Номер 75, страница 21 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

75. Над нагретым до высокой температуры CuO массой 12,0 г пропустили водород объёмом (н. у.) $2,30 \text{ дм}^3$, который прореагировал полностью. Рассчитайте массовые доли веществ в полученном после реакции твёрдом остатке.

Дано:

$m(CuO) = 12,0 \text{ г}$

$V(H_2) = 2,30 \text{ дм}^3$ (н.у.)

Найти:

$\omega(Cu) - ?$

$\omega(CuO) - ?$ в твердом остатке

Решение:

1. Запишем уравнение реакции восстановления оксида меди(II) водородом, которая протекает при нагревании:

$CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$

Продуктами реакции являются твердая медь (Cu) и вода (H₂O), которая при высокой температуре находится в газообразном состоянии. Следовательно, твёрдый остаток после реакции будет состоять из образовавшейся меди и непрореагировавшего оксида меди(II), если он был взят в избытке.

2. Рассчитаем молярные массы веществ, которые понадобятся для расчетов:

$M(CuO) = M(Cu) + M(O) = 63,5 + 16,0 = 79,5 \text{ г/моль}$

$M(Cu) = 63,5 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) для каждого из исходных реагентов.

Количество вещества оксида меди(II):

$n(CuO) = \frac{m(CuO)}{M(CuO)} = \frac{12,0 \text{ г}}{79,5 \text{ г/моль}} \approx 0,1509 \text{ моль}$

Количество вещества водорода, исходя из его объема при нормальных условиях (н.у.), где молярный объем $V_m = 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}$:

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{2,30 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} \approx 0,1027 \text{ моль}$

4. Определим, какой из реагентов находится в недостатке, чтобы вести дальнейшие расчеты. Согласно уравнению реакции, $CuO$ и $H_2$ реагируют в стехиометрическом соотношении 1:1.

Сравним полученные количества веществ:

$n(H_2) = 0,1027 \text{ моль}$

$n(CuO) = 0,1509 \text{ моль}$

Поскольку $n(H_2) < n(CuO)$, водород является лимитирующим реагентом, и он прореагирует полностью. Оксид меди(II) взят в избытке.

5. Рассчитаем состав и массу твердого остатка. Расчеты ведем по реагенту в недостатке — по водороду.

Из уравнения реакции следует, что количество образовавшейся меди равно количеству прореагировавшего водорода:

$n(Cu_{образ.}) = n(H_2) = 0,1027 \text{ моль}$

Масса образовавшейся меди:

$m(Cu) = n(Cu_{образ.}) \times M(Cu) = 0,1027 \text{ моль} \times 63,5 \text{ г/моль} \approx 6,52 \text{ г}$

Количество вещества непрореагировавшего (оставшегося) оксида меди(II):

$n(CuO_{ост.}) = n(CuO_{исх.}) - n(H_2) = 0,1509 \text{ моль} - 0,1027 \text{ моль} = 0,0482 \text{ моль}$

Масса оставшегося оксида меди(II):

$m(CuO_{ост.}) = n(CuO_{ост.}) \times M(CuO) = 0,0482 \text{ моль} \times 79,5 \text{ г/моль} \approx 3,83 \text{ г}$

6. Найдем общую массу твёрдого остатка:

$m_{остатка} = m(Cu) + m(CuO_{ост.}) = 6,52 \text{ г} + 3,83 \text{ г} = 10,35 \text{ г}$

7. Рассчитаем массовые доли веществ в полученном твердом остатке.

Массовая доля меди:

$\omega(Cu) = \frac{m(Cu)}{m_{остатка}} \times 100\% = \frac{6,52 \text{ г}}{10,35 \text{ г}} \times 100\% \approx 63,0\%$

Массовая доля оксида меди(II):

$\omega(CuO) = \frac{m(CuO_{ост.})}{m_{остатка}} \times 100\% = \frac{3,83 \text{ г}}{10,35 \text{ г}} \times 100\% \approx 37,0\%$

Ответ: массовая доля меди (Cu) в полученном твердом остатке составляет 63,0%; массовая доля оксида меди(II) (CuO) составляет 37,0%.