Номер 1456, страница 225 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1456. *Сплав железа и цинка растворили в избытке соляной кислоты. По завершении реакции масса солей в растворе оказалась на 7,30 г больше массы исходного сплава. Рассчитайте объём (н. у.) выделившегося в результате реакции водорода.

Дано:

Сплав $Fe$ и $Zn$

Избыток $HCl$

$m(солей) - m(сплава) = 7,30 \text{ г}$

Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

$V(H_2)$ - ?

Решение:

При растворении сплава железа и цинка в соляной кислоте происходят следующие химические реакции:

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

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

Масса раствора увеличивается за счет вступившей в реакцию соляной кислоты и уменьшается за счет выделившегося газообразного водорода. Масса солей в растворе (хлорида железа(II) и хлорида цинка) оказалась на 7,30 г больше массы исходного сплава.

Запишем закон сохранения массы для протекающих процессов:

$m(сплава) + m(HCl_{реаг.}) = m(солей) + m(H_2)$

Преобразуем это уравнение, чтобы использовать данное в условии соотношение:

$m(солей) - m(сплава) = m(HCl_{реаг.}) - m(H_2)$

По условию, $m(солей) - m(сплава) = 7,30 \text{ г}$. Следовательно:

$m(HCl_{реаг.}) - m(H_2) = 7,30 \text{ г}$

Пусть количество вещества выделившегося водорода равно $x$ моль, то есть $n(H_2) = x \text{ моль}$. Согласно уравнениям реакций, на каждую молекулу $H_2$ расходуется две молекулы $HCl$. Таким образом, количество вещества прореагировавшей соляной кислоты в два раза больше:

$n(HCl_{реаг.}) = 2 \cdot n(H_2) = 2x \text{ моль}$

Выразим массы водорода и соляной кислоты через $x$, используя их молярные массы:

$M(H_2) = 2 \cdot 1 = 2 \text{ г/моль}$

$M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

$m(H_2) = n(H_2) \cdot M(H_2) = x \cdot 2 = 2x \text{ г}$

$m(HCl_{реаг.}) = n(HCl_{реаг.}) \cdot M(HCl) = 2x \cdot 36,5 = 73x \text{ г}$

Подставим эти выражения в уравнение разности масс:

$73x - 2x = 7,30$

$71x = 7,30$

$x = \frac{7,30}{71} \approx 0,1028 \text{ моль}$

Итак, количество вещества выделившегося водорода $n(H_2) \approx 0,1028 \text{ моль}$.

Теперь рассчитаем объём водорода при нормальных условиях (н. у.), где молярный объём газа $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$:

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = \frac{7,30}{71} \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 2,303 \text{ л}$

С учётом точности исходных данных (три значащие цифры), округляем результат.

Ответ: объём выделившегося водорода составляет 2,30 л.