Номер 107, страница 30 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

107. Рассчитайте массу водорода, вступившего в реакцию с кислородом массой 24,0 кг с образованием воды.

Дано:

$m(O_2) = 24,0 \text{ кг}$

Найти:

$m(H_2)$

Решение:

Для нахождения массы водорода, необходимой для реакции, воспользуемся уравнением реакции и стехиометрическими расчетами.

1. Запишем сбалансированное уравнение реакции между водородом ($H_2$) и кислородом ($O_2$) с образованием воды ($H_2O$):

$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы реагентов, используя округленные значения относительных атомных масс из Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева: $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$.

Так как масса кислорода дана в килограммах, для удобства будем использовать молярные массы в единицах кг/кмоль.

Молярная масса водорода:

$M(H_2) = 2 \times 1 = 2 \text{ г/моль} = 2 \text{ кг/кмоль}$

Молярная масса кислорода:

$M(O_2) = 2 \times 16 = 32 \text{ г/моль} = 32 \text{ кг/кмоль}$

3. Найдем количество вещества (в киломолях) кислорода массой 24,0 кг, используя формулу $n = \frac{m}{M}$:

$n(O_2) = \frac{m(O_2)}{M(O_2)} = \frac{24,0 \text{ кг}}{32 \text{ кг/кмоль}} = 0,750 \text{ кмоль}$

4. По уравнению реакции видно, что на 1 моль кислорода в реакцию вступают 2 моля водорода. Соотношение количеств веществ равно:

$\frac{n(H_2)}{2} = \frac{n(O_2)}{1}$

Отсюда найдем количество вещества водорода:

$n(H_2) = 2 \times n(O_2) = 2 \times 0,750 \text{ кмоль} = 1,50 \text{ кмоль}$

5. Теперь рассчитаем массу водорода, которая вступила в реакцию, по формуле $m = n \times M$:

$m(H_2) = n(H_2) \times M(H_2) = 1,50 \text{ кмоль} \times 2 \text{ кг/кмоль} = 3,00 \text{ кг}$

Альтернативный способ (через пропорцию):

Из уравнения реакции $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ следует, что $2$ моль $H_2$ реагируют с $1$ моль $O_2$. Выразим это соотношение в массах:

Масса $2$ моль $H_2$: $2 \text{ моль} \times 2 \text{ г/моль} = 4 \text{ г}$

Масса $1$ моль $O_2$: $1 \text{ моль} \times 32 \text{ г/моль} = 32 \text{ г}$

Соотношение масс $m(H_2) : m(O_2)$ в реакции составляет $4:32$ или $1:8$.

Составим пропорцию для данных в задаче масс, где $x$ — искомая масса водорода:

$\frac{x}{24,0 \text{ кг}} = \frac{4}{32}$

$x = \frac{24,0 \text{ кг} \times 4}{32} = \frac{96,0}{32} \text{ кг} = 3,00 \text{ кг}$

Ответ: масса водорода, вступившего в реакцию, составляет 3,00 кг.