

PCl₅ разлагается: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, K_c = 0,5 при температуре реакции. Вначале в сосуде есть только PCl₅ с концентрацией 0,4 mol/L. Найдите равновесную концентрацию [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 0,4 mol/LK_c = 0,5

[PCl₅] = mol/L

11.pH и буферыСредняя

Найдите pH pH раствора 0,2 mol/L, растворённое вещество — муравьиная кислота (Ka = 0,00018).

c = 0,2 mol/LKa = 0,00018

pH =

12.pH и буферыСложная

Буфер объёмом 1,00 L содержит 0,1 mol вещества «молочная кислота» и 0,15 mol его сопряжённого основания (Ka = 0,00014). Добавляют 0,05 mol NaOH. Найдите новое pH pH.

n(HA) = 0,1 moln(A⁻) = 0,15 moln(OH⁻) = 0,05 molKa = 0,00014

pH =

13.Химическая кинетикаСредняя

Реакция первого порядка в периодическом реакторе имеет k = 0,15 min⁻¹. Сколько времени нужно, чтобы степень превращения достигла 60%? Найдите t.

k = 0,15 min⁻¹X = 60 %

t = min

14.Химическая кинетикаСложная

Реакция первого порядка имеет константу скорости 0,05 s⁻¹ при 60 °C и энергию активации 40 kJ/mol. Найдите предэкспоненциальный множитель A в уравнении Аррениуса.

k = 0,05 s⁻¹T = 60 °CE_a = 40 kJ/molR = 8,314 J/(mol·K)

A = s⁻¹

3Растворы

1.Стехиометрия

Ответ: m = 4,505 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(CH₄) = 30/16,04 = 1,87 mol

n(O₂) = 8/32 = 0,25 mol

Лимитирующий реагент

1,87/1 = 1,87, 0,25/2 = 0,125 → O₂

Масса продукта

n(H₂O) = 0,125·2 = 0,25 mol

m = 0,25·18,02 = 4,505 g

Ответ

m = 4,505 g

2.Стехиометрия

Ответ: Y = 88 %

Теоретический выход

n(Al) = 16/26,98 = 0,593 mol

m = 0,593·2/2·133,33 = 79,07 g

Выход в процентах

Y = 69,58/79,07·100 = 88%

Ответ

Y = 88%

3.Молярная концентрация и разбавление

Ответ: V₁ = 20 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 = 0,4·200/4 = 20 mL

Ответ

V₁ = 20 mL

4.Молярная концентрация и разбавление

Ответ: c = 2,333 mol/L

Общее количество вещества

n = 1,5·100 + 2,5·500 = 1400 mmol

Концентрация смеси

c = 1400/600 = 2,333 mol/L

Ответ

c = 2,333 mol/L

5.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V = 43,2 L

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

Моли

n = 170/16,04 = 10,6 mol

T = 70 + 273,15 = 343,1 K

Объём

V = nRT/P = 10,6·8,314·343,1/700 = 43,2 L

Ответ

V = 43,2 L

6.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: ρ = 2,548 kg/m³

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

Преобразуйте газовый закон

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 180 + 273,15 = 453,1 K

Плотность

ρ = 300·32/(8,314·453,1) = 2,548 kg/m³

Ответ

ρ = 2,548 kg/m³

7.Калориметрия и энтальпия

Ответ: T_f = 24,37 °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·(150 − T_f) = 400·4,18·(T_f − 21)

Выразите конечную температуру

T_f = (44,9·150 + 1672·21)/(44,9 + 1672) = 24,37 °C

Ответ

T_f = 24,37 °C

8.Калориметрия и энтальпия

Ответ: q = 518,7 kJ

Энтальпия реакции

ΔH° = [4·(−393,5) + 6·(−285,8)] − [2·(−84,7) + 7·0] = −3119 kJ

Теплота для данной массы

n = 10/30,07 = 0,3326 mol

q = n·|ΔH°/2| = 0,3326·1560 = 518,7 kJ

Ответ

q = 518,7 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

4 = (2x)²/(0,8 − x)²

Извлеките квадратный корень

2 = 2x/(0,8 − x) → x = 0,8·2/(2 + 2) = 0,4 mol/L

Равновесная концентрация

[H₂] = 0,8 − x = 0,4 mol/L

Ответ

[H₂] = 0,4 mol/L

10.Химическое равновесие

Ответ: [PCl₅] = 0,1377 mol/L

Выражение константы равновесия

0,5 = x²/(0,4 − x) → x² + 0,5·x − 0,2 = 0

Решите квадратное уравнение

x = (−0,5 + √(0,5² + 4·0,2))/2 = 0,2623 mol/L

Равновесная концентрация

[PCl₅] = 0,4 − 0,2623 = 0,1377 mol/L

Ответ

[PCl₅] = 0,1377 mol/L

11.pH и буферы

Ответ: pH = 2,228

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/(0,2 − x) → x = 0,005911 mol/L

pH

pH = −log(0,005911) = 2,228

Ответ

pH = 2,228

12.pH и буферы

Ответ: pH = 4,456

Нейтрализация

n(HA) = 0,1 − 0,05 = 0,05 mol

n(A⁻) = 0,15 + 0,05 = 0,2 mol

Хендерсон–Хассельбах

pH = 3,854 + log(0,2/0,05) = 4,456

Ответ

pH = 4,456

13.Химическая кинетика

Ответ: t = 6,109 min

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).

Степень превращения и концентрация

C/C₀ = 1 − X = 0,4

Выразите время

t = −ln(1 − X)/k = −ln(0,4)/0,15 = 6,109 min

Ответ

t = 6,109 min

14.Химическая кинетика

Ответ: A = 93498 s⁻¹

Reaction rates: for a first-order reaction −dC/dt = kC, so C = C₀·e^−kt and the half-life ln 2/k does not depend on concentration. For a second-order reaction 1/C = 1/C₀ + kt. The rate constant rises with temperature following Arrhenius: k = A·e^−Ea/(RT).

Абсолютная температура

T = 60 + 273,15 = 333,1 K

Выражаем A из уравнения Аррениуса

E_a/(RT) = 40000/(8,314·333,1) = 14,44

A = k·e^14,44 = 0,05·1,870 × 10⁶ = 93498 s⁻¹

Ответ

A = 93498 s⁻¹

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry