Номер 123, страница 26 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

123. Для получения сульфида алюминия смешали 20 г алюминия и 20 г серы и подожгли. Какие вещества и в каких химических количествах будут присутствовать в смеси после окончания реакции?

Дано:

масса алюминия $m(\text{Al}) = 20$ г

масса серы $m(\text{S}) = 20$ г

Найти:

Вещества и их химические количества (n) в смеси после реакции.

Решение:

1. Составим уравнение реакции горения алюминия в сере с образованием сульфида алюминия:

$2\text{Al} + 3\text{S} \xrightarrow{t^\circ} \text{Al}_2\text{S}_3$

2. Рассчитаем молярные массы реагентов, используя данные из периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева:

Молярная масса алюминия: $M(\text{Al}) \approx 27$ г/моль.

Молярная масса серы: $M(\text{S}) \approx 32$ г/моль.

3. Найдем химические количества (количество вещества) исходных реагентов по формуле $n = m/M$:

$n(\text{Al}) = \frac{m(\text{Al})}{M(\text{Al})} = \frac{20 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} \approx 0.741 \text{ моль}$

$n(\text{S}) = \frac{m(\text{S})}{M(\text{S})} = \frac{20 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0.625 \text{ моль}$

4. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент). Для этого сравним отношения химических количеств реагентов к их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции (2 для Al и 3 для S):

Для алюминия: $\frac{n(\text{Al})}{2} = \frac{0.741}{2} = 0.3705$

Для серы: $\frac{n(\text{S})}{3} = \frac{0.625}{3} \approx 0.2083$

Поскольку отношение для серы меньше, чем для алюминия ($\frac{0.625}{3} < \frac{0.741}{2}$), сера является лимитирующим реагентом. Это означает, что сера прореагирует полностью, а алюминий останется в избытке. Дальнейшие расчеты будем вести по количеству серы.

5. Рассчитаем количество вещества прореагировавшего алюминия и образовавшегося сульфида алюминия на основе количества вещества серы.

Согласно уравнению реакции, на 3 моль серы расходуется 2 моль алюминия. Следовательно, количество прореагировавшего алюминия:

$n_{\text{реаг}}(\text{Al}) = n(\text{S}) \times \frac{2}{3} = 0.625 \text{ моль} \times \frac{2}{3} \approx 0.417 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, из 3 моль серы образуется 1 моль сульфида алюминия. Следовательно, количество образовавшегося сульфида алюминия:

$n(\text{Al}_2\text{S}_3) = n(\text{S}) \times \frac{1}{3} = 0.625 \text{ моль} \times \frac{1}{3} \approx 0.208 \text{ моль}$

6. Определим состав смеси после реакции. Сера прореагировала полностью. Найдем количество вещества алюминия, оставшегося в избытке:

$n_{\text{ост}}(\text{Al}) = n_{\text{исх}}(\text{Al}) - n_{\text{реаг}}(\text{Al}) = 0.741 \text{ моль} - 0.417 \text{ моль} = 0.324 \text{ моль}$

Таким образом, после окончания реакции в смеси будут присутствовать продукт реакции — сульфид алюминия ($\text{Al}_2\text{S}_3$) и избыток реагента — алюминий ($\text{Al}$).

Ответ: После окончания реакции в смеси будут присутствовать сульфид алюминия ($\text{Al}_2\text{S}_3$) в количестве примерно 0.208 моль и алюминий ($\text{Al}$) в количестве примерно 0.324 моль.