Номер 939, страница 151 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

939. Цинк массой 6,50 г сплавили с серой массой 1,60 г. Затем к смеси добавили избыток соляной кислоты. Рассчитайте объём (н. у.) выделившегося газа.

Дано:

Масса цинка $m(Zn) = 6,50 \text{ г}$

Масса серы $m(S) = 1,60 \text{ г}$

Соляная кислота ($HCl$) в избытке

Условия нормальные (н. у.)

Найти:

Объём выделившегося газа $V(\text{газ}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции между цинком и серой при сплавлении:

$Zn + S \rightarrow ZnS$

2. Рассчитаем молярные массы и количества вещества исходных реагентов. Для расчетов используем округленные значения атомных масс: $Ar(Zn) = 65$, $Ar(S) = 32$.

Молярная масса цинка: $M(Zn) = 65 \text{ г/моль}$

Молярная масса серы: $M(S) = 32 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества цинка:

$n(Zn) = \frac{m(Zn)}{M(Zn)} = \frac{6,50 \text{ г}}{65 \text{ г/моль}} = 0,10 \text{ моль}$

Найдем количество вещества серы:

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{1,60 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

3. Определим, какой из реагентов находится в недостатке. Согласно уравнению реакции, цинк и сера реагируют в мольном соотношении $1:1$. Сравним их количества:

$n(S) < n(Zn)$, так как $0,05 \text{ моль} < 0,10 \text{ моль}$.

Это означает, что сера находится в недостатке и прореагирует полностью, а цинк — в избытке. Дальнейшие расчеты по продуктам реакции ведем по недостатку, то есть по сере.

4. Рассчитаем количество вещества образовавшегося сульфида цинка ($ZnS$) и количество вещества цинка, которое осталось в избытке после реакции.

По уравнению реакции $n(ZnS) = n(S) = 0,05 \text{ моль}$.

Количество вещества цинка, вступившего в реакцию, равно количеству вещества серы:

$n(Zn_{\text{прореаг.}}) = n(S) = 0,05 \text{ моль}$

Количество вещества избыточного цинка:

$n(Zn_{\text{изб.}}) = n(Zn_{\text{исх.}}) - n(Zn_{\text{прореаг.}}) = 0,10 \text{ моль} - 0,05 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

5. После сплавления полученная смесь состоит из $0,05 \text{ моль}$ сульфида цинка ($ZnS$) и $0,05 \text{ моль}$ избыточного цинка ($Zn$). Эту смесь обрабатывают избытком соляной кислоты. Оба вещества реагируют с $HCl$, выделяя газы.

Реакция избыточного цинка с соляной кислотой с выделением водорода:

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

По уравнению, из 1 моль $Zn$ образуется 1 моль $H_2$. Следовательно:

$n(H_2) = n(Zn_{\text{изб.}}) = 0,05 \text{ моль}$

Реакция сульфида цинка с соляной кислотой с выделением сероводорода:

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

По уравнению, из 1 моль $ZnS$ образуется 1 моль $H_2S$. Следовательно:

$n(H_2S) = n(ZnS) = 0,05 \text{ моль}$

6. Суммарное количество вещества выделившихся газов (водорода и сероводорода) равно:

$n(\text{газ}) = n(H_2) + n(H_2S) = 0,05 \text{ моль} + 0,05 \text{ моль} = 0,10 \text{ моль}$

7. Рассчитаем объем газа при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем любого газа при н. у. составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$V(\text{газ}) = n(\text{газ}) \cdot V_m = 0,10 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 2,24 \text{ л}$

Ответ: объём выделившегося газа составляет $2,24 \text{ л}$.