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

24 g Fe₂O₃ и 80 g CO реагируют по уравнению Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂. Какая масса m вещества Fe может образоваться?

M(Fe₂O₃) = 159,69M(CO) = 28,01M(Fe) = 55,85 g/mol

m = g

2.СтехиометрияСложная

В реакции N₂ + 3H₂ → 2NH₃ 20 g N₂ реагирует полностью (остальные реагенты в избытке), и собирают 21,39 g NH₃. Найдите выход в процентах Y.

M(N₂) = 28,02 g/molM(NH₃) = 17,03 g/molфактический: 21,39 g

Y = %

3.Молярная концентрация и разбавлениеСредняя

Нужно 500 mL раствора с концентрацией 0,5 mol/L, а в наличии есть исходный раствор с концентрацией 2 mol/L. Какой объём V₁ исходного раствора нужен?

c₁ = 2 mol/Lc₂ = 0,5 mol/LV₂ = 500 mL

V₁ = mL

4.Молярная концентрация и разбавлениеСложная

200 mL раствора с концентрацией 2 mol/L смешивают с 400 mL раствора того же вещества с концентрацией 0,6 mol/L. Найдите концентрацию c смеси (объёмы аддитивны).

c₁ = 2 mol/LV₁ = 200 mLc₂ = 0,6 mol/LV₂ = 400 mL

c = mol/L

5.Уравнение состояния идеального газаСредняя

Какой объём V занимает 480 g газа (He) при 400 kPa и 10 °C? Считайте газ идеальным.

m = 480 gM = 4,003 g/molP = 400 kPaT = 10 °CR = 8,314 J/(mol·K)

V = L

6.Уравнение состояния идеального газаСложная

Найдите плотность ρ газа (CH₄) при 950 kPa и 60 °C, считая его идеальным.

M = 16,04 g/molP = 950 kPaT = 60 °CR = 8,314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.Калориметрия и энтальпияСредняя

Брусок массой 75 g (материал: цинк, c = 0,388 J/(g·°C)) при температуре 110 °C опускают в 150 g воды (c = 4,18 J/(g·°C)) при 22 °C в теплоизолированном стакане. Найдите конечную температуру T_f.

m_metal = 75 gc_metal = 0,388 J/(g·°C)T_metal = 110 °Cm_water = 150 gT_water = 22 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.Калориметрия и энтальпияСложная

По стандартным энтальпиям образования найдите ΔH° реакции 2CH₃OH + 3O₂ → 2CO₂ + 4H₂O(l).

ΔH°f(CH₃OH) = −238,7 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393,5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285,8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

ΔH° = kJ

9.Химическое равновесиеСредняя

В сосуд помещают 0,4 mol/L H₂ и 0,4 mol/L I₂, и они реагируют: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, K_c = 36. Найдите равновесную концентрацию [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,4 mol/LK_c = 36

[H₂] = 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 0,1 mol/L. Найдите равновесную концентрацию [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 0,1 mol/LK_c = 0,05

[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 содержит 0,1 mol/L вещества «фтороводородная кислота» и 0,05 mol/L его натриевой соли. Ka = 0,00068. Найдите pH pH буфера.

[HA] = 0,1[A⁻] = 0,05Ka = 0,00068

pH =

13.Химическая кинетикаСредняя

Реакция второго порядка (−r_A = k·C_A²) в периодическом реакторе имеет k = 0,1 L/(mol·min) и начинается с 1,5 mol/L. Сколько времени нужно, чтобы степень превращения достигла 60%? Найдите t.

k = 0,1 L/(mol·min)C_A0 = 1,5 mol/LX = 60 %

t = min

14.Химическая кинетикаСложная

Реакция имеет константу скорости 0,002 min⁻¹ при 30 °C и энергию активации 120 kJ/mol. Найдите константу скорости k₂ при 45 °C.

