Номер 628, страница 116 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

628. Образец мела массой $4,50 \text{ г}$, массовая доля карбоната кальция в котором равна $95,0 \, \%$, опустили в избыток соляной кислоты. В результате реакции выделился газ объёмом (н. у.) $500 \text{ см}^3$. Определите выход продукта реакции.

Дано:

$m_{образца} = 4,50 \text{ г} = 4,5 \cdot 10^{-3} \text{ кг}$

$w(CaCO_3) = 95,0 \% = 0,95$

$V_{практ}(газа) = 500 \text{ см}^3 = 5 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$

Найти:

$\eta$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции между карбонатом кальция (основным компонентом мела) и соляной кислотой. При взаимодействии этих веществ образуется хлорид кальция, вода и выделяется углекислый газ ($CO_2$).

$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

2. Рассчитаем массу чистого карбоната кальция ($CaCO_3$) в образце мела, используя его массовую долю.

$m(CaCO_3) = m_{образца} \cdot w(CaCO_3) = 4,50 \text{ г} \cdot 0,95 = 4,275 \text{ г}$

3. Вычислим молярную массу карбоната кальция.

$M(CaCO_3) = M(Ca) + M(C) + 3 \cdot M(O) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (в молях) карбоната кальция, которое теоретически могло прореагировать.

$n(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)} = \frac{4,275 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 0,04275 \text{ моль}$

5. Согласно уравнению реакции, из 1 моль $CaCO_3$ образуется 1 моль $CO_2$. Следовательно, теоретическое количество вещества выделившегося газа равно количеству вещества карбоната кальция.

$n_{теор}(CO_2) = n(CaCO_3) = 0,04275 \text{ моль}$

6. Рассчитаем теоретический объем углекислого газа, который должен был выделиться при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем любого газа при н. у. составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$V_{теор}(CO_2) = n_{теор}(CO_2) \cdot V_m = 0,04275 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 0,9576 \text{ л}$

Для удобства дальнейших расчетов переведем литры в кубические сантиметры ($1 \text{ л} = 1000 \text{ см}^3$).

$V_{теор}(CO_2) = 0,9576 \text{ л} = 957,6 \text{ см}^3$

7. Определим выход продукта реакции ($\eta$). Выход продукта — это отношение практически полученного количества (или объема, или массы) продукта к теоретически возможному.

$\eta = \frac{V_{практ}(CO_2)}{V_{теор}(CO_2)} \cdot 100\%$

$\eta = \frac{500 \text{ см}^3}{957,6 \text{ см}^3} \cdot 100\% \approx 52,214 \% \approx 52,2 \%$

Ответ: выход продукта реакции составляет 52,2 %.