Задание 23 ЕГЭ по химии: решения ФИПИ с ответами по шагам

Сульфат цинка образован слабым основанием $\mathrm{Zn(OH)_2}$ и сильной серной кислотой. Поэтому гидролиз идёт по катиону $\mathrm{Zn^{2+}}$.

Сульфит натрия образован сильным основанием $\mathrm{NaOH}$ и слабой сернистой кислотой. Поэтому гидролиз идёт по аниону $\mathrm{SO_3^{2-}}$.

Хлорид натрия образован сильным основанием и сильной кислотой. Ионы $\mathrm{Na^+}$ и $\mathrm{Cl^-}$ не гидролизуются.

Нитрат цинка содержит катион $\mathrm{Zn^{2+}}$, происходящий от слабого основания $\mathrm{Zn(OH)_2}$. Поэтому гидролиз идёт по катиону.$$\mathrm{Zn^{2+} + H_2O \rightleftharpoons ZnOH^+ + H^+}$$

Сульфит калия образован сильным основанием $\mathrm{KOH}$ и слабой кислотой $\mathrm{H_2SO_3}$. Поэтому гидролизуется сульфит-ион по аниону.$$\mathrm{SO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HSO_3^- + OH^-}$$

Ацетат бария образован сильным основанием $\mathrm{Ba(OH)_2}$ и слабой уксусной кислотой. Поэтому гидролизуется ацетат-ион по аниону.$$\mathrm{CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-}$$

В растворе $\mathrm{KF}$ ион $\mathrm{F^-}$ является остатком слабой кислоты $\mathrm{HF}$ и гидролизуется, поэтому раствор имеет щелочную среду.$$\mathrm{F^- + H_2O \rightleftharpoons HF + OH^-}$$

В растворе $\mathrm{AlCl_3}$ катион $\mathrm{Al^{3+}}$ гидролизуется с образованием ионов $\mathrm{H^+}$, поэтому среда кислая.$$\mathrm{Al^{3+} + H_2O \rightleftharpoons AlOH^{2+} + H^+}$$

Согласно уравнению реакции, при образовании двух моль $\mathrm{HI}$ расходуется по одному молю $\mathrm{H_2}$ и $\mathrm{I_2}$. Поэтому образование $0,6$ моль/л $\mathrm{HI}$ означает расходование $0,3$ моль/л каждого реагента.$$\Delta c(\mathrm{H_2}) = \Delta c(\mathrm{I_2}) = \frac{0{,}6}{2} = 0{,}3\ \text{моль/л}$$

Исходная концентрация водорода складывается из равновесной концентрации и израсходованного количества.$$X = 0{,}3 + 0{,}3 = 0{,}6\ \text{моль/л}$$

По уравнению реакции образованию 1 моль $\mathrm{O_2}$ соответствуют расход 2 моль $\mathrm{NO_2}$ и образование 2 моль $\mathrm{NO}$.$$\Delta c(\mathrm{NO_2}) = -2\Delta c(\mathrm{O_2}),\quad \Delta c(\mathrm{NO}) = 2\Delta c(\mathrm{O_2})$$

При образовании 0,1 моль/л кислорода концентрация $\mathrm{NO_2}$ уменьшилась на 0,2 моль/л, а концентрация $\mathrm{NO}$ увеличилась на 0,2 моль/л.$$\Delta c(\mathrm{NO_2}) = -2 \cdot 0,1 = -0,2\ \text{моль/л};\quad \Delta c(\mathrm{NO}) = 2 \cdot 0,1 = 0,2\ \text{моль/л}$$

По уравнению реакции образование $2$ моль $\mathrm{NO_2Cl}$ сопровождается расходованием $2$ моль $\mathrm{NO_2}$ и $1$ моль $\mathrm{Cl_2}$.

Равновесная концентрация $\mathrm{NO_2Cl}$ равна $0{,}16$ моль/л, поэтому концентрация прореагировавшего $\mathrm{NO_2}$ составляет $0{,}16$ моль/л, а $\mathrm{Cl_2}$ — $0{,}08$ моль/л.

Концентрация вещества $\mathrm{A}$ уменьшилась на $0{,}7-0{,}2=0{,}5$ моль/л. Это количество вещества $\mathrm{A}$ вступило в реакцию.$$\Delta c(\mathrm{A})=0{,}7-0{,}2=0{,}5\ \text{моль/л}$$

Согласно уравнению реакции на 1 моль $\mathrm{A}$ образуется 1 моль $\mathrm{C}$, поэтому равновесная концентрация $\mathrm{C}$ равна 0,5 моль/л.$$c_{\text{равн}}(\mathrm{C})=0{,}5\ \text{моль/л}$$

По уравнению реакции из двух моль аммиака образуется один моль каждого исходного вещества. Поэтому при образовании $0{,}18\ \text{моль/л}$ аммиака прореагировало:$$\Delta c(\mathrm{N_2H_4})=\Delta c(\mathrm{H_2})=\frac{0{,}18}{2}=0{,}09\ \text{моль/л}$$

Исходная концентрация водорода равна сумме его равновесной концентрации и израсходованной концентрации:$$X=0{,}32+0{,}09=0{,}41\ \text{моль/л}$$

По условию равновесная концентрация $\mathrm{NO_2}$ составляет 0,06 моль/л. Предполагаем, что исходно продукты реакции отсутствовали, поэтому это количество образовалось в ходе реакции.

