Номер 92, страница 21 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

92. *Желудочный сок вырабатывается клетками слизистой оболочки желудка и имеет сложный химический состав. Его основное назначение — переваривание пищи. В состав желудочного сока входит соляная кислота. Она поддерживает определённый уровень кислотности в желудке и способствует денатурации белков, что облегчает их последующее расщепление, активирует пищеварительные ферменты, обеспечивает антибактериальное действие желудочного сока. В $1\text{ дм}^3$ желудочного сока в среднем содержится $0,160\text{ моль HCl}$. В течение суток в желудке взрослого человека вырабатывается около $2\text{ литров}$ желудочного сока. Рассчитайте массовую долю хлороводорода в желудочном соке, приняв плотность желудочного сока равной $1,005\text{ г}/\text{см}^3$. Какая масса соляной кислоты вырабатывается в желудке взрослого человека в течение одного года?Для растворения железа какой массы достаточно такого количества кислоты?

Дано:

Концентрация $HCl$ в желудочном соке: $C(HCl) = 0,160 \text{ моль/дм}^3$

Суточный объем желудочного сока: $V_{сутки} = 2 \text{ л}$

Плотность желудочного сока: $\rho_{сока} = 1,005 \text{ г/см}^3$

Продолжительность: $t = 1 \text{ год} = 365 \text{ суток}$

Для удобства расчетов переведем единицы:

$1 \text{ дм}^3 = 1 \text{ л} = 1000 \text{ см}^3$

$\rho_{сока} = 1,005 \text{ г/см}^3 = 1005 \text{ г/дм}^3 = 1005 \text{ г/л}$

Найти:

1. Массовую долю хлороводорода: $\omega(HCl) - ?$

2. Массу соляной кислоты, выработанной за год: $m_{год}(HCl) - ?$

3. Массу железа, которую можно растворить: $m(Fe) - ?$

Решение:

Рассчитайте массовую долю хлороводорода в желудочном соке, приняв плотность желудочного сока равной 1,005 г/см³.

1. Для расчета массовой доли возьмем объем желудочного сока, равный 1 дм³ (1 л), и найдем его массу.

$V_{сока} = 1 \text{ дм}^3 = 1000 \text{ см}^3$

Масса раствора (сока): $m_{сока} = V_{сока} \cdot \rho_{сока} = 1000 \text{ см}^3 \cdot 1,005 \text{ г/см}^3 = 1005 \text{ г}$.

2. Найдем массу хлороводорода ($HCl$) в 1 дм³ желудочного сока.

Молярная масса $HCl$: $M(HCl) = M(H) + M(Cl) \approx 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$.

Согласно условию, в 1 дм³ сока содержится $n(HCl) = 0,160 \text{ моль}$.

Масса $HCl$: $m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = 0,160 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} = 5,84 \text{ г}$.

3. Рассчитаем массовую долю $HCl$ по формуле $\omega = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}}$.

$\omega(HCl) = \frac{m(HCl)}{m_{сока}} = \frac{5,84 \text{ г}}{1005 \text{ г}} \approx 0,00581$.

В процентах: $0,00581 \cdot 100\% = 0,581\%$.

Ответ: Массовая доля хлороводорода в желудочном соке составляет приблизительно 0,581%.

Какая масса соляной кислоты вырабатывается в желудке взрослого человека в течение одного года?

1. Найдем количество вещества $HCl$, вырабатываемое за сутки.

$V_{сутки} = 2 \text{ л} = 2 \text{ дм}^3$

$n_{сутки}(HCl) = C(HCl) \cdot V_{сутки} = 0,160 \text{ моль/дм}^3 \cdot 2 \text{ дм}^3 = 0,32 \text{ моль}$.

2. Найдем количество вещества $HCl$, вырабатываемое за год (примем 365 суток).

$n_{год}(HCl) = n_{сутки}(HCl) \cdot 365 = 0,32 \text{ моль} \cdot 365 = 116,8 \text{ моль}$.

3. Найдем массу $HCl$, вырабатываемую за год.

$m_{год}(HCl) = n_{год}(HCl) \cdot M(HCl) = 116,8 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} = 4263,2 \text{ г} \approx 4,26 \text{ кг}$.

Ответ: В течение одного года в желудке взрослого человека вырабатывается 4263,2 г (или ≈4,26 кг) соляной кислоты.

Для растворения железа какой массы достаточно такого количества кислоты?

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия железа с соляной кислотой:

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

2. Из уравнения реакции следует, что на 1 моль железа ($Fe$) расходуется 2 моль соляной кислоты ($HCl$). Соотношение количеств веществ:

$\frac{n(Fe)}{1} = \frac{n(HCl)}{2} \Rightarrow n(Fe) = \frac{1}{2} n(HCl)$

3. Используем количество вещества кислоты, выработанной за год: $n_{год}(HCl) = 116,8 \text{ моль}$.

Найдем соответствующее количество вещества железа:

$n(Fe) = \frac{1}{2} \cdot 116,8 \text{ моль} = 58,4 \text{ моль}$.

4. Найдем массу железа, которая может прореагировать с этим количеством кислоты.

Молярная масса железа: $M(Fe) \approx 56 \text{ г/моль}$.

$m(Fe) = n(Fe) \cdot M(Fe) = 58,4 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 3270,4 \text{ г} \approx 3,27 \text{ кг}$.

Ответ: Годового количества соляной кислоты достаточно для растворения 3270,4 г (или ≈3,27 кг) железа.