Номер 717, страница 129 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

717. Водород какой максимальной массой можно получить при пропускании над нагретым магнием массой 420 мг избытка паров воды, если потери водорода в процессе составляют 3,44 %?

Дано:

$m(Mg) = 420 \text{ мг}$

$\omega(\text{потерь } H_2) = 3.44 \%$

$m(Mg) = 420 \cdot 10^{-6} \text{ кг} = 0.00042 \text{ кг}$

Найти:

$m_{практ}(H_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции взаимодействия нагретого магния с избытком паров воды. Активные металлы, такие как магний, при высокой температуре реагируют с водой с образованием оксида металла и выделением водорода: $$ Mg + H_2O \xrightarrow{t} MgO + H_2 $$ Уравнение сбалансировано, стехиометрические коэффициенты равны 1.

2. Для расчетов переведем массу магния в граммы, так как молярные массы обычно выражаются в г/моль: $$ m(Mg) = 420 \text{ мг} = 0.420 \text{ г} $$

3. Рассчитаем молярные массы магния $(Mg)$ и молекулярного водорода $(H_2)$, используя данные из периодической таблицы химических элементов: $$ M(Mg) \approx 24.3 \text{ г/моль} $$ $$ M(H_2) = 2 \cdot 1 = 2 \text{ г/моль} $$

4. Найдем количество вещества (число моль) магния, вступившего в реакцию. Поскольку вода дана в избытке, магний является лимитирующим реагентом, и расчет ведется по нему. $$ n(Mg) = \frac{m(Mg)}{M(Mg)} = \frac{0.420 \text{ г}}{24.3 \text{ г/моль}} \approx 0.017284 \text{ моль} $$

5. По уравнению реакции, из 1 моль магния образуется 1 моль водорода. Следовательно, количество вещества водорода, которое теоретически может образоваться, равно количеству вещества магния: $$ n_{теор}(H_2) = n(Mg) \approx 0.017284 \text{ моль} $$

6. Рассчитаем теоретическую массу водорода (массу, которая получилась бы при 100% выходе реакции): $$ m_{теор}(H_2) = n_{теор}(H_2) \cdot M(H_2) \approx 0.017284 \text{ моль} \cdot 2 \text{ г/моль} \approx 0.034568 \text{ г} $$

7. В условии сказано, что потери водорода составляют 3,44%. Это означает, что практический выход реакции $(\eta)$ составляет: $$ \eta = 100\% - \omega(\text{потерь}) = 100\% - 3.44\% = 96.56\% = 0.9656 $$

8. Найдем практическую массу водорода, которую можно получить с учетом потерь: $$ m_{практ}(H_2) = m_{теор}(H_2) \cdot \eta \approx 0.034568 \text{ г} \cdot 0.9656 \approx 0.03338 \text{ г} $$

9. Переведем полученное значение в миллиграммы и округлим до трех значащих цифр, как в исходных данных: $$ 0.03338 \text{ г} = 33.38 \text{ мг} \approx 33.4 \text{ мг} $$

Ответ: максимальная масса водорода, которую можно получить, составляет 33.4 мг.