Номер 9, страница 243 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

9. Определите объём водорода, который выделится при взаимодействии 260 г цинка с раствором серной кислоты объёмом $250 \text{ см}^3$. Массовая доля $H_2SO_4$ равна 15 %, плотность — $1,1 \text{ г/см}^3$.

Дано:

$m(Zn) = 260 \text{ г}$

$V(\text{р-ра } H_2SO_4) = 250 \text{ см}^3$

$\omega(H_2SO_4) = 15 \% = 0.15$

$\rho(\text{р-ра } H_2SO_4) = 1.1 \text{ г/см}^3$

$m(Zn) = 0.26 \text{ кг}$

$V(\text{р-ра } H_2SO_4) = 2.5 \times 10^{-4} \text{ м}^3$

$\rho(\text{р-ра } H_2SO_4) = 1100 \text{ кг/м}^3$

Найти:

$V(H_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия цинка с серной кислотой:

$Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$

2. Рассчитаем молярные массы цинка и серной кислоты. Будем использовать округленные значения атомных масс: $Ar(Zn) = 65$, $Ar(H) = 1$, $Ar(S) = 32$, $Ar(O) = 16$.

$M(Zn) = 65 \text{ г/моль}$

$M(H_2SO_4) = 2 \times 1 + 32 + 4 \times 16 = 98 \text{ г/моль}$

3. Определим количество вещества (моль) каждого из реагентов, чтобы найти, какой из них находится в избытке, а какой — в недостатке (лимитирующий реагент).

Количество вещества цинка:

$n(Zn) = \frac{m(Zn)}{M(Zn)} = \frac{260 \text{ г}}{65 \text{ г/моль}} = 4 \text{ моль}$

4. Для определения количества вещества серной кислоты сначала найдем массу раствора, а затем массу чистой кислоты.

Масса раствора серной кислоты:

$m(\text{р-ра } H_2SO_4) = V(\text{р-ра } H_2SO_4) \times \rho(\text{р-ра } H_2SO_4) = 250 \text{ см}^3 \times 1.1 \text{ г/см}^3 = 275 \text{ г}$

Масса чистой серной кислоты в растворе:

$m(H_2SO_4) = m(\text{р-ра } H_2SO_4) \times \omega(H_2SO_4) = 275 \text{ г} \times 0.15 = 41.25 \text{ г}$

Количество вещества серной кислоты:

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{41.25 \text{ г}}{98 \text{ г/моль}} \approx 0.421 \text{ моль}$

5. Сравним количество вещества реагентов. Согласно уравнению реакции, цинк и серная кислота реагируют в мольном соотношении 1:1.

$n(Zn) = 4 \text{ моль}$

$n(H_2SO_4) \approx 0.421 \text{ моль}$

Поскольку $n(H_2SO_4) < n(Zn)$, серная кислота является лимитирующим реагентом, и дальнейший расчет будем вести по ней. Цинк взят в избытке.

6. По уравнению реакции, количество выделившегося водорода равно количеству прореагировавшей серной кислоты:

$n(H_2) = n(H_2SO_4) \approx 0.421 \text{ моль}$

7. Найдем объем водорода, выделившегося при нормальных условиях (н.у.), используя молярный объем газов $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.

$V(H_2) = n(H_2) \times V_m \approx 0.421 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} \approx 9.43 \text{ л}$

Ответ: объем выделившегося водорода составляет приблизительно 9,43 л.