Номер 883, страница 143 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

883. *Хлороводород очень хорошо растворим в воде: при 20 °С в 1 объёме воды растворяется 450 объёмов хлороводорода. Рассчитайте массовую долю хлороводорода в его насыщенном при 20 °С водном растворе.

Дано:

Температура, $t = 20 \text{ °C}$

Соотношение объемов, $V(HCl) / V(H_2O) = 450 / 1$

Будем считать, что условия измерения объема газа нормальные: давление $P = 1 \text{ атм}$, температура $t = 20 \text{ °C}$

Плотность воды при 20 °C, $\rho(H_2O) \approx 1 \text{ г/см}^3$

Молярная масса хлороводорода, $M(HCl) = 36,5 \text{ г/моль}$

Универсальная газовая постоянная, $R = 8,314 \text{ Дж/(моль·К)}$

Перевод в систему СИ:

$T = 20 + 273,15 = 293,15 \text{ К}$

$P = 1 \text{ атм} = 101325 \text{ Па}$

$\rho(H_2O) \approx 1000 \text{ кг/м}^3$

$M(HCl) = 0,0365 \text{ кг/моль}$

Найти:

Массовую долю хлороводорода в насыщенном растворе, $\omega(HCl)$ - ?

Решение:

Для удобства расчетов примем объем воды равным 1 литру.

1. Найдем массу 1 литра воды. Плотность воды при 20 °C можно принять равной 1 г/мл.

$V(H_2O) = 1 \text{ л} = 1000 \text{ мл}$

$m(H_2O) = V(H_2O) \cdot \rho(H_2O) = 1000 \text{ мл} \cdot 1 \text{ г/мл} = 1000 \text{ г}$

2. Рассчитаем объем хлороводорода, который растворяется в 1 л воды, согласно условию задачи.

$V(HCl) = 450 \cdot V(H_2O) = 450 \cdot 1 \text{ л} = 450 \text{ л}$

3. Найдем количество вещества (число молей) хлороводорода. Предполагается, что объем газа измерен при той же температуре (20 °C) и нормальном атмосферном давлении (1 атм). Воспользуемся уравнением состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона):

$PV = nRT$

Отсюда количество вещества $n$ равно:

$n(HCl) = \frac{P \cdot V(HCl)}{R \cdot T}$

Переведем объем в м³: $V(HCl) = 450 \text{ л} = 0,45 \text{ м}^3$.

Подставим числовые значения в СИ:

$n(HCl) = \frac{101325 \text{ Па} \cdot 0,45 \text{ м}^3}{8,314 \text{ Дж/(моль·К)} \cdot 293,15 \text{ К}} \approx 18,71 \text{ моль}$

4. Рассчитаем массу растворенного хлороводорода.

$m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = 18,71 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} \approx 683,0 \text{ г}$

5. Найдем массу полученного насыщенного раствора. Она равна сумме масс воды и растворенного в ней хлороводорода.

$m(\text{раствора}) = m(H_2O) + m(HCl) = 1000 \text{ г} + 683,0 \text{ г} = 1683,0 \text{ г}$

6. Рассчитаем массовую долю хлороводорода в насыщенном растворе.

$\omega(HCl) = \frac{m(HCl)}{m(\text{раствора})} \cdot 100\%$

$\omega(HCl) = \frac{683,0 \text{ г}}{1683,0 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 40,58\%$

При округлении до десятых долей процента получаем 40,6 %.

Ответ: массовая доля хлороводорода в его насыщенном при 20 °C водном растворе составляет приблизительно 40,6%.