Номер 2, страница 44 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 6. Газовые законы. Глава 1. Повторение и углубление знаний - номер 2, страница 44.

Условие.

2. Определите объём водорода (при температуре $25 ^{\circ}\text{C}$ и нормальном атмосферном давлении), который выделится при растворении $21,6$ г алюминия в избытке разбавленной серной кислоты.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{Al}) = 21,6 \text{ г}$

$t = 25 \text{ °C}$

$P = \text{нормальное атмосферное давление}$

Серная кислота ($H_2SO_4$) в избытке.

$T = 25 + 273,15 = 298,15 \text{ К}$

$P = 1 \text{ атм} = 101325 \text{ Па}$

Найти:

$V(H_2)$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции между алюминием и разбавленной серной кислотой. Так как серная кислота находится в избытке, весь алюминий вступает в реакцию.

$2\text{Al} + 3\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3 + 3\text{H}_2\uparrow$

2. Рассчитаем количество вещества (число моль) алюминия. Молярная масса алюминия $M(\text{Al})$ составляет 27 г/моль.

$n(\text{Al}) = \frac{m(\text{Al})}{M(\text{Al})} = \frac{21,6 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} = 0,8 \text{ моль}$

3. Используя стехиометрические коэффициенты из уравнения реакции, найдем количество вещества водорода, выделившегося в результате реакции. Соотношение количеств веществ алюминия и водорода равно соотношению их коэффициентов в уравнении:

$\frac{n(\text{Al})}{2} = \frac{n(\text{H}_2)}{3}$

Отсюда находим количество вещества водорода:

$n(\text{H}_2) = \frac{3}{2} \cdot n(\text{Al}) = \frac{3}{2} \cdot 0,8 \text{ моль} = 1,2 \text{ моль}$

4. Объем водорода при заданных условиях (температура $25 \text{ °C}$ и нормальное атмосферное давление) рассчитывается с помощью уравнения состояния идеального газа (уравнения Менделеева–Клапейрона):

$PV = nRT$

где $P$ – давление ($101325 \text{ Па}$), $V$ – искомый объем, $n$ – количество вещества ($1,2 \text{ моль}$), $R$ – универсальная газовая постоянная ($8,314 \frac{\text{Дж}}{\text{моль} \cdot \text{К}}$), $T$ – абсолютная температура ($298,15 \text{ К}$).

Выразим объем $V$ из уравнения:

$V(\text{H}_2) = \frac{n(\text{H}_2)RT}{P}$

Подставим значения и произведем расчет:

$V(\text{H}_2) = \frac{1,2 \text{ моль} \cdot 8,314 \frac{\text{Дж}}{\text{моль} \cdot \text{К}} \cdot 298,15 \text{ К}}{101325 \text{ Па}} \approx 0,02936 \text{ м}^3$

5. Переведем полученный объем из кубических метров в литры, зная, что $1 \text{ м}^3 = 1000 \text{ л}$:

$V(\text{H}_2) = 0,02936 \text{ м}^3 \cdot 1000 \frac{\text{л}}{\text{м}^3} \approx 29,4 \text{ л}$

Ответ: объём выделившегося водорода равен 29,4 л.