Номер 823, страница 144 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

823. Водород и кислород каким суммарным объемом (н. у.) образуются в результате полного электролиза воды массой 136 г?

Дано:

$m(H_2O) = 136 \text{ г}$

Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

$V_{\text{общ.}} (H_2 + O_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции электролиза воды. При пропускании электрического тока через воду она разлагается на водород и кислород:

$$2H_2O \xrightarrow{\text{электролиз}} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$$

2. Найдем молярную массу воды ($H_2O$), используя относительные атомные массы элементов из Периодической системы Д.И. Менделеева ($A_r(H) \approx 1$, $A_r(O) \approx 16$):

$$M(H_2O) = 2 \cdot A_r(H) + A_r(O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$$

3. Рассчитаем количество вещества (число молей) воды, вступившей в реакцию, по формуле $n = m/M$:

$$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{136 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = \frac{68}{9} \text{ моль}$$

Для большей точности расчетов оставим значение в виде обыкновенной дроби.

4. Согласно уравнению реакции, из 2 моль воды образуется 2 моль водорода ($H_2$) и 1 моль кислорода ($O_2$). Таким образом, из 2 моль исходного вещества (воды) образуется $2+1=3$ моль газообразных продуктов. Найдем суммарное количество вещества газов, образовавшихся из $\frac{68}{9}$ моль воды, составив пропорцию:

$\frac{n(H_2O)}{2} = \frac{n_{\text{общ. газов}}}{3}$

$$n_{\text{общ. газов}} = \frac{3}{2} \cdot n(H_2O) = \frac{3}{2} \cdot \frac{68}{9} \text{ моль} = \frac{3 \cdot 68}{2 \cdot 9} \text{ моль} = \frac{204}{18} \text{ моль} = \frac{34}{3} \text{ моль}$$

5. Теперь, зная суммарное количество вещества газов, мы можем найти их суммарный объем при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем любого газа при н. у. ($0^\circ C$ и $101.325$ кПа) является постоянной величиной и равен $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.

$$V_{\text{общ.}} = n_{\text{общ. газов}} \cdot V_m = \frac{34}{3} \text{ моль} \cdot 22.4 \frac{\text{л}}{\text{моль}} \approx 253.87 \text{ л}$$

Учитывая, что масса воды дана с тремя значащими цифрами (136), округляем полученный результат до трех значащих цифр.

Ответ: суммарный объём водорода и кислорода, образовавшихся в результате полного электролиза 136 г воды, составляет 254 л.