Согласно уравнению $2\mathrm{NO} + \mathrm{O_2} \rightleftharpoons 2\mathrm{NO_2}$ на образование 0,06 моль/л $\mathrm{NO_2}$ расходуется 0,06 моль/л $\mathrm{NO}$ и 0,03 моль/л $\mathrm{O_2}$.$$\Delta c(\mathrm{NO}) = 0{,}06\ \text{моль/л},\quad \Delta c(\mathrm{O_2}) = 0{,}03\ \text{моль/л}$$

Согласно уравнению реакции при образовании $2$ моль $\mathrm{CO}$ расходуется $2$ моль $\mathrm{CH_4}$ и $1$ моль $\mathrm{O_2}$. Равновесная концентрация $\mathrm{CO}$ равна $0,4$ моль/л.$$c(\mathrm{CO})=0{,}4\ \text{моль/л}$$

Количество израсходованного метана равно количеству образовавшегося угарного газа.$$\Delta c(\mathrm{CH_4})=0{,}4\ \text{моль/л}$$

По условию в равновесии концентрация азота равна $0{,}1$ моль/л. Так как исходно в реактор помещали только аммиак, эта концентрация соответствует количеству образовавшегося азота.$$\Delta c(\mathrm{N_2}) = 0{,}1\ \text{моль/л}$$

Согласно уравнению реакции на образование $1$ моль азота расходуется $2$ моль аммиака.$$\Delta c(\mathrm{NH_3}) = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2\ \text{моль/л}$$

Определим уменьшение концентрации водорода:$$\Delta c(\mathrm{H_2}) = 0{,}5 - 0{,}2 = 0{,}3\ \text{моль/л}$$

По уравнению реакции коэффициенты перед $\mathrm{CO}$ и $\mathrm{H_2}$ одинаковы, поэтому концентрация угарного газа уменьшилась на 0,3 моль/л.$$c_{\text{равн}}(\mathrm{CO}) = 0{,}7 - 0{,}3 = 0{,}4\ \text{моль/л}$$

По уравнению реакции при образовании 2 моль $\mathrm{NO}$ расходуется по 1 моль $\mathrm{N_2}$ и $\mathrm{O_2}$. Равновесная концентрация $\mathrm{NO}$ составляет $0,2$ моль/л, значит концентрации каждого исходного реагента уменьшились на…$$\Delta c(\mathrm{N_2})=\Delta c(\mathrm{O_2})=\frac{0,2}{2}=0,1\ \text{моль/л}$$

Исходная концентрация азота была равна его равновесной концентрации плюс израсходованное количество:$$X=0,3+0,1=0,4\ \text{моль/л}$$

Определим изменение концентрации водорода:$$\Delta c(\mathrm{H_2})=1{,}2-0{,}3=0{,}9\ \text{моль/л}$$

По уравнению реакции на 3 моль израсходованного водорода приходится 1 моль израсходованного оксида углерода(II) и 1 моль образовавшегося метана:$$\Delta c(\mathrm{CO})=c(\mathrm{CH_4})=\frac{0{,}9}{3}=0{,}3\ \text{моль/л}$$

Определим изменение концентрации метана. Она уменьшилась с 2,8 до 2,0 моль/л.$$\Delta c(\mathrm{CH_4}) = 2,8 - 2,0 = 0,8\ \text{моль/л}$$

По уравнению реакции на 1 моль метана образуются 3 моль водорода.$$c(\mathrm{H_2}) = 3 \cdot 0,8 = 2,4\ \text{моль/л}$$

По уравнению реакции на 2 моль $\mathrm{Cl_2}$ приходится 4 моль $\mathrm{HCl}$ и 1 моль $\mathrm{O_2}$. Образование 0,1 моль/л $\mathrm{Cl_2}$ соответствует степени превращения 0,05 моль/л.$$\xi = \frac{[\mathrm{Cl_2}]}{2} = \frac{0,1}{2} = 0,05\ \text{моль/л}$$

Равновесная концентрация хлороводорода равна исходной концентрации за вычетом израсходованного количества.$$[\mathrm{HCl}]_{\text{равн}} = 0,25 - 4\xi = 0,25 - 0,20 = 0,05\ \text{моль/л}$$

Определяем изменение концентрации хлора:$$\Delta c(\mathrm{Cl_2}) = 0{,}08 - 0{,}04 = 0{,}04\ \text{моль/л}$$

Согласно уравнению реакции при расходовании 1 моль/л $\mathrm{Cl_2}$ расходуется 2 моль/л $\mathrm{NO_2}$:$$\Delta c(\mathrm{NO_2}) = 2 \cdot 0{,}04 = 0{,}08\ \text{моль/л}$$

Определяем изменение концентрации оксида углерода(II):$$\Delta c(\mathrm{CO}) = 0{,}3 - 0{,}1 = 0{,}2\ \text{моль/л}$$

Согласно уравнению реакции на 1 моль $\mathrm{CO}$ расходуются 2 моль $\mathrm{H_2}$. Поэтому равновесная концентрация водорода равна:$$X = 0{,}8 - 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4\ \text{моль/л}$$

Обозначим через $\xi$ изменение концентрации веществ в ходе реакции. Так как исходно метана не было, его равновесная концентрация равна количеству образовавшегося метана:$$\xi = c(\mathrm{CH_4}) = 0{,}3\ \text{моль/л}$$

По уравнению реакции углекислый газ расходуется в соотношении 1:1 с метаном. Поэтому исходная концентрация углекислого газа равна сумме его равновесной концентрации и израсходованной концентрации:$$X = 0{,}2 + \xi = 0{,}2 + 0{,}3 = 0{,}5\ \text{моль/л}$$