Номер 1301, страница 200 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1301. Образец смеси цинковых и алюминиевых стружек общей массой 11,8 г растворили в избытке раствора щёлочи. Массовая доля цинка в образце равна 32,2 %. Рассчитайте объём (н. у.) выделившегося водорода.

Дано:

$m_{смеси}(Zn, Al) = 11,8$ г

$\omega(Zn) = 32,2 \% = 0,322$

Растворитель - избыток раствора щёлочи

Найти:

$V(H_2)$ (н. у.) - ?

Решение:

1. Цинк и алюминий являются амфотерными металлами и реагируют с растворами щелочей с выделением водорода. Запишем уравнения реакций (в качестве щёлочи возьмём гидроксид натрия $NaOH$):

$Zn + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4] + H_2 \uparrow$

$2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2 \uparrow$

2. Рассчитаем массы цинка и алюминия в исходной смеси.

Масса цинка: $m(Zn) = m_{смеси} \cdot \omega(Zn) = 11,8 \text{ г} \cdot 0,322 = 3,7996 \text{ г}$.

Масса алюминия: $m(Al) = m_{смеси} - m(Zn) = 11,8 \text{ г} - 3,7996 \text{ г} = 8,0004 \text{ г}$.

3. Найдем количество вещества (моль) для каждого металла. Для расчетов используем молярные массы: $M(Zn) = 65$ г/моль, $M(Al) = 27$ г/моль.

Количество вещества цинка: $n(Zn) = \frac{m(Zn)}{M(Zn)} = \frac{3,7996 \text{ г}}{65 \text{ г/моль}} \approx 0,0585$ моль.

Количество вещества алюминия: $n(Al) = \frac{m(Al)}{M(Al)} = \frac{8,0004 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} \approx 0,2963$ моль.

4. По уравнениям реакций определим количество вещества водорода, выделившегося из каждого металла.

Из реакции с цинком, согласно стехиометрическим коэффициентам, количество вещества водорода равно количеству вещества цинка: $n_1(H_2) = n(Zn) \approx 0,0585$ моль.

Из реакции с алюминием, согласно стехиометрическим коэффициентам, количество вещества водорода в 1,5 раза больше количества вещества алюминия: $n_2(H_2) = \frac{3}{2} n(Al) = 1,5 \cdot 0,2963 \text{ моль} \approx 0,4445$ моль.

5. Найдем общее количество вещества выделившегося водорода, суммируя количества из обеих реакций.

$n_{общ}(H_2) = n_1(H_2) + n_2(H_2) \approx 0,0585 \text{ моль} + 0,4445 \text{ моль} = 0,503$ моль.

6. Рассчитаем объём водорода при нормальных условиях (н. у.). Молярный объём газа при н. у. ($V_m$) равен 22,4 л/моль.

$V(H_2) = n_{общ}(H_2) \cdot V_m = 0,503 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 11,2672$ л.

Округлим полученный результат до трех значащих цифр, так как точность исходных данных (11,8 г и 32,2 %) составляет три значащие цифры.

$V(H_2) \approx 11,3$ л.

Ответ: объём выделившегося водорода равен 11,3 л.