Номер 685, страница 125 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

685. Какой объём соляной кислоты с массовой долей хлороводорода, равной 12,8 %, и плотностью $1,057 \text{ г/см}^3$ практически потребуется для получения водорода объёмом (н. у.) $0,224 \text{ м}^3$, если его выход составляет 86,8 %?

Дано:

Массовая доля хлороводорода в растворе, $w(\text{HCl}) = 12,8 \% = 0,128$

Плотность раствора соляной кислоты, $\rho(\text{р-ра}) = 1,057 \text{ г/см}^3 = 1,057 \text{ г/мл}$

Практический объем полученного водорода (н. у.), $V_{\text{практ.}}(\text{H}_2) = 0,224 \text{ м}^3 = 224 \text{ л}$

Выход продукта, $\eta = 86,8 \% = 0,868$

Молярный объем газа при н.у., $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$

Молярная масса хлороводорода, $M(\text{HCl}) = 36,5 \text{ г/моль}$

Найти:

Объем раствора соляной кислоты, $V(\text{р-ра HCl}) - ?$

Решение:

1. Для получения водорода из соляной кислоты можно использовать реакцию с активным металлом, например, цинком. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$\text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2 \uparrow$

Из уравнения видно, что для получения 1 моля водорода ($H_2$) теоретически требуется 2 моля хлороводорода ($\text{HCl}$).

2. Найдем количество вещества (в молях) водорода, которое было получено практически:

$n_{\text{практ.}}(\text{H}_2) = \frac{V_{\text{практ.}}(\text{H}_2)}{V_m} = \frac{224 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 10 \text{ моль}$

3. Выход реакции ($\eta$) связывает практическое и теоретическое количество вещества. Найдем теоретическое количество вещества водорода, которое могло бы получиться при 100% выходе:

$\eta = \frac{n_{\text{практ.}}(\text{H}_2)}{n_{\text{теор.}}(\text{H}_2)} \implies n_{\text{теор.}}(\text{H}_2) = \frac{n_{\text{практ.}}(\text{H}_2)}{\eta}$

$n_{\text{теор.}}(\text{H}_2) = \frac{10 \text{ моль}}{0,868} \approx 11,52 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции определим теоретическое количество вещества соляной кислоты, необходимое для получения такого количества водорода:

$n(\text{HCl}) = 2 \cdot n_{\text{теор.}}(\text{H}_2) = 2 \cdot 11,52 \text{ моль} = 23,04 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу чистого хлороводорода, которая содержится в этом количестве вещества:

$m(\text{HCl}) = n(\text{HCl}) \cdot M(\text{HCl}) = 23,04 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} = 840,96 \text{ г}$

6. Теперь найдем массу раствора соляной кислоты, в котором содержится эта масса чистого HCl, используя известную массовую долю:

$w(\text{HCl}) = \frac{m(\text{HCl})}{m(\text{р-ра})} \implies m(\text{р-ра}) = \frac{m(\text{HCl})}{w(\text{HCl})}$

$m(\text{р-ра}) = \frac{840,96 \text{ г}}{0,128} \approx 6570 \text{ г}$

7. Зная массу и плотность раствора, найдем его объем:

$\rho(\text{р-ра}) = \frac{m(\text{р-ра})}{V(\text{р-ра})} \implies V(\text{р-ра}) = \frac{m(\text{р-ра})}{\rho(\text{р-ра})}$

$V(\text{р-ра}) = \frac{6570 \text{ г}}{1,057 \text{ г/см}^3} \approx 6216 \text{ см}^3$

Так как $1 \text{ л} = 1000 \text{ см}^3$, то объем раствора равен $6,216 \text{ л}$.

Ответ: для получения водорода потребуется приблизительно $6,216 \text{ л}$ раствора соляной кислоты.