Номер 6, страница 148 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

6. К этиленгликолю массой 6,2 г прибавили натрий массой 3,45 г. Найдите объём (н. у.) водорода, выделившийся после полного завершения реакции.

Дано:

$m(C_2H_4(OH)_2) = 6,2 \text{ г}$

$m(Na) = 3,45 \text{ г}$

Найти:

$V(H_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия этиленгликоля с натрием. Этиленгликоль является двухатомным спиртом, поэтому в реакцию с натрием вступают обе гидроксогруппы, замещая атомы водорода в них:

$HO-CH_2-CH_2-OH + 2Na \rightarrow NaO-CH_2-CH_2-ONa + H_2 \uparrow$

2. Рассчитаем молярные массы реагентов, используя периодическую таблицу химических элементов:

$M(C_2H_6O_2) = 2 \cdot Ar(C) + 6 \cdot Ar(H) + 2 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 62 \text{ г/моль}$

$M(Na) = 23 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) для каждого из исходных веществ по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(C_2H_6O_2) = \frac{6,2 \text{ г}}{62 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

$n(Na) = \frac{3,45 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} = 0,15 \text{ моль}$

4. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент), чтобы по нему вести дальнейшие расчеты. Для этого сравним мольные соотношения реагентов из уравнения реакции ($1:2$) с фактическими мольными количествами.

Допустим, что весь этиленгликоль ($0,1 \text{ моль}$) прореагировал. Тогда по уравнению реакции для этого потребовалось бы натрия в два раза больше:

$n_{теор.}(Na) = 2 \cdot n(C_2H_6O_2) = 2 \cdot 0,1 = 0,2 \text{ моль}$

По условию задачи у нас есть только $0,15 \text{ моль}$ натрия, что меньше, чем требуется ($0,15 < 0,2$). Это означает, что натрий находится в недостатке и прореагирует полностью, а этиленгликоль взят в избытке. Следовательно, все расчеты продуктов реакции нужно вести по натрию.

5. По уравнению реакции найдем количество вещества выделившегося водорода. Соотношение молей натрия и водорода составляет $n(Na) : n(H_2) = 2 : 1$.

Значит, количество вещества водорода будет в два раза меньше, чем количество вещества прореагировавшего натрия:

$n(H_2) = \frac{1}{2} n(Na) = \frac{1}{2} \cdot 0,15 \text{ моль} = 0,075 \text{ моль}$

6. Рассчитаем объем водорода, выделившегося при нормальных условиях (н. у.). При н. у. молярный объем любого газа ($V_m$) составляет 22,4 л/моль. Объем газа можно найти по формуле $V = n \cdot V_m$.

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 0,075 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 1,68 \text{ л}$

Ответ: объем выделившегося водорода составляет $1,68 \text{ л}$.