Номер 689, страница 125 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

689. Навеску магния массой 4,88 г поместили в соляную кислоту массой 160 г с массовой долей хлороводорода, равной 8,46 %. Объём (н. у.) выделившегося газа составил $4,12 \text{ дм}^3$. Рассчитайте практический выход водорода в этом процессе.

Дано:

$m(\text{Mg}) = 4.88 \text{ г}$

$m(\text{р-ра HCl}) = 160 \text{ г}$

$\omega(\text{HCl}) = 8.46 \% = 0.0846$

$V_{практ}(\text{H}_2) = 4.12 \text{ дм}^3$

Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

$\eta(\text{H}_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия магния с соляной кислотой:

$\text{Mg} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2 \uparrow$

2. Для определения теоретического выхода водорода необходимо найти, какой из реагентов находится в недостатке (является лимитирующим). Для этого рассчитаем количество вещества (в молях) для каждого реагента.

Молярная масса магния $M(\text{Mg}) \approx 24.3 \text{ г/моль}$.

Количество вещества магния:

$n(\text{Mg}) = \frac{m(\text{Mg})}{M(\text{Mg})} = \frac{4.88 \text{ г}}{24.3 \text{ г/моль}} \approx 0.2008 \text{ моль}$

3. Рассчитаем массу чистого хлороводорода в растворе, а затем его количество вещества.

$m(\text{HCl}) = m(\text{р-ра HCl}) \times \omega(\text{HCl}) = 160 \text{ г} \times 0.0846 = 13.536 \text{ г}$

Молярная масса хлороводорода $M(\text{HCl}) = 1 + 35.5 = 36.5 \text{ г/моль}$.

Количество вещества хлороводорода:

$n(\text{HCl}) = \frac{m(\text{HCl})}{M(\text{HCl})} = \frac{13.536 \text{ г}}{36.5 \text{ г/моль}} \approx 0.3708 \text{ моль}$

4. Сравним количество реагентов согласно стехиометрии уравнения реакции. По уравнению, на 1 моль Mg требуется 2 моль HCl.

Чтобы полностью прореагировал магний ($0.2008 \text{ моль}$), необходимо хлороводорода:

$n_{необх}(\text{HCl}) = 2 \times n(\text{Mg}) = 2 \times 0.2008 \text{ моль} = 0.4016 \text{ моль}$

В наличии имеется только $0.3708 \text{ моль}$ HCl, что меньше, чем необходимо ($0.3708 < 0.4016$). Следовательно, соляная кислота находится в недостатке и является лимитирующим реагентом. Расчет теоретического выхода водорода будем вести по HCl.

5. Рассчитаем теоретический объем водорода, который может выделиться в реакции. По уравнению реакции, из 2 моль HCl образуется 1 моль H₂.

$n_{теор}(\text{H}_2) = \frac{1}{2} n(\text{HCl}) = \frac{1}{2} \times 0.3708 \text{ моль} = 0.1854 \text{ моль}$

При нормальных условиях (н. у.) молярный объем любого газа $V_m = 22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}$.

$V_{теор}(\text{H}_2) = n_{теор}(\text{H}_2) \times V_m = 0.1854 \text{ моль} \times 22.4 \text{ дм}^3/\text{моль} \approx 4.153 \text{ дм}^3$

6. Теперь можно рассчитать практический выход водорода ($\eta$) как отношение практического объема к теоретическому, выраженное в процентах.

$\eta(\text{H}_2) = \frac{V_{практ}(\text{H}_2)}{V_{теор}(\text{H}_2)} \times 100\% = \frac{4.12 \text{ дм}^3}{4.153 \text{ дм}^3} \times 100\% \approx 99.2\%$

Ответ: практический выход водорода составляет 99,2 %.