Номер 492, страница 75 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

492. Серу массой 3,20 г сплавили с цинком массой 13,0 г. Затем полученный твердый продукт полностью растворили в избытке соляной кислоты. Рассчитайте объём (н. у.) выделившихся при этом газов.

Дано:

масса серы $m(S) = 3,20$ г

масса цинка $m(Zn) = 13,0$ г

Найти:

Объём выделившихся газов $V_{\text{газов}}$ (н. у.) - ?

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции между цинком и серой при сплавлении. Образуется сульфид цинка:

$Zn + S \rightarrow ZnS$

2. Рассчитаем количество вещества (в молях) для каждого из реагентов. Для расчетов используем молярные массы: молярная масса серы $M(S) \approx 32$ г/моль, молярная масса цинка $M(Zn) \approx 65$ г/моль.

Количество вещества серы:

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{3,20 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Количество вещества цинка:

$n(Zn) = \frac{m(Zn)}{M(Zn)} = \frac{13,0 \text{ г}}{65 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

3. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (является лимитирующим). Согласно уравнению реакции, цинк и сера реагируют в мольном соотношении 1:1. Для реакции с 0,1 моль серы требуется 0,1 моль цинка. Поскольку исходное количество цинка (0,2 моль) больше, чем требуется, цинк находится в избытке, а сера — в недостатке. Все дальнейшие расчёты ведутся по реагенту в недостатке, то есть по сере.

4. В результате реакции образуется 0,1 моль сульфида цинка ($ZnS$), и в твёрдом продукте останется избыток непрореагировавшего цинка.

Количество образовавшегося $ZnS$ равно количеству прореагировавшей серы:

$n(ZnS) = n(S) = 0,1 \text{ моль}$

Количество оставшегося цинка:

$n(Zn)_{\text{ост.}} = n(Zn)_{\text{исх.}} - n(Zn)_{\text{прореаг.}} = 0,2 \text{ моль} - 0,1 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

Таким образом, полученный твёрдый продукт представляет собой смесь 0,1 моль сульфида цинка ($ZnS$) и 0,1 моль металлического цинка ($Zn$).

5. Далее этот твёрдый продукт растворяют в избытке соляной кислоты ($HCl$). При этом протекают две параллельные реакции, в каждой из которых выделяется газ:

Реакция сульфида цинка с соляной кислотой с выделением сероводорода ($H_2S$):

$ZnS + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2S \uparrow$

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

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

6. Рассчитаем количество вещества каждого из выделившихся газов. Согласно уравнениям реакций:

Из 0,1 моль $ZnS$ образуется 0,1 моль $H_2S$.

$n(H_2S) = n(ZnS) = 0,1 \text{ моль}$

Из 0,1 моль $Zn$ образуется 0,1 моль $H_2$.

$n(H_2) = n(Zn)_{\text{ост.}} = 0,1 \text{ моль}$

7. Суммарное количество вещества газов равно сумме количеств сероводорода и водорода:

$n_{\text{газов}} = n(H_2S) + n(H_2) = 0,1 \text{ моль} + 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

8. Рассчитаем суммарный объём газов при нормальных условиях (н. у.). Молярный объём любого газа при н. у. ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

$V_{\text{газов}} = n_{\text{газов}} \times V_m = 0,2 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 4,48 \text{ л}$

Ответ: объём выделившихся при этом газов составляет 4,48 л.