Номер 259, страница 58 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

259. Газообразную смесь водорода с хлором объёмом (н. у.) $100 \text{ дм}^3$, в которой массы компонентов равны, осветили ультрафиолетом. Рассчитайте массу образовавшегося хлороводорода.

Дано:

$V_{смеси}(H_2 + Cl_2) = 100 \text{ дм}^3$

$m(H_2) = m(Cl_2)$

Условия: нормальные (н. у.)

Найти:

$m(HCl)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции синтеза хлороводорода из водорода и хлора. Реакция инициируется ультрафиолетовым излучением ($h\nu$):

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

Согласно уравнению, водород и хлор реагируют в мольном (и, следовательно, в объемном для газов при одинаковых условиях) соотношении 1:1.

2. Найдем объемы компонентов в исходной газовой смеси. По условию задачи, массы водорода и хлора в смеси равны: $m(H_2) = m(Cl_2)$.

Массу газа можно выразить через его объем при нормальных условиях по формуле: $m = n \cdot M = \frac{V}{V_m} \cdot M$, где $V$ - объем газа, $V_m$ - молярный объем газа при н. у. ($22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}$), $M$ - молярная масса вещества.

Определим молярные массы реагентов:

$M(H_2) \approx 2 \text{ г/моль}$

$M(Cl_2) \approx 2 \cdot 35.5 = 71 \text{ г/моль}$

Приравняем выражения для масс водорода и хлора, используя их объемы $V(H_2)$ и $V(Cl_2)$:

$\frac{V(H_2)}{V_m} \cdot M(H_2) = \frac{V(Cl_2)}{V_m} \cdot M(Cl_2)$

Молярный объем $V_m$ сокращается, и мы получаем соотношение объемов:

$V(H_2) \cdot M(H_2) = V(Cl_2) \cdot M(Cl_2)$

$V(H_2) \cdot 2 = V(Cl_2) \cdot 71$

$\frac{V(H_2)}{V(Cl_2)} = \frac{71}{2} = 35.5$

Общий объем смеси составляет $100 \text{ дм}^3$:

$V(H_2) + V(Cl_2) = 100 \text{ дм}^3$

Выразим $V(H_2)$ через $V(Cl_2)$ из соотношения объемов: $V(H_2) = 35.5 \cdot V(Cl_2)$ и подставим в уравнение для общего объема:

$35.5 \cdot V(Cl_2) + V(Cl_2) = 100$

$36.5 \cdot V(Cl_2) = 100$

$V(Cl_2) = \frac{100}{36.5} \approx 2.74 \text{ дм}^3$

Тогда объем водорода будет:

$V(H_2) = 100 \text{ дм}^3 - 2.74 \text{ дм}^3 = 97.26 \text{ дм}^3$

3. Определим лимитирующий реагент. Согласно уравнению реакции $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$, газы реагируют в объемном соотношении 1:1. В смеси содержится $97.26 \text{ дм}^3$ водорода и $2.74 \text{ дм}^3$ хлора. Поскольку объем хлора значительно меньше объема водорода, хлор является лимитирующим реагентом. Это означает, что он прореагирует полностью, а водород останется в избытке.

4. Рассчитаем массу образовавшегося хлороводорода ($HCl$). Расчет следует вести по лимитирующему реагенту — хлору.

Сначала найдем количество вещества хлора, вступившего в реакцию:

$n(Cl_2) = \frac{V(Cl_2)}{V_m} = \frac{2.74 \text{ дм}^3}{22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}} \approx 0.1223 \text{ моль}$

По уравнению реакции, из 1 моль $Cl_2$ образуется 2 моль $HCl$. Следовательно, количество вещества образовавшегося хлороводорода будет в два раза больше, чем количество вещества прореагировавшего хлора:

$n(HCl) = 2 \cdot n(Cl_2) = 2 \cdot 0.1223 \text{ моль} = 0.2446 \text{ моль}$

Теперь найдем массу хлороводорода. Для этого рассчитаем молярную массу $HCl$:

$M(HCl) = M(H) + M(Cl) = 1 + 35.5 = 36.5 \text{ г/моль}$

Масса хлороводорода равна:

$m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = 0.2446 \text{ моль} \cdot 36.5 \text{ г/моль} \approx 8.93 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося хлороводорода составляет 8.93 г.