Номер 690, страница 125 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

690. Образец алюминия массой 16,0 г нагревали некоторое время на воздухе, в результате чего часть алюминия превратилась в оксид. При обработке полученного твёрдого остатка избытком соляной кислоты выделился газ объёмом (н. у.) $6,72 \text{ дм}^3$. Кислород каким объёмом (н. у.) вступил в реакцию с алюминием?

Дано:

$m_{общ}(Al) = 16.0$ г

$V(H_2) = 6.72$ дм³ (н. у.)

$m_{общ}(Al) = 0.016$ кг

$V(H_2) = 0.00672$ м³

Найти:

$V(O_2)$ - ?

Решение:

В задаче описаны два последовательных химических процесса. Сначала часть алюминия реагирует с кислородом воздуха при нагревании, образуя оксид алюминия. Затем полученная смесь (непрореагировавший алюминий и оксид алюминия) реагирует с избытком соляной кислоты.

Уравнения реакций:

1) Окисление алюминия:

$4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$

2) Реакция смеси с соляной кислотой:

$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2 \uparrow$

$Al_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2O$

Газ (водород $H_2$) выделяется только в реакции непрореагировавшего металлического алюминия с соляной кислотой. Это позволяет нам определить, какая часть алюминия не вступила в реакцию с кислородом.

1. Найдем количество вещества (моль) выделившегося водорода. Объем дан при нормальных условиях (н. у.), молярный объем газа при н. у. составляет $V_m = 22.4$ дм³/моль.

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{6.72 \text{ дм}^3}{22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0.3 \text{ моль}$

2. По уравнению реакции $2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2$ найдем количество вещества алюминия, которое не прореагировало с кислородом. Соотношение молей алюминия и водорода $n(Al) : n(H_2) = 2 : 3$.

$n(Al_{непрореаг.}) = \frac{2}{3} \cdot n(H_2) = \frac{2}{3} \cdot 0.3 \text{ моль} = 0.2 \text{ моль}$

3. Найдем массу непрореагировавшего алюминия. Молярная масса алюминия $M(Al) = 27$ г/моль.

$m(Al_{непрореаг.}) = n(Al_{непрореаг.}) \cdot M(Al) = 0.2 \text{ моль} \cdot 27 \text{ г/моль} = 5.4 \text{ г}$

4. Найдем массу алюминия, которая вступила в реакцию с кислородом.

$m(Al_{прореаг.}) = m_{общ}(Al) - m(Al_{непрореаг.}) = 16.0 \text{ г} - 5.4 \text{ г} = 10.6 \text{ г}$

5. Найдем количество вещества алюминия, прореагировавшего с кислородом.

$n(Al_{прореаг.}) = \frac{m(Al_{прореаг.})}{M(Al)} = \frac{10.6 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}}$

6. По уравнению реакции $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$ найдем количество вещества кислорода, вступившего в реакцию. Соотношение молей алюминия и кислорода $n(Al) : n(O_2) = 4 : 3$.

$n(O_2) = \frac{3}{4} \cdot n(Al_{прореаг.}) = \frac{3}{4} \cdot \frac{10.6}{27} \text{ моль} = \frac{10.6}{36} \text{ моль} \approx 0.2944 \text{ моль}$

7. Найдем объем кислорода (н. у.), вступившего в реакцию.

$V(O_2) = n(O_2) \cdot V_m = \frac{10.6}{36} \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ дм}^3/\text{моль} \approx 6.596 \text{ дм}^3$

Округляя до трех значащих цифр, получаем 6,60 дм³.

Ответ: $V(O_2) = 6.60$ дм³.