Номер 807, страница 132 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

807. При нагревании гидрид кальция разлагается с образованием водорода. Водород, полученный в результате разложения гидрида кальция массой 7,12 г, пропустили над раскалённым оксидом вольфрама(VI) массой 4,22 г. Рассчитайте массу полученного вольфрама.

Дано:

$m(CaH_2) = 7,12 \text{ г}$

$m(WO_3) = 4,22 \text{ г}$

Найти:

$m(W) - ?$

Решение:

Задача решается в несколько этапов. Сначала необходимо рассчитать количество водорода, которое образуется при разложении гидрида кальция. Затем, зная количество водорода и оксида вольфрама(VI), определить, какое вещество находится в недостатке, и по нему рассчитать массу полученного вольфрама.

1. Составим уравнение реакции разложения гидрида кальция:

$CaH_2 \xrightarrow{t} Ca + H_2$

2. Рассчитаем молярную массу гидрида кальция $CaH_2$ и его количество вещества $n(CaH_2)$:

$M(CaH_2) = M(Ca) + 2 \cdot M(H) = 40 + 2 \cdot 1 = 42 \text{ г/моль}$

$n(CaH_2) = \frac{m(CaH_2)}{M(CaH_2)} = \frac{7,12 \text{ г}}{42 \text{ г/моль}} \approx 0,1695 \text{ моль}$

3. Согласно стехиометрии реакции (1), из 1 моль $CaH_2$ образуется 1 моль $H_2$. Следовательно, количество вещества водорода равно количеству вещества гидрида кальция:

$n(H_2) = n(CaH_2) \approx 0,1695 \text{ моль}$

4. Составим уравнение реакции восстановления оксида вольфрама(VI) водородом:

$WO_3 + 3H_2 \xrightarrow{t} W + 3H_2O$

5. Рассчитаем молярную массу оксида вольфрама(VI) $WO_3$ и его количество вещества $n(WO_3)$:

$M(WO_3) = M(W) + 3 \cdot M(O) = 184 + 3 \cdot 16 = 232 \text{ г/моль}$

$n(WO_3) = \frac{m(WO_3)}{M(WO_3)} = \frac{4,22 \text{ г}}{232 \text{ г/моль}} \approx 0,0182 \text{ моль}$

6. Определим, какой из реагентов ($H_2$ или $WO_3$) является лимитирующим. Для этого сравним мольные соотношения реагентов.

По уравнению реакции (4), на 1 моль $WO_3$ необходимо 3 моль $H_2$. Рассчитаем, какое количество $H_2$ требуется для полной реакции с имеющимся $WO_3$:

$n_{необх.}(H_2) = 3 \cdot n(WO_3) = 3 \cdot 0,0182 \text{ моль} = 0,0546 \text{ моль}$

У нас есть $n_{факт}(H_2) \approx 0,1695 \text{ моль}$. Так как $0,1695 \text{ моль} > 0,0546 \text{ моль}$, водород находится в избытке, а оксид вольфрама(VI) — в недостатке. Расчет массы продукта (вольфрама) следует вести по лимитирующему реагенту, то есть по $WO_3$.

7. Согласно стехиометрии реакции (4), из 1 моль $WO_3$ образуется 1 моль $W$. Значит:

$n(W) = n(WO_3) \approx 0,0182 \text{ моль}$

8. Рассчитаем массу полученного вольфрама. Молярная масса вольфрама $M(W) = 184 \text{ г/моль}$.

Для большей точности проведем вычисление без промежуточных округлений:

$m(W) = n(WO_3) \cdot M(W) = \frac{4,22 \text{ г}}{232 \text{ г/моль}} \cdot 184 \text{ г/моль} = 3,34689... \text{ г}$

Округляя результат до трех значащих цифр (как в исходных данных), получаем:

$m(W) \approx 3,35 \text{ г}$

Ответ: масса полученного вольфрама составляет 3,35 г.