Номер 1300, страница 200 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1300. Какой объём раствора с массовой долей хлороводорода 20,8 % и плотностью 1,10 $г/см^3$ потребуется для полного растворения железа массой 35,6 г?

Дано:

Массовая доля хлороводорода в растворе, $w(\text{HCl}) = 20,8 \% $

Плотность раствора, $\rho = 1,10 \text{ г/см}^3$

Масса железа, $m(\text{Fe}) = 35,6 \text{ г}$

Перевод в систему СИ:

$w(\text{HCl}) = 0,208$

$\rho = 1,10 \frac{\text{г}}{\text{см}^3} = 1,10 \cdot \frac{10^{-3} \text{ кг}}{(10^{-2} \text{ м})^3} = 1,10 \cdot 10^3 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3} = 1100 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3}$

$m(\text{Fe}) = 35,6 \text{ г} = 0,0356 \text{ кг}$

Найти:

Объём раствора хлороводорода, $V_{p-pa}(\text{HCl}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия железа с соляной (хлороводородной) кислотой. Железо реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида железа(II) и выделением водорода.

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

2. Найдем количество вещества железа ($Fe$), вступившего в реакцию. Молярная масса железа $M(\text{Fe})$ составляет приблизительно $56 \text{ г/моль}$.

$n(\text{Fe}) = \frac{m(\text{Fe})}{M(\text{Fe})} = \frac{35,6 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0,6357 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции определим количество вещества хлороводорода ($HCl$), необходимое для полного растворения железа. Из стехиометрических коэффициентов реакции следует, что на 1 моль железа расходуется 2 моль хлороводорода.

$n(\text{HCl}) = 2 \cdot n(\text{Fe}) = 2 \cdot 0,6357 \text{ моль} \approx 1,2714 \text{ моль}$

4. Вычислим массу чистого хлороводорода, которая потребуется для реакции. Молярная масса хлороводорода $M(\text{HCl})$ составляет приблизительно $36,5 \text{ г/моль}$ ($1,0 + 35,5$).

$m(\text{HCl}) = n(\text{HCl}) \cdot M(\text{HCl}) = 1,2714 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} \approx 46,41 \text{ г}$

5. Теперь найдем массу раствора соляной кислоты, в котором содержится вычисленная масса чистого $HCl$. Массовая доля $HCl$ в растворе по условию равна $w(\text{HCl}) = 20,8 \% = 0,208$.

$m_{p-pa}(\text{HCl}) = \frac{m(\text{HCl})}{w(\text{HCl})} = \frac{46,41 \text{ г}}{0,208} \approx 223,13 \text{ г}$

6. Зная массу и плотность раствора, найдем его объём по формуле $\rho = m/V$.

$V_{p-pa}(\text{HCl}) = \frac{m_{p-pa}(\text{HCl})}{\rho} = \frac{223,13 \text{ г}}{1,10 \text{ г/см}^3} \approx 202,84 \text{ см}^3$

Так как $1 \text{ см}^3 = 1 \text{ мл}$, то объем раствора равен $202,84 \text{ мл}$. Округляя результат до трех значащих цифр (в соответствии с точностью исходных данных), получаем $203 \text{ см}^3$.

Ответ: для полного растворения 35,6 г железа потребуется 203 см³ раствора хлороводорода.