Номер 109, страница 31 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

109. Смешали кислород массой 10 г и водород массой 0,20 г и полученную газовую смесь подожгли. Рассчитайте, какое число молекул воды образовалось в результате реакции.

Дано:

Масса кислорода $m(O_2) = 10 \text{ г}$
Масса водорода $m(H_2) = 0,20 \text{ г}$
Постоянная Авогадро $N_A \approx 6,02 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1}$

$m(O_2) = 0,01 \text{ кг}$
$m(H_2) = 0,0002 \text{ кг}$

Найти:

Число молекул воды $N(H_2O)$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции горения водорода в кислороде. При поджигании смеси водород реагирует с кислородом с образованием воды: $$ 2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O $$

2. Для проведения расчетов нам понадобятся молярные массы реагентов. Используем округленные значения относительных атомных масс: $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$.
Молярная масса водорода ($H_2$): $M(H_2) = 2 \times 1 \text{ г/моль} = 2 \text{ г/моль}$.
Молярная масса кислорода ($O_2$): $M(O_2) = 2 \times 16 \text{ г/моль} = 32 \text{ г/моль}$.

3. Найдем количество вещества (число моль) для каждого из исходных газов по формуле $n = m/M$:
Количество вещества водорода: $$ n(H_2) = \frac{m(H_2)}{M(H_2)} = \frac{0,20 \text{ г}}{2 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль} $$
Количество вещества кислорода: $$ n(O_2) = \frac{m(O_2)}{M(O_2)} = \frac{10 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,3125 \text{ моль} $$

4. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (является лимитирующим), так как он полностью прореагирует и определит количество продукта. Согласно уравнению реакции, на 2 моль водорода требуется 1 моль кислорода, то есть их количества должны соотноситься как $n(H_2) : n(O_2) = 2:1$.
Сравним имеющиеся количества веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.
Для реакции с $0,1 \text{ моль}$ водорода теоретически потребуется кислорода: $$ n_{теор}(O_2) = \frac{n(H_2)}{2} = \frac{0,1 \text{ моль}}{2} = 0,05 \text{ моль} $$
Фактически у нас есть $0,3125 \text{ моль}$ кислорода, что больше, чем требуется ($0,3125 \text{ моль} > 0,05 \text{ моль}$). Это означает, что кислород взят в избытке, а водород находится в недостатке и прореагирует полностью. Дальнейшие расчеты продукта (воды) следует вести по водороду.

5. Рассчитаем количество вещества воды ($H_2O$), которое образуется в результате реакции. По уравнению реакции, из 2 моль водорода образуется 2 моль воды, следовательно, их количества соотносятся как $n(H_2) : n(H_2O) = 2:2 = 1:1$.
Таким образом, количество вещества образовавшейся воды равно количеству вещества прореагировавшего водорода: $$ n(H_2O) = n(H_2) = 0,1 \text{ моль} $$

6. Теперь мы можем рассчитать число молекул образовавшейся воды, зная ее количество вещества и используя постоянную Авогадро ($N_A$). Формула для расчета: $N = n \times N_A$. $$ N(H_2O) = n(H_2O) \times N_A = 0,1 \text{ моль} \times 6,02 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1} = 6,02 \times 10^{22} $$

Ответ: в результате реакции образовалось $6,02 \times 10^{22}$ молекул воды.