Номер 65, страница 19 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

65. При сгорании в избытке кислорода смеси угарного газа и водорода образовался углекислый газ химическим количеством $0,170 \text{ моль}$ и вода массой $12,0 \text{ г}$. Рассчитайте массу исходной смеси.

Дано:

$n(CO_2) = 0,170 \text{ моль}$

$m(H_2O) = 12,0 \text{ г}$

Перевод в систему СИ:

$m(H_2O) = 12,0 \text{ г} = 0,012 \text{ кг}$

Найти:

$m_{смеси} - ?$

Решение:

При сгорании смеси угарного газа ($CO$) и водорода ($H_2$) в избытке кислорода происходят следующие химические реакции:

1. Горение угарного газа с образованием углекислого газа:

$2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2$

2. Горение водорода с образованием воды:

$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

Масса исходной смеси равна сумме масс угарного газа и водорода, вступивших в реакцию:

$m_{смеси} = m(CO) + m(H_2)$

Найдем массу угарного газа, зная количество вещества образовавшегося углекислого газа. Из уравнения реакции (1) видно, что стехиометрическое соотношение между $CO$ и $CO_2$ составляет 1:1, следовательно, их количества вещества равны:

$n(CO) = n(CO_2) = 0,170 \text{ моль}$

Молярная масса угарного газа $M(CO)$ (принимая молярные массы $C=12$ г/моль, $O=16$ г/моль):

$M(CO) = 12 \text{ г/моль} + 16 \text{ г/моль} = 28 \text{ г/моль}$

Теперь рассчитаем массу угарного газа в исходной смеси:

$m(CO) = n(CO) \times M(CO) = 0,170 \text{ моль} \times 28 \text{ г/моль} = 4,76 \text{ г}$

Далее найдем массу водорода. Сначала рассчитаем количество вещества воды, образовавшейся в реакции (2). Молярная масса воды $M(H_2O)$ (принимая молярную массу $H=1$ г/моль):

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

Количество вещества воды:

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{12,0 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = \frac{2}{3} \text{ моль} \approx 0,667 \text{ моль}$

Из уравнения реакции (2) видно, что стехиометрическое соотношение между $H_2$ и $H_2O$ составляет 1:1, следовательно, их количества вещества равны:

$n(H_2) = n(H_2O) = \frac{2}{3} \text{ моль}$

Молярная масса водорода $M(H_2)$:

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

Рассчитаем массу водорода в исходной смеси:

$m(H_2) = n(H_2) \times M(H_2) = \frac{2}{3} \text{ моль} \times 2 \text{ г/моль} = \frac{4}{3} \text{ г} \approx 1,33 \text{ г}$

Наконец, найдем общую массу исходной смеси, сложив массы ее компонентов:

$m_{смеси} = m(CO) + m(H_2) = 4,76 \text{ г} + \frac{4}{3} \text{ г} \approx 4,76 \text{ г} + 1,33 \text{ г} = 6,09 \text{ г}$

Ответ: масса исходной смеси составляет 6,09 г.