k₁ = 0,002 min⁻¹T₁ = 30 °CT₂ = 45 °CE_a = 120 kJ/molR = 8,314 J/(mol·K)

k₂ = min⁻¹

3Растворы

1.Стехиометрия

Ответ: m = 16,79 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(Fe₂O₃) = 24/159,69 = 0,1503 mol

n(CO) = 80/28,01 = 2,856 mol

Лимитирующий реагент

0,1503/1 = 0,1503, 2,856/3 = 0,952 → Fe₂O₃

Масса продукта

n(Fe) = 0,1503·2 = 0,3006 mol

m = 0,3006·55,85 = 16,79 g

Ответ

m = 16,79 g

2.Стехиометрия

Ответ: Y = 87,98 %

Теоретический выход

n(N₂) = 20/28,02 = 0,7138 mol

m = 0,7138·2/1·17,03 = 24,31 g

Выход в процентах

Y = 21,39/24,31·100 = 87,98%

Ответ

Y = 87,98%

3.Молярная концентрация и разбавление

Ответ: V₁ = 125 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 = 0,5·500/2 = 125 mL

Ответ

V₁ = 125 mL

4.Молярная концентрация и разбавление

Ответ: c = 1,067 mol/L

Общее количество вещества

n = 2·200 + 0,6·400 = 640 mmol

Концентрация смеси

c = 640/600 = 1,067 mol/L

Ответ

c = 1,067 mol/L

5.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: V = 705,7 L

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

Моли

n = 480/4,003 = 119,9 mol

T = 10 + 273,15 = 283,1 K

Объём

V = nRT/P = 119,9·8,314·283,1/400 = 705,7 L

Ответ

V = 705,7 L

6.Уравнение состояния идеального газа

Ответ: ρ = 5,501 kg/m³

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

Преобразуйте газовый закон

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

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

Плотность

ρ = 950·16,04/(8,314·333,1) = 5,501 kg/m³

Ответ

ρ = 5,501 kg/m³

7.Калориметрия и энтальпия

Ответ: T_f = 25,9 °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

75·0,388·(110 − T_f) = 150·4,18·(T_f − 22)

Выразите конечную температуру

T_f = (29,1·110 + 627·22)/(29,1 + 627) = 25,9 °C

Ответ

T_f = 25,9 °C

8.Калориметрия и энтальпия

Ответ: ΔH° = −1453 kJ

Энтальпия реакции

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

Ответ

ΔH° = −1453 kJ

Отрицательное: реакция выделяет теплоту (экзотермическая).

9.Химическое равновесие

Ответ: [H₂] = 0,1 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

36 = (2x)²/(0,4 − x)²

Извлеките квадратный корень

6 = 2x/(0,4 − x) → x = 0,4·6/(2 + 6) = 0,3 mol/L

Равновесная концентрация

[H₂] = 0,4 − x = 0,1 mol/L

Ответ

[H₂] = 0,1 mol/L

10.Химическое равновесие

Ответ: [PCl₅] = 0,05 mol/L

Выражение константы равновесия

0,05 = x²/(0,1 − x) → x² + 0,05·x − 0,005 = 0

Решите квадратное уравнение

x = (−0,05 + √(0,05² + 4·0,005))/2 = 0,05 mol/L

Равновесная концентрация

[PCl₅] = 0,1 − 0,05 = 0,05 mol/L

Ответ

[PCl₅] = 0,05 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 = 2,866

pKa

pKa = 3,167

Хендерсон–Хассельбах

pH = 3,167 + log(0,05/0,1) = 2,866

Ответ

pH = 2,866

13.Химическая кинетика

Ответ: t = 10 min

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).

Концентрация в конце

C_A = 1,5·(1 − 0,6) = 0,6 mol/L

Интегральное уравнение второго порядка

t = (1/C_A − 1/C_A0)/k = (1,667 − 0,6667)/0,1 = 10 min

Ответ

t = 10 min

14.Химическая кинетика

Ответ: k₂ = 0,01888 min⁻¹

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 = 318,1 K

Отношение Аррениуса

ln(k₂/k₁) = −(120000/8,314)·(1/318,1 − 1/303,1) = 2,245

k₂ = 0,002·e^2,245 = 0,01888 min⁻¹

Ответ

k₂ = 0,01888 min⁻¹

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry