Номер 1198, страница 186 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1198. Чистый кремний получают восстановлением хлорида кремния(IV) водородом при повышенной температуре:

$SiCl_4 + H_2 \rightarrow Si + HCl\uparrow$

Рассчитайте, какая масса водорода потребуется для реакции с хлоридом кремния(IV) массой 250 г и какая масса кремния при этом будет получена.

Дано:

$m(SiCl_4) = 250 \ г = 0.25 \ кг$

Найти:

$m(H_2) - ?$

$m(Si) - ?$

Решение:

1. Запишем сбалансированное уравнение химической реакции. В исходном уравнении $SiCl_4 + H_2 \rightarrow Si + HCl$ необходимо уравнять количество атомов хлора и водорода.

$SiCl_4 + 2H_2 \rightarrow Si + 4HCl$

Теперь количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения одинаково (1 атом Si, 4 атома Cl, 4 атома H).

2. Рассчитаем молярные массы веществ, используя периодическую систему химических элементов Д. И. Менделеева. Атомные массы округлим до целых, кроме хлора.

$Ar(Si) = 28 \ г/моль$

$Ar(Cl) = 35.5 \ г/моль$

$Ar(H) = 1 \ г/моль$

Молярная масса хлорида кремния(IV) ($SiCl_4$):

$M(SiCl_4) = Ar(Si) + 4 \cdot Ar(Cl) = 28 + 4 \cdot 35.5 = 28 + 142 = 170 \ г/моль$

Молярная масса водорода ($H_2$):

$M(H_2) = 2 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 1 = 2 \ г/моль$

Молярная масса кремния ($Si$):

$M(Si) = Ar(Si) = 28 \ г/моль$

3. Найдем количество вещества (число молей) хлорида кремния(IV) массой 250 г.

$n = \frac{m}{M}$

$n(SiCl_4) = \frac{250 \ г}{170 \ г/моль} \approx 1.471 \ моль$

4. По уравнению реакции определим количество вещества водорода и кремния.

Из уравнения $SiCl_4 + 2H_2 \rightarrow Si + 4HCl$ следует, что на 1 моль $SiCl_4$ расходуется 2 моль $H_2$ и образуется 1 моль $Si$. Cоотношение количеств веществ:

$n(SiCl_4) : n(H_2) : n(Si) = 1 : 2 : 1$

Количество вещества водорода:

$n(H_2) = 2 \cdot n(SiCl_4) = 2 \cdot 1.471 \ моль \approx 2.942 \ моль$

Количество вещества кремния:

$n(Si) = n(SiCl_4) \approx 1.471 \ моль$

5. Рассчитаем массу водорода, необходимую для реакции, и массу кремния, полученного в результате реакции.

$m = n \cdot M$

Масса водорода:

$m(H_2) = n(H_2) \cdot M(H_2) = 2.942 \ моль \cdot 2 \ г/моль \approx 5.88 \ г$

Масса кремния:

$m(Si) = n(Si) \cdot M(Si) = 1.471 \ моль \cdot 28 \ г/моль \approx 41.2 \ г$

Ответ: для реакции потребуется 5.88 г водорода, при этом будет получено 41.2 г кремния.