Номер 855, страница 140 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

855. *Смесь водорода и хлора объёмом (н. у.) $15,0 \text{ дм}^3$ облучили светом. В результате реакции образовался хлороводород объёмом (н. у.) $5,00 \text{ дм}^3$. Рассчитайте объёмную долю хлора в исходной смеси.

Дано:

$V_{смеси}(H_2 + Cl_2) = 15,0 \text{ дм}^3$

$V(HCl) = 5,00 \text{ дм}^3$

Условия: нормальные (н. у.)

$V_{смеси}(H_2 + Cl_2) = 15,0 \text{ дм}^3 = 15,0 \times 10^{-3} \text{ м}^3 = 0,0150 \text{ м}^3$

$V(HCl) = 5,00 \text{ дм}^3 = 5,00 \times 10^{-3} \text{ м}^3 = 0,00500 \text{ м}^3$

Найти:

$\phi(Cl_2)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции синтеза хлороводорода из водорода и хлора, которая инициируется светом (квант света обозначается $h\nu$):

$H_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$

2. Согласно закону Авогадро, для газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) соотношение их объёмов равно соотношению их количеств (молей). Следовательно, объёмы газов в реакции соотносятся как их стехиометрические коэффициенты.

$V(H_2) : V(Cl_2) : V(HCl) = 1 : 1 : 2$

3. Используя это соотношение, рассчитаем объёмы водорода и хлора, которые вступили в реакцию для образования $5,00 \text{ дм}^3$ хлороводорода:

$V_{прореаг.}(H_2) = V(HCl) \times \frac{1}{2} = 5,00 \text{ дм}^3 \times \frac{1}{2} = 2,50 \text{ дм}^3$

$V_{прореаг.}(Cl_2) = V(HCl) \times \frac{1}{2} = 5,00 \text{ дм}^3 \times \frac{1}{2} = 2,50 \text{ дм}^3$

4. Реакция продолжается до тех пор, пока один из реагентов не будет полностью израсходован (лимитирующий реагент). Объём образовавшегося продукта ($5,00 \text{ дм}^3$ HCl) определяется начальным объёмом лимитирующего реагента. В условии задачи не указано, какой из газов был в избытке, поэтому необходимо рассмотреть два возможных случая.

Случай 1: Лимитирующим реагентом был водород ($H_2$).

В этом случае весь водород, находившийся в исходной смеси, прореагировал. Его начальный объём был равен объёму, вступившему в реакцию:

$V_{исх.}(H_2) = V_{прореаг.}(H_2) = 2,50 \text{ дм}^3$

Тогда начальный объём хлора в смеси равен:

$V_{исх.}(Cl_2) = V_{смеси} - V_{исх.}(H_2) = 15,0 \text{ дм}^3 - 2,50 \text{ дм}^3 = 12,50 \text{ дм}^3$

Объёмная доля хлора в этом случае:

$\phi_1(Cl_2) = \frac{V_{исх.}(Cl_2)}{V_{смеси}} = \frac{12,50 \text{ дм}^3}{15,0 \text{ дм}^3} \approx 0,833$ или $83,3\%$

Случай 2: Лимитирующим реагентом был хлор ($Cl_2$).

В этом случае весь хлор, находившийся в исходной смеси, прореагировал:

$V_{исх.}(Cl_2) = V_{прореаг.}(Cl_2) = 2,50 \text{ дм}^3$

Тогда начальный объём водорода в смеси равен:

$V_{исх.}(H_2) = V_{смеси} - V_{исх.}(Cl_2) = 15,0 \text{ дм}^3 - 2,50 \text{ дм}^3 = 12,50 \text{ дм}^3$

Объёмная доля хлора в этом случае:

$\phi_2(Cl_2) = \frac{V_{исх.}(Cl_2)}{V_{смеси}} = \frac{2,50 \text{ дм}^3}{15,0 \text{ дм}^3} \approx 0,167$ или $16,7\%$

Так как в условии нет дополнительных данных, чтобы выбрать один из двух вариантов, задача имеет два возможных решения.

Ответ: объёмная доля хлора в исходной смеси составляет 16,7% или 83,3%.