Номер 809, страница 132 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

809. Смесь медных и железных опилок массой $10,4 \text{ г}$ обработали соляной кислотой. В результате реакции выделился газ объёмом $2,24 \text{ дм}^3$ (н. у.). Рассчитайте массовую долю меди в смеси.

Дано:

$m_{смеси}(Fe, Cu) = 10,4 \text{ г}$

$V(газа) = 2,24 \text{ дм}^3 \text{ (н. у.)}$

$m_{смеси} = 0,0104 \text{ кг}$

$V(газа) = 0,00224 \text{ м}^3$

Найти:

$\omega(Cu)$ - ?

Решение:

При обработке смеси медных и железных опилок соляной кислотой ($HCl$) в реакцию вступает только железо, так как медь в ряду активности металлов стоит после водорода и не вытесняет его из разбавленных кислот.

Уравнение реакции железа с соляной кислотой:

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

Медь с соляной кислотой не реагирует:

$Cu + HCl \rightarrow \text{реакция не идет}$

Выделившийся в ходе реакции газ — это водород ($H_2$). Рассчитаем его количество вещества ($n$), зная, что при нормальных условиях (н.у.) молярный объем любого газа ($V_m$) равен $22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}$.

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{2,24 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, количество вещества железа ($Fe$), вступившего в реакцию, равно количеству вещества выделившегося водорода, так как их стехиометрические коэффициенты равны (1:1).

$n(Fe) = n(H_2) = 0,1 \text{ моль}$

Теперь найдем массу железа в исходной смеси. Молярная масса железа ($M(Fe)$) составляет примерно $56 \text{ г/моль}$.

$m(Fe) = n(Fe) \times M(Fe) = 0,1 \text{ моль} \times 56 \text{ г/моль} = 5,6 \text{ г}$

Зная общую массу смеси и массу железа, можем вычислить массу меди ($Cu$):

$m(Cu) = m_{смеси} - m(Fe) = 10,4 \text{ г} - 5,6 \text{ г} = 4,8 \text{ г}$

Массовая доля меди ($\omega(Cu)$) в смеси рассчитывается как отношение массы меди к общей массе смеси, выраженное в долях или процентах.

$\omega(Cu) = \frac{m(Cu)}{m_{смеси}} = \frac{4,8 \text{ г}}{10,4 \text{ г}} \approx 0,4615$

Для выражения в процентах умножим полученное значение на 100%:

$\omega(Cu) \approx 0,4615 \times 100\% \approx 46,2\%$

Ответ: массовая доля меди в смеси составляет 46,2%.