Номер 246, страница 62 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

246. Какой объем этилена (н. у.) может прореагировать с водородом, полученным действием соляной кислоты объемом $82,95 \text{ см}^3$ $(\rho = 1,1 \text{ г}/\text{см}^3)$ с массовой долей HCl 20 % на цинк массой 13 г?

Дано:

$V(р-ра \, HCl) = 82,95 \, см^3 = 8,295 \cdot 10^{-5} \, м^3$
$\rho(р-ра \, HCl) = 1,1 \, г/см^3 = 1100 \, кг/м^3$
$w(HCl) = 20\% = 0,2$
$m(Zn) = 13 \, г = 0,013 \, кг$
Условия нормальные (н. у.)

Найти:

$V(C_2H_4) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции получения водорода при взаимодействии цинка с соляной кислотой:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

2. Найдем массу раствора соляной кислоты:

$m(р-ра \, HCl) = V(р-ра \, HCl) \cdot \rho(р-ра \, HCl) = 82,95 \, см^3 \cdot 1,1 \, г/см^3 = 91,245 \, г$

3. Найдем массу чистого хлороводорода (HCl) в растворе:

$m(HCl) = m(р-ра \, HCl) \cdot w(HCl) = 91,245 \, г \cdot 0,2 = 18,249 \, г$

4. Вычислим количество вещества (в молях) для каждого из реагентов.

Молярная масса цинка $M(Zn) = 65 \, г/моль$.

$n(Zn) = \frac{m(Zn)}{M(Zn)} = \frac{13 \, г}{65 \, г/моль} = 0,2 \, моль$

Молярная масса хлороводорода $M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \, г/моль$.

$n(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{18,249 \, г}{36,5 \, г/моль} \approx 0,5 \, моль$

5. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (является лимитирующим). Согласно уравнению реакции, на 1 моль цинка требуется 2 моль соляной кислоты.

Для реакции с $0,2 \, моль \, Zn$ необходимо $0,2 \cdot 2 = 0,4 \, моль \, HCl$.

Поскольку у нас есть $0,5 \, моль \, HCl$, что больше чем $0,4 \, моль$, соляная кислота находится в избытке, а цинк — в недостатке. Расчет количества водорода будем вести по цинку.

6. Рассчитаем количество вещества водорода, которое выделится в реакции. По уравнению $n(H_2) = n(Zn)$.

$n(H_2) = 0,2 \, моль$

7. Запишем уравнение реакции гидрирования этилена водородом. В результате реакции образуется этан:

$C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{кат.} C_2H_6$

8. Из уравнения реакции гидрирования видно, что этилен и водород реагируют в мольном соотношении 1:1. Следовательно, количество вещества этилена, которое может прореагировать, равно количеству вещества полученного водорода.

$n(C_2H_4) = n(H_2) = 0,2 \, моль$

9. Найдем объем этилена при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем газа при н. у. $V_m = 22,4 \, л/моль$.

$V(C_2H_4) = n(C_2H_4) \cdot V_m = 0,2 \, моль \cdot 22,4 \, л/моль = 4,48 \, л$

Ответ: $4,48$ л.