Номер 268, страница 60 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

268. Рассчитайте массовую долю хлороводорода в соляной кислоте, в которой число атомов кислорода в 4 раза больше числа атомов хлора.

Дано:

Соляная кислота (водный раствор HCl)

Соотношение числа атомов: $N(O) = 4 \cdot N(Cl)$

Найти:

Массовую долю HCl, $\omega(HCl)$

Решение:

Соляная кислота — это раствор хлороводорода (HCl) в воде (H₂O). Следовательно, в растворе присутствуют молекулы HCl и H₂O.

Пусть количество вещества (число молей) хлороводорода в растворе равно $n(HCl)$, а количество вещества воды равно $n(H_2O)$.

Каждая молекула HCl содержит один атом хлора (Cl). Поэтому количество вещества атомов хлора в растворе равно количеству вещества хлороводорода:

$n(Cl) = n(HCl)$

Каждая молекула H₂O содержит один атом кислорода (O). Поэтому количество вещества атомов кислорода в растворе равно количеству вещества воды:

$n(O) = n(H_2O)$

Число атомов $N$ связано с количеством вещества $n$ через постоянную Авогадро $N_A$ по формуле $N = n \cdot N_A$.

Согласно условию задачи, число атомов кислорода в 4 раза больше числа атомов хлора:

$N(O) = 4 \cdot N(Cl)$

Выразим это соотношение через количества веществ:

$n(O) \cdot N_A = 4 \cdot n(Cl) \cdot N_A$

Сократив постоянную Авогадро $N_A$, получим соотношение между молями атомов:

$n(O) = 4 \cdot n(Cl)$

Подставив $n(O) = n(H_2O)$ и $n(Cl) = n(HCl)$, найдем молярное соотношение компонентов раствора:

$n(H_2O) = 4 \cdot n(HCl)$

Для проведения расчетов примем, что количество вещества хлороводорода в растворе составляет 1 моль:

$n(HCl) = 1 \text{ моль}$

Тогда количество вещества воды будет:

$n(H_2O) = 4 \cdot 1 = 4 \text{ моль}$

Теперь вычислим массы хлороводорода и воды, используя их молярные массы.

Молярная масса хлороводорода HCl (с учетом относительных атомных масс H ≈ 1, Cl ≈ 35,5):

$M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

Молярная масса воды H₂O (с учетом относительных атомных масс H ≈ 1, O ≈ 16):

$M(H_2O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$

Масса 1 моль HCl:

$m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = 1 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} = 36,5 \text{ г}$

Масса 4 моль H₂O:

$m(H_2O) = n(H_2O) \cdot M(H_2O) = 4 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 72 \text{ г}$

Общая масса раствора — это сумма масс хлороводорода и воды:

$m(\text{раствора}) = m(HCl) + m(H_2O) = 36,5 \text{ г} + 72 \text{ г} = 108,5 \text{ г}$

Массовая доля хлороводорода $\omega(HCl)$ в растворе находится по формуле:

$\omega(HCl) = \frac{m(HCl)}{m(\text{раствора})}$

Подставим найденные значения масс:

$\omega(HCl) = \frac{36,5 \text{ г}}{108,5 \text{ г}} \approx 0,3364$

Чтобы выразить массовую долю в процентах, результат необходимо умножить на 100%:

$\omega(HCl) = 0,3364 \cdot 100\% = 33,64\%$

Ответ: Массовая доля хлороводорода в соляной кислоте составляет 33,64%.