Номер 1202, страница 186 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1202*. Смесь, содержащую магний и кремний, массы которых соответственно равны 2,40 и 0,70 г, прокалили и затем обработали избытком соляной кислоты. Образующийся в результате первой реакции силицид магния реагирует с соляной кислотой с выделением газа силана:

$Mg_2Si + HCl \rightarrow SiH_4 \uparrow + MgCl_2.$

Рассчитайте объём (н. у.) выделившегося газа в результате эксперимента.

Дано:

$m(Mg) = 2,40 \text{ г}$

$m(Si) = 0,70 \text{ г}$

$V_m = 22,4 \text{ л/моль}$ (молярный объем газа при н. у.)

Найти:

$V(\text{газов}) - ?$

Решение:

1. Сначала происходит реакция между магнием и кремнием при прокаливании с образованием силицида магния:

$2Mg + Si \rightarrow Mg_2Si$

2. Определим количество вещества (моль) исходных реагентов. Для этого используем их молярные массы: $M(Mg) \approx 24 \text{ г/моль}$, $M(Si) \approx 28 \text{ г/моль}$.

$n(Mg) = \frac{m(Mg)}{M(Mg)} = \frac{2,40 \text{ г}}{24 \text{ г/моль}} = 0,10 \text{ моль}$

$n(Si) = \frac{m(Si)}{M(Si)} = \frac{0,70 \text{ г}}{28 \text{ г/моль}} = 0,025 \text{ моль}$

3. Выясним, какое из веществ находится в недостатке. Согласно уравнению реакции, на 2 моль магния требуется 1 моль кремния.

Чтобы полностью прореагировать с $0,025 \text{ моль}$ кремния, необходимо $2 \times 0,025 = 0,05 \text{ моль}$ магния. В наличии имеется $0,10 \text{ моль}$ магния, что больше требуемого количества. Следовательно, магний находится в избытке, а кремний полностью вступает в реакцию (является лимитирующим реагентом). Дальнейшие расчеты по продуктам этой реакции ведем по кремнию.

4. Рассчитаем количество вещества образовавшегося силицида магния ($Mg_2Si$) и количество вещества магния, оставшегося после реакции.

Количество $Mg_2Si$ по уравнению реакции равно количеству прореагировавшего кремния:

$n(Mg_2Si) = n(Si) = 0,025 \text{ моль}$

Количество прореагировавшего магния:

$n(Mg_{\text{прореаг.}}) = 2 \times n(Si) = 2 \times 0,025 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

Количество магния, оставшегося в избытке:

$n(Mg_{\text{ост.}}) = n(Mg_{\text{исх.}}) - n(Mg_{\text{прореаг.}}) = 0,10 \text{ моль} - 0,05 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

5. После прокаливания смесь состоит из $Mg_2Si$ и избыточного $Mg$. Эту смесь обрабатывают избытком соляной кислоты. Происходят следующие реакции с выделением газов:

Реакция силицида магния с соляной кислотой с выделением силана ($SiH_4$):

$Mg_2Si + 4HCl \rightarrow 2MgCl_2 + SiH_4 \uparrow$

Реакция оставшегося магния с соляной кислотой с выделением водорода ($H_2$):

$Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2 \uparrow$

6. Рассчитаем количество вещества и объемы выделившихся газов при нормальных условиях (н. у.).

Из первого уравнения следует, что $n(SiH_4) = n(Mg_2Si) = 0,025 \text{ моль}$.

$V(SiH_4) = n(SiH_4) \times V_m = 0,025 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 0,56 \text{ л}$

Из второго уравнения следует, что $n(H_2) = n(Mg_{\text{ост.}}) = 0,05 \text{ моль}$.

$V(H_2) = n(H_2) \times V_m = 0,05 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 1,12 \text{ л}$

7. Суммарный объем газов, выделившихся в результате эксперимента, равен сумме объемов силана и водорода.

$V(\text{газов}) = V(SiH_4) + V(H_2) = 0,56 \text{ л} + 1,12 \text{ л} = 1,68 \text{ л}$

Ответ: объем выделившегося газа в результате эксперимента составляет $1,68 \text{ л}